【正文】 件 的 通 斷 ,以 達(dá) 到 預(yù) 期 的 目 的 .由于 此 方 法 是 以 SPWM控 制 的 基 本 原 理 為 出 發(fā) 點 ,可 以 準(zhǔn) 確 地 計 算 出 各 開 關(guān) 器 件 的 通 斷 時刻 ,其 所 得 的 的 波 形 很 接 近 正 弦 波 ,但 其 存 在 計 算 繁 瑣 ,數(shù) 據(jù) 占 用 內(nèi) 存 大 ,不 能 實 時 控制 的 缺 點 . 2） 硬 件 調(diào) 制 法 ： 硬 件 調(diào) 制 法 是 為 解 決 等 面 積 法 計 算 繁 瑣 的 缺 點 而 提 出 的 ,其 原理 就 是 把 所 希 望 的 波 形 作 為 調(diào) 制 信 號 ,把 接 受 調(diào) 制 的 信 號 作 為 載 波 ,通 過 對 載 波 的 調(diào)制 得 到 所 期 望 的 PWM波 形 .通 常 采 用 等 腰 三 角 波 作 為 載 波 ,當(dāng) 調(diào) 制 信 號 波 為 正 弦 波 時 ,所 得 到 的 就 是 SPWM波 形 .其 實 現(xiàn) 方 法 簡 單 ,可 以 用 模 擬 電 路 構(gòu) 成 三 角 波 載 波 和 正 弦 調(diào) 制波 發(fā) 生 電 路 ,用 比 較 器 來 確 定 它 們 的 交 點 ,在 交 點 時 刻 對 開 關(guān) 器 件 的 通 斷 進(jìn) 行 控 制 ,就可 以 生 成 SPWM波 .但 是 ,這 種 模 擬 電 路 結(jié) 構(gòu) 復(fù) 雜 ,難 以 實 現(xiàn) 精 確 的 控 制 . 3） 軟 件 生 成 法 ： 由 于 微 機 技 術(shù) 的 發(fā) 展 使 得 用 軟 件 生 成 SPWM波 形 變 得 比 較 容 易 ,因 此 ,軟 件 生 成 法 也 就 應(yīng) 運 而 生 .軟 件 生 成 法 其 實 就 是 用 軟 件 來 實 現(xiàn) 調(diào) 制 的 方 法 ,其 有兩 種 基 本 算 法 ,即 自 然 采 樣 法 和 規(guī) 則 采 樣 法 . 4） 自 然 采 樣 法 ： 以 正 弦 波 為 調(diào) 制 波 ,等 腰 三 角 波 為 載 波 進(jìn) 行 比 較 ,在 兩 個 波 形 的自 然 交 點 時 刻 控 制 開 關(guān) 器 件 的 通 斷 ,這 就 是 自 然 采 樣 法 .其 優(yōu) 點 是 所 得 SPWM波 形 最 接近 正 弦 波 ,但 由 于 三 角 波 與 正 弦 波 交 點 有 任 意 性 ,脈 沖 中 心 在 一 個 周 期 內(nèi) 不 等 距 ,從 而脈 寬 表 達(dá) 式 是 一 個 超 越 方 程 ,計 算 繁 瑣 ,難 以 實 時 控 制 . 5） 規(guī) 則 采 樣 法 ： 規(guī) 則 采 樣 法 是 一 種 應(yīng) 用 較 廣 的 工 程 實 用 方 法 ,一 般 采 用 三 角 波作 為 載 波 .其 原 理 就 是 用 三 角 波 對 正 弦 波 進(jìn) 行 采 樣 得 到 階 梯 波 ,再 以 階 梯 波 與 三 角 波的 交 點 時 刻 控 制 開 關(guān) 器 件 的 通 斷 ,從 而 實 現(xiàn) SPWM法 .當(dāng) 三 角 波 只 在 其 頂 點 (或 底 點 )位置 對 正 弦 波 進(jìn) 行 采 樣 時 ,由 階 梯 波 與 三 角 波 的 交 點 所 確 定 的 脈 寬 ,在 一 個 載 波 周 期 (即采 樣 周 期 )內(nèi) 的 位 置 是 對 稱 的 ,這 種 方 法 稱 為 對 稱 規(guī) 則 采 樣 .