CRH5牵引逆变器的建模与仿真.doc

1、中文摘要随着国际化进程的加快，各国在各个方面展开了激烈的竞争，与此同时，各国在技术上的交流也变得更快更广。再加上我国经济的飞速发展，对铁路运输的需求不断增大，致使我国高速铁路迎来了一个发展的黄金时期。铁道部为了加快我国高速动车组的发展速度，引进了CRH5型动车组。对其结构性能的深入研究，有利于加快我国高速动车组发展的步伐。本文主要介绍CRH5实际采用的牵引逆变器的结构和原理，并通过理论推导与仿真模拟相结合的方式系统研究CRH5牵引逆变器的性能和控制方法。CRH5逆变器部分的作用是通过控制IGBT的导通顺序来把直流电变为电压频率可调的三相交流电，简称VVVF。一般用矢量控制技术，多种PWM模式优

2、化调制。CRH5牵引逆变器采用的是两电平结构，逆变器输出电压频率可调的02808V的三相交流电压来控制每台牵引电动机。CRH5牵引电动机在仿真模拟时，用异步电动机模型代替。通过对CRH5牵引逆变器及其所采用的异步电动机的结构和原理进行深入分析后，可以得出CRH5牵引逆变系统的数学模型，并通过数学模型来建立Simulink仿真模型。仿真模型建立后，进行系统仿真，得到仿真结果，分析仿真结果，就可得出CRH5牵引逆变系统的各种性能。由于时间和精力有限，本次设计中，我对CRH5牵引逆变系统的模拟仿真主要是采用转子磁场定向的矢量控制方法，其它控制方法只作了简单介绍。由仿真结果可知：矢量控制方法能使电机有

3、比较好的动态性能，超调很少，带负载时转速能稳步提升。由研究结果可知，CRH5牵引逆变系统采用的系统结构和控制方法使系统有很强的快速性和稳定性，从而使列车能高速稳定地运行。关键词：牵引逆变器；优化调制；转子磁场定向；矢量控制 ABSTRACT With the accelerated process of internationalization，there are fierce competitions through countries in all aspects. Then add on the rapid development of Chinas economy, the deman

4、d for rail transport is continuously by a large, lead to high-speed railway in china ushered in a golden age of development. To speed up the development of high-speed EMU, the ministry of railways imported CRH5-EMU from France. The study of its structure and properties will speed up the development

5、of our countrys EMU.This article is mainly to introduce the traction inverter which CRH5 used. Through combining actual measurement and theoretical derivation, the rationality of the methods of control applied in CRH5 traction inverter is proved. CRH5 traction inverter use the method of combine Vect

6、or control and Optimization of modulation, by controlling the IGBTs turn-on sequence, change DC into Three-Phase AC which frequency and amplitude is adjustable. Then use the Three-Phase AC drive the Asynchronous motor. This method is called VVVF.Through the study of CRH5s traction inverter and the A

7、synchronous motor which CRH5 used, we can derive the mathematic model. Then we can build the simulation model of it. Finally, we can learn the CRH5 traction inverters performance by the analysis of its simulation results. Whats more, I can also draw the waveform of it, so I can analyze it more easil

8、y.As for the limited time and energy, I just use the Rotor flux oriented vector control method when simulation, other methods only for a brief introduction.The simulation result show us: By use the Rotor flux oriented vector control method, CRH5 traction inverter system has a good speed and stabilit

9、y. This ensures the CRH5 EMU run fast and stable.KEY WORDS：Traction inverter, Optimization of modulation, Rotor flux oriented, vector controlII目录中文摘要IABSTRACTII第一章 高速动车组综述11.1 国外高速动车组概况11.2 我国高速动车组发展情况31.3 CRH5高速动车组基本性能4第二章 CRH5牵引逆变器简介62.1 CRH5牵引变流器的结构及组成62.2 CRH5牵引逆变器的结构72.3 CRH5牵引逆变器工作原理9第三章 CRH5牵

