CRH2型動(dòng)車組牽引傳動(dòng)系統(tǒng)工作原理及控制.doc

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動(dòng)車組牽引傳動(dòng)系統(tǒng)車底設(shè)備主要有網(wǎng)側(cè)高壓電氣設(shè)備，牽引變壓器，牽引變流器，牽引電動(dòng)機(jī)等設(shè)備組成。全列共計(jì)2臺(tái)牽引變壓器，4臺(tái)牽引變流器，16臺(tái)牽引電動(dòng)機(jī)。牽引變壓器位于2，6號(hào)車底，牽引變流器和牽引電動(dòng)機(jī)皆配置在2，3，6，7號(hào)車底。 三、動(dòng)車組牽引傳動(dòng)系統(tǒng)主要設(shè)備 ：受電弓 動(dòng)車組受電弓是從接觸網(wǎng)獲得電能的主要設(shè)備，也是動(dòng)車組主電路的高壓設(shè)備之一。受電弓主要通過列車運(yùn)行時(shí)壓縮空氣進(jìn)入升弓裝置氣囊升起受電弓，使受電弓滑板與接觸線接觸而獲電；絳弓時(shí)排出氣囊內(nèi)壓縮空氣使受電弓落下。 ：接地保護(hù)開關(guān) 受電弓和接地保護(hù)開關(guān)安裝在同一車輛上。接地保護(hù)開關(guān)通過把特高壓電源接地，防止對(duì)車體施加特高電壓。當(dāng)主電路發(fā)生電流異?；蚪佑|網(wǎng)電壓異常等事故時(shí)，強(qiáng)制性地操作保護(hù)接地開關(guān)，把接觸網(wǎng)接地，使接地電流流向接觸網(wǎng)，變電站供電系統(tǒng)中的隔離開關(guān)跳閘，接觸網(wǎng)處于無電壓狀態(tài)，以保護(hù)動(dòng)車組不受損壞。此外，作業(yè)維修人員在對(duì)高壓設(shè)備箱檢查維修時(shí)為確保人員安全，接地保護(hù)開關(guān)與高壓設(shè)備箱采取聯(lián)動(dòng)鎖定措施，將受電弓預(yù)先接地，即使萬一受電弓升起，也能防止觸電事故的發(fā)生。 ：高壓設(shè)備箱 高壓設(shè)備箱安裝在2,6號(hào)車低架下，內(nèi)置：真空斷路器，避雷器，地板下電纜連接盒等主要器件。高壓設(shè)備箱內(nèi)安裝的各部件可單獨(dú)裝卸也可整體裝卸。高壓設(shè)備箱上裝有避雷器，側(cè)面裝有真空斷路器，地板下電纜盒及指示燈。防止作業(yè)維修人員在設(shè)備檢查時(shí)高壓觸電，高壓設(shè)備箱與接地保護(hù)開關(guān)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)鎖定。 ：真空斷路器 真空斷路器配置在高壓設(shè)備箱內(nèi)用來斷開和接通25KV電路，并作為故障狀態(tài)的保護(hù)器件，兼有斷路器和開關(guān)兩種作用。當(dāng)牽引變壓器牽引側(cè)以后的電路發(fā)生故障時(shí)，能迅速，安全，準(zhǔn)確及時(shí)地切斷電路。真空斷路器與牽引變壓器配套使用，每列動(dòng)車組配置2臺(tái)真空斷路器，每臺(tái)真空斷路器控制一臺(tái)牽引變壓器。 ：牽引變壓器 牽引變壓器是動(dòng)車組上的重要部件，用來把25KV高壓電變換為供給牽引變流器及其它用電設(shè)備工作所適合的電壓。牽引變壓器除了具有堅(jiān)固的機(jī)械結(jié)構(gòu)且體積小，質(zhì)量小，電磁線電密大，用量小的優(yōu)點(diǎn)外，還具有牽引繞組電抗相等保證牽引繞組側(cè)負(fù)荷均等的特點(diǎn)。牽引變壓器的兩個(gè)獨(dú)立的牽引繞組，每個(gè)牽引繞組與一臺(tái)牽引變流器連接，相互干擾小，使動(dòng)車組運(yùn)行穩(wěn)定。 ：牽引變流器 牽引變流器單相三電平脈沖整流器，中間直流電路，三電平逆變器，真空交流接觸器等主電路設(shè)備以及牽引控制裝置，控制電源等組成。每輛動(dòng)車配置一臺(tái)牽引變流器，每臺(tái)牽引變流器驅(qū)動(dòng)4臺(tái)并聯(lián)牽引電動(dòng)機(jī)。 ：牽引電動(dòng)機(jī) 牽引電動(dòng)機(jī)是動(dòng)車組的動(dòng)力來源。全列共配置16臺(tái)三相異步電動(dòng)機(jī)均勻分布在動(dòng)車組的2，3，6，7號(hào)車底。每輛動(dòng)車配置4臺(tái)牽引電動(dòng)機(jī)，每臺(tái)額定功率300KW，最高轉(zhuǎn)速6120r/min,最高實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)速7040r/min。牽引電動(dòng)機(jī)采用轉(zhuǎn)向架架懸方式，機(jī)械通風(fēng)冷卻，平行齒輪彎曲軸萬向接頭方向驅(qū)動(dòng)，具有良好的牽引性能而且功率大諧波干擾小。 四、牽引傳動(dòng)系統(tǒng)的主要工作性能及特點(diǎn) ：牽引傳動(dòng)系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)換與傳遞 動(dòng)車組牽引運(yùn)行是將電能與機(jī)械能轉(zhuǎn)換與傳遞的過程。再生制動(dòng)運(yùn)行是將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能的過程。從而形成閉合的能量轉(zhuǎn)換鏈條。 牽引運(yùn)行時(shí)：受電弓將接觸網(wǎng)AC 25KV單項(xiàng)工頻交流電，經(jīng)過相關(guān)的高壓電氣設(shè)備傳輸給牽引變壓器，牽引變壓器降壓后輸出1500V單相交流電供給牽引變流器，脈沖整流器將單相交流電變換成直流電，經(jīng)中間直流電路將DC 2600-3000V的直流電輸出給牽引逆變器，牽引逆變器輸出電壓/頻率可調(diào)的三相交流電源驅(qū)動(dòng)牽引電動(dòng)機(jī)，牽引電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速通過齒輪變速箱傳遞給輪對(duì)驅(qū)動(dòng)列車運(yùn)行。實(shí)現(xiàn)電能到機(jī)械能的轉(zhuǎn)換。 再生制動(dòng)時(shí)，控制牽引逆變器使?fàn)恳妱?dòng)機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，牽引逆變器工作于整流狀態(tài)，牽引電動(dòng)機(jī)發(fā)出的三相交流電被整流為直流電并對(duì)中間直流環(huán)節(jié)經(jīng)行充電，使中間直流環(huán)節(jié)電壓上升。脈沖整流器工作于逆變狀態(tài)，中間直流回路直流電被逆變成單相交流電，該交流電通過牽引變壓器，真空斷路器，受電弓等高壓設(shè)備反饋給接觸網(wǎng)，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)械能到電能的轉(zhuǎn)換。 ：牽引傳動(dòng)系統(tǒng)主電路結(jié)構(gòu)原理 動(dòng)車組受電弓從接觸網(wǎng)接受25KV，50HZ單相交流電，通過真空斷路器連接到牽引變壓器原邊繞組。牽引變壓器牽引繞組輸出AC1500V，50HZ電源輸入脈沖整流器。脈沖整流器單相三電平PWM變流器，交流接觸器K組成。采用無觸點(diǎn)控制裝置實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出直流電壓26003000V恒壓控制，牽引變壓器原邊單位功率因數(shù)的控制以及故障保護(hù)。再生制動(dòng)時(shí)牽引變流器經(jīng)過牽引變壓器反饋電能。 牽引逆變器采用VVVF的控制方式，整流器輸入給支撐電容器的直流電壓，依據(jù)無接點(diǎn)控制裝置控制信號(hào)，輸出變頻變壓的三相交流電對(duì)4臺(tái)并聯(lián)牽引電動(dòng)機(jī)進(jìn)行速度力矩控制。再生制動(dòng)時(shí)牽引電動(dòng)機(jī)發(fā)出三相交流電，經(jīng)整流后向支撐電容器輸出直流電壓。 ：牽引傳動(dòng)系統(tǒng)的主要特點(diǎn) CRH2型動(dòng)車組在牽引變壓器，牽引變流器，牽引電動(dòng)機(jī)，控制策略等方面有顯著的特點(diǎn)。 ：牽引變壓器采用殼式結(jié)構(gòu)，車體下吊掛安裝，油循環(huán)強(qiáng)迫風(fēng)冷。牽引繞組為兩個(gè)獨(dú)立繞組，確保牽引繞組的高電抗，弱耦合性。 ：牽引變流器主電路采用兩開關(guān)功率器件串聯(lián)與中點(diǎn)帶鉗位二極管的方案，功率開關(guān)器件采用IPM智能功率模塊或IBGT模塊。其中IPM是將IGBT功率器件驅(qū)動(dòng)電路，保護(hù)電路登封裝在一個(gè)模塊的 新型電子器件，是IGBT集成化，智能化的一種應(yīng)用方式。具有驅(qū)動(dòng)功率小，吸收回路簡(jiǎn)單，器件本身具有檢測(cè)和保護(hù)功能，可以采用多個(gè)并聯(lián)以增大電流容量。 ：采用單相三電平PWM脈沖整流器，直流母線電壓和容量提高一倍。減小了諧波失真，保證了變流器輸入側(cè)電流波形一定的正弦度，從而減小了對(duì)通信系統(tǒng)的諧波干擾。 ：牽引變流器中間直流環(huán)節(jié)不設(shè)二次諧波濾波裝置，減輕了牽引變流器和牽引變壓器的質(zhì)量。 ：逆變器采用三電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，與其它逆變器相比，端電壓波形包含較少的諧波分量。在同一周期內(nèi)三電平逆變器有27種工作狀態(tài)，減小相鄰電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)引起的電壓和電流波動(dòng)，從而降低了損耗，提高牽引電動(dòng)機(jī)效率，減少轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。 ：牽引電動(dòng)機(jī)具有良好的牽引性能，可以實(shí)現(xiàn)寬范圍的平滑調(diào)速，使機(jī)車啟動(dòng)時(shí)發(fā)出較大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩；牽引電動(dòng)機(jī)可靠性高，同直流電動(dòng)機(jī)比較，沒有因換向引起的電氣損耗和機(jī)械損耗，沒有環(huán)火，運(yùn)行可靠性進(jìn)一步提高；耐振動(dòng)，耐風(fēng)雪，在多塵，潮濕等惡劣環(huán)境下正常運(yùn)行；電機(jī)過載能力強(qiáng)；轉(zhuǎn)速高，功率/質(zhì)量比高，利于電動(dòng)機(jī)懸掛；轉(zhuǎn)矩速度特性較好，可抑制空轉(zhuǎn)提高黏著利用率。 ：牽引電動(dòng)機(jī)采用矢量控制策略，控制方式簡(jiǎn)單，使整個(gè)牽引傳動(dòng)系統(tǒng)具有良好的動(dòng)態(tài)性能和控制精度。 五、CRH2型動(dòng)車組牽引控制 牽引控制主要是動(dòng)車組牽引運(yùn)行過程中的主控制繼電器操作有效控制，運(yùn)行方向控制，恒速運(yùn)行控制，牽引設(shè)備控制等。 ：主控制繼電器操作有效控制 主控制繼電器決定司機(jī)操作是否有效，每端司機(jī)室內(nèi)有一個(gè)主控制繼電器，只有在主控制繼電器閉合時(shí)，其操作有效。當(dāng)在動(dòng)車組其中一端司機(jī)室進(jìn)行主控操作時(shí)，通過連鎖控制，另一端司機(jī)室的操作無效，這樣保證了只能在一端司機(jī)室行駛。 ：運(yùn)行方向控制 動(dòng)車組運(yùn)行方向控制的主要手段是利用安裝在司機(jī)室內(nèi)的方向控制器。方向控制器在T1車和T4車各有一套。方向手柄有3個(gè)位置：“前”位，“關(guān)”位和“后”位?！扒啊蔽粫r(shí)，向前繼電器得電動(dòng)作；“后”位時(shí)，向后繼電器得電動(dòng)作；“關(guān)”位時(shí)兩個(gè)繼電器均不動(dòng)作。