城市轨道交通高频充电机研制

摘要：随着国内外城市化进程的加快,地铁、轻轨等现代化的交通工具,正以其能效高、污染低、运输量大等优势,逐渐发展成为城市交通系统的主动脉。城市轨道交通关键技术的研究与重大装备的研制工作应运而生。 本文依托“十一五”国家科技支撑计划重点项目“电力电子关键器件及重大装备研制”——2×180kW地铁动车用交流牵引传动系统及辅助变流系统研制的子课题,以高频充电机样机及功能实现为对象,围绕“原边串联副边并联(ISOP)"的DC/DC主电路控制策略展开研究工作。 文章首先详细介绍了车载蓄电池的充电特性与充电方式,并以此为出发点,结合高频充电机的设计需求与实际工况,探讨了适合于高压、大功率工况的ISOP-DC/DC主电路拓扑结构及IGBT驱动方式,给出了主电路均压、均流控制策略的数学推导和理论分析过程,并基于此完成了主电路中关键器件的选型。 在此基础上,构建了基于双DSP和FPGA架构的控制系统,阐述了系统中IGBT驱动、A/D信号采样与调理、保护逻辑、以太网数据传输及上位机显示、充电控制策略等功能模块的设计过程与实现方式。 接着,本文在MATLAB/SIMULINK平台上搭建充电机主电路及控制系统的仿真模型,验证了主电路拓扑与主要参数的合理性,着重仿真并分析了系统软输出电压闭环控制策略以及基于ISOP的均压均流控制策略,为充电机样机的搭建提供理论依据。 最后,搭建高频充电机样机,分别在实验室环境下和广州地铁完成了样机的各项功能性实验,测定输出电压、电流及功率,验证充电机的温升特性、保护逻辑,并检验了装置在负载突变和网压波动下的可靠性与稳定性。 仿真与实验结果表明,本文所设计的充电机各项性能指标均达到设计要求,为新型高频化、大功率和网络化的城市轨道交通充电机的研制提供了有益的参考。