劉文莉

摘要：現(xiàn)階段，技術發(fā)展迅速，相關的交通運輸中各類技術應用發(fā)展，促進了交通智能化的逐步實現(xiàn)。隨著大眾對于出行的要求不斷提升，需要現(xiàn)代鐵路交通進一步嚴格要求，不斷促進自身各方面性能和服務能力的提升。就電力機車輔助變流器而言，在整流部分主要應用的是PWM整流器，借助這樣的整流器實施整流控制，能夠有效降低電網(wǎng)的諧波污染，緩解功率因素不足的問題。對此，需要根據(jù)不同情況，合理選擇控制方案，保證控制效果。本文主要基于電力機車輔助變流器PWM整流器進行分析，分析機車輔助變流器發(fā)展概況，介紹電動機車輔助變流器PWM整流器類型，探究電力機車輔助變流器PWM整流器的控制技術。

關鍵詞：電力機車;輔助變流器;PWM整流器;控制技術

Abstract： At this stage， technology is developing rapidly. In the relevant transportation， the development of various technology applications has promoted the gradual realization of transportation intelligence. As the public's requirements for travel continue to increase， modern railway transportation is required to be more stringent and continue to promote its own performance and service capabilities. As far as the auxiliary converters of electric locomotives are concerned， the main application in the rectification part is the PWM rectifier. With such a rectifier， the rectification control can effectively reduce the harmonic pollution of the power grid and alleviate the problem of insufficient power factor. In this regard， it is necessary to reasonably select the control scheme according to different situations to ensure the control effect. This article mainly analyzes the PWM rectifier of the auxiliary converter of the electric locomotive and the development of the auxiliary converter of the locomotive， introduces the type of the PWM rectifier of the auxiliary converter of the electric locomotive， and explores the control technology.

Key words： electric locomotive;auxiliary converter;PWM rectifier;control technology

0? 引言

經(jīng)過幾十年的研究與發(fā)展，PWM整流器技術已日趨成熟。根據(jù)其能量是否可雙向流動從而派生出可逆PWM整流器和不可逆PWM整流器;而其拓撲結構從最初的單向、三相電路發(fā)展到多相組合以及多電平拓撲電路;在控制開關方面，軟開關調制逐漸開始代替單純的硬開關調制;其功率等級從千瓦級發(fā)展到兆瓦級。研究電力機車輔助變流器PWM整流器控制，對于促進相關電力機車控制效果提升，促進電力機車性能改善具有重要意義。

1? 機車輔助變流器發(fā)展概述

作為機車系統(tǒng)的重要組成部分，機車輔助系統(tǒng)中包含了通風、冷卻系統(tǒng)、壓縮機、空調等設備，機車輔助系統(tǒng)的作用是為機車牽引以及制定提供有效保障，機車輔助系統(tǒng)的質量對于機車的有效運行會產(chǎn)生較大的影響。傳統(tǒng)的電力機車輔助系統(tǒng)一般應用的是電動發(fā)電機組或者是劈相機供電模式，主要應用在交直流傳動機車中，這些技術系統(tǒng)相對成熟，不過整體的體積大、重量重，使用中的噪音也比較大，具體的系統(tǒng)維護工作量也很大，很難實現(xiàn)節(jié)能目標。針對角質傳動電力機車的機車輔助變流器應用，更多的是使用劈相機購電輔助，這種輔助系統(tǒng)的問題在于三相輸出電壓不平衡且隨著輸入電壓不斷變化，這對于輔助電機是不利的。而輔助變流器供電模式中，應用交直交型交流傳動機車以及部分交直型機車，這類機車使用交流傳動模式輔助系統(tǒng)，在相應輔助系統(tǒng)中，包含三相輸出電壓，具體的系統(tǒng)優(yōu)勢突出，能夠發(fā)揮節(jié)能降噪的效果，且系統(tǒng)的維護工作量不斷，系統(tǒng)的總體重量輕。目前輔助交流器在很多國家的發(fā)展應用已經(jīng)比較成熟，且發(fā)展也初具規(guī)模。

2? 電動機車輔助交流器PWM整流器類型

就PWM整流器而言，又可稱為升壓整流器或者是四象限整流器。在相關技術快速發(fā)展的情況下，和PWM整流器相關的技術也得到了快速發(fā)展，促使交流側電流波形正弦化能夠實現(xiàn)，假設相應功率影響因素恒定時，能夠對于能量的流動方向實現(xiàn)有效控制，保證節(jié)能目標實現(xiàn)。

目前，對于PWM整流器的研究還在進一步開展中，相應的四象限整流器的品種也越來越多樣化，相應的整流器產(chǎn)品不斷推出。在實際的劃分中，按照相應的劃分標準，能夠將相關部門劃分為多種，例如，可以按照整流后的直流側儲能模式差異實施類型劃分，這樣就可以氛圍電壓型拓撲結構以及電流型拓撲結構。如果是分句拓撲結構來進行劃分，可以分為半橋結構以及全橋結構;要是根據(jù)網(wǎng)測交流電源電壓相數(shù)分類，可以分為單相拓撲結構以及三相拓撲結構;要是根據(jù)電平調制，可以按照兩電平、三電平以及多電平類型劃分。綜上所述，目前市場中PWM整流器在種類以及分類方式上都具有多樣性，但在實際的應用中，需要按照各自的特點，基于主電路結構來進行劃分，這樣就可以獲得電壓型以及電流型整流器類型。

