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机车PWM牵引逆变器的电磁干扰研究

作　者: 于晓丹
导　师: 沙斐
学　校: 北京交通大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 电磁干扰 PWM牵引逆变器共模电流寄生参数传播途径
分类号: TM464
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

机车大功率牵引逆变器IGBT模块,因其具有开关频率高、损耗小和性能好等优点在铁路领域中受到了广泛的应用,而这些优点是以开关时间的缩短以及开关开通和关断时电压、电流变化率(du/dt和di/dt)的增加为代价的。从电磁干扰的角度看,这大大增加了通过牵引逆变器和电机对地的寄生电容进行充放电而产生的共模干扰。本文对机车PWM(脉宽调制)牵引逆变器共模电磁干扰进行了以下几方面的研究：首先,阐明了PWM牵引逆变器共模电压的形成机理,并通过比较两种不同电路拓扑结构的牵引逆变器形成的共模电压,指出了电平数的增加能够在一定程度上减小牵引逆变器的共模电压,但是两者形成的共模电压仍然比较高,需要进一步改善。其次,对PWM牵引逆变器共模EMI (Electromagnetic Interference,电磁干扰)的特性及其传播途径进行了分析,并依据共模电流的传播途径,建立了基于Buck电路的逆变器侧共模电流等效电路。然后,对该等效电路进行了时域和频域分析,指出了共模EMI的影响因素。再次,结合具体机车的牵引逆变器实际参数,借助MATLAB的实时仿真工具SIMULINK建立了共模EMI仿真模型,并对其呈现的共模电流时域、频域特性进行了分析,同时讨论了共模电流的影响因素,验证了前面的理论分析。另外,通过对YJ87A永济电机输入电缆上共模骚扰的实地测量,分析了电机侧共模EMI的时域、频域特性。最后,从减小干扰源的发射和切断干扰信号的传播途径两个方面,简要讨论了PWM牵引逆变器共模EMI的抑制措施。

全文目录

致谢  5-6
中文摘要  6-7
ABSTRACT  7-11
图  11-13
表  13-14
1 绪论  14-24
  1.1 电磁兼容的研究意义及其发展  14-18
    1.1.1 电磁兼容的基本概念  14-16
    1.1.2 电磁兼容技术的发展概况  16
    1.1.3 电磁兼容标准  16-18
  1.2 PWM牵引逆变器引入的电磁干扰  18-21
    1.2.1 电气化铁路的电磁兼容性问题  18-19
    1.2.2 牵引变流技术的发展及其电磁兼容  19-20
    1.2.3 牵引逆变器引入的电磁干扰  20-21
  1.3 电力电子变换器传导EMI的研究现状  21-22
  1.4 选题依据与论文的主要研究内容  22-24
2 PWM牵引逆变器的基本原理  24-30
  2.1 牵引传动系统的介绍  24-25
  2.2 牵引逆变器的基本原理  25-29
    2.2.1 功率半导体技术  25-26
    2.2.2 主电路拓扑结构  26-27
    2.2.3 脉宽调制(PWM)技术  27-29
  2.3 本章小结  29-30
3 PWM牵引逆变器传导EMI的分析  30-62
  3.1 PWM牵引逆变器共模电压的形成机理  30-36
    3.1.1 三相逆变器产生的共模电压  30-33
    3.1.2 逆变器拓扑结构对其共模电压的影响  33-36
  3.2 PWM牵引逆变器传导共模EMI的干扰源及其传播路径  36-38
    3.2.1 传导共模EMI的干扰源  36-37
    3.2.2 传导共模EMI的传播途径  37-38
  3.3 逆变器侧共模电流的时域与频域分析  38-44
    3.3.1 Buck电路共模电流等效电路模型  38-39
    3.3.2 三相逆变器共模电流等效电路模型  39-41
    3.3.3 共模电流的时域分析  41-42
    3.3.4 共模电流的频域分析  42-44
  3.4 逆变器侧共模电流特性的建模与仿真分析  44-53
    3.4.1 回路参数R、L、C对共模电流影响的仿真分析  44-46
    3.4.2 共模电流时域特性的仿真模型  46-49
    3.4.3 共模电流的仿真分析  49-53
  3.5 感应电机侧共模EMI的实测分析  53-59
    3.5.1 感应电机磁场骚扰的测试分析  53-54
    3.5.2 电机输入电缆上共模电流的测试条件与信息  54-55
    3.5.3 共模电流测试数据的分析  55-59
  3.6 PWM牵引逆变器电磁干扰的抑制  59-61
    3.6.1 减小PWM牵引逆变器本身的干扰  59
    3.6.2 切断干扰信号的传播途径——共模滤波器  59-61
  3.7 本章小结  61-62
4 总结与展望  62-64
  4.1 本文工作总结  62
  4.2 进一步的展望  62-64
参考文献  64-66
作者简历  66-68
学位论文数据集  68

机车PWM牵引逆变器的电磁干扰研究

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