（电力电子与电力传动专业论文）空调列车600vdc供电系统的研究.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第1 i 页 a b s t r a c t i h e p a p e ri n t r o d u c e st h e s t r u c t u r eo ft h ea i r - c o n d i t i o n i n gt r a i nd c 6 0 0 v p o w e r - s u p p l ys y s t e m ，a n d t h em e a n i n go fu s i n gt h ed c 6 0 0 vp o w e r - s u p p l y s y s t e m t h ep r o b l e m s o fi ta l e p u tf o r w a r d a n dd i s c u s s e d f i r s t l y , t h el o a dm o d e l so f t h ea i r - c o n d i t i o n i n gt r a i n6 0 0 v d cp o w e r - s u p p l y s y s t e m i sb u i l t t h ev o l t a g er i p p l ew a v e f o r m i sa n a l y z e db a s e do nt h ei n d u c t a n c e a n dt h ec a p a c i t i v ec h a n g eu n d e rt w ol o a dm o d e l s t h ec a p a c i t i v ev o l t a g ea n d c u r r e n ta r ea c c e p t e du s i n gm a n a bt os o l v et h ed i f f e r e n t i a le q u a t i o n a n dt h e i n f l u e n c eo fc a p a c i t i v et h er i p p l ev o l t a g ei sa n a l y e du n d e rt w o s e r i e sf i l t e ra n d o n e s e r i e sf i l t e r s e c o n d l y , a l lk i n do fl o a dc h a n g e sa r ed e s i g n e d t h er e l a t i o n so f t h el o a d f l u c t u a t i o na n dt h er i p p l ew a v e f o r mo fo u t p u tv o l t a g ei sd i s c u s s e d t h ee f f e c t i o n o f t h eh a r m o n i c o f p o w e r - s u p p l ys y s t e m t ot h el e a kc u r r e n ti sa n a l y e d t h er e s u l t ss h o wt h a tt h ei n c r e a s i n gi n d u c t a n c ev a l u ec a nr e d u c et h er i p p l e v o l t a g e o f t h ec a p a c i t i v ei nac e r t a i ns c a l e ，a n dt h ei n c r e a s i n gc a p a c i t i v ev a l u ec a n r e d u c et h er i p p l ev o l t a g ei nal a r g e rs c a l e t h et w o - s e r i e sf i l t e ri sb e t t e rt h a n o n e s e r i e sf i l t e rt ot h es t e a d yo ft h eo u t p u tv o l t a g eu n d e rt h es a l n ec a p a c i t i v e v a l u e t