HXD3型電力機車整流系統的分析

【摘 要】本文以XHD3型電力機車主變流器中整流器為研究對象，分析了PWM整流器的工作原理及優越性，并對其功率因數進行了分析，為檢修工作提供了理論參考。

【關鍵詞】XHD3電力機車；整流器；PWM

0.概述

HXD3型電力機車按照我國對目前鐵路貨運要求而要求設計的交流傳動貨運機車。該電力機車牽引電傳動系統的整流采用四象限的PWM調制技術，它通過控制流入牽引整流器的交流電流波形和相位以及中間直流電壓的幅值的大小，使輸入的交流電流的波形盡可能接近于正弦波，而且使電流的相位和電壓的相位差接近于零，這樣即提升了機車的功率因數又限制了諧波電流。四象限整流與相控整流器相比，即提高了功率因數又使電流的諧波含量小。為了降低諧波含量，XHD3型電力機車的六組整流器的調制諧波相位要保持一致，但載波的相位不能一致，其相位差依次相差300、600……1800，從而達到了消除諧波的目的，并且保證等效干擾電流≤2.5A。

1.四象限整流電路工作原理

四象限整流器廣泛應用在電力機車上，它有效解決了等效干擾電流、功率因數以及再生制動等對電力機車的要求。從圖1所示，該電路圖與二極管橋式電路相比每個橋臂上都增加了一個可控電氣元件。該可控電氣元件具有兩個作用：（1）開關作用；（2）可以改變輸出電流id的方向。該電路能在輸入電壓不變的情況下改變輸出電流的方向，即可使輸入電壓us和輸入電流iN工作在四個象限。由于電感Ls所吸收的無功功率來至直流電壓側，該四象限整流器能使這種功率的反饋成為可能。該整流器還能得到正弦波的電網電流，能夠達到對電流和功率因數的控制的目的。該四象限的開關功能是在IGBT導通狀態下，短接整流器的輸入端，即整流器的輸入電壓us為零，當IGBT在關斷狀態下將直流電壓接到交流側使us=ud。

由于該四象限整流器采用PWM調制技術，不僅能實現控制網側功率因數，還能夠實現電能的雙向傳輸。在直流環節設置的電容C能夠吸收由于電網電流和直流電壓產生的高頻分量。

2.四象限整流器功率因數的控制

對電網電流的正弦調制，先確定電源側電流is的上下限值，以防止電流的波動過大。在電網側電壓的正半周階段，由于網側電流比較小，即使電源被Ls短接，網側電流is變化不大。為了能使網側電流與電壓同相，并且為正弦波，電流is應該有快速的上升速度dis/dt，使電感兩端的電壓U=Vs+Vd，即直流環節反饋無功功率，使網側電流is盡快上升到電流給定值。同樣，當網側電壓到一定值時，由于此時網側電壓較高，以電感Ls直接短接電源得到的電流上升的速度較快。為此希望電流盡快的下降到網側電流is的給定值。這時電感電壓UL=Vs-Vd。即電感L的電流下降速度較快。從能量的角度看此時是向直流中間環節輸送能量。由此可以看出，為了使電流能在網側電壓幅值附近呈下降趨勢，網側電壓的幅值要低于直流中間環節的電壓Vd。

3.結束語

通過分析XHD3型電力機車整流器電路圖的分析，掌握了整流器的工作原理、基本構成以及工作過程。為以后的檢修工作提供了技術支持。

【參考文獻】

[1]張曙光.HXD3型電力機車[M].北京：中國鐵道出版社，2010.

[2]王兆安，黃俊.電力電子技術[M].北京：機械工業出版社，2006.