牵引变流器电磁干扰机理研究
发布时间：2020-12-23 11:04
随着现在电力电子技术的高速发展,牵引变流器系统逐渐往高频化、高容量、高功率的方向发展,其在轨道交通行业得到广泛的应用。随之产生的电磁干扰不但会降低自身的可靠性和工作性能,而且会影响周围设备的正常工作。因此,对牵引变流器电磁干扰机理的研究对解决其电磁兼容问题具有理论意义与工程价值。本文以地铁列车牵引变流器为研究对象,首先介绍了电磁兼容的相关概念与发展历史,牵引变流器电磁兼容的国内外研究现状;接着对牵引变流器基本工作原理进行分析。针对某地铁列车牵引变流器进行传导干扰分析,确定其干扰源与传播路径,指出IGBT导通关断带来的电压电流变化率是主要的传导干扰源。在对牵引变流器内的IGBT、散热器、三相输出线缆和滤波器等关键部件进行理论分析的基础上,针对如何快速准确地获取变流器元器件高频等效参数的难点,运用软件仿真与理论计算相结合的方法提取IGBT与散热器间的寄生电容、线缆高频等效参数以及无源器件的高频等效参数。运用Simplorer、Matlab和Q3D三款软件建立了适用于传导干扰仿真的牵引变流器高频电气模型。为深入研究牵引变流器传导干扰机理,对共模电流的时域与频域特性进行分析,分析各杂散参数对传...
【文章来源】：大连交通大学辽宁省
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．３牵引逆变器主电路原理图??Ｆｉｇ．?２．３?Ｍａｊｏｒ?ｃｉｒｃｕｉｔ?ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｔｒａｃｔｉｏｎ?ｉｎｖｅｒｔｅｒ??牵引逆变器Ｋ耍由两组独立的功率模块?
?第二章牵引变流器基本工作原理???的脉冲数，ＰＷＭ波形中各脉冲的宽度和间隔就可以计算出来。按照计算结果控制逆变??电路各开关器件的通断，就可以得到想要的ＰＷＭ波形。这种方法称之为计算法。与计??算法相对应的是调制法，把希望输出的波形作为调制信号，把接受调制的信号作为载波，??通过信号波的调制得到所需要的ＰＷＭ波形。载波一般为等腰三角形或锯齿波。??牵引逆变电路采用双极性调制方法，其简化电路如图２．１所示。ｔ／、Ｆｇｌ料目的ＰＷＭ??控制公用？个三角载波．，三相的调制信号和》＾依次相差１２０°。由于三相ＩＧＢＴ??的控制规律相同，本文以ｔ／相为例说明，当ｔ／相调制信号幅值大于载波信号幅值时，以??相上桥臂＾＾幵始导通，下桥臂ｍ开始关断，此时Ｕ相相对于直流侧假想中点Ｏ的输出??电压为接触网下电压的－半，Ｓ卩７５０Ｖ左右。当相调制信号幅值小于载波信号幅值时，??ｆ／相上桥臂＾＾幵始关断，下桥臂幵始导通，此时（／相相对于直流侧假想中点〇的输出??电压为－７５０Ｖ左右。当和ＫＴ６同时导迪时，价＂两相间相电压为１５００Ｖ，当和＾同??时导通时，两相间相电压为－ｉ５〇ｏｖ。当ｊ／Ｔｉ和或当吓４和ｍ同时导通时，两相??间相电压为０。所以牵引逆变器的输出线电压由±?１５００和０电平组成。负载相电压可以由??式（２．１）求得：??？?（２．１）??式（２．１）屮，ｔ／ｔｙ／ｖ为负载相电ｉｌｉ。负载相电压共有五种电平：０、±?１０００和±５００。??牵引逆变器功率开关器件的开关频率ｆｌｌ地铁列车运行速度决定，低速区采用异步调??制策略，屮速丨Ｘ：采用多模式同步调制策略，高速Ｋ采用方波调制策略。在同步调制与方??波调制之间切换吋，
??第三章牵引逆变器关键部件特性分析与建模???第三章牵引逆变器关键部件特性分析与建模??牵引变流器电磁干扰机理的研究对象为整个牵引变流器系统，涉及到整个变流器的??各个部分，传导发射干扰源与传播路径复杂。针对牵引变流器系统，这里以某地铁列车??牵引逆变器作为研宄对象进行分析。为准确研究牵引逆变器的传导干扰机理，有必要先??对牵引逆变器关键部件进行特性分析与建模。??３．１?ＩＧＢＴ动作特性分析与建模??ＩＧＢＴ是各种电力变换装置中的核心部件，被广泛应用于家电电器、电力工程、智??能电网、Ｉ：业电机、不间断电源、新能源及交通运输设备等领域，是地铁车辆牵引逆变??