1、任務3 城軌交流傳動系統(tǒng)分析1、交流主傳動案例分析圖2-43 1C4M單元車交流主傳動系統(tǒng)原理電路圖列車從受電弓 P 受流后，經過主熔斷器 F 同時給兩節(jié)車上的逆變器供電。工作原理： 牽引時，電能傳遞路徑為：電網直流1500V通過受電弓P、主熔斷器F、隔離開關IES、高速斷路器HSCB、線路接觸器LIK及逆變器給牽引電機供電。在再生制動時以相反的路徑使電網吸收電機反饋的能量。各環(huán)節(jié)電路及作用為： （1）充電限流環(huán)節(jié) （2）VVVF逆變器 （3）“軟撬杠”保護環(huán)節(jié) （4）“硬撬杠”保護環(huán)節(jié) （5）其他保護環(huán)節(jié) 由接觸器CCK與電阻CCZ構成。在受電弓升起、高速斷路器閉合后，為防止過大的充電電流沖

2、擊使濾波電容器受損，首先閉合CCK，待電容電壓達到一定值后，閉合線路接觸器LIK，將限流電阻CCZ短接。 即T7、D8構成的斬波器。斬波器的主要功能是用于電阻制動，用它來調節(jié)制動電流的大小。另一個功能是作過電壓保護之用。 Cry是固定并聯在濾波電容器LFC上的放電電阻。主電路斷電后LFC兩端電壓在5min內降到50V以下。由此可以確定放電的時間常數及放電電阻值。 IES是隔離接地開關，在需要主電路接地時將它轉換到接地位置。 CBR為差動電流傳感器，用以檢測直流電路流人與流出的電流差，以檢測接地等故障。 SA為浪涌吸收器（避雷器），保護因雷擊或因變電所的開關動作引起過電壓對主電路器件的損害2.“

3、兩動一拖（2M1T）”單元主電路原理圖2-44 兩動一拖(2M1T)單元車主電路結構框圖圖2-45 PA箱逆變器主電路3廣州地鐵一號線車輛主牽引系統(tǒng)案例分析（1）牽引制動系統(tǒng)組成圖2-46 牽引系統(tǒng)組成示意圖（2） 牽引系統(tǒng)基本參數 線電壓UN = 10001800VDC輸入線電流IN =480A 最大線電流(牽引)INDMAX =692A 最大線電流(制動)INBMAX = 1171A最大輸出/輸出電流IAMAX =1080A / IA = 720A最大保護電流IMAX =2900A 輸出電壓UN = 01050V輸出頻率A = 0112HZGTO最大開關頻率P = 450Hz制動斬波模塊斬

4、波頻率B = 250Hz模塊冷卻方式強迫風冷模塊冷卻片風速VL =8m S表2-2 牽引逆變器VVVF技術參數表2-3 牽引電機(1TB20100GA02)技術參數技術參數（單位）連續(xù)定額小時定額輸出功率PM（kW）190210額定電壓UN（V）10501050額定電流IN（A）132(1800min-1)144(1800min-1)額定轉矩MN（Nm）10081114最大轉速nMAX（rpm）35103510（3） 基本工作原理 DCU通過列車線接受來自控制系統(tǒng)的牽引制動力絕對值（以百分比的形式），與此同時還接受司機發(fā)出牽引或制動指令。當給定值給出后，經過以下條件的處理對牽引電機實施控制。

5、輸入值設定：載荷校驗、沖擊限制、速度限制（牽引時）、線電流限制(牽引時)、欠壓保護(制動時)、空轉滑行保護。 速度檢測 電機控制 脈沖模式發(fā)生器 能量反饋 輸入值設定：載荷校驗沖擊限制 速度限制（牽引時）線電流限制(牽引時)欠壓保護(制動時)空轉滑行保護DCU根據相應動車的載荷狀況來調整實際牽引制動力。這是由于采用了動力分散型控制，為了保持車鉤之間的相對運動最小，并且使整車達到相同的動態(tài)特性。給定值大小的變化速率必須符合沖擊限制的規(guī)定，但在防滑防空轉功能激活的時候則不受此限制。 廣州地鐵一號線車輛規(guī)定了3個速度限制，速度控制的優(yōu)先級高于電機控制。 正常速度： 80 kmh 倒車速度： 10km

