3 牽引逆變器

　　3.1 牽引逆變器簡(jiǎn)述

　　三相橋式逆變器由t1、t2、t3、t4、t5、t6組成逆變電路（直流到交流）為3300v/1200aigbt;d1、d2、d3、d4、d5、d6組成整流電路，為感性負(fù)載電流（4臺(tái)電機(jī)并聯(lián)，定子繞組星形連接、三相負(fù)載為za、zb、zc）提供續(xù)流回路，完成無功能量的續(xù)流和反饋。前者被稱為逆變管，后者被稱為續(xù)流二極管或反饋二極管。180°導(dǎo)通型三相橋式逆變電路每隔60°，在一周內(nèi)依次導(dǎo)通：t1、t2、t3;t2、t3、t4;t3、t4、t5;t4、t5、t6;t5、t6、t1;t6、t1、t2。

　　牽引逆變器模塊和制動(dòng)斬波器模塊主電路如圖2所示。

　　3.2 牽引電機(jī)技術(shù)參數(shù)

　　按照sz1地鐵列車牽引電機(jī)4eba4040（正弦電壓）在58hz，150℃的等值電路的數(shù)據(jù)，可以得到網(wǎng)壓dc1500v和dc1800v時(shí)，電機(jī)的牽引和制動(dòng)特性曲線分別如圖3、圖4所示。

　　牽引電機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)：

　　電機(jī)電壓：u1=1150v;電機(jī)電流：i1=130a;轉(zhuǎn)矩：m=1230nm;轉(zhuǎn)差率：s=1.70%;定子繞組電阻：r1=0.135ω;定子繞組感抗：x1s=0.350ω;勵(lì)磁繞組感抗：xh=15.47ω; 轉(zhuǎn)子繞組折算感抗：x2′s=0.421ω; 轉(zhuǎn)子繞組折算電阻：r2′= 0.089ω。

　3.3 牽引逆變器功率模塊

　　圖5（a）為超載（aw3）時(shí)，牽引逆變器igbt逆變管和續(xù)流二極管溫度曲線。此時(shí)，逆變器igbt的最高結(jié)溫為105℃，續(xù)流二極管的最高結(jié)溫為102℃;散熱器的最高溫度為76℃，環(huán)境溫度為40℃。

　　圖5（b）為超載（aw3）時(shí)，制動(dòng)斬波器igbt溫度曲線。此時(shí)，制動(dòng)斬波器igbt的最高結(jié)溫112℃（100%電阻制動(dòng)）;igbt的最高結(jié)溫87℃（50%電阻制動(dòng)），環(huán)境溫度40℃。

4 sz1列車牽引和制動(dòng)逆變器系統(tǒng)控制

　　4.1 轉(zhuǎn)矩控制模式的基本要求

　?。?） 采用直接轉(zhuǎn)矩控制

　　直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)是近年來開發(fā)成熟應(yīng)用的高動(dòng)態(tài)性能交流變頻變壓調(diào)速系統(tǒng)。直接轉(zhuǎn)矩控制的特點(diǎn)是：

　　·轉(zhuǎn)矩和磁鏈都采用直接反饋的雙位式band-band控制，省去旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，簡(jiǎn)化了控制器的結(jié)構(gòu);

　　·選擇定子磁鏈作為控制對(duì)象，使控制性能不受轉(zhuǎn)子參數(shù)變化的影響，這是它優(yōu)于矢量控制系統(tǒng)的主要方面;

　　·直接轉(zhuǎn)矩控制與矢量控制方案比較，前者調(diào)速范圍不夠?qū)?，穩(wěn)態(tài)機(jī)械特性也較后者差一些。但是評(píng)判優(yōu)劣，只得有賴于運(yùn)營實(shí)踐。

　?。?） 牽引和制動(dòng)轉(zhuǎn)矩裕量

　　牽引和制動(dòng)轉(zhuǎn)矩裕量（顛覆轉(zhuǎn)矩與最大牽引轉(zhuǎn)矩或最大制動(dòng)轉(zhuǎn)矩之差）不小于20%顛覆轉(zhuǎn)矩值。