10、引逆变器的控制123.1 CRH5牵引电机的特性分析123.2 牵引逆变器的控制策略分析153.3 转子磁场定向的矢量控制17第四章 CRH5牵引逆变器的建模与仿真234.1 SIMULINK简介234.2 CRH5牵引逆变系统的仿真244.3 各子模块的仿真模型244.4 仿真波形及分析26结论32致谢33参考文献34CRH5型动车组牵引逆变器的建模与仿真 第一章 高速动车组综述第一章 高速动车组综述 铁路运输是一种最有效的已知陆上交通方式。铁轨能提供极光滑坚硬的媒介让火车的车轮在上面以最小的摩擦力滚动。这样，在火车上面的人会感到更舒适，而且节省能量。如果配置得当，铁路运输可以比路面运输运载

11、同一重量客、货物时节省五至七成能量。而且，铁轨能平均分散火车的重量，令火车的载重力大大提高。 而且铁路运输具有速度快、运量大、能耗低、污染轻、安全性好等诸多优点，一直都是世界各国现代化交通运输体系中最为重要的运输手段，在国民经济的发展中发挥着不可替代的作用。近年来，随着经济全球化的速度不断加快，各国在经济文化，商品交流等方面有了更高的要求，这就要求在国内和国际间必须建立更好的铁路系统：而人民生活水平的不断提高，也使人们对铁路运输服务质量的要求也愈来愈高。铁路运输服务质量的一个重要的判定标准就是列车是否能高速稳定地运行。为了促进社会经济的长足发展，许多国家一直致力于推动本国及周边地区的铁路交通技

12、术装备的现代化进程，力求使铁路运输更好更快地发展。 1.1 国外高速动车组概况高速动车组的发展已成为当今世界铁路技术发展的热点，是铁路现代化高新技术的综合集成。世界上最早的高速铁路干线是1964年10月1日开通的日本东海道新干线，它开启了世界铁路史上的新篇章。随着第一列高铁 “光子号”从东京驶向大阪，标志着世界上真正意义的高速列车诞生。再经过40余年的发展，形成了以日本新干线、法国TGV和德国ICE高速动车组为代表的三大技术体系。各国从本国的实际需要出发，研发出各具特色的高铁技术，为推动世界铁路的高速化、现代化发展起到了重要的推动作用。日本是世界上最早研发高速动车组的国家，在计划修建东海道新干

13、线时，其高速动车组设计就已经同步展开。0系新干线列车成为世界上最早运行的高速动车组。随着新干线网络的不断扩大，为了在不同的线路条件下提高列车运行速度和乘客的舒适度，降低列车对环境的影响，相关企业与研究机构在0系、100系、200系、100N系列车的基础上先后开发了300系、400系、500系、700系、N700系、800系、El系、E2系、E3系、E4系等干线列车和WIN350、300X、STAR21、FASTECH、E954系等试验列车，共有二十余种新干线使用电动车组。其动车组轻量化、现代化水平已是世界先进水平的代表。法国也是世界铁路运输最发达的国家之一，早在1955年3月29日，就创造了电

14、力机车运行速度331km/h的记录，到1967年5月，最高速度达200km/h的CC-6500型电力机车牵引客车实现商业运行。但随着社会的发展，在20世纪70年代，迅速崛起的公路和航空运输使法国铁路遭受到了前所未有的冲击，传统铁路越来越表现出诸多局限性。就在此时，日本新干线的建成投运大大激发了法国铁路同行的积极性。自1967年起，法国国营铁路公司(SNCF)开始着手研究高速运输。在设计制造高速动车组时，法国首先想到的是将用于航空的燃气涡轮发动机用于铁路动车组，并在1969年11月，研制成功了第一代ETG型燃气轮动车组，最高试验速度达到248km/h。随后，为了进一步提高燃气轮动车组运行速度，又

15、研制出第二代ETG型燃气轮动车组，最高试验速度为260km/h。为了配合在巴黎里昂建设高速铁路，1972年，法国还研制了最高试验速度达到381km/h的第三代TGV-001型燃气轮动车组。1973年中东战争引起第一次世界石油危机后，法国开始将高速动车组技术政策转向电力牵引，并率先在欧洲实行将提速、环保、能源充分利用、技术现代化以及经济可靠性进行综合考虑的技术方针。1973年，法国研制出第一列Z7001电牵引动车组。自1976年开始，法国开始着力研究交直传动的TGV-PSE动车组，并在1981年9月投入运用。此后，法国先后研制了交-直-交传动的TGV-A、TGV-R、TGV-2N、TGV-TMS