h ev o l t a g ei n c r e a s ef a s t l yw h e nt h el o a di sr e d u c e dl a r g e l ys u d d e n l y t h e i n c r e a s i n gc a p a c i t i v ev a l u e c a l lr e d u c et h er a t eo f t h ev o l t a g ei n c r e a s e f i n a l l y , t h ep a p e rp r e s e n t st h a tr a t i o n a l l yt h ei n c r e a s i n gc a p a c i t i v ev a l u eo f p o w e r - s u p p l ys y s t e m c a l li n h i b i tt h er i p p i ev o l t a g ee f f e c t i v e l y r e a s o n a b l yc u t t i n g o f fl o a dc a nb ec o n t r o l l e dt h er a n g eo ft h ep o w e rv o l t a g e t h ef i x e dq u a n t i t yc a n b eo b t a i n e dc o m p r e h e n s i o no ft h ea r i s i n gp r o b l e m so ft h ea i r - c o n d i t i o n i n gt r a i n 6 0 0 v o cp o w e r - s u p p l ys y s t e mi np r a c t i c ea p p l y t h ep a p e ri sd r a w e dl e s s o n sf r o m t oi m p r o v et h ea i r - c o n d i t i o nt r a i np o w e r - s u p p l ys y s t e m k e yw o r d s ：a i r - c o n d i t i o n i n gt r a i n ，p o w e r - s u p p l ys y s t e m ，o u t p u tv o l t a g e 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 第1 章绪论 1 1 空调列车6 0 0 v o c 供电系统的组成 空调列车6 0 0 v d c 供电系统主要包括整流电源、逆变电源、充电机、蓄 电池组、供电母线、电源分配及相关保护电路等几大部分。对于由机车牵引 的一般空调客运列车及动力集中型动车组，整流电源配置于机车或动力车上； 对于动力分散电动车组，一般安装于拖车车体下部。s s 8 型0 0 6 1 # 之后机车和 s s 9 型机车开始采用机车集中整流、客车分散逆变的供电方式。机车上设有两 套电气上相互独立的供电绕组及整流装置，每套装置的输出功率为4 0 0 k w ， 两套装置同时工作，分别向剜车供给两路d c 6 0 0 v 电源，可满足客车车厢空 调、采暖、照明、电炉等电器的用电需要；当一台整流电源出现故障时，全列 车减载运行，由另一台整流电源向全列车供电，保证全列车基本负载的用电。 下面简单介绍空调列车6 0 0 v d c 电源的主电路和控制电路的组成。 引 l 隧 d c 6l o v 二路压城、 l 髓到 u 电器 厂谣碹蘖。 爿控制柜门 蓟 龃 所有 中控制i 域蔺 d c i1 0 v 供电 线。 随戴 l 懋拉电剿供4控馥， 溶应电竦 图i - 1列车6 0 0 v d c 供电系统的示意图 1 1 1 主电路的构成 6 0 0 v d c 电源的主电路由整流滤波电路和检测及保护电路构成。主变压器 a 7 一x 7 、a 8 x 8 为采暖绕组。其输出电压为交流8 7 0 v ，电流6 0 0 a ，容量 5 2 2 k v a ，经过6 0 0 v d c 电源的整流滤波电路，输出额定直流电压6 0 0 v ，额定 电流6 7 0 a ，额定输出容量4 0 0 k w 。 整流器为单相半控桥式整流，两个晶闸管接在同一桥臂的上、下侧。