1、第五章第五章 城軌交流傳動電力牽引城軌交流傳動電力牽引 5.1 5.1 逆變器電路逆變器電路5.2 5.2 城軌交流傳動中的幾個問題城軌交流傳動中的幾個問題5.3 5.3 城軌城軌交流傳動控制系統(tǒng)交流傳動控制系統(tǒng)5.1 逆變器電路逆變器電路 城軌交通由直流供電網(wǎng)供電，要實現(xiàn)交流異步電動機電力城軌交通由直流供電網(wǎng)供電，要實現(xiàn)交流異步電動機電力牽引，就首先必須解決牽引，就首先必須解決“逆變逆變”問題。問題。 實現(xiàn)城軌電力牽引的異步電動機，通常是變壓變頻調(diào)速。實現(xiàn)城軌電力牽引的異步電動機，通常是變壓變頻調(diào)速。所以，對城軌直流供電必須配備專門的所以，對城軌直流供電必須配備專門的變壓變頻變壓變頻裝置，通

2、稱裝置，通稱VVVFVVVF（Variable Voltage Variable FrequencyVariable Voltage Variable Frequency的縮寫）裝置的縮寫）裝置。逆變逆變：整流的逆過程，將直流電變成交流電：整流的逆過程，將直流電變成交流電 。分類分類：按交流負載分有源逆變、無源逆變，按直流電源分有電：按交流負載分有源逆變、無源逆變，按直流電源分有電壓型、電流型逆變電路。壓型、電流型逆變電路。 有源逆變有源逆變：交流側(cè)接電網(wǎng)，直流電能經(jīng)逆變器向交流電源：交流側(cè)接電網(wǎng)，直流電能經(jīng)逆變器向交流電源反饋反饋能量，如能量，如“交交- -直直- -交交”電力機車再生制動時

3、的脈沖整流電力機車再生制動時的脈沖整流。 無源逆變無源逆變：交流側(cè)接負載，直流電能通過逆變器向負載：交流側(cè)接負載，直流電能通過逆變器向負載供供電電，如城軌的，如城軌的“直直- -交交”傳動的逆變器。傳動的逆變器。 電壓型逆變電路電壓型逆變電路：直流側(cè)電源是電壓源。：直流側(cè)電源是電壓源。 5.1 逆變器電路逆變器電路 電流型逆變電路電流型逆變電路：直流側(cè)電源是電流源。：直流側(cè)電源是電流源。 無源逆變電路的輸出，取決于負載的實用需要，可以是恒無源逆變電路的輸出，取決于負載的實用需要，可以是恒壓、恒頻（壓、恒頻（CVCFCVCF），也可以是變壓、變頻（），也可以是變壓、變頻（VVVFVVVF）。）。

4、 城軌電力牽引是無源逆變城軌電力牽引是無源逆變。城軌電力牽引城軌電力牽引：電傳動的核心為：電傳動的核心為VVVFVVVF逆變電路；輔助供電系統(tǒng)一逆變電路；輔助供電系統(tǒng)一般為般為CVCFCVCF逆變電路（如為車輛的空調(diào)、空氣壓縮機提供三相逆變電路（如為車輛的空調(diào)、空氣壓縮機提供三相、50Hz50Hz電源）。電源）。一、逆變器工作原理一、逆變器工作原理1 1、單相橋式逆變電路、單相橋式逆變電路電路電路：圖：圖5-15-1所示。所示。 由由IGBTIGBT組成組成單相橋式單相橋式逆變電路。逆變電路。圖圖5-1 5-1 單相橋式逆變電路單相橋式逆變電路5.1 逆變器電路逆變器電路工作原理工作原理： T

5、1、T2通，且通，且T3、T4斷，斷，uR、iR為正；為正； T3、T4 通，且通，且T1、T2斷，斷，uR、iR為負。如周期性工作，為負。如周期性工作，R上獲得交流電壓。上獲得交流電壓。感性負載及電路改進感性負載及電路改進：若：若感性負載感性負載，電流滯后，開關(guān)管切換時，電流滯后，開關(guān)管切換時若強迫開斷，將引起過電壓擊穿開關(guān)元件，因此須給開關(guān)管若強迫開斷，將引起過電壓擊穿開關(guān)元件，因此須給開關(guān)管反向并反向并聯(lián)快速聯(lián)快速二極管二極管來來續(xù)流續(xù)流，續(xù)流期間感性，續(xù)流期間感性負載向電源反饋負載向電源反饋能量能量。 當當T1和和T2關(guān)斷、關(guān)斷、T3和和T4導(dǎo)通，導(dǎo)通，感性負載電流從感性負載電流從T1

6、、T2轉(zhuǎn)移到轉(zhuǎn)移到D3、D4續(xù)流與電源構(gòu)成回路，使負載續(xù)流與電源構(gòu)成回路，使負載電流滯后角內(nèi)繼續(xù)保持原方向流電流滯后角內(nèi)繼續(xù)保持原方向流通。通。 同理，在同理，在T3、T4切換到切換到T1、T2后，負載電流改經(jīng)后，負載電流改經(jīng)D1、D2續(xù)流。續(xù)流。圖圖5-2 感性負載逆變電路感性負載逆變電路5.1 逆變器電路逆變器電路2 2、三相逆變器電路、三相逆變器電路逆變器電路逆變器電路：一般：一般三相橋式三相橋式電路電路，以輸出三相交流變頻電源。，以輸出三相交流變頻電源。見圖見圖5-45-4。VTVT1 1VTVT6 6：電力電子開關(guān)器件（：電力電子開關(guān)器件（GTOGTO或或IGBTIGBT）。每個周期

7、內(nèi)，）。每個周期內(nèi)，控制各個器件輪流導(dǎo)通和關(guān)斷控制各個器件輪流導(dǎo)通和關(guān)斷，輸出端可得三相交流電壓；，輸出端可得三相交流電壓；改變開關(guān)管導(dǎo)通和關(guān)斷的時間改變開關(guān)管導(dǎo)通和關(guān)斷的時間，即可得到不同的交流頻率。，即可得到不同的交流頻率。5-4 5-4 三相逆變電路三相逆變電路5.1 逆變器電路逆變器電路（1 1）VTVT1 1VTVT6 6的導(dǎo)通情況的導(dǎo)通情況 同一橋臂同一橋臂上、下兩管間互上、下兩管間互相換相相換相，每個晶閘管，每個晶閘管一周內(nèi)導(dǎo)一周內(nèi)導(dǎo)通通180180電角；電角；三相間三相間對應(yīng)元件對應(yīng)元件相差相差120120電角輪流導(dǎo)，使電角輪流導(dǎo)，使VTVT1 1VTVT6 6各元件各元件每隔

8、每隔6060電角輪換電角輪換導(dǎo)通導(dǎo)通。 可見，每一時刻都有三個可見，每一時刻都有三個元件同時導(dǎo)通。元件同時導(dǎo)通。（2 2）逆變波形）逆變波形（見圖（見圖5-55-5）1 2 3 4 5 6 1 2 3 VT1 VT2 VT3 VT4 VT5 VT6 VT1 VT2 VT3 VT4 VT5 VT6 VT1 VT2 VT3 VT4 VT5 VT6 VT1 VT4 VT1 VT6 VT6 VT3 VT5 VT5 VT2 dU32dU31+Ud -Ud UA UB UC UAO UBO UCO UAB UBC UCA t t t t t t t t t t （a） （b） （c） （d） （e） （f