　　4.2 列車的牽引加速和制動(dòng)減速控制

　?。?）司機(jī)控制手柄位置給出牽引或制動(dòng)轉(zhuǎn)矩的大小，應(yīng)從0～100%連續(xù)可調(diào)（司機(jī)牽引制動(dòng)控制器tbc發(fā)出的指令信號(hào)0.5～10v（牽引/制動(dòng)力）在列車試驗(yàn)時(shí)可以加以調(diào)整）經(jīng)采樣器（最小采樣周期為16ms）采樣和模/數(shù)變換（a/d）后，至列車控制單元vtcu在2ms時(shí)間內(nèi)讀取到新的牽引/制動(dòng)力指令，并發(fā)送到車輛總線wtb，另一個(gè)3車單元的列車控制單元vtcu讀取到牽引/制動(dòng)力信號(hào)，以及將這個(gè)信號(hào)自動(dòng)地發(fā)送到牽引控制單元dcu和制動(dòng)控制單元bcu，完成一次列車的牽引加速和制動(dòng)減速全過程（列車控制單元vtcu經(jīng)多功能列車總線mvb將牽引/制動(dòng)力指令信號(hào)送到牽引控制單元dcu和制動(dòng)控制單元bcu，直至控制牽引逆變器和制動(dòng)斬波器igbt的門極脈沖）。

　　圖6為制動(dòng)時(shí)，牽引逆變器模塊相電流、輸出功率與列車速度關(guān)系曲線。從曲線中可以看出，在dc1500v/80～60km/h時(shí)，再生制動(dòng)電流超過800a，輸出反饋功率約5800kw;在dc1800v/80～65km/h時(shí)，再生制動(dòng)電流約700a，輸出反饋功率約6000kw。

　?。?） 加速度和減速度的控制是自動(dòng)連續(xù)的

　　逆變器的輸出電流即電機(jī)電流（牽引時(shí)為正，電制動(dòng)時(shí)為負(fù)），它在逆變器的可控元件（igbt）和不可控元件（續(xù)流二極管）中交替流通，其分擔(dān)比例隨逆變器輸出電壓的高低、牽引和再生制動(dòng)的工況不同而變化。

　　牽引時(shí)，若逆變器輸出電壓高，則igbt分擔(dān)的電流大，若輸出電壓低，則分擔(dān)的電流小。igbt分擔(dān)的比例為50%～100%。

　　再生制動(dòng)時(shí)，逆變器交流側(cè)電壓（即牽引電機(jī)在發(fā)電機(jī)工況時(shí)的輸出電壓）越高，續(xù)流二極管分擔(dān)的電流越大，續(xù)流二極管分擔(dān)的比例為50～100%。

　　sz1列車牽引和制動(dòng)特性曲線如圖7所示。

　　模擬條件：

　　·牽引時(shí)，網(wǎng)壓dc1000v，1500v

　　·制動(dòng)時(shí)，網(wǎng)壓dc1000v，1500v

　　dc1650v，1800v

　　·列車最大速度：80km/h

　　·車輪直徑：0.805m（半磨耗）

　　·aw2負(fù)載：342.6t

　　·aw3負(fù)載：377.5t

　?。?） 當(dāng)方向/方式手柄在ato位時(shí)， 列車允許由ato裝置控制， 進(jìn)入自動(dòng)駕駛模式，

　　實(shí)現(xiàn)牽引、巡航、惰行、制動(dòng);但司機(jī)控制器調(diào)速手柄保留快速制動(dòng)功能，確保安全。

　　4.3 特殊運(yùn)行方式

　　“爬行”（低速）牽引功能， 用于洗車（維持3±0.5km/h速度）。

　　4.4 電制動(dòng)控制

　?。?） 在手動(dòng)模式和自動(dòng)駕駛模式（ato）下，對(duì)所有的速度條件下的減速控制均有效。

　　（2） 再生制動(dòng)和電阻制動(dòng)能力在額定網(wǎng)壓和額定負(fù)荷aw2下，均能滿足列車常用制動(dòng)的要求。

　?。?） 再生制動(dòng)和電阻制動(dòng)的轉(zhuǎn)換控制

　　當(dāng)接觸網(wǎng)具有接收能力時(shí)，采用再生制動(dòng);當(dāng)接觸網(wǎng)不能吸收再生能量時(shí)，再生制動(dòng)部分或全部轉(zhuǎn)為電阻制動(dòng)。轉(zhuǎn)換過程的控制應(yīng)平滑，且不需空氣制動(dòng)介入。

5 結(jié)束語

　　對(duì)sz1地鐵的新型逆變器系統(tǒng)的描述，是作者現(xiàn)階段的膚淺認(rèn)識(shí)，有待調(diào)試、驗(yàn)收、運(yùn)營檢驗(yàn)后修正和確認(rèn)。因此，本文僅作信息交流，僅供參考，敬請(qǐng)批評(píng)指正，以便日后作專題討論。