两电平牵引逆变器建模及仿真.docx

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羆蒀蒆羆聿芃螅羅膁蒈蚁肄芃芁薇肄羃蒇蒃蚀肅艿葿虿芈薅螇蚈羇莈蚃蚇肀薃蕿蚇膂莆蒅蚆芄腿螄螅羄莄蚀螄肆膇薆螃芈莂薂螂羈芅蒈螁肀蒁螆螁膃芄蚂螀芅葿薈蝿羅节蒄袈肇蒇莀袇腿芀虿袆衿蒆蚅袅肁莈薁袅膄薄蒇袄芆莇螅袃羆膀蚁袂肈莅薇羁膀膈蒃羀袀莃荿羀羂膆螈罿膄蒂蚄羈芇芄薀羇羆蒀蒆羆聿芃螅羅膁蒈蚁肄芃芁薇肄羃蒇蒃蚀肅艿葿虿芈薅螇蚈羇莈蚃蚇肀薃蕿蚇膂莆蒅蚆芄腿螄螅羄莄蚀螄肆膇薆螃芈莂薂螂羈芅蒈螁肀蒁螆螁膃芄蚂螀芅葿薈蝿羅节蒄袈肇蒇莀袇腿芀虿袆衿蒆蚅袅肁莈薁袅膄薄蒇袄芆莇螅袃羆膀蚁袂肈莅薇羁膀膈蒃羀袀莃荿羀羂膆螈罿膄蒂蚄羈芇芄薀羇羆蒀蒆羆聿芃螅羅膁蒈蚁肄芃芁薇肄羃蒇蒃蚀肅艿葿虿芈薅螇蚈羇莈蚃蚇肀薃蕿蚇膂莆蒅蚆芄腿螄螅羄莄蚀螄肆膇薆螃芈莂薂螂羈芅蒈螁肀蒁螆螁膃芄蚂螀芅葿薈蝿羅节蒄袈肇蒇莀袇腿芀虿袆衿蒆蚅袅肁莈薁袅膄薄蒇袄芆莇螅袃羆膀蚁袂肈莅薇羁膀膈蒃羀袀莃荿羀羂膆螈罿膄蒂蚄羈芇芄薀羇羆蒀蒆羆聿芃螅羅膁蒈蚁肄芃芁薇肄羃蒇蒃蚀肅艿葿虿芈薅螇蚈羇莈蚃蚇肀薃蕿蚇膂莆蒅蚆芄腿螄螅羄莄蚀螄肆膇薆螃芈莂薂螂羈芅蒈螁肀蒁螆螁膃芄蚂螀芅葿薈蝿羅节蒄袈肇蒇莀袇腿芀虿袆衿蒆蚅袅肁莈薁袅膄薄蒇袄芆莇螅袃羆膀蚁袂肈莅薇羁膀膈蒃羀袀莃荿羀羂膆螈罿膄蒂蚄羈芇芄薀羇羆蒀蒆羆聿芃螅羅膁蒈蚁肄芃芁薇肄羃蒇蒃蚀肅艿葿虿芈薅螇蚈羇莈蚃蚇肀薃蕿蚇膂莆蒅蚆芄腿螄螅羄莄蚀螄肆膇薆螃芈莂薂螂羈芅蒈螁肀蒁螆螁膃芄蚂螀芅葿薈蝿羅节蒄袈肇蒇莀袇腿芀虿袆衿蒆蚅袅肁莈薁袅膄薄蒇袄芆莇螅袃羆膀蚁袂肈莅薇羁膀膈蒃羀袀莃荿羀羂膆螈罿膄蒂蚄羈芇芄薀羇羆蒀蒆羆聿芃螅羅膁蒈蚁肄芃芁薇肄羃蒇蒃蚀肅艿葿虿芈薅螇蚈羇莈蚃蚇肀薃蕿蚇膂莆蒅蚆芄腿螄螅羄莄蚀螄肆膇薆螃芈莂薂螂羈芅蒈螁肀蒁螆螁膃芄蚂螀芅葿薈蝿羅节蒄袈肇蒇莀袇腿芀虿袆衿蒆蚅袅肁莈薁袅膄薄蒇袄芆莇螅袃羆膀蚁袂肈莅薇羁膀膈蒃羀袀莃荿羀羂膆螈罿膄蒂蚄羈芇芄薀羇羆蒀蒆羆聿芃螅羅膁蒈蚁肄芃芁薇肄羃蒇蒃蚀肅艿葿虿芈薅螇蚈羇莈蚃蚇肀薃蕿蚇膂莆蒅蚆芄腿螄螅羄莄蚀螄肆膇薆螃芈莂薂螂羈芅蒈螁肀蒁螆螁膃芄蚂螀芅葿薈蝿羅节蒄袈肇蒇莀袇腿芀虿袆衿蒆蚅袅肁莈薁袅膄薄蒇袄芆莇螅袃羆膀蚁袂肈莅薇羁膀膈蒃羀袀莃荿羀羂膆螈罿膄蒂蚄羈芇芄薀羇羆蒀蒆羆聿芃螅羅膁蒈蚁肄芃芁薇肄羃蒇蒃蚀肅艿葿虿芈薅螇蚈羇莈蚃蚇肀薃蕿蚇膂莆蒅蚆芄腿螄螅羄莄蚀螄肆膇薆螃芈莂薂螂羈芅蒈螁肀蒁螆螁膃芄蚂螀芅葿薈蝿羅节蒄袈肇蒇莀袇腿芀虿袆衿蒆蚅袅肁莈薁袅膄薄蒇袄芆莇螅袃羆膀蚁袂肈莅薇羁膀膈蒃羀袀莃荿羀羂膆螈罿膄蒂蚄羈芇芄薀羇羆蒀蒆羆聿芃螅羅膁蒈蚁肄芃芁薇肄羃蒇蒃蚀肅艿葿虿芈薅螇蚈羇莈蚃蚇肀薃蕿蚇膂莆蒅蚆芄腿螄螅羄莄蚀螄肆膇薆螃芈莂薂螂羈芅蒈螁肀蒁螆螁膃芄蚂螀芅葿薈蝿羅节蒄袈肇蒇莀袇腿芀虿袆衿蒆蚅袅肁莈薁袅膄薄蒇袄芆莇螅袃羆膀蚁袂肈莅薇羁膀膈蒃羀袀莃荿羀羂膆螈罿膄蒂蚄羈芇芄薀羇羆蒀蒆羆聿芃螅羅膁蒈蚁肄芃芁薇肄羃蒇蒃蚀肅艿葿虿芈薅螇蚈羇莈蚃蚇肀薃蕿蚇膂莆蒅蚆芄腿螄螅羄莄蚀螄肆膇薆螃芈莂薂螂羈芅蒈螁肀蒁螆螁膃芄蚂螀芅葿薈蝿羅节蒄袈肇蒇莀袇腿芀虿袆衿蒆蚅袅肁莈薁袅膄薄蒇袄芆莇螅袃羆膀蚁袂肈莅薇羁膀膈蒃羀袀莃荿羀羂膆螈罿膄蒂蚄羈芇芄薀羇羆蒀蒆羆聿芃螅羅膁蒈蚁肄芃芁薇肄羃蒇蒃蚀肅艿葿虿芈薅螇蚈羇莈蚃蚇肀薃蕿蚇膂莆蒅蚆芄腿螄螅羄莄蚀螄肆膇薆螃芈莂薂螂羈芅蒈螁肀蒁螆螁膃芄蚂螀芅葿薈蝿羅节蒄袈肇蒇莀袇腿芀虿袆衿蒆蚅袅肁莈薁袅膄薄蒇袄芆莇螅袃羆膀蚁袂肈莅薇羁膀膈蒃羀袀莃荿羀羂膆螈罿膄蒂蚄羈芇芄薀羇羆蒀蒆羆聿芃螅羅膁蒈蚁肄芃芁薇肄羃蒇蒃蚀肅艿葿虿芈薅螇蚈羇莈蚃蚇肀薃蕿蚇膂莆蒅蚆芄腿螄螅羄莄蚀螄肆