电力机车辅助变流器PWM整流器的控制与技术分析.pdf

1、电力机车辅助变流器 PWM 整流器的控制与技术分析刘文莉摘要：现阶段，技术发展迅速，相关的交通运输中各类技术应用发展，促进了交通智能化的逐步实现。随着大众对于出行的要求不断提升，需要现代铁路交通进一步严格要求，不断促进自身各方面性能和服务能力的提升。就电力机车辅助变流器而言，在整流部分主要应用的是 PWM 整流器，借助这样的整流器实施整流控制，能够有效降低电网的谐波污染，缓解功率因素不足的问题。对此，需要根据不同情况，合理选择控制方案，保证控制效果。本文主要基于电力机车辅助变流器 PWM 整流器进行分析，分析机车辅助变流器发展概况，介绍电动机车辅助变流器 PWM 整流器类型，探究电力机车辅助变

2、流器 PWM 整流器的控制技术。关键词：电力机车;辅助变流器;PWM 整流器;控制技术Abstract：At this stage，technology is developing rapidly.In the relevanttransportation，the development of various technology applications haspromoted the gradual realization of transportation intelligence.As thepublics requirements for travel continue to inc

3、rease，modern railwaytransportation is required to be more stringent and continue to promote itsown performance and service capabilities.As far as the auxiliary convertersof electric locomotives are concerned，the main application in therectification part is the PWM rectifier.With such a rectifier，the

4、rectification control can effectively reduce the harmonic pollution of thepower grid and alleviate the problem of insufficient power factor.In thisregard，it is necessary to reasonably select the control scheme according todifferent situations to ensure the control effect.This article mainlyanalyzes

5、the PWM rectifier of the auxiliary converter of the electriclocomotive and the development of the auxiliary converter of the locomotive，introduces the type of the PWM rectifier of the auxiliary converter of theelectric locomotive，and explores the control technology.Key words：electric locomotive;auxi

6、liary converter;PWM rectifier;control technology0引言经过几十年的研究与发展，PWM 整流器技术已日趋成熟。根据其能量是否可双向流动从而派生出可逆 PWM 整流器和不可逆 PWM 整流器;而其拓扑结构从最初的单向、三相电路发展到多相组合以及多电平拓扑电路;在控制开关方面，软开关调制逐渐开始代替单纯的硬开关调制;其功率等级从千瓦级发展到兆瓦级。研究电力机车辅助变流器 PWM 整流器控制，对于促进相关电力机车控制效果提升，促进电力机车性能改善具有重要意义。1机车辅助变流器发展概述作为机车系统的重要组成部分，机车辅助系统中包含了通风、冷却系统、压缩机、

7、空调等设备，机车辅助系统的作用是为机车牵引以及制定提供有效保障，机车辅助系统的质量对于机车的有效运行会产生较大的影响。传统的电力机车辅助系统一般应用的是电动发电机组或者是劈相机供电模式，主要应用在交直流传动机车中，这些技术系统相对成熟，不过整体的体积大、重量重，使用中的噪音也比较大，具体的系统维护工作量也很大，很难实现节能目标。针对角质传动电力机车的机车辅助变流器应用，更多的是使用劈相机购电辅助，這种辅助系统的问题在于三相输出电压不平衡且随着输入电压不断变化，这对于辅助电机是不利的。而辅助变流器供电模式中，应用交直交型交流传动机车以及部分交直型机车，这类机车使用交流传动模式辅助系统，在相应辅助

8、系统中，包含三相输出电压，具体的系统优势突出，能够发挥节能降噪的效果，且系统的维护工作量不断，系统的总体重量轻。目前辅助交流器在很多国家的发展应用已经比较成熟，且发展也初具规模。2电动机车辅助交流器 PWM 整流器类型就 PWM 整流器而言，又可称为升压整流器或者是四象限整流器。在相关技术快速发展的情况下，和 PWM 整流器相关的技术也得到了快速发展，促使交流侧电流波形正弦化能够实现，假设相应功率影响因素恒定时，能够对于能量的流动方向实现有效控制，保证节能目标实现。目前，对于 PWM 整流器的研究还在进一步开展中，相应的四象限整流器的品种也越来越多样化，相应的整流器产品不断推出。在实际的划分中

9、，按照相应的划分标准，能够将相关部门划分为多种，例如，可以按照整流后的直流侧储能模式差异实施类型划分，这样就可以氛围电压型拓扑结构以及电流型拓扑结构。如果是分句拓扑结构来进行划分，可以分为半桥结构以及全桥结构;要是根据网测交流电源电压相数分类，可以分为单相拓扑结构以及三相拓扑结构;要是根据电平调制，可以按照两电平、三电平以及多电平类型划分。综上所述，目前市场中 PWM 整流器在种类以及分类方式上都具有多样性，但在实际的应用中，需要按照各自的特点，基于主电路结构来进行划分，这样就可以获得电压型以及电流型整流器类型。3电动机车辅助变流器 PWM 整流器控制措施通常来说，电力机车辅助变流器是单相供电

