【正文】 ） I 目 錄 摘要 ................................................ III ABSTRACT............................................. IV 第 1章 緒論 ........................................... 1 電力機車的發(fā)展歷史 ............................... 1 國外電力機車發(fā)展概況 ......................... 1 、中國電力機車發(fā)展概況 .......................... 2 交 直 交牽引系統(tǒng)的構(gòu)成及特點 ...................... 3 課題研究的背景及意義 ............................. 4 論文主要的工作 ................................... 5 第 2章 逆變器的主電路 ................................. 6 逆變器主電路結(jié)構(gòu)設(shè)計 .............................. 6 功率開關(guān)器件的選擇 ............................... 7 第 3章 逆變器的控制技術(shù) ............................. 9 SPWM的特點與原理 ................................ 12 空間電壓矢量 SVPWM ............................... 14 SVPWM 的基本原理 ............................. 14 逆變器輸出電壓矢量和正六邊形磁鏈軌跡控制 ...... 16 電壓空間矢量的合成方法 ....................... 18 SVPWM 矢量組合模式的選擇 ...................... 19 ） II 第 4章 逆變器控制仿真 ................................ 22 器件介紹及參數(shù)設(shè)置 .............................. 24 基于 SPWM 的逆變器仿真 ........................... 33 電壓空間矢量 SVPWM ............................... 35 減少低次諧波的方案 .............................. 38 增加開關(guān)頻率 ................................. 38 加入濾波電抗 ................................. 41 比較總結(jié) ........................................ 43 第 5章 結(jié)論 .......................................... 45 全文總結(jié) ........................................ 45 下一步的工作思考 ................................ 45 參考文獻 ............................................. 46 致謝 ................................................. 47 ） III 交 — 直 — 交電力機車 逆變器 PWM 調(diào)制 摘要 電力機車由牽引電動機驅(qū)動車輪的機車。 交 — 直 — 交牽引系統(tǒng)比其它牽引傳動系統(tǒng)具有良好的牽引和制動性能、良好的黏著利用和防空轉(zhuǎn)性能、電機功率大、質(zhì)量輕、體積小、功率因數(shù)高、諧波干擾小、操作簡便、維修工作少、易于標準化、通用化和模塊化等優(yōu)越性。因此交 — 直 — 交電力機車已成為目前應(yīng)用最廣泛的電力機車 。 逆變器在整個牽引系統(tǒng)中起到把直流電逆變成為 三相交流電的作用，供給電動機運行，它對整個牽引系統(tǒng)是否能正常運行起到重要作用。但是 對于交 — 直 — 交電力機車這種大功率場合，由于逆變器的的開關(guān)頻率較低，將會產(chǎn)生很大的低次諧波，輕則影響系統(tǒng)的性能，重則將導致整個調(diào)速系統(tǒng)的控制失敗，因此需要對其進行 PWM 調(diào)制。 PWM 調(diào)制作為交流調(diào)速系統(tǒng)的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其設(shè)計的優(yōu)劣直接關(guān)系到系統(tǒng)的性能。 關(guān)鍵詞 ：電力機車、交 — 直 — 交電力機車、 PWM 調(diào)制 ） IV AC DC AC Electric Lootive PWM modulation Abstract Electric lootive traction motor drive the wheels of the lootive. ACDCACtraction drive system, traction than the other good traction and braking performance, good adhesion properties of the use and antistall, motor power, light weight, small size, high power factor, harmonic disturbance, the operation simple, low maintenance, easytostandard, generic and modular and other advantages. Therefore, AC DC AC electric lootive has bee the most widely used electric lootives. Inverter in the DC traction system played the role of threephase AC inverter into the supply motor is running, it is the traction system can play an important role in normal operation. But for AC DC AC power for electric lootive that occasion, the inverter switching frequency islow, will have a lot of loworder harmonics, ranging from the performance of the system, readjustment will cause the entire speed control of the system failed, so it needs to be PWM modulation. AC Speed Control System PWM modulation as a key link in the merits of its design is directly related to system performance. Key words: electric lootives, AC DC AC electric lootive, PWM modulation 河北機電職業(yè)技術(shù)學院 畢業(yè)設(shè)計 （論文） 1 第 1 章 緒論 電力機車由 牽引電動機 驅(qū)動車輪的機 車。