方向控制器控制牽引方向指令條件和牽引指令繼電器條件。方向指令條件；主控制繼電器MRC勵(lì)磁，方向手柄在“前”位時(shí)，線4加壓，向監(jiān)控器傳遞向前指令。方向手柄在“后”位時(shí)，線5加壓，向監(jiān)控器傳遞向后指令。 方向手柄不在“關(guān)”位，而是在“前”位或“后”位時(shí)，換向開關(guān)前R或后R得電，對(duì)應(yīng)的常開觸點(diǎn)閉合，牽引指令繼電器R得電動(dòng)作。牽引指令繼電器R得電動(dòng)作后，牽引指令才能發(fā)出。 ：牽引控制器與方向控制器連鎖控制； 牽引控制器又稱主控制器，主要功能是生成牽引指令的級(jí)位指令，同時(shí)生成牽引指令條件和恒速運(yùn)行指令條件。 牽引控制器與方向控制器連鎖，牽引方向手柄在“前”位或“后”位時(shí)，牽引指令控制器 R得電動(dòng)作。操作牽引控制器時(shí)，根據(jù)牽引控制器手柄的位置不同，不同的線加壓形成了10級(jí)的牽引指令輸入至監(jiān)控中央裝置，通過網(wǎng)絡(luò)向牽引變流器傳送牽引指令。 ：恒速運(yùn)行 主控制器手柄在2級(jí)以上時(shí)，若其它條件滿足時(shí)，恒速繼電器CSR得電動(dòng)作，與定速開關(guān)并聯(lián)的常開觸點(diǎn)閉合且處于自保狀態(tài)。牽引方向手柄不在空檔位。制動(dòng)手柄在“運(yùn)行”位。ATP常用制動(dòng)無效：NBR勵(lì)磁；ATC常用制動(dòng)無效：定速關(guān)閉開關(guān)沒有按下：定速關(guān)閉SW為OFF。此可見，制動(dòng)較牽引更優(yōu)先級(jí)，從而保證了行車安全。 上述條件滿足時(shí)，當(dāng)CSR得點(diǎn)動(dòng)作后，其常開觸點(diǎn)閉合，線23得電加壓，將恒速控制信號(hào)傳給監(jiān)控中央裝置。 ：動(dòng)車組牽引系統(tǒng)主要設(shè)備控制與管理； ：受電弓連鎖控制與管理； 受電弓裝置在動(dòng)車組4，6號(hào)車上，在正常情況和列車不連掛的情況下，只能一個(gè)受電弓升起供電，當(dāng)一個(gè)受電弓升起時(shí)，通過升弓聯(lián)鎖繼電器連鎖，另一個(gè)受電弓上升指令不能發(fā)出。受電弓的升降操作通過設(shè)置在司機(jī)室操縱臺(tái)和司機(jī)配電盤上的升/降開關(guān)進(jìn)行控制或通過信息顯示器觸摸屏鍵進(jìn)行切除和升弓操作。動(dòng)車組的，號(hào)車均設(shè)置了升弓聯(lián)鎖繼電器PIR，當(dāng)號(hào)車受電弓升起后，該車的升弓聯(lián)鎖繼電器勵(lì)磁，通過連鎖電路斷開號(hào)車的升弓電路，這樣號(hào)車的受電弓升起后，即使對(duì)號(hào)車的受電弓進(jìn)行升弓操作也不會(huì)升起號(hào)車的受電弓。 ：牽引變壓器控制與管理； 動(dòng)車組牽引變壓器的控制，主要有1，2，3次側(cè)保護(hù)及其他保護(hù)，保護(hù)和控制時(shí)相應(yīng)的保護(hù)開關(guān)動(dòng)作，并分?jǐn)嘀鲾嗦菲鲗⑿畔魅虢K端裝置。 ：牽引變流器與主電路連鎖控制與管理： 牽引變流器除完成牽引控制外還與主斷路器VCB接口與控制。為防止VCB合閘時(shí)對(duì)牽引變流器電流沖擊，只有在牽引變流器1次側(cè)電源接觸器沒有投入時(shí)，接觸器投入繼電器KRR處入失電狀態(tài)，對(duì)應(yīng)的常閉觸點(diǎn)閉合，其他條件滿足時(shí)VCB可以合閘。VCB投入狀態(tài)下，當(dāng)牽引變流器發(fā)生故障時(shí)，牽引變流器的故障繼電器失電，或當(dāng)牽引變流器發(fā)生接地故障時(shí)，接地繼電器得電，VCB的合閘繼電器VCB-M失電，VCB斷開。只有VCB投入后，牽引變壓器1次側(cè)接入牽引接觸網(wǎng)，VCB投入狀態(tài)信號(hào)送入牽引變流器，起動(dòng)中間濾波電容器