【正文】 對(duì)于異步調(diào)制方式，當(dāng)正弦控制信號(hào)的頻率變化時(shí)，通常保持三角載波信號(hào)的頻率和幅值不變。本文重點(diǎn)對(duì)牽引逆變器的PWM控制方式做一討論。 其開關(guān)狀態(tài)及相應(yīng)的工作模式分析： （1） 工作模式0：開關(guān)管、導(dǎo)通，、關(guān)斷；其a、b、c端相電壓分別為=0，=0，=0；相應(yīng)的線電壓分別為=0，=0，=0；與該工作模式對(duì)應(yīng)的電壓空間矢量為（2） 工作模式1：開關(guān)管、導(dǎo)通，、關(guān)斷；其a、b、c端相電壓分別為=，=，=；相應(yīng)的線電壓分別為=0，=，=；與該工作模式對(duì)應(yīng)的電壓空間矢量為（3） 工作模式2：開關(guān)管、導(dǎo)通，、關(guān)斷；其a、b、c端相電壓分別為=，=，=；相應(yīng)的線電壓分別為=，=，=0；與該工作模式對(duì)應(yīng)的電壓空間矢量為（4） 工作模式3：開關(guān)管、導(dǎo)通，、關(guān)斷；其a、b、c端相電壓分別為=，=，=；相應(yīng)的線電壓分別為=，=0，=；與該工作模式對(duì)應(yīng)的電壓空間矢量為（5） 工作模式4：開關(guān)管、導(dǎo)通，、關(guān)斷；其a、b、c端相電壓分別為=，=，=；相應(yīng)的線電壓分別為=，=0，=；與該工作模式對(duì)應(yīng)的電壓空間矢量為（6） 工作模式5：開關(guān)管、導(dǎo)通，、關(guān)斷；其a、b、c端相電壓分別為=，=，=；相應(yīng)的線電壓分別為=，=，=0；與該工作模式對(duì)應(yīng)的電壓空間矢量為（7） 工作模式6：開關(guān)管、導(dǎo)通，、關(guān)斷；其a、b、c端相電壓分別為=，=，=；相應(yīng)的線電壓分別為=0，=，=；與該工作模式對(duì)應(yīng)的電壓空間矢量為（8） 工作模式7：開關(guān)管、導(dǎo)通，、關(guān)斷；其a、b、c端相電壓分別為=0，=0，=0；相應(yīng)的線電壓分別為=0，=0，=0；與該工作模式對(duì)應(yīng)的電壓空間矢量為（2）兩電平牽引逆變器控制方式牽引逆變器主要采用如下四種方式進(jìn)行調(diào)節(jié)：異步調(diào)制、同步調(diào)制、分段同步調(diào)制及方波控制四種調(diào)制方式。
（1）兩電平式牽引逆變器結(jié)構(gòu)與工作原理，逆變器共有3個(gè)橋臂，每個(gè)橋臂由2個(gè)開關(guān)器件以及對(duì)應(yīng)的續(xù)流二極管組成，同一個(gè)橋臂的上下兩個(gè)開關(guān)不能同時(shí)導(dǎo)通，所以開關(guān)狀態(tài)共有23= 8種組合。提高逆變器的開關(guān)頻率，采用磁場(chǎng)定向矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制等高動(dòng)態(tài)性能的控制技術(shù)，有利于體現(xiàn)異步牽引電動(dòng)機(jī)其優(yōu)良的牽引性能。因此, 對(duì)支撐電容器的選型而言, 重點(diǎn)是確定支撐電容器的額定工作電流與電容值。二、支撐電容器的主要技術(shù)參數(shù)支撐電容器主要技術(shù)參數(shù)包括直流額定電壓、額定電流 、電容值、等效串聯(lián)電感值、耐壓、工作溫度, 其定義與解釋參見機(jī)車車輛設(shè)備電力電容器標(biāo)準(zhǔn) 。中間直流回路與兩端變流器之間存在著復(fù)雜的能量交換過程，沒有簡單實(shí)用的方法來選擇合適的支撐電容的大小，其容量可以根據(jù)中間直流環(huán)節(jié)所允許的電壓脈動(dòng)量決定，電容容量越大則脈動(dòng)電壓越小。瞬態(tài)直接電流控制為電壓電流雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，其策略具有實(shí)現(xiàn)簡單，能夠有效抑制二次牽引繞組的電流諧波、直流側(cè)電壓紋波小、控制精度高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)。