當(dāng) 三 角 波 既 在 其 頂 點 又 在底 點 時 刻 對 正 弦 波 進(jìn) 行 采 樣 時 ,由 階 梯 波 與 三 角 波 的 交 點 所 確 定 的 脈 寬 ,在 一 個 載 波周 期 (此 時 為 采 樣 周 期 的 兩 倍 )內(nèi) 的 位 置 一 般 并 不 對 稱 ,這 種 方 法 稱 為 非 對 稱 規(guī) 則 采 樣 . 規(guī) 則 采 樣 法 是 對 自 然 采 樣 法 的 改 進(jìn) ,其 主 要 優(yōu) 點 就 是 是 計 算 簡 單 ,便 于 在 線 實 時運 算 ,其 中 非 對 稱 規(guī) 則 采 樣 法 因 階 數(shù) 多 而 更 接 近 正 弦 .其 缺 點 是 直 流 電 壓 利 用 率 較 低 ,線 性 控 制 范 圍 較 小 . 以 上 兩 種 方 法 均 只 適 用 于 同 步 調(diào) 制 方 式 中 . 6） 低 次 諧 波 消 去 法 ： 低 次 諧 波 消 去 法 是 以 消 去 PWM波 形 中 某 些 主 要 的 低 次 諧 波 為 目 的的 方 法 .其 原 理 是 對 輸 出 電 壓 波 形 按 傅 氏 級 數(shù) 展 開 ,表 示 為 ,首 先 確 定 基ttnau??si?波 分 量 a1的 值 ,再 令 兩 個 不 同 的 an=0,就 可 以 建 立 三 個 方 程 ,聯(lián) 立 求 解 得 a1,a2及 a3,這樣 就 可 以 消 去 兩 個 頻 率 的 諧 波 . 該 方 法 雖 然 可 以 很 好 地 消 除 所 指 定 的 低 次 諧 波 ,但 是 ,剩 余 未 消 去 的 較 低 次 諧 波的 幅 值 可 能 會 相 當(dāng) 大 ,而 且 同 樣 存 在 計 算 復(fù) 雜 的 缺 點 .該 方 法 同 樣 只 適 用 于 同 步 調(diào) 制方 式 中 . 7） 梯 形 波 與 三 角 波 比 較 法 前 面 所 介 紹 的 各 種 方 法 主 要 是 以 輸 出 波 形 盡 量 接 近 正 弦波 為 目 的 ,從 而 忽 視 了 直 流 電 壓 的 利 用 率 ,如 SPWM法 ,其 直 流 電 壓 利 用 率 僅 為 %.因此 ,為 了 提 高 直 流 電 壓 利 用 率 ,提 出 了 一 種 新 的 方 法 梯 形 波 與 三 角 波 比 較 法 .該 方 法是 采 用 梯 形 波 作 為 調(diào) 制 信 號 ,三 角 波 為 載 波 ,且 使 兩 波 幅 值 相 等 ,以 兩 波 的 交 點 時 刻 控制 開 關(guān) 器 件 的 通 斷 實 現(xiàn) PWM控 制 . 由 于 當(dāng) 梯 形 波 幅 值 和 三 角 波 幅 值 相 等 時 ,其 所 含 的 基 波 分 量 幅 值 已 超 過 了 三 角 波幅 值 ,從 而 可 以 有 效 地 提 高 直 流 電 壓 利 用 率 .但 由 于 梯 形 波 本 身 含 有 低 次 諧 波 ,所 以 輸出 波 形 中 含 有 5次 ,7次 等 低 次 諧 波 .（ 2） 空 間 電 壓 矢 量 控 制 PWM： 空 間 電 壓 矢 量 控 制 PWM(SVPWM)也 叫 磁 通 正 弦 PWM法 .它以 三 相 波 形 整 體 生 成 效 果 為 前 提 ,以 逼 近 電 機 氣 隙 的 理 想 圓 形 旋 轉(zhuǎn) 磁 場 軌 跡 為 目 的 ,用 逆 變 器 不 同 的 開 關(guān) 模 式 所 產(chǎn) 生 的 實 際 磁 通 去 逼 近 基 準(zhǔn) 圓 磁 通 ,由 它 們 的 比 較 結(jié) 果 決定 逆 變 器 的 開 關(guān) ,形 成 PWM波 形 .此 法 從 電 動 機 的 角 度 出 發(fā) ,把 逆 變 器 和 電 機 看 作 一 個整 體 ,以 內(nèi) 切 多 邊 形 逼 近 圓 的 方 式 進(jìn) 行 控 制 ,使 電 機 獲 得 幅 值 恒 定 的 圓 形 磁 場 (正 弦 磁通 ). 