张磊
【摘 要】The grid-side converter technology is one of the key technologies for the traction systems of the CRH trains. Taking the single-phase three-level and twofold two-level converter circuits adopted by the high-speed EMU train grid-side converters as the research object, the main circuit structures of CRH2 and CRH5 EMU train grid-side converters are presented. The working mode, the performance, the advantages and the disadvantages of the two kinds of the main circuits are analyzed and compared. It should be used in actual according to their specific situations and their specific characteristics.%网侧变流技术是动车组牵引系统中的关键技术之一。以高速动车组网侧变流器采用的单相三电平和两重两电平变流电路为研究对象，介绍了CRH2与CRH5型动车组网侧变流器的主电路结构，分析了两种网侧变流器的工作模式，并对其性能优劣进行了对比。两种电路各有优缺点，在实际使用中应按照各自的特点根据具体情况来选择。 【期刊名称】《电气传动自动化》
【年(卷),期】2015(000)005
【总页数】5页(P11-15)
【关键词】动车组;网侧变流器;主电路;工作模式
【作 者】张磊
【作者单位】天津铁道职业技术学院，天津300240
【正文语种】中 文
【中图分类】U266.2
动车组牵引变流器作为牵引传动系统的重要部件，其性能质量直接关系到动车组的安全正点运行，而网侧变流技术正是动车组牵引系统的关键技术之一，也是我国发展高速铁路列车需要大力研究的主要技术之一。本文以CRH2与CRH5型动车组网侧变流器主电路为研究对象，对比分析了两种变流电路的主电路结构、工作模式与性能优劣。深圳万科温馨家园
网侧变流器分类方式很多,主要有［1］:
（1）按照直流侧储存电能的形式可分为电压型与电流型网侧变流器，电压型变流器直流侧储存电能的是电容元件，而电流型变流器直流侧储存能量的是电感元件。电压型变流器响应较快,并且容易实现。目前，在动车组上的变流器采用的是电压型变流器。 （2）按照调制电平数可分为两电平、三电平及多电平网侧变流器。现在用于动车组的变流器既有两电平变流器，也有三电平变流器。
（3）按照其桥路可分为半桥变流器与全桥变流器。
动车组在牵引工况下，受电弓从接触网接受25kV、50Hz的高压交流电能，经过安装在车底架上的牵引变压器，降成较低电压的交流电；降压后的交流电经网侧变流器转换成直流电能，该直流电再由电动机侧变流器转换成频率可变、电压可变的三相交流电送给牵引电动机，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，驱动列车运行。动车组在回馈制动工况下，牵引电动机做发电机运行，产生三相交流电能，由电动机侧变流器转换成直流电能，经中间直流回路稳压后，再经网侧变流器变换成单相交流电能，该交流电通过牵引变压器、主断路器、受电弓等高压设备回馈给接触网。 2.1 CRH2型动车组网侧变流器黄集骧
CRH2型动车组以川崎重工业的新干线E2－1000型动车组为原型，由中国南车集团南车四方机车车辆股份有限公司负责国内生产。
2.1.1 CRH2型动车组网侧变流器主电路结构