16、T、西班牙AVE、TGV-PBKA、TGV-K等型号的高速动车组。其中，TGV-A325号动车组于1990年5月在大西洋线创造了以515.3km/h高速行车的世界纪录。这个纪录保持了17年后，再次由法国打破，2007年4月3日，法国试验动车组V150创造了574.5km/h的高速铁路试验速度新纪录。在铁路建设方面，德国可以说是历史最悠久的国家。其原因是德国的政治家比其他欧洲国家更早地认识到了铁路的重要性。早在1970年，原联邦德国政府技术研究部就开始组织对未来长途运输系统新技术的研究。但是在发展高速铁路时到底是采用磁悬浮技术还是轮轨技术的问题上，德国经过了旷日持久的论战，影响了德国铁路高速化的

17、进程，1973年和1976年动工修建的两条高速新线进展缓慢。直到20世纪80年代中期，原联邦德国政府才意识到以往政策的失误，同时法国TGV列车的成功运营也刺激着素以高技术著称的德国，原联邦德国政府加快了发展高速铁路的步伐。1982年8月，联邦铁路局投资1200万马克，试制ICE试验型城际快车。1985年，2动3拖的ICE/V试验型高速电动车组试制成功，同年，其最高试验速度达到 317km/h。1988年5月，ICE/V型实验列车在汉诺威维尔茨堡间创造了 406.9km/h的高速动车组速度记录。在ICE/V的基础上，1985年12月联邦铁路局确定了ICE设计任务书，1986年开始试制ICE1型高

18、速动车组，1990年7月试制完成，并于1991年6月2日以280km/h的速度正式投入运行。1991年原东、西德统一后，德国政府决定修建柏林汉诺威的高速铁路，同时开始了第二代ICE高速动车组ICE2的开发，1996年，该型动车组投入运用。德国1995年开始动工修建的科隆法兰克福的高速铁路最高运行速度提高到了300km/h，线路最大坡度达到40%。，既有的ICE1、ICE2型列车已经不能满足运行需要。为此，德国铁路于1994年向工业界订购了50列ICE3型动力分散电动车组并于1997年投入运行。此外，为了在既有线路实现列车运行速度的提高，德国铁路还开发了ICT型摆式动车组。目前，运行速度达到35

19、0km/h的ICE21型高速电动车组正在研制中。日本、法国和德国高速铁路的成功经验有力地带动了世界其它国家和地区高速铁路的发展，意大利、西班牙、瑞典、韩国和我国台湾地区均已有高速铁路投入运行。瑞典等一些国家除采用日本、法国和德国的技术外，还通过采用摆式列车提高列车运行速度，以实现既有线路高速化，取得了很好的效果。在以后的动车组的发展中，车体结构、转向架和动力设备将不断轻型化以满足轴重减轻的要求；注重通用性和多电流制方式，满足不同国家和地区的运营需要也是制造商普遍关注的问题；摆式车体技术、新型功率半导体器件、交流异步电动机传动将得到广泛应用；在更高的速度等级上，动力分散布置将成为动车组下一步的发

20、展方向。1.2 我国高速动车组发展情况我国动车组发展起步较晚。自20世纪50年代开始引进动车组这一列车运行模式起，先后从法国，匈牙利等国引进技术。随后，我国自行设计制造的“东风”号双层动车组在北京天津等区段投入试验运行，但由于不能适应传统机车车辆的运用、管理及检修体制，动车组并未得到广泛的运用。改革开放以后，市场经济不断发展，引起了人员流动的加快，运输量的增加也促进了各种交通方式之间的竞争。中国铁路面对激烈的客运竞争，逐渐认识到动车组的特有优势。1989年，长春客车厂与株洲电力机车研究所试制出一列KDZ1型动力分散型动车组，环行线实验速度达到142.5km/h。随后，随着列车全面提速战略的实施

