地铁辅助逆变系统主电路的设计

地铁辅助逆变系统主电路的设计TheDesignofUndergroundAuxiliaryInverseSystemMainCircuit毕业设计任务书题目地铁辅助逆变系统主电路的设计学生姓名学号班级专业承担指导任务单位导师姓名导师职称一、设计内容地铁辅助逆变系统是地铁车辆上的一个必不可少的关键电气部分，它负责为空调机组、通风机、照明、电加热器等交流负载提供稳定的三相380V电源。对地铁辅助逆变系统方案进行研究比较，选择合适的方案；根据项目技术指标要求，对辅助逆变系统主电路进行设计，主电路结构包括启动及输入滤波电路，DC/DC隔离变换电路(采用全桥变换电路)，三相逆变电路，三相滤波电路。输入侧直流接牵引网，网压额定750V，波动%20~%30，经启动及直流滤波电路后，由DC/DC变换为650V中间直流电压，滤波后进入三相逆变，输出工频三相交流电，额定线电压380V。进行主电路参数计算和器件选型，通过仿真验证方案的可行性。二、设计条件技术指标输入直流电压750V输出交流电压380V/220V输出电压偏差(静态)±5%输出电压偏差(动态)±15%输出频率50Hz±1%最大输出功率35KVA效率:0.92谐波含量≤5%三、基本要求1.进行地铁辅助逆变系统方案设计；2.设计逆变系统主电路、参数计算、器件选型；3.主电路三相逆变器的仿真实现；4.设计滤波电路，进行参数计算，滤波电路仿真实现；四、应收集的资料及参考文献[1]王兆安.电力电子技术[M].北京:机械工业出版社,2010.五、进度计划第1-2周开题报告第3周搜集资料，外文翻译第4-6周设计主电路，参数计算，器件选型，主电路仿真实现第7周中期检查第9-13周设计滤波电路，参数计算，仿真实现第14-15周答辩教研室主任签字时间年月日毕业设计开题报告题目地铁辅助逆变系统主电路设计学生姓名一、课题研究背景辅助逆变系统是地铁或轻轨车辆上的一个必不可少的关键的电气部分，负责为空调机组、通风机、照明、电加热器等交流负载提供稳定的380V(220V)电源。传统地铁辅助逆变系统通常采用旋转式电动-发电机组的供电方案。电动机从DC750V第三轨受电，发电机输出三相交流电压向负载供电。这种供电方式机组体积大、输出容量小、效率低，电源易受直流发电机组变化的影响，输出电压波动大，可靠性差。随着电力电子技术的发展，辅助逆变系统已从早期的旋转式电动-发电机组进步为静止式变流机组，即所谓静止辅助逆变电源装置，克服了旋转式电动发电机组的供电方案存在的大体积、低效率、低可靠性等一系列问题。同时，静止辅助逆变系统中采用的电力电子器件也经历了晶闸管(SCR)、大功率晶体管(GTR、BJT)、可关断晶闸管(GTO)和绝缘栅双极型晶体管(IGBT或IPM)的发展过程。IGBT或IPM器件的电压等级也从1200V发展到1700V、3300V以及4500V电压等级水平，除电压等级4500V的IGBT器件，其它电压等级的在国外已有多家公司批量生产与供货。二、国内外研究现状1.国外研究现状及特点国外新型的轨道车辆辅助电源以西门子公司所研发制造的SIBEST系列为代表。模块化的研发思路，使辅助电源具有良好的移植性和拓展性，完全可以适合各种场合的需要。无论是元器件，整体结构，冷却方式还是控制方法，保护功能都代表了最为先进的理念和技术成果。逆变系统采用模拟控制系统，DSP技术已经非常成熟与普遍，不仅可以方便的实现控制目地，而且大大简化了控制电路设计，提高了可靠性。2.我国研究现状及特点香港地铁、北京国产化地铁、南京国产化地铁车辆用辅助逆变器均是采用12脉冲控制技术尽管该技术有开关频率低、波形质量好、损耗小、输出电气隔离等优点，但是主电路复杂、功率器件多，特别是变压器设计制造复杂，单位功率体积质量大，在功率较大和输入电压变化范围大的场合，这一缺点更加突出且系统动态响应慢。因此开发出了一种新型的地铁车辆辅助逆变器，该电路采用二电平逆变电路，主电路的功率器件采用高电压大电流IGBT模块，能很好的实现功能。三、论文进行的主要工作1.本设计对辅助逆变系统的整体结构和方案进行了讨论，并对逆变器各部分参数选择进行了相关分析。2.对DC/DC模块以及逆变模块的相关控制系统技术进行了研究。3.对地铁辅助逆变系统进行了研制与相关实验，并对实验结果进行分析。四、采取的方法与手段1.该设计采用斩波方式先将电压低平化，再通过高频变压器，然后整流得到所需的直流电压的方式实现输入输出间的隔离。采用高频变压器使系统整体的体积大大减小。2.采用DC/DC隔离可以将网侧由于列车频率牵引制动时造成的网侧电压波动变成一个稳定的值，从而保证静止逆变器的可靠工作，这样，便实现了网侧与输出侧在电气上的完全隔离。3.采用DC/DC可以将网侧高压降到低压条件下，这样逆变器的开关管承受电压较低，在器件选型时，便可以选到更低耐压、高开关频率的管子，从而减小了元器件成本、减轻了逆变器整体重量，并且能够减小输出滤波参数。五、预期达到的结果最后实现主电路结构包括启动及输入滤波电路，DC/DC隔离变换电路(采用全桥变换电路)，三相逆变电路，三相滤波电路。输入侧直流接牵引网，网压额定750V，波动-30%~+20%，经启动及直流滤波电路后，由DC/DC变换为650V中间直流电压，滤波后进入三相逆变，输出工频三相交流电，额定线电压380V。进行主电路参数计算和器件选型，通过仿真验证方案的可行性。指导教师签字时间年月日摘要地铁辅助逆变系统是地铁车辆上的一个至关重要的电气元件部分，它负责为空调机组、通风机、照明、电加热器等交流负载提供平稳的三相380V电源。该系统保证了车辆运行的稳定可靠性。本文设计出了一种辅助逆变系统的方法，经过了理论和实践的验证，最终实现了正确的仿真波形,通过仿真实验证实了方案的正确性。