機(jī)車交流傳動(dòng)技術(shù)2課件

機(jī)車交流傳動(dòng)技術(shù)（2）1、我國(guó)交流傳動(dòng)的發(fā)展現(xiàn)狀我國(guó)交流傳動(dòng)技術(shù)的研究始于70年代初，可以說(shuō)起步不晚，但國(guó)際上80年代初交流傳動(dòng)機(jī)車就已經(jīng)進(jìn)入商用化，技術(shù)日趨成熟。鐵道部主管領(lǐng)導(dǎo)曾指出，我國(guó)發(fā)展交流傳動(dòng)不要跟在別人后面先KK，后GTO，再IGBT一步一步地走老路繞彎子，應(yīng)跨過(guò)GTO階段，直接發(fā)展IGBT技術(shù)，縮短我國(guó)與國(guó)際上當(dāng)今先進(jìn)技術(shù)的差距。

到90年代我國(guó)由株洲電力機(jī)車研究所和鐵道部科學(xué)研究院共同研制的，功率達(dá)1000kW的電力牽引交流傳動(dòng)系統(tǒng)獲得成功。在此基礎(chǔ)上，由株洲電力機(jī)車廠、株洲電力機(jī)車研究所于1996年共同研制的4軸4000kW，我國(guó)第一臺(tái)交流傳動(dòng)電力機(jī)車（原形車）誕生。以AC4000命名的交流傳動(dòng)機(jī)車的研制，標(biāo)志著我國(guó)電力機(jī)車進(jìn)入交流傳動(dòng)時(shí)代。

1、我國(guó)交流傳動(dòng)的發(fā)展現(xiàn)狀

1999年9月我國(guó)首臺(tái)交流傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車“捷力型”調(diào)車內(nèi)燃機(jī)車研制成功；2000年6月由大連機(jī)車車輛廠和西門子公司合作研制生產(chǎn)的DF4DJ型交流傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車落成，該機(jī)車為客貨運(yùn)兩用，它的研制成功標(biāo)志著我國(guó)大功率內(nèi)燃機(jī)車跨入了將全面實(shí)現(xiàn)交流化的新時(shí)代。機(jī)車設(shè)計(jì)軸重為23±3%，計(jì)算整備重量為138±3%t,機(jī)車的最大速度為145km/h，持續(xù)速度為19.9km/h，持續(xù)牽引力為444kN，輪周功率為2460kW，輪周制動(dòng)功率為2850kW。1、我國(guó)交流傳動(dòng)的發(fā)展現(xiàn)狀東風(fēng)4DJ型交流傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車2、現(xiàn)代機(jī)車的技術(shù)特點(diǎn)

現(xiàn)代機(jī)車

傳統(tǒng)機(jī)車1.傳動(dòng)方式交流傳動(dòng)直流傳動(dòng)2.變流系統(tǒng)采用IGBT器件的晶閘管相控整流器四象限變流器+

電機(jī)逆變器3.牽引電機(jī)三相交流異步電機(jī)直流電機(jī)制造簡(jiǎn)單,堅(jiān)固耐用制造復(fù)雜,費(fèi)工費(fèi)料無(wú)機(jī)械換向器機(jī)械換向器

-消除環(huán)火故障-運(yùn)用中易發(fā)生環(huán)火

-起動(dòng)時(shí)無(wú)燒損-起動(dòng)時(shí)可能發(fā)生燒損

-無(wú)電刷維修-需要維修電刷

-接地故障大大減少-接地故障較多鼠籠轉(zhuǎn)子,消除絕緣故障轉(zhuǎn)子帶絕緣繞組運(yùn)輸?shù)男枨蟾鞣N限制交流傳動(dòng)機(jī)車發(fā)展交流電機(jī)的特點(diǎn)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展3、交流傳動(dòng)機(jī)車發(fā)展綜述運(yùn)輸?shù)男枨蟾鞣N限制交流傳動(dòng)機(jī)車發(fā)展交流電機(jī)的特點(diǎn)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展安全性、實(shí)用性、可靠性、靈活性、舒適性越高越好；費(fèi)用越低越好。3、交流傳動(dòng)機(jī)車發(fā)展綜述運(yùn)輸?shù)男枨蟾鞣N限制交流傳動(dòng)機(jī)車發(fā)展交流電機(jī)的特點(diǎn)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展安全性、實(shí)用性、可靠性、靈活性、舒適性越高越好；費(fèi)用越低越好。地域規(guī)范、供電制式、空間、體積、重量、技術(shù)水平、工藝水平的限制等3、交流傳動(dòng)機(jī)車發(fā)展綜述運(yùn)輸?shù)男枨蟾鞣N限制交流傳動(dòng)機(jī)車發(fā)展交流電機(jī)的特點(diǎn)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展安全性、實(shí)用性、可靠性、靈活性、舒適性越高越好；費(fèi)用越低越好。地域規(guī)范、供電制式、空間、體積、重量、技術(shù)水平、工藝水平的限制等單位體積重量的功率大、可靠性好、易維護(hù)等電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)、新材料、新工藝等3、交流傳動(dòng)機(jī)車發(fā)展綜述運(yùn)輸?shù)男枨蟾鞣N限制交流傳動(dòng)機(jī)車發(fā)展交流電機(jī)的特點(diǎn)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展安全性、實(shí)用性、可靠性、靈活性、舒適性越高越好；費(fèi)用越低越好。地域規(guī)范、供電制式、空間、體積、重量、技術(shù)水平、工藝水平的限制等單位體積重量的功率大、可靠性好、易維護(hù)等電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)、新材料、新工藝等滿足運(yùn)輸?shù)男枨蟪浞掷眯录夹g(shù)利用新材料采用新工藝3、交流傳動(dòng)機(jī)車發(fā)展綜述4、交流傳動(dòng)機(jī)車的主要組成動(dòng)力制動(dòng)模塊空氣系統(tǒng)模塊

