電力機(jī)車(chē)輔助變流器控制措施

本文格式為Word版，下載可任意編輯——電力機(jī)車(chē)輔助變流器控制措施摘要文章以電力機(jī)車(chē)輔助變流器控制措施為研究對(duì)象，首先對(duì)電動(dòng)機(jī)車(chē)輔助變流器的PWM整流器簡(jiǎn)介與分類(lèi)進(jìn)行了闡述分析，隨后分析研究了電動(dòng)機(jī)車(chē)輔助變流器的PWM整流器控制措施以供參考。

關(guān)鍵詞電力機(jī)車(chē)；輔助變流器；控制措施

前言

隨著技術(shù)的革新和社會(huì)發(fā)展的需要，對(duì)于現(xiàn)代鐵路運(yùn)輸提出了更高的要求，重載、高速、安全等指標(biāo)已經(jīng)成為區(qū)分電力機(jī)車(chē)優(yōu)劣的重要依據(jù)。對(duì)于電力機(jī)車(chē)輔助變流器來(lái)說(shuō)，其整流部分主要采用的是PWM整流器，采用該整流器的主要目的是當(dāng)采用相控整流時(shí)，可以有效解決電網(wǎng)污染及功率因數(shù)低下問(wèn)題。而解決這些問(wèn)題的重要方法是要根據(jù)具體狀況不同，正確選擇適合的控制措施，從而促使控制效果得以有效改善。

1電動(dòng)機(jī)車(chē)輔助變流器的PWM整流器簡(jiǎn)介與分類(lèi)

對(duì)于PWM整流器來(lái)說(shuō)，其也可以稱(chēng)之為“四象限整流器〞、“升壓整流器〞等。隨著相應(yīng)科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，與PWM整流器相關(guān)的技術(shù)已經(jīng)日益成熟，使得交流側(cè)電流波形正弦化得以有效實(shí)現(xiàn)，當(dāng)其工作在功率因數(shù)為1的狀況時(shí)，還可以對(duì)能量的滾動(dòng)方向加以控制，從而達(dá)到真正意義上的“綠色能源轉(zhuǎn)換〞功能。

隨著各國(guó)學(xué)者對(duì)四象限整流器的研究不斷深入，相應(yīng)的四象限整流器種類(lèi)浮現(xiàn)多樣性變化，一些新的四象限整流器得以不斷涌現(xiàn)。在具體劃分方面，根據(jù)不同的劃分標(biāo)準(zhǔn)可分為不同類(lèi)，如根據(jù)整流后直流側(cè)儲(chǔ)能模式的不同加以劃分，可以具體分成電壓型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和電流型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；若依照拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)加以分類(lèi)，那么可以分為半橋結(jié)構(gòu)和全橋結(jié)構(gòu)；假使依照網(wǎng)側(cè)交流電源電壓的相數(shù)為分類(lèi)準(zhǔn)則，又能分為單相拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和三相拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；假使依照電平調(diào)制，可以劃分為兩電平、三電平、多電平調(diào)制電路。總的來(lái)說(shuō)，盡管四象限整流器的分類(lèi)方式和種類(lèi)眾多，但在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中，可以根據(jù)各自具有明顯的特點(diǎn)，從整流器的主電路的角度，一般會(huì)分成電壓型和電流型兩大類(lèi)[1]。

2電動(dòng)機(jī)車(chē)輔助變流器的PWM整流器控制措

一般狀況下，電力機(jī)車(chē)輔助變流器都是采用單相供電，而主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的關(guān)鍵構(gòu)成組件是整流器，因此，只有保證控制措施選擇的合理性，其才能夠使其單位功率因數(shù)得到滿足，從而使得電流的波形趨于正弦波，實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境的EMI干擾的有效降低，除此之外，當(dāng)網(wǎng)壓和輸出負(fù)載特性發(fā)生相應(yīng)變化時(shí)，能夠使整流器保持良好的穩(wěn)壓性，保證其直流側(cè)電壓和網(wǎng)側(cè)電流處于穩(wěn)定狀態(tài)。PWM整流器的控制措施有好多種，例如：間接電流法、直接電流法、預(yù)計(jì)電流法等。文章主要對(duì)間接電流控制算法與直接電流控制進(jìn)行了簡(jiǎn)單的介紹：