9、） （g） （h） （i） 脈沖順序 導(dǎo)通 關(guān)斷 圖622 三相逆變器導(dǎo)通情況及電壓波形 圖圖5-5 5-5 逆變波形逆變波形5.1 逆變器電路逆變器電路（3 3）各階段的等效電路）各階段的等效電路 將每一時刻逆變器各晶閘管元件的開關(guān)情況以一等效將每一時刻逆變器各晶閘管元件的開關(guān)情況以一等效（元件通為短路，元件斷為開路元件通為短路，元件斷為開路）電路表示）電路表示. . 根據(jù)等效電路，很容易得到出任一時刻的相、線電壓。根據(jù)等效電路，很容易得到出任一時刻的相、線電壓。 在在0 06060范圍內(nèi)范圍內(nèi)：VTVT1 1、VTVT5 5、VTVT6 6同時導(dǎo)通，同時導(dǎo)通，VTVT2 2、VTVT3 3

10、、VTVT4 4同時關(guān)斷，則此時電機繞組的各相等效阻抗中的同時關(guān)斷，則此時電機繞組的各相等效阻抗中的Z ZA A與與Z ZC C并聯(lián)并聯(lián)再再（4 4）各相線、相電壓）各相線、相電壓例如例如圖圖5-6 5-6 三相逆變器各階段的等效電路（三相逆變器各階段的等效電路（180180導(dǎo)通型）導(dǎo)通型）5.1 逆變器電路逆變器電路 與與Z ZB B串聯(lián)（上圖中第一圖）。假定三相負載對稱，則串聯(lián)（上圖中第一圖）。假定三相負載對稱，則Z ZA A=Z=ZB B=Z=ZC C=Z=Z，則，則 Z ZA A、Z ZC C相電壓相電壓 （5-15-1） Z ZB B相電壓相電壓 （5-25-2）電壓有效值電壓有效值

11、： 由圖由圖5-55-5知，知，相電壓相電壓波形由六個階梯狀波形組成（常稱波形由六個階梯狀波形組成（常稱六六階波階波），并推得），并推得線電壓線電壓為為矩形波矩形波（未畫出），則（未畫出），則相壓有效值相壓有效值 （5-35-3）線壓有效值線壓有效值 （5-45-4）ddCOAOUUZZZUU3122ddOBBOUUZZZUU322ddddAOAOUUUUdtUU471. 0323232343212122202 ddddABABUUUUdtUU816. 03232322121222027.2 交直交電力機車主電路交直交電力機車主電路 用富氏級數(shù)進行諧波分析，有用富氏級數(shù)進行諧波分析，有相電壓相

12、電壓 （5-5）線電壓線電壓 （5-6）（5）逆變器負載波形）逆變器負載波形 逆變器的負載是異步電動機，屬逆變器的負載是異步電動機，屬電感性負載電感性負載，須在，須在開關(guān)管開關(guān)管反向并續(xù)流二極管反向并續(xù)流二極管。當逆變器以六階波電壓對電機供電時，。當逆變器以六階波電壓對電機供電時，其其電流電流波形在負載電感的作用下波形在負載電感的作用下趨于平滑趨于平滑，其，其平滑程度平滑程度將將與與六階波電壓的頻率有關(guān)六階波電壓的頻率有關(guān)。見圖。見圖5-7所示。所示。注意注意：電壓頻率較高電壓頻率較高，電機，電機定子繞組電感定子繞組電感對電流滯后作用相對對電流滯后作用相對突出，能獲更接近突出，能獲更接近正弦的

13、電流正弦的電流波形，大大消除階梯狀電壓波波形，大大消除階梯狀電壓波形帶來的不利影響，利于異步異步電動機正常運行。形帶來的不利影響，利于異步異步電動機正常運行。)11sin1117sin715sin51sin21111 ttttUUdAO )11sin1117sin715sin51sin321111 ttttUUdAB 5.1 逆變器電路逆變器電路 電壓頻率較低電壓頻率較低，六階波電壓波形延續(xù)時間變長，繞組電感，六階波電壓波形延續(xù)時間變長，繞組電感只在電壓階躍變化的一個較短暫時間內(nèi)對電流起滯后作用，只在電壓階躍變化的一個較短暫時間內(nèi)對電流起滯后作用，電流波形將與電壓波形接近電流波形將與電壓波形接

14、近（階梯波階梯波）。）。 頻率愈低頻率愈低，電流，電流愈接近六階波愈接近六階波，則，則諧波諧波成分愈多，電機成分愈多，電機附附加轉(zhuǎn)矩和損耗增加加轉(zhuǎn)矩和損耗增加，通訊干擾增大通訊干擾增大。 圖圖5-7 六階波電壓下的電流波形六階波電壓下的電流波形（a）高頻時電流波形）高頻時電流波形 （b）低頻時電流波形）低頻時電流波形5.1 逆變器電路逆變器電路二、正弦脈寬調(diào)制（二、正弦脈寬調(diào)制（SPWMSPWM）控制技術(shù)）控制技術(shù) “交交-直直-交交”六階波六階波逆變的缺點：逆變的缺點：v 主電路需主電路需兩個功率控制環(huán)節(jié)兩個功率控制環(huán)節(jié)（整流、逆變），較復(fù)雜；（整流、逆變），較復(fù)雜；v 中間直流環(huán)節(jié)中間直流

15、環(huán)節(jié)大慣性儲能元件濾波電容大慣性儲能元件濾波電容或電抗器，使系統(tǒng)的或電抗器，使系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)緩慢動態(tài)響應(yīng)緩慢；v 相控整流相控整流，電源，電源功率因數(shù)功率因數(shù)隨變頻的隨變頻的頻率降低頻率降低（電壓也隨之降（電壓也隨之降低）而低）而變差變差，并產(chǎn)生，并產(chǎn)生高次諧波高次諧波電流；電流；v 逆變逆變六階波六階波，電機電機中形成較多的各次中形成較多的各次諧波諧波，從而產(chǎn)生較大的，從而產(chǎn)生較大的脈動轉(zhuǎn)矩脈動轉(zhuǎn)矩，影響電機穩(wěn)定，低速時尤為嚴重。，影響電機穩(wěn)定，低速時尤為嚴重。 PWM逆變器基本解決了六階波變頻器存在的問題。逆變器基本解決了六階波變頻器存在的問題。 1964年，年，德國德國的的A.Schon

16、ung等人等人將通信中的調(diào)制技術(shù)推廣應(yīng)用于將通信中的調(diào)制技術(shù)推廣應(yīng)用于交流變頻器交流變頻器，率先提出，率先提出脈寬調(diào)制脈寬調(diào)制變頻的思想。變頻的思想。5.1 逆變器電路逆變器電路 控制逆變器開關(guān)器件按一定規(guī)律導(dǎo)通或關(guān)斷，輸出控制逆變器開關(guān)器件按一定規(guī)律導(dǎo)通或關(guān)斷，輸出一系列一系列寬度不等的矩形脈沖電壓波形寬度不等的矩形脈沖電壓波形，改變矩形脈沖的，改變矩形脈沖的不同寬度不同寬度可可改變等效改變等效基波電壓的幅值基波電壓的幅值，改變，改變調(diào)制周期調(diào)制周期可改變其可改變其頻率頻率，從，從而實現(xiàn)而實現(xiàn)變壓變壓和和變頻變頻。1 1、SPWMSPWM的基本原理的基本原理 所謂正弦脈寬調(diào)制（所謂正弦脈寬調(diào)