直 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 流输出侧由滤波电感、滤波电容构成滤波电路，滤波后输出电流脉动率 小于3 0 。其结构见图1 2 所示。 图1 - 2 空调列车6 0 0 v d c 电源供电的主电路 检测及保护电路 1 电阻6 7 r 、电容3 l c 、压敏电阻6 r v 组成输入过压保护电路。 2 接地保护装置由隔离开关1 1 q p 、电阻7 3 r 和6 9 r 、接地继电器7 k e 、 电容3 3 c 构成，蓄电池1 1 0 v 正极通过7 k e 与6 0 0 v 供电的负线相连接。当 歹4 车供电主电路及客车6 0 0 v 母线上发生故障时，7 k e 动作，使供电接触器 3 0 k m 断开。接地故障如不能排除，不允许故障运行，以防止客车供电主干 线发生多点接地而使事故扩大，这可将l i q p 置于非常位，使3 0 k m 失电断 开。 ( 1 ) 交流侧的过流保护：过流继电器1 l k c 与电流互感器7 t a 构成交流侧的 过流保护装餐，过流整定值为1 0 0 0 a - 4 - 1 0 。交流侧过流时，1 1 k c 动作， 使3 0 k m 断开。 ( 2 ) 传感器9 s c 、电压传感器5 s v ，其输出信号送给微机，构成恒压限流控 制以及过流保护控制。当检测到供电输出过流时，由微机发出指令使3 0 k m 开。 1 1 2 控制电路 控制电路包括供电接触器控制电路和显示电路。供电接触器由供电钥匙 开关及机车集控器的触点来控制，该控制环节还串联有各种保护中间继电器 和隔离开关的触点，也可控制供电接触器的闭合与分断。显示电路在主司机 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 台，故障显示屏中“列车供电i ”、“列车供电i i ”、“供电接地i ”、“供电接 地”、“供电输出”用于指示供电装置的工作状态，副司机台左侧电流电压 表分别显示两路供电输出电流和电压。 1 2 空调列车6 0 0 v o c 供电系统的意义 与采用柴油发电车集中供电( 交流3 8 0 v 5 0 h z ) 的方式比，采用6 0 0 v o c 供电系统进行供电的列车，单位编组运输效率高，综合经济效益好。可以粗 略地估算一下，按照机车一次牵引2 0 节车厢计算，采用d c 6 0 0 v 供电系统 的列车比采用柴油发电车供电方式的列车多挂一节可以载客的车厢。如果多 挂的是硬卧车厢，一节车厢6 0 个铺位，以北京成都为例，一个铺位平均 4 0 0 元，多挂一节车厢多收入2 4 万元，一年一列车多收入8 7 6 万元，全路一 年多收入量是非常可观的。另外配备一节柴油发电车需4 0 0 万元，还需专人 看管维护，增加了工资支出：并且柴油的消耗和浪费也是可观的：日常维护 工作量大，维修发电车的费用更是巨大的：还有噪声大，油烟污染等。采用 机车6 0 0 v d c 供电系统，将供电变流设备分散安装，整流电源配置于机车上， 技术比较成熟，可靠；机车上为供电增加设备较少，体积和质量增加也较小， 对机车的布置及轴重影响小。列车供电干线电压制式采用d c 6 0 0 v ，在各客 车上就只需要配置完成直一交逆变功能的逆变电源，便能提供空调机组所需 的三相交流3 8 0 v 5 0 h z 电压，不仅客车上为供电增加的设备少，体积和质量 增加也较小，而且整个供电系统的造价和维护成本也较低。因而，采用6 0 0 v d c 供电系统，是一种能较好兼顾电力机车供电和内燃机车供电及客车需要等各 方面因素的供电方式，并具有较大的经济效益。 1 3 空调列车6 0 0 v 供电系统存在的问题及本文所做的工作 存在的问题：6 0 0 v o c 电源在使用中发现参数不匹配而产生的低频振荡； 也发生过多次因电源故障而影响客车供电的事故；电压纹波比较大，有时造 成后端用电设备损坏，带来一定的经济损失：给列车用电设备的正常使用带 来不便，不能较好地满足使用要求；有时输出电容的漏电流比较大。 本文所做的工作： 1 相控整流电路电感值和电容值对电容的谐波电压的影响。 2 负载突变对电源输出电压的影响。 3 谐波电压与漏电流的关系。 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 第2 章6 0 0 v 。供电系统模型的建立 2 1 6 0 0 v o c 电源的主电路拓扑 6 0 0 v e t 电源的整流器为单相半控桥式按流，两个晶闸管接在同一桥臂 的上、下侧。