基于混合碳化硅器件的城市轨道交通车辆牵引节能研究

以碳化硅为代表的新一代半导体器件在城市轨道交通车辆中的应用对车辆牵引电传动系统技术的发展意义重大。将混合碳化硅器件应用于城市轨道交通车辆牵引系统中，能极大地发挥碳化硅器件高温、高频和低损耗的特点，提高车辆牵引系统效率，实现牵引系统的节能降耗目标。与硅功率器件的电机损耗相对比，混合碳化硅功率器件的电机损耗可降低4%;通过更换功率器件、配套新型牵引控制单元，以及采用新的PWM(脉冲宽度调制)控制算法，降低了功率器件的开关损耗和导通损耗。在此基础上，优化了碳化硅功率器件的控制算法，以抑制电流谐波、降低电机损耗。软件仿真和装车测试结果验证了该混合碳化硅器件在车辆牵引系统中的节能效果。     

单相高频链逆变器的一种控制方法

针对高频链逆变器正弦脉宽脉位调制(SPWPM)中周波变换器开关工作在高频时开关损耗较大的缺点,研究了一种新的周波变换器的控制方法。在功率因数接近1的应用场合,周波变换器开关只需要工作在输出电压频率,可有效减小变换器的开关损耗。基于单相推挽型高频链逆变器拓扑详细分析了相应的控制及其调制方法。结合这种周波变换器控制,研究了电压外环准比例谐振(PR)控制电感电流内环比例控制的双闭环控制策略。通过仿真和试验,证明了控制方案的可行性和有效性。     

基于SiC MOSFET的牵引逆变器在轨道交通中的应用研究

阐述了SiC器件和Si器件的开关特性和能耗对比;根据轨道交通牵引工况计算比较了SiC器件和Si器件的功率损耗;针对高开关频率应用,进行了包括温升、噪声、损耗、效率等一系列试验验证。试验结果表明,采用SiC MOSFET的牵引逆变器可以有效降低电机的谐波损耗,实现牵引系统节能降耗,并降低中低速段的电机噪声。     

不同调制方式下异步牵引电动机谐波损耗的分析与比较

在轨道交通牵引传动系统中,逆变器输出电压中含有较多的低次谐波分量,低次谐波对牵引电机的温升、损耗等产生不利影响,为此对低开关频率下不同调制方式对电机谐波损耗的影响进行理论分析和对比研究。针对谐波铁耗与谐波铜耗分析其影响因素,分别建立两者基于谐波电压幅值的谐波损耗模型。通过理论计算目前广泛使用的3种不同调制方式下的谐波电压幅值随调制比的变化曲线,以某实际动车组牵引电机参数为例分析对比了不同调制方式下电机谐波损耗的变化规律。研究结果对于选择大功率牵引逆变器的调制策略,以提高电机运行效率具有借鉴意义。     

高速列车三电平牵引逆变器多模式PWM调制方法研究

针对中点箝位式三电平牵引逆变器,重点研究了其多模式PWM调制中的同步调制阶段,给出一种可以实时计算开关角的中间60°同步调制方法。对于不同载波比条件,分析了中间60°同步调制的原理,得出了调制波基波幅值指令与开关角的解析关系式,并探讨了多模式下不同调制模式的切换条件。利用该方法建立了三电平逆变器-异步电机驱动系统仿真模型,对异步调制、5分频同步调制、3分频同步调制及方波工况进行了仿真。仿真结果表明,该方法下三电平逆变器输出波形对称性良好,在载波比较低时能够保证输出电压基波幅值满足要求,并可实现不同调制模式的平滑切换。     

一种新型Z源逆变器拓扑结构的研究

提出了基于串联型双Z源新型逆变器拓扑结构。在拓扑电路中串联双Z源网络,以此降低Z源网络电容电压应力,采用了改进型载波反向层叠调制技术,从而减小启动过程电压的冲击。最后,通过仿真实验验证了文中提出的拓扑结构的优越性及调制策略的可行性。     

基于SHEPWM的多模式调制切换策略研究

以大功率电力机车牵引传动系统为背景,针对其逆变器开关频率最大值较低的特点,采用一种基于SHEPWM的多模式调制策略以实现牵引电机在速度全程范围的平滑运行。在综合考虑SHEPWM的实现方法、分析输出电压的谐波成分及电流特性的基础上,对不同调制方式间或相同调制方式的不同载波比之间的切换策略进行深入研究,提出一种基于SHEPWM的三相电压同时切换策略,使控制牵引电机切换的算法显著简化。最后,通过仿真和实验验证切换策略。     

动车组牵引电机矢量控制系统几项关键技术

基于高电压、大电流IGBT功率器件的牵引逆变器及异步牵引电机已成为高速动车组牵引传动系统的主流电路结构,矢量控制技术作为一种高性能的异步牵引电机控制策略得到广泛应用。现从实用性角度出发,介绍了动车组牵引电机矢量控制系统的几项关键技术,包括电压电流测量、电压解耦算法、转子磁链观测模型、定子频率校正、多模式PWM调制。     

基于热损耗测量牵引逆变器效率的方法

针对电测量法测量牵引逆变器效率接线复杂、成本高的缺点,提出一种通过测量热损耗计算热稳态下牵引逆变器效率的方法,即热损耗法。对电测量法与热损耗法的测量原理、测量过程和测量结果进行了介绍和比较。结果表明:用2种方法测量计算牵引逆变器效率基本一致,但热损耗法能减少测量设备,降低测量成本,降低电磁干扰对测量设备的影响。因此,热损耗法不仅可行,而且比电测量法更加稳定可靠。     

基于二极管箝位级联拓扑变流器的直驱风电用变流技术

直接驱动型风力发电系统需要全功率变流器作为与电网的接口，多电平变流器的应用得到了广泛关注。二极管箝位五电平级联H桥拓扑，结合了二极管箝位型多电平和级联H桥多电平的优势，只需较少的箝位二极管和独立直流电源，即可进一步提高输出电压等级；使用移相变压器和12脉波整流器作为输入电路.可以方便地应用在使用多相永磁同步发电机的直驱风电系统中。基于拓扑提出了消谐波SPWM和载波相移SPWM相结合的调制方法，能够方便地对二极管箝位级联拓扑进行控制，可以进一步提高等效载波频率，减小器件损耗和滤波器体积。仿真和实验结果证实了所采用的拓扑及其控制方法的有效性。