电压型四象限脉冲整流器
动车传动与牵引变压器
1、动车组的传动方式主要包括—直传动方式和交—直—交、交—交的传动方式。
2、从发展趋势看，未来干线铁路牵引将主要采用电压型交—直—交变流器供电的异步电机系统。
3、高压电器设备完成从接触网到牵引变压器的接通与断开。
主要包括：受电弓、主断路器、避雷器、电流互感器、接地保护开关等。
4、决定基本阻力的主要因素是运行速度的大小。
机械阻力与运行速度成正比增加，而空气阻力与速度的平方成正比。
5、列车牵引功率主要与列车运行最高速度、列车质量、最高速度时的列车运行阻力和剩余加速度、齿轮传动效率、牵引电机效率有关。
二、选择题1、列车运行速度达到200hm/h空气阻力约占80%,速度达到300hm/h时空气阻力占（ C ）以上.A、50%B、80%C、95%D、100%2、空载运行时，变压器一次绕组与二次绕组的电压比就等于一次、二次绕组的（B ）。
A、电流比B、匝数比C、匝数比的倒数D、线径比3、一般的变压器采用硅钢或其他高磁导率的合金材料。
在频率较高的时候，为了减少（A ），也经常采用铁氧体作铁芯。
A、涡流损耗B、磁滞损耗C、介质损耗D、电压损耗4、变压器的一次绕组接到交流电源，二次绕组接上（ D ）时，二次绕组中便有电流流过，这种情况称为变压器的负载运行。
A、负载电阻B、电感C、电容D、负载阻抗ZL5、CRH1型动车组安装有（C ）主变压器，采用心式结构、车体下吊挂、强迫油循环风冷方式。
A、1台B、2台C、3台D、4台三、判断题1、牵引逆变器是牵引传动系统的电源侧变流器，列车牵引时作为整流器，再生制动时作为逆变器，可以实现牵引与再生工况间快速平滑地转换。
（×）2、脉冲整流器是牵引传动系统的电动机驱动侧变流器，列车牵引时作为逆变器，再生制动时作为整流器，可以实现牵引与再生工况间快速平滑地转换。
（×）3、机电系统，一般由电动机、机械传动机构、生产机械的工作机构、控制设备和电源5部分组成。
（√）4、对于一个电力拖动系统，稳定运行的充分必要条件是：（√）5、对于列车牵引系统而言比较典型的有2种匹配方案。
四象限脉冲整流器IGBT开路故障检测
四象限脉冲整流器IGBT开路故障检测韩红彬;丁丽娜【摘要】四象限脉冲整流器广泛应用于电力牵引传动系统.IGBT是脉冲整流器的核心器件,易发生故障,对其开路故障检测进行了研究.首先分析了脉冲整流器IGBT 开路故障下的特征.然后用网侧电流平均值除以电流绝对值的平均值,设为检测变量,对各功率等级、各故障下的检测变量进行分析,总结出设置阈值的方法;最后通过硬件在环仿真验证了检测方法的有效性.%Four-quadrant pulse converters were widely applied in electric traction drive systems.IGBT was the core device of the four-quadrant pulse converter,which was prone to fail.IGBT open-circuit fault detection for fourquadrant pulse converters wasstudied.Firstly,the characteristics of the open-circuit faults were analyzed.Then the average value of the grid current was divided by the average value of the current's absolute value as the detection variable.The detection variable under different power level and each fault was analyzed and the threshold was decided by the detection variable with rated power.Finally,the effectiveness of the detection method was verified by hardwarein-the-loop simulation.