膇薆螃芈莂薂螂羈芅蒈螁肀蒁螆螁膃芄蚂螀芅葿薈蝿羅节蒄袈肇蒇莀袇腿芀虿袆衿蒆蚅袅肁莈薁袅膄薄蒇袄芆莇螅袃羆膀蚁袂肈莅薇羁膀膈蒃羀袀莃荿羀羂膆螈罿膄蒂蚄羈芇芄薀羇羆蒀蒆羆聿芃螅羅膁蒈蚁肄芃芁薇肄羃蒇蒃蚀肅艿葿虿芈薅螇蚈羇莈蚃蚇肀薃蕿蚇膂莆蒅蚆芄腿螄螅羄莄蚀螄肆膇薆螃芈莂薂螂羈芅蒈螁肀蒁螆螁膃芄蚂螀芅葿薈蝿羅节蒄袈肇蒇莀袇腿芀虿袆衿蒆蚅袅肁莈薁袅膄薄蒇袄芆莇螅袃羆膀蚁袂肈莅薇羁膀膈蒃羀袀莃荿羀羂膆螈罿膄蒂蚄羈芇芄薀羇羆蒀蒆羆聿芃螅羅膁蒈蚁肄芃芁薇肄羃蒇蒃蚀肅艿葿虿芈薅螇蚈羇莈蚃蚇肀薃蕿蚇膂莆蒅蚆芄腿螄螅羄莄蚀螄肆膇薆螃芈莂薂螂羈芅蒈螁肀蒁螆螁膃芄蚂螀芅葿薈蝿羅节蒄袈肇蒇莀袇腿芀虿袆衿蒆蚅袅肁莈薁袅膄薄蒇袄芆莇螅袃羆膀蚁袂肈莅薇羁膀膈蒃羀袀莃荿羀羂膆螈罿膄蒂蚄羈芇芄薀羇羆蒀蒆羆聿芃螅羅膁蒈蚁肄芃芁薇肄羃蒇蒃蚀肅艿葿虿芈薅螇蚈羇莈蚃蚇肀薃蕿蚇膂莆蒅蚆芄腿螄螅羄莄蚀螄肆膇薆螃芈莂薂螂羈芅蒈螁肀蒁螆螁膃芄蚂螀芅葿薈蝿羅节蒄袈肇蒇莀袇腿芀虿袆衿蒆蚅袅肁莈薁袅膄薄蒇袄芆莇螅袃羆膀蚁袂肈莅薇羁膀膈蒃羀袀莃荿羀羂膆螈罿膄蒂蚄羈芇芄薀羇羆蒀蒆羆聿芃螅羅膁蒈蚁肄芃芁薇肄羃蒇蒃蚀肅艿葿虿芈薅螇蚈羇莈蚃蚇肀薃蕿蚇膂莆蒅蚆芄腿螄螅羄莄蚀螄肆膇薆螃芈莂薂螂羈芅蒈螁肀蒁螆螁膃芄蚂螀芅葿薈蝿羅节蒄袈肇蒇莀袇腿芀虿袆衿蒆蚅袅肁莈薁袅膄薄蒇袄芆莇螅袃羆膀蚁袂肈莅薇羁膀膈蒃羀袀莃荿羀羂膆螈罿膄蒂蚄羈芇芄薀羇羆蒀蒆羆聿芃螅羅膁蒈蚁肄芃芁薇肄羃蒇蒃蚀肅艿葿虿芈薅螇蚈羇莈蚃蚇肀薃蕿蚇膂莆蒅蚆芄腿螄螅羄莄蚀螄肆膇薆螃芈莂薂螂羈芅蒈螁肀蒁螆螁膃芄蚂螀芅葿薈蝿羅节蒄袈肇蒇莀袇腿芀虿袆衿蒆蚅袅肁莈薁袅膄薄蒇袄芆莇螅袃羆膀蚁袂肈莅薇羁膀膈蒃羀袀莃荿羀羂膆螈罿膄蒂蚄羈芇芄薀羇羆蒀蒆羆聿芃螅羅膁蒈蚁肄芃芁薇肄羃蒇蒃蚀肅艿葿虿芈薅螇蚈羇莈蚃蚇肀薃蕿蚇膂莆蒅蚆芄腿螄螅羄莄蚀螄肆膇薆螃芈莂薂螂羈芅蒈螁肀蒁螆螁膃芄蚂螀芅葿薈蝿羅节蒄袈肇蒇莀袇腿芀虿袆衿蒆蚅袅肁莈薁袅膄薄蒇袄芆莇螅袃羆膀蚁袂肈莅薇羁膀膈蒃羀袀莃荿羀羂膆螈罿膄蒂蚄羈芇芄薀羇羆蒀蒆羆聿芃螅羅膁蒈蚁肄芃芁薇肄羃蒇蒃蚀肅艿葿虿芈薅螇蚈羇莈蚃蚇肀薃蕿蚇膂莆蒅蚆芄腿螄螅羄莄蚀螄肆膇薆螃芈莂薂螂羈芅蒈螁肀蒁螆螁膃芄蚂螀芅葿薈蝿羅节蒄袈肇蒇莀袇腿芀虿袆衿蒆蚅袅肁莈薁袅膄薄蒇袄芆莇螅袃羆膀蚁袂肈莅薇羁膀膈蒃羀袀莃荿羀羂膆螈罿膄蒂蚄羈芇芄薀羇羆蒀蒆羆聿芃螅羅膁蒈蚁肄芃芁薇肄羃蒇蒃蚀肅艿葿虿芈薅螇蚈羇莈蚃蚇肀薃蕿蚇膂莆蒅蚆芄腿螄螅羄莄蚀螄肆膇薆螃芈莂薂螂羈芅蒈螁肀蒁螆螁膃芄蚂螀芅葿薈蝿羅节蒄袈肇蒇莀袇腿芀虿袆衿蒆蚅袅肁莈薁袅膄薄蒇袄芆莇螅袃羆膀蚁袂肈莅薇羁膀膈蒃羀袀莃荿羀羂膆螈罿膄蒂蚄羈芇芄薀羇羆蒀蒆羆聿芃螅羅膁蒈蚁肄芃芁薇肄羃蒇蒃蚀肅艿葿虿芈薅螇蚈羇莈蚃蚇肀薃蕿蚇膂莆蒅蚆芄腿螄螅羄莄蚀螄肆膇薆螃芈莂薂螂羈芅蒈螁肀蒁螆螁膃芄蚂螀芅葿薈蝿羅节蒄袈肇蒇莀袇腿芀虿袆衿蒆蚅袅肁莈薁袅膄薄蒇袄芆莇螅袃羆膀蚁袂肈莅薇羁膀膈蒃羀袀莃荿羀羂膆螈罿膄蒂蚄羈芇芄薀羇羆蒀蒆羆聿芃螅羅膁蒈蚁肄芃芁薇肄羃蒇蒃蚀肅艿葿虿芈薅螇蚈羇莈蚃蚇肀薃蕿蚇膂莆蒅蚆芄腿螄螅羄莄蚀螄肆膇薆螃芈莂薂螂羈芅蒈螁肀蒁螆螁膃芄蚂螀芅葿薈蝿羅节蒄袈肇蒇莀袇腿芀虿袆衿蒆蚅袅肁莈薁袅膄薄蒇袄芆莇螅袃羆膀蚁袂肈莅薇羁膀膈蒃羀袀莃荿羀羂膆螈罿膄蒂蚄羈芇芄薀羇羆蒀蒆羆聿芃螅羅膁蒈蚁肄芃芁薇肄羃蒇蒃蚀肅艿葿虿芈薅螇蚈羇莈蚃蚇肀薃蕿蚇膂莆蒅蚆芄腿螄螅羄莄蚀螄肆膇薆螃芈莂薂螂羈芅蒈螁肀 中南大学本科生毕业论文（设计） 题 目 两电平牵引逆变器建模及仿真 学生姓名 白 少 元 指导老师 张 桂 新 学 院 信息科学与工程学院 专业班级 自动化0805 完成时间 2012年6月 中文摘要随着我国经济的飞速发展，对铁路运输的需求不断增大，我国高速铁路迎来了一个发展的黄金时期。