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《长沙理工大学》 2015年
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机车主变压器及变流系统特性研究

王洪智  
【摘要】:自德国人制造第一台电气机车至今已有150年历史了,我国也于1958年生产了第一台电气机车。由于电气化铁路供电网络有直流和交流两种,电气机车可分“直流-直流”、“交流-直流”及“交流-直流-交流”三种。供电电压等级有直流1.5kV和3kV,交流有15kV、20kV、25kV/16.67Hz、50Hz、60Hz,国外甚至存在直流和交流供电的双流制系统。电气机车时速的提高经历了一个较为漫长的时期,在20世纪初期超过时速200km者寥寥无几,随着1964年日本新干线的开通,迎来了高速铁路系统,时速可达400~500km。我国高速铁路在近十多年内得到了迅猛发展,目前是高铁运营里程最长的国家。随着铁路电气化特别是高铁的发展,有很多问题值得深入研究。本文就电气机车牵引系统的主变压器及变流系统有关问题进行了分析。首先,简要介绍了近年来国内外发展概况;接着,对具有多绕组的机车主变压器的短路阻抗计算进行了深入分析,推导了在电感矩阵基础上获取等效电路及计算短路阻抗的公式;同时亦对端口阻抗的计算进行了分析,给出了计算公式及讨论了有关参数的影响。此外,就变压器单绕组输出和双绕组输出所带变流系统的整流、逆变环节输出波形进行了基于MATLAB的仿真分析,较详细的讨论了包括滤波电路参数及PWM控制参数等对谐波含量的影响。最后,鉴于电气机车的变流系统为典型的谐波源负载,本文分析了因谐波而影响的有关设备的性能,包括主变压器铜损铁损及效率、系统电压波形的畸变等;同时,亦就电气化铁路系统的谐波治理做了简要综述。
【关键词】:SIMULINK 短路阻抗 变流系统仿真 变压器损耗
【学位授予单位】:长沙理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:U264.3
【目录】:
  • 摘要5-6
  • ABSTRACT6-9
  • 第一章 绪论9-17
  • 1.1 引言9
  • 1.2 国内外研究现状9-15
  • 1.2.1 国内外交流传动机车9-12
  • 1.2.2 机车主变压器12-13
  • 1.2.3 机车变流系统13-15
  • 1.3 本文完成的主要工作15-17
  • 第二章 机车主变压器及变流系统结构17-27
  • 2.1 变压器结构17-20
  • 2.1.1 概述17-18
  • 2.1.2 壳式变压器18
  • 2.1.3 心式变压器18-20
  • 2.2 变流系统结构20-25
  • 2.2.1 概述20-21
  • 2.2.2 整流电路21-22
  • 2.2.3 中间直流环节(储能环节)22-23
  • 2.2.4 逆变电路23-25
  • 2.3 本章小结25-27
  • 第三章 机车变压器短路阻抗计算27-37
  • 3.1 基于电感矩阵的阻抗计算27-33
  • 3.1.1 高压绕组/牵引绕组 1(HV/S_1S_2)28-31
  • 3.1.2 高压绕组/牵引绕组 2(HV/S_3S_4)31
  • 3.1.3 高压绕组/辅助绕组(HV/ab)31-33
  • 3.2 两两绕组之间的端口阻抗与短路阻抗33-35
  • 3.3 本章小结35-37
  • 第四章 基于MATLAB的机车主变压器及变流系统主电路仿真分析37-55
  • 4.1 MATLAB简介37
  • 4.2 单绕组变压器及其变流系统37-45
  • 4.2.1“交-直-交”变流主电路及仿真模块参数设置38-39
  • 4.2.2 变压器二次侧电流及整流输出电压39-42
  • 4.2.3 逆变器输出电压42-45
  • 4.3 双绕组变压器及其变流系统45-53
  • 4.3.1 变压器及变流主电路45-48
  • 4.3.2 整流滤波电路参数的影响48-49
  • 4.3.3 PWM控制参数的影响49-50
  • 4.3.4 逆变滤波电路参数的影响50-52
  • 4.3.5 负载参数的影响52-53
  • 4.4 本章小结53-55
  • 第五章 机车主变压器谐波特性及电气化铁路供电系统谐波治理55-61
  • 5.1 概述55
  • 5.2 变压器谐波损耗55-58
  • 5.2.1 变压器谐波铜耗56-57
  • 5.2.2 变压器磁滞损耗与涡流损耗57-58
  • 5.2.3 谐波对变压器效率的影响58
  • 5.3 谐波对电压的影响58-59
  • 5.4 电气化铁路供电网谐波特征及其治理现状59-60
  • 5.4.1 电气化铁路供电网谐波特征59
  • 5.4.2 谐波治理59-60
  • 5.5 本章小结60-61
  • 全文总结和展望61-63
  • 参考文献63-66
  • 致谢66-67
  • 附录A 研究生期间发表论文情况67

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