【期刊名称】《电机与控制应用》【年(卷),期】2017(044)008【总页数】4页(P95-98)【关键词】故障检测;IGBT;开路故障;四象限脉冲整流器【作者】韩红彬;丁丽娜【作者单位】中车大连电力牵引研发中心有限公司,辽宁大连116052;大连海洋大学信息工程学院,辽宁大连116023【正文语种】中文【中图分类】TM921.45四象限脉冲整流器能输出稳定的直流电压，且网侧电流正弦度较高，能实现近似单位功率因数，因此被广泛应用于电力牵引传动系统[1-4]。
四象限脉冲整流器的一种控制方法与仿真
四象限脉冲整流器的一种控制方法与仿真No.O1.2011北京电力高等专科学校BeijingElectricPowerCollege电子,通信与自动控制固四象限脉冲整流器的一种控制方法与仿真朱闻名贺升学(西南交通大学电气工程学院,四川成都610031)摘要:本文主要简述两重四象限整流技术的特点,主电路拓扑结构及数学模型.通过采用瞬态电流控制方法来减少整流器网侧谐波量提高交流侧电压电流的功率因数,输出稳定的直流电压,并通过仿真进行验证关键词:两重四象限整流器;瞬态电流控制;仿真中图分类号:TM92'文献标识码:A一,两重四象限整流器的工作原理与数学模型两重四象限整流技术就是将两个两电平四象限整流器并联起来共同给直流负载供电的技术.两重四象限整流技术是2个4QC并联为直流负载供电,中间电容部分存储能量,输出平滑的直流电压,当其中一个整流器出现故障时,另一个仍可以继续工作,这大大提高了系统直流供电质量与可靠性.'(一)四象限整流器的结构与原理图1为四象限整流器电路图….其中LN与RN为折合到二次侧的牵引变压器的漏感和电阻,L与C为二次滤波回路,cd为支撑电容.通过对开关进行导通与关断对直流侧电压进行调制,这样在变流器的输入端生成一个与电网电压同步的脉宽调制波,由四象限整流器等效图,可以得出等效的平衡式:N:jmLNINRNINUs当一定,的幅值和相位由的幅值及其与的相位差来决定,脉冲整流器可以工作在牵引与再生制动两种工况.由公式看出:只要控制了的幅值和相位,就控制了的幅值和相位.二,整流器的控制方法对于四象限电压型整流器,控制方法有间接电流控制和直接电流控制.间接电流控制没有电流反馈回路,结构虽然简单,但是不能很好的使电流跟踪电压,效果不是很理想.直接电流控制应用比较多,尤其瞬态电流控制方法目前广泛应用在动车组变流器,效果优势明显,控制结构相对简单.(一)瞬态电流控制的原理瞬态电流控制公式如下:,M=(乙一Ua)+I/T一I:iJd}UNIN=1+I(,)=o'._(,v风sinta+oosca)sinca-6Xt)其中K1和T为调节器参数;K为比例放大系数;Ia,u一分别为中间直流环节电流和中间直流环节电压;u(t),U为二次侧电压瞬时值和有效值;U为中间直流环节电压的给定值.(二)瞬态电流控制框图图2为瞬态电流的控制框图,通过比较运算后最终输出参考电压,并与三角载波比较生成P_lI『M信号驱动开关.8图2为瞬态电流控制框图三,仿真分析(一)仿真模型根据整流结构搭建MATLAB/SIMULINK仿真模型,模型包括变压器二术.文章编号:1009-0118(2011)一O1—0008一O1次侧漏感和电阻,单相两点平整流模块,滤波电路,支撑电容,阻性负载及瞬态电流控制模块.(三)仿真结果分析通过使用瞬态电流控制策略对两重四象限整流器进行仿真,主要对交流侧功率因数,整流器输入电压及直流侧电压和电流等进行仿真分析.直流电压给定值为3000V,交流输入电流为2500V,采用离散方式,两个整流器的控制模块中,采用三角载波,将两载波的相位差调整为90度.l,交流侧电压与电流交济洌电流具有稳定值,且能稳定迅速地跟随电压,保持着高的功率因数. 