技术领域本发明涉及动车组的牵引变流装置，具体为一种高速动车组牵引变流器主电路。
背景技术：
牵引变流器是高速动车组的重要组成部分，牵引变流器的主要作用是拖动电机驱动动车组的运行。永磁同步电机是交流电机中的一种，并且以其高功率密度、快响应、低损耗等优点在各行业得到了广泛的应用，并且已经应用到了轨道交通领域中。而现有拖动永磁同步电机的牵引变流器主电路多采用3相桥臂控制1台永磁同步电机，控制4台电机需要12桥臂，24个IGBT，造成变流器发热量大，热损耗高，成本高。永磁同步电机在被拖动时会产生反电动势，其在一些工况下会对变流器产生不好的影响。
技术实现要素：
本发明为了优化现有拖动动车组用永磁同步电机的牵引变流器发热量大、热损耗高、IGBT成本高以及永磁同步电机在被拖动时产生高反电动势的问题，提供了一种高速动车组牵引变流器主电路。本发明是采用如下的技术方案实现的：一种高速动车组牵引变流器主电路，包括第一输入电压电流缓冲电路、第二输入电压电流缓冲电路、第一个四象限整流器、第二个四象限整流器、二次滤波电路、电压传感器、支撑电容、第一斩波电路、第二斩波电路、第一逆变器、第二逆变器、第一接触器电路、第二接触器电路、第一电容电路和第二电容电路；第一输入电压电流缓冲电路的输入端和牵引变压器二次侧第一输出绕组一端连接，第一输入电压电流缓冲电路的输出端和第一个四象限整流器的一输入端连接，牵引变压器二次侧第一输出绕组的另一端和第一个四象限整流器的另一输入端连接，第二输入电压电流缓冲电路的输入端和牵引变压器二次侧第二输出绕组一端连接，第二输入电压电流缓冲电路的输出端和第二个四象限整流器的一输入端连接，牵引变压器二次侧第二输出绕组的另一端和第二个四象限整流器的另一输入端连接，第一个四象限整流器和第二个四象限整流器的正输出端互连且连接到母线VDC+，负输出端互连且连接到母线VDC-；二次滤波电路、电压传感器和支撑电容分别连接在母线VDC+和母线VDC-之间，第一斩波电路、第一电容电路、第一逆变器依次连接在母线VDC+和母线VDC-之间，第二斩波电路、第二电容电路、第二逆变器依次连接在母线VDC+和母线VDC-之间，第一电容电路由两电容构成，第二电容电路由两电容构成，两电容之间的连接点作为输出电容的输出端，第一逆变器有U1、U2、V1、V2四路输出，第一逆变器有4个IGBT桥臂，第二逆变器有U3、U4、V3、V4四路输出，第二逆变器有4个IGBT桥臂，第一电容电路有N1一路输出，第二电容电路有N2一路输出，第一逆变器、第一电容电路通过第一接触器电路和电机motor1和电机motor2连接，第二逆变器、第二电容电路通过第二接触器电路和电机motor3和电机motor4连接。本发明电路中的输入电压电流缓冲电路，保证变流器在初始上电时，di/dt不至于过大，减小器件的损坏；四象限整流器采用两台级联方式，通过移相角的控制，两台整流器的输入电流高次谐波的波峰和波谷正好错开，使电流的高次谐波相互抵消一部分；母线电压环节上采用了二次滤波回路，滤除了母线上电流谐波，尤其是二次谐波，即100Hz频率的谐波；在母线电压环节上的连接支撑电容，减少了母线电压上的纹波；母线电压上的斩波电路在一定的工况下开通，使得斩波电路上的电阻消耗一部分母线电压的能量，从而稳定住母线电压；两组逆变器并联在母线电压上，每组逆变器驱动两个永磁同步电机。每组逆变器由4个IGBT桥臂组成，这4个桥臂各有2个桥臂分别连接两台电机。本发明可以用16个IGBT，8桥臂控制4台永磁同步电机，节约了IGBT的数量,不光降低了成本，而且还降低了IGBT的总损耗，减少了变流器内部的发热。上述的一种高速动车组牵引变流器主电路，第一输入电压电流缓冲电路包括第一开关K1、第二开关K2和第一电阻R1，第一开关K1的一端和第二开关K2的一端连接且作为输入端，第一开关K1的另一端通过第一电阻R1和第二开关K2的另一端连接，第二开关K2的另一端作为输出端；第二输入电压电流缓冲电路包括第三开关K3。