脈沖整流器采用雙閉環(huán)控制：電壓控制為外環(huán)，電流控制為內(nèi)環(huán)。若或?qū)?，工作在逆變反饋狀態(tài)，由負(fù)載向電源輸送能量；若或?qū)?，工作在整流狀態(tài)，由電源向負(fù)載（直流環(huán)節(jié)）輸送能量。當(dāng)0時(shí)，電源電流下降，電源和漏電感共同向直流環(huán)節(jié)提供能量，即變流器工作在整流狀態(tài)。當(dāng)0時(shí)，與導(dǎo)通或與導(dǎo)通，電源電流上升，電源給漏電感儲(chǔ)存能量；當(dāng)0時(shí)，與導(dǎo)通或與導(dǎo)通，電源電流下降，漏電感開始釋放能量，回饋給電源。在牽引狀態(tài)下，與的相位差為0，此時(shí)滯后此時(shí)脈沖整流器向直流側(cè)輸送電能。 為了便于分析，定義理想開關(guān)函數(shù)，和。在CRH3動(dòng)車組的牽引過程時(shí)，它作為整流器，將來自主變壓器的1550V左右的單相交流電轉(zhuǎn)化為2600V的直流電。4. 其他部件。具有堅(jiān)固的結(jié)構(gòu)，優(yōu)化重量，低噪音排放，高效率和緊湊設(shè)計(jì)的特征。牽引變流器由多重四象限變流器、直流電壓中間環(huán)節(jié)和逆變器組成，牽引變流器的模塊具有互換性。它使用一個(gè)電氣差動(dòng)保護(hù)、冷卻液流量計(jì)和電子溫度計(jì)對(duì)主變壓器進(jìn)行監(jiān)控和保護(hù)。主變壓器設(shè)計(jì)成單制式的變壓器，額定電壓為單相AC 25kV 50Hz。
CRH3基本動(dòng)力單元原理圖在CRH3 動(dòng)車組上裝有四個(gè)完全相同且互相獨(dú)立的動(dòng)力單元。牽引變壓器原邊額定電壓為單相交流25 kV/50 Hz，副邊為1 550 V/50 Hz。CRH3型動(dòng)車組編組形式為8輛編組，動(dòng)力配置為4M+4T ( M為動(dòng)力車廂，T為拖車車廂)，其中相鄰兩動(dòng)車為1個(gè)基本動(dòng)力單元。再生制動(dòng)時(shí)，脈沖整流器接收濾波電容器輸出的直流3000V電壓，向牽引變壓器供應(yīng)AC1500V、50Hz交流電并返回電網(wǎng)。然后分析了列車的牽引特性與控制策略并對(duì)CRH3型動(dòng)車牽引特性的恒力矩起動(dòng)與恒功率運(yùn)行進(jìn)行分析。由于速度增加時(shí)電機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩、電機(jī)的過載系數(shù)恒定不變，牽引電機(jī)在額定速度點(diǎn)發(fā)出的力矩近似與它的最大力矩，牽引電機(jī)的容量得到了充分的利用；而逆變器輸出電壓的平方與速度成正比，電流的平房與速度成反比，恒功率范圍越大，電壓提高的越多，這種情況下逆變器必須按啟動(dòng)時(shí)的最大電流和最高速度下的最大電壓進(jìn)行容量計(jì)算，逆變器的最大容量沒有充分發(fā)揮。對(duì)于列車牽引傳動(dòng)系統(tǒng)而言，比較典型的有3種匹配方案。便于選擇合理的容量匹配，使系統(tǒng)的整體性能參數(shù)最佳、費(fèi)用最低。同理，在再生制動(dòng)過程中也可分為3個(gè)調(diào)節(jié)區(qū):當(dāng)速度低于144km/h時(shí)，采用恒轉(zhuǎn)矩、恒磁通控制。 分析牽引特性曲線可知，CRH3列車在牽引過程中可分為3個(gè)調(diào)節(jié)區(qū)。一般來說，電力的牽引運(yùn)行可分為三個(gè)運(yùn)行調(diào)節(jié)區(qū):起動(dòng)加速區(qū)、恒功率輸出區(qū)、提高速度區(qū)或自然特性區(qū)。為了使電動(dòng)機(jī)有恒定的輸出功率，電壓和頻率的調(diào)節(jié)可以有兩種不同的方式:①任何頻率關(guān)下，保持不變，而與關(guān)按比例變化，即: 為常數(shù)。因此，列車牽引特性一般分為2個(gè)區(qū):從啟動(dòng)到額定速度的恒力矩區(qū)。