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3 牽引逆變器

　　3.1 牽引逆變器簡述

　　三相橋式逆變器由t1、t2、t3、t4、t5、t6組成逆變電路（直流到交流）為3300v/1200aigbt;d1、d2、d3、d4、d5、d6組成整流電路，為感性負載電流（4臺電機并聯，定子繞組星形連接、三相負載為za、zb、zc）提供續流回路，完成無功能量的續流和反饋。前者被稱為逆變管，后者被稱為續流二極管或反饋二極管。180°導通型三相橋式逆變電路每隔60°，在一周內依次導通：t1、t2、t3;t2、t3、t4;t3、t4、t5;t4、t5、t6;t5、t6、t1;t6、t1、t2。

　　牽引逆變器模塊和制動斬波器模塊主電路如圖2所示。

　　3.2 牽引電機技術參數

　　按照sz1地鐵列車牽引電機4eba4040（正弦電壓）在58hz，150℃的等值電路的數據，可以得到網壓dc1500v和dc1800v時，電機的牽引和制動特性曲線分別如圖3、圖4所示。

　　牽引電機的主要技術參數：

　　電機電壓：u1=1150v;電機電流：i1=130a;轉矩：m=1230nm;轉差率：s=1.70%;定子繞組電阻：r1=0.135ω;定子繞組感抗：x1s=0.350ω;勵磁繞組感抗：xh=15.47ω; 轉子繞組折算感抗：x2′s=0.421ω; 轉子繞組折算電阻：r2′= 0.089ω。

　3.3 牽引逆變器功率模塊

　　圖5（a）為超載（aw3）時，牽引逆變器igbt逆變管和續流二極管溫度曲線。此時，逆變器igbt的最高結溫為105℃，續流二極管的最高結溫為102℃;散熱器的最高溫度為76℃，環境溫度為40℃。

　　圖5（b）為超載（aw3）時，制動斬波器igbt溫度曲線。此時，制動斬波器igbt的最高結溫112℃（100%電阻制動）;igbt的最高結溫87℃（50%電阻制動），環境溫度40℃。

4 sz1列車牽引和制動逆變器系統控制

　　4.1 轉矩控制模式的基本要求

　　（1） 采用直接轉矩控制

　　直接轉矩控制系統是近年來開發成熟應用的高動態性能交流變頻變壓調速系統。直接轉矩控制的特點是：

　　·轉矩和磁鏈都采用直接反饋的雙位式band-band控制，省去旋轉坐標轉換，簡化了控制器的結構;

　　·選擇定子磁鏈作為控制對象，使控制性能不受轉子參數變化的影響，這是它優于矢量控制系統的主要方面;

　　·直接轉矩控制與矢量控制方案比較，前者調速范圍不夠寬，穩態機械特性也較后者差一些。但是評判優劣，只得有賴于運營實踐。

　　（2） 牽引和制動轉矩裕量

　　牽引和制動轉矩裕量（顛覆轉矩與最大牽引轉矩或最大制動轉矩之差）不小于20%顛覆轉矩值。

　　4.2 列車的牽引加速和制動減速控制

　　（1）司機控制手柄位置給出牽引或制動轉矩的大小，應從0～100%連續可調（司機牽引制動控制器tbc發出的指令信號0.5～10v（牽引/制動力）在列車試驗時可以加以調整）經采樣器（最小采樣周期為16ms）采樣和模/數變換（a/d）后，至列車控制單元vtcu在2ms時間內讀取到新的牽引/制動力指令，并發送到車輛總線wtb，另一個3車單元的列車控制單元vtcu讀取到牽引/制動力信號，以及將這個信號自動地發送到牽引控制單元dcu和制動控制單元bcu，完成一次列車的牽引加速和制動減速全過程（列車控制單元vtcu經多功能列車總線mvb將牽引/制動力指令信號送到牽引控制單元dcu和制動控制單元bcu，直至控制牽引逆變器和制動斬波器igbt的門極脈沖）。

　　圖6為制動時，牽引逆變器模塊相電流、輸出功率與列車速度關系曲線。從曲線中可以看出，在dc1500v/80～60km/h時，再生制動電流超過800a，輸出反饋功率約5800kw;在dc1800v/80～65km/h時，再生制動電流約700a，輸出反饋功率約6000kw。

　　（2） 加速度和減速度的控制是自動連續的

　　逆變器的輸出電流即電機電流（牽引時為正，電制動時為負），它在逆變器的可控元件（igbt）和不可控元件（續流二極管）中交替流通，其分擔比例隨逆變器輸出電壓的高低、牽引和再生制動的工況不同而變化。

　　牽引時，若逆變器輸出電壓高，則igbt分擔的電流大，若輸出電壓低，則分擔的電流小。igbt分擔的比例為50%～100%。

　　再生制動時，逆變器交流側電壓（即牽引電機在發電機工況時的輸出電壓）越高，續流二極管分擔的電流越大，續流二極管分擔的比例為50～100%。

　　sz1列車牽引和制動特性曲線如圖7所示。

　　模擬條件：

　　·牽引時，網壓dc1000v，1500v

　　·制動時，網壓dc1000v，1500v

　　dc1650v，1800v

　　·列車最大速度：80km/h

　　·車輪直徑：0.805m（半磨耗）

　　·aw2負載：342.6t

　　·aw3負載：377.5t

　　（3） 當方向/方式手柄在ato位時， 列車允許由ato裝置控制， 進入自動駕駛模式，

　　實現牽引、巡航、惰行、制動;但司機控制器調速手柄保留快速制動功能，確保安全。

　　4.3 特殊運行方式

　　“爬行”（低速）牽引功能， 用于洗車（維持3±0.5km/h速度）。

　　4.4 電制動控制

　　（1） 在手動模式和自動駕駛模式（ato）下，對所有的速度條件下的減速控制均有效。

　　（2） 再生制動和電阻制動能力在額定網壓和額定負荷aw2下，均能滿足列車常用制動的要求。

　　（3） 再生制動和電阻制動的轉換控制

　　當接觸網具有接收能力時，采用再生制動;當接觸網不能吸收再生能量時，再生制動部分或全部轉為電阻制動。轉換過程的控制應平滑，且不需空氣制動介入。

5 結束語

　　對sz1地鐵的新型逆變器系統的描述，是作者現階段的膚淺認識，有待調試、驗收、運營檢驗后修正和確認。因此，本文僅作信息交流，僅供參考，敬請批評指正，以便日后作專題討論。