高频链辅助逆变器拓扑与调制方法研究

发布时间：2020-08-24 23:29

【摘要】：随着城轨交通的快速发展和人民生活水平的提高,城轨列车的车载供电设备在安全可靠的基础上趋于轻量化而用电设备趋于多样化和复杂化,由于辅助逆变系统用于给城轨列车上除牵引电机以外的其他用电设备进行供电,这就要求其既能满足负载多样性的要求又能在高可靠性的基础上更轻量化、高密度化,因而探索新颖适用的拓扑形式和调制方法势在必行。本文主要围绕辅助逆变器的拓扑形式和调制方法进行了探索与分析,并取得了一定的研究成果。分析了现有城轨列车辅助逆变器主流拓扑的不足之处与发展趋势,进而对高频链拓扑形式进行了探索与分析,并结合城轨列车高压大功率应用场合和单相负载的需求,提出一种三相四线制全桥型脉冲直流环节高频链逆变器。该拓扑采用中间抽头式高频隔离变压器,既避免了传统工频变压器的固有缺陷,又满足了单相负载的需求,且通过取消中间直流环节的滤波器以及采用较少的功率开关器件,延长了变流器的寿命,提高了可靠性和功率密度。在此基础上本文提出了两种调制方法一—单参考六脉波脉宽调制(Single-reference Six-pulse Width Modulation,SRSPWM)方法和补偿的正弦脉宽调制(Compensated Sinusoidal Pulse Width Modulation,CSPWM)方法。在分析验证两种调制方法性能优劣之前,本文首先对调制策略性能分析方法进行了深入探索,提出公平可靠的基于载波频率小于5kHZ时的时域仿真分析方法,对调制后的相电压开关序列进行分析；其次提出了两种输出LC低通滤波器的设计方法**基于纹波电压电流法和基于特性阻抗法,结合本文拓扑无中间直流滤波器的特点,确定选取第二种设计方法；最后对MATLAB和PSIM仿真工具进行对比分析,结合两者优点提出联合仿真的方法,并通过双重傅里叶分析对比两种调制方法在数字系统实现的采样方式**对称规则采样和不对称规则采样,最终选用谐波性能优越的不对称规则采样方式。针对两种不同的调制方法,本文对比分析了不同载波比和调制比下系统输出相电压的性能,并进行了仿真验证。对比了前后级采用不同载波频率时采用SRSPWM方法的三相三线制系统和三相四线制系统的输出相电压,指出在前后级载波频率相同时输出相电压中会含有较大的低次谐波,并且在三相四线制系统下输出相电压并不是正弦波形而是马鞍状波形。而对于采用CSPWM方法的系统,前级采用移相PWM控制方式将导致中间直流电压产生零区,通过对比有无零区时一个载波周期内相电压平均值,提出相应的补偿策略,进而对不同载波比和不同调制比下补偿前后的输出相电压质量进行了分析与验证；另一方面,通过对零区电压进行傅里叶分析,指出零区的大小和位置对相电压幅值和谐波影响很大,进而延伸出一种后级载波移相的调制方法,使零区平均分布在相电压的正负半部分,并对比了采用该方法时与补偿后的电压质量,证明了其优势所在。为验证本文所提出拓扑及两种调制方法搭建了30kVA的样机平台,实验结果证明了理论分析的正确性与仿真结果的合理性。
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U270.381;TM464

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