上述的一种高速动车组牵引变流器主电路，二次滤波电路包括第一电容C1和第一电感L1，第一电容C1和第一电感L1串接后连接在母线VDC+和母线VDC-之间。上述的一种高速动车组牵引变流器主电路，第一斩波电路包括IGBT器件S17、第一电流传感器TA1、第二电阻R2和第一晶体二极管D1，IGBT器件S17的集电极和母线VDC+连接，IGBT器件S17的发射极和第二电阻R2的一端连接，还和第一晶体二极管D1的阴极连接，第二电阻R2的另一端和第一晶体二极管D1的阳极连接，第一晶体二极管D1的阳极和母线VDC-连接，第一电流传感器TA1串接在IGBT器件S17的发射极和第二电阻R2的连接线路上；第二斩波电路包括IGBT器件S18、第八电流传感器TA8、第九电阻R9和第二晶体二极管D2，IGBT器件S18的集电极和母线VDC+连接，发射极和第九电阻R9的一端连接，还和第二晶体二极管D2的阴极连接，第九电阻R9的另一端和第二晶体二极管D2的阳极连接，第二晶体二极管D2的阳极和母线VDC-连接，第八电流传感器TA8串接在IGBT器件S18和第九电阻R9的连接线路上。上述的一种高速动车组牵引变流器主电路，第一接触器电路包括第一接触器SK1、第二接触器SK2、第三接触器SK3、第四接触器SK4、第五接触器SK5、第六接触器SK6、第十三接触器SK13、第十四接触器SK14、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7和第八电阻R8，第一逆变器的输出U1连接到第一接触器SK1的1端，第一接触器SK1的3端连接到第五电阻R5的一端，第一接触器SK1的4端连接到电机motor1的U相，第一逆变器的输出V1连接到第二接触器SK2的1端，第二接触器SK2的3端连接到第四电阻R4的一端，第二接触器SK2的4端连接到电机motor1的V相，第一逆变器的输出U2连接到第四接触器SK4的1端，第四接触器SK4的3端连接到第六电阻R6的一端，第四接触器SK4的4端连接到电机motor2的U相，第一逆变器的输出V2连接到第五接触器SK5的1端，第五接触器SK5的3端连接到第七电阻R7的一端，第五接触器SK5的4端连接到电机motor2的V相，第一电容电路的输出N1连接到第十三接触器SK13的1端，第十三接触器SK13的3端连接到第一逆变器的输出U2，第十三接触器SK13的4端连接到第三接触器SK3的1端，第三接触器SK3的3端连接到第三电阻R3的一端，第三接触器SK3的4端连接到电机motor1的W相，第一电容电路的输出N1连接到第十四接触器SK14的1端，第十四接触器SK14的3端连接到第一逆变器的输出V1，第十四接触器SK14的4端连接到第六接触器SK6的1端，第六接触器SK6的3端连接到第八电阻R8的一端，第六接触器SK6的4端连接到电机motor2的W相，第三电阻R3、第四电阻R4和第五电阻R5的另一端相连，第六电阻R6、第七电阻R7和第八电阻R8的另一端相连；第二接触器电路包括第七接触器SK7、第八接触器SK8、第九接触器SK9、第十接触器SK10、第十一接触器SK11、第十二接触器SK12、第十五接触器SK15、第十六接触器SK16、第十电阻R10、第十一电阻R11、第十二电阻R12、第十三电阻R13、第十四电阻R14和第十五电阻R15，第二逆变器的输出U3连接到第七接触器SK7的1端，第七接触器SK7的3端连接到第十二电阻R12的一端，第七接触器SK7的4端连接到电机motor3的U相，第二逆变器的输出V3连接到第八接触器SK8的1端，第八接触器SK8的3端连接到第十一电阻R11的一端，第八接触器SK8的4端连接到电机motor3的V相，第二逆变器的输出U4连接到第十接触器SK10的1端，第十接触器SK10的3端连接到第十三电阻R13的一端，第十接触器SK10的4端连接到电机motor4的U相，第二逆变器的输出V4连接到第十一接触器SK11的1端，第十一接触器SK11的3端连接到第十四电阻R14的一端，第十一接触器SK11的4端