做和中压逆变器在轨道交通车辆上的应用

中压逆变器在轨道交通车辆上的应用

1、引言

近年来，随着我国城市人口的膨胀、国民的和环保节能理念的推进，轨道升温已成为不争的事实。轨道车辆按照其供给电压有DC750V、DC1500V、AC25000V等等。在电力技术和微电子技术的强力支持下，交流传动系统以其固有的优越性，在轨道牵引领域、尤其是在地铁等原来由直流电供电的电动车组中的得到迅猛发展。本文以阿尔斯通公司的车辆为例，介绍用于地铁、轻轨等的DC1500V供电的中压牵引变频器。

2、系统构成

阿尔斯通ONIXTM驱动系统是一种标准化的驱动产品，主要包括ONIXTM IGBT变频器、AGATE控制电子装置和ONIXTM牵引电动机。如运行于上海明珠线的是阿尔斯通MetropolisTM列车。列车采用4动2拖编组方式，每辆动车装备一套牵引变频器。包括ONIX在制造和加工中利用的材料和设计TM1500逆变器模块、ONIXTM交流电机和AGATE控制电子装置。系统结构如图1所示。

高压供电开关（HVSS）:

三档位置:位置P—牵引变频器由接触供电;

位置E—牵引变频器完全接地;

位置W—辅助变流器由车间电源供电。

高速断路器（HSCB）:故障情况下，将牵引变频器与供电电源快速隔离。断开速度约15ms。断开可以由控制回路控制或当电流超过设定值时自动跳闸。当AGATE Control检测到HSCB断开时，它将断开LC和CCC，并且触发撬棒回路使滤波器放电。

●进线电抗器（LFL）:与充电电容器组成一个低通滤波器，减少电流谐波，减小供电电压波动对变频器的。

●电容充电接触器（CCC）:对滤波电容软充电，防止大电流冲击;当滤波电压达到950V时，LC闭合，CCC断开。

●电容充电电阻（CC编码器旋转1圈相当于：如果编码器固定在丝杠上Z）:对滤波电容软充电，防止大电流冲击;当HVSS置于接地位置时，用于对电容器放电。

●进线接触器（LC）:对滤波电容软充电，防止大电流冲击;当滤波电压达到950V时，LC闭合;当牵引变频器故障时断开。

●硬撬棒回路晶闸管（TH1）:对电容器快速放电;瞬间过压时对IGBT和滤波电容提供保护;当滤波电压超过2500V时，导通保护。

●高频滤波电容（HFK）:减少高频电磁干扰;为高频交流电流提供一个低阻抗回路。

图1 ONIXTM系统结构图

2.1 ONIXTM牵引变频器的优点

较高的开关频率。使交流波形平滑，降低谐波电流，减少体积及重量;更好的电机波形;降低电机损耗;更易于与信号系统兼容。

●简化了功率电路。减少了器件数量，降低了成本;增加了可靠性;易于维护。

●简化了驱动电路，易于控制。

●无需吸收回路。

●易于安装在散热器上。IGBT器件包含内部绝缘介质;散热器直接接地，对冷却空气无过滤要求;每一个IGBT器件直接安装于散热器上;器件易于替换，无需特殊工具和。

●节约能量。ONIX牵引所产生的近乎完美的正弦波电流输出减少了电机热量，通过改进的叠片封装提供了优良的磁性能，降低了涡流损耗。

2.2 驱动控制装置—AGATE Control

AGATE Control是一种先进的电子控制装置，专门用于控制四象硬度计处于正常运行机制状态后再对试样进行正式测试限变流器及电压源变频器。大规模集成电路和双32位微处理器的使用使ALSTOM牵引变频器在可靠性及性能方面获得改进。处理器提供信号处理、快速和功率监视功能。其中，Intel i960CA微处理器用于总体监控，Texas IMS320C31信号处理器用于快速计算和精确的功率5.拉伸强度实验机主机采取全喷塑壳体控制。如图2所示。

图2 AGATE结构框图

主要控制功能:异步电机的实施牵引及制动控制，采用了专利的矢量控制算法;先进的防空转、防滑行控制;用于电力电子控制的信号监测。

通讯功能:通过与Windows相兼容软件实现友好的用户界面;通过用于增强监视能力的各种与所有的AGATE产品通讯;在同功率车辆之间或不同功率车辆之间进行通讯。

维护功能:用于诊断和参数设置的人机界面;高等级的自测能力;使用微机与之通讯，下载事件及错误记录及以前的维护数据。

2.3 牵引系统控制策略

由电压源变频器供电电机运行在脉宽调制模式（PWM），PWM使它可能施加一个平衡的三相电压给电机，其幅值和频率可调。如图3所示。

图3 逆变控制框图

使用专利技术的矢量控制策略，输出力矩常接近力矩指令，且改进了低速运行性能。速度在10公里/小时以上力矩精度为±5%。在10公里/小时以下力矩精度为±10%。这些精度是假设所有相互之间轮径差在1%（即8mm）以内。

带有电机电流最佳控制的矢量控制给出了快速磁通和力矩响应（对非激励电机