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电力机车速度的提高既是当前的研究重点也是热点。然而要实现速度的提高就一定要实现机车的轻量化,而工频变压器占电气设备的1／3,因此要实现机车轻量化的要求就必须要减小变压器的重量和体积,变压器频率的升高是减小重量和体积的有效方式。本文研究的无工频变压器机车牵引系统用中频变压器取代了传统的笨重而效率低的工频变压器,使机车能够实现轻量化的要求,并能够进一步实现速度的提高。本文首先分析了基于中频变换器隔离的交直变换器的结构,去掉笨重的工频变压器,变换器以四象限变换器级联的方式来承受电网的高压,本文以CRH5的数据为例对组成变换器的级联模块数进行了计算。分析了四象限变换器的工作原理以及级联四象限变换器引起的均压问题；分析了全桥双向DC/DC变换器的常规移相工作过程和两种改进方法的工作原理,以及DC/DC变换器的反向工作过程,研究了DC/DC变换器输出并联所引起的均流问题。对四象限变换器的各参数的进行了设计,给出了三种参数(交流侧电感,二次滤波器参数,储能电容)的设计方法。研究了DC/DC变换器的设计,给出了一种中频变压器的设计方法。并对DC/DC变换器主电路的各参数进行了设计。研究了系统的控制电路,分析了四象限变换器和DC/DC变换器的控制原理,并分别对均压控制和均流控制进行了详细分析。最后,对各项分析进行了仿真验证。首先,建立了单个四象限变换器的模型,验证了四象限变换器能够实现输入电压电流同相,并输出稳定的直流电压；以三个模块为例,建立了输入均压控制的模型,验证了级联四象限变换器运用输入均压控制方式即使是在输出阻抗有差别的情况下仍然能够实现输入均压,并且验证了网侧功率因数接近于1；然后,建立了单个DC/DC变换器的移相工作模型,验证了DC/DC变换器工作于移相方式时,三种方法的控制脉冲和电压电流波形与理论分析相一致,并且能够实现能量的双向流动；其次,以三个模块为例,建立了均流控制模型,验证了DC/DC变换器即使是在特性阻抗或者输入电压有差别时仍然能够实现输出均流；最后,建立基于中频变换器隔离的交直变换器的模型,仿真得到该变换器的网侧电压电流同相,并且能够输出稳定的直流电压,满足牵引系统的性能要求。