电力机车电力电子牵引变压器研究-电气工程专业毕业论文.docx

Study on power electronic traction transformer
by
IIII I II II I II I I II I II III
YUAN Xin
Y309821 4
.(Hunan UniVersity)20 1 3
A thesis submitted in partial satisfaction of the
Requirements for the degree of
Master of engineering
Electrical Engineering in the
Graduate School of
Hunan University
Supervisor Professor LUO Longfu
Senior Engineer ZHOU Guandong April,201 6
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电力机车电力电子牵引变压器研究
摘 要
我国电力机车正朝着高速化、轻量化、舒适化的方向发展,这对电力机车技术提出了新的要求和挑战。电力机车牵引变压器是电力机车传动系统中最为重要且最为庞大的组成部分,因此,在提高其性能的同时减小其体积和重量具有十分重要的意义。电力机车电力电子牵引变压器将变压器与电力电子器件融为一体, 取代了传统的工频牵引变压器,同时具有能量流动控制、谐波治理、电气隔离等优越特性,并且大大减小了机车牵引变流器与变压器所占的空间与重量,这为增大列车可用空间、提高舒适度、减轻车重、向高速化发展提供了条件。
电力电子牵引变压器主电路拓扑结构可分为三个部分,分别为输入级、隔离级、输出级,每级均有不同拓扑结构可以选择。输入级主要承担电能的控制,变换;隔离级承担原副边的电气隔离与电压等级转换;输出级为电力机车牵引电动
机提供所需的输出功率与频率。本文对每级可能的不同拓扑结构进行分析比较,
以我国电力机车牵引传动系统参数为设计条件,确定了输入级H桥级联,隔离级 LLC谐振电路和独立铁心高频变压器,输出级三电平牵引逆变器的电力电子牵引变压器拓扑结构。
针对提出的主电路拓扑结构,本文详细研究了其输入级的控制方法与隔离级的设计方法。输入级采用电压外环、电流内环作为四象限整流器上层控制,在其基础上加入级联单元电压矢量叠加的均压控制,保证其各级单元之间的电压均衡, 并对其原理及稳定性进行分析。在隔离级的设计上本文首先对其原理进行研究, 利用有限元方法对高频变压器漏感与励磁电感进行计算,之后将变压器漏感与 LLC谐振变换器进行集成设计,利用LLC谐振电路实现隔离级高频软开关功能, 降低开关损耗。
本文搭建了在我国电力机车牵引供电系统参数下的电力机车电力电子牵引变压器模型,在不同运行模式下进行仿真研究,验证了电力电子牵引变压器应对各种状况时仍能保证优越可靠的动态性能,为后续电力电子牵引变压器试验样机的搭建奠定了基础。
关键词:电力机车;电力电子牵引变压器;PWM整流器;高频变压器;LLC谐振变换器
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Abstract
Chinese railways are ing faster,lighter,and is raised new demands and challenges in electric otive electronic traction is the most important and most bulky part in the electric otive traction drive ,it has a great significance to improve efficiency while r