6、h 慢行速度： 3 kmh在牽引工況時，線電流控制的優(yōu)先級高于電機控制，出于功耗的考慮，該限制值為不超過每節(jié)動車720A。在制動時，網壓一直受到檢測，當網壓降到1500V以下時，制動力矩隨速度和網壓作相應的減少，這時不足的制動力由氣制動補充?？辙D滑行保護通過比較拖車、動車之間的速度差異，以適當減少力矩設定值來實現。 速度檢測 每個牽引電機帶一個速度傳感器，輸出兩個通道，每個通道相差為90的方波(電機每轉為256個脈沖)，通過判斷相差確定轉向。每個牽引控制單元連接3個速度傳感器。 在DCU中同樣檢測拖車的速度。在拖車的一個軸上裝有一個編碼速度傳感器，該傳感器是單通道(每周111個脈沖)。 在DC

7、U中有兩塊電路板A305與A306（即中斷處理與速度測量板），專門用來處理速度信號，速度值通過計算脈沖數，與參考時鐘周期計算得到。 電機控制：采用空間矢量控制圖2-47 磁場定向控制結構圖 脈沖模式發(fā)生器 脈沖模式發(fā)生器根據電機控制的三個輸入變量：相控因數、定子頻率和校正角，實時計算牽引逆變器中的GTO觸發(fā)脈沖。圖2-48 脈沖模式區(qū)域分布圖 能量反饋 在電機的能量反饋中，能量反饋到電網中，如果在電制動的情況下，能量不能被電網完全吸收，多余的能量必須轉換為熱能消耗在制動電阻上，否則電網電壓將抬高到不能承受的水平。 制動斬波器的存在確保大部分的能量能反饋回電網，同時又保護了電網上的其他設備。（4

8、）牽引控制單元DCU及逆變器保護監(jiān)控單元UNAS 牽引控制單元結構 牽引控制單元基本功能 DCU基本工作原理 UNAS基本功能 DCU的PCB板功能描述牽引控制單元DCU和逆變器保護單元UNAS設計成一上下兩層的機箱，共裝有25塊電子板。各電子板為標準的印刷電路板，使用多層板技術，電子板上的元件采用表面封裝 （SMD）或插裝（DIL）。 DCU的A314和A315板、UNAS的A329和A330板的前面板上通過Hartm8接插件（48針）與外部電路聯接。a牽引系統(tǒng)的控制與調整；b脈沖模式的產生與優(yōu)化；cVVVF與牽引電機的控制與保護；d對列車狀態(tài)的監(jiān)測與保護e再生制動與電阻制動的控制與調節(jié)f電

9、制動與氣制動的自動轉換及列車保 壓制動的實現；g防滑防空轉保護及載荷調整；h逆變器線路濾波電容器的充放電控制i列車速度的獲取與處理及自動計算 停車距離；j列車牽引控制系統(tǒng)的故障診斷與存儲k為其它控制系統(tǒng)提供列車狀態(tài)信號l提供串行接口與PTU連接， 進行監(jiān)測與控制；m提供“黑匣子”功能n提供“看門狗”功能。 DCU從列車線和外部控制系統(tǒng)(ATO)接收司機指令及RVC（牽引制動參考值轉換器）的指令參考值，接收本車的3個電機速度信號、拖車的一個轉軸速度信號、各個模擬信號測量值，根據參考值和實際檢測值進行計算，負責VWF牽引逆變器的保護，與DCU一起組成車輛的牽引制動控制系統(tǒng)。圖4-49 DCU工作方