17、制（SPWMSPWM），），按面積相等原則，將等幅不等寬按面積相等原則，將等幅不等寬的系列矩形脈沖波等效為正弦波。的系列矩形脈沖波等效為正弦波。 正弦波正、負半周分別用正、正弦波正、負半周分別用正、負矩形脈沖等效的負矩形脈沖等效的SPWMSPWM波形。波形。圖圖5-8 5-8 正弦波與系列矩形波等效正弦波與系列矩形波等效（1 1）SPWMSPWM的含義的含義單極式單極式SPWMSPWM：5.1 逆變器電路逆變器電路（2 2）單極式）單極式SPWMSPWM的獲取的獲取電路電路：見圖：見圖5-95-9所示，功率所示，功率開關(guān)器件開關(guān)器件VTVT1 1VTVT6 6各有各有一個續(xù)流二極管反并聯(lián)一個續(xù)

18、流二極管反并聯(lián)接。接。波形波形：由逆變器橋臂中一：由逆變器橋臂中一個功率開關(guān)器件反復(fù)導(dǎo)個功率開關(guān)器件反復(fù)導(dǎo)通和關(guān)斷形成的。其等通和關(guān)斷形成的。其等效正弦波為效正弦波為U Um msinsin1 1t t，而而SPWMSPWM脈沖序列波的幅脈沖序列波的幅值為值為U US S/2/2，如圖，如圖5-105-10所所示。（示。（U Us s為直流電壓，為直流電壓，即前述即前述U Ud d）圖 313 單極式 SPWM 電壓波形 圖圖5-9 SPWM5-9 SPWM變壓變頻逆變電路變壓變頻逆變電路圖圖5-10 5-10 單極式單極式SPWMSPWM電壓波形電壓波形5.1 逆變器電路逆變器電路分析分析：

19、各脈沖寬度不等，但中心間距相同為：各脈沖寬度不等，但中心間距相同為/n/n，n n為正弦半周為正弦半周內(nèi)的脈沖數(shù)。令第內(nèi)的脈沖數(shù)。令第i i個矩形脈沖的寬度為個矩形脈沖的寬度為i i，其中心點相位為，其中心點相位為i i，則根據(jù)，則根據(jù)面積相等的等效原則面積相等的等效原則，可寫成：，可寫成： （5-75-7） 當當n n較大時：較大時： 則：則： （5-85-8）結(jié)論結(jié)論：第：第i i個脈沖的寬度個脈沖的寬度i i與該處正弦波值近似成正比。因此，與該處正弦波值近似成正比。因此，與半個周期正弦波等效的與半個周期正弦波等效的SPWMSPWM波是兩側(cè)窄、中間寬，脈沖寬波是兩側(cè)窄、中間寬，脈沖寬按正弦

20、規(guī)律逐漸變化的序列脈沖波形按正弦規(guī)律逐漸變化的序列脈沖波形。imiimnnmSinUnnUttdUUiisin2sin2)2cos()2cos()(sin22211iSminUUsin2nn22sin5.1 逆變器電路逆變器電路調(diào)制方法調(diào)制方法：引用通訊技術(shù)中的：引用通訊技術(shù)中的“調(diào)制調(diào)制”概念，將所期望的概念，將所期望的正弦正弦波形作波形作為基準的為基準的調(diào)制波調(diào)制波（Modulation WaveModulation Wave），而受它調(diào)制的），而受它調(diào)制的信號稱為信號稱為載波載波（Carrier WaveCarrier Wave，常用，常用等腰三角波等腰三角波）。）。 當調(diào)制波與載波相交

21、時，由它們的當調(diào)制波與載波相交時，由它們的交點時刻控制逆變器交點時刻控制逆變器開關(guān)器件的通斷開關(guān)器件的通斷，即可在逆變器輸出端得一組等幅而脈沖寬，即可在逆變器輸出端得一組等幅而脈沖寬度正比于正弦函數(shù)值的矩形脈沖，這就是度正比于正弦函數(shù)值的矩形脈沖，這就是正弦脈寬調(diào)制技術(shù)正弦脈寬調(diào)制技術(shù)（簡稱（簡稱SPWMSPWM）。）。（3 3）三相對稱正弦參考電壓信號）三相對稱正弦參考電壓信號（調(diào)制波）（調(diào)制波） 正弦參考電壓（調(diào)制波）正弦參考電壓（調(diào)制波）u urara、u urbrb、u urcrc由信號發(fā)生器提供由信號發(fā)生器提供，其頻率決定逆變器輸出的基波頻率，其幅值決定逆變器輸，其頻率決定逆變器輸出

22、的基波頻率，其幅值決定逆變器輸出基波電壓的大小出基波電壓的大小, ,它們都應(yīng)在要求范圍內(nèi)可調(diào)它們都應(yīng)在要求范圍內(nèi)可調(diào)。 三角載波信號由三角波發(fā)生器產(chǎn)生，為三相正弦參考電三角載波信號由三角波發(fā)生器產(chǎn)生，為三相正弦參考電電壓信號共用，分別與每相參考電壓比較后，給出電壓信號共用，分別與每相參考電壓比較后，給出“正正”或或5.1 逆變器電路逆變器電路 “零零”的輸出，產(chǎn)生的輸出，產(chǎn)生SPWMSPWM脈沖序列波脈沖序列波u udada、u udbdb、u udcdc，作為逆變，作為逆變器功率開關(guān)器件的驅(qū)動控制信號。見圖器功率開關(guān)器件的驅(qū)動控制信號。見圖5-115-11所示。所示。 參考信號發(fā)生器 三角波

23、發(fā)生器 ura urb urc uda udb udc 驅(qū)動V1V6 圖圖5-11 SPWM5-11 SPWM控制電路框圖控制電路框圖 5.1 逆變器電路逆變器電路單極性脈寬調(diào)制電壓、電流波形單極性脈寬調(diào)制電壓、電流波形圖圖5-12 5-12 單極式脈寬調(diào)制電壓波形的形成單極式脈寬調(diào)制電壓波形的形成圖圖5-13 5-13 脈寬調(diào)制電壓波形及電流波形脈寬調(diào)制電壓波形及電流波形5.1 逆變器電路逆變器電路單極式單極式SPWMSPWM波形波形：在半周內(nèi)的：在半周內(nèi)的脈沖電壓只在脈沖電壓只在“正正”和和“零零” ” （或（或“負負”和和“零零” ” ）之間變化，主電路每相只有之間變化，主電路每相只有一

24、個開關(guān)器件反復(fù)通斷。一個開關(guān)器件反復(fù)通斷。雙極式的雙極式的SPWMSPWM波形波形：同一橋臂：同一橋臂上、下兩個開關(guān)器件交替地上、下兩個開關(guān)器件交替地通斷，處于互補工作方式，通斷，處于互補工作方式，則輸出脈沖就在則輸出脈沖就在“正正”和和“負負”之間變化，從而得到雙之間變化，從而得到雙極式的極式的SPWMSPWM波形。波形。 圖圖5-14 5-14 三相雙極式三相雙極式SPWMSPWM波形波形(a)(a)三相調(diào)制波與雙極性三角載波；三相調(diào)制波與雙極性三角載波；( (b)Ub)UAOAO= =f(tf(t) )；( (c)c)U UBOBO= =f(tf(t) )；( (d)d)U UCOCO=

