畢業設計:CRH5牽引變流器原理及故障處理

輸入網壓頻率:50hz

額定輸出電壓:3600v(dc)(中間迴路電壓)

輸出電壓變化範圍:3200v~3700v

額定輸出電流:540a

igbt開關頻率:250hz

2.2.3四象限整流器(4qc)的結構

牽引輔助變流器內共有兩組四象限整流器,每組由一個電流感測器以及一個四象限模組組成。四象限模組的igbt(具有反相併聯二級管)採用雙管並聯,其冷卻液採用水乙二酸溶液,四象限模組的冷卻方式採用水循環強迫式風冷方式。四象限模組的安裝如圖2-2所示。

2.3逆變器的工作原理

逆變器部分的作用是通過igbt的順序導通關斷,把直流電變換為電壓頻率可調的三相交流電簡稱vvvf。採用新型高壓igbt(6500v/600a)元件,直流輸入電壓dc3600v。模組化設計,每個逆變器有一個功率模組組成,包括8個igbt,其中6個組成2電平3相逆變器,1個作為斬波器,1個將柵極和發射極短路作為二極體使用,外形如圖2-6所示。

圖2-6逆變模組外型圖

crh5牽引變流器的逆變部分採用兩電平主電路結構,將三相鼠籠式異步電機等效為星型連線的對稱感性負載。當列車運行於牽引工況時,兩個三相半橋逆變器由同一直流電壓環節供電,分別為兩台異步電機提供幅值和頻率可調的三相電壓,根據電機牽引特性控制igbt的通斷以調節輸出電壓的幅值和頻率,完成dc/ac變換;在回饋制動工況下,牽引逆變器處於整流狀態,利用電機三相繞組的漏感構成電壓型pwm整流器,當電機的運行速度較高時,靠反並二極體的續流作用即可實現再生運行,當電機在較低速度運行時,利用逆變器的升壓斬波等效模式實現再生運行,其原理圖如圖2-7所示。

圖2-7逆變器主電路原理圖

如圖2-7所示三相逆變器電路由6個帶無功反饋的二極體的igbt組成,且每個igbt反並聯一個二極體。電路的工作方式如圖2-8所示。

圖2-8逆變器開關原理圖

電路工作時開關管s1~s6順序導通得到需要的電壓波形。為了能夠有驅動逆變器,需要有tcu發出控制脈衝,脈衝通過安裝在功率模組上的驅動電路使逆變器工作。該逆變器的控制採用矢量控制方式。

2.3.1牽引逆變器的工作模式

crh5牽引變流器的逆變部分採用兩電平主電路結構,如圖2-9所示,將三相鼠籠式異步電機等效為星型連線的對稱感性負載。三相逆變器電路由6個帶無功反饋二極體的全控開關構成,也可以認為它是由三個單相半橋逆變器電路組合構成。在控制上,三個半橋間依次相差三分之一周期。

圖2-9三相180度電壓型逆變電路圖

對於同一橋臂上下兩隻功率器件相互換流的180導通型三相逆變器,任何時刻電路中總有三隻器件導通,在實際套用中,採用“先斷後通”的原則插入“死區時間”,從而防止同一橋臂上下兩隻器件同時導通。若用kt表示可控器件的導通數,kd表示二極體導通數,則kt和kd之和為3,則逆變器在感性負載下的工作模式為:

圖2-10逆變器開關狀態及編碼圖

第一模式:kt=3,kd=0(假定橋中t1,t6,t3導通),由於電路中都是可控器件導通,負載從直流電源獲得能量;

第二模式:kt=2,kd=1(假定橋中t1.t6,d3導通),一方面電源沿t1t2向負載輸送電能,另一方面由於t1d3導通,a,b兩相負載沿t1d3構成閉合迴路,流過環流;

第三模式:kt=1,kd=2(假定橋中t1,d6,d3導通),一方面負載沿t1d3形成閉合迴路,產生環流,另一方面負載能量沿d2d3反饋到直流側;

第四模式:kt=0,kd=3(假定橋中d3,d2,d5導通),此時負載中的能量將經二極體反饋到直流側。在三相兩電平逆變橋中,若假定上橋臂導通為1、下橋臂導通為0,則三相半橋兩電平逆變器存在100,110.010,011,001,101與111,000共8種工作狀態如圖2-10,由於負載接在半橋輸出之間,所以,逆變電路的輸出線電壓可由兩個半橋間的電壓差得到。

圖2-11三相電壓型逆變電路工作波形圖

由圖2-11知,的波形與相同,只是相位各差了1200於負由於負載接在半橋輸出之間,所以,逆變電路的輸出線電壓可由兩個半橋間的電壓差得到。

2.4中間迴路的基本工作原理

圖2-12中間迴路的原理圖

中間迴路的原理如圖2-12中的所示。中間迴路是四象限脈衝整流器和負載端的逆變器之間的聯結紐帶,主要是由支撐電容cdc、電容器的放電電阻器rdc、附加電容cris、放電電阻rris、接地開關smt組成,支撐電容cdc主要功能包含以下幾點:

(1)與四象限脈衝整流器、逆變器交換無功功率和諧波功率;

(2)與異步電機交換無功功率;

(3)與四象限電抗器交換無功功率;

(4)支撐中間迴路電壓,使其保持穩定。

由於採用單相脈衝整流技術,在牽引輔助變流器的中間迴路,勢必存在二次諧波,如果增加二次吸收迴路,則勢必增加變流器體積與成本,因而在該變流器內,去掉二次吸收迴路,而增大了直流側支撐電容的值,以達到減少二次諧波電壓的目的。電容參數選擇首先列出計算中間電容所需的參數,如下: