動車課件第二章牽引傳動系統(tǒng)

1、第二章 牽引供電系統(tǒng)第一節(jié)牽引供電系統(tǒng)基本構成（一）動力單元的配置第一節(jié)牽引供電系統(tǒng)基本構成（一）動力單元的配置CRH5型動車組牽引系統(tǒng)使用交直交傳動方式，主要由受電弓、主斷路器、附加斷路器、牽引變壓器、牽引變流器及牽引電機組成。受電弓通過電網(wǎng)接入25kV的高壓交流電，輸送給牽引變壓器，降壓成1770V的交流電。降壓后的交流電再輸入牽引變流器，整流成3600V直流電，再通過牽引逆變器逆變成電壓和頻率均可控制的三相交流電，輸送給牽引電機牽引整個列車。圖2.1變壓器變流器牽引電機接觸網(wǎng)受電弓高壓電纜第一節(jié)牽引供電系統(tǒng)基本構成CRH5型動車組牽引系統(tǒng)主變壓器使用油冷方式，牽引變流器使用成熟的IGBT

2、技術。異步牽引電機的功率為550kW，采用體懸方式，由萬向軸傳遞牽引力。動車組有兩個相對獨立的主牽引系統(tǒng)，每個牽引單元配備一個完整的集電、牽引及輔助系統(tǒng)，以實現(xiàn)所需的牽引和輔助電路冗余，其中一個單元由3輛動車加1輛拖車構成（M-M-T-M），另一個單元由2輛動車加2輛拖車構成（T-T-M-M）。動車組編組及動力設備的配置 見圖2.2圖2.2第一節(jié)牽引供電系統(tǒng)基本構成正常情況下，兩個牽引系統(tǒng)均工作，當一個牽引系統(tǒng)發(fā)生故障時，可以自動切斷故障源，繼續(xù)運行。每個動力單元帶有一個主變壓器和受電弓。在正常運行中，每列車只啟用1個受電弓。每個牽引動（力）單元的牽引設備都由下列設備組成:1一個高壓單元，帶受

3、電弓和保護裝置；2一個主變壓器；3兩套或三套IGBT水冷技術的主牽引套件；4四臺或六臺異步牽引電機，底架懸掛，最大設計負載550kW（輪緣處功率）（二） 主電路構成第一節(jié)牽引供電系統(tǒng)基本構成圖2.3 第一動力牽引系統(tǒng)電路示意圖第一節(jié)牽引供電系統(tǒng)基本構成圖2.4 第二動力牽引系統(tǒng)電路示意圖（改）第一節(jié)牽引供電系統(tǒng)基本構成（二）主電路構成圖2.3為第一牽引單元原理示意圖，圖2.4為第二牽引單元原理示意圖，第二牽引單元與第一牽引單元及其相似，唯一的區(qū)別是少配備一個牽引/輔助變流器，增加一個附加斷路器。第一節(jié)牽引供電系統(tǒng)基本構成每個動力單元的牽引設備都由下列設備組成：（1）高壓電器單元具有受電設備、保

4、護裝置和主變壓器，安裝在TP和TPB車上。主變壓器采用強制油冷卻。（2）第一牽引動力單元具有3個牽引/輔助變流器，第二牽引動力單元具有2個牽引/輔助變流器，每臺牽引/輔助變流器驅(qū)動2臺牽引電機。牽引/輔助變流器獲得可調(diào)節(jié)的（直流改為交流）電壓，并驅(qū)動異步牽引電機的牽引和再生制動。每輛動車配置2臺異步牽引電機，底架懸掛，單臺電機設計持續(xù)功率可達到550kW，并且車輪的直徑差（在相同車軸上）接近3mm時也能夠提供500kW的負載。（3）牽引控制器TCU能夠完成如下的功能 控制設備發(fā)送牽引/制動命令； 控制中間直流線電壓和受電弓輸入端的功率因數(shù)； 控制電機牽引/制動轉(zhuǎn)矩； 進行電力設備的保護； 對控

5、制器本身進行自診斷；（4）安裝在M2和MH車輛上的電氣裝置。（三）牽引/電制動特性第一節(jié)牽引供電系統(tǒng)基本構成（三）牽引/電制動特性在正常負載條件下（定員載客）、平直線路、車輪平均磨耗（即車輪直徑為850mm）和網(wǎng)壓在22.5KV AC-29KV AC范圍內(nèi)時，列車的牽引性能如下： 1平均啟動加速度（040km/h） 0.50m/s 2200km/h 時的剩余加速度 0.11m/s 3220km/h時的剩余加速度 0.09m/s 4250km/h時的剩余加速度 0.05m/s 5平均最大車輪-磨耗粘著系數(shù) 0.22 6爬行坡度（100%牽引力） 30 7在一個牽引變流器故障（80%牽引功率）條件

6、下的爬行坡度30 ； 8在二個牽引變流器故障或一個牽引變壓器故障條件下(可獲得60% 的牽引功率)的爬行坡度 27（連續(xù)運行）； 30（以73km/h速度運行25km）； 9輪周處的最大牽引功率 5500kW； 10輪周處的最大牽引力 302kN； 11輪周處的最大制動功率 5785kW； 12列車在全功率和一半故障條件下的牽引曲線，如圖2.5所示。第一節(jié)牽引供電系統(tǒng)基本構成圖2.5牽引曲線強迫通風電機的連續(xù)曲線第一節(jié)牽引供電系統(tǒng)基本構成列車設有再生制動，可在250到10km/h的速度范圍內(nèi)工作。在電分相區(qū)段，電制動不會停止但會將再生的電流給輔助變流器供電，并通過制動電阻器消散能量，制動電阻器