25、 =f(tf(t) )；( (e)e)U UABAB= =f(tf(t) )5.1 逆變器電路逆變器電路2 2、脈寬調(diào)制的制約條件、脈寬調(diào)制的制約條件 脈寬調(diào)制，逆變器功率開關(guān)器件在其輸出電壓半周內(nèi)需開脈寬調(diào)制，逆變器功率開關(guān)器件在其輸出電壓半周內(nèi)需開關(guān)關(guān)n n次。次。當當n n越大，脈沖序列波的脈寬越大，脈沖序列波的脈寬i i越小時，越小時，SPWMSPWM的基波的基波更接近期望的正弦波更接近期望的正弦波。 但功率開關(guān)器件的但功率開關(guān)器件的開關(guān)能力有限開關(guān)能力有限，受兩方面制約受兩方面制約：（1 1）功率開關(guān)器件的開關(guān)頻率）功率開關(guān)器件的開關(guān)頻率 功率開關(guān)器件的功率開關(guān)器件的開關(guān)損耗開關(guān)損耗

26、限制了脈寬調(diào)制逆變器的每秒限制了脈寬調(diào)制逆變器的每秒脈沖數(shù)。脈沖數(shù)。普通晶閘管普通晶閘管：換流能力差（須強迫換流），開關(guān)頻率一般不超：換流能力差（須強迫換流），開關(guān)頻率一般不超過過300300500Hz500Hz，現(xiàn)在，現(xiàn)在SPWMSPWM逆變器已很少用。逆變器已很少用。全控型開關(guān)器件全控型開關(guān)器件：開關(guān)頻率高，如電力晶體管：開關(guān)頻率高，如電力晶體管BJTBJT（曾用（曾用GTRGTR）可達可達1 15KHz5KHz，可關(guān)斷晶閘管，可關(guān)斷晶閘管GTOGTO可達可達1 12KHz2KHz，功率場效應(yīng)管，功率場效應(yīng)管P-MOSFETP-MOSFET可達可達50KHz50KHz，絕緣柵雙極晶體管，絕

27、緣柵雙極晶體管IGBTIGBT可達可達20KHz20KHz等。等。5.1 逆變器電路逆變器電路（2 2）調(diào)制度）調(diào)制度最小脈寬與最小間歇限制最小脈寬與最小間歇限制：調(diào)制脈沖波：調(diào)制脈沖波最小脈沖寬度最小脈沖寬度大于開關(guān)大于開關(guān)器件的導(dǎo)通時間器件的導(dǎo)通時間t tonon，而，而最小脈沖間歇最小脈沖間歇大于器件的關(guān)斷時間大于器件的關(guān)斷時間t toffoff，保證開關(guān)器件安全工作。，保證開關(guān)器件安全工作。調(diào)制度限制調(diào)制度限制： 調(diào)制度：參考電壓信號的幅值調(diào)制度：參考電壓信號的幅值U Urmrm與三角載波幅值與三角載波幅值U Utmtm之比：之比： （5-95-9） 在在理想情況理想情況下，下，M M

28、值可在值可在0 01 1之間之間變化，以調(diào)節(jié)逆變器輸變化，以調(diào)節(jié)逆變器輸出電壓的大小。一般取出電壓的大小。一般取最高的最高的M=0.8M=0.80.90.9。 tmrmUUM 5.1 逆變器電路逆變器電路3 3、同步調(diào)制和異步調(diào)制、同步調(diào)制和異步調(diào)制載波比載波比（或調(diào)制比）：載波頻率（或調(diào)制比）：載波頻率f ft t與參考調(diào)制波頻率與參考調(diào)制波頻率f fr r之比之比 （5-105-10） SPWM SPWM脈寬調(diào)制，載波比脈寬調(diào)制，載波比N N對變頻調(diào)速系統(tǒng)的工作性能很有對變頻調(diào)速系統(tǒng)的工作性能很有影響。視載波比影響。視載波比N N的變化與否，有的變化與否，有同步調(diào)制同步調(diào)制與與異步調(diào)制異步

29、調(diào)制之分。之分。（1 1）同步調(diào)制）同步調(diào)制同步調(diào)制同步調(diào)制：N=N=常數(shù)常數(shù)，變頻時三角載波頻率，變頻時三角載波頻率f ft t與與正弦調(diào)制波頻率正弦調(diào)制波頻率f fr r同步變化同步變化，逆變器輸出電壓半波內(nèi)矩形，逆變器輸出電壓半波內(nèi)矩形脈沖數(shù)固定脈沖數(shù)固定不變。不變。優(yōu)點優(yōu)點：若?。喝羧 N等于等于3 3的倍數(shù)的倍數(shù)，則同步調(diào)制能保證，則同步調(diào)制能保證輸出波形的正、輸出波形的正、負半波保持對稱負半波保持對稱，并能嚴格保證，并能嚴格保證三相三相輸出波形間具有輸出波形間具有互差互差120120的對稱關(guān)系的對稱關(guān)系。rmtmffN 5.1 逆變器電路逆變器電路缺點缺點：當輸出：當輸出頻率很低

30、頻率很低時，因相鄰兩時，因相鄰兩脈沖的間距增大脈沖的間距增大，諧波成諧波成分會顯著增加分會顯著增加，使負載，使負載電機電機產(chǎn)生較大的產(chǎn)生較大的脈動轉(zhuǎn)矩脈動轉(zhuǎn)矩和較強的和較強的噪噪聲聲。 為獲得異步電動機低頻（低速）運行的良好特性，必須為獲得異步電動機低頻（低速）運行的良好特性，必須抑制低頻時的最低次諧波。抑制低頻時的最低次諧波。例如例如： 假設(shè)在逆變器輸出頻率為假設(shè)在逆變器輸出頻率為50Hz時時，已，已消除消除5、7次諧波次諧波，只只有有11次以上次以上的諧波存在。則此時所產(chǎn)生的諧波存在。則此時所產(chǎn)生最低的脈動轉(zhuǎn)矩最低的脈動轉(zhuǎn)矩頻頻率為率為1150=5500Hz，它，它對電機對電機的正常運行的

31、正常運行沒有沒有什么什么影響影響。 當逆變器輸出頻率為當逆變器輸出頻率為3HZ時時，由于存在，由于存在11次以上次以上的諧波，的諧波，則最低脈動轉(zhuǎn)矩頻率為則最低脈動轉(zhuǎn)矩頻率為113=33Hz。此頻率。此頻率與一般與一般被驅(qū)動被驅(qū)動機機械械的的自振頻率較接近自振頻率較接近，很容，很容易易引起傳動系統(tǒng)的引起傳動系統(tǒng)的共振而損壞機共振而損壞機械設(shè)備械設(shè)備。5.1 逆變器電路逆變器電路（2 2）異步調(diào)制）異步調(diào)制異步調(diào)制異步調(diào)制：在逆變器的整個變頻范圍內(nèi)，載波比：在逆變器的整個變頻范圍內(nèi)，載波比N N不等于常數(shù)不等于常數(shù)。一般一般載波頻率載波頻率f ft t不變只變參考信號頻率不變只變參考信號頻率f

