牵引变频调速系统主电路设计

　　牵引变频调速系统的特殊要求

　　根据此变频调速系统应用场合的特殊性，因此主电路设计需要考虑一下几点因素：

　　⑴柴油发电机组供电系统低抗扰的突出性；

　　⑵牵引电动机供电要求的特殊性；

　　⑶牵引变流器免维护要求的必要性。

　　牵引变频调速系统主电路分析

　　牵引变频调速系统主电路电路原理及操作控制主电路由：进线回路、整流器、预充电回路、滤波器、动能制动和逆变器等组成。其各部件功能简述如下：

　　⑴进线回路

　　进线回路由刀开关K、进线电抗器LP和熔断器RD组成，各电器元件的作用为：

　　刀开关K：将牵引变频调速系统（装置）与机车柴油—发电机组供电系统隔离。

　　进线电抗器LP：使整流器交流出入电流连续平滑，减轻整流电路对柴油发电机组电网的干扰。

　　熔断器RD：对柴油发电机组提供保护。

　　⑵整流器

　　由三只晶闸管和三只整流二极管组成三相桥半控整流电路。此处晶闸管不采用相控方式而用电平触发，即晶闸管工作时等效为一个整流二极管。

　　⑶预充电电路

　　牵引变频调速系统，为“交—直—交电压型变频器”，中间支流电压环节由多个大容量的电解电容器串／并组成，以此来保护整流器和电容器不因大的充电电流而损坏。

　　预充电电路由三相桥式整流器ZL和充电限流电阻2R1、2组成。

　　⑷滤波器

　　滤波器主要由多个大容量的电解电容器通过串／并联连接组成，用均压电阻1R1、2，进行强制均压，使串联电容器上的电压近乎一致。

　　此处滤波电容器的功能有三种：1。将支流电压纹波滤平；2。为异步电机提供无功电流；3。为动能制动和逆变器中的全控型电力电子开关元件换流时，提供低阻通路。

　　⑸动能制动回路

　　牵引电动机处于发电制动时，其输出电压与电流反向。在逆变器中，IGBT晶体管通过电流的时间，在一个输出频率周期时间内，小于其通过续流二极管电流的时间。借助二极管的作用，逆变器将电动机由负载动能转换来的电能，送到滤波电容器上。此能量又不能通过整流器回送到交流电网，结果电容器上的能量不断增加，电压不断增高，当电压达到一定值时（如700V），由控制系统开通下面的IGBT晶体管，这样直流电源的（）极通过放电制动电阻RB和开通的晶体管，与电源的（－）极接同，流过电流IB＝VDC／RB。释放电容器所储存的电能。逆变器不断回送电动机发出的电能，从而使机车产生一定的制动力。

　　⑹逆变器

　　逆变器由6个IGBT晶体管开关和与1GBT反并联的6个快恢复续流二极管组成，以实现电流的双向流通。这个电路结构为二电平控制方式，借助PWM控制技术，实现电压／频率（V／F）协调控制（VVVF控制）。

　　当牵引异步电动机作电动牵引运行时，交流电动机定子绕组端的电压／电流同向（有一相角差），逆变器将直流电源的电能逆变为交流电能，对电动机供电。当牵引异步电动机作制动运行时，交流电动机定子绕组端的电压／电流反向（有一相位差），逆变器将电动机发出的交流电能，整流变为直流，回送到滤波电容器上。交流到直流的整流变换，其原理如⑸动能制动中所述。

　　除了主电路各组成部分外还有辅助电源控制回路、信号检测元件以及控制系统弱电控制单元。

　　控制系统设计

　　控制系统采用INTEL公司16位单片机作为主控芯片，采用空间电压矢量波控制方式实现适于单机运行和多机联动的全数字式转差频率控制模式。

　　控制系统通过软件和硬件结合具有如下特点：

　　⑴低频（启动）大转矩；

　　⑵200％过载能力及软件反时限特性；

　　⑶为防止动态过电压、过电流增设自动失速控制；

　　⑷软件可选择的柔性PWM能耗制动；

　　⑸克服电网波动维持输出电压的自动电压控制（AVC）；内燃机、电机、变频器。