连接到电机motor4的V相，第二电容电路的输出N2连接到第十五接触器SK15的1端，第十五接触器SK15的3端连接到第二逆变器的输出U4，第十五接触器SK15的4端连接到第九接触器SK9的1端，第九接触器SK9的3端连接到第十电阻R10的一端，第九接触器SK9的4端连接到电机motor3的W相，第二电容电路的输出N2连接到第十六接触器SK16的1端，第十六接触器SK16的3端连接到第二逆变器的输出V3，第十六接触器SK16的4端连接到第十二接触器SK12的1端，第十二接触器SK12的3端连接到第十五电阻R15的一端，第十二接触器SK12的4端连接到电机motor4的W相，第十电阻R10、第十一电阻R11和第十二电阻R12的另一端相连，第十三电阻R13、第十四电阻R14和第十五电阻R15的另一端相连。本发明提出了一种高速动车组牵引变流器主电路，在这主电路上通过使用合适的控制算法和调制算法，可以用16个IGBT控制4台电机，具有节能、发热少，保护能力强和可靠性好等优点，优化了现有控制永磁同步电机的变流器发热量大、热损耗高、成本高的问题。附图说明图1为本发明的电路原理图。图2为第一电压电流缓冲电路的电路结构图。图3为第二电压电流缓冲电路的电路结构图。图4为二次滤波电路的电路结构图。图5为第一斩波电路的电路结构图。图6为第二斩波电路的电路结构图。图7为第一逆变器的电路结构图。图8为第一接触器电路的电路结构图。图中：1-第一输入电压电流缓冲电路，2-第二输入电压电流缓冲电路，3-第一个四象限整流器，4-第二个四象限整流器，5-二次滤波电路，6-电压传感器，7-支撑电容，8-第一斩波电路，9-第二斩波电路，10-第一逆变器，11-第二逆变器，12-第一接触器电路，13-第二接触器电路，14-第一电容电路，15-第二电容电路。具体实施方式下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。如图1所示，一种高速动车组牵引变流器主电路，包括第一输入电压电流缓冲电路1、第二输入电压电流缓冲电路2、第一个四象限整流器3、第二个四象限整流器4、二次滤波电路5、电压传感器6、支撑电容7、第一斩波电路8、第二斩波电路9、第一逆变器10、第二逆变器11、第一接触器电路12、第二接触器电路13、第一电容电路14和第二电容电路15。牵引变压器二次侧输出绕组P1连接到第一电压电流缓冲电路1的A端，第一电压电流缓冲电路1的B端连接到第一个四象限整流器3的A端，牵引变压器二次侧输出绕组N1连接到第一个四象限整流器3的B端，牵引变压器二次侧输出绕组P2连接到第二电压电流缓冲电路2的A端，第二电压电流缓冲电路2的B端连接到第二个四象限整流器4的A端，牵引变压器二次侧输出绕组N2连接到第二个四象限整流器4的B端，第一个四象限整流器3和第二个四象限整流器4的C端连接到母线VDC+，第一个四象限整流器3和第二个四象限整流器4的D端连接到母线VDC-。二次滤波电路5的A端连接到母线VDC+，二次滤波电路5的B端连接到电压VDC-，电压传感器6的A端连接到母线VDC+电压传感器6的的B端连接到电压VDC-，支撑电容7的A端连接到母线VDC+，支撑电容7的B端连接到电压VDC-。母线电压VDC+连接到第一斩波电路8的A端，母线电压VDC-连接到第一斩波电路8的B端。母线电压VDC+连接到第二斩波电路9的A端，母线电压VDC-连接到第二斩波电路9的B端。母线电压VDC+连接到第一逆变器10的A端，母线电压VDC-连接到第一逆变器10的B端，第一逆变器10的4路输出线为U1、V1、U2和V2，第一电容电路的输出为N1。N1连接到第十三接触器SK13的1端，U2连接到第十三接触器SK13的3端，第十三接触器SK13的4端为W1。N1连接到第十四接触器SK14的1端，V1连接到第十四接触器SK14的3端，第十四接触器SK14的4端为W2。U1连接到第一接触器SK1的1端，第一接触器SK1的4端连接到电机Motor1的U相。