32、fr r，因而可，因而可提高了低頻提高了低頻時的載波比時的載波比。特點特點：逆變器輸出電壓：逆變器輸出電壓半波內(nèi)半波內(nèi)矩形矩形脈沖數(shù)隨脈沖數(shù)隨輸出輸出頻率的降低而頻率的降低而增加增加。優(yōu)點優(yōu)點：可：可減少減少負載電機的負載電機的轉(zhuǎn)矩脈動與噪音轉(zhuǎn)矩脈動與噪音，從而，從而改善改善了系統(tǒng)的了系統(tǒng)的低頻工作性能低頻工作性能。缺點缺點：無同步調(diào)制的優(yōu)點。：無同步調(diào)制的優(yōu)點。N N隨輸出頻率降低連續(xù)變化（不可能隨輸出頻率降低連續(xù)變化（不可能總是總是3 3的倍數(shù)），使輸出電壓波形及其相位都發(fā)生變化，的倍數(shù)），使輸出電壓波形及其相位都發(fā)生變化，難保難保三相對稱性三相對稱性，造成電機工作的不平穩(wěn)。，造成電機工作

33、的不平穩(wěn)。應(yīng)用應(yīng)用：兩種調(diào)制結(jié)合，：兩種調(diào)制結(jié)合，分段同步的調(diào)制方式分段同步的調(diào)制方式。 5.1 逆變器電路逆變器電路（3 3）分段同步調(diào)制）分段同步調(diào)制分段同步調(diào)制分段同步調(diào)制：把逆變器整個變頻范圍劃分為：把逆變器整個變頻范圍劃分為若干頻段若干頻段，在在每每個頻段內(nèi)都維持載波比個頻段內(nèi)都維持載波比N N恒定恒定（即同步），（即同步），頻率低時，頻率低時，N N值取值取大些大些，一般大致按等比級數(shù)安排（如表，一般大致按等比級數(shù)安排（如表5-15-1實例）。實例）。注意注意：不同頻段內(nèi)用不同的：不同頻段內(nèi)用不同的N N值同步調(diào)制，可使各頻段載波頻率值同步調(diào)制，可使各頻段載波頻率f ft t（也是

34、開關(guān)頻率）受到限制，其中最高開關(guān)頻率在（也是開關(guān)頻率）受到限制，其中最高開關(guān)頻率在110711071134H1134HZ Z之間，這是在之間，這是在BJTBJT器件允許范圍之內(nèi)。器件允許范圍之內(nèi)。舉例舉例：一個實際系統(tǒng)的頻段和載波比分配，如表：一個實際系統(tǒng)的頻段和載波比分配，如表5-15-1所示。（以所示。（以資參考）資參考）5.1 逆變器電路逆變器電路逆變器輸出頻率f1 (Hz)載波比N開關(guān)頻率ft (Hz)41621873811162741277291107172742714113411176672611227111027141122159731.411134.67表表5-15-1 分段同

35、步調(diào)制的頻段和載波比分段同步調(diào)制的頻段和載波比 5.1 逆變器電路逆變器電路 分段同步調(diào)制時，逆變器輸出頻率分段同步調(diào)制時，逆變器輸出頻率f f1 1與開關(guān)頻率與開關(guān)頻率f ft t的關(guān)系的關(guān)系曲線見圖曲線見圖5-155-15所示。所示。ft(Hz) f1(Hz) 600 700 1000 20 40 600 159 102 66 42 27 N=18 圖圖5-15 5-15 分段同步調(diào)制時輸出頻率分段同步調(diào)制時輸出頻率f f1 1與開關(guān)頻率與開關(guān)頻率f ft t的關(guān)系曲線的關(guān)系曲線 5.1 逆變器電路逆變器電路分段同步調(diào)制在世界各國的應(yīng)用分段同步調(diào)制在世界各國的應(yīng)用： 世界各國對載波比世界各

36、國對載波比N N的選擇是多種多樣的。的選擇是多種多樣的。采用異步調(diào)制與分段同步相結(jié)合的方法采用異步調(diào)制與分段同步相結(jié)合的方法 機車機車起動低速起動低速（f f1 1很低）時進行很低）時進行異步調(diào)制異步調(diào)制，而當，而當f f1 1達一定達一定頻率值后，實行頻率值后，實行分段同步調(diào)制分段同步調(diào)制。例如例如，前西德早期的，前西德早期的DE2500DE2500型內(nèi)燃機車型內(nèi)燃機車（如圖（如圖5-165-16所示）所示）: : 起動低速區(qū)起動低速區(qū)，異步調(diào)制異步調(diào)制, , f f1 118Hz18Hz范圍內(nèi)的范圍內(nèi)的f ft t=200Hz=200Hz； 中高速區(qū)中高速區(qū)，分段同步調(diào)制分段同步調(diào)制，f

37、f1 1=18=1823Hz23Hz范圍內(nèi)，范圍內(nèi)，N=9N=9；f f1 1=23=2327Hz27Hz范圍內(nèi)，范圍內(nèi)，N=6N=6；f f1 1=27=2735Hz35Hz范圍內(nèi)，范圍內(nèi)，N=3N=3；當；當f f1 135Hz35Hz時，時，N=1N=1，即實行矩形波法控制。，即實行矩形波法控制。5.1 逆變器電路逆變器電路 前西德早期前西德早期DE2500DE2500型內(nèi)燃機車的調(diào)制：型內(nèi)燃機車的調(diào)制：圖圖5-16 5-16 異步調(diào)制與同步調(diào)制時異步調(diào)制與同步調(diào)制時 晶閘管開關(guān)頻率變化情況晶閘管開關(guān)頻率變化情況5.1 逆變器電路逆變器電路有的國家異步狀態(tài)有的國家異步狀態(tài)時采用時采用f

38、f1 1=300Hz=300Hz，同步狀態(tài)同步狀態(tài)時取時取N=9N=9、7 7、5 5、3 3、1 1，避開，避開N=6N=6的調(diào)制比。的調(diào)制比。有的國家全部采用同步狀態(tài)有的國家全部采用同步狀態(tài)， 如如美國的美國的AirporterAirporter型動車型動車上，在上，在f f1 1=1=12Hz2Hz時，取時，取N=105N=105；f f1 1=2=24.5Hz4.5Hz時，時，N=45N=45；f f1 1=4.5=4.59.5Hz9.5Hz時，時，N=21N=21；f f1 1=9.5=9.522Hz22Hz時，時，N=9N=9；f f1 1=22=2235Hz35Hz，N=3N=3

39、；當；當f f1 135Hz35Hz時，時，N=1N=1。注意注意：現(xiàn)代逆變器已采用全控型功率開關(guān)元件（無強迫換流電：現(xiàn)代逆變器已采用全控型功率開關(guān)元件（無強迫換流電路），開關(guān)頻率大大提高，最高三角載波頻率路），開關(guān)頻率大大提高，最高三角載波頻率f ft t已超過了已超過了1000Hz1000Hz，大大改善了脈寬調(diào)制輸出波形。，大大改善了脈寬調(diào)制輸出波形。5.1 逆變器電路逆變器電路4 4、脈寬調(diào)制方法、脈寬調(diào)制方法（1 1）分離電路）分離電路組成組成：正弦發(fā)生器、三角波發(fā)生器、比較器、功放等。：正弦發(fā)生器、三角波發(fā)生器、比較器、功放等。缺點缺點：電路復(fù)雜，可靠性差，且不靈活，難以優(yōu)化波形。：