輔助變頻器主變頻器及電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊通訊模塊電子設(shè)備

牽引變頻器逆變器(電流源型、電壓源型、PMW)電機(jī)同步電機(jī)、異步電機(jī)設(shè)備與功率器件6、交直與交流傳動(dòng)機(jī)車主電路比較變速箱異步電機(jī)逆變器整流器牽引變壓器1085kW25000V變速箱直流電機(jī)整流器牽引變壓器25000V濾波電抗器勵(lì)磁繞組交直傳動(dòng)機(jī)車主電路交流傳動(dòng)機(jī)車主電路7、交流傳動(dòng)機(jī)車的技術(shù)分類核心層技術(shù)輔助層技術(shù)相關(guān)層技術(shù)牽引變頻器技術(shù)、交流驅(qū)動(dòng)電機(jī)技術(shù)、牽引變壓器技術(shù)、變頻控制及其網(wǎng)絡(luò)技術(shù)核心層技術(shù)輔助層技術(shù)相關(guān)層技術(shù)牽引變頻器技術(shù)、交流驅(qū)動(dòng)電機(jī)技術(shù)、牽引變壓器技術(shù)、變頻控制及其網(wǎng)絡(luò)技術(shù)冷卻與通風(fēng)技術(shù)、輔助變流器技術(shù)控制電源技術(shù)、保護(hù)技術(shù)、電磁兼容與布線技術(shù)7、交流傳動(dòng)機(jī)車的技術(shù)分類

8、機(jī)車牽引特性機(jī)車牽引特性要求：1、能產(chǎn)生足夠大的牽引力2、能方便廣泛調(diào)節(jié)速度3、有較高的過(guò)載能力4、充分發(fā)揮機(jī)車功率5、先進(jìn)的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)9、交流牽引電機(jī)（鼠籠式異步電機(jī)）9、交流牽引電機(jī)（鼠籠式異步電機(jī)）9、交流牽引電機(jī)（鼠籠式異步電機(jī)）定子繞組中通入對(duì)稱的三相交流電，產(chǎn)生速度為旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。9、交流牽引電機(jī)（鼠籠式異步電機(jī)）ot=180

AZBXCYSN9、交流牽引電機(jī)（鼠籠式異步電機(jī)）U1U2V2W1V1W2U1V1W2U2W1V2U1V1W2U2W1V29、交流牽引電機(jī)（鼠籠式異步電機(jī)）

可見(jiàn)，當(dāng)定子繞組中通入三相電流后，它們共同產(chǎn)生的合成磁場(chǎng)是隨著電流的交變而在空間不斷地旋轉(zhuǎn)著，這就是旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)向

當(dāng)通入定子繞組的三相電流的相序?yàn)锳-B-C時(shí)，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)向與這個(gè)順序是一致的，可見(jiàn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)向與定子繞組中的電流相序有關(guān)。旋轉(zhuǎn)方向取決于三相電流的相序。9、交流牽引電機(jī)（鼠籠式異步電機(jī)）9、交流牽引電機(jī)（鼠籠式異步電機(jī)）10、機(jī)車牽引中異步電機(jī)的運(yùn)行特性（1）

恒力矩起動(dòng)