CRH2动车组的网侧变流器部分由单相三电平四象限PWM脉冲整流器和交流接触器构成［2］，主电路如图1所示，采用中点钳位型结构，其中LN为交流侧输入电感，RN为绕组电阻，Cdl与Cd2为直流侧的支撑电容，二者电容值相同，这样就在两电容之间形成了一个电压中性点，两组连接到中性点的两个二极管就是箝位二极管，其作用是把整流器的电压箝位到中性点电位［3］。主电路由8个IGBT开关元件与IGBT的反并联续流二极管组成，每一桥臂有四个开关管，其中直接连到正负直流母线上的4个开关管称之为主开关管，中间的4个开关管称之为辅助开关管。
脉冲整流器可以实现牵引、再生工况间平滑的转换，整流时，三电平PWM整流器将电网交流电整流成为直流，给负载供电；逆变时，整流器经过IGBT将直流逆变为交流，然后将逆变成的交流电反馈给电网，因此三电平四象限PWM整流器的能量传递是可逆的。
2.1.2 CRH2型动车组网侧变流器工作模式
铁托
为了便于对CRH2动车组的网侧变流器主电路进行分析，定义理想的开关函数Sa和Sb如下：
通过理想开关函数，可以将主电路等效为图2的形式。
每组桥臂可以等效为一个开关，开关具有1、0、－1三种模式，则两组桥臂就有9种开关组合，对应9种工作模式，ud为网侧变流器两个支撑电容电压，这样变流器输入端脉宽调制电压就有五个电平值：0、ud/2、－ud/2、ud、－ud五种电平，有效减少了变流器输入端电流的谐波［4］。9种开关状态及相应的电压值如表1所示。
工作模式1：Sa=1，Sb=1，Ta1，Ta2，Tb1，Tb2导通；Ta3，Ta4，Tb3，Tb4关断。网侧电源电压uao=u1，ubo=u1，uab=0，当网侧电压uN＞0，则网侧电流iN增大，电容C1和C2通过负载放电。
工作模式2：Sa=1，Sb=0，Ta1，Ta2，Tb2，Tb3导通；Ta3，Ta4，Tb1，Tb4关断。网侧端电压uao=u1，ubo=0，uab=u1，当正向电源电压uN大于（或小于）直流侧电压ud的一半，则网侧电流iN增大（或减小），网侧电流iN对C1充电，而C2通过负载放电。
工作模式3：Sa=1，Sb=－1，Ta1，Ta2，Tb3，Tb4导通；Ta3，Ta4，Tb1，Tb2关断。网侧端电压uao=u1，ubo=－u2，uab= u1＋u2，网侧电流iN减小，且对C1和C2进行充电。
工作模式4：Sa=0，Sb=1，Ta2，Ta3，Tb1，Tb2导通；Ta1，Ta4，Tb3，Tb4关断。网侧端电压uao=0，ubo=u1，uab=－u1，当反向网侧电压uN大于（或小于）直流侧电压ud的一半，则网侧电流iN减小（或增大），反向网侧电流iN对C1充电，而C2通过负载放电。
工作模式5：Sa=0，Sb=0，Ta2，Ta3，Tb2，Tb3导通；Ta1，Ta4，Tb1，Tb4关断。网侧端电压uao=0，ubo=0，uab=0，当网侧电源电压uN＞0，则网侧电流iN减小（或增大），正向网侧电流iN增大，C1和C2通过负载放电。
工作模式6：Sa=0，Sb=－1，Ta2，Ta3，Tb3，Tb4导通；Ta1，Ta4，Tb1，Tb2关断。网侧端电压uao=0，ubo=－u2，uab=u2，当正向网侧电源电压uN大于（或小于）直流侧电压ud的一半，则网侧电流iN增大（或减小），电流iN对电容C2充电，而C1通过负载放电。
宁波px事件工作模式7：Sa=－1，Sb=1，Ta3，Ta4，Tb1，Tb2导通；Ta1，Ta2，Tb3，Tb4关断。网侧端电压uao=－u2，ubo=u1，uab=－u1－u2。反向网侧电流iN减小，且对电容C1和C2进行充电。
工作模式8：Sa=－1，Sb=0，Ta3，Ta4，Tb2，Tb3导通；Ta1，Ta2，Tb1，Tb4关断。网侧端电压uao=－u2，ubo=0，uab=－u2。当反向网侧电压uN大于（或小于）直流侧电压ud的一半，则网侧电流iN增大（或减小），网侧电流对C2进行充电，而电容C1通过负载放电。
工作模式9：Sa=－1，Sb=－1，Ta3，Ta4，Tb3，Tb4导通；Ta1，Ta2，Tb1，Tb1关断。网侧端电压uao=－u2，ubo=－u2，uab=0。当网侧端电压uN＞0，则网侧电流iN增大，电容C1和C2通过负载放电。
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