40、電路復(fù)雜，可靠性差，且不靈活，難以優(yōu)化波形。（2 2）專用集成電路）專用集成電路 集成電路可單獨使用，亦可與單片機接口。集成電路可單獨使用，亦可與單片機接口。特點特點：雖系統(tǒng)簡單、可靠，但仍不靈活，難優(yōu)化波形，有的須：雖系統(tǒng)簡單、可靠，但仍不靈活，難優(yōu)化波形，有的須與單片機接口。與單片機接口。（3 3）專用單片機（）專用單片機（DSPDSP） 電機控制電機控制DSPDSP有有6 6個高速輸出口（如個高速輸出口（如196KC/KD196KC/KD）。）。表格法表格法 正弦表，分別從正弦表，分別從0 0、120120、240240取出，且取出，且3 3個指針按個指針按相同增量移動，在送三相波形發(fā)生

41、器相同增量移動，在送三相波形發(fā)生器WFGWFG。5.1 逆變器電路逆變器電路 幅值控制：查表值乘幅值調(diào)制比。幅值控制：查表值乘幅值調(diào)制比。 頻率控制：原始正弦表抽出的正弦子表決定。頻率控制：原始正弦表抽出的正弦子表決定。優(yōu)點優(yōu)點：簡單，特別是在定頻或只在幾個頻率點時。：簡單，特別是在定頻或只在幾個頻率點時。缺點缺點：占內(nèi)存大，連續(xù)高分辨率調(diào)頻時，不可能存所有模式，：占內(nèi)存大，連續(xù)高分辨率調(diào)頻時，不可能存所有模式，則難波形優(yōu)化。則難波形優(yōu)化。實時計算法實時計算法 由數(shù)學模型計算開關(guān)時刻，再產(chǎn)生波形。由數(shù)學模型計算開關(guān)時刻，再產(chǎn)生波形。 按按SPWMSPWM原理計算得原理計算得自然采樣法自然采樣法

42、。優(yōu)點優(yōu)點：很接近正弦波：很接近正弦波缺點缺點：需解很復(fù)雜的超越方程，實時控制難，：需解很復(fù)雜的超越方程，實時控制難，工程中不用工程中不用。規(guī)則采樣法（規(guī)則采樣法（工程法工程法）以鋸齒波作載波以鋸齒波作載波：只計算一個點（垂直邊交點不用計算）。：只計算一個點（垂直邊交點不用計算）。5.1 逆變器電路逆變器電路 優(yōu)點優(yōu)點：計算量減??；：計算量減??； 缺點缺點：存在偶次諧波，且分量大。：存在偶次諧波，且分量大。以等腰三角形作載波以等腰三角形作載波：正弦函數(shù)中點值代替函數(shù)值（直線代替：正弦函數(shù)中點值代替函數(shù)值（直線代替額曲線）。實際中額曲線）。實際中常采用常采用。（計算方法略）。（計算方法略）5.1

43、 逆變器電路逆變器電路三、二點式逆變器和三點式逆變器三、二點式逆變器和三點式逆變器 電壓型逆變器有二點式、三點式兩類。電壓型逆變器有二點式、三點式兩類。1、二點式（二電平）逆變器、二點式（二電平）逆變器 過去電壓型逆變器幾過去電壓型逆變器幾乎均采用二點式。乎均采用二點式。 見見圖圖5-175-17所示。所示。電路：電路：圖圖5-175-17 二點式逆變器及輸出波形二點式逆變器及輸出波形5.1 逆變器電路逆變器電路特點特點：直流回路直流回路正極或負極接電動機正極或負極接電動機，輸出，輸出U Ud d/2/2U Ud d/2/2間變間變化，見圖化，見圖5-185-18等效電路。等效電路。波形波形：

44、見圖：見圖5-175-17所示。所示。2 2、三點式（三電平）逆變器、三點式（三電平）逆變器 隨逆變器容量和電壓的提高，隨逆變器容量和電壓的提高， 特別是采用特別是采用GTOGTO管，采用管，采用多點式多點式，以三點式最為成功。，以三點式最為成功。電路電路：見圖：見圖5-195-19所示。所示。特點特點：把直流：把直流正極、中點、負極接電動機正極、中點、負極接電動機，輸出在，輸出在U Ud d/2/20 0、0 0 U Ud d/2/2間變化間變化 ，故亦叫，故亦叫中點嵌位逆變器中點嵌位逆變器。波形波形：見圖：見圖5-195-19所示。所示。圖圖5-18 5-18 二點式逆變器等效電路二點式逆

45、變器等效電路5.1 逆變器電路逆變器電路圖圖5-19 5-19 三點式逆變器及其輸出波形三點式逆變器及其輸出波形5.1 逆變器電路逆變器電路優(yōu)點優(yōu)點（與二點式比較）：（與二點式比較）： GTOGTO器件耐壓降低一半器件耐壓降低一半，即阻斷電壓為，即阻斷電壓為U Ud d/2/2。目前牽引系統(tǒng)。目前牽引系統(tǒng)廣泛采用廣泛采用4.5kV4.5kV的的GTOGTO器件，中間直流電壓可提高到器件，中間直流電壓可提高到3.0kV3.0kV以上以上。 諧波分量小諧波分量小。在一周內(nèi)，。在一周內(nèi)，二點式二點式逆變器電路只有逆變器電路只有8 8種狀態(tài)種狀態(tài)，而而三點式三點式逆變器電路中有逆變器電路中有2727種

46、狀態(tài)種狀態(tài)。相鄰兩種電路狀態(tài)間轉(zhuǎn)。相鄰兩種電路狀態(tài)間轉(zhuǎn)換時引起的換時引起的電壓和電流沖擊減小電壓和電流沖擊減小，利于，利于降低損耗降低損耗、提高提高系統(tǒng)系統(tǒng)效率效率，減少減少電機電機脈動轉(zhuǎn)矩脈動轉(zhuǎn)矩。缺點缺點：需元件數(shù)目多并涉及幾何安裝位置。：需元件數(shù)目多并涉及幾何安裝位置。5.1 逆變器電路逆變器電路地鐵交流傳動主電路實例地鐵交流傳動主電路實例圖圖5-20 5-20 地鐵交流傳動主電路地鐵交流傳動主電路5.2 城軌交流傳動中的幾個問題城軌交流傳動中的幾個問題一、轉(zhuǎn)矩裕量與恒功率范圍一、轉(zhuǎn)矩裕量與恒功率范圍 交流異步電動機的最大電磁轉(zhuǎn)矩取決于電機漏抗，交流異步電動機的最大電磁轉(zhuǎn)矩取決于電機漏抗

47、，最大電最大電磁轉(zhuǎn)矩磁轉(zhuǎn)矩與與實際輸出轉(zhuǎn)矩實際輸出轉(zhuǎn)矩的的差差稱為稱為轉(zhuǎn)矩裕量轉(zhuǎn)矩裕量。見圖。見圖5-215-21所示。所示。注意注意：應(yīng)用中，：應(yīng)用中，確保恒功區(qū)最高速度確保恒功區(qū)最高速度點仍點仍有適當有適當?shù)牡霓D(zhuǎn)矩裕量轉(zhuǎn)矩裕量。但裕量過大，使電機重量和體積不必要的增加。圖但裕量過大，使電機重量和體積不必要的增加。圖5-225-22所示所示，裕量大，恒功區(qū)寬，速度高裕量大，恒功區(qū)寬，速度高。圖圖5-21 5-21 轉(zhuǎn)矩裕量轉(zhuǎn)矩裕量圖圖5-22 5-22 轉(zhuǎn)矩裕量與恒功范圍關(guān)系轉(zhuǎn)矩裕量與恒功范圍關(guān)系5.2 城軌交流傳動中的幾個問題城軌交流傳動中的幾個問題 增大異步電機最大電磁轉(zhuǎn)矩的方法：增大異