21、，我国机车车辆工业企业设计制造出多种内燃、电力动车组。1998年唐山机车车辆厂于设计制造了“庐山”号双层内燃动车组并在南昌铁路局投入运用，随后四方机车车辆厂、大连机车车辆厂、南京浦镇车辆厂、长春客车厂等企业先后设计制造了“晋龙”号、“申州”号、“新曙光”号等单、双层内燃动车组，部分车型最高运行速度达到 180km/h，并先后在太原运城、北京天津、兰州西宁和上海杭州南京等区段投入运用。此外，我国机车车辆工业企业与各高校合作，设计了动力集中和动力分散两种摆式内燃动车组并投入试验。电动车组方面，为满足99昆明世界园艺博览会的需要，长春客车厂1999年制造了“春城”号动车组，并在我国第一次实现电动车组

22、商业运营。为满足广州一深圳间城际运输的需要，株洲电力机车厂与长春客车厂等单位合作，先后设计制造了DDJ1型“大白鳖”号和DJJ1型“蓝箭”号动车组，特别是DJJ2型“中华之星”动力集中型电动车组最高试验速度达到 321.5km/h，为我国列车试验最高速度。在这以后，我国机车车辆工业企业再接再厉，制造了“中原之星” 、“长白山”和“先锋”号动力分散型动车组，其中“先锋”号动力分散型动车组最高试验速度达到了292.2km/h。另外，我国还从瑞典ABB公司引进的X2000摆式动车组在广深铁路投入运用。为进一步提高我国自行设计和制造高速动车组的能力，达到第六次列车提速运行时速达到200km/h的要求，

23、我国机车车辆工业企业引进国外先进技术制造了“和谐号”CRH1、CRH2、CRH3和CRH5型动力分散型高速动车组，并已经投入运营，其中有些动车组在部分区段最高运营速度可达到250km/h，其中CRH3的运营速度已超过了300km/h。首组CRH5已于2006年12月11日从意大利Savigilano登船运往中国，至2007年1月28日抵达大连港。第一组由中国生产的CRH5已于2007年春出厂。CRH5已于4月18日起运行于秦沈线上，其中CRH5-001A为原装进口车，CRH5-004A为散件组装车，CRH5-010A、CRH5-011A、CRH5-012A均为采用部分进口部件的国产车，在秦沈线

24、上的最高运营速度是250km/h，秦皇岛至沈阳北站之间的运行速度达202Km/h。1.3 CRH5高速动车组基本性能在时速200公里的高速动车组技术引进项目中，CRH5动车组是由长春轨道客车股份有限公司和法国阿尔斯通公司合作生产，该动车组是在阿尔斯通公司为芬兰提供的SM3动车组基础上改进设计的动力分散型电动车组，采用八辆编制，两个动力单元，五动三拖，定员622人，最高运营速度200km/h，最高试验速度250km/h，最大牵引功率5500kw，平均起动加速度0.56m/s2，具有车体强度高、起动加速度大、噪音低、防火性能好、安全可靠性高、维护量小、寿命长等优点。 CRH5高速动车组采用了大流线

25、型车头，车体使用大断面铝合金闭口型材、开口型材和板材制造，是当前国际铁路上技术最成熟的超轻量化铝合金车体结构之一，车体强度按照UIC566、EN12663标准执行，转向架是属于ETR的转向架系列，同时采用摆式车辆转向架，配有世界上最先进成熟的倾摆机构，能够保证列车在高速运行时具有良好的平稳性，采用空心车轴、磨耗型踏面、整体车轮、SKF-TBU锥形滚珠轴承，经过动力学仿真优化的两系悬挂确保了转向架的优良性能；车内装饰全部采用环保、防火、轻量化的航空用三明治蜂窝内装材料；牵引系统采用轴控方式，粘着利用高，防滑性能好，降低了对轮径偏差的要求；在制动方面采用了微机控制的直通式电空联合制动系统，可以根据