CRH3 型動(dòng)車組采用4 極三相異步電動(dòng)機(jī)及轉(zhuǎn)向架架懸方式，牽引電機(jī)橫向安裝在轉(zhuǎn)向架上，的電機(jī)參數(shù)如下所示。隨著變頻調(diào)速異步電動(dòng)機(jī)在國內(nèi)外市場(chǎng)上日益擴(kuò)大應(yīng)用。當(dāng)電動(dòng)機(jī)向高于額定轉(zhuǎn)速方向調(diào)速時(shí)，曲線不僅臨界轉(zhuǎn)矩下降，而且曲線工作段的斜率開始增大，使得機(jī)械特性變軟。一種簡單的解決方法就是所示的轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償法。當(dāng)?shù)臄?shù)值相對(duì)較高時(shí)，定子阻抗壓降在電壓中所占的比例相對(duì)較小，≈所產(chǎn)生的誤差較少；當(dāng)?shù)臄?shù)值較低時(shí)，定子阻抗壓降在電壓中所占的比例下降，而定子阻抗的壓降并不按同比例下井，使得定子阻抗壓降在電壓中的比例增大，已經(jīng)不能再滿足≈。根據(jù)電機(jī)端電壓和感應(yīng)電勢(shì)的關(guān)系式： 式中: 定子相電壓； 定子電阻；定子阻抗；定子電流。主磁通是由勵(lì)磁電流產(chǎn)生的，兩者之間的關(guān)系是由磁化特性決定的。異步電機(jī)的軸轉(zhuǎn)速為，其中為異步電機(jī)的轉(zhuǎn)差率，由上面的公式可以看出，改變電源的供電頻率可以改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速。（3）變頻調(diào)速方法：變頻調(diào)速是改變電動(dòng)機(jī)定子電源的頻率，從而改變其同步轉(zhuǎn)速的調(diào)速方法。特別是研究變頻后的電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性，、就顯得尤其重要。與根據(jù)式（2－3）用求極值的辦法求出，即：由＝0，可得：　　　　　　　 　 （2－5）　 　 （2－6）電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，需要有一定的過載能力，一般用表示，即＝ （2－7）～，而對(duì)某些特殊用電動(dòng)機(jī)，其過負(fù)載能力可以更高一些。對(duì)應(yīng)這一點(diǎn)的轉(zhuǎn)速＝0（＝1），電磁轉(zhuǎn)矩稱起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，起動(dòng)是帶負(fù)載的能力一般用起動(dòng)倍數(shù)來表示，即。在機(jī)械特性曲線的AB段，當(dāng)作用在電動(dòng)機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩發(fā)生變化時(shí)，電動(dòng)機(jī)能適應(yīng)負(fù)載的變化而自動(dòng)調(diào)節(jié)達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)行，故為穩(wěn)定區(qū)。異步電動(dòng)機(jī)的等效電路由歸算后的異步電動(dòng)機(jī)的基本方程（基本方程是由電壓、電勢(shì)、電流、或磁勢(shì)平衡方程式組成的方程）得到，等效電路是交流異步電動(dòng)機(jī)分析計(jì)算的基本數(shù)學(xué)模型，真實(shí)地反映了電動(dòng)機(jī)運(yùn)行中的各種電磁過程與電磁現(xiàn)象，是電動(dòng)機(jī)的模擬電路。轉(zhuǎn)子由鐵心與繞組組成，轉(zhuǎn)子繞組有鼠籠式和線繞式。 繞線式三相異步電機(jī)的轉(zhuǎn)子和定子一樣也設(shè)置了三相繞組并通過滑環(huán)、電刷與外部變阻器連接。對(duì)定子繞組通往三相交流電源后，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)并切割轉(zhuǎn)子，獲得轉(zhuǎn)矩。