直流输出侧由滤波电感、滤波电容构成滤波电路，故主电路的 拓扑图为图2 1 所示。 _ f jj 蔓r n 1 c 口、v 2 f j j q c r 图2 一l 主电路拓扑图 2 2 负载模型的建立 2 2 1 供电系统负载的构成 现在客车上的空调是通过逆变器与d c 6 0 0 v 电源连接；客车上的电阻性 负载有客室电加热器、空调预热器、电开水炉、电温水箱等。目前，在d c 6 0 0 v 列车上，这些电阻性负载靠逆变器输出的a c 3 8 0 vi 作。如果这些电阻性负 载改用d c 6 0 0 v 直接加热。其优点是：( 1 ) 布线减少，加热效率高：( 2 ) 逆变器 的输出主要供空调机组电动机负载，实际容量相对减少。在冬季使用电加热 器时，2 个逆变器可轮换拆下检修。( 3 ) 可以不考虑电加热器三相负载平衡的 问题。( 4 ) 电加热器的控制可采用无触点控制。( 5 ) 电加热器工作时，漏电流小。 每辆拖车的配电柜中包含有d c 6 0 0 v 负载配电单元、交流负载配电单元。 d c 6 0 0 v 负载配电单元将来自i 路或i i 路母线的d c 6 0 0 v 经各分支断路器给 压缩机逆变器单元、通风逆变器单元、充电器单元、空气预热器、地热、开 水炉、温水箱供电。交流负载单元将来自各逆变器的交流电经热保护继电器 或断路器给空调压缩机、送风机、冷凝风机、新风风机、废气排风机、单相 负载供电。即有些负载是d c 6 0 0 v 直接供电，而有些负载是通过交流供电。 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 2 2 2 两种负载模型的建立 车上的逆变电源均为电压型逆变电路，并且只对本车的交流电器供电， 不对其他车供电。所以每节车的负载可以分为只有逆变器带的负载或逆变器 带的负载和d c 6 0 0 v 电源直接带的纯电阻负载。电压源逆变器，在其运行时 有较低阶的电流谐波注入，因而要求在逆变器输入端有一组大容量的电容并 联；另外，直流侧并联的大电容可以缓冲无功功率。所以将逆变器及其所带 的负载简化成电容和恒电流并联的形式。这样，每节车的负载模型见图2 2 所示： 一 l l r 逆变器受兑负载 ( a ) 感性负载( b ) 感性负载与阻性负载并联 图2 2 每节车的负载拓扑图 2 3 供电系统模型的建立 图2 - 3 一列车的负载网络图 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 三相逆变器 矿 7 ，23 铲lc 0 5 ( 2 1 ) 式中 胁为交流输出线电压基波分量的有效值； 如为负载相电流的有效值； 庐为任意感性负载的功率因数。 逆变器的容量为1 7 2 0 千瓦，节，电炉为3 0 千瓦节左右。逆变器输入端 并联的电容为几千微法，所以设负载中的电容c l 为3 0 0 0 t af 节， 为2 8 a 节。在同一母线上的负载均为并联形式，故电容、电流和电阻可以分别统一 考虑，以同母线上并1 0 节车的负载计算，总的电容值是c l 为3 0 0 0 0 uf ： 总的负载为满负载4 0 0 k w ，总的电流 为2 8 0 a ，总的电阻r 1 为1 5 4 q 。 十 _ 6 0 0 v d c 且b 1 cf ， 锄 jf j s c r 1 i ( a ) 感性负载 n 、 _ cb c l 堪1 jf j 驰 ( b ) 感性负载与阻性负载并联 图2 4 电源及其负载模型 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 第3 章相控整流电路输出电压的谐波分析 为分析过程突出主要矛盾，作如下理想化假设： 1 开关元件是理想的，即开关元件导通时的通态压降为零，阻断时电阻 为无穷大，并认为晶闸管的导通与关断瞬时完成： 2 变压器是理想的。即变压器的漏抗为零，绕组的电阻为零，励磁电流 为零： 3 电网电压是理想的正弦波，即“，= 2 玑s i nc o t 。 令触发信号为与电源同步并且控制角为n 的脉冲，负载为 。此电源 经过一段时间后进入稳态。这里规定输出电压为6 0 0 v ，额定电流为6 7 0 a ， 滤波电容值为1 0 4 0 0 1 f 。 = 去r 厨：s i n o x d ( c o t ) = _ 2 4 2 u 2 半= 0 9 u 2 半( ，- 1 ) 解得：d = 5 7 8 2 0 3 1 滤波电感值变化时输出电压的谐波分析 3 1 1 感性负载下输出电压的谐波分析 7 i s ) k c l ) 0 轧f 【 图3 1 感性负载主电路图 电路在0 c t 阶段，为零输入响应，见图3 2 所示。在这个过程中，电 感电流减小，即释放能量；电容也释放能量。 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 l 图3 2 零输入响应电路 设电感电流在额定负载时为，电容电压在额定负载时为n 即 i ( o ) = ，( o ) = v 对图3 2 ( a ) 所示的电路列出k v l 方程 堕+ “，：0 d t 。 将c 和c 1 合并考虑，有： ， i l = i c + i 。 对式( 3 - 3 ) 两边求导，得： 一d l ：堕 d td t 将式( 3 - - 4 ) 代入式( 3 2 ) 得： 争+ 去”。础2上c 。 求式( 3 - - 5 ) 求通解，其特征方程为： s 2 二：0 s ：! f 4 t c 铲和：击：s t n 击t = 击 - k - s i n 去m zc o s 面1 ，毗2 面l面h 如8 面 将初始条件代入得： k = v ( 3 2 ) ( 3 3 ) ( 3 4 ) ( 3 5 ) ( 3 6 ) ( 3 7 ) ( 3 8 ) 耻( 考 c ，吲 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 计c 叫c o s 击( 卜五瞧m n 去? 。叫 电路在o “阶段，为全响应过程，见图3 - - 3 所示。 l 圈3 3 全响压电蹯 按照图中规定的参考方向，列出电路的k v l 和k c l 方程为 堕+ “，、：l 2 ( 3 1 1 ) i l = i c “( 3 - - 1 2 ) 初始条件是电感和电容在t l = o 0 0 3 2 1 2 s 时电流值和电压值， 2 = 皿2 s i n c o t ，t c o 又有 f c = c d 出u c 一 所以有 c a o + ，。= ( 3 1 3 ) d t 对式( 3 - 1 3 ) 求导，得 生：c d u c z ( 3 1 4 ) 将上式代入式( 3 1 1 ) 得 l c d d u 。c f 2 一+ “c = “2 ( 3 1 5 ) 设“。= “c + 2 ，其中。为式( 3 1 5 ) 的齐次方程的通解、2 为式( 3 1 5 ) 的特解。 令 屺呐c o s 压+ 咖m 压( 3 - 1 6 ) 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 0 页 “( ，2 = k 3c o s 3 1 4 t + k 4 s i n 3 1 4 t 对式( 3 - 1 7 ) 求导，得： “：2 = 一3 1 4 k 3s i n 3 1 4 t + 3 1 4 k 4 c o s 3 1 4 t “；2 = 一3 1 4 2 k 3c o s 3 1 4 t 一3 1 4 2 k 4 s i n 3 1 4 t 代入式( 3 - 1 6 ) 得： k ，一o k 4 = 者 令“( ，f m = ki ( 儿) = 1 i ，解得： ， l f k 4 c 0 0 0s i n 3 1 4 t i c o s c o o t l + 3 1 4 k 4 c c o s 3 1 4 t 1 c c o o l + s i n + v j c c o oc o s a ) o t l 一，1s i n o ， l f k c s i n f 1 + ，lc o s 峨f i c t 4s i n 3 1 4 t 1 2 c c o oi 一3 1 4 c k 4c o s 3 1 4 t 1 c o s c o o t i i ，c o s w o t l 设电感电流的初值为7 2 9 7 a ，电压的初值为6 0 4 8 v 。 u 、一 吲 撂 鲻 出 脚 钵 脚 3 0 2 5 2 0 1 5 1 0 5 0 ii ， lif一i 一 二x 二二 二工二! 一 | 一忑1 ：j 二：；： i 一十一 i 一一 q 。芦。嫂芦q 妒 电感值( h ) ( 3 一1 7 ) ( 3 一1 8 ) ( 3 一1 9 ) 8 m 1 图3 4 感性负载时，电容电压在0 o 0 1 s 内的波动量 从上面图3 4 中的数据可以看出，当电感值小于o 0 0 9 h 时，电容电压 的波动量较大。