【摘要】：隨著城軌交通的快速發(fā)展和人民生活水平的提高,城軌列車的車載供電設備在安全可靠的基礎上趨于輕量化而用電設備趨于多樣化和復雜化,由于輔助逆變系統(tǒng)用于給城軌列車上除牽引電機以外的其他用電設備進行供電,這就要求其既能滿足負載多樣性的要求又能在高可靠性的基礎上更輕量化、高密度化,因而探索新穎適用的拓撲形式和調制方法勢在必行。本文主要圍繞輔助逆變器的拓撲形式和調制方法進行了探索與分析,并取得了一定的研究成果。分析了現(xiàn)有城軌列車輔助逆變器主流拓撲的不足之處與發(fā)展趨勢,進而對高頻鏈拓撲形式進行了探索與分析,并結合城軌列車高壓大功率應用場合和單相負載的需求,提出一種三相四線制全橋型脈沖直流環(huán)節(jié)高頻鏈逆變器。該拓撲采用中間抽頭式高頻隔離變壓器,既避免了傳統(tǒng)工頻變壓器的固有缺陷,又滿足了單相負載的需求,且通過取消中間直流環(huán)節(jié)的濾波器以及采用較少的功率開關器件,延長了變流器的壽命,提高了可靠性和功率密度。在此基礎上本文提出了兩種調制方法一—單參考六脈波脈寬調制(Single-reference Six-pulse Width Modulation,SRSPWM)方法和補償?shù)恼颐}寬調制(Compensated Sinusoidal Pulse Width Modulation,CSPWM)方法。在分析驗證兩種調制方法性能優(yōu)劣之前,本文首先對調制策略性能分析方法進行了深入探索,提出公平可靠的基于載波頻率小于5kHZ時的時域仿真分析方法,對調制后的相電壓開關序列進行分析；其次提出了兩種輸出LC低通濾波器的設計方法**基于紋波電壓電流法和基于特性阻抗法,結合本文拓撲無中間直流濾波器的特點,確定選取第二種設計方法；最后對MATLAB和PSIM仿真工具進行對比分析,結合兩者優(yōu)點提出聯(lián)合仿真的方法,并通過雙重傅里葉分析對比兩種調制方法在數(shù)字系統(tǒng)實現(xiàn)的采樣方式**對稱規(guī)則采樣和不對稱規(guī)則采樣,最終選用諧波性能優(yōu)越的不對稱規(guī)則采樣方式。針對兩種不同的調制方法,本文對比分析了不同載波比和調制比下系統(tǒng)輸出相電壓的性能,并進行了仿真驗證。對比了前后級采用不同載波頻率時采用SRSPWM方法的三相三線制系統(tǒng)和三相四線制系統(tǒng)的輸出相電壓,指出在前后級載波頻率相同時輸出相電壓中會含有較大的低次諧波,并且在三相四線制系統(tǒng)下輸出相電壓并不是正弦波形而是馬鞍狀波形。而對于采用CSPWM方法的系統(tǒng),前級采用移相PWM控制方式將導致中間直流電壓產生零區(qū),通過對比有無零區(qū)時一個載波周期內相電壓平均值,提出相應的補償策略,進而對不同載波比和不同調制比下補償前后的輸出相電壓質量進行了分析與驗證；另一方面,通過對零區(qū)電壓進行傅里葉分析,指出零區(qū)的大小和位置對相電壓幅值和諧波影響很大,進而延伸出一種后級載波移相的調制方法,使零區(qū)平均分布在相電壓的正負半部分,并對比了采用該方法時與補償后的電壓質量,證明了其優(yōu)勢所在。為驗證本文所提出拓撲及兩種調制方法搭建了30kVA的樣機平臺,實驗結果證明了理論分析的正確性與仿真結果的合理性。
【學位授予單位】：北京交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：U270.381;TM464

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本文編號：2802976