有關(guān)動車組高壓牽引變頻系統(tǒng)的研究

有關(guān)動車組高壓牽引變頻系統(tǒng)的研究

摘要:動車組牽引電機(jī)電源主要由高壓牽引變頻系統(tǒng)提供，該系統(tǒng)主要由主電路電器和控制電路電器兩部分組成，主電路由整流器、直流平滑電路、逆變器、真空交流接觸器接部分構(gòu)成，控制電路電器由無觸點(diǎn)控制裝置和控制電源兩部分構(gòu)成。高壓牽引變頻系統(tǒng)的正常工作對動車安全運(yùn)行非常重要。本文針對動車組高壓牽引變頻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和原理進(jìn)行分析，為提高動車組運(yùn)行安全性提供參考依據(jù)。關(guān)鍵詞:動車組;高壓;牽引變頻系統(tǒng)1引言動車因為速度快、安全性高、舒適度高等特點(diǎn)而成為當(dāng)代人青睞的一種出行方式，目前已經(jīng)成為我國主要運(yùn)輸資源之一。根據(jù)統(tǒng)計，截止到2018年底，我國擁有的高鐵運(yùn)輸線路已經(jīng)超過了2.9萬公里，可以說全世界超過三分之二的高鐵運(yùn)輸線路都在中國。青島四方廠、民春客車廠、唐山客車公司是我國幾家重要高鐵制造商，2004年和2005年這幾家企業(yè)分別從加拿大、日本、法國和德國引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)，開發(fā)研制了我CRH1型、CRH2型、CRH3型、CRH5型高速動車組。2016年，我國研制出擁有完全只是產(chǎn)權(quán)的標(biāo)準(zhǔn)動車組，其交匯速度創(chuàng)下新的世界紀(jì)錄。動車組牽引電機(jī)電源主要由高壓牽引變頻系統(tǒng)提供，該系統(tǒng)主要由主電路電器和控制電路電器兩部分組成，主電路由整流器、直流平滑電路、逆變器、真空交流接觸器接部分構(gòu)成，控制電路電器由無觸點(diǎn)控制裝置和控制電源兩部分構(gòu)成。高壓牽引變頻系統(tǒng)的正常工作對動車安全運(yùn)行非常重要。本文針對動車組高壓牽引變頻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和原理進(jìn)行分析，為提高動車組運(yùn)行安全性提供參考依據(jù)。2牽引變頻系統(tǒng)的構(gòu)成與工作原理