48、步電機最大電磁轉(zhuǎn)矩的方法：1 1、增大磁通、增大磁通（磁負荷型）（磁負荷型） 增大增大，則鐵心體積較大，重量增加；定子線圈的導(dǎo)體數(shù)，則鐵心體積較大，重量增加；定子線圈的導(dǎo)體數(shù)較少，因而漏抗較小。較少，因而漏抗較小。2 2、增大轉(zhuǎn)子電流、增大轉(zhuǎn)子電流I I2 2（電負荷型）（電負荷型） 增大增大I I2 2，則磁通較小，鐵心體積較小，重量較輕；但定子，則磁通較小，鐵心體積較小，重量較輕；但定子線圈的導(dǎo)體數(shù)較多，因而漏抗大，最大電磁轉(zhuǎn)矩小。線圈的導(dǎo)體數(shù)較多，因而漏抗大，最大電磁轉(zhuǎn)矩小。注意注意：根據(jù)城軌交通車輛的性能要求，可采用不同的電磁負荷分：根據(jù)城軌交通車輛的性能要求，可采用不同的電磁負荷分配

49、。配。恒功范圍大恒功范圍大的電機，其最大電磁轉(zhuǎn)矩也較大，屬的電機，其最大電磁轉(zhuǎn)矩也較大，屬磁負荷磁負荷型型；恒功圍小恒功圍小的電機，其最大電磁轉(zhuǎn)矩較小，屬的電機，其最大電磁轉(zhuǎn)矩較小，屬電負荷型電負荷型。5.2 城軌交流傳動中的幾個問題城軌交流傳動中的幾個問題二、異步牽引電動機并聯(lián)運行二、異步牽引電動機并聯(lián)運行 VVVFVVVF控制有集中控制、獨立控制兩種方式，各有利弊?？刂朴屑锌刂?、獨立控制兩種方式，各有利弊。集中控制集中控制：一個逆變器給多臺電機供電（電機：一個逆變器給多臺電機供電（電機并聯(lián)并聯(lián)），如圖），如圖5-5-2323所示。所示。獨立控制獨立控制：一個逆變器只給一臺電機供電，如圖：

50、一個逆變器只給一臺電機供電，如圖5-245-24所示。所示。圖圖5-23 5-23 集中控制方式原理圖集中控制方式原理圖圖圖5-24 5-24 分別控制方式原理圖分別控制方式原理圖5.2 城軌交流傳動中的幾個問題城軌交流傳動中的幾個問題 對對獨立控制獨立控制而言：而言：優(yōu)點優(yōu)點：可克服集中控制時由于輪徑差異和異步電動機特性不：可克服集中控制時由于輪徑差異和異步電動機特性不一致而產(chǎn)生粘著力降低或空轉(zhuǎn)、滑行的問題；一致而產(chǎn)生粘著力降低或空轉(zhuǎn)、滑行的問題； 當某逆變器故障，其他逆變器照常工作，車輛仍可繼當某逆變器故障，其他逆變器照常工作，車輛仍可繼續(xù)運行；續(xù)運行； 對空轉(zhuǎn)、滑行的軸，通過對應(yīng)逆變器降

51、低功率來抑制對空轉(zhuǎn)、滑行的軸，通過對應(yīng)逆變器降低功率來抑制，所以總功率損失也小。，所以總功率損失也小。缺點缺點：元器件及控制裝置增多，故障率和投資增大。：元器件及控制裝置增多，故障率和投資增大。三、坡道起動三、坡道起動 為防止坡道起動時為防止坡道起動時車輛后退車輛后退，異步電機的轉(zhuǎn)差頻率隨動車，異步電機的轉(zhuǎn)差頻率隨動車后退速度而增加，但因逆變器允許電流等限制，電流不能增后退速度而增加，但因逆變器允許電流等限制，電流不能增大，牽引力相應(yīng)減小以致于大，牽引力相應(yīng)減小以致于不能起動不能起動。5.2 城軌交流傳動中的幾個問題城軌交流傳動中的幾個問題 逆變器應(yīng)可以在正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)的整個范圍內(nèi)連續(xù)控制，逆變器

52、應(yīng)可以在正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)的整個范圍內(nèi)連續(xù)控制，轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩控制在一定的轉(zhuǎn)差頻率和電流下進行，而與后退速度無關(guān)控制在一定的轉(zhuǎn)差頻率和電流下進行，而與后退速度無關(guān)。這樣可以保證在前進方向上產(chǎn)生需要的轉(zhuǎn)矩，實現(xiàn)坡道安全這樣可以保證在前進方向上產(chǎn)生需要的轉(zhuǎn)矩，實現(xiàn)坡道安全起動。起動。四、防空轉(zhuǎn)和滑行四、防空轉(zhuǎn)和滑行 異步電機異步電機具有具有硬特性硬特性，即：，即： 電機轉(zhuǎn)速增加到接近同步轉(zhuǎn)速時，轉(zhuǎn)矩急劇下降；電機轉(zhuǎn)速增加到接近同步轉(zhuǎn)速時，轉(zhuǎn)矩急劇下降； 達到同步轉(zhuǎn)速時轉(zhuǎn)矩為零；達到同步轉(zhuǎn)速時轉(zhuǎn)矩為零； 超過同步轉(zhuǎn)速則自動進入再生工況，產(chǎn)生制動力矩。超過同步轉(zhuǎn)速則自動進入再生工況，產(chǎn)生制動力矩。優(yōu)點優(yōu)點：硬特性有

53、：硬特性有利于利于發(fā)生發(fā)生空轉(zhuǎn)和滑行后空轉(zhuǎn)和滑行后輪軌之間的輪軌之間的再粘著再粘著，且，且保證不會發(fā)生類似直流串勵電機的轉(zhuǎn)子飛速現(xiàn)象。保證不會發(fā)生類似直流串勵電機的轉(zhuǎn)子飛速現(xiàn)象。5.2 城軌交流傳動中的幾個問題城軌交流傳動中的幾個問題注意注意：集中控制為多臺電機并聯(lián)，進行防空轉(zhuǎn)防滑行保護時：集中控制為多臺電機并聯(lián)，進行防空轉(zhuǎn)防滑行保護時： 檢測空轉(zhuǎn)檢測空轉(zhuǎn)時，應(yīng)選并聯(lián)電機中時，應(yīng)選并聯(lián)電機中轉(zhuǎn)速最低轉(zhuǎn)速最低的的作為基準信號作為基準信號；檢測滑行檢測滑行時，應(yīng)選取其中時，應(yīng)選取其中轉(zhuǎn)速最高轉(zhuǎn)速最高的的作為基準信號作為基準信號。 為了提高防空轉(zhuǎn)、滑行系統(tǒng)的靈敏度，通常為了提高防空轉(zhuǎn)、滑行系統(tǒng)的靈敏

