HXD3型电力机车整流系统的分析
【摘 要】本文以XHD3型电力机车主变流器中整流器为研究对象，分析了PWM整流器的工作原理及优越性，并对其功率因数进行了分析，为检修工作提供了理论参考。
【关键词】XHD3电力机车；整流器；PWM
0.概述
HXD3型电力机车按照我国对目前铁路货运要求而要求设计的交流传动货运机车。该电力机车牵引电传动系统的整流采用四象限的PWM调制技术，它通过控制流入牵引整流器的交流电流波形和相位以及中间直流电压的幅值的大小，使输入的交流电流的波形尽可能接近于正弦波，而且使电流的相位和电压的相位差接近于零，这样即提升了机车的功率因数又限制了谐波电流。四象限整流与相控整流器相比，即提高了功率因数又使电流的谐波含量小。为了降低谐波含量，XHD3型电力机车的六组整流器的调制谐波相位要保持一致，但载波的相位不能一致，其相位差依次相差300、600……1800，从而达到了消除谐波的目的，并且保证等效干扰电流≤2.5A。
1.四象限整流电路工作原理
四象限整流器广泛应用在电力机车上，它有效解决了等效干扰电流、功率因数以及再生制动等对电力机车的要求。从图1所示，该电路图与二极管桥式电路相比每个桥臂上都增加了一个可控电气元件。该可控电气元件具有两个作用：（1）开关作用；（2）可以改变输出电流id的方向。该电路能在输入电压不变的情况下改变输出电流的方向，即可使输入电压us和输入电流iN工作在四个象限。由于电感Ls所吸收的无功功率来至直流电压侧，该四象限整流器能使这种功率的反馈成为可能。该整流器还能得到正弦波的电网电流，能够达到对电流和功率因数的控制的目的。该四象限的开关功能是在IGBT导通状态下，短接整流器的输入端，即整流器的输入电压us为零，当IGBT在关断状态下将直流电压接到交流侧使us=ud。
由于该四象限整流器采用PWM调制技术，不仅能实现控制网侧功率因数，还能够实现电能的双向传输。在直流环节设置的电容C能够吸收由于电网电流和直流电压产生的高频分量。
2.四象限整流器功率因数的控制
对电网电流的正弦调制，先确定电源侧电流is的上下限值，以防止电流的波动过大。在电网侧电压的正半周阶段，由于网侧电流比较小，即使电源被Ls短接，网侧电流is变化不大。为了能使网侧电流与电压同相，并且为正弦波，电流is应该有快速的上升速度dis/dt，使电感两端的电压U=Vs+Vd，即直流环节
反馈无功功率，使网侧电流is尽快上升到电流给定值。同样，当网侧电压到一定值时，由于此时网侧电压较高，以电感Ls直接短接电源得到的电流上升的速度较快。为此希望电流尽快的下降到网侧电流is的给定值。这时电感电压UL=Vs-Vd。即电感L的电流下降速度较快。从能量的角度看此时是向直流中间环节输送能量。由此可以看出，为了使电流能在网侧电压幅值附近呈下降趋势，网侧电压的幅值要低于直流中间环节的电压Vd。
3.结束语
通过分析XHD3型电力机车整流器电路图的分析，掌握了整流器的工作原理、基本构成以及工作过程。为以后的检修工作提供了技术支持。
【参考文献】
[1]张曙光.HXD3型电力机车[M].北京：中国铁道出版社，2010.
[2]王兆安，黄俊.电力电子技术[M].北京：机械工业出版社，2006.