铁道部为了加快我国高速动车组的发展速度，引进了CRH5型动车组。对其结构性能的深入研究，有利于加快我国高速动车组发展的步伐。本文主要介绍CRH5实际采用的牵引逆变器的结构和原理，并通过理论推导与仿真模拟相结合的方式系统研究CRH5牵引逆变器的性能和控制方法。CRH5逆变器部分的作用是通过控制IGBT的导通顺序来把直流电变为电压频率可调的三相交流电，简称VVVF。一般用矢量控制技术，多种PWM模式优化调制。CRH5牵引逆变器采用的是两电平结构，逆变器输出电压频率可调的02808V的三相交流电压来控制每台牵引电动机。CRH5牵引电动机在仿真模拟时，用异步电动机模型代替。通过对CRH5牵引逆变器及其所采用的异步电动机的结构和原理进行深入分析后，可以得出CRH5牵引逆变系统的数学模型，并通过数学模型来建立Simulink仿真模型。仿真模型建立后，进行了系统仿真，分析仿真结果，得出CRH5牵引逆变系统的各种性能。由于时间和精力有限，本次设计中，我对CRH5牵引逆变系统的模拟仿真主要是采用，其它控制方法只作了简单介绍。由仿真结果可知：矢量控制方法能使电机有比较好的动态性能，超调很少。由研究结果可知，CRH5牵引逆变系统采用的系统结构和控制方法使系统有很强的快速性和稳定性，从而使列车能高速稳定地运行。关键词：牵引逆变器，转子磁场定向，矢量控制 ABSTRACT With the rapid development of Chinas economy, the demand for rail transport is continuously by a large, lead to high-speed railway in china ushered in a golden age of development. To speed up the development of high-speed EMU, the ministry of railways imported CRH5-EMU from France. The study of its structure and properties will speed up the development of our countrys EMU.This article is mainly to introduce the traction inverter which CRH5 used. Through combining actual measurement and theoretical derivation, the rationality of the methods of control applied in CRH5 traction inverter is proved. CRH5 traction inverter use the method of combine Vector control and Optimization of modulation, by controlling the IGBTs turn-on sequence, change DC into Three-Phase AC which frequency and amplitude is adjustable. Then use the Three-Phase AC drive the Asynchronous motor. This method is called VVVF.Through the