城轨车辆辅助逆变系统的设计研究

城轨车辆辅助逆变系统的设计研究

辅助逆变系统是城轨车辆电气化装备的重要组成部分,负责为所有的辅助负载设备提供电能,其重要性不言而喻。现有的辅助逆变系统结构中,常选用Δ/Yo工频变压器来达到隔离变压和提供中性线的目的,但是工频变压器存在体积和重量大的突出缺点,导致整个辅助逆变系统的体积重量庞大。

鉴于此,本文设计了一套相对轻量化的系统,使用高频隔离变压器,能显著减小系统的体积和重量。本文首先归纳了现有辅助逆变系统的主电路拓扑结构,经比较分析后选定了所要设计的轻量化结构,主要包括含高频变压器的移相全桥DC/DC变换器和三相四桥臂逆变器,并根据辅助逆变系统的技术要求设计了系统的参数。

接着建立了高频隔离移相全桥DC/DC变换器的小信号模型,并推导出相关的传递函数,从而对变换器的闭环控制系统进行了补偿设计。对于四桥臂逆变器,负载不平衡时造成三相电压不平衡的原因是产生的负序和零序分量叠加在正序电压上,针对此问题,本文设计了一套基于对称分量法和双旋转坐标变换的改进型分序解耦控制策略,分别抑制电压的负序和零序分量,只保留正序分量达到三相负载电压平衡的目的。

分析了四桥臂逆变器的三维空间矢量脉宽调制(3D-SVPWM)算法,在此基础上提出了一种简化算法,能够减少一半的计算量。最后在Matlab/Simulink中分别搭建了 DC/DC变换系统和四桥臂逆变系统的仿真模型。

验证了采用移相控制的DC/DC变换系统可以达到隔离和输出稳压的目的,同时能实现零电压开关,减小开关损耗;然后验证了四桥臂逆变系统在三相负载平衡、负载不平衡和负载突变等情况下均能输出符合要求的三相平衡电压。总之,由高频隔离移相全桥变换器和四桥

臂逆变器组成的辅助逆变系统,在实现结构轻量化的同时还能提供高质量的三相四线制电源,可以解决复杂辅助负载设备引起的三相电压不平衡问题。

本文通过简化复杂的控制系统,为此方案的实际应用提供了有利条件。