1、 摘摘 要要 整流器作为电力机车电源侧变流器，是整个交流牵引传动系统的重要组成部分。采用二极管不控整流 或者半导体晶闸管相控阵整流都会对电网造成污染，而且整流出的直流脉动较大，谐波含量较多，对电机 造成不良影响，而且不能实现能量的双向流动，制动时造成能量的浪费。但是采用以全控型器件组成的 PWM 脉冲整流器可以获得近似单位功率因数，低谐波污染并且能实现能量的双向流动，拥有更好的应用 前景。 本课程设计回顾了我国铁路的发展史，论述了牵引传动技术发展和电力电子器件发展的关系；分析了 以 CRH1 和 CRH2 为原型的两电平和三电平整流器的工作原理和和开关工作模式， 构建了基于拓扑电路的 数学模型
2、；采用瞬态直接电流控制和预测直接电流控制两种不同的控制策略，分析比较了二者控制的区别 和控制的性能。本文在 MA TLAB/Simulink 仿真环境下建立了各种控制策略的双闭环仿真模型，进行了对 比仿真实验，对仿真结果进行了分析，并得出相关结论。 关键词：关键词： 牵引传动；牵引传动；PWM 整流器；控制策略；整流器；控制策略；MATLAB 仿真仿真 II 目目 录 录 第第 1章章 牵引传动牵引传动 . 1 1.1 我国铁路发展史 1 1.2 电力电子器件与电力牵引传动 2 第第 2章章 四象限脉冲整流器四象限脉冲整流器 . 5 2.1 概述 5 2.2 两电平脉冲整流器拓扑结构及工作原理
3、 7 2.3 三电平脉冲整流器拓扑结构及工作原理 9 2.4 四象限脉冲整流器控制策略.11 第第 3章章 CRH2 型机车的谐波及抑制技术型机车的谐波及抑制技术 . 15 3.1 概述 15 3.2 CRH2 型电力机车二次侧滤波 . 15 3.3 三电平脉冲整流器中点电位平衡策略 16 3.4 移相多重化技术 17 第第 4章章 基于基于 MATLAB 的控制策略仿真的控制策略仿真 19 4.1 基于 CRH1 型机车两电平控制仿真 19 4.1.1 基于瞬态直接电流控制仿真 19 4.1.2 基于预测直接电流控制仿真 21 4.2 基于 CRH2 型机车三电平控制仿真 . 24 4.2.
4、1 基于瞬态直接电流控制仿真 24 4.2.2 瞬态直接电流控制的二重化仿真 27 4.3 仿真结果分析 29 总 结 30 参考文献 31 1 第第 1 章章 牵引传动牵引传动 1.1 我国铁路发展史我国铁路发展史 世界上大多数国家的铁路仍然是客运和货运兼顾的常规铁路，高速铁路、重载铁路和常规铁路虽然基 本形式相同，但在技术方面，包括机车和车辆、线路和轨道以及列车的编组和运行都各不相同。因此，各 国铁路根据各自的具体情况，采取不同的技术修建或改造本国的铁路。铁路运输的这些发展，成为铁路新 发展时期的突出特点。 中国的铁路发展已有一百多年的历史，在这一百多年中，中国铁路与时俱进，不断地消化吸收
5、先进的 铁路技术，再创新推出新的技术，因而，我国也在世界铁路领域取得了举世瞩目的成就，成为世界铁路先 进技术的代表性国家。 中国的第一条铁路是由英国怡和洋行组织修建的吴淞铁路。线路全长 14.5km，轨距 762mm，机车重 量仅 15 吨，运行速度为每小时 2432 公里，于 1876 年正式通车。虽然这是中国的第一条铁路，但依然不 是中国人自己组织修建的铁路，而由中国人自己组织修建的第一条铁路是唐山至胥各庄铁路，线路全长 10km，轨距为 1435mm，于 1881 年 11 月 8 日正式通车。从唐胥铁路到 1949 年中华人民共和国成立这 60 多年间，中国铁路里程达到了 21810
6、公里。 新中国成立以后， 以 1950 年 7 月 1 日成渝铁路开工为起点， 我国铁路网规模不断扩大， 到 2009 年底， 总营业里程已达到 8.6 万公里。1952 年，我国自己生产蒸汽机车，一直到 1988 年 9 月停止新造，36 年间 内共制造了 9600 台蒸汽机车。到 2005 年底，我国蒸汽机车完成其历史使命，全部退出正线运输生产。早 年间，我国铁路机车多采用蒸汽机车，不仅效率低，而且列车速度也比较低，很难满足日益增长的运输需 求，此时，牵引动力的改革势在必行。因而，我国牵引动力改革在 1958 年开始规划、设计施工和试生产 机车，在 1961 年 8 月，我国第一条电气化铁路（宝鸡凤州段）开通，从 1965 年起，开始批量生产内燃 机车。 随着国外高速铁路的兴建，电力机车逐步取代了内燃机车，成为牵引领域新的主角。我国牵引电力机 车最开始采用的交直传动的方式，共经历了 3 个发展阶段。第一阶段从 1958 年至 70 年代末，经历了一个 漫长的起步期；第二阶段从 20 世纪 70 年代末到 80 年代中期，是电力机车发展的成长期。这个阶段发展 的主要目