2,整流器输入端电压输入端电压在短时间内呈现为一系列的正弦脉冲波,且幅值基本稳定,基本符合整流器电压输入要求.3,直流侧电压与电流西3为直流负载电流～一～,图4为直流侧负载电压从图3,图4看出,直流侧电压与电流能迅速稳定,直流侧直流电压给定值为3000V,从图4看出,直流电压值保持在3000V左右,为逆变器与电机提供了稳定的电源.四,结束语本文主要讲述了动车组两重四象限整流器的结构,原理,并通过使用瞬态电流控制法对整流器进行了仿真控制.从仿真结果看对整流器的控制效果比较满意,功率因数接近1,直流侧电压稳定在额定值,是两重四象限整流器一种理想的控制方法.目前,两重四象限整流技术已经用于高速列车变流器中,但是本文将逆变与电机部分理想等效为了电阻负载,与实际的控制效果还有一定的差距,还需要更接近实际的仿真研究.参考文献:f1]李伟,张黎.交一直一交传动系统网侧变流器预测电流控制方法的计算机仿真及实现中国铁道科学,2002,23,(6).f2]邹仁.四象限变流器瞬态电流控制的仿真研究Ⅱ].机车电传动,2003,(6).[31章志兵,张志学.单相三电平整流器控制方法及中点平衡的研究Ⅱ】.机车电传,2008,(4).[4]宋文胜,刘志敏,冯晓云.四象限变流器控制策略研究与仿真Ⅱ】.电力机车与城轨车辆,2007,30,(2].作者简介:朱闻名(1984一),男,汉族,湖南常德人,西南交通大学电气工程学院硕士,电力电子与电力传动专业,研究方向:电力电子变流技..。
CRH动车组牵引传动控制及计算第四章 四象限脉冲整流器的工作原理与控制设计
四象限脉冲整流器的双闭环控制器设计 正弦脉宽调制技术 (SPWM) 三电平脉冲整流器中性点电压平衡方案
2
脉冲整流器概述 脉冲整流器 概述
Electric Railway Traction AC Drive Systems Electric Railway Traction AC Drive Systems
三电平脉冲整流器的工作模式
工作模式4 (Sa=0，Sb=1)：
工作模式 3 (Sa=1，Sb=-1)：
u1
u1
Load
Load
Load
u2
is
o
Udc
u2
开关管Ta1,Ta2,Tb3和Tb4导通，Ta3,Ta4,Tb1和Tb2关断。网侧端电压 uao=u1，ubo=-u2，uab=u1+u2。 整流器工作在升压状态，所以直流侧电压比电源电压的幅值大。此 时，加在电感两边的电压为负，因此电流以(us-Udc)/Ls的斜率减小 。正向网侧电流is对电容C1和C2充电。
is
开关管 T2 和 T3 导通，T1 和 T4 关断, 并且 uab=-Udc. 在 这种状态下，电流is增大，反向电流给直流侧电容Cd充 电.
9
开关管 T2 和 T4 导通, T1 和 T3 关断, 并且 uab=0. 电源电 压加在电感两边，使其电流升高。 直流侧电容Cd通过负 载电流放电.
10
三电平整流器的工作原理分析
Electric Railway Traction AC Drive Systems
三电平整流器的工作原理分析
uao =
u1
Sa ( Sa + 1) S ( S − 1) u1 − a a u2 2 2
Байду номын сангаас
四象限整流器
-t
vd -Vd0 =（IdR L -Vd0）（1-e 1）1 R LC
C tr * 0.964R L
.
33
四象限整流器工作原理
➢满足直流电压抗扰性指标时电容设计
A Id
0
Ti
t
Wci
(s)
1
1 Ti
s
{RLC
dvdc1 dt
vdc1
0
RLC
dvdc dt
2
vdc
2
RL kt
1 C 2V*m RL
.
26
四象限整流器工作原理
➢单极性PWM电流过零处
i
0 t T1
uN
vab
0 vab
L
i1 T1
△i1 0
T1 t Ts
L i2 0 T2
vab
要满足快速电流跟踪要求则必须有 0
-vdc
|i1
| -|i2 Ts
|
Im sin Ts
Ts
Im
L vdcT1
ImTs
.
