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电力机车辅助变流器作为电力机车的重要组成,其正常工作与否直接影响到主牵引变流器电路的工作状态,是机车稳定、安全运行的关键。本文以校企合作项目“DJ1型电力机车辅助变流器改造”为背景,设计了80k W辅助变流器样机,研究了样机中涉及的控制策略并分别在MATLAB和样机上进行了验证。具体研究内容如下:(1)阐述了PWM整流器的分类和拓扑结构,重点分析了在辅助变流器中应用的四象限PWM整流器工作原理、调制方法,并在此基础上,根据所定义的开关函数建立了其对应的数学模型。(2)根据建模分析,辅助变流器前级四象限PWM整流器采用双闭环控制策略,并针对电流内环PI控制无法实现对交流信号无差跟踪的问题,设计了比例-谐振(PR)控制器来替代电流内环PI控制器。MATLAB仿真和实验结果表明,采用PR控制器能大幅提高电流内环跟踪正弦信号的能力;针对四象限PWM整流器网侧电流畸变的问题,采用复合控制器替代电流内环PI控制器。MATLAB仿真和实验结果表明,采用复合控制策略,能够有效抑制电流谐波,提高电流质量。(3)分析了辅助变流器直流侧电压中的交流分量对网侧电流控制效果的影响,并设计了数字陷波滤波器。MATLAB仿真和实验结果表明,陷波滤波器能有效滤除直流母线电压中的二倍基频交流分量,优化电流内环控制。同时,为了准确获取的辅助变流器网侧电压相位角,设计了数字锁相环(DPLL),用一个积分环节替代传统的两个积分环节作延迟,来构建正交虚拟坐标系。MATLAB仿真和实验结果表明,该数字锁相环能快速跟踪输入电压信号,且抗干扰能力强。(4)针对辅助变流器的风机负载,由异步电动机的机械特性,分析了恒压频比(V/f)控制的控制关键,并重点分析了低损耗SVPWM调制技术的原理和实现方法;在MATLAB中搭建了基于五段式SVPWM的变频调速仿真模型,仿真结果表明,基于SVPWM的V/f控制可以使辅助变流器后级逆变器获得较理想的输出特性。(5)详细给出了辅助变流器样机主电路参数计算,以及基于DSP+FPGA构架的电子控制箱硬件、软件设计,并在样机上做了相关实验,验证了所采用的理论和设计方案的合理性。