26、列车的运行速度和载重情况等实现精准的均匀减速。另外，CRH5型动车组所使用的列车网络控制系统完全符合国际TCN标准，实现了列车的智能化自动控制和状态监测；采取了一系列隔音降噪措施，有效地降低了列车内部噪音，当列车以200km/h速度运行时车内的噪声不高于65dB；采用全自动恒温空调系统，并配备有自动的压力保护装置，可以避免动车组在高速运行时会车或进入隧道时由于空气压力的波动而使乘客产生不舒服的感觉；低噪音，在以200km/h速度运行时列车的外部噪声不超过88dB。CRH5动车组的主要技术参数如表1.1所示1。表1.1 CRH5动车组的主要技术参数编组型式（M+M+T+M）+（T+T+M+M）车

27、辆数量8辆最高运营速度200（km/h）最高实验速度250（km/h）适应轨距1435（mm）传动方式交直交动力配置5M3T列车长度211.5（m）受流电压制式AC25kv，50Hz牵引变流器IGBT水冷，VVVF牵引电机564kw轮周处的最大牵引功率5500kw200km/h0平均减速度0.79m/s2200km/h0紧急制动距离Rm，故在等值电路中，往往将Rm忽略。因此，在不考虑空间和时间谐波、忽略磁饱和及铁损的前提下，三相异步电动机的稳态等值电路如图2.4(b)所示3。 图2.4 异步电动机的等值电路 图中：Us、Is-电源相电压、电机定子电流； Is-归算到定子侧的转子电流； Es-定

28、子感应电势； Er-归算到定子侧的转子全磁通在转子绕组中产生的感应电势；s-转差率，即转差频率和定子频率的比值，s=fslfs；Rs、Xs-定子绕组电阻、漏电抗；Rr、Xr-归算到定子侧的转子电阻、漏电抗；Rm、Xm-励磁电阻、电抗；根据异步电机的等值电路，可写出异步电机一相的电压方程为： Us=Es+IsRs+jXs (2.1) Es=IsRrs+jXr (2.2) 通过气隙传入转子的电磁功率为： Pe=3EsIrcosr=3Ir2Rrs (2.3) 其电磁转矩为： T=Pes=3np2fsEsIscosr=3np2fsIr2Rss (2.4) 其中， cosr=RrsRrs2+Xr2转子的

29、功率因数； np极对数； s旋转磁场的同步角速度； fs电源频率2.3 CRH5牵引逆变器工作原理CRH5牵引变流器采用了两电平主电路拓扑结构，计算合理的支撑电容值以设计出可以消除二次谐波的滤波装置，利用牵引变压器绕组的等效电感代替整流器交流侧的连接电感。在牵引工况下，脉冲整流器将牵引变压器二次侧输出的1770V单相交流电变换成直流电，经中间直流电路将32003600V的直流电输出给牵引逆变器，牵引逆变器经过电压变换，输出电压/频率均可调的三相交流电源(电压：02080V；频率：0180Hz)，并用此电压驱动CRH5牵引电机，牵引电机的转矩和转速通过齿轮变速箱和万向轴传递给轮对，带动列车运行；

30、在制动工况下，进行回馈制动时，通过控制牵引逆变器，可以使牵引电机处于发电状态，将发出的三相交流电传送给处于整流状态的牵引逆变器，经中间直流回路稳压后，被处于逆变工况的脉冲整流器变为单相交流电，该交流电经过真空断路器、受电弓等高压设备反馈给接触网，实现能量再生，当列车处于分相区或速度过低时，便进入能耗制动，此时通过控制斩波器将能量消耗在制动电阻器上4。当列车运行在牵引工况时，将三相鼠笼式异步电机等效为星型连接的对称感性负载。两个三相半桥式逆变器由同一直流电压环节供电，分别对两台异步电机提供幅值和频率均可调的三相电压，根据电机的牵引特性控制IGBT的通断便可以调节输出电压的幅值和频率，完成DC/A

31、C变换；在回馈制动工况下，牵引逆变器处于整流状态，利用电机三相绕组的漏感构成了电压型PWM整流器，当电机的运行速度较高时，靠反并联二极管的续流作用即可实现能量再生运行，当电机在较低速度运行时，利用逆变器的升压斩波等效模式也可实现能量再生运行。在同一桥臂上下两只功率器件相互换流的180度导通型的三相逆变器中，任何时刻电路中总有三只器件导通，实际应用时，采用“先断后通”的原则插入“死区时间”，从而可防止同一桥臂上下两只器件同时导通。若用KT表示可控器件的导通数，KD表示二极管的导通数，则KT与KD之和为3，归纳逆变桥在感性负载下的工作模式为： 第一模式：KT=3，KD=0(假设桥中T1、T2和T3