study of CRH5s traction inverter and the Asynchronous motor which CRH5 used, we can derive the mathematic model. Then we can build the simulation model of it. Finally, we can learn the CRH5 traction inverters performance by the analysis of its simulation results. Whats more, I can also draw the waveform of it, so I can analyze it more easily.As for the limited time and energy, I just use the Rotor flux oriented vector control method when simulation, other methods only for a brief introduction.The simulation result show us: By use the Rotor flux oriented vector control method, CRH5 traction inverter system has a good speed and stability. This ensures the CRH5 EMU run fast and stable.KEY WORDS：Traction inverter, Rotor flux oriented, vector controlII目录中文摘要IABSTRACTII第一章 绪论11.1 国内外高速动车组综述11.1.1国外高速动车组概况11.1.2我国高速动车组发展情况21.1.3 CRH5高速动车组基本性能概述31.2逆变器发展过程及现状51.2.1逆变器的发展过程51.2.2逆变器技术的研究现状61.3本文主要内容及结构安排7第二章 CRH5牵引传动系统82.1 CRH5牵引传动系统简介82.2 CRH5牵引变流器简介92.3 CRH5牵引逆变器的结构102.4 CRH5牵引逆变器工作原理11第三章 CRH5牵引逆变器的控制133.1 CRH5牵引电机的特性分析133.2 牵引逆变器的控制策略分析17第四章 CRH5牵引逆变器的建模与仿真264.1 仿真软件选择及简介264.2 CRH5牵引逆变系统的仿真274.3 各子模块的仿真模型284.4 仿真波形及分析30结论36致谢37参考文献38两电平牵引逆变器的建模与仿真 第一章绪论第一章 绪论1.1 国内外高速动车组综述 铁路运输相对比汽车具有运量大，速度快的优势；相对轮船具有方便快捷的优势；相对飞机具有经济实惠的优势。因此进入21世纪以来作为主流的交通运输方式其作用及地位越来越得以凸显。随着我国经济的持续平稳快速发展，人们对出行、货物运输的需求进一步加大，因此铁路提速也成为了当前的重要任务。为此，铁道部近几十年大力出资发展动车、高铁等高速铁路项目；通过引进、自主研发相结合已经跟上了时代发展的潮流，逐渐能满足国民对于铁路运输的需要。其中，和谐号的贡献不可忽视，因此对于高速动车组的研究则显得特别重要。1.1.1国外高速动车组概况高速动车组的发展已经成为世界各国综合国力表现的重要标志。日本从东京驶向大阪的列车标志着第一辆实质意义上高速列车的诞生。