54、度，通常還檢測電機轉(zhuǎn)還檢測電機轉(zhuǎn)速的變化率速的變化率（即加速度或減速度）作為空轉(zhuǎn)和滑行發(fā)生的信（即加速度或減速度）作為空轉(zhuǎn)和滑行發(fā)生的信號。號。 從防空轉(zhuǎn)和滑行性能出發(fā)，在控制輪徑差的同時，城軌車從防空轉(zhuǎn)和滑行性能出發(fā)，在控制輪徑差的同時，城軌車輛電機的輛電機的額定轉(zhuǎn)差率大些為宜額定轉(zhuǎn)差率大些為宜。五、降低噪音五、降低噪音 降低噪音是城軌交通的一個重要課題，其中交流調(diào)速車輛降低噪音是城軌交通的一個重要課題，其中交流調(diào)速車輛PWM控制產(chǎn)生的電磁噪音也應(yīng)重視?？刂飘a(chǎn)生的電磁噪音也應(yīng)重視。5.2 城軌交流傳動中的幾個問題城軌交流傳動中的幾個問題 調(diào)速過程中調(diào)制頻率不斷變化，特別是調(diào)制脈沖數(shù)轉(zhuǎn)換時調(diào)速

55、過程中調(diào)制頻率不斷變化，特別是調(diào)制脈沖數(shù)轉(zhuǎn)換時，開關(guān)頻率的突變引起的噪音更加刺耳。，開關(guān)頻率的突變引起的噪音更加刺耳。 調(diào)制頻率為調(diào)制頻率為400 Hz400 Hz左右的左右的GTOGTO逆變逆變電路的噪音在聽覺范圍內(nèi)電路的噪音在聽覺范圍內(nèi)，可以通過，可以通過控制方式控制方式減小噪音波動，改進對噪音的感覺。減小噪音波動，改進對噪音的感覺。 IGBTIGBT、IPMIPM逆變電路開關(guān)頻率高，產(chǎn)生的噪音已在聽覺范圍逆變電路開關(guān)頻率高，產(chǎn)生的噪音已在聽覺范圍以外，比較徹底地解決了電磁噪音的以外，比較徹底地解決了電磁噪音的靜音靜音問題。問題。六、交流異步牽引電機的設(shè)計特點六、交流異步牽引電機的設(shè)計特點

56、1 1、設(shè)計較大額定轉(zhuǎn)差率，約為、設(shè)計較大額定轉(zhuǎn)差率，約為3 3目的：減小轉(zhuǎn)矩不平衡。目的：減小轉(zhuǎn)矩不平衡。措施措施：為確保所需的轉(zhuǎn)差率，轉(zhuǎn)子導(dǎo)條使用高電阻、高強度的銅：為確保所需的轉(zhuǎn)差率，轉(zhuǎn)子導(dǎo)條使用高電阻、高強度的銅鋅合金材料；為盡量抑制熱膨脹，端環(huán)采用低電阻的純鋼；鋅合金材料；為盡量抑制熱膨脹，端環(huán)采用低電阻的純鋼；為提高轉(zhuǎn)子的強度和可靠性，將轉(zhuǎn)子導(dǎo)條和端環(huán)焊牢后，還為提高轉(zhuǎn)子的強度和可靠性，將轉(zhuǎn)子導(dǎo)條和端環(huán)焊牢后，還5.2 城軌交流傳動中的幾個問題城軌交流傳動中的幾個問題 在端環(huán)上加裝保持環(huán)。在端環(huán)上加裝保持環(huán)。 為保證各電動機的為保證各電動機的“轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速- -轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩”特性相近，選擇

57、電阻分特性相近，選擇電阻分散性小、溫度變化率小、截面尺寸均勻的導(dǎo)條材料；并在軸散性小、溫度變化率小、截面尺寸均勻的導(dǎo)條材料；并在軸端設(shè)置高精度的轉(zhuǎn)速檢測器，以便對轉(zhuǎn)速進行精確控制。端設(shè)置高精度的轉(zhuǎn)速檢測器，以便對轉(zhuǎn)速進行精確控制。5.2 城軌交流傳動中的幾個問題城軌交流傳動中的幾個問題2 2、防高次諧波電流溫升、防高次諧波電流溫升 逆變電路的電流高次諧波分量較大，為防止集膚效應(yīng)引起逆變電路的電流高次諧波分量較大，為防止集膚效應(yīng)引起的交流電阻增大而增加溫升，采取了的交流電阻增大而增加溫升，采取了減小導(dǎo)體截面積，限制減小導(dǎo)體截面積，限制繞組導(dǎo)體高度繞組導(dǎo)體高度的措施，例如增加定子線圈的的措施，例如

58、增加定子線圈的并聯(lián)支路數(shù)并聯(lián)支路數(shù)、線、線圈斷面形狀趨于扁平。圈斷面形狀趨于扁平。3 3、減速器采用盡可能大的傳動比、減速器采用盡可能大的傳動比 因異步電動機無換向器，允許提高額定轉(zhuǎn)速，縮小體積、因異步電動機無換向器，允許提高額定轉(zhuǎn)速，縮小體積、減輕重量，因而減速傳動比大減輕重量，因而減速傳動比大。4 4、適當加大氣隙、適當加大氣隙 因牽引電機運行環(huán)境惡劣，無法避免砂塵和垃圾侵入，為因牽引電機運行環(huán)境惡劣，無法避免砂塵和垃圾侵入，為便于拆裝，氣隙通常為同樣大小的普通異步電動機的兩倍。便于拆裝，氣隙通常為同樣大小的普通異步電動機的兩倍。5.2 城軌交流傳動中的幾個問題城軌交流傳動中的幾個問題5

59、5、加大通風量，改善散熱效果，留一定的溫度裕量、加大通風量，改善散熱效果，留一定的溫度裕量 考慮電流諧波分量損耗、電機表面和進出風口濾網(wǎng)污染使考慮電流諧波分量損耗、電機表面和進出風口濾網(wǎng)污染使散熱效果變差，應(yīng)有散熱效果變差，應(yīng)有30305050的溫度裕量。的溫度裕量。6 6、定子加強防塵、耐振的結(jié)構(gòu)、定子加強防塵、耐振的結(jié)構(gòu) 適當增加定子有效材料、提高轉(zhuǎn)軸強度。適當增加定子有效材料、提高轉(zhuǎn)軸強度。5.3 城軌交流傳動控制系統(tǒng)城軌交流傳動控制系統(tǒng) 一、概述一、概述 城軌電力牽引傳動系統(tǒng)，要求在相當寬的范圍內(nèi)，對每個城軌電力牽引傳動系統(tǒng)，要求在相當寬的范圍內(nèi)，對每個速度點都能提供適當?shù)牧刂?。速?/p>

60、點都能提供適當?shù)牧刂怠?開環(huán)控制系統(tǒng)不能確保異步電機在定子頻率突變（突然加開環(huán)控制系統(tǒng)不能確保異步電機在定子頻率突變（突然加速或減速等）時不超過顛覆點。所以，必須采用快速動態(tài)響速或減速等）時不超過顛覆點。所以，必須采用快速動態(tài)響應(yīng)、穩(wěn)態(tài)運行的應(yīng)、穩(wěn)態(tài)運行的反饋閉環(huán)控制系統(tǒng)反饋閉環(huán)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)中，速度和力矩。該系統(tǒng)中，速度和力矩值是系統(tǒng)的被調(diào)量，并取為反饋控制信號。值是系統(tǒng)的被調(diào)量，并取為反饋控制信號。力矩、速度雙閉環(huán)控制交流傳動系統(tǒng)力矩、速度雙閉環(huán)控制交流傳動系統(tǒng)圖圖5-25 力矩、速度雙閉環(huán)控制交流傳動系統(tǒng)力矩、速度雙閉環(huán)控制交流傳動系統(tǒng)5.3 城軌交流傳動控制系統(tǒng)城軌交流傳動控制系統(tǒng)