開題報告-某型高速動車組主電路及制動控制設計

1、一、選題目的的理論價值和現(xiàn)實意義隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，我國的交通運輸能力越來越舉步維艱長期以來在鐵路運輸方面，我國一直使用機車牽引車輛運行的模式，這種運輸模式只適應于速度在200km/h以下運行。在經(jīng)濟的高速發(fā)展下，我國的人口流動量大增，特別是春運期間；人們對提高列車的速度已經(jīng)亟不可待，而在速度達到200km/h300km/h使用機車牽引顯得非常吃力。提高列車運行速度是增加鐵路運能、提高鐵路在客運市場占有率的最有效途徑，因此許多國家的高速列車都紛紛采用動車組模式運營，特別是日本、德國、法國。為了適應國民經(jīng)濟的發(fā)展，2004年1月，國務院常務會議討論通過了中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃鐵路網(wǎng)要擴大規(guī)模，完善

2、結構，提高質(zhì)量，快速擴充運輸能力，迅速提高裝備水平。至2020年，我國鐵路營業(yè)里程達到12萬公里以上，其中高速鐵路大1.6萬公里以上，最終形成世界規(guī)模最大的高速鐵路網(wǎng)。2004年，鐵道部按照“引進先進技術，聯(lián)合設計生產(chǎn)，打造中國品牌”的總體發(fā)展目標，通過以市場換技術，走技貿(mào)結合，自助創(chuàng)新的路子，采用國內(nèi)公開招標方式，先后引進200km/h及以上的多種鐵路客運動車組和大功率電力機車制造技術。為了進一步縮小與世界動車技術水平的差距，于是自主創(chuàng)新，掌握核心技術是非常重要的，雖然我國進入高速動車組的時代起步比較晚，但是從2004年至今，我國動車技術得到了飛躍的發(fā)展。于是選擇本課題研究是非常有意義的，希

3、望中國的動車技術能達到世界先進水平，提高我國鐵路運輸能力，促進經(jīng)濟發(fā)展。二、本課題在國內(nèi)外的研究狀況及發(fā)展趨勢我國從20世紀50年代開始引進動車組，在漫長的時期我國消化吸收自主創(chuàng)新設計東風號等系列動車組，但是技術實力薄弱，自主設計遇到很多問題無法解決。直到2004年國家重新引進技術，目前我國動車組技術高速發(fā)展，從引進過程到國內(nèi)聯(lián)合生產(chǎn)過程，生產(chǎn)了CRH1型，CRH2型，CRH3型，CRH5型，CRH2-300型,CRH380A型及CRH380B型等系列動車組。CRH1型是由中國南車集團四方機車車輛股份有限公司與加拿大龐巴迪共同生產(chǎn)。CRH2 由中國南車集團四方機車車輛股份有限公司聯(lián)合日本川崎重

4、工，引進川崎重工業(yè)的新干線E2-1000型動車組技術，采用四動四拖模式，并在此基礎上通過技術消化自主創(chuàng)新設計了CRH380A動車，時速達到486.1km/h，再次刷新鐵路營運試驗最高速度，使我國動車技術又提升一個臺階。CRH3由中國北車集團唐山軌道客車有限責任公司聯(lián)合德國西門子，引進西門子ICE3 （Velaro）技術，而且消化了技術設計出有中國特色的CRH380B動車。CRH5則由中國北車集團長春軌道客車股份有限公司聯(lián)合法國阿爾斯通，引進法國阿爾斯通的Pendolino寬體擺式列車技術，取消了裝設的擺式功能。截至2011年底，我國動車設計速度達到380km/h，持續(xù)運營350km/h，最高試