i
i*
△i2
T1
T2
A
U
C
O1
0
90。-
|V |2 | U |2 | VL |2 2 | U || VL | cos Vm Mvdc
L Um sin +
U
2 m
sin 2
+M2vdc2
U
m
Im
V F
B
I
若采用三角载波SPWM控制，忽略桥路损耗
qP1212UUmmIImmscions
M 1
L Um2 sin cos +Um cos Um2 sin2 +vdc2 Um2 2|p|
电力电子技术-脉冲整流电路
T1
I N LN
D1
A
uN
us
T2
T3
D3
L2
B
T4
C2
D2
D4
图7.6 单相电压型PWM整流器的主电路图
+
Cd u d
-
• 单相电压型脉冲变流器主电路结构（GTO）
一、主要方程式及相量图
1、相量方程
假定电网电压是纯正弦电压，对于基波分 量，在忽略线路电阻的条件下
•
•
•
U U I N
s1 jNLN N1
负 载
图7.27 用IGBT实现的三相电流型PWM整流器
章内容
7.1 脉冲变流器的原理及分类 7.2 电压型脉冲变流器 7.3 电流型脉冲变流器
7.4 电流型脉冲变流器与电压型脉冲变流 器的性能特点比较
7.5 脉冲变流器的应用
7 . 4电流型脉冲变流器与电压型脉冲变流 器的性能特点比较
• 相同之处：
➢ 两者的交流侧输出特性基本相同； ➢ 都能 实现四象限运行； ➢ 与晶闸管相控整流电路相比都能 提高功率因数； ➢ 都能减少谐波，减少对电网的污染 。
7 . 4电流型脉冲变流器与电压型脉冲变流 器的性能特点比较（续）
• 不同之处：
电压型
电流型
(1) Id方向可变，Ud方向不 可变；
(1) Id方向不可变，Ud方向 可变；
7 . 5 脉冲变流器的应用（续）
• 在电力机车上 的应用
L N T1
u
us
T2
D1 T3 A
D3 L2
B
D2
T4 D4 C2
Id
+
Cd Ud
-
图7.29 GTO实现的电压型脉冲整流器主电路
电压型四象限脉冲整流器
(4)支撑中间回路电压，使其保持稳定。 如果这个电容器太小，变流器的控制将变得相 当困难。因为控制稍有一点误差，中间回路的 电压就会出现很大的波动。
选择合适的支撑电容器Cd的准则
(1)中间回路直流电压保持稳定，峰一峰波动值 不超过规定的允许值。 (2)中间回路直流电流是连续的，没有间断，其 峰一峰波动值不超过规定的许可值。 (3)中间回路的损耗应保持最小。 (4)所选择的电容器的参数不会影响整个系统的 稳定性。 (5)应当成功地抑制逆变器和电机中发生的暂态 过程，保持系统稳定。
2.3.3四象限脉冲整流器的波形
交流测的电压波形
直流测的电流波形
2.3.4电压型四象限脉冲整流器主电路
2.3.5能量变换关系
电压型脉冲整流器相量图 a)牵引b)再生制动
脉冲整流器交流电源侧等效电路
3．2支撑电容器Cd的作用
(1)与脉冲整流器、逆变器交换无功功率和谐 波功率。它们是在脉宽调制过程中产生的。 (2)与异步电动机交换无功功率。 (3)由于串联谐振回路中实际存在的电阻，二 次谐波电流并非全部通过串联谐振电路，而是 由串联谐振电路R2一L2一C2和支撑电容器Cd分 流。流过支撑电容器Cd的二次谐波分量为
2.3电压型四象限脉冲整流器
一个理想的交一直变流器，在直流侧提供 平直的直流电流和直流电压，而仅从交流 电网吸取有功功率。 从原理上讲，这种装置可以由一个无储能 部分的变流器和一个分离的储能器组成。 为了在交流供电网中保持很好的功率因数 的同时获得平整的直流量，变流器的变比 必须能够通过调制技术随时加以改变，
2．3．1电压型脉冲整流器基本 原理
电压型四象 限脉冲整流 器的基本原 理如图示， 储能器与直 流侧负载并 联
脉冲整流器的原理及分类
第五章 • 基本能量关系（网压 uN (t) 为正半波时）
5-9
第五章 • 基本能量关系（网压 uN (t) 为正半波时）（续）
5-10
第五章 – 不同工况时 uS、uN 和 iN 波形分析