10、模式，在主电路拓扑结构中，整流器则是核心部件。所以，要确保控制措施的合理性选择，才能够满足单位功率因数需要，保证电流波形趋于正弦波发展，这样才能够避免造成环境干扰。此外，在网压以及输出负载特性变化的情况下，保证整流器的稳压型，确保相关直流侧电压以及网侧电流的稳定性，PWM整流器的具体控制方案也有多种选择，常用的控制措施包含间接电流法、直接电流法以及预测电流法等。3.1 间接电流控制就这一电流控制模式来看，这里的主要思想是保证整流器输入电压和网测电压幅值、相位等结合起来，这样才能够确保电流控制，在电动机车辅助变流器的 PWM 整流器控制措施中，间接电流法来实施控制的积极作用主要包含以下几点：第一

11、，这种控制无需实施电流采样;第二，具体的控制成本比较低;第三，相关控制操作简单，便于操作使用;第四，能够确保良好的静态特征。这种控制模式也有相应的缺陷，这种控制模式忽视了暂态过程中状态量的影响因素，这样会造成电流超调量将近一倍，导致电流不稳定，甚至会产生严重的振荡，与此同时，还可能导致相应的响应过程更加缓慢。对此，应该添加电流微分，对于相应的反馈措施进行调整和完善，还可以尝试通过应用串联模式来增加补偿器，确保响应问题得到有效解决。总体来看，因为这种控制模式的优缺点，导致其在一些复杂结构中的应用并不是十分适合，因此这种控制模式更多的是应用在简单结构中，且在时间推移的情况下，相应控制方式也逐渐被直

12、流控制模式取代。3.2 直流电流控制直流电流法的控制原理实际上就是首先实现对于一个确定信号的设定，再直接控制网侧电流，确保其跟踪给定信号的一种控制方案。因此，在实际应用中，需要进行电流值的采样，进行电流控制环设置，这样才能够实现对于给定电流值的跟随，实现理想的动态特征。在目前应用的电动机车辅助变流器中，PWM 整流器控制措施是电流电压双闭环控制措施，借助对于电压外环控制器输出进行应用，将这里的输出的电压作为电流内环给定指令，因为电流内环能够实现输入电流控制，达到对于给定信号的有效跟踪效果，这种跟踪的整体速度快。相对于间接电流控制来说，这一电流控制的最大区分是网测没有电流闭环控制的引入，整流器的

13、整体电流动静态性能能够获得显著提升。所以，相对于间接电流控制模式来说，直接电流控制的应用优势突出，在具体的应用中，相应的电压型整流器直接电流控制措施应用也逐渐拓展。就目前在电力机车辅助变流器整流器应用中，应用最多的直接电流控制措施包含以下两种：第一种是固定开关频率 PWM 电流控制，这种控制措施主要是 PWM 载波频率保持固定不变，将电流偏差量当做调制波的具体控制措施。总体来看，这种控制方法会更加简单，操作也很便利，且很容易实现。此外，因为开关频率是固定状态，所以能够有效降低网测滤波电感设计困难，能够实现对于功率开关损害的有效抑制。不过，这种控制措施的不足在于电流动态响应速度很慢，且在电流动态

14、变化情况下，相应的偏差会随着电流变化不断变化。第二种是滞环电流控制措施。这种控制措施实际上是瞬时电流反馈控制方案，在电压型整流以及相关逆变控制中应用比较多。这种控制措施能够对于相关的采样交流信号以及给定值信号进行对比，再对两者偏差进行输入，这样就能够实现对相关开关的控制。这一控制措施的优势是具体的控制结构很简单，响应速度快。不过，不足的是，滞环电流法在相应工频周期中开关频率是在不断变化的，这样就导致电流谐波在相应频率上的分布显得十分分散，这样对于滤波器的设计难度会加大。4总结根据上述分析，电动机车辅助变流器是电力机车中的重要组成结构，作用重大。为使PWM 整流电路获得输入电流正弦且和输入电压同

15、相位的控制效果，根据有无电流反馈可将控制方式分两种：间接电流控制和直接电流控制。间接电流控制没有引入电流反馈，其动态特性差，较少应用。直接电流反馈则通过运算求出交流输入电流参考值，再采用交流电流反馈来直接控制输入电流，使其跟踪参考值，获得期望的输入特性。辅助变流器的实际性能、工作状态，均对牵引变流器电路工作状态产生直接的影响，同时，对于稳定电力机车系统，促进安全运行方面也具有重要影响。所以，应该要针对电力机车辅助变流器进行有效控制，在满足相关电力机车基本运行需要的情况下，保证整体设计模块简化，有效降低电力机车运营成本，实现对于电力机车辅助系统整体性能优化。参考文献：1张志，刘畅，唐校，张兆云，

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