此后，各国逐渐意识到高速铁路发展的重要性，竞相投资，在40余年的发展中，逐步形成了三大动车组体系，即：日本、法国TGV和德国的ICE。因日本在高速动车组方面起步最早，因此发展也相应最快。为了适应不同乘客对出行的不同需要，相关企业与研究机构在系、00系、200系、00N系列车的基础上先后开发了系、系、系、700系、N700系、系、El系、E2系、E3系、E4系等干线列车和WIN、X、STAR21、FASTECH、E系等试验列车。其动车组发展水平已经成为世界最高水平的代表。法国也是世界铁路运输最为发达的国家之一，但随着其公路和航空运输的发展，传统铁路运输业遭受了前所未有的冲击。日本在方面取得的巨大成功刺激了法国铁路同行，于是自1967年起，法国把高速列车项目列为国家重点扶持对象。经过两年的发展，成功研制出第一代ETG型燃气轮动车组，最高时速为248km/h。之后几年内，第二代ETG、第三代ETG型动车组相继诞生，最高时速也相应达到381 km/h。1973年中东战争的爆发引起了第一次石油危机，法国开始着手发展电力牵引机车，并先后研发了交-直传动的TGV-PSE动车组，交-直-交传动的TGV-A、R、2N、TMST等型号动车组。在2007年，法国实验车组创造了574.5 km/h的最高时速记录。德国在电子技术方面一直处于世界领先地位，早在二战后不久，德国就意识到发展高速铁路的重要性。但是由于原联邦德国在采用磁悬浮技术还是轮轨技术上存在巨大分歧，1973年和1976年动工修建的两条高速铁路线一直进度缓慢。与此同时，同时起步的法国在高速动车组方面的成就刺激了德国的政治家们，他们意识到了自己的错误，原联邦德国决定达成一致，迅速发展高速铁路项目。由于有着技术方面的长期优势，1985年，ICE/V型实验动车研制成功，其时速高达317km/h，此后1988年，该车型又刷新最高时速至406.9km/h。在此基础上，德国政府制定了动车发展任务书，开始着手研制第二代ICE型动车组并于1996年投入使用。为了满足铁路运输的大量需求，1997年ICE3型动车组相继投入运行。至此德国在高速动车组方面渐渐处于领先地位。日本、法国及德国在动车组方面取得了巨大成就，同时也积累了丰富经验。世界各国因此得以快速发展本国自己的高速列车，并在各个方面进行了创新。未来的动车组发展将更注重民众的实际需求，新型材料的应用也使车体结构、动力设备更加轻快结实，最高时速也不断刷新且安全性能得到提到。1.1.2我国高速动车组发展情况我国动车组发展直到20世纪50年代建国之后才得以起步，从法国、等国引进技术并自行设计了号动车组。由于缺乏实用基础，群众对于新事物接受缓慢、相应检修技术不到位等因素，动车组未得到进一步发展，也没有在全国得到广泛应用。这一现状直到改革开放以后，我国人口急速增加，生产力得到解放，经济迅速发展，对铁路运输的需求前所未有的急迫。在这种背景下，我国重新意识到自己在高速列车项目上拥有的巨大优势，并将其列入国家重点发展项目。1989年，客车厂和电力机车研究所试制一款KDZ1型动车组，其最高试验速度达到142.4 km/h。随后，我国铁路行业响应国家铁路提速号召，投身到最新动车组的研发项目中，开发出多种、电力机车组。“晋龙”号、“”号、“新曙光”号动车组相继诞生，部分车型最高时速达到180 km/h。此外，我国列车车辆企业和高校进行合作，取得了长足的进步，为动车组的量产化以及实用化奠定了深厚的基础。其中，“”号动车组第一次实现了商业运营，“”号动车组的试验速度更是高达321.4 km/h，刷新了我国高速列车的最高时速。在这以后，我过高速列车发展再接再厉，先后研制出了“”号、“”号动力分散性动车组。