電力機車因為所需電能由電氣化 鐵路供電系統(tǒng) 的接觸網(wǎng)或第三軌供運行中的電力機車給，所以是一種非自帶能源的機車。電力機車 具有功率 大、過載能力強、牽引力大、速度快、整備作業(yè)時間短、維修量少、運營費用低、便于實現(xiàn)多機牽引、能采用再生制動以及節(jié)約能量等優(yōu)點。使用電力機車牽引車列，可以提高 運行速度和 承載重量 ，從而大幅度地 提高鐵路 的運輸能力和通過能力 電力機車的發(fā)展歷史 國外電力機車發(fā)展概況 從供電網(wǎng)電流制來看，電力牽引經(jīng)歷了從直流制（ 或 3KV）到單相低頻交流（ 15KV,50/3HZ或 11KV,25HZ），再到單相工頻交流（ 25kv， 50hz 或 60hz，個別 20kv 和 50kv）3 個主要發(fā)展階段。電力機車也隨之由直流制機車發(fā)展到交流機車和多流制機車。采用直流制的國家主要有日本、法國、意大利等；采用單相低頻交流制的國家主要有德國、瑞典、奧地利、挪威和美國；采用單相工頻交流制的國家有法國、日本、印度、英國等。 從主電路系統(tǒng)的特點可以看出電力機車最近幾十年來的發(fā)展過程。 20 世紀 70 年代以前，直流電力機車普遍采用直流牽引電動機和高壓側(cè)調(diào)壓開關(guān)調(diào)壓系統(tǒng)；低頻交流電力機車幾乎全部采用單相交流整流子 牽引電動機高壓側(cè)調(diào)壓開關(guān)系統(tǒng)。工頻交流電力機車主要采用水銀整流器或硅整流器與脈流牽引電機和高壓側(cè)或低壓側(cè)開關(guān)調(diào)壓系統(tǒng)。 20 世紀 70 年代開始，隨著大功率晶閘管及電力電子技術(shù)的發(fā)展，直流電力機車逐漸采用斬波調(diào)壓；單相工頻整流器電力機車逐步被晶閘管相控電力機車取代；在采用交流制的國家中，以瑞典為代表，包括奧地利，著重發(fā)展晶閘管相控電力機車，而德國和瑞士再使用少量相控機車的同時。著力發(fā)展三相交流傳動電力機車。 在 80 年代，一方面，直流斬波機車和交流相控機車技術(shù)得到進一步完善和發(fā)展。另一方面。以 1979 年問世的第一 臺 E120 型交流傳動電力機車（原聯(lián)邦德國 BBC 公司制造）為轉(zhuǎn)機，三相交流傳動電力機車在德國第一些國家投入運營并得到迅速發(fā)展。 從 80年代末 90年代初開始，世界上特別是西歐和日本，隨著既有電力機車的更新?lián)Q代和高速鐵路的蓬勃發(fā)展，電力機車的研制迅速向交流傳動。目前這些國家早已停止了用于本國的直流傳動和交直傳動電力機車的生產(chǎn) 河北機電職業(yè)技術(shù)學院 畢業(yè)設(shè)計 （論文） 2 、中國電力機車發(fā)展概況 中國電力機車在 40 多年的風雨中不斷發(fā)展進步，前后共經(jīng)歷了 3 個階段，開發(fā)了 4代產(chǎn)品。其發(fā)展和國際上發(fā)展的路徑相類似，即由直流傳動到交直電傳動的發(fā)展。 第一 階段（ 1956~1968 年）是中國電力機車早期引進仿制階段 1956 年中國政府提出要迅速地、有步驟地研制使用電力機車。 1957 年參照蘇聯(lián) H60型單相引燃管整流器電力機車，開始研究設(shè)計電力機車。 1958 年仿制出第一臺電力機車，即 6Y1型干線電力機車，此后經(jīng)過多次改進，到 1968 年， 6Y1 型改名為 SS1 型，是第一代機車，開始小批量生產(chǎn)； 第二階段（ 1968~1985 年）是中國電力機車艱難的成長階段 這期間跳出了照搬國外電力機車的模式，走上了自我發(fā)展的道路。產(chǎn)品 SS1 型成批生產(chǎn)，自主研制成功 SS2 型。 1979 年株 洲電力機車工廠設(shè)計試制成功 SS3型機車， SS3 是在吸收了 SS1 和 SS2 的成熟經(jīng)驗。并在 SS1 基礎(chǔ)上改進設(shè)計的。 SS3 機車綜合性能優(yōu)于 SS1型。 1989 年開始打批量生產(chǎn)，是中國第 2 代干線主型機車，此期間。 1985 年 9 月在株洲電力機車工廠試制成功我國第 1 臺相控電力機車 SS4 貨運電力機車， SS4 是中國第 3 代電力機車 第三階段（ 1984~至今）是中國電力機車迅速發(fā)展階段 此階段我國第 3 代電力機車發(fā)展形成多機型系列，基本形成了較為完整的 8 軸貨運、客運系列。 1986 年中國鐵路牽引動力政策改為“大力發(fā)展電力牽引 ，合理發(fā)展內(nèi)燃牽引”以及發(fā)展“重載高速”機車。此期間株洲電力機車工廠第工廠和株洲電力機車研究所第科研單位得以大規(guī)模改造，新增很多先進專用設(shè)備和實驗檢測設(shè)備，引進大量先進技術(shù)。 1985 年和 1986 年進口 8K 和 6K 機車的同時，引進了大量先進技術(shù)。經(jīng)過消化吸收，結(jié)合中國電力機車實際和優(yōu)秀的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，先后自主研制成功第 3代機車 11 種，有 SSSS SS SS SS8 以及它們的派生型 SS4b、 SS4c、 SS6b、 SS7b、 SS7c 第。 1996 年 AC4000 交流傳動電力機車研制成功，這是我國電力機車事業(yè)發(fā)展上 的一個重要的里程碑，是我國鐵路電傳動機車開始步入交流傳動機車的發(fā)展時期。同時還研制成功了第 4代機車 C4000 型交流傳動機車。 2021 年我國研制出第 1臺有自主知識產(chǎn)權(quán)交流傳動客運電力機車，標志著我國交流傳 動機車技術(shù)跨上了一個新臺階 河北機電職業(yè)技術(shù)學院 畢業(yè)設(shè)計 （論文） 3 交 直 交牽引系統(tǒng)的構(gòu)成及特點 以電壓型交直交變流器供電、三相異步電動機作牽引電動機的機車為例，其包括整流器、逆變器、電抗器、三相異步電動機等。 電壓型異步電動機電力機車工作原理 機車在工作時，將電網(wǎng)歹念壓引入機車變壓器一次側(cè)繞組，經(jīng)變壓器二次側(cè)繞組降壓后送入①環(huán)節(jié) （整流環(huán)節(jié)），將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，經(jīng)②環(huán)節(jié)平滑Ａ處脈動，送入③環(huán)節(jié)，將直流電逆變?yōu)殡妷汉皖l率可調(diào)的三相交流電，經(jīng)④環(huán)節(jié)平波電抗器，供給三相異步牽引電動機，實現(xiàn)牽引