器的核心部件，能够将接触网上的丨｜：！：定电压转换为频率．、巾Ｓ值可调的二相父流电流驱动??牵引电机。??木文选用的３３００Ｖ／５００Ａ级大功率ＩＧＢＴ模块三维模型如图３．１所示，开关器件模块主??要山两个ＩＧＢ丁和两个续流：极管构成，Ｉ：面一层共有４个接线端子，ＣＶ及为ＩＧＢＴ１的??集电极和发射极；Ｑ、及为ＩＧＢＴ２的集电极和发射极。下方共有６个接线柱，Ｇｉ、Ｇ２为??门极，Ｇｉ、Ｇ２和￡ｉ?Ｉ、五２２用来连接ＩＧＢＴ控制电路的控制信号。??丨１?？?？??＇（ｈ?Ｕ?（ｈ??’广？—］－?匕??ｕ?丨?｝?＾??１１Ａ??■?．?？?．；?．‘?？?ｊ／－?ｉ．??０?ＳＯ?ｔｏｏ?（ｍｍ）??图３．１丨ＧＢＴ三维模型??Ｆｉｇ．?３」Ｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ?ｍｏｄｅｌ?ｏｆ?ｔｈｅ?ＩＧＢＴ??１５??
【参考文献】：
期刊论文
[1]光伏逆变器辐射EMI噪声机理与抑制方法[J]. 李林,邱冬梅,高翔,颜伟. 电力电子技术. 2017(08)
[2]PWM逆变驱动系统传导干扰分析及抑制[J]. 杨德勇,支永健,闵建军,范祝霞. 大功率变流技术. 2017(03)
[3]基于IGBT开关过程的变流器杂散电感分析方法[J]. 肖文静,唐健,代同振. 电源学报. 2017(03)
[4]牵引变流器电磁干扰优化研究[J]. 余俊,陆阳,陈波. 铁道机车车辆. 2016(04)
[5]适用于电路仿真的IGBT模块暂态模型研究[J]. 徐延明,赵成勇,周飞,徐莹,刘启建. 电源学报. 2016(03)
[6]逆变桥缓冲电路的优化设计[J]. 周国明,王建平. 鱼雷技术. 2016(01)
[7]地铁车辆牵引变流器自主化研制[J]. 高扬,吴能峰,王辉华,徐正国. 电力机车与城轨车辆. 2015(05)
[8]基于多导体传输线理论的差模激励新型线束串扰模型研究[J]. 孙亚秀,卓庆坤,姜庆辉,李千. 物理学报. 2015(04)
[9]变流器传导干扰分析与磁环抑制作用研究[J]. 杨德勇,闵建军,范祝霞,支永健. 大功率变流技术. 2014(06)
[10]功率变换器IGBT开关模块的传导电磁干扰预测[J]. 肖芳,孙力. 中国电机工程学报. 2012(33)
博士论文
[1]地铁牵引电传动系统关键控制技术及性能优化研究[D]. 赵雷廷.北京交通大学 2014
[2]汽车线束寄生参数和串扰预测研究[D]. 王瑞宝.吉林大学 2011
[3]PWM逆变器传导电磁干扰的研究[D]. 裴雪军.华中科技大学 2004
硕士论文
[1]列车牵引变流器的EMC建模与仿真研究[D]. 陈蒙.大连交通大学 2018
[2]地铁车辆牵引传动系统自主化研究[D]. 孙显泽.大连交通大学 2017
[3]变频驱动系统传导干扰建模仿真及抑制[D]. 赵欢.浙江大学 2017
[4]PWM逆变器共模传导电磁干扰及其抑制方法研究[D]. 王举贤.吉林大学 2016
[5]MMC逆变器传导干扰研究[D]. 郭艳华.中国舰船研究院 2016
[6]多电飞机系统的电磁传导和辐射特性与抑制方法的研究[D]. 江丹.南京航空航天大学 2016
[7]电动汽车电机逆变器系统的电磁干扰与抑制研究[D]. 张新宇.北京理工大学 2016
[8]电动汽车电力驱动系统电磁兼容研究[D]. 欧阳杰.苏州大学 2015
[9]开关电源传导电磁干扰建模研究[D]. 冯强.西南交通大学 2015
[10]电动汽车电机驱动系统的传导干扰建模与抑制方法研究[D]. 刘喆.重庆大学 2015
本文编号：2933606
【文章来源】：大连交通大学辽宁省
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．３牵引逆变器主电路原理图??Ｆｉｇ．?２．３?Ｍａｊｏｒ?ｃｉｒｃｕｉｔ?ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｔｒａｃｔｉｏｎ?ｉｎｖｅｒｔｅｒ??牵引逆变器Ｋ耍由两组独立的功率模块?