V1连接到第二接触器SK2的1端，第二接触器SK2的4端连接到电机Motor1的V相。W1连接到第三接触器SK3的1端，第三接触器SK3的4端连接到电机Motor1的W相。U2连接到第四接触器SK4的1端，第四接触器SK4的4端连接到电机Motor2的U相。V2连接到第五接触器SK5的1端，第五接触器SK5的4端连接到电机Motor2的V相。W2连接到第六接触器SK6的1端，第六接触器SK6的4端连接到电机Motor2的W相。接触器连接到电机各相的电路分别有霍尔电流传感器TA2---TA7来检测电机的相电流。母线电压VDC+连接到第二逆变器11的A端，母线电压VDC-连接到第二逆变器11的B端，第二逆变器11的4路输出线为U3、V3、U4和V4，第二电容电路的输出为N2。N2连接到第十五接触器SK15的1端，U4连接到第十五接触器SK15的3端，第十五接触器SK15的4端为W3。N2连接到第十六接触器SK16的1端，V3连接到第十六接触器SK16的3端，第十六接触器SK16的4端为W4。U3连接到第七接触器SK7的1端，第七接触器SK7的4端连接到电机Motor3的U相。V3连接到第八接触器SK8的1端，第八接触器SK8的4端连接到电机Motor3V的U相。W3连接到第九接触器SK9的1端，第九接触器SK9的4端连接到电机Motor3的W相。U4连接到第十接触器SK10的1端，第十接触器SK10的4端连接到电机Motor4的U相。V4连接到第十一接触器SK11的1端，第十一接触器SK11的4端连接到电机Motor4的V相。W4连接到第十二接触器SK12的1端，第十二接触器SK12的4端连接到电机Motor4的W相。接触器连接到电机各相的电路分别有霍尔电流传感器TA9---TA14来检测电机的相电流。第一电压电流缓冲电路1的电路结构如图2所示，包括第一开关K1、第二开关K2、和第一电阻R1。第一电压电流缓冲电路1的A端连接第一开关K1和第二开关K2的一端，第一开关K1的另一端连接第一电阻R1的一端，第一电阻R1的另一端和第二开关K2的另一端连接到第一电压电流缓冲电路1的B端。第二电压电流缓冲电路2由第三开关K3组成，如图3所示，第三开关K3的一端连接第二电压电流缓冲电路2的A端，第三开关K3的另一端连接第二电压电流缓冲电路2的B端。二次滤波电路5由第一电容C1和第一电感L1组成，如图4所示，第一电容C1的一端连接在母线电压VDC+上，第一电容C1的另一端连接第一电感L1的一端，第一电感L1的另一端连接在母线电压VDC-上。第一斩波电路8包括IGBT器件S17、第一电流传感器TA1、第二电阻R2和第一晶体二极管D1，如图5所示。IGBT器件S17的C极连接母线电压VDC+，IGBT器件S17的E极连接第二电阻R2一端和第一晶体二极管D1的阴极，IGBT器件S17的G极连接IGBT驱动信号，第二电阻R2的另一端和第一晶体二极管D1的阳极相连，并且连接到母线电压VDC-，第一电流传感器TA1检测流经IGBT器件S17E极到第二电阻R2的电流。第二斩波电路9包括IGBT器件S18、第八电流传感器TA8、第九电阻R9和第二晶体二极管D2，如图6所示。IGBT器件S18的C极连接母线电压VDC+，IGBT器件S18的E极连接第九电阻R9一端和二极管D2的阴极，IGBT器件S18的G极连接IGBT驱动信号，第九电阻R9的另一端和第二晶体二极管D2的阳极相连，并且连接到母线电压VDC-，第八电流传感器TA8检测流经IGBT器件S18E极到电阻R9的电流。第一逆变器10的结构如图7所示，由IGBT器件S19---S26组成，IGBT驱动信号分别连接到IGBTS19---S26的一端。PWM信号发生模块发出用于控制电机的控制信号，IGBT驱动模块将控制信号进行处理。当两个电机正常运行时，PWM信号发生模块发出适用于双电机控制的8路PWM信号，当由一个电机故障时，如MOTOR1故障，这时S19—S20IGBT封锁脉冲，PWM信号发生模块用单电机调制的方式，发出适用于单电机控制的6路PWM信号，驱动S21---S26运行。