即谐波电压较大；当电感值大于0 ，0 0 9 h 时，其对电容电压的 波动影响不大，即谐波电压较稳定。 西南交通大学硕士研究生学位论文第11 页 仿真结果 _ 6l 一硼，40 。r 。 ii雨 蛙 i 磺硪v 蹦 m 剥 i-i褥 2 j 88 2 5 输出仿真 。， 2 3 4 s 的傅立叫分析仿箕馨。n c 7 0 4 0 4 fl=o0045h 苯 ：= ： 计 一- 黑川1 52 5：8 输出电压仿真 # 一 一 川 型， 三墨i 疆： 1 j l r lni jl l u【一 f - 。警m ：2 1 ”“”“。“2 “ ( b 2 ) 2 3 s 2 34 s 的储立叶分析仿真图m 舭n c ( b ) c = 00 4 0 4 fl = 00 0 9 h ：砒l v ； 孙。，j 羚 i 男j 、 1 hl一甄 一jj u l 。声9 j _ w -_ ( c 1 ) 输【j ；电压仿真 l j f n 。 r ll ： t l 一一 _ l 3i t 一7 i ? 襄五 ；【 l ! ：l ： f ! iji l ；： 图3 5 5 0 h z 1 0 0 h z 1 5 0 h 22 0 m f z f r e q - l e n c g ( c 2 )2 3 s 一2 3 4 s 的傅立叶。分析仿真圈 ( c ) c _ o 0 4 0 4 fl = 0 0 1 4 h 感性负载时，电容电压在不同的电感值时的仿真图 1 0 0 h z 谐波电压幅值的比较( 2 3 m s 2 3 4 m s ) 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 3 页 _ - _ _ _ _ - _ - _ - _ - - - _ _ _ - - _ _ h _ - _ - _ - - - ，一 ( a ) c 。0 0 4 0 4 f l = 0 0 0 4 5 hu m a x = 9 v ( b ) c = 0 0 4 0 4 f l = 0 0 0 9 hu m a x = 5 v ( c ) c = 0 0 4 0 4 f l = 0 0 1 4 hu m a x = 3 5 v 从图3 5 的仿真结果可以看出，电感值对电容电压的影响与前面的数值 解的结果是一致的，证明了数值计算的正确性。 3 1 2 阻感负载并联时输出电压的谐波分析 厂1 茂k f 蚰 s e a c 图3 - 6 感性负载与阻性负载并联的主电路 电路在o n 阶段，为零输入响应，见图3 7 所示。在这个过程中，电 感电流减小，即释放能量；电容也释放能量。 图3 - 7零输入响应电路 设电感电流在额定负载下t = 0 时的值为，电容电压在额定负载下t = 0 时 的值为v ，即 i l ( o ) = i“c ( o ) = v 对图3 7 所示的电路列出k v l 方程 堕+ u c ：0 ( 3 2 0 ) 西南交通大学硕士研究生学位论文第14 页 将c 1 与c 合并考虑，有： i = i c + f + ， 对式( 3 - - 2 1 ) 两边求导，得： d i _ _ l ：监+ 生 d ld ld l 将式( 3 - - 2 2 ) 代入式( 3 - - 2 0 ) 得： 尊+ 上堕+ 上玑：o m 2 r c 田l c 。 求式( 3 - - 2 3 ) 求通解，其特征方程为： s 2 + 三一s + l ：o ( 3 2 2 ) ( 3 2 4 ) s ：颦1 i 膈( + 3 1 。，哨， 令舻赤，= 去 ( 1 ) a o 时，s i 和为负实数，所以有： s 。：一日+ 蕊s ：= 一口一碍 “c “1 = 七l e 5 4 + 后2 已3 2 将初始条件代入得： k i + k 2 = v c ( k - s + k z s 2 ) + 去化+ k 2 ) + = ， 解由式( 3 - - 2 7 ) 和式( 3 - - 2 8 ) 组成的方程组，得： 忙雨i m 习i i 一郦v 闶一蠢 妒雨i - 习1 i 一高一告 将( 3 - - 2 9 ) 和式( 3 3 0 ) 代入式( 3 - - 2 6 ) 得： ( 3 2 6 ) ( 3 2 7 ) ( 3 2 8 ) ( 3 2 9 ) ( 3 3 0 ) 西南交通大学硕士研究生学位论文第15 页 m 旷i 搞一硎南一矗p“广l 确一瓦硐一i 高r + 硐- - 1 i 一硎呙一矗p 额定负载时，c i = o 0 3 f ，滤波电容c = 0 0 1 0 4 f ，将两者合并记为 c = 0 0 4 0 4 f ，i i = 2 8 0 a ，r i = i 5 4 q ，根据a o 有： 1l 一 = = = 22 置c三c 得：l4发2c 将上面的数据代入得：l 0 3 8 3 h 。