大连交通大学2014届本科生毕业论文调研报告

调研报告

一.课题的来源和意义

我做的题目是辅助逆变器SVPWM的控制方案建模与仿真,目的通过电压空间矢量脉宽调制控制算法，利用多种实际矢量合成所需电压矢量， 最后，利用Ｍatlab的Simulink工具箱，建立了 SVPWM逆变器的仿真模型，根据仿真波形可知，该算法是正确的。 二.国内外发展状况 1.国外引进

辅助变流器的应用在我国始于20世纪80年代中后期,当时,我国从欧洲引进的SK型机车上装备了ABB公司生产的辅助变流器。在购买机车及相关设备的同时,我国也引进了相关的技术,包括该辅助变流器技术。该辅助变流器的单套容量为IO0kVA,整流器采用晶闸管半控桥式电路,采用一台整流器带两台逆变器(简称“一整两逆”)的电路形式,其中每台逆变器的容量为50kVA,功率开关器件采用300A/1200V的GTO,输出波形为矩形波(5OHz时),控制电路为模拟一数字混合式电路。

至90年代中期以前,有关辅助变流器的工作主要绕对该变流器的引进、消化和吸收以及关键部件国产化试制展开,并研制出了相应整流器模块、GTO逆变器模块等。以此为基础,研制出了两套70kVA辅助变流器装在AC4000交流传动原型机车上,并伴随机车测试完成了各类相关试验。

90年代中期以后,针对8K型机车逆变器GTO器件烧损偏多的问题,以当时逐渐成熟并兴起的工GBT取代GTO作为逆变器的功率开关器件,研制出了新的工GBT逆变器模块并在辅助变流器中加以应用。辅助变流器采用IGBT作开关功率器件后,不仅损耗减小,开关频率提高,而且器件烧损少,并具有良好的包括短路保护在内的多种保护能力,从而大大提高了辅助变流器及辅助系统的工作可靠性。辅助变流器的应用扩展速度也由此加快。 2.自主研发

1998年,我国多家单位合作,研制成功国内首列采用DC600V供电制式的新型旅客列车,并在京汉线上投入运营。这意味着辅助变流器在我国铁路列车上扩展应用获得成功。

从1998年到现在,辅助变流器在我国铁路机车上的应用也取得了

实质性的进展。1999年初株洲电力机车研究所研制出TGFS型辅助变流器,装于DDJI型200km/h直流传动动力车上并成功投入运营。这是国内第一种具有商业运营能力的并且实现了自主设计制造的机车辅助变流器。

2000年,又研制出了TGFg型辅助变流器,装在叮型交流传动电力机车上,随后扩展应用到多台DJJI型“蓝箭”动力车上且已全部投人运用。其改型产品TGFgA型辅助变流器(加装了国产网络接口电路)于2001年装在国产交流传动机“奥星”号上。

2001年12月,含有四象限变流器的TGFn型辅助变流器由株洲电力机车研究所研制成功并装于SS7E型0001号机车上,现己在郑州铁路局投入试运用。它的研制成功将使我国的辅助变流器技术水平与世界先进水平进一步接近,也使辅助变流器应用到辅助系统时在技术经济方面的优越性得到更充分的体现,从而将加速辅助变流器在我国铁路的推广应用。

三.课题研究方法及具备条件的可行性分析

电压空间矢量脉宽调制( SVPWM) 控制技术，也称作磁链跟踪控制技术，它是从控制交流电动机的角度出发，最终目的是在电动机气隙空间形成旋转磁场，从而产生恒定的电磁转矩!空间矢量脉宽调制方法凭借其优越的性能指标\易于数字化实现等优点，自提出以来就成为研究的热点。

3.1 SVPWM逆变器的原理 电压空间矢量

电压空间矢量是研究交流电动机三相电压与电动机旋转磁场关系而提出的虚构物理量!在空间按120度对称分布的三相电机定子绕组上施加三相对称电压。

在定子绕组中即产生定子电流和磁通!对单个绕组而言，产生的磁通是脉振的，它仅在固定的绕组轴线位置上有大小和方向的变化，但

是在三相绕组的共同作用下，在电机的气隙中就产生了合成 的旋转磁场!

电压和电流是时间变量，并没有空间的概念，但是电动机三相绕组产生的旋转磁场是空间和时间的变量，它的大小和空间位置随时间变化，一般以矢量表示!时空变化的旋转磁场由三相电压产生，为了描述三相电压与电动机旋转磁场的关系，提出了电压空间矢量的概念!电压空间矢量反映了三相电压综合作用的效果，三相电压与电压空间 矢量的关系由 Park 变换来表示:

3.2 逆变器开关状态与电压空间矢量

六开关三相桥式逆变器的基本结构如图1所示，由图可知该电路有8种开关组合。

图1

逆变器开关状态和电压空间矢量如下图所示

3.3 SVPWM逆变器的算法仿真

我们可以将 SVPWM逆变器的控制方案可以分为四个部分: 确

定期合成的电压矢量的扇区位置; 计算分配到相邻非零矢量以及零矢量的作用时间; 确定矢量合成的最佳序列选择; 根据各基本矢量的作用时间合成三相 PWM信号。 四．进度安排

为了更好的完成课题，拟定进度安排如下 第1周 1.查阅相关资料,掌握争先脉宽调制的概念和意义。 2.查阅相关资料，了解应用正弦脉宽的领域。 3. 4. 第2周 5. 6. 第3周 9. 10. 11. 第4周 12. 13.第5周 14. 15.第6周 16.查阅相关资料，掌握谐波与基波的概念和对电机

的意义。

查阅相关资料，掌握谐波与基波的计算方法。

查阅相关资料，掌握电流畸变系数的概念和意义 查阅相关资料，掌握电流畸变系数的计算方法

7. 查阅相关资料，复习理解开关频率的增加对逆变器和电机分别有哪些影响。

8. 查阅相关资料，学习掌握三相和单相正弦脉宽调制有哪些特点。

查阅相关资料，学习掌握三相正弦脉宽调制实现

方案的技术现状。 查阅相关资料，学习掌握三相脉宽调制方案的技

术特点有哪些。 查阅相关资料，学习掌握牵引逆变器和辅助逆变

器运行原理和技术特点。 查阅相关资料，学习掌握牵引逆变器和辅助逆变

器脉宽调制的技术实现步骤。 学习了解MATLAB软件，Simulink动态仿真集成

环境建模及动态仿真功能。 对自己毕业设计的任务进行分析理解和问题划

分。 对分解后的问题提出解决方案（方法手段）和

时间安排。 查阅相关外文资料，完成3000汉子的与研究内