32、导通)，由于电路中都是可控型器件导通，负载从直流电源处获得能量； 第二模式：KT=2，KD=1(假设桥中T1、T2和D3导通)，在这种工作状态下，一方面电源沿T1T2向负载输送电能，另一方面由于T1和D3导通，A、B两相负载沿T1D3构成闭合回路，流过环流； 第三模式：KT=1，KD=2(假设桥中T1、D2和D3导通)，在这种工作状态下，一方面负载沿T1D3形成闭合回路，产生环流，另一方面负载沿D2D3反馈能量到直流侧； 第四模式：KT=0，KD=3(假设桥中D3、D4和D5导通)，此时负载中的能量经过二极管反馈到直流侧。在三相两电平逆变桥中，若假设上桥臂导通为1、下桥臂导通为0，则三相半桥两

33、电平逆变器存在100、110、010、011、001、101与111、000共8种工作状态，如图2.5所示5。 图2.5 逆变器开关状态及其编码 CRH5型动车组牵引逆变器的建模与仿真 第三章 CRH5牵引逆变器的控制 第三章 CRH5牵引逆变器的控制CRH5型动车组的牵引逆变器采用了同步调制、异步调制、预先计算角度及方波调制四种调制方式产生驱动IGBT通断的PWM脉冲，利用转子磁场定向的矢量控制形成磁链闭环及电流闭环系统，保证列车高速稳定运行。由于牵引逆变器直接与牵引电机相连，为牵引电机提供了幅值与频率均可调的三相电压，满足了牵引电机的运行特性，因此牵引逆变器与牵引电机紧密相连，对牵引逆变器

34、控制策略的研究必须充分考虑牵引电机的运行特性。3.1 CRH5牵引电机的特性分析运用于CRH5型动车组的牵引电机是法国ALSTOM公司的ORNANS(奥尔能)工厂为铁道部CA250动车组设计制造的6FJA3257A型牵引电机，其基本参数如表3.1所示6。 表3.1 牵引电机基本参数额定输出功率PN额定线电压额定电流效率功率因数额定频率转子额定转速额定转差率SN极对数564kw2089.3V211.22A93.5%0.79559.8Hz1177(r/min)1.6%3 为了满足CRH5动车组的运行特性，牵引电机需提供的转矩及功率与电机转速的关系如图3.1所示。 图3.1 牵引工况下CRH5电机转

35、矩及功率与转子转速关系图由图3-1可知，CRH5牵引电机主要运行在恒力矩特性区和恒功率特性区。(1)恒力矩特性区的各变量分析 由式(2.2)可得 Ir=EsRrs2+Xr2 (3.1)将式(3.1)代入式(2.4)得 T=3np2Esfs2fslRrRr2+2fslLr2 (3.2)根据交流电机感应电动势的公式Es=4.44N1kN1fsm=CEfsm 可以得到 m=EsCEfs (3.3)式(3.3)表明电动机的主礠通m正比于电势Es而反比于电源频率fs，由式(3.2)可知，若在调节时维持Esfs不变，亦即m为常数，则电磁转矩完全由转差频率fsl所决定，而与电源频率fs无关。将式(3.2)对

36、fs求导并令其等于0，可得到转子的临界转差频率 fm=Rs2Lr (3.4)将式(3.4)代入式（3.2）可得电动机的最大转矩为 Tm=3np2Esfs214lr (3.5) 该式表明，Tm的数值与T一样正比于气隙磁通的平方，但最大转矩的大小显然与转子电阻无关，仅反比于转子的漏电感，就给定的电机来说，Lr可视为常数，故在按恒定的比值EsRs进行调节时，电动机在不同的频率fs下其最大转矩的数值将保持不变，至于最大转矩所对应的转差频率fm，由式(3.4)可见，将受转子电阻的影响，但对转子电阻不能调节的鼠笼式三相异步电机来说，若忽略集肤效应，Rr亦是常数，因而临界转差频率fm也是定值，不同fs下的f