?第二章牵引变流器基本工作原理???的脉冲数，ＰＷＭ波形中各脉冲的宽度和间隔就可以计算出来。按照计算结果控制逆变??电路各开关器件的通断，就可以得到想要的ＰＷＭ波形。这种方法称之为计算法。与计??算法相对应的是调制法，把希望输出的波形作为调制信号，把接受调制的信号作为载波，??通过信号波的调制得到所需要的ＰＷＭ波形。载波一般为等腰三角形或锯齿波。??牵引逆变电路采用双极性调制方法，其简化电路如图２．１所示。ｔ／、Ｆｇｌ料目的ＰＷＭ??控制公用？个三角载波．，三相的调制信号和》＾依次相差１２０°。由于三相ＩＧＢＴ??的控制规律相同，本文以ｔ／相为例说明，当ｔ／相调制信号幅值大于载波信号幅值时，以??相上桥臂＾＾幵始导通，下桥臂ｍ开始关断，此时Ｕ相相对于直流侧假想中点Ｏ的输出??电压为接触网下电压的－半，Ｓ卩７５０Ｖ左右。当相调制信号幅值小于载波信号幅值时，??ｆ／相上桥臂＾＾幵始关断，下桥臂幵始导通，此时（／相相对于直流侧假想中点〇的输出??电压为－７５０Ｖ左右。当和ＫＴ６同时导迪时，价＂两相间相电压为１５００Ｖ，当和＾同??时导通时，两相间相电压为－ｉ５〇ｏｖ。当ｊ／Ｔｉ和或当吓４和ｍ同时导通时，两相??间相电压为０。所以牵引逆变器的输出线电压由±?１５００和０电平组成。负载相电压可以由??式（２．１）求得：??？?（２．１）??式（２．１）屮，ｔ／ｔｙ／ｖ为负载相电ｉｌｉ。负载相电压共有五种电平：０、±?１０００和±５００。??牵引逆变器功率开关器件的开关频率ｆｌｌ地铁列车运行速度决定，低速区采用异步调??制策略，屮速丨Ｘ：采用多模式同步调制策略，高速Ｋ采用方波调制策略。在同步调制与方??波调制之间切换吋，
??第三章牵引逆变器关键部件特性分析与建模???第三章牵引逆变器关键部件特性分析与建模??牵引变流器电磁干扰机理的研究对象为整个牵引变流器系统，涉及到整个变流器的??各个部分，传导发射干扰源与传播路径复杂。针对牵引变流器系统，这里以某地铁列车??牵引逆变器作为研宄对象进行分析。为准确研究牵引逆变器的传导干扰机理，有必要先??对牵引逆变器关键部件进行特性分析与建模。??３．１?ＩＧＢＴ动作特性分析与建模??ＩＧＢＴ是各种电力变换装置中的核心部件，被广泛应用于家电电器、电力工程、智??能电网、Ｉ：业电机、不间断电源、新能源及交通运输设备等领域，是地铁车辆牵引逆变??器的核心部件，能够将接触网上的丨｜：！：定电压转换为频率．、巾Ｓ值可调的二相父流电流驱动??牵引电机。??木文选用的３３００Ｖ／５００Ａ级大功率ＩＧＢＴ模块三维模型如图３．１所示，开关器件模块主??要山两个ＩＧＢ丁和两个续流：极管构成，Ｉ：面一层共有４个接线端子，ＣＶ及为ＩＧＢＴ１的??集电极和发射极；Ｑ、及为ＩＧＢＴ２的集电极和发射极。下方共有６个接线柱，Ｇｉ、Ｇ２为??门极，Ｇｉ、Ｇ２和￡ｉ?Ｉ、五２２用来连接ＩＧＢＴ控制电路的控制信号。??丨１?？?？??＇（ｈ?Ｕ?（ｈ??’广？—］－?匕??ｕ?丨?｝?＾??１１Ａ??■?．?？?．；?．‘?？?ｊ／－?ｉ．??０?ＳＯ?ｔｏｏ?（ｍｍ）??图３．１丨ＧＢＴ三维模型??Ｆｉｇ．?３」Ｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ?ｍｏｄｅｌ?ｏｆ?ｔｈｅ?ＩＧＢＴ??１５??