10、框圖DCU各功能模塊之間的關系，各個功能模塊的輸入輸出信號知識拓展 直線電機主傳動控制（一）直線牽引電機原理分析 直線電機可認為是旋轉電機在結構方面的一種演變 由于用直線運動取代了旋轉運動，因此稱之為直線電動機。圖2-50 直線異步電動機結構原理圖 直線電機特點：（1） 無旋轉部件，呈扁平形，可降低城軌車輛的高度。 （2） 能夠非接觸式的直接實現直線運行，因此可不受粘著的 限制，能獲得較高的加速度和減速度。 （3） 直線電機運行噪音較小。 直線電動機分類： 直線異步電動機（LIM） 直線同步電動機（LSM） 直線直流電動機（LDM） 在城市軌道交通中以 LIM應用較多1直線異步電動機的分類（1

11、）按結構分類： 平板形單邊式 平板形雙邊式 圓筒形（圖2-52） （2）按電源分類： 三相電源 二相電源 （3）按動體分類： 短初級方式(即以初級作為動體) （圖2-51） 短次級方式(即以次級作為動體)（圖2-53）圖2-51 短初級平板形直線異步電動機示意圖圖2-52 圓筒形直線異步電動機結構形成示意圖圖2-53 短次級平板形單邊式直線異步電動機示意圖2 結構與原理（1）直線異步電動機結構 定子：帶齒槽的電工鋼片疊成，槽里嵌有繞組 轉子：非磁性體(銅板或鋁板)和磁性體(鋼板)構成的復合金屬板。（2）直線異步電動機的原理 （a）旋轉感應電機 （b）直線感應電機圖2-54 感應電機的基本工作原

12、理1-定子；2-轉子；3-磁場方向 1-初級；2-次級；3-行波磁場（3）直線異步電動機的磁場以時間t和距離x作為函數變量，行波磁場的磁通密度B: 式中： 電源角頻率，rad/s； t 時間，s； x 定子表面上的距離，m； 極距，m。 極距是磁通密度B的半波長。 （2-19）圖2-55 直線異步電動機的行波 磁場渦流Ie和連續(xù)推力F 行波磁場的移動速度稱為同步速度 。 設次級金屬板中引起渦流的感應電壓為 E e ，磁通的作用面積為A，則: 次級有電感L和電阻R ，則金屬板上的渦流電流I e為：式中： ，次級移動的速度即電機的運動速度為： (2-20)(2-20)3直線異步電動機特性 直線異步

13、電動機的推力一速度特性與旋轉異步電動機的特性相比較，則滑差率s為: 式中：Fs 起動推力； F 摩擦力； V 空載速度。 直線異步電動機的推力一速度特性近似成直線(圖2-56)，其推力為 : 圖2-56 直線異步電動機的推力一速度特性 與旋轉異步電動機的特性相比較（1）推力一速度特性 (2-23) (2-22)（2）速度一時間特性：速度隨時間以指數函數規(guī)律增加，其特性可表示為： 圖2-58 直線異步電動機速度一時間特性圖2-57 直線異步電動機的推力一速度特性（2-24） 圖2-58所示為T = 1時的直線異步電動機速度一時間特性，實際上時間常數T隨負荷質量等因素而變化。（3）推力一氣隙特性氣

14、隙小對電機特性和工作穩(wěn)定性有利。直線異步電動機的g = 20左右。 （4）推力負荷占空因數特性圖2-59 直線異步電動機的推力一氣隙特性 通電時間與整個周期時間之比。 圖2-60 直線異步電動機的推力一占空因數特性 當負荷占空因數增大時，直線異步電動機的推力按指數函數規(guī)律下降。（5）邊緣效應 直線電機是長直、兩端開斷的結構，存在始端和終端，引起了邊緣效應(端部效應)。 靜態(tài)縱向邊緣效應 動態(tài)縱向邊緣效應 橫向邊緣效應圖2-61直線電機行波磁場方向上的渦流分布 在氣隙中出現脈振磁場和反向行波磁場，運行過程中將產生阻力和增大附加損耗。這種效應當初、次級相對靜止時也存在，因而稱為靜態(tài)縱向邊緣效應，縱

15、向即磁場移動的方向。 在橫向的邊緣區(qū)域磁場削弱，造成空載氣隙磁場橫向分布的不均勻，這是第一類橫向邊緣效應。 次級導體板對電流分布及氣隙磁場密度沿橫向分布的影響，稱為第二類橫向邊緣效應4直線異步電動機的優(yōu)缺點 直線電機最主要的優(yōu)點是直接產生直線運動而不需要中間轉換裝置。 起動推力大，可實現大范圍的加速和減速，零部件不受離心力的作用，直線速度不受限制。 直線電機的初級和次級的結構都很簡單，特別是次級，有時甚至可直接利用部分設備本體或運行軌道。可在條件惡劣(潮濕、粉塵、有害氣體)的環(huán)境中使用。 總體結構簡單，扁平型部件高度低；噪聲小，重量輕，維修容易。 短初級平板型直線電機的次級長，因而散熱面大，材

16、料的熱負荷可以取得較高。 （1）優(yōu)點 （2）缺點 效率和功率因數低(一般在06065左右)。通常直線異步電動機的極距汽隙比要比旋轉異步電動機大一倍左右。初級和次級之間的氣隙大，需要的磁化電流大，所以空載電流大；邊緣效應特別是縱向邊緣效應減小了驅動推力，增大了損耗。 除驅動推力外，直線電機初級和次級間有吸引力，因而必須增加構架強度。 應滿足長距離保持一定氣隙的精度要求。5直線牽引電動機在動車中應用 應用于城市軌道交通車輛時，初級可以設置在車上，也可以設置在地面，分別稱為車載初級式和地面初級式。圖2-62 地鐵隧道直徑比較圖（二）直線電機車輛牽引系統(tǒng)案例分析案例： 廣州地鐵四號線直線電機車輛牽引系

17、統(tǒng)四號線列車：直線電機牽引； 用一臺VVVF逆變器向二臺直線感應電動機供電的交流傳動系統(tǒng)；用IGBT元件和脈寬調制技術的牽引VVVF逆變器； VVVF逆變器系統(tǒng)采用微機控制技術，有診斷和故障信息儲存功能 VVF逆變器系統(tǒng)采用間接矢量控制方式。 牽引電機為3相8極的直線感應電機，安裝在轉向架上的部分是屬于 電機的初級，安裝在軌道中間的感應板是電機的次級。組成控制原理主要設備技術參數 1牽引系統(tǒng)構成：圖2-63 車輛牽引系統(tǒng)的主電路圖牽引系統(tǒng)主電路圖2-63中各符號代碼為：Ms為主隔離開關； DCHS1、2為放電開關； DCHR1、2為放電電阻；HB為高速斷路器； CHB1、2為充電接觸器； CH

18、R1、2為充電電阻；LB1、2為線路接觸器； FL1、2為濾波電抗器； FC1、2為濾波電容器；OVCR FR1、2為過壓保護電阻； OVCR F1、2為過壓保護晶閘管；CTS1、2為輸入電流傳感器； DCPT11、21為線電壓傳感器；DCPT12、22為濾波電容電壓傳感器； CE1、2為電容；DCCT1、2為差動電流傳感器；CTU1、2CTV1、2為逆變器輸出電流傳感器；LIM1-4為直線電機2牽引系統(tǒng)及其控制: 牽引系統(tǒng)正常情況下采用來自硬線的PWM牽引力指令，如果檢測到硬線PWM信號超出正常的范圍，VVVF逆變器就會采用來自TMS（列車管理系統(tǒng)）的總線的牽引力指令。如果硬線PWM信號和T

