近年来,随着城市化的不断推进,城轨建设趋于密集,交通资源迅速发展,极大地提升了人民出行效率,有效缓解了城市范围内交通拥挤问题。城轨列车运行过程中,充电机作为列车辅助供电变流系统的直流电压来源,主要为列车低压直流负载以及蓄电池供电,其蓄电池必要时还可作为应急电源以供给列车使用。而一般传统充电机中常使用二极管不控或三相半控整流电路,不仅会引起网侧电压畸变,还会产生谐波污染。因此,本文针对上述城市轨道交通存在的问题,基于PWM整流器的拓扑结构搭建一个带有蓄电池的城轨充电机系统,并对蓄电池充放电进行仿真以及实验验证系统的可行性。本文首先阐述了PWM整流器的基本结构以及拓扑原理,并将整个充电机系统分为硬件系统和软件系统两部分进行设计。根据三相VSR的拓扑结构设计了充电机系统主电路的硬件构成,并依据PWM整流器参数设计方法对此系统的主电路进行参数设计,对比了蓄电池常用的几种充电特性曲线,并确定了本充电机蓄电池的充电方式,依据阿尔斯通功率模块参数对采样硬件电路以及采样保护电路进行设计。最后对控制系统主控板、PWM板等其他控制板进行相应说明。在对PWM整流器进行分析后,通过坐标变换将PWM整流器的拓扑结构进行相应转换,得到对应旋转坐标系下的dq数学模型,并对PWM整流器进行双闭环控制以及解耦设计。在此基础上,提出了适用于蓄电池充电的改进双闭环控制策略,实现对蓄电池的恒流恒压充电。还对控制系统其他部分,包括锁相环逻辑、蓄电池充电逻辑、辅助逆变器逻辑、预充电及采样与保护逻辑等方面进行模块化设计。本文通过Matlab/Simulink将带有蓄电池的充电机系统接入三相交流电压侧进行仿真,以验证其自身控制系统可行性;其次将其接入到辅助逆变器输出侧进行仿真,验证其可以实现单位功率因数控制,并可以使网侧谐波含量处于较低水平;搭建蓄电池放电时的充电机系统仿真,系统能起到应急电源的作用。最后依据北京地铁15号线运行的功率模块搭建的充电机系统平台,通过FPGA和DSP相结合的控制模式,进一步验证了此系统功率因数良好、系统稳定的优良特性。本文共包含图73幅,表4个,参考文献49篇。