【参考文献】：
期刊论文
[1]光伏逆变器辐射EMI噪声机理与抑制方法[J]. 李林,邱冬梅,高翔,颜伟. 电力电子技术. 2017(08)
[2]PWM逆变驱动系统传导干扰分析及抑制[J]. 杨德勇,支永健,闵建军,范祝霞. 大功率变流技术. 2017(03)
[3]基于IGBT开关过程的变流器杂散电感分析方法[J]. 肖文静,唐健,代同振. 电源学报. 2017(03)
[4]牵引变流器电磁干扰优化研究[J]. 余俊,陆阳,陈波. 铁道机车车辆. 2016(04)
[5]适用于电路仿真的IGBT模块暂态模型研究[J]. 徐延明,赵成勇,周飞,徐莹,刘启建. 电源学报. 2016(03)
[6]逆变桥缓冲电路的优化设计[J]. 周国明,王建平. 鱼雷技术. 2016(01)
[7]地铁车辆牵引变流器自主化研制[J]. 高扬,吴能峰,王辉华,徐正国. 电力机车与城轨车辆. 2015(05)
[8]基于多导体传输线理论的差模激励新型线束串扰模型研究[J]. 孙亚秀,卓庆坤,姜庆辉,李千. 物理学报. 2015(04)
[9]变流器传导干扰分析与磁环抑制作用研究[J]. 杨德勇,闵建军,范祝霞,支永健. 大功率变流技术. 2014(06)
[10]功率变换器IGBT开关模块的传导电磁干扰预测[J]. 肖芳,孙力. 中国电机工程学报. 2012(33)
博士论文
[1]地铁牵引电传动系统关键控制技术及性能优化研究[D]. 赵雷廷.北京交通大学 2014
[2]汽车线束寄生参数和串扰预测研究[D]. 王瑞宝.吉林大学 2011
[3]PWM逆变器传导电磁干扰的研究[D]. 裴雪军.华中科技大学 2004
硕士论文
[1]列车牵引变流器的EMC建模与仿真研究[D]. 陈蒙.大连交通大学 2018
[2]地铁车辆牵引传动系统自主化研究[D]. 孙显泽.大连交通大学 2017
[3]变频驱动系统传导干扰建模仿真及抑制[D]. 赵欢.浙江大学 2017
[4]PWM逆变器共模传导电磁干扰及其抑制方法研究[D]. 王举贤.吉林大学 2016
[5]MMC逆变器传导干扰研究[D]. 郭艳华.中国舰船研究院 2016
[6]多电飞机系统的电磁传导和辐射特性与抑制方法的研究[D]. 江丹.南京航空航天大学 2016
[7]电动汽车电机逆变器系统的电磁干扰与抑制研究[D]. 张新宇.北京理工大学 2016
[8]电动汽车电力驱动系统电磁兼容研究[D]. 欧阳杰.苏州大学 2015
[9]开关电源传导电磁干扰建模研究[D]. 冯强.西南交通大学 2015
[10]电动汽车电机驱动系统的传导干扰建模与抑制方法研究[D]. 刘喆.重庆大学 2015
本文编号：2933606
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