動車組牽引變頻系統(tǒng)的主體功能就是為牽引電機(jī)提供電源，其結(jié)構(gòu)主要分為可以產(chǎn)生電流的主電路電器和控制電路的控制電器兩部分構(gòu)成，兩部分集中安裝在一個箱體內(nèi)，所占空間比較小，鋁制框架大大減少了機(jī)器重量，結(jié)構(gòu)非常簡潔。其構(gòu)成如圖1所示。圖1牽引系統(tǒng)構(gòu)成圖動車組高壓牽引變頻系統(tǒng)的功率單元設(shè)置在集中位置，設(shè)計為模塊形式，操作、維修都非常便捷。因為該部分在工作中會產(chǎn)生大量熱量，動車組高壓牽引變頻系統(tǒng)設(shè)置了電動軸式流式通風(fēng)機(jī)，便于向功率單元輸送空氣，達(dá)到降溫目的。電路控制電器的真空接觸器、繼電器單元和無接點(diǎn)控制裝置三個部分也集中安裝，檢查維修方便。另外設(shè)置兩臺脈沖整流器用于半導(dǎo)體冷卻，以及三臺單元的逆變器。結(jié)構(gòu)上選擇板簧式手動型緊固裝置，極大方便檢修。半導(dǎo)體冷卻裝置和電動通風(fēng)機(jī)兩個部分體積較大，設(shè)計為下部拆裝形式。小型零部件采用可獨(dú)立更換的單元組合形式，一個部分需要更換不影響其它部分。而每個獨(dú)立的單元都既有結(jié)構(gòu)和功能的完整性。整個系統(tǒng)的電源由受電弓將單相交流25kV,50Hz的線電壓，通過VCB與牽引變壓器的一次側(cè)繞組相連接。VCB主要起控制主電路開閉作用。牽引主變壓器二次側(cè)的兩個牽引繞組在25kV一次側(cè)繞組磁力作用下能夠分別感應(yīng)出1500V的電壓，同時可以將其輸送到整流器部分。M1車和M2車上都安裝了一臺獨(dú)立牽引變流器，可以為車輛提供牽引動力和制動動力，以及安全保護(hù)動力。信息控制裝置能夠采集車輛各部分信息，并以此為參數(shù)控制整流器間載波的相位差運(yùn)行，這一控制功能能夠減少接觸網(wǎng)電流產(chǎn)生的高次諧波的干擾。牽引變頻系統(tǒng)主體部分由整流器、逆變器、直流平滑電路三部分構(gòu)成。整流器中單相交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟娏?，逆變器中電流由直流電轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟姡绷髌交娐纺軌蛲ㄟ^吸收電壓波動得到直流電壓。整流器和逆變器設(shè)計都為三電式結(jié)構(gòu)，電壓控制比較精密。半導(dǎo)體原件是主要電路，因此采用了r能高速開閉的IGBT或IPW，可以有效避免交流電壓波形失真問題，從而使?fàn)恳姍C(jī)和牽引變壓器電磁噪聲及轉(zhuǎn)矩波動都有效減少。2.1整流器簡述整流器分為單相三級PWM整流器和交流接觸器K兩部分組成，變壓器二次繞組側(cè)產(chǎn)生并輸出的AC1500V,50Hz電壓即為整流器中輸出電流。無觸點(diǎn)控制裝置的(IGBT元件)具有電流控制功能，能夠?qū)⒄髌髦休敵鲭娏骺刂圃?600一3000V定電壓，將牽引變壓器1次繞組側(cè)的電壓電流功率因數(shù)控制為1，同保護(hù)無觸點(diǎn)控制裝置，如果車輛進(jìn)行再生制動能夠?qū)崿F(xiàn)DC3000V電流到AC1500V、50H電流的逆變換，為牽引變壓器一側(cè)繞組提供動力。2.2逆變器簡述逆變器能夠通過無觸點(diǎn)控制裝置進(jìn)行電流逆轉(zhuǎn)變，濾波電容器中電壓經(jīng)過逆變器后變?yōu)槿嘟涣麟妷?，同時完成四臺并聯(lián)感應(yīng)電機(jī)速度和扭矩的控制工作。當(dāng)車輛進(jìn)行再生制動時，逆變器可以將三相交流點(diǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟妷翰⑵漭斔偷綖V波電容器。感應(yīng)電機(jī)主要采用矢量控制形式對扭矩電流和勵磁電流進(jìn)行高精度控制，提高扭矩響應(yīng)的速度及電流控制性能。逆變器采用3點(diǎn)式電路結(jié)構(gòu)。2.3直流濾波電容器工作機(jī)制濾波電容器由兩臺整流器功率單元和三臺逆變器功率單元兩個部分構(gòu)成，容量合計是8000μF。車輛各部分充電電路都連接在過濾電容器上，啟動之后時充電電阻部分首先開始充電，可以防止K閉合產(chǎn)生強(qiáng)大電流。逆變器閉合之后再將CHK連接，充電1秒鐘左右之后關(guān)閉CHK再將K接通。3結(jié)語動車組高壓牽引變頻系統(tǒng)對于動車組來說至關(guān)重要，是動車組動力主要來源。對其結(jié)構(gòu)和工作機(jī)制進(jìn)行科學(xué)設(shè)計，能夠保證動車組充足的動力和更高的安全性能。因此該系統(tǒng)設(shè)計結(jié)構(gòu)選擇模塊式，不同模塊結(jié)構(gòu)和功能獨(dú)立且可以互換，從而保證動車組安全穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。參考文獻(xiàn)[1]中國鐵道科學(xué)研究院機(jī)車車輛研究所五大產(chǎn)業(yè)(