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第三章 电力机车交－直－交传动系统的主电路 3、电机极数的选择。 电力机车牵引电动机极数一般有4极或６极两种选择，从单位质量获得最大转矩的角度，６极比４极的气隙磁密高，６极比４极电机好；但从电机空间尺寸的利用，则４极较好，可减小电机体积，节约原材料并便于在转向架有限空间内的安装。 另一方面在相同的电机转速下４极电机的电流频率较６极电机低约30%，如以４极电机最高工作频率120Hz，则６极电机须在180Hz才能满足要求。工作频率越高电机励磁电流相对较大，则激磁电抗增加使功率因数降低；同时工作频率越高对逆变器功率元件及控制要求提高，增加系统的成本，降低了可靠性。 4、电机导体成型设计。 定子部分：由于沿定子槽高度磁力线分布不均，导致槽中导体电流密度分布不均，在槽口部分电流密度最大，产生所谓“集肤”效应。对于大功率的牵引电动机，提高导线利用率的有效方法，就是采用降低槽高增加槽宽，线圈成型为扁宽形。 转子部分：与定子相同也要考虑转子导条的电流密度分布均匀，减小集肤效应，特别对于变频异步电动机，起动时电流频率低，所以不考虑用深槽转子，增加转子电阻以增加起动转矩的问题，因此与定子一样，也将转子导条设计成扁宽形。 与1800导通型逆变器相比，PWM逆变器有以下优点： （１）PWM逆变器可以在直流中间电压 不变的情况下，通过改变输出脉冲宽度的方式调节输出电压平均值大小，则逆变器集变频、调压控制于一身，成为VVVF逆变器，简化了主电路及其控制； （２）PWM逆变器可用正弦脉宽调制的方法，在同一周期内输出宽度不等的电压矩形脉冲，以使波形接近于正弦，从而抑制了谐波对电动机运行的不利影响； （３）PWM逆变器可与多种控制方式相结合，对逆变器的输出电压和频率实施综合控制，使异步电动机有满意的工作特性。 六、PWM逆变器的控制技术 一、U1、f1协调调整下的异步电动机开环调速控制 SPWM逆变器集调压、变频于一身，在调制比M的可调范围内调整参考电压幅值Urm即改变了逆变器的输出电压，而调整参考电压ur的周期也就改变了输出电压的频率。 当给出了U1＝f（f1）的函数曲线（包括在低频时的定子阻抗压降补偿），由函数关系控制ur和f1的给定值，当f1 ＜ f1N基频以下时，可基本实现恒磁通控制，实现异步电动机在恒转矩下的起动和调速。当 f1 ≥ f1N后若电机端电压为U1N不变，则f1进入削弱磁场等功率运行，随着转速n的升高最大转矩Tm成平方倍的降低。 二、带电流滞环跟踪的PWM逆变器控制 如前所述的SPWM电压型逆变器，可以使输出电压波形接近正弦，但毕竟是由不同宽度的方波脉冲组成电压，不可避免含有谐波成分。另一方面，以逆变器为电源的三相异步电动机，不仅要求端电压接近正弦，而且从降低损耗、减小转矩脉动，提高电机效率和工作稳定性方面，接近正弦的三相平衡的电流更为重要。 为此，在高质量的交－直－交牵引系统中，引入了电流的反馈控制环节，以改善电机电流尽量接近正弦，这就是带电流滞环跟踪的PWM技术，其系统结构图如图3-12（a）。 电机模 型控制 三相 定子 电流 给定 电流 跟踪 控制 电压 型逆 变器 速度反馈 +E 图3-12（a）SPWM电流控制系统原理图 图３-13 电流跟踪SPWM波的产生 图3-12（b）电流跟踪SPWM波的产生 图３-12（b）是带滞环比较器HBC的电流滞环跟踪PWM控制电路原理。图中， 是A相的正弦电流给定信号， 是电机A相电流的反馈信号，HBC是滞环比较器，环宽为2h。 图３-13中 为正弦给定电流，其上、下虚线规定了电流的波动范围。当给定电流与反馈电流的差值 时，滞环控制器HBC输出正电平使VT1导通而VT2关断，Ea＝+E产生正向PWM波，控制逆变器输出电压上升，使电流增长；直到 时，滞环控制器HBC反转输出负电平，使VT2导通而VT1关断，Ea＝-E，产生负向PWM波，控制逆变器输出电压下降，使电流减小。重复上述过程，所以电机电流始终跟随 在 范围内波动，当选择HBC的整定值 越小输出电流 就越接近正弦给定 。 三电平逆变器主电路 三、三电平逆变器 三电平逆变器每相４个功率开关元件，分３种开关工作模式，以图3-15的A相为例： （１）T11、T12导通，T13、T14关断，则不论电机负载的电流方向， A点的电位都为P； （２）T12、T13导通，T11、T14关断，则不论电机负载的电流方向， A点的电