这是个很大的数据，不适用。 ( 2 ) 对于方程( 3 - - 2 4 ) ，当口= 。o 时，即l = 4 r i2 c ，s i = = 一uo ，对 于额定负载时l = 0 3 8 3 h ，也是个很大的数据，不适合。 ( 3 ) 对于方程( 3 - - 2 4 ) ，当a 。o 时，即l v 咖 嚣 鲻 。掣 君 肄 罐 l l 1 0 9 8 7 6 5 梦萝梦梦 o o o 。o 0 0 。o 。o o o 电容cr h j 取值( f ) | 垒i3 一l i 感性负载时输山电压在o 0 0 is 内的波动量 从上面的计算结果可以看出，当电路结构、输入电压、移项角和负载等 相同时，电容值对其电压有较大的影响。当电容值较小时，其电压波动较大， 即谐波电压较大；当电容值较大时，其电压波动较小，即谐波电压较小。 仿真结果 嫩# 醚l ： j 。漱 ； & 一i “| ：| ：_ 雕* i # ： 赫赫裤 盯? 。j 1 。? n 一h r 1 f i ： 蝼 = e 。悻悻一、舻一 孵斗+ 一 u - i - - + 一 一卜 一一。下一* j v 一- i i - - i ；一- - - t 一- - - 卜-域一斗卜卜 - - 卜_ h + 一 一l t 一一十：簿：咧 ( a 1 )输电雎仿真 亘塑奎堕查兰堡主塑窒竺兰垡鲨室塑丝耍 _ ： ； j ，h ! l i 一l 一 ( a 2 ) 2 3 2 3 4 m s 电容电坻的傅髓叶仿真幽 ( a ) c = 00 1 0 4 fl = 00 0 9 h 、 7 二 l aj lf三 l 0 一1 u _l vj 。 。1 _ 一 a j 簪 u j 1 万， j 舅 l 0 j ： ；t o蹶 l 。磋 bv ， ( b 1 ) 输出i b 压仿真 | h j 。l 。 l 一 ：一眵 l i 一n ( jl 。 。 ( b 2 ) 图3 1 2 2 3 2 34 m st 乜容电压的傅立叶仿真幽 ( b )c = 0 0 6 0 4 fl = 00 0 9 h 电感负载时，输出电压的仿真图 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 5 页 l b 感负载时，1 0 0 h z 谐波电压的比较( 2 3 m s - 2 3 4 m s ) ： ( a ) c = 0 0 1 0 4 fl = 0 0 0 4 5 ha u = 1 6 v 吲3 - 1 4 ( b ) c = o 0 4 0 4 fl = 0 0 0 9 ha u = 5 v ( b ) c = o 0 6 0 4 fl = 0 0 0 9 ha u = 3 v 从3 1 2 的仿真结果可以看出，电容值对电压波动影响与前面的数值解 的结果是一致的，证明了数值计算的正确性。 3 2 2 一级滤波阻感负载并联时输出电压的谐波分析 v 例 露 鲻 出 口 丧扛 掣 l l 1 0 9 8 7 6 5 j p p 萝梦萝梦争 q 1q 码”q q 1q q 。q 。q q 4 电容c 的值 f ) 图3 一1 3 感性负载与阻性负载并联时， 输出电压在0 0 0 1 s 内的波动量 通过电感负载和电感负载与阻性负载并联时电容电压波动的计算，可以 看出两种负载形式的电压波动量差别不大。 卜r l + 十 ：旒 觯 r ：i i l jl 1 谢 1 黼 寸 _n vyv l hh 60 j 一f r r _ _ _ _ _ 一 - 1 y糊i - 0 iii ： fr r ( a 1 )输出电压仿真 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 6 页 ， 、 ! 筹 弋 7 1 7 i 、 t 1 肥 ( a 2 ) l u 容i 也托的瞬态仿真图 ； l 。 ： i ： 1 1 i 7 】j ， 、梢掣 一 ；： ： ： w ! r 。 