随着现代交流传动技术在高速列车上的广泛应用,牵引网与高速列车牵引传动系统相互耦合形成谐振回路,可能会产生车网谐振现象,导致牵引网过电压引发恶性事故,给电网及高速列车的安全运行带来隐患。在高速列车的牵引传动系统中,单相四象限变流器作为AC/DC环节,承担稳定牵引变流器直流环节电压以及网侧单位功率因数的任务,是影响车网谐振现象产生的关键环节。一般认为其交流侧电流谐波主要为工频奇数倍的低次谐波和开关频率附近的高次谐波。实际中,变流器交流侧的输入电流还存在低于开关频率、高于电网频率的谐波,甚至存在低于电网频率的低频波动,这些中低频的谐波电流现象都与变流器系统的非线性相关,成因难于分析。文章从基本的单相四象限变流器拓扑出发,从三个方面研究了其非线性行为：基于系统状态空间平均模型,利用非线性系统的Hopf分岔理论,解释了数字控制延迟导致系统进入不稳定运行区域的临界振荡现象;利用非线性系统分析中常用的描述函数法,对PWM本身的饱和特性进行建模分析,发现当电流控制器比例系数超出分岔值一定距离之后,系统存在极限环；针对数字控制的单相四象限变流器建立离散时间映射模型,通过数值求解进行分析,观察到了系统倍周期分岔和边界碰撞分岔现象,以及由工频周期局部相位区间到全周期范围的分岔发展过程。在此基础上,文章针对高速列车运行过程中四象限变流器的非线性行为进行研究。根据已有文献中牵引供电系统等效阻抗特性的研究,构建牵引网-四象限变流器耦合系统的状态空间平均模型。通过模型线性化及离散化过程,利用非线性理论中的Hopf分岔理论预测了耦合系统将出现的中频分岔现象,并得出更为全面的四象限变流器谐波振荡预测方法。最后,基于LCL型单相四象限变流器实验平台,分别针对单相四象限变流器基本拓扑、牵引网-四象限变流器耦合系统的Hopf分岔现象进行实验研究,验证了理论分析的正确性。