19、MS（列車管理系統(tǒng)）總線都失效的情況下，列車還有一條緊急的備用硬線，當該緊急備用硬線被激活后，列車以20 kmh的目標值進行駕駛，如果這時列車速度超過22 kmh，VVVF逆變器將停止輸出。另外，考慮到列車損失12動力時，運營要求在AW2狀態(tài)下，仍能在60的坡道上起動，并能保證列車行駛到最近車站，列車增加了高加速功能，當該功能被激活，轉矩指令值就會乘以計劃值的1335倍。這些功能的設置可以盡量降低由于列車故障對運營的影響。3牽引系統(tǒng)的矢量控制 通過矢量控 制可以實現：（1）感應板次邊阻 抗變化補償（2）氣隙變化控制（3）無感應板時 的控制圖2-64 電機矢量控制圖4系統(tǒng)主要設備參數（1）供電系

20、統(tǒng)DCl 500V（范圍：l 000l 800V（瞬時1980V）逆變輸出容量kVAl 080（峰值）最大輸出電壓VAC l 404電流A1116（峰值）輸出功率kw120（持續(xù)功率），155（小時功率）電壓V1100電流A162（持續(xù)功率），210（小時功率）頻率Hz22同步速度kmh-1445絕緣等級200級（國外標準）線圈溫升極限K200（電阻測量法）質量kg1 550（包括防護板，不包括安全鼻） 表2-4 牽引逆變器技術參數表2-5 直線電機技術參數4系統(tǒng)主要設備參數（2）傳感器原理渦電流測量范圍mm025適用材料鋁和銅線性度l（?）采樣周期ms05表2-6間隙傳感器技術參數表2-7高

21、速斷路器技術參數表2-8濾波器、接觸器主要技術參數額定電壓V2000額定電流A1000分斷能力(2000V/2mH時) A30000 （1 500 V，t=15 ms）過流整定值A2200濾波電抗器（1001）mH濾波電容器66mFLB1、2/ CHBl、2400A/ 400A任務1 常用電力電子器件類型、原理與應用（一）門極關斷晶閘管（GTO） 1GTO的結構及工作原理：（a）GTO外形 （b）GTO圖形符號與工作原理圖 圖2-65 門極關斷晶閘管（GTO）外形及原理圖 圖2-66 門極關斷晶閘管（GTO）內部結構圖2GTO的驅動電路： 理想的門極驅動信號（電流、電壓）波形 圖2-67GTO

22、門極驅動信號波形其中實線為電流波形，虛線為電壓波形。圖2-68門極驅動電路（二）大功率晶體管GTR1大功率晶體管的結構和工作原理 （1）基本結構圖2-69 GTR結構、電氣圖形符號和內部載流子流動(a)GTR結構 (b）電氣圖形符號 （c）內部載流子流動圖2-70 常見大功率三極管外形（2）工作原理在電力電子技術中，GTR主要工作在開關狀態(tài)。晶體管通常連接成共發(fā)射極電路，NPN型GTR通常工作在正偏（Ib0）時大電流導通、反偏（IbBUcexBUcesBUcerBUceo，實際使用時，為確保安全，最高工作電壓要比BUceo低得多。集電極最大耗散功率是在最高工作溫度下允許的耗散功率。它是GTR容

23、量的重要標志。晶體管功耗的大小主要由集電極工作電壓和工作電流的乘積來決定，它將轉化為熱能使晶體管升溫，晶體管會因溫度過高而損壞。實際使用時，集電極允許耗散功率和散熱條件與工作環(huán)境溫度有關。所以在使用中應特別注意集電極電流IC不能過大，散熱條件要好。3GTR的二次擊穿和安全工作區(qū)（1）二次擊穿問題：實踐證明：二次擊穿是影響GTR安全可靠工作的一個重要因素。擊穿原因：集電極電壓升高到一定值（未達到極限值） 時，發(fā)生雪崩效應造成的。防止辦法： 應使實際使用的工作電壓比反向擊穿電壓低得多。必須有電壓電流緩沖保護措施。（2）安全工作區(qū)： 為了防止二次擊穿，要選用功率足夠大的管子，實際使用的最高電壓通常比