骥一目 1 rl i j 嘛，、 ，、二o ii - ( a 3 )2 3 2 34 m s 电容l n 胝的傅立叶仿真幽 l l ， 1j l ；i - 一一一l j 一一- l i 筵 l i 一 ov c c2 ) f r e q , a b n c y ( a 4 ) 0 2 0 m s 电容电压的傅立叶仿真幽 f a ) c = 0 ，0 1 0 4 f l 2 00 0 9 h 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 7 页 1 a 璃i “讯l n 凡 始蟮 ：。! 黼：- 斋a 删裂v ；v 1 v 懂v v l ”i 7 。；”室 ，；、 i j 懒 蕊|【 。 v ( b 1 ) 输出电压仿真 _ 叁 彤 、 舅z l i ：；一。 7 、 l 数m b 容r u 压的瞬态仿真图 ! i l i 军 ! | 一 _ u _ 啊 一卜 j r r “ hr 一 i i uo 一 一iil ”卜十叶 i l _ a 卜卜 - 4 - - 一e t 一 叶j 士土j 个吐土卜 ”下。r r r j ( b 3 )2 3 2 3 4 m sr u 容电堆的傅立叫仿真图 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 8 页 一十一十_ 一。卜、i 。i 卜。 1 1 = ：- # # ：i ：i | ；= l 高 p | l 1 p 1 _ 】 f r - - _ ! j ， 1 ir r l 一 ji li 。 ； r ； 【l 。 ! ! j ；! ：_ ： ” i | 2 “? “l 、 ：卜卜。1 ， _ l 等v 【c2 ) 。渊2“。“6 洲2“们珊1 。 h n c y ( b 4 ) o - - m s 屯容电压的傅立叫仿真图 ( b )c = o0 6 0 4 f l = o0 0 9 h 幽3 1 4 电感负载与电阻负载并联时， 电容电压在不屈的屯容值时的仿真幽 电感负载与电阻负载并联时，1 0 0 h z 谐波电压的比较( 2 3 m s 2 3 4 m s ) ： ( a ) c = 0 0 1 0 4 fl = 0 0 0 4 5 ha u = 1 4 4 v 图3 - 9 ( b ) c = o 0 4 0 4 fl = 0 0 0 9 i ha u = 3 8 v ( b ) c = 0 0 6 0 4 fl = 0 0 0 9 ha u = 2 - 8v 从3 一1 4 的仿真结果可以看出，电容值对电压波动影响与前面的数值解 的结果是一致的，证明了数值计算的正确性。 通过本章两种负载情况下，关于电感和电容对电容电压影响的分析，可 以看出负载构成的不同对电容电压的影响不大。所以在后面的分析中只针对 电感负载和阻性负载并联的情况。 3 ，2 3 二级滤波阻感负载并联时输出电压的谐波分析 】 v l v 3 l 3 广j： 咻 c i 0 v = = r 2 【 d 1 v 4 j l 圈3 1 5 相控整流二级滤波主电路 假设电路在额定负载下已经达到稳态，在o n 阶段，电路为零输入状 二! 堕至望查兰堡主婴塞竺兰堡堡奎蔓望里 态；在d 之间为仝响应状态。将c 2 、c 3 和并考虑，各阶段电路的k v l 和k c l 方程为： o 阶段， 将式( 3 - - 5 0 ) 代入式 将式( 3 - - 4 8 ) 代入式 厶盟+ “。：o d t i l i 。 u c 7 2 u l 2 + ! i l 2 = i l l t l “c 25 r l i r l i 月l = i 2 一i f 2 一， i t l2 c l d 曲“c i i t 2 一c z 警 吐鲁 乩，鲁 ( 3 - - 4 4 ) ，整理得； 监：土飞：)dtl一i lz ， ( 3 - - 4 5 ) ，整理得： duct：!(il,-il2)dt l 将式( 3 4 9 ) 代入式( 3 - - 4 7 ) ，整理得； 百d u c 2 = - - 击z ( i l 2 - - i m - - ) 将式( 3 - - 4 6 ) 代入式( 3 - - 5 4 ) ，整理得： 垃d t = * c ：一等r 一- 一 ，l “，j ( 3 4 3 ) ( 3 4 4 ) ( 3 4 5 ) ( 3 4 6 ) ( 3 4 7 ) ( 3 4 8 ) ( 3 4 9 ) ( 3 5 0 ) ( 3 5 1 ) ( 3 5 2 ) ( 3 5 3 ) ( 3 5 4 ) ( 3 5 5 ) 用m a f l a b 解由式( 3 4 3 ) 、( 3 5 2 ) 、( 3 5 3 ) 、( 3 5 5 ) 组成的微分方 程组，得出电容电压在0 a