具 體 方 法 又 分 為 磁 通 開 環(huán) 式 和 磁 通 閉 環(huán) 式 .磁 通 開 環(huán) 法 用 兩 個 非 零 矢 量 和 一 個 零矢 量 合 成 一 個 等 效 的 電 壓 矢 量 ,若 采 樣 時 間 足 夠 小 ,可 合 成 任 意 電 壓 矢 量 .此 法 輸 出 電壓 比 正 弦 波 調(diào) 制 時 提 高 15%,諧 波 電 流 有 效 值 之 和 接 近 最 小 .磁 通 閉 環(huán) 式 引 入 磁 通 反饋 ,控 制 磁 通 的 大 小 和 變 化 的 速 度 .在 比 較 估 算 磁 通 和 給 定 磁 通 后 ,根 據(jù) 誤 差 決 定 產(chǎn) 生下 一 個 電 壓 矢 量 ,形 成 PWM 波 形 .這 種 方 法 克 服 了 磁 通 開 環(huán) 法 的 不 足 ,解 決 了 電 機 低 速時 ,定 子 電 阻 影 響 大 的 問 題 ,減 小 了 電 機 的 脈 動 和 噪 音 .但 由 于 未 引 入 轉(zhuǎn) 矩 的 調(diào) 節(jié) ,系統(tǒng) 性 能 沒 有 得 到 根 本 性 的 改 善 SPWM 的特點與原理由于本文采用的是電壓型逆變器故采用的 SPWM 調(diào)制方法是電壓 SPWM。脈 沖 寬 度 調(diào) 制 是 一 種 模 擬 控 制 方 式 ， 其 根 據(jù) 相 應(yīng) 載 荷 的 變 化 來 調(diào) 制 晶 體 管 柵 極 或基 極 的 偏 置 ， 來 實 現(xiàn) 開 關(guān) 穩(wěn) 壓 電 源 輸 出 晶 體 管 或 晶 體 管 導(dǎo) 通 時 間 的 改 變 ， 這 種 方 式 能使 電 源 的 輸 出 電 壓 在 工 作 條 件 變 化 時 保 持 恒 定 ， 是 利 用 微 處 理 器 的 數(shù) 字 輸 出 來 對 模 擬電 路 進(jìn) 行 控 制 的 一 種 非 常 有 效 的 技 術(shù) 。IGBT 元件和 GTO 元件的基本性能對比可見下圖表 IGBT 元件和 GTO 元件的基本性能對比項目 GTO 元件 IGBT 元件電壓（V） 4500(6000) 3300(4000)電流（A） 3000~4000（可關(guān)斷電流） 1200開關(guān)頻率（HZ） 500 5000開關(guān)損耗 大 小通態(tài)損耗 小 大吸收回路損耗 大 小驅(qū)動功率 大 小di/dt,du/dt 限制 嚴(yán)格 不嚴(yán)保護(hù)功能 外設(shè) 完善的自我保護(hù)第 3 章 逆變器的控制技術(shù) 現(xiàn)代電力電子技術(shù)，特別是數(shù)字信號處理技術(shù)的不斷發(fā)展，促進(jìn)了電力機車逆變器系統(tǒng)及控制技術(shù)的發(fā)展。IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，絕緣柵雙極型晶體管，是由 BJT(雙極型三極管)和 MOS(絕緣柵型場效應(yīng)管)組成的復(fù)合全控型電壓驅(qū)動式功率半導(dǎo)體器件, 兼有MOSFET 的高輸入阻抗和 GTR 的低導(dǎo)通壓降兩方面的優(yōu)點。如圖 三相逆變器主電路所示圖 三相逆變器主電路 功率開關(guān)器件的選擇三相逆變器的開關(guān)器件采用 IGBT。 就 電 壓 型 逆 變 器 和 電流 型 逆 變 器 相 比 較 ， 在 大 功 率 牽 引 領(lǐng) 域 ， 以 電 壓 型 逆 變 器 為 主 。