城市轨道交通车辆电气控制 课件3-5 列车牵引变流器电气系统的控制

列车牵引变流器电气系统的控制学习目标1.了解牵引逆变器箱体构成2.能区分两电平逆变器和三电平逆变器3.掌握牵引变流器的电路结构构成4.理解牵引逆变器的控制原理目录牵引逆变器的种类13牵引变流器的电路控制2牵引变流器的电路结构牵引变流器（也称为牵引逆变器）是交流牵引系统中最重要的组成部分，它的功能是把直流电变换成频率和幅值都可调的三相交流电。

第一部分牵引逆变器的种类01电压型逆变器电流型逆变器两电平逆变器三电平逆变器。基本组成基本组成通过控制IGBT等开关的导通和关断，在输出端把直流电源的正极和负极电压分别引出，从而将直流电能变换为交流电能。两电平逆变器示意图三电平逆变器基本组成多电平逆变器是指这种逆变器输出电压波形中的电平数等于或大于3的逆变器，如果等于3，则称为三电平逆变器。三电平逆变器示意图

第二部分牵引变流器的电路结构02基本组成输入电路变流器模块牵引控制单元输入单元包括位于高压箱内部的线路接触器、差动电流传感器，续流二极管等部件外，还有滤波电抗器（L）及支撑电容器（C）组成线路滤波器。基本组成滤波电抗器变流器单元由逆变器部分和制动斩波部分构成。基本组成①逆变器部分采用IGBT模块，为两电平逆变电路，运行在牵引模式和再生制动模式。②制动斩波部分由IGBT斩波模块及制动电阻（BR）等组成。西门子逆变器模块牵引控制单元牵引控制单元（DCU）为逆变器控制装置，为牵引逆变器提供PWM(PulseWidthModulation,脉冲宽度调制)信号，进而为牵引电动机提供矢量控制或直接转矩控制。DCU通过接收司机下发的指令，将司机指令转化为地铁列车的运行工况。基本组成DCU机箱DCU与逆变器的关系

第三部分牵引变流器的电路控制03控制原理牵引预备环节首先司机确保列车能够动车，三位置开关在“运行”位，列车经过唤醒激活后牵引控制单元（DCU）得电，输出“主断允许”信号和“主断合”信号控制HSCB的闭合与断开。控制原理充电限流环节控制原理当满足1）高速断路器闭合；2）方向手柄处于非零位；3）受电弓升起网压大于1000V三个条件时，DCU输出充电接触器有效信号。为了防止过大的充电电流冲击损坏电器，此时充电接触器（KM2）闭合，DC1500V电源经充放电电阻（R1）给牵引变流器内的直流支撑电容器C充电，当电容电压在一定时间且上升到一定值时，短接接触器KM1闭合，电容充电完成。当高速断路器断开时，通过开通斩波器，支撑电容C上的电能通过制动电阻快速释放，放电时间小于1s。在电容C两端并联固定的放电电阻R11、R21可在5min内将电容器C电压放电到安全电压以下。滤波保护环节每台牵引逆变器配置一个滤波电抗器。滤波电抗器的设计与高速断路器的分断能力协调一致，以保证滤波电抗器突然接地时，不损坏任何其他设备。滤波保护单元其作用使主电路直流侧支撑电容器电压保持稳定并将电压波动限制在允许范围内，同时，吸收直流输入端的谐波电压，抑制逆变器对输入电源网的干扰。控制原理制动斩波环节控制原理系统配有两个由IGBT模块和二极管构成的斩波器，有的系统配有一个制动斩波器。外部制动电阻BR与斩波单元一起构成制动斩波单元。当列车施加再生制动时，牵引电动机作为发电机运行，将列车动能转换成电能。此时逆变单元将交流电整流为直流电，输入回牵引网。如果牵引网已达到电压限制的上限值，多余的电能则通过制动斩波环节转换为热能消散掉。制作斩波环节一方面用于电阻制动，用来调节制动电流的大小及过电压保护，另一方面在逆变器的直流电路中有短时的过电压，则斩波器会起保护作用。逆变驱动环节列车在牵引时，6个开关管顺序导通得到需要的电压波形