LNLNiNiNCdRLACuNCdRLACuN图4.5 不同开关模式下的等效电路图
在实现能量变换时，电源电流究竟是义正的或负的符号流到直流回路，还是直流电压以负的或正的符号接到交流侧，究竟是工作在整流状态还是逆变状态，这取决于哪些开关处于导通状态，根据对三种工作模式的分析，不难发现：全控桥中相同位置处不同性质的元件导通时，电源处于短路状态。全控桥中对角位置处相同性质的元件导通时，工作在能量传递状态。若T1-T4或T2-T3导通，工作在逆变反馈状态，由负载向电源输送能量；若D1-D4或D2-D3导通，工作在整流状态，由电源向负载（直流环节）输送能量。
4.3.2 两电平脉冲整流器PWM控制原理
理想电子开关的状态选择，通过PWM过程中调制波与载波间的相互关系产生，在调制波与载波交点时刻控制电路中开关元件的通断，按照a、b两端分别产生相应的开关状态值。a、b两端的调制信号相位相反，而载波信号相位相同，也可共用一个载波信号。调制方式如图4.6所示
图4.6两电平脉冲整流器PWM调制示意图
当ua>uc,电子开关SA=1，否则SA=0 当ub>uc,电子开关SB=1，否则SB=0
4.3.3 电压型四象限脉冲整流器的控制方法
四象限脉冲整流器的常用控制策略有:间接电流控制、滞环直接电流控制、定时瞬时值电流控制、瞬态直接电流控制、预测直接电流控制等。脉冲整流器采用双闭环控制：电压控制为外环，电流控制为内环。目前普遍采用瞬态电流控制和电压相量控制两种方法，在CRH 3动车组中，采用瞬态直接电流控制策略。瞬态直接电流控制是目前机车上采用较多的控制策略，该控制策略具有实现简单，能够有效抑制二次侧牵引绕组的电流谐波，直流侧电压纹波小，动态响应好等优点。瞬态直接电流控制其原理框图如图4.7所示。它主要由电压、电流传感器，电压、电流调节器，比较器，函数发生器，运算器和SPWM控制器等组成。
图4.7两电平脉冲整流器瞬态直接电流控制框图
瞬态直接电流控制为电压电流双闭环控制系统，其策略具有实现简单，能够有效抑制二次牵引绕组的电流谐波、直流侧电压纹波小、控制精度高、动态响应 快等优点。
瞬态直接电流控制的基本思想：为达到使中间直流环节电压恒定控制的目
**的，须将实时检测到的中间直流电压Ud与给定值Ud比较，若Ud
*时，调节过程则反之。 Ud>Ud4.3.4 中间支撑电容
中间回路支撑电容器Cd的主要作用：一是与脉冲整流器、逆变器交换无功功率和谐波功率，二是支撑中间回路电压，使其保持稳定。中间直流回路与两端变流器之间存在着复杂的能量交换过程，没有简单实用的方法来选择合适的支撑电容Cd的大小，其容量可以根据中间直流环节所允许的电压脉动量决定，电容容量越大则脉动电压越小;而电机的负荷越大，则电压脉动就越大。
从储能效果出发, 即稳定中间直流电压的能力方面来看, 支撑电容器电容值取得越大越好, 然而从成本与体积方面考虑, 则希望电容值能取得尽可能小些, 此外,支撑电容器盲目增大, 将引起直流回路短路时能量释放巨大, 增加了故障时的破坏力, 降低了设备的安全性。因此, 为使系统达到最优的性价比, 支撑电容器电容值的选择成了变流器设计中一个重要环节。
支撑电容器的主要技术参数：
支撑电容器主要技术参数包括直流额定电压、额定电流 、电容值、等效串联电感值、耐压、工作温度, 其定义与解释参见机车车辆设备电力电容器标准 。支撑电容器的工作电压为变流器直流电路的工作电压, 因此设计选型时额定工作电压一般选直流回路的最高工作电压即可; 耐压与工作温度可由牵引变流器系统应用条件确定; 电感值由电容器本身的结构决定, 设计选型时只需确定该两项参数能满足使用要求即可。因此, 对支撑电容器的选型而言, 重点是确定支撑电容器的额定工作电流与电容值。
