動(dòng)車組整流器主要參數(shù)計(jì)算與仿真

朱聞名

(湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 株洲 412001)

目前，高速動(dòng)車組主要采用交直交牽引傳動(dòng)系統(tǒng)。整流器主要結(jié)構(gòu)主要有三電平和兩重兩電平兩種形式。兩重兩電平整流器控制相對(duì)來(lái)說(shuō)比較簡(jiǎn)單，通過(guò)合理選擇電路電器元件參數(shù)，能達(dá)到輸入電流諧波含量低，功率因素高，輸出電壓穩(wěn)定等要求。本文主要對(duì)兩重兩電平整流器主電路進(jìn)行分析，提出主電路元器件參數(shù)選擇方法，使整流器達(dá)到良好的運(yùn)行狀態(tài)，并通過(guò)仿真軟件進(jìn)行仿真。

一、兩重兩電平整流器主電路結(jié)構(gòu)

兩重兩電平整流器實(shí)際上是由兩個(gè)整流器并聯(lián)輸出直流電源。整流器原理圖如下圖1所示。Lt為漏感，Cdc直流側(cè)支撐電容，每個(gè)IGBT反并聯(lián)一個(gè)續(xù)流二極管。整流器由牽引變壓器提供交流電源。

圖1 整流器原理圖

二、主要電氣參數(shù)選擇

(一)IGBT的額定電壓值

以某型動(dòng)車為例，整流器直流側(cè)輸出電壓值Udc一般在3000V左右，考慮變流器啟動(dòng)及外部擾動(dòng)導(dǎo)致直流側(cè)電壓變化，取過(guò)電壓保護(hù)動(dòng)作值為直流側(cè)電壓的1.5倍，即IGBT關(guān)斷時(shí)所承受的峰值電壓Udcsp為：

Udcsp=1.5*Udc

(1)

(二)支撐電容值

直流側(cè)支撐電容在變流器中起到穩(wěn)定直流電壓，過(guò)濾電壓紋波的作用。在整流器開關(guān)管進(jìn)行調(diào)制中，會(huì)通過(guò)最大電流值Imax輸出到支撐電容，輸出電壓很快從初始電壓Udc0變到額定電壓值Udc，根據(jù)電路原理計(jì)算得：

電容取值范圍

(三)變壓器漏感值

其中n為牽引變壓器匝數(shù)比。

設(shè)整流器輸入功率因數(shù)為1，用整流器輸入功率P與輸入電壓Uac代替電流Iac，由上式(5)得出

(6)

三、軟件仿真

基于某型動(dòng)車牽引系統(tǒng)，搭建兩重兩電平整流器仿真模型。

相關(guān)主要參數(shù)：

變壓器輸出電壓： AC2000V

直流側(cè)電壓： DC3000V

漏感： 5.3mH

直流側(cè)支撐電容： 8.4mF

仿真如下：

圖2為整流器輸入電壓、輸入電流波形圖，圖3為直流側(cè)電壓波形圖。

圖2 整流器輸入電壓與電流波形圖

圖3 直流側(cè)電壓波形圖

從圖2與圖3仿真圖中看出，輸入電流很短時(shí)間內(nèi)達(dá)到穩(wěn)定值，響應(yīng)較快，而且功率因素高；直流側(cè)電壓約在0.25秒迅速穩(wěn)定在3000V，響應(yīng)速度較快。

四、結(jié)論

本文根據(jù)動(dòng)車網(wǎng)側(cè)整流器的電路原理，確定了整流器主電路中主要元器件電氣參數(shù)，并通過(guò)仿真進(jìn)行驗(yàn)證。仿真結(jié)果表明在一定程度上有效確定主要元器件參數(shù)，有助于設(shè)計(jì)中過(guò)程中對(duì)電氣元器件的選型。但是該仿真將整流器的負(fù)載用電阻來(lái)替代了逆變器與電機(jī)，具有一定的局限性，還有待在今后實(shí)驗(yàn)中更進(jìn)一步研究。