①采用恒壓頻比控制低頻時(shí)適當(dāng)提高電壓，抵消定子繞組內(nèi)阻的影響。

②采用恒磁通控制電機(jī)各參數(shù)與頻率的關(guān)系：(2)恒功率運(yùn)行

電流型逆變器(異步電機(jī))GTO電壓型逆變器(歐洲之星TGV)牽引控制系統(tǒng)牽引電機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)牽引變流器牽引變壓器轉(zhuǎn)向架列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)鋁合金、不銹鋼車體系統(tǒng)集成九大關(guān)鍵技術(shù)變頻技術(shù)——交交變頻變頻技術(shù)——交交變頻工作原理：P組工作時(shí)，負(fù)載電流i0為正N組工作時(shí)，i0為負(fù)兩組變流器按一定的頻率交替工作，負(fù)載就得到該頻率的交流電改變兩組變流器的切換頻率，就可改變輸出頻率改變變流電路的控制角a，就可以改變交流輸出電壓的幅值變頻技術(shù)——交交變頻變頻技術(shù)——交直交變頻電壓型變頻電路電流型變頻電路VVVF電路結(jié)構(gòu)第一種：整流器ＶＶ，逆變器ＶＦSCR可控整流器六拍逆變器DCACAC50Hz~調(diào)頻調(diào)壓可控整流器調(diào)壓、六拍逆變器調(diào)頻的交-直-交變壓變頻器交-直-交PWM變壓變頻器變壓變頻(VVVF)中間直流環(huán)節(jié)恒壓恒頻(CVCF)PWM逆變器DCACAC50Hz~調(diào)壓調(diào)頻C第二種：利用PWM技術(shù)，在逆變器環(huán)節(jié)同時(shí)VVVF（通用變頻器）第三種：采用四象限整流器與PWM逆變器（牽引變流器）電機(jī)四象限整流器～/－PWM逆變器－/3~四象限整流器的作用１、使能量可以雙向流動(dòng)。既可由網(wǎng)側(cè)向負(fù)載側(cè)提供能量，又能把負(fù)載側(cè)能量向網(wǎng)側(cè)回饋，針對(duì)異步牽引電機(jī)來(lái)說(shuō)，很容易實(shí)現(xiàn)再生電制動(dòng)；２、從電網(wǎng)側(cè)吸收的電流為正弦波，減少了接觸網(wǎng)的等效干擾電流，減少了對(duì)通訊的干擾；３、可以使電網(wǎng)側(cè)的功率因數(shù)接近１；４、可以保證中間回路直流電壓在允許偏差內(nèi)。牽引傳動(dòng)系統(tǒng)牽引高壓設(shè)備牽引變流牽引驅(qū)動(dòng)高壓電器主變壓器四象限中間電壓過(guò)壓保護(hù)牽引逆變器牽引電機(jī)齒輪箱車輪網(wǎng)側(cè)變流控制器電機(jī)側(cè)變流控制器車輛控制接觸網(wǎng)受電弓主變壓器變流器牽引電機(jī)鋼軌牽引系統(tǒng)關(guān)系鏈再生CRH1動(dòng)車組主電路

CRH1由三個(gè)TBU(列車基本單元)共8輛車組成一列動(dòng)車組。其中TBU1和TBU2完全對(duì)稱，由兩動(dòng)一拖構(gòu)成；TBU3由一動(dòng)一拖構(gòu)成。

CRH2主電路簡(jiǎn)圖CRH3主電路框圖HXD1型機(jī)車主電路MHXD2型機(jī)車主電路HXD3型電力機(jī)車主電路變流器電路（單臺(tái)電機(jī)）“交－直－交”核心環(huán)節(jié)——逆變器電路每橋臂導(dǎo)電180°，同一相上下兩臂交替導(dǎo)電，各相開(kāi)始導(dǎo)電的角度差120°。任一瞬間有三個(gè)橋臂同時(shí)導(dǎo)通。每次換流都是在同一相上下兩臂之間進(jìn)行，也稱為縱向換流。180°導(dǎo)電方式大功率交流傳動(dòng)機(jī)車的關(guān)鍵技術(shù)

1、大功率電力電子變換技術(shù)牽引變流器2、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)網(wǎng)絡(luò)控制、矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制1、大功率電力電子變換技術(shù)電力電子變換技術(shù)是應(yīng)用電力電子器件對(duì)電能進(jìn)行變換和控制的技術(shù)。（1）電能變換：交流－直流(AC－DC)的變換（整流）直流－交流(DC－AC)變換（逆變）交流－直流－交流（交－直－交系統(tǒng)）（2）控制：①對(duì)電能傳送流動(dòng)方向的控制；②對(duì)電能質(zhì)量指標(biāo)的控制，包括電量的大小、頻率、波形和相位等。電力電子器件是整個(gè)電力電子技術(shù)的基礎(chǔ)，代表電力電力電子技術(shù)的發(fā)展歷程和水平。電力電子器件的分類如下：

1）不控型如：整流二極管

2）半控型如：晶閘管

3）全控型如：GTO、GTR、MOSFET、IGBT1、大功率電力電子變換技術(shù)2、變流器的控制1、SPWM控制2、矢量控制3、直接轉(zhuǎn)矩控制M3~電壓檢測(cè)泵升限制電流檢測(cè)溫度檢測(cè)電流檢測(cè)單片機(jī)顯示設(shè)定接口PWM發(fā)生器驅(qū)動(dòng)電路~URUIR0R1R2RbVTbKR0R1RbR23、交流傳動(dòng)系統(tǒng)控制電路變速箱0,98異步電機(jī)0,95逆變器0,99整流器0,98牽引變壓器0,941000kW1020kW1074kW1085kW1107kW25000V3、交流傳動(dòng)系統(tǒng)控制電路（