吸收電路逆變器通過采用無感復(fù)合母排技術(shù)、低感電容技術(shù)來盡可能消除產(chǎn)生過電壓的因素，從而盡可能避免過電壓情況的發(fā)生，同時也消除了吸收電路所產(chǎn)生的損耗，這樣，既簡化了電路結(jié)構(gòu)，又降低了逆變 器的損耗，提高了效率，同時還因逆變器發(fā)熱量的降低而使得逆變器的體積重量 也得以減小。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)的性能第 2 章 逆變器的主電路逆變器的任務(wù)是將直流電壓轉(zhuǎn)換成負(fù)載電機所需的三相交流電壓向電機供電，其輸出方式既可以選擇變壓變頻(VVVF)方式，也可以 選擇恒壓恒頻(CVCF)方式，以滿足不同負(fù)載的需要。較于其它機車成本較低。使得機車不論在額定功率，還是小負(fù)載時，在牽引或再生制動工況，機車的功率系數(shù)都在 以上。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(biāo)準(zhǔn)化、通用化和模塊化等優(yōu)越性。這種牽引方式將接觸網(wǎng)的單向交流電通過可控硅整流變成直流電，通過控制勵磁電力使?fàn)恳姍C具有所要求的軟特性和良好的防空轉(zhuǎn)性能，雖然這種脈流式牽引電動機與直流電動機有所不同但其工作原理基本上與直流電機相同，仍然無法改變電機存在的火花和環(huán)火的致命缺欠。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(biāo)準(zhǔn)化、通用化和模塊化等優(yōu)越性 課題研究的背景及意義電力機車的牽引系統(tǒng)可分為直流牽引傳動系統(tǒng)、交—直牽引傳動系統(tǒng)、交—直—交牽引傳動系統(tǒng)，過去，在具有調(diào)速的牽引傳動范圍內(nèi)大多采用直流傳動，這是由于直流牽引電動機的磁場電流和電樞電流可以單獨控制，起動調(diào)速性能和轉(zhuǎn)矩特性比較理想，并容易獲得良好的動態(tài)響應(yīng)。所以相同功率的電機，異步電動機的重量輕、體積小，可使機車轉(zhuǎn)向架簧下部分重量相應(yīng)減少，在機車通過曲線時，輪軌之間側(cè)向壓力也就相應(yīng)減少，這對高速行車尤為重要?；虿捎秒妷合嗔浚╒VCPWM）控制技術(shù)，降低電機損耗，減少網(wǎng)壓波動的影響。具體電路可以是不可控整流橋、相控整橋流、四象限脈沖變流器。2022 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(biāo)志著我國交流傳動機車技術(shù)跨上了一個新臺階 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。1985 年和 1986 年進(jìn)口 8K 和 6K 機車的同時，引進(jìn)了大量先進(jìn)技術(shù)。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。產(chǎn)品 SS1 型成批生產(chǎn)，自主研制成功 SS2 型。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。另一方面。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)。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。關(guān)鍵詞：電力機車、交—直—交電力機車、PWM 調(diào)制AC DC AC Electric Lootive PWM modulation Abstract Electric lootive traction motor drive the wheels of the lootive. ACDCACtraction drive syste