为了满足国家第六次列车提速的需要，我国机车车辆公司先后制造了“”CRH1、CRH2、CRH3、和CRH型动力分散型动车组，并相继投入运营。这些动车组的最高时速可达250 km/h，已经成为我国高速列车的主力部分，承担了很大一部分铁路运输任务。至此，我国的高速动车组技术已趋于成熟，量产化、实用化也得以实现。为我国进一步铁路提速奠定了基础，也为高铁等新一批高速铁路的发展提供了丰富的经验。表1.1为近年我国研制生产的动车组统计表1。表1.1 近年我国研制生产的动车组统计表时 间名 称制 造 厂编 组最高速度（Km/h）双层内燃动车组唐山厂Mc+2T+Mc1001999.01单层内燃动车组四方厂Mc+4T+Mc1401999.04“春城”动车组长客厂等Mc+2T+2M+Tc1201999.06“大白鳖”动车组株机厂等Mc+5T+Tc2001999.06“新曙光”内燃动车组戚机厂等Mc+9T+ Mc1802000.07“神州”内燃动车组组大连厂等Mc+9T+ Mc1802000.09“蓝箭”动车组株机厂等Mc+5T+Tc2002001.07“先锋”动车组浦镇厂等2(Mc+T+M)2002001.09“”动车组株机厂等2(Mc+T+M)1602002.09“中原之星”动车组株机厂等Mc+9T+ Mc2702004.10CRH1动车组青岛BSP2(2Mc+1T)+(1M+1T)2002004.10CRH2动车组南方四方机车车辆股份有限公司(Tc+2M+T)+(T+2M+Tc)2002004.10CRH5动车组长春轨道客车股份有限公司(Mc+M+T+M)+(2T+M+Mc)2002005.11CRH3动车组唐山轨道客车股份有限公司2(2Mc+1T)+2T3001.1.3 CRH5高速动车组基本性能概述为响应第六次列车提速号召，“和谐号”动车组系列相应诞生。其中由长春轨道客车股份有限公司和法国阿尔斯通公司合作生产的CRH5型动车组为本次论文研究的重点。该动车组共有八个车厢，其中五个为动力厢，三个为拖动厢，额定载人622。最高 200km/h，最高250km/h，最大牵引5500kw，平均起动0.56m/s2。CRH5高速动车组采用大流线型车头，车体由大断面铝合金闭口型材、开口型材和板材制造而成，具有重量轻、质地结实的优点，是现在各国普遍采用的材料结构；车体强度严格按照国际标准执行，能够在各种天气情况下稳定运行；采用轴控方式，具有很高的粘着利用率，能够很好的防滑，有效地降低了对轮径偏差的要求；属于ETR转向架系列，配有世界上最成熟的倾摆机构，能够在列车高速运行时保持稳定运转；车内装饰合理，采用耐火、保温型材，座椅布置采用左三右二结构，能最大限度的利用空间；同时，为了最大限度的方便旅客，整个列车还设置有残疾人卫生间、列车酒吧等温馨设施；在方面采用了微机控制的直通式，根据列车运行的具体情况，如时速、载重等实现自动精准控制；在网络监控方面也实现了自动化的控制，可将列车内状况在第一时间内传送给工作人员；在降噪方面，CRH5型动车组亦进行了精心的设置，采用一系列最先进的隔音降噪措施，有效降低了车厢内以及车厢外的噪音，当列车以200km/h速度运行时车内噪音不高于65 dB，车外噪音不高于88 dB；采用全自动恒温空调系统，能最大程度保持车厢内温度的稳定，过车厢时自动压力装置会保护顾客，以防不舒服的情况出现。CRH5动车组的主要技术参数如表l.2所示2。