動車組整流器主要參數計算與仿真

朱聞名

(湖南鐵道職業技術學院，湖南 株洲 412001)

目前，高速動車組主要采用交直交牽引傳動系統。整流器主要結構主要有三電平和兩重兩電平兩種形式。兩重兩電平整流器控制相對來說比較簡單，通過合理選擇電路電器元件參數，能達到輸入電流諧波含量低，功率因素高，輸出電壓穩定等要求。本文主要對兩重兩電平整流器主電路進行分析，提出主電路元器件參數選擇方法，使整流器達到良好的運行狀態，并通過仿真軟件進行仿真。

一、兩重兩電平整流器主電路結構

兩重兩電平整流器實際上是由兩個整流器并聯輸出直流電源。整流器原理圖如下圖1所示。Lt為漏感，Cdc直流側支撐電容，每個IGBT反并聯一個續流二極管。整流器由牽引變壓器提供交流電源。

圖1 整流器原理圖

二、主要電氣參數選擇

(一)IGBT的額定電壓值

以某型動車為例，整流器直流側輸出電壓值Udc一般在3000V左右，考慮變流器啟動及外部擾動導致直流側電壓變化，取過電壓保護動作值為直流側電壓的1.5倍，即IGBT關斷時所承受的峰值電壓Udcsp為：

Udcsp=1.5*Udc

(1)

(二)支撐電容值

直流側支撐電容在變流器中起到穩定直流電壓，過濾電壓紋波的作用。在整流器開關管進行調制中，會通過最大電流值Imax輸出到支撐電容，輸出電壓很快從初始電壓Udc0變到額定電壓值Udc，根據電路原理計算得：

電容取值范圍

(三)變壓器漏感值

其中n為牽引變壓器匝數比。

設整流器輸入功率因數為1，用整流器輸入功率P與輸入電壓Uac代替電流Iac，由上式(5)得出

(6)

三、軟件仿真

基于某型動車牽引系統，搭建兩重兩電平整流器仿真模型。

相關主要參數：

變壓器輸出電壓： AC2000V

直流側電壓： DC3000V

漏感： 5.3mH

直流側支撐電容： 8.4mF

仿真如下：

圖2為整流器輸入電壓、輸入電流波形圖，圖3為直流側電壓波形圖。

圖2 整流器輸入電壓與電流波形圖

圖3 直流側電壓波形圖

從圖2與圖3仿真圖中看出，輸入電流很短時間內達到穩定值，響應較快，而且功率因素高；直流側電壓約在0.25秒迅速穩定在3000V，響應速度較快。

四、結論

本文根據動車網側整流器的電路原理，確定了整流器主電路中主要元器件電氣參數，并通過仿真進行驗證。仿真結果表明在一定程度上有效確定主要元器件參數，有助于設計中過程中對電氣元器件的選型。但是該仿真將整流器的負載用電阻來替代了逆變器與電機，具有一定的局限性，還有待在今后實驗中更進一步研究。