地铁辅助逆变器数学模型的分析与研究

李德 李莉 王沁竹

摘 要：地铁辅助逆变系统是地铁车辆上的一个必不可少的关键电气部分，它负责为空调机组、通风机、照明、电加热器等交流负载提供稳定的三相380V电源。文章以某市地铁车辆增购项目中，增购的车辆辅助电源变流器为研究对象，研究辅助逆变器的数学建模，为其控制和仿真提供依据。

关键词：逆变器；数学模型；静止；动态；复频域

中图分类号：TM464 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）25-0026-03

Abstract： Metro auxiliary inverter system is an essential part of metro vehicles， and it is responsible for air-conditioning units， ventilators， lighting， electric heaters and other alternate current（AC） loads to provide a stable three-phase 380 V power supply. In this paper， the mathematical modeling of auxiliary inverter is studied in order to provide the basis for the control and simulation of the additional auxiliary power converter in the project of metro vehicle purchase in a certain city.

Keywords： inverter； mathematical model； static； dynamic； complex frequency domain

1 輔助逆变器的主电路拓扑结构

三相全桥的输出方波经隔离变压器，由变压器二次侧漏感充当滤波电感以及ACC电容滤波，输出为负载供电，见图1。

为了简化分析，认为变压器为理想变压器，变压器变比为n=800/380，那么，原副边电压、电流的数值关系为：

由于变压器采用（D11）-Yn联结方法，所以原边电压、电流超前副边电压电流30°。由于电流传感器位置在变压器一次侧，电压测量传感器位置在变压器二次侧，在控制过程中计算功率时，需要将二次侧的电压折算到一次侧，折算时注意相角的差异和幅值变换。将隔离变压器等效为三相0.25mH电感串联在三相全桥的输出端，如图2所示。

图2中，V1-V6为三相桥臂IGBT编号。逆变桥输出的三相电压为Va，Vb，Vc，三相电流为iLa，iLb，iLc。假设线路等效电阻为r，滤波电感为L，滤波电容为C。流经相间电容的电流为iCab，iCbc，iCca。三相对称负载星型无中心线接法，负载上的相电流为iOa，iOb，iOc，相电压为Voa，Vob，Voc。

2 三相静止坐标系下的数学模型

根据图2辅助逆变器的主电路原理图，由基尔霍夫KVL定律可得三相逆变器的电压方程如下：