在所有的制動(dòng)方式中，再生制動(dòng)是唯一向電網(wǎng)反饋能量的制動(dòng)方式，同電阻制動(dòng)相比，減少了龐大而笨重的制動(dòng)電阻，同時(shí)免去了一整套通風(fēng)冷卻裝置，因此備受青睞。在機(jī)車車輛行業(yè),交流傳動(dòng)的優(yōu)越性得到了充分的體現(xiàn)。 本章小結(jié)（1）現(xiàn)代電力電子技術(shù)的迅猛發(fā)展,新型電力電子器件不斷問世,為交流傳動(dòng)奠定了堅(jiān)實(shí)的物質(zhì)基礎(chǔ)。全列車采用可旋轉(zhuǎn)座椅，保證旅客始終可以面向車輛運(yùn)行方向，座椅靠背可調(diào)節(jié)，提高了車輛的乘座舒適性。列車通信和控制微機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)應(yīng)為車載分布式計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。車輛的車載電源的電力是通過牽引變流器的直流環(huán)節(jié)獲得的。主變壓器設(shè)計(jì)成單制式的變壓器，與Velaro E動(dòng)車組不同的是它取消了輔助繞組。 　　防火安全性按DIN5510和EN45545設(shè)計(jì)，火災(zāi)發(fā)生后，可以80km/h的速度運(yùn)行10分鐘的要求，車體、電氣柜和重要電纜、外端門、重要電纜和系統(tǒng)的防護(hù)、材料選擇等都采用特殊的設(shè)計(jì)。兩端為司機(jī)室，列車正常運(yùn)行時(shí)由前端司機(jī)室操縱。前者單軸輸出功率大，單軸轉(zhuǎn)矩控制容易。因此TGV等高速列車采用動(dòng)力集中的方式。相比之下，日本主要采用電壓26kV,頻率60Hz的接觸網(wǎng)供電，單弓受流已能滿足需要。 各國主電路結(jié)構(gòu)綜合比較
綜合上述分析，日、法、德、中四國高速列車牽引主變流器電路結(jié)構(gòu)根據(jù)應(yīng)用實(shí)際，存在的差異表現(xiàn)如下。在DC連接輸出端有一個(gè)PWM逆變器，它把DC連接電壓轉(zhuǎn)換成牽引系統(tǒng)所要求的變頻和變壓的三相電源給異步牽引電機(jī)供電。變壓器額定電壓為單相AC25Kv/Hz。輸出直流電壓2600V3000V。接觸網(wǎng)電壓25k V，工頻50Hz。其冷卻效果好，且水的處理簡單，較經(jīng)濟(jì)，是變流器冷卻方式的發(fā)展方向。即列車上總共產(chǎn)生4組獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)單元。由于涉及到運(yùn)行在不同區(qū)段的工況轉(zhuǎn)換，其電路結(jié)構(gòu)因而較為復(fù)雜。 德國現(xiàn)代高速列車一開始就采用交流異步牽引電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，一直堅(jiān)持動(dòng)力集中配置模式，變流元件經(jīng)歷了快速晶閘管、GTO、和IGBT三個(gè)階段，相應(yīng)的動(dòng)車組也相繼發(fā)展了三代。變流器中間回路直流電壓為2600V。700系列車主電路則用IPM(智能功率模塊，把功率開關(guān)器件、驅(qū)動(dòng)電路和故障檢測(cè)電路集成在一起，一般使用IGBT作為功率開關(guān)元件)代替了GTO，變流頻率從300系的420Hz升至1500Hz。(3)吸收電路采用較為成熟的RCD方式。牽引電機(jī)都采用三相交流異步電機(jī)。 高速列車牽引變流器為了實(shí)現(xiàn)其電能變換的功能，同時(shí)與現(xiàn)有交流接觸網(wǎng)和電機(jī)調(diào)速變壓變頻的要求相適應(yīng)，其主電路基本都采用交一直一交變流模式。此外，列車要比較頻繁的在啟動(dòng)、加速、惰行、制動(dòng)等工況間轉(zhuǎn)換，造成牽引負(fù)荷波動(dòng)十分劇烈。