该系统的直流滤波电路选择两个电容器，每个电容器并联一个放电电阻用来消除纹波，选择的直流侧滤波电容为4mF，耐压值1000V，一个滤波电抗器，电感值为0.36mH，接着经过DC/DC隔离变换电路（采用全桥变换电路）变更为中间直流电压，其网压为650V，开关管选择IGBT，与之并联的快恢复二极管的额定电压为1200V，额定电流为150A，随后经过三相逆变电路，选择的是三电平逆变器，开关管选择IPM智能功率模块，该模块内含各种保护装置，制动电路，驱动电路。最后经过三相滤波电路，选择的滤波电感值为6.5mH，滤波电容值为3.2uF，最终输出三相工频交流电，线电压的额定值为380V。通过选型和计算，利用Matlab软件对三相逆变器和滤波电路进行仿真，最终实现了符合设计要求的仿真波形。关键词：逆变系统滤波电路Matlab仿真AbstractMetroauxiliaryinversesystemisavitalofmetrovehicleelectricalcomponentsparts,itisresponsibleforairconditioningunit,fan,lighting,electricheateretcacloadtoprovidestablethree-phase380Vpowersupply.Thesystemtoensurethestabilityofthevehiclerunningreliability.Thispaperdesignedakindofmethodoftheauxiliaryinversesystem,passedtheverificationofthetheoryandpractice,finallyrealizesthesimulationwaveformoftherightthroughthesimulationresultsconfirmthevalidityofthescheme.DCfiltercircuitofthesystemtochoosetwocapacitors,eachadischargeresistorinparallelcapacitorisusedtolimitswitchingsurgecurrent,theselectionofDCsidefiltercapacitanceis4mF,withstandvoltagevalueof1000V,afilterreactorinductancevalueis0.36mH,thenthroughaDC/DCisolationcommutationcircuit(conversioncircuitadoptsfullbridge)changefortheintermediateDCvoltage,thenetworkvoltageis650V,chooseIGBTswitchtube,fastrecoverydiodesinparallelwiththeratedvoltageof1200V,ratedcurrentis150A,thenthroughthethree-phaseinversecircuit,threelevelinverseisselected,selectintelligentpowermoduleIPMswitchtube,themoduleincludesvariousprotectiondevices,brakecircuit,drivecircuit.Finallythroughthreephasefiltercircuit,thechoiceoffilterinductancevalueis6.5mH,filtercapacitancevalueof3.2uF,finaloutputthree-phasealternatingcurrent(AC)powerfrequencyandratedcapacityofthelinevoltageis380V.Throughtheselectionandcalculation,theuseofMatlabsoftwaresimulationofthree-phaseinverseandfiltercircuit,finallyachievedcomplywiththedesignrequirementsofthesimulationwaveform.Keywords：InversesystemfiltercircuitMatlabsimulation目录第1章绪论...........................................................................................................................................11.1课题研究的目的意义...................................................................................................................11.2国内外研究现状...........................................................................................................................11.3论文研究内容...............................................................................................................................2第2章课题设计要求及方案................................................................................................................32.1设计要求...........