2.1間接電流控制法

對(duì)于間接電流法來(lái)說(shuō)，其主要的思想是使整流器的輸入電壓與網(wǎng)側(cè)電壓的幅值、相位能夠大體保持一致，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電流的控制，在電動(dòng)機(jī)車(chē)輔助變流器的PWM整流器控制措施中采用這種間接電流法措施來(lái)實(shí)現(xiàn)整流器的控制，具有如下幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì)，一是不需要對(duì)電流進(jìn)行采樣；二是方法使用成本十分的低廉；三是相關(guān)的控制操作比較簡(jiǎn)單；四是具有良好的靜態(tài)特性。但與此同時(shí)，該控制方法也存在諸多不足的地方，例如由于間接電流法忽略了暫態(tài)過(guò)程中狀態(tài)量的影響，從而導(dǎo)致電流超調(diào)量接近1倍，使得電流極度不穩(wěn)，震蕩猛烈，同時(shí)響應(yīng)過(guò)程十分緩慢，針對(duì)響應(yīng)緩慢問(wèn)題，可以選擇參與電流微分后的反饋措施加以改善，還可以選擇串聯(lián)適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償器，從而能夠有效改善其響應(yīng)慢的問(wèn)題。但總體來(lái)說(shuō)，由于上述存在的種種缺點(diǎn)，因此無(wú)法在結(jié)構(gòu)繁雜的場(chǎng)合加以運(yùn)用，只能被運(yùn)用在結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的場(chǎng)合。并且隨著時(shí)間的逐漸推移，這種控制方法逐漸被直接電流控制法所替代[2]。

2.2直接電流法

直接電流法簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)即是先完成一個(gè)給定信號(hào)設(shè)定，然后再直接控制網(wǎng)側(cè)電流，從而使得其跟蹤給定信號(hào)的一種方法。具體來(lái)說(shuō)，在運(yùn)用直接電流法時(shí)，需要采樣電流值，并有電流控制環(huán)，從而能夠?qū)崿F(xiàn)給定電流值的跟隨，具有較好的動(dòng)態(tài)特性。目前使用最多的電動(dòng)機(jī)車(chē)輔助變流器的PWM整流器控制措施是電流電壓雙閉環(huán)控制措施，主要是通過(guò)對(duì)電壓外環(huán)經(jīng)過(guò)控制器后的輸出加以利用，并將其作為電流內(nèi)環(huán)的給定指令，由電流內(nèi)環(huán)實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入電流的控制，從而能夠使其達(dá)到跟蹤給定電流信號(hào)的目的，并且這種跟蹤方式十分快。間接電流法與直接電流法相比，其最大的區(qū)別在于網(wǎng)側(cè)沒(méi)有引入電流閉環(huán)控制，而正是由于直接電流法采用了該閉環(huán)控制，從而有效提高了整流器網(wǎng)側(cè)電流的動(dòng)、靜態(tài)性能。因此，直接電流法相較于間接電流法具有的優(yōu)勢(shì)十明顯顯，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，電壓型整流器直接電流控制措施得到了廣泛關(guān)注。

從目前來(lái)看，用得較多的基于直接電流法是以下兩種控制措施。一是固定開(kāi)關(guān)頻率PWM電流控制，具體是指PWM載波頻率維持固定不變，以電流的偏差量作為調(diào)制波的一種PWM控制方法。該方法控制比較簡(jiǎn)單，并且很簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)。除此之外，由于開(kāi)關(guān)頻率處于固定狀態(tài)，因此有效降低網(wǎng)側(cè)濾波電感設(shè)計(jì)難度，對(duì)于功率開(kāi)關(guān)損耗有著很好的抑制作用。缺點(diǎn)是電滾動(dòng)態(tài)響應(yīng)較慢，并且當(dāng)電滾動(dòng)態(tài)變化時(shí)，其偏差會(huì)隨著電流變化率的變化而變化。二是滯環(huán)電流法，該方法是一種瞬時(shí)電流反饋控制措施，尋常在電壓型整流或逆變器控制中具有廣泛的應(yīng)用。滯環(huán)控制法主要是通過(guò)比較采樣交流信號(hào)和給定值信號(hào)，再將兩者的偏差作為滯環(huán)控制器的輸入，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)開(kāi)關(guān)管通斷的控制。該措施具有如下優(yōu)點(diǎn)，一是結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，二是響應(yīng)十分快，三是魯棒性較好。但是由于滯環(huán)電流法在一個(gè)工頻周期內(nèi)開(kāi)關(guān)頻率不斷發(fā)生變化，從而使得電流諧波在頻譜上顯得較為分散，使得針對(duì)濾波器的設(shè)計(jì)相對(duì)較為困難[3]。

3終止語(yǔ)

綜上所述，輔助變流器是電力機(jī)車(chē)的重要組成部分，其能否正常工作對(duì)主牽引變流器電路的工