高速動(dòng)車組采用交一直一交型牽引傳動(dòng)系統(tǒng)，雖然高速列車中的動(dòng)力分散型交流傳動(dòng)采用了PWM脈寬調(diào)制技術(shù)，主元件性能有所提高，高次諧波含量均比直流傳動(dòng)小，但由于整個(gè)牽引傳動(dòng)系統(tǒng)中采用了大量的整流、逆變等電力電子器件，因此不可避免的會(huì)產(chǎn)生高次諧波電流，進(jìn)而通過牽引變電站流入公用電網(wǎng)，對(duì)公用電網(wǎng)的電能質(zhì)量造成影響。如根據(jù)逆變器輸出交流測(cè)相電壓的可能取值情況，將電壓型逆變器分為兩電平式和三電平式。對(duì)于多流制電力機(jī)車或電動(dòng)車組，在進(jìn)入由直流接觸網(wǎng)供電的區(qū)段時(shí)，變流器的電路將轉(zhuǎn)換為直一交變流器。 從世界范圍來看，目前交流傳動(dòng)電力機(jī)車的技術(shù)研究中心在歐洲，主要集中在西門子電氣集團(tuán)、法國阿爾斯通電氣集團(tuán)、龐巴迪和ABB電氣集團(tuán)。19世紀(jì)末20世紀(jì)初，德國曾先后實(shí)驗(yàn)了三相交流直接供電和劈相機(jī)將單相交流電變換為三相交流電的試驗(yàn)車，但終因?yàn)檫@些系統(tǒng)體積大、效率低而未能投入實(shí)際運(yùn)用。電力牽引交流傳動(dòng)技術(shù)主要由核心層技術(shù)、輔助層技術(shù)和相關(guān)層技術(shù)三部分組成。(3)交流電動(dòng)機(jī)構(gòu)造簡單無換向器,消除了電刷與換向器磨耗,提高了可靠性,也降低了制造和維修成本。交流傳動(dòng)列車之所以成為現(xiàn)代列車發(fā)展的方向，正是由異步牽引電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)所決定的。電牽引傳動(dòng)系統(tǒng)是電力電子技術(shù)應(yīng)用的集中體現(xiàn)。大功率變流涉及半導(dǎo)體開關(guān)器件、無源濾波器件、變壓器、無感母排、散熱設(shè)計(jì)、驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路、電磁兼容以及PWM控制技術(shù)等諸多技術(shù)。近年來,電力電子器件正朝著復(fù)合化、模塊化及功率集成的方向發(fā)展,如IGBT、MCT、IPM等就是這種發(fā)展的產(chǎn)物。同時(shí),非對(duì)稱晶閘管、逆導(dǎo)晶閘管、雙向晶閘管、光控晶閘管等晶閘管派生器件相繼問世,廣泛應(yīng)用于各種變流裝置。高速鐵路是世界鐵路發(fā)展的亮點(diǎn)，是鐵路現(xiàn)代高新技術(shù)的綜合集成，而高速列車牽引傳動(dòng)技術(shù)是高速鐵路的技術(shù)核心，是機(jī)車車輛現(xiàn)代化的具體載體，是機(jī)械、電子材料、計(jì)算機(jī)、控制等現(xiàn)代技術(shù)綜合集成的集中體現(xiàn)。 direct torque control。 position of the twolevel threephase voltage PWM inverter control method. According CRH3 EMU traction performance characteristics to explore the main circuit capacity calculation method of the various ponents of traction and steps. Traction parameters of the main circuit calculation methods and results, including the selection of power devices, support intermediate DC link capacitance calculation, braking resistor.Finally, with the AC drive system is a multivariable, nonlinear, strong coupling characteristic, focusing on the modern control theorybased vec