3? 電動機車輔助變流器PWM整流器控制措施

通常來說，電力機車輔助變流器是單相供電模式，在主電路拓撲結構中，整流器則是核心部件。所以，要確保控制措施的合理性選擇，才能夠滿足單位功率因數(shù)需要，保證電流波形趨于正弦波發(fā)展，這樣才能夠避免造成環(huán)境干擾。此外，在網(wǎng)壓以及輸出負載特性變化的情況下，保證整流器的穩(wěn)壓型，確保相關直流側電壓以及網(wǎng)側電流的穩(wěn)定性，PWM整流器的具體控制方案也有多種選擇，常用的控制措施包含間接電流法、直接電流法以及預測電流法等。

3.1 間接電流控制

就這一電流控制模式來看，這里的主要思想是保證整流器輸入電壓和網(wǎng)測電壓幅值、相位等結合起來，這樣才能夠確保電流控制，在電動機車輔助變流器的PWM整流器控制措施中，間接電流法來實施控制的積極作用主要包含以下幾點：第一，這種控制無需實施電流采樣;第二，具體的控制成本比較低;第三，相關控制操作簡單，便于操作使用;第四，能夠確保良好的靜態(tài)特征。

這種控制模式也有相應的缺陷，這種控制模式忽視了暫態(tài)過程中狀態(tài)量的影響因素，這樣會造成電流超調量將近一倍，導致電流不穩(wěn)定，甚至會產(chǎn)生嚴重的振蕩，與此同時，還可能導致相應的響應過程更加緩慢。對此，應該添加電流微分，對于相應的反饋措施進行調整和完善，還可以嘗試通過應用串聯(lián)模式來增加補償器，確保響應問題得到有效解決。

總體來看，因為這種控制模式的優(yōu)缺點，導致其在一些復雜結構中的應用并不是十分適合，因此這種控制模式更多的是應用在簡單結構中，且在時間推移的情況下，相應控制方式也逐漸被直流控制模式取代。

3.2 直流電流控制

直流電流法的控制原理實際上就是首先實現(xiàn)對于一個確定信號的設定，再直接控制網(wǎng)側電流，確保其跟蹤給定信號的一種控制方案。因此，在實際應用中，需要進行電流值的采樣，進行電流控制環(huán)設置，這樣才能夠實現(xiàn)對于給定電流值的跟隨，實現(xiàn)理想的動態(tài)特征。在目前應用的電動機車輔助變流器中，PWM整流器控制措施是電流電壓雙閉環(huán)控制措施，借助對于電壓外環(huán)控制器輸出進行應用，將這里的輸出的電壓作為電流內環(huán)給定指令，因為電流內環(huán)能夠實現(xiàn)輸入電流控制，達到對于給定信號的有效跟蹤效果，這種跟蹤的整體速度快。

相對于間接電流控制來說，這一電流控制的最大區(qū)分是網(wǎng)測沒有電流閉環(huán)控制的引入，整流器的整體電流動靜態(tài)性能能夠獲得顯著提升。所以，相對于間接電流控制模式來說，直接電流控制的應用優(yōu)勢突出，在具體的應用中，相應的電壓型整流器直接電流控制措施應用也逐漸拓展。

就目前在電力機車輔助變流器整流器應用中，應用最多的直接電流控制措施包含以下兩種：

第一種是固定開關頻率PWM電流控制，這種控制措施主要是PWM載波頻率保持固定不變，將電流偏差量當做調制波的具體控制措施。總體來看，這種控制方法會更加簡單，操作也很便利，且很容易實現(xiàn)。此外，因為開關頻率是固定狀態(tài)，所以能夠有效降低網(wǎng)測濾波電感設計困難，能夠實現(xiàn)對于功率開關損害的有效抑制。不過，這種控制措施的不足在于電流動態(tài)響應速度很慢，且在電流動態(tài)變化情況下，相應的偏差會隨著電流變化不斷變化。

第二種是滯環(huán)電流控制措施。這種控制措施實際上是瞬時電流反饋控制方案，在電壓型整流以及相關逆變控制中應用比較多。這種控制措施能夠對于相關的采樣交流信號以及給定值信號進行對比，再對兩者偏差進行輸入，這樣就能夠實現(xiàn)對相關開關的控制。這一控制措施的優(yōu)勢是具體的控制結構很簡單，響應速度快。不過，不足的是，滯環(huán)電流法在相應工頻周期中開關頻率是在不斷變化的，這樣就導致電流諧波在相應頻率上的分布顯得十分分散，這樣對于濾波器的設計難度會加大。

4? 總結

根據(jù)上述分析，電動機車輔助變流器是電力機車中的重要組成結構，作用重大。為使PWM整流電路獲得輸入電流正弦且和輸入電壓同相位的控制效果，根據(jù)有無電流反饋可將控制方式分兩種：間接電流控制和直接電流控制。間接電流控制沒有引入電流反饋，其動態(tài)特性差，較少應用。直接電流反饋則通過運算求出交流輸入電流參考值，再采用交流電流反饋來直接控制輸入電流，使其跟蹤參考值，獲得期望的輸入特性。輔助變流器的實際性能、工作狀態(tài)，均對牽引變流器電路工作狀態(tài)產(chǎn)生直接的影響，同時，對于穩(wěn)定電力機車系統(tǒng)，促進安全運行方面也具有重要影響。所以，應該要針對電力機車輔助變流器進行有效控制，在滿足相關電力機車基本運行需要的情況下，保證整體設計模塊簡化，有效降低電力機車運營成本，實現(xiàn)對于電力機車輔助系統(tǒng)整體性能優(yōu)化。

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