4.3.5 两电平式牵引逆变器
牵引逆变器可以分成电压型和电流型两种，CRH3动车组采用电压型逆变器。列车在牵引状态时，牵引逆变器将直流电转变成电压、频率均可变化的三相交流电供给牵引电机，同时通过调节三相输出电压波形控制牵引电动机的磁通和转矩。因此，异步牵引电动机的驱动性能主要取决于逆变器的控制。提高逆变器的开关频率，采用磁场定向矢量控制和直接转矩控制等高动态性能的控制技术，有利于体现异步牵引电动机其优良的牵引性能。列车处于再生制动状态时，牵引逆变器工作于整流状态，将三相交流电转变成直流电，再由单相脉冲整流器回馈电网。根据输出电压电平数的不同，电压源型牵引逆变器又分为两电平式、三电平式等拓扑结构。CRH3动车组采用两电平电压型逆变器。 1两电平式牵引逆变器结构与工作原理 ○
两电平牵引逆变器主电路图如图4.8所示，逆变器共有3个桥臂，每个桥臂由2个开关器件以及对应的续流二极管组成，同一个桥臂的上下两个开关不能同时导通，所以开关状态共有23= 8种组合。
图4.8两电平逆变器主电路图
为了分析方便，同样定义3个理想开关函数如下：
?1?T3导通?1?T5导通?1?T1导通（4-5） SB=?（4-6） SC=? （4-7） SA=?0?T导通0?T导通0?T导通?46??2逆变器采用理想开关等效，牵引电机采用感抗等效，且假设ZA=ZB=ZC,则图4.8所示的两电平逆变器主电路图可等效为图4.9所示的电路。显然，由SA、
SB、SC所组成的电路共有8种组合状态，对应主电路有8种工作模式。表示为
电压矢量分别为: V0 ( 000 ), V1 (001)、V2 (010)、V4 (100)、V3 (011)、V5 (101)、
V6 (110)、V7 (111)。电压矢量图如图4.10所示。
图4.9两电平牵引逆变器开关等效图
图4.10两电平逆变器空间电压矢量
其开关状态及相应的工作模式分析：
（1） 工作模式0：开关管T2、T4、T6导通，T1、T3、T5关断；其a、b、c端相电压分别为uaN=0，ubN=0，ucN=0；相应的线电压分别为uab=0，
ubc=0，uca=0；与该工作模式对应的电压空间矢量为V0
（2） 工作模式1：开关管T4、T5、T6导通，T1、T2、T3关断；其a、b、c端相电压分别为uaN=?Ud3，ubN=?Ud3，ucN=2Ud3；相应的线电压分别为uab=0，ubc=?Ud，uca=Ud；与该工作模式对应的电压空间矢量为V5
（3） 工作模式2：开关管T2、T3、T4导通，T1、T5、T6关断；其a、b、c端相电压分别为uaN=?Ud3，ubN=2Ud3，ucN=?Ud3；相应的线电压分别为uab=?Ud，ubc=Ud，uca=0；与该工作模式对应的电压空间矢量为V3
（4） 工作模式3：开关管T3、T4、T5导通，T1、T2、T6关断；其a、b、c端相电压分别为uaN=?2Ud3，ubN=Ud3，ucN=Ud3；相应的线电压分别为uab=?Ud，ubc=0，uca=Ud；与该工作模式对应的电压空间矢量为V4
（5） 工作模式4：开关管T1、T2、T6导通，T3、T4、T5关断；其a、b、c端相电压分别为uaN=2Ud3，ubN=?Ud3，ucN=?Ud3；相应的线电压分别为uab=Ud，ubc=0，uca=?Ud；与该工作模式对应的电压空间矢量为V1
（6） 工作模式5：开关管T1、T5、T6导通，T2、T3、T4、关断；其a、b、c端相电压分别为uaN=Ud3，ubN=?2Ud3，ucN=Ud3；相应的线电压分别为uab=Ud，ubc=?Ud，uca=0；与该工作模式对应的电压空间