24、管子的極限電壓低很多。 圖2-73 GTR安全工作區(qū) 安全工作區(qū)是在一定的溫度條件下得出的。 4GTR的驅動與保護（1）GTR基極驅動電路 對基極驅動電路的要求： 實現主電路與控制電路間的電隔離。 在使GTR導通時，基極正向驅動電流應有足夠陡的前沿，并有一定幅度的強制電流。 GTR導通期間，在任何負載下，基極電流都應使GTR處在臨界飽和狀態(tài)。 在使GTR關斷時，應向基極提供足夠大的反向基極電流。 應有較強的抗干擾能力，并有一定的保護功能。圖2-74 GTR基極驅動電流波形基極驅動電路 集成化驅動電路克服了一般電路元件多、電路復雜、穩(wěn)定性差和使用不便的缺點，還增加了保護功能。圖2-75 實用的G

25、TR驅動電路集成化驅動（2）GTR保護電路：一般采用緩沖電路（a）RC緩沖電路 （b）充放電型R-C-VD緩沖電路 （c）阻止放電型R-C-VD緩沖電路圖2-76 GTR緩沖電路（三）功率場效應晶體管MOSFET特征: 單極型、多數載流子、“零結”、電壓可控優(yōu)點: 開關速度快、損耗低、驅動電流小、無二次擊 穿現象等（與GTR相比）。缺點: 電壓還不能太高、電流容量也不能太大。實用: 低壓、小功率、高頻（數百千赫）開關。1功率MOSFET的結構及工作原理（1）結構圖2-77 功率MOSFET結構和電氣圖形符號（a）功率MOSFET結構 （b）電氣圖形符號幾種功率場效應晶體管的外形圖2-78 幾種

26、功率場效應晶體管的外形（2）工作原理 當D、S加正電壓（漏極為正，源極為負），柵源電壓UGS=0時，P體區(qū)和N漏區(qū)的PN結反偏，D、S之間無電流通過；如果在G、S之間加一正電壓UGS，柵極的正電壓會將其下面P區(qū)中的空穴推開，而將P區(qū)中的少數載流子電子吸引到柵極下面的P區(qū)表面。當UGS大于某一電壓UT（稱開啟電壓或閥值電壓）時，柵極下P區(qū)表面的電子濃度將超過空穴濃度，從而使P型半導體反型成N型半導體而成為反型層，該反型層形成N溝道而使PN結J1消失，漏極和源極導電。 UGS超過UT越多，導電能力越強，漏極電流越大。2功率MOSFET特性與參數 （1）功率MOSFET特性 轉移特性 ： 定義： I

27、D和UGS的關系曲線反映了輸入電壓和輸出電流的關系。 跨導：曲線的斜率。 即： MOSFET是電壓控制型器件，其輸入阻抗極高，輸入電流非常小 輸出特性（漏極伏安特性）： 截止區(qū) UGSUT，ID=0 飽和區(qū) UGSUT，UDSUGS-UT 非飽和區(qū) UGSUT，UDSUGS-UT圖2-79 電力MOSFET的轉移特性和輸出特性（a）轉移特性 （b) 輸出特性 開關特性圖2-80 功率MOSFET的開關過程（a）MOSFET開關特性的測試電路； （b）波形（2）功率MOSFET的主要參數漏極電壓UDS 是MOSFET的額定電壓，選用時必須留有較大安全余量。漏極最大允許電流IDM 是MOSFET的

28、額定電流，其大小主要受管子的溫升限制。柵源電壓UGS 柵極與源極之間的絕緣層很薄，承受電壓很低，一般不得超過20V， 否則絕緣層可能被擊穿而損壞，使用中應加以注意。為了安全可靠，在選用MOSFET時，對電壓、電流的額定等級都應留有較大余量。3功率MOSFET的驅動與保護（1）功率MOSFET的驅動 對柵極驅動電路的要求 ： 向柵極提供需要的柵壓。 減小驅動電路的輸出電阻。 主電路與控制電路需要電隔離。 具有較強的抗干擾能力。 正負柵壓幅值應要小于所規(guī)定的允許值。圖2-81 理想的柵極控制電壓波形（2）柵極驅動電路舉例工作原理： 當無控制信號輸入時（ui=“0”），放大器A輸出低電平，V3導通，

