機車交流傳動技術(shù)2課件

機車交流傳動技術(shù)（2）1、我國交流傳動的發(fā)展現(xiàn)狀我國交流傳動技術(shù)的研究始于70年代初，可以說起步不晚，但國際上80年代初交流傳動機車就已經(jīng)進入商用化，技術(shù)日趨成熟。鐵道部主管領(lǐng)導曾指出，我國發(fā)展交流傳動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GTO階段，直接發(fā)展IGBT技術(shù)，縮短我國與國際上當今先進技術(shù)的差距。

到90年代我國由株洲電力機車研究所和鐵道部科學研究院共同研制的，功率達1000kW的電力牽引交流傳動系統(tǒng)獲得成功。在此基礎(chǔ)上，由株洲電力機車廠、株洲電力機車研究所于1996年共同研制的4軸4000kW，我國第一臺交流傳動電力機車（原形車）誕生。以AC4000命名的交流傳動機車的研制，標志著我國電力機車進入交流傳動時代。

1、我國交流傳動的發(fā)展現(xiàn)狀

1999年9月我國首臺交流傳動內(nèi)燃機車“捷力型”調(diào)車內(nèi)燃機車研制成功；2000年6月由大連機車車輛廠和西門子公司合作研制生產(chǎn)的DF4DJ型交流傳動內(nèi)燃機車落成，該機車為客貨運兩用，它的研制成功標志著我國大功率內(nèi)燃機車跨入了將全面實現(xiàn)交流化的新時代。機車設(shè)計軸重為23±3%，計算整備重量為138±3%t,機車的最大速度為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，輪周制動功率為2850kW。1、我國交流傳動的發(fā)展現(xiàn)狀東風4DJ型交流傳動內(nèi)燃機車2、現(xiàn)代機車的技術(shù)特點

現(xiàn)代機車

傳統(tǒng)機車1.傳動方式交流傳動直流傳動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+

電機逆變器3.牽引電機三相交流異步電機直流電機制造簡單,堅固耐用制造復(fù)雜,費工費料無機械換向器機械換向器

-消除環(huán)火故障-運用中易發(fā)生環(huán)火

-起動時無燒損-起動時可能發(fā)生燒損

-無電刷維修-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)子帶絕緣繞組運輸?shù)男枨蟾鞣N限制交流傳動機車發(fā)展交流電機的特點科學技術(shù)的發(fā)展3、交流傳動機車發(fā)展綜述運輸?shù)男枨蟾鞣N限制交流傳動機車發(fā)展交流電機的特點科學技術(shù)的發(fā)展安全性、實用性、可靠性、靈活性、舒適性越高越好；費用越低越好。3、交流傳動機車發(fā)展綜述運輸?shù)男枨蟾鞣N限制交流傳動機車發(fā)展交流電機的特點科學技術(shù)的發(fā)展安全性、實用性、可靠性、靈活性、舒適性越高越好；費用越低越好。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、交流傳動機車發(fā)展綜述運輸?shù)男枨蟾鞣N限制交流傳動機車發(fā)展交流電機的特點科學技術(shù)的發(fā)展安全性、實用性、可靠性、靈活性、舒適性越高越好；費用越低越好。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、交流傳動機車發(fā)展綜述運輸?shù)男枨蟾鞣N限制交流傳動機車發(fā)展交流電機的特點科學技術(shù)的發(fā)展安全性、實用性、可靠性、靈活性、舒適性越高越好；費用越低越好。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、易維護等電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)、新材料、新工藝等滿足運輸?shù)男枨蟪浞掷眯录夹g(shù)利用新材料采用新工藝3、交流傳動機車發(fā)展綜述4、交流傳動機車的主要組成動力制動模塊空氣系統(tǒng)模塊

輔助變頻器主變頻器及電機驅(qū)動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)電機同步電機、異步電機設(shè)備與功率器件6、交直與交流傳動機車主電路比較變速箱異步電機逆變器整流器牽引變壓器1085kW25000V變速箱直流電機整流器牽引變壓器25000V濾波電抗器勵磁繞組交直傳動機車主電路交流傳動機車主電路7、交流傳動機車的技術(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)動電機技術(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)動電機技術(shù)、牽引變壓器技術(shù)、變頻控制及其網(wǎng)絡(luò)技術(shù)冷卻與通風技術(shù)、輔助變流器技術(shù)控制電源技術(shù)、保護技術(shù)、電磁兼容與布線技術(shù)7、交流傳動機車的技術(shù)分類

8、機車牽引特性機車牽引特性要求：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、有較高的過載能力4、充分發(fā)揮機車功率5、先進的經(jīng)濟技術(shù)指標9、交流牽引電機（鼠籠式異步電機）9、交流牽引電機（鼠籠式異步電機）9、交流牽引電機（鼠籠式異步電機）定子繞組中通入對稱的三相交流電，產(chǎn)生速度為旋轉(zhuǎn)磁場。9、交流牽引電機（鼠籠式異步電機）ot=180

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

可見，當定子繞組中通入三相電流后，它們共同產(chǎn)生的合成磁場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。旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向

當通入定子繞組的三相電流的相序為A-B-C時，旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向與這個順序是一致的，可見磁場的轉(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（鼠籠式異步電機）9、交流牽引電機（鼠籠式異步電機）10、機車牽引中異步電機的運行特性（1）

恒力矩起動

①采用恒壓頻比控制低頻時適當提高電壓，抵消定子繞組內(nèi)阻的影響。

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

電流型逆變器(異步電機)GTO電壓型逆變器(歐洲之星TGV)牽引控制系統(tǒng)牽引電機制動系統(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，負載電流i0為正N組工作時，i0為負兩組變流器按一定的頻率交替工作，負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。既可由網(wǎng)側(cè)向負載側(cè)提供能量，又能把負載側(cè)能量向網(wǎng)側(cè)回饋，針對異步牽引電機來說，很容易實現(xiàn)再生電制動；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)。牽引傳動系統(tǒng)牽引高壓設(shè)備牽引變流牽引驅(qū)動高壓電器主變壓器四象限中間電壓過壓保護牽引逆變器牽引電機齒輪箱車輪網(wǎng)側(cè)變流控制器電機側(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鋼軌牽引系統(tǒng)關(guān)系鏈再生CRH1動車組主電路

CRH1由三個TBU(列車基本單元)共8輛車組成一列動車組。其中TBU1和TBU2完全對稱，由兩動一拖構(gòu)成；TBU3由一動一拖構(gòu)成。

CRH2主電路簡圖CRH3主電路框圖HXD1型機車主電路MHXD2型機車主電路HXD3型電力機車主電路變流器電路（單臺電機）“交－直－交”核心環(huán)節(jié)——逆變器電路每橋臂導電180°，同一相上下兩臂交替導電，各相開始導電的角度差120°。任一瞬間有三個橋臂同時導通。每次換流都是在同一相上下兩臂之間進行，也稱為縱向換流。180°導電方式大功率交流傳動機車的關(guān)鍵技術(shù)

1、大功率電力電子變換技術(shù)牽引變流器2、計算機控制技術(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)用電力電子器件對電能進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對電能傳送流動方向的控制；②對電能質(zhì)量指標的控制，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~電壓檢測泵升限制電流檢測溫度檢測電流檢測單片機顯示設(shè)定接口PWM發(fā)生器驅(qū)動電路~URUIR0R1R2RbVTbKR0R1RbR23、交流傳動系統(tǒng)控制電路變速箱0,98異步電機0,95逆變器0,99整流器0,98牽引變壓器0,941000kW1020kW1074kW1085kW1107kW25000V3、交流傳動系統(tǒng)控制電路（