表1.2 CRH5动车组的主要技术参数编组型式（M+M+T+M）+（T+T+M+M）车辆数量8辆最高运营速度200（km/h）最高实验速度250（km/h）适应轨距1435（mm）传动方式交直交动力配置5M3T列车长度211.5（m）受流电压制式AC25kv，50Hz牵引变流器IGBT水冷，VVVF牵引电机564kw轮周处的最大牵引功率5500kw200km/h0平均减速度0.79m/s2200km/h0紧急制动距离2000m通过最小曲线半径单车：100m 连挂：145m1.2逆变器发展过程及现状1.2.1逆变器的发展过程1947年，世界上第一个晶体管诞生，标志着固态电力电子学的产生。1948年第一个3000Hz的感应加热用逆变器被美国西屋电公司(Westinghouse)运用汞弧整流器制造而成。此后，电力电子器件的研究逐渐被重视，1956年第一个晶闸管的诞生表明电力电子学作为一门新的学科已经进入传统发展时期，也正在此时，逆变器继整流器之后成为新的研究热点得以飞速发展。最先出现的是SCR电压型变器，其出现基础为W.McMurray与B.D.Bedford提出的改进型强迫换向式逆变器理论，该理论最早出现于1961年两位教授发表的论文中。1962年，A.KerNick在前者研究的基础上提出了“谐波中去除法”，或则可以说“多次叠加法”，这宣示正弦波逆变器的诞生。紧接着1963年F.G.Turnbull的理论“去除特定谐波发”为以后PWM法的优化奠定了基础，该种方法可以实现诸如效率最优、谐波最小、效率最大、转矩脉动小等优化目标。20世纪70年代后期，电力晶体管GTR、可关断晶闸管GTO及其模块相继实用化。随着电力电子学科的逐渐成熟以及微电子技术的崛起，二者结合成了新的发展趋势。在该趋势下，电力电子技术从传统发展阶段进入高频化发展时期。绝缘门晶体管IGT或IGBT、功率场效应管PowerMOSFE、静电感应晶体管SIT、场晶闸管MCT、静电感应晶闸管SITH、以及MOS晶体管等高频化全控开关器件层出不穷，这些器件越来越符合新型逆变器所应具有的特色：小巧、防干扰、性能稳定等。所有这些进步中，脉宽调制波形改善技术的发展起到了举足轻重的作用。1964年，A.Schonung和H.Stemmler认为正弦波脉宽调制技术（SPWM），即把通信系统调制技术应用到逆变技术将是电力电子技术的一个重大突破，但是由于当时开关器技术相应落后而未得到足够重视。直到1975年电力电子学的发展日趋成熟，Bristol大学的S.R.Bowes等人提出将SPWM技术应用到逆变器中并为当时学术界接受，逆变技术进入发展新时代。此后， PWM技术的发展进入黄金时期，相继出现的注入三次谐波的PWM、空间向量调制SPM、随机PWM，成为高速开关器件的主导控制方式，把正弦波逆变技术的发展也越来越完善。通常将逆变器的发展分为如下三个阶段3：1956-1980年是逆变器初步发展的传统时期，在该时期内，逆变器具有较低的开关频率，重量体积大，有效利用率低，输出波形的优化多用多重叠加法，开关器件的速度也很低，正弦波逆变技术才刚刚起步；1981-2000年为逆变器快速发展时期，在该阶段，逆变器的体积和重量都得以减小，开关频率提高，有效利用率高，开关器件速度高，波形改善多用PWM技术，正弦波逆变技术日益完善；2000年至今为成熟阶段，在此阶段，逆变器技术的发展逐渐成熟，更多的是将逆变技术和其他相应技术相结合，注重系统整体性能的稳定与最优，同时，逆变效率进一步提高，环保高效的逆变技术成为主流发展方向。1.2.2逆变器技术的研究现状近年来，高效环保化成为了电子行业发展的方向，传统逆变技术由于体积重量大，有效利用率低等因素制约已经不能适应工业发展需要而遭到淘汰，在诸多新型逆变技术中，PWM逆变器成为新时代的宠儿。它具有如下优点：电路拓扑简洁，双向功率流，变换效率高；输出滤波器体积、重量小；系统的动态响应特性好等优点。