• (a) 牵引
5-11
• (b) 理想空载 • (c) 再生
第五章
5-12
• 半导体器件中的电流波形
第五章
第五章 脉冲整流电路
5-1
第五章
5.5 脉冲整流器的原理及分类
• 概述 – 四象限变流器 – 减少电网污染 – 节约能源
5-2
• 基本原理 理想情况下：
第五章
5-3
• 分类 – 电压型脉冲整流器
• 输出电压恒定 ud (t) = Ud ，且Ud
• 输出电流
第五章
UN
• 基本结构
5-4
– 电流型脉冲整流器
第五章
5-19
– 对应原理图的波形图
第五章
• 电流型和电压型脉冲整流器的性能特点比较
5-20
• 脉冲变流器的应用 – 电流型交直交传动系统
第五章
5-21
第五章
(a) 牵引工况
(b) 再生工况
5-13
• 主要方程式及相量图 – 简化主电路 – 对于基波分量
– 基波相量图 (a) 整流 (b) 逆变 (c) 考虑
电网电阻
第五章
5-14
• 应用 – E120型单相大功率交流电力机车
第五章
5-15
5.7 电流型脉冲整流器
• 主电路结构及其工作原理
第五章
• 输出电流恒定 id (t) = Id ，且 Id
• 输出电压
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脉冲整流器交流电源侧等效电路
3．2支撑电容器Cd的作用
(1)与脉冲整流器、逆变器交换无功功率和谐 波功率。它们是在脉宽调制过程中产生的。
(2)与异步电动机交换无功功率。
(3)由于串联谐振回路中实际存在的电阻，二 次谐波电流并非全部通过串联谐振电路，而是 由串联谐振电路R2一L2一C2和支撑电容器Cd分 流。流过支撑电容器Cd的二次谐波分量为
通过这种办法，使直流侧的电压和电流不断在零和最大值之 间变换，实现脉宽调制，使所得到的电流变比函数kip(t)很
好地逼近理想的正弦曲线。
2.3.3四象限脉冲整流器的波形
交流测的电压波形 直流测的电流波形
2.3.4电压型四象限脉冲整流器主电路
2.3.5能量变换关系
电压型脉冲整流器相量图 a)牵引b)再生制动
另一方面，在该储能器上的电压是一个纯 直流电压。
所以，对于这个作为储能器的电抗两端网 络来说，加在其上的直流电压不引起电流， 而流过双倍网频的交流电流也不会在其端 子上引起电压。
2.3.2四象限脉冲整流器的电路 原理
图中：变流器由降压变压器和不可控桥式整流器构成，两者 之间是反并联电力半导体器件组成的电子开关S，用于控 制能量的流动。当其断开时，交流电源的功率将被送到 整流桥VD输入端；而在其开通时，把交流电源短接。交 流功率将不会被送到整流桥VD上去。
(3)中间回路的损耗应保持最小。 (4)所选择的电容器的参数不会影响整个系统的
稳定性。 (5)应当成功地抑制逆变器和电机中发生的暂态
过程，保持系原理
电压型四象 限脉冲整流 器的基本原 理如图示， 储能器与直 流侧负载并 联
由关系式i2=idc—Jd，可求得储能器的电流为 ．i2=IdCOS2 ωFt (4—10)
从上式可看出：
储能器所接受的电流是正弦形的，其频率 为供电频率的2倍，幅值恰好等于直流侧负 载电流。
2.3电压型四象限脉冲整流器
一个理想的交一直变流器，在直流侧提供 平直的直流电流和直流电压，而仅从交流 电网吸取有功功率。
从原理上讲，这种装置可以由一个无储能 部分的变流器和一个分离的储能器组成。
为了在交流供电网中保持很好的功率因数 的同时获得平整的直流量，变流器的变比 必须能够通过调制技术随时加以改变，
(4)支撑中间回路电压，使其保持稳定。 如果这个电容器太小，变流器的控制将变得相
当困难。因为控制稍有一点误差，中间回路的 电压就会出现很大的波动。
选择合适的支撑电容器Cd的准则
(1)中间回路直流电压保持稳定，峰一峰波动值 不超过规定的允许值。
(2)中间回路直流电流是连续的，没有间断，其 峰一峰波动值不超过规定的许可值。