7、安裝在車頂，靠自然通風。這樣設計的目的是允許電阻制動的時間最長達10秒鐘。再生制動可在電分相端部重新啟動，如果在電分相區(qū)段的時間超過10秒鐘，電制動會完全停止而且將自動起用空氣制動。該列車裝備有自風冷式盤式制動裝置，每個動軸上裝2個，每個拖軸裝3個，并有彈簧控制的停放制動裝置。動車組常用制動為電制動和空氣制動的復合制動，緊急制動僅為空氣制動。電制動在200km/h到10km/h的速度范圍內(nèi)工作，在達到最大電制動的情況下，輪周處的最大制動力和功率如下： 1輪周處的最大制動力 205kN 2輪周處的最大制動功率 5785kW第一節(jié)牽引供電系統(tǒng)基本構成最大常用制動和緊急制動性能相同：初速度200 k

8、m/h： 1平均減速度 0.79 m/s2 2制動距離 2000 m初速度160 km/h： 1平均減速度 0.79 m/s2 2制動距離 1400 m 3列車制動特性曲線，如圖2.6所示。第一節(jié)牽引供電系統(tǒng)基本構成圖2.6常用制動時速制動力曲線第二節(jié) 牽引供電系統(tǒng)控制原理（一）牽引變壓器的控制原理第二節(jié)牽引供電系統(tǒng)控制原理（一）牽引變壓器的控制原理牽引變壓器的控制由位于TP、TPB車高壓箱內(nèi)的CLT（牽引控制單元）裝置負責，主要的保護手段為切除變壓器和減小牽引功率。CLT裝置通過檢測安裝在變壓器上的液位探測器、油流繼電器、PT100溫度探針及壓力釋放閥等附件的狀態(tài)來執(zhí)行對變壓器的控制保護。1

9、過壓保護 通過檢測壓力釋放閥的狀態(tài)來判斷變壓器油箱內(nèi)的壓力，一旦壓力釋放閥動作，將直接切除變壓器。2冷卻液循環(huán)不足保護 通過檢測油流繼電器的狀態(tài)來判斷油泵的工作狀態(tài)，一旦油流繼電器顯示油流低，則根據(jù)冷卻液的溫度情況對變壓器進行切除或減小牽引功率。3冷卻液液位低保護 如果液位探測器顯示冷卻液液位低，則直接切除變壓器。4原邊繞組的過載或者傳感器故障保護 通過讀取原邊電流互感器的電流信號來判斷是否出現(xiàn)故障，如果存在故障，則切除變壓器。第二節(jié)牽引供電系統(tǒng)控制原理5冷卻液溫度保護 冷卻液的溫度保護必須結(jié)合冷卻系統(tǒng)的工作狀態(tài)來執(zhí)行。 當100=t（溫度）130，1個油泵故障且1個風扇不能全速工作，牽引功率

10、為70%。 當100=t130，1個風扇全速工作或兩個風扇只能半速工作，牽引功率為50%。 130=t150，牽引功率為70%。 130=t150，1個油泵故障，牽引功率為0。 130=t150，1個風扇不能全速工作，牽引功率為50%。 150=t，變壓器切除。 60t，風扇不工作，變壓器切除。 速度不為0，兩個油泵故障，變壓器切除。6原邊繞組絕緣損壞保護 通過讀取變壓器原邊電流互感器TAP和TAP1的信號來判斷是否存在故障。如果兩個傳感器的差值大于50A，則切除變壓器。7冷卻系統(tǒng)的工作狀態(tài)保護 通過檢測冷卻系統(tǒng)電機的開關及熱繼電器的狀態(tài)來執(zhí)行保護。如果發(fā)現(xiàn)油泵或者風扇沒有工作，則根據(jù)冷卻液的

11、溫度情況對主變壓器進行切除或減小牽引功率。（二）牽引變流器的控制原理第二節(jié)牽引供電系統(tǒng)控制原理（二）牽引變流器的控制原理 牽引/輔助變流器主要由兩組四象限整流器（4QC）、中間直流電路、制動斬波器、牽引逆變器和一組輔助變流器組成。每一組牽引逆變器控制一臺568KW牽引電機，輔助變流器向車載三相400V/50HZ用電設備供電。變流器的主要功能是將牽引變壓器降壓后輸出單相AC1770V/50HZ的電壓，經(jīng)四象限整流得到3600V的中間直流電壓，再經(jīng)牽引逆變器輸出電壓頻率可調(diào)的02808V的三相交流電壓來控制每臺電機；同時輔助變流器從中間回路輸入直流3600V電壓經(jīng)斬波降壓逆變后輸出三相400V/50HZ的交流電壓，為輔助系統(tǒng)的設備供電。第二節(jié)牽引供電系統(tǒng)控制原理牽引變流器的控制基于牽引控制單元TCU。四象限整流器控制計算是基于PWM：正弦波形與接觸網(wǎng)頻率鎖定，調(diào)整幅值和相位，以保持直流環(huán)節(jié)為DC3600V，調(diào)節(jié)網(wǎng)側(cè)電流和電壓之間的相位差，使其接近于零，相位控制由牽引變壓器的高阻抗特性完成，這樣可以將電網(wǎng)電流諧波減少至最