5、驗速度486.1km/h。近年來我國在高速列車領域技術在引進和自主創(chuàng)新兩個方面都取得了巨大成就，但是與國外先進技術相比還存在很大的差距。法國高速鐵路發(fā)展迅速，在1981年就已經(jīng)開通運營作為歐洲最早的鐵路客運專線，到2010年底高速鐵路里程已經(jīng)達到1896km。法國是世界高鐵的技術強國，一直引領世界鐵路的發(fā)展，而且在2007年采用的AGVV-150型號高速列車創(chuàng)造了世界上鐵路運營最高試驗速度574.8km/h，意味著其先進技術得到認可。日本式最早在高速鐵路方面發(fā)展起來的國家，技術發(fā)展越來越快。其中FASTECH360S型號列車運行速度達360km/h，在技術和可靠性方面有了進一步的提高。德國的高

6、速列車起步比較晚，落后于法國和日本，但是目前德國動車技術實力已經(jīng)遠超其他國家，處于世界領先地位。目前為止德國高速鐵路已經(jīng)達到1560km。而且ICE系列是德國最快最舒適的高速動車，時速到320km/h。日本、德國、法國的動車不僅速度高而且安全性好，運輸量大等特點，需要我們學習和消化的，填補我們技術上的空白。隨著半導體的不斷發(fā)展，國外的動車的主變流器均采用IGBT模塊，使得牽引系統(tǒng)做到體積更小，重量更輕，電路集成化更高。而且IGBT模塊的性能不斷提高，IGBT模塊的電壓等級不斷提高，從1200V/300A的IGBT模塊發(fā)展到6500V/600A模塊，而且從簡單的AC-DC模式發(fā)展到AC-DC-A

7、C模式為牽引電機提供三相交流電，大大提高了牽引電機的功率。在未來，動車的電路設計更趨于大規(guī)模集成化，功率更大，性能更好。三、研究重點 本課題主要針對某型高速動車組主電路及制動控制設計，本課題以某型高速動車組網(wǎng)側電路、主電路、主變流器控制電路、制動控制電路原理為主體，分析動車組電路性能。分別闡述主電路四象限脈沖整流AC-DC部分原理，并對網(wǎng)側電感電容參數(shù)按照控制性能進行設計；制動控制電路對牽引制動和再生制動的各種控制和調(diào)制策略；重點詳細分析DC-AC牽引逆變器的工作原理及控制算法，對三相異步鼠籠電機的等值電路進行公式分析，并根據(jù)動車組實際牽引-制動曲線來對逆變器進行控制，分析動車加速，降速這兩階

8、段的牽引特性。在MATLAB平臺搭建逆變器仿真模型，對逆變器采用幾種不同的控制策略進行仿真分析，滿足牽引制動和再生制動的設計要求。四、主要參考文獻1 黃濟榮.電力牽引交流傳動與控制M.北京：機械工業(yè)出版社 ，1998. 2 李 波.四象限變流器雙閉環(huán)控制系統(tǒng)的計算機仿真J.機車電傳動,2000(3):1619.3 李 偉，張 黎.2種PWM整流器控制方法的比較和仿真J.吉林電力，2001（5）：3638.4 張曙光.CRH5型動車組M.北京：中國鐵道出版社，2008.7.5 宋永增.動車組概論M.北京：北京交通大學出版社，2012.5 彭俊彬.動車組牽引與制動M.北京：中國鐵道出版社，2009

9、.11.6 李強,金新燦.動車組設計M. 北京：中國鐵道出版社，2011.7 李益民，張維.動車組制動系統(tǒng)M.成都：西南交通大學出版社，2008.12.8 翁星方.北京地鐵國產(chǎn)化列出IGBT牽引逆變器.機車電傳動，2008.7.9 馮江華.電力電子技術與鐵路機車牽引動力的發(fā)展.變流技術與電力牽引，2006.10 上野，雅之.新干線高速列車新型主變流器的開發(fā).電力牽引快報，1997.6.11 林渭勛.現(xiàn)代電力電子電路.浙江大學出版社，2004.3.12 熊鍵.一種改進的PWM整流器間接電流控制方案仿真.電工技術學報，2003,18（1）：5763.13Yasuyki Nishida. Osamu

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