29、輸出負驅動電壓，MOSFET關斷；當有控制信號輸入時（ui=“1”），放大器A輸出高電平，V2導通，輸出正驅動電壓，MOSFET導通。圖2-82 功率MOSFET的一種驅動電路功率MOSFET的保護措施 防止靜電擊穿 防止偶然性振蕩損壞器件 防止過電壓 防止過電流 消除寄生晶體管和二極管的影響（四）絕緣柵雙極晶體管IGBT（a) 內部結構斷面示意圖 （b) 簡化等效電路 （c) 電氣圖形符號圖2-83 IGBT結構、簡化等效電路和電氣圖形符號2IGBT的基本特性（1）IGBT的靜態(tài)特性 圖2-84 IGBT的轉移特性和輸出特性（a) 轉移特性； （b) 輸出特性。轉移特性為IC與UGE間的關系

30、。輸出特性指的是IGBT的伏安特性。（2）IGBT的動態(tài)特性 圖2-85 IGBT的開關過程 3IGBT的擎住效應（自鎖效應）定義 ：器件導通后其柵極不再具有控制能力。形成原因：由于NPN晶體管基極與發(fā)射極之間存在體區(qū)短路電阻，P形 體區(qū)的橫向空穴電流會在該電阻上產生壓降，相當于對J3結施加正偏壓，一旦J3開通，柵極就會失去對集電極電流的控制作用。車輛牽引系統(tǒng)是一個大電感，電壓和電流的沖擊很大，容易使IGBT滿足寄生晶體管開通擎住的條件，形成動態(tài)擎住效應。防止辦法：選擇的IGBT必須具有足夠的電流容量并且通過合適的柵極電阻Rg來延長IGBT的關斷時。4IGBT驅動電路設計要求 驅動電路是電力電

31、子主電路與控制電路之間的接口，對整個裝置的運行效率、可靠性和安全性都有重要的意義。（1）驅動電路的內阻應盡可能??；驅動電路與IGBT的連線應盡可能 的短。（2）用內阻小的驅動源對柵極電容放電； IGBT開通后，柵極驅動源應能提供足夠電壓。（3）驅動電平UGE要綜合考慮，當UGE正向增大時，一般選1520V； 在IGBT反向關斷時，須施加一負偏壓UGE，一般取110V。 （4）需要提供良好的過電壓和過電流保護功能，是必要的。任務2 電流電壓變換電路定義：將恒定直流電壓變換成為負載所需的直流電壓的變流電路. 平均負載電壓E0可用下式表示：式中 ： ton為導通時間， toff 為關斷時間， T(=

32、ton +toff )為斬波周期 ， ( ) 為斬波器的導通比圖2-86 斬波器的調壓原理（2-25） 1斬波器的調壓原理（一）直流斬波電路：導通比控制 定義：只要調節(jié) ，即可調節(jié)負載的平均電壓。 實現方法：（1）脈寬調制：保持斬波頻率不變，只改變導通時間ton 。簡稱定 頻調寬。（2）頻率調制：改變斬波周期T，同時保持( )導通時間ton 或者關斷時間toff不變。簡稱定寬調頻。 （3）脈寬和頻率綜合調制：按照某種規(guī)律同時改變導通時間ton 和斬波周期T 。通常是分段地改變斬波周期T，而連續(xù)地控制ton 。 對于斬波器傳動，脈寬調制是優(yōu)先選用的一種方法。降壓斬波器、升壓斬波器降壓斬波器： 斬