37、m值实际上是相同的。由图2.4(b)可得 Is=ImIr=EsjXmEsRrs+jXr=Ess1j2Lms+fslRr+j2Lrfsl (3.6)若维持Esfs不变，则定子电流完全由转差频率fsl所决定，而与电源频率fs无关。综上所述，在对三相异步电动机进行变频调速时，若维持Esfs关不变，则保证了电动机调速时所希望的每极磁通量m为常数，且最大转矩在不同的电源频率fs下始终不变，此时若能保证转差频率fsl为恒定值，即可得到恒定的转矩以满足动车组的恒力矩运行特性。然而，由于定子绕组的感应电动势是不可检测的内部物理量，难以直接控制，所以，在一般情况下都用定子电压代替定子绕组感应电势以实现恒力矩控制

38、。值得注意的是，低频时，Us和Es都比较小，定子漏磁阻抗压降所占的分量就比较大，不可忽略，这时必须把电压Us抬高一些以便近似地补偿定子压降;而高频时，认为定子相电压UsEs。(2)恒功率特性区的分析在一个闭环控制系统中，转差频率总是限定在小于fm的一个极小的范围内，s极小，此时Xr2，较之(Rss)2，可以忽略，则 Ir=EsRrs2+Xr2sEsRr=EsfslRsfs (3.7) 将式(3.7)代入式(2.4)得 T=3np2RrEsfs2fsl (3.8)动车组运行在恒功率特性区时，定子电压已提高到一定数值，可认为UsEs,故得 2fsT=Pe=3npRrUs2fslfs (3.9)为了

39、使电动机有恒定的输出功率，电压和频率的调节可以有两种不同的方式：1. 在任何频率fs下，保持Us不变，而fsl与fs按比例变化，即s=fslfs为常数。2. 在任何频率fs下，保持fsl不变，而Us与fs按比例变化，即Us2fs=常数。 Is=ImIr=EsjXmEsRrs+jXl=Us1j2fsLms+fslRrfs (3.10)对于CRH5型动车组的牵引电机而言，采用的是第一种调节方式，该调节方式可视为小逆变器与大电机的匹配，此时定子电流由式(3.10)可知近似为恒值7。3.2 牵引逆变器的控制策略分析动车组CRH5的牵引逆变器采用异步调制、分段同步调制、预先计算角度及方波四种调制方式产生

40、驱动IGBT通断的PWM脉冲1，并且，对于不同的定子电压频率段采用不同的调制方式，逆变器开关频率与定子电压频率间的关系如图3.2所示。 图3.2 逆变器开关频率与定子电压频率之间的关系 下面介绍实际运用于CRH5型动车组的四种调制方式，以及转子磁场定向的矢量控制形成的磁链闭环及电流闭环系统。具体分析方法如下：(1) 异步调制方式在实行SPWM脉宽调制时，在一个调制信号周期内所包含的三角载波的个数称为载波频率比N(亦即载波比)。在变频调速过程中，定子电压频率不断变化时，载波个数不变的调制称为同步调制，载波个数随定子电压频率相应变化的调制称为异步调制。对于异步调制方式，当正弦控制信号的频率变化时，

41、通常保持三角载波信号的频率和幅值不变。为了提高系统的低频工作性能，根据异步调制方式的特点，在异步电机刚启动时，CRH5牵引逆变器采用异步调制方式，具体情况是：当0Hzfz 6Hz时，载波频率fz =300Hz；当6Hzfz 20Hz时，fz =450Hz。(2) 分段同步调制方式同步调制指在改变调制波周期的同时成比例地改变载波周期，使载波频率与调制波频率的比值N保持不变。对于三相系统而言，为了保证三相之间对称，互差120度相位角，通常取载波比为3的整数倍，而且，为了保证双极性调制时每相波形的正、负半波对称，载波比必须是奇数，这样在调制波的180度处，载波的正、负半周恰好分布在180度的左右两侧，由于波形左右对称，就不会出现偶次谐波的问题。但是这种调制，在当逆变器输出频率较低时，为防止较小的载