第一接触器电路12包括第一接触器SK1、第二接触器SK2、第三接触器SK3、第四接触器SK4、第五接触器SK5、第六接触器SK6、第十三接触器SK13、第十四接触器SK14、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7和第八电阻R8，结构如图8所示，第一逆变器10的输出U1连接到第一接触器SK1的1端，第一接触器SK1的3端连接到第五电阻R5的一端，第一接触器SK1的4端连接到电机motor1的U相，第一逆变器10的输出V1连接到第二接触器SK2的1端，第二接触器SK2的3端连接到第四电阻R4的一端，第二接触器SK2的4端连接到电机motor1的V相，第一逆变器10的输出U2连接到第四接触器SK4的1端，第四接触器SK4的3端连接到第六电阻R6的一端，第四接触器SK4的4端连接到电机motor2的U相，第一逆变器10的输出V2连接到第五接触器SK5的1端，第五接触器SK5的3端连接到第七电阻R7的一端，第五接触器SK5的4端连接到电机motor2的V相，第一电容电路的输出N1连接到第十三接触器SK13的1端，第十三接触器SK13的3端连接到第一逆变器10的输出U2，第十三接触器SK13的4端连接到第三接触器SK3的1端，第三接触器SK3的3端连接到第三电阻R3的一端，第三接触器SK3的4端连接到电机motor1的W相，第一电容电路的输出N1连接到第十四接触器SK14的1端，第十四接触器SK14的3端连接到第一逆变器10的输出V1，第十四接触器SK14的4端连接到第六接触器SK6的1端，第六接触器SK6的3端连接到第八电阻R8的一端，第六接触器SK6的4端连接到电机motor2的W相，第三电阻R3、第四电阻R4和第五电阻R5的另一端相连，第六电阻R6、第七电阻R7和第八电阻R8的另一端相连。本发明通过接触器电路的设计，既可以在故障发生时及时的对系统进行保护，也可以在一些特定的工况下保证车辆的正常运行。1）当4台电机正常运行时，接触器SK1-SK16合到端子1，变流器正常拖动电机运行。2）当列车处于被拖动的状态时，为了避免永磁同步电机被拖动发电对变流器的影响，接触器SK1-SK16合到端子2，与变流器隔开。3）当列车运行失控时，永磁同步电机会产生较大的反电动势电压，这时接触器SK1-SK12合到端子3，接触器SK13-SK16合到端子1，将列车的动能在电阻上消耗掉。4）当一组逆变器中控制的1台电机故障或只需要转动一台电机时，以motor1为例，当motor1故障或不需要它运转时时，将SK1-SK3合到端子2，SK4-SK6合到端子1，SK14合到端子3。这时S23和S24，S25和S26，S21和S22构成的三相桥臂就可以控制motor2，控制方式也就从4桥臂控制双电机转换为3桥臂控制单电机。本发明通过逆变器电路和接触器电路的设计可以实现对电机不同控制模式的转变。电机运行模式1是电机在2桥臂加电容中点连接方式下的运行模式。电机运行模式2是电机在3桥臂下的运行模式。运行模式1和运行模式2的电机控制算法和PWM调制算法是不同的。下表以逆变器10、接触器电路12、motor1和motor2为例对双电机在不同运行模式下接触器的控制进行了简要说明，但不包本发明所能适应的所有工况。接触器下“1-3”的序号为连接的管脚。序号motor1motor2SK1SK2SK3SK4SK5SK6SK13SK141运行模式1运行模式1111111112运行模式1故障/不运行111222113运行模式2故障/不运行111222314故障/不运行运行模式1222111115故障/不运行运行模式2222111136故障/不运行故障/不运行222222227耗能模式耗能模式33333311对四电机控制模式的配置可在以上对双电机控制的基础上进一步延伸。本发明可以通过对接触器的灵活控制，实现电机在不同工况下、不同运行模式下的运行，非常灵活。