因此，当今PWM逆变器的优化为逆变器发展重点。在优化PWM逆变器过程中，提高SPWM逆变器的开关频率、采用交流变频器的内高频环等高频化措施是其主要发展方向。这样，可以进一步减小逆变器的体积重量，实现节能环保目的。但在此过程中存在诸多问题，如导体肌肤效应等，其中开关损耗大以及存在电磁干扰等成为PWM逆变器发展的主要障碍。为了解决这些问题，我们需要进一步实现开关器件的高速化，或者使逆变器的开关运行为软开关状态。为此，人们将目光关注在谐振技术方面。七十年代初期，F.C.Schwarz和N.O.SOKAL相继提出了电流谐振技术和电压谐振技术，这两项技术基本原理相似，都是利用LC和开关器件组成一个串联的或者并联的谐振电路，该电路可以使逆变器处于软开关状态，最大限度的降低开关损耗。这是最原始的谐振技术，但是这种方式不能在脉宽调制方式下正常工作。到80年代初，美国弗吉尼亚电子技术中心(VPEC)提出了准谐振技术，即LC回路在一个开关周期中的全谐振改成半谐振或者部分谐振。这是谐振技术的一项重大突破，使软开关技术和PWM技术可以相互结合，由此逆变器技术进入了高频化快速发展时期。美国威斯康星大学D.M.Diven教授根据以上研究结果研究并于1986年提出了直流谐振环软开关逆变技术；紧接着D.M.Divan教授和O.D.Patter教授合作于1987年提出了伪谐振支路软开关技术，并立即在电力电子学界引发轰动。此后，技术的研究在全球掀起了新一轮狂潮，直至今日，已经趋于成熟。软开关逆变技术将PWM逆变技术和软开关技术结合在一起。既能保持脉宽调制的优点，又能使软开关工作，减小开关损耗，提高系统利用率等。为此，必须把LC与组成一个谐振网络，使只有在开关转换过程中PWM逆变才产生谐振，实现软开关转换，平常则没有谐振现象。 1.3本文主要内容及结构安排CRH5动车组牵引逆变器是机车牵引的核心装置，本文中主要完成两电平电压源型逆变器的设计。PWM控制技术是逆变器控制的灵魂，对其综合分析显得尤为重要。本文通过对大量资料的学习及经过导师的指导，对文章的结构安排大致如下：第一章绪论大致介绍了动车组及逆变技术的相关背景知识；第二章对牵引传动系统进行了简要介绍并重点对逆变器的原理及主电路结构进行了详细的分析；第三章主要介绍PWM控制技术；第四章则对牵引逆变器进行Matlab建模及仿真；最后对全文进行了总结。40两电平牵引逆变器的建模与仿真 第二章CRH5牵引传动系统第二章 CRH5牵引传动系统2.1 CRH5牵引传动系统简介CRH5型动车牵引传动系统采用的是交流，主要有受电弓、脉冲整流器、等组成。其中动车组的是从接触网得到AC25000v/50Hz交流源，为了达到动车组牵引特性的要求，牵引电动机需要电压频率均可调节的三相交流电源。列车牵引运行是将电能转换成机械能，能量变换与传递的途径如图2.1白色箭头所示；再生制动运行是将机械能转换成电能，能量变换与传递的途径如图2.1黑色箭头所示。接触器高压电器牵引变压器脉冲整流器中间直流环牵引电机齿轮传动轮对牵引逆变器图2.1 能量变换与传递途径示意图列车牵引运行是：受电弓将通过接触网AC25KV单相频交流电，经过相关的高压气设备传输给牵引变压器，输出1500v单相交流供给牵引变流器，将单相交流电变换成直流电，通过中间直流电路将DC3200-3600V的直流电输出给牵引逆变器，而牵引逆变器输出幅值频率皆可调的三相交流电源（电压：0-2080V；频率：0-180Hz）驱动牵引电动机，牵引电动机的转矩和转速通过齿轮变速箱传递给轮对驱动列车运行。实现电能到接卸能得转换。再生