33、波器電路結構所產生的輸出電壓低于輸入電壓(即 E0 E )。圖2-87 升壓斬波器把電能從下降中的電動機電壓E回饋到固定的電源電壓E0 中去忽略電源電流的脈動：斬波器導通期間由電源輸入到電感器的電能為 斬波器關斷期間，由電感器釋放到負載的電能是 無損耗系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)時，兩項電能應相等由此可知 當0 l時，則E E0 。直流電動機的再生制動就是利用了這一作原理。 通過適當調節(jié)導通比即可把電能從下降中的電動機電壓E回饋到固定電源電壓E0 中去。 (2-26) (2-27) (2-28) (2-29)2斬波器供電的諧波問題和解決辦法 諧波問題：電源電流諧波與斬波頻率、電流脈動幅值等因素有關系。 解決辦法

34、：（1） 提高斬波頻率：實際使用的斬波頻率一般在200400Hz之間。（2）采用多相多重斬波器： 將多個斬波器并聯給一 臺牽引電動機供電，各 個基本斬波器在相位上 有規(guī)律地相互錯開運行， 則構成多相多重斬波器。圖2-88 三相三重斬波器電路圖2-89 三相三重斬波器波形（3） 采用輸入濾波器圖2-90 輸入濾波器 L一C濾波器的諧振頻率（ ）應避開斬波頻率，否則會發(fā)生諧振，引起電源電壓大的振蕩。 通常斬波頻率應至少是濾波器諧振頻率的23倍。（二）逆變電路：1 、逆變：整流的逆過程。2、分類： （1）有源逆變電路： 直流電能通過逆向變換，向交流電源反饋能量的逆變電路。 （2）無源逆變電路： 直流

35、電能通過逆向變換，得到交流電能直接供給負載，其輸出 端沒有電源。3、組成：電力電路及緩沖電路、控制電路、電力電子器件的門控電路。4、優(yōu)點：性能可靠，動、靜態(tài)性能卓越、節(jié)能等。1工作原理（1） 單相橋式逆變電路：圖2-91 單相橋式逆變電路示意圖 用全控型器件，如IGBT取代圖2-91中的開關后，得到圖2-92（）所示的單相橋式IGBT逆變器的主電路。圖2-92 電阻負載單相橋式IGBT逆變電路及波形 在感性負載下，每個電力電子器件上還需反向并聯一個快速二極管，以構成滯后電流的通路。圖2-93 感性負載時單相橋式IGBT逆變電路及波形2三相橋式逆變電路 （1）結構圖2-94 三相橋式逆變電路（2

36、）基本參數表2-3 逆變器導通順序及相電壓圖2-95 180導通型三相橋式逆變器的輸出波形（a) 相電壓波形； （b) ) 線電壓波形圖2-96 120導通型三相逆變器的輸出電壓波形（a) 相電壓波形； （b) ) 線電壓波形3正弦脈寬調制逆變電路 （1）脈寬調制（PWM）工作原理 把逆變電路的輸出電壓斬波成為脈沖，通過改變脈沖的寬度、數量或者分布規(guī)則，以改變輸出電壓的數值和頻率。圖2-97 PWM控制電壓的工作原理脈寬調制（PWM）方法種類脈寬調制特點 只需對逆變器本身加以控制，使調壓、調頻一次完成；調節(jié)迅速而不需增加功 率設備。方法種類1、主要方法： 正弦PWM、空間矢量PWM（SVM）、

37、瞬時電流控制正弦PWM、隨機PWM、特定諧波消除PWM、最小紋波電流PWM等。尤其以正弦脈寬調制（SPWM）的諧波分量最少，應用最廣。2、從獲得SPWM波的方法看： 有三角波與正弦波相交，得出開關切換模式的SPWM逆變器。鋸齒波與正弦波相交、馬鞍形波與正弦波相交，三角波與準正弦的階梯波相交等方法得出的SPWM波。 3、 從逆變電路的負載端看： 追求電動機氣隙磁通（磁鏈）盡量接近圓形 的磁鏈跟蹤型逆變器。 4、電流跟蹤型逆變電路的逆變電路開關動作： 也是一種 PWM控制。（2）正弦脈寬調制（SPWM）逆變電路 在城市軌道交通車輛中，逆變電路的負載大多是感應要求可以調壓、調頻，而且輸出是正弦波形。 為此可以把