城市軌道交通車輛及操作單元7-電力牽引系統(tǒng)課件

城市軌道交通車輛及操作單元7-電力牽引系統(tǒng)ppt課件城市軌道交通車輛及操作單元7-電力牽引系統(tǒng)ppt課件城市軌道交通車輛及操作單元7-電力牽引系統(tǒng)ppt課件城市軌道交通車輛及操作單元7-電力牽引系統(tǒng)ppt課件4電力牽引是一種以電能為動力的牽引方式，地鐵列車電力牽引系統(tǒng)通常由受流器從第三軌（輸電軌）或架空接觸網(wǎng)接受電能，通過車載的變流裝置給安裝在轉(zhuǎn)向架上的牽引電機供電，將電能轉(zhuǎn)換為機械能，通過齒輪傳動箱和輪對，驅(qū)動地鐵列車運行，如圖7-1所示。圖7-1牽引傳動裝置電力牽引是一種以電能為動力的牽引方式，地鐵列車電力牽引系統(tǒng)通現(xiàn)代地鐵列車的電力傳動系統(tǒng)具有的特點有：(1)電力傳動技術(shù)由最初的變阻調(diào)速發(fā)展到斬波器調(diào)速，進一步發(fā)展，則在應(yīng)用三相異步牽引電動機的動車中采用了變頻變壓(VVVF)技術(shù)。目前，逆變器技術(shù)在地鐵電動車組上得到了廣泛的應(yīng)用?，F(xiàn)代地鐵列車的電力傳動系統(tǒng)具有的特點有：(2)在車輛電力傳動系統(tǒng)中，牽引變流器(包括斬波器、逆變器等)廣泛采用了GTO(門極可關(guān)斷晶閘管)及IGBT(絕緣柵極雙極型晶體管)模塊或IPM(智能功率模塊)作為主開關(guān)器件，特別是IGBT或IPM模塊對較高頻率工作的電路也有較好的適應(yīng)能力。(3)微電子技術(shù)在地鐵車輛的牽引、制動、輔助控制、信息顯示和存儲、防滑與防空轉(zhuǎn)控制及行車安全等方面的到了廣泛的應(yīng)用。(4)車輛的制動，除了采用摩擦制動外，還采用了電氣制動技術(shù)，如再生制動、電阻制動及磁軌制動等，以提高運行過程中的節(jié)能效果與安全性。(2)在車輛電力傳動系統(tǒng)中，牽引變流器(包括斬波器、逆變器就世界地鐵車輛的現(xiàn)狀而言，隨著電力電子器件和計算機技術(shù)的發(fā)展?fàn)恳齻鲃酉到y(tǒng)大致經(jīng)歷了三個階段。20世紀(jì)80年代前的凸輪變阻調(diào)壓直流傳動系統(tǒng)80年代的斬波調(diào)壓直流傳動系統(tǒng)90年代的變壓變頻的交流傳動系統(tǒng)就世界地鐵車輛的現(xiàn)狀而言，隨著電力電子器件和計算機技術(shù)的發(fā)展交流傳動系統(tǒng)和直流傳動系統(tǒng)相比有以下優(yōu)點：①可充分利用黏著，減少動車比重：②主電路無觸點化，電機無換向器和電刷，提高了運行可靠性，減少了維修量；③再生制動可從高速持續(xù)到8km/h以下，安全平穩(wěn)、節(jié)省電能；④交流電機結(jié)構(gòu)簡單、壽命長，可延長檢修周期等。交流傳動系統(tǒng)和直流傳動系統(tǒng)相比有以下優(yōu)點：目前在發(fā)達(dá)國家中，交流傳動系統(tǒng)的交流裝置已普遍采用場效應(yīng)管（IGBT）組件，將電力電子器件與驅(qū)動電路、保護電路、檢測電路等集成在一個芯片或模塊內(nèi)的智能功率模塊（IPM）也已經(jīng)開始使用。輔助電路是為了保證車輛正常運行和客室的舒適性，包括車輛上所需要的許多輔助設(shè)備（如壓縮機、空調(diào)機、控制設(shè)備等）及其供電設(shè)備（如直流變交流的靜止逆變器等）和連線。目前在發(fā)達(dá)國家中，交流傳動系統(tǒng)的交流裝置已普遍采用場效應(yīng)管（車輛上的控制電路是低壓小功率電路，分為有接點的直流電路和無接點的電子電路。前者是由主控制器、繼電器、控制電路的低壓部分及聯(lián)鎖接點組成：后者由微機及各種電子插板等組成，有列車牽引控制單元、制動控制單元、空調(diào)控制單元、逆變器控制單元等。控制電路的作用是控制主電路及輔助電路的各種電器的協(xié)調(diào)動作，通過司機操縱主控制器各手柄和操縱按鈕，使動車組按司機意圖或由列車自動運行控制系統(tǒng)控制而運行。車輛上的控制電路是低壓小功率電路，分為有接點的直流電路和無接目前，在我國地鐵列車牽引系統(tǒng)中，按其傳動與控制方式可分為直流變阻牽引系統(tǒng)(如北京地鐵1號線部分車輛)、直流斬波調(diào)阻牽引系統(tǒng)(如上海地鐵1號線部分車輛)、和交流傳動牽引系統(tǒng)(如上海地鐵2號線車輛和廣州地鐵1號線車輛等)，其發(fā)展趨勢與世界牽引技術(shù)發(fā)展主流基本一致。目前，在我國地鐵列車牽引系統(tǒng)中，按其傳動與控制方式可分為直流城市軌道交通車輛及操作單元7-電力牽引系統(tǒng)ppt課件1、電力牽引系統(tǒng)的組成電力牽引系統(tǒng)主要由牽引電機、受流器、高壓箱、MCM(牽引逆變器模塊)、過壓保護電阻、電抗器和輔助電源系統(tǒng)等組成。其中輔助電源系統(tǒng)包括蓄電池、輔助逆變器模塊和緊急通風(fēng)逆變器組成。圖7-2北京某型號地鐵列車M1車牽引系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖1、電力牽引系統(tǒng)的組成圖7-2北京某型號地鐵列車M1車牽地鐵的電力傳動與控制方式可分為：直流調(diào)阻方式、直流斬波方式和交流變壓變頻(VVVF)方式，如圖7-3所示。圖7-3牽引電機及控制方式地鐵的電力傳動與控制方式可分為：直流調(diào)阻方式、直流斬波方式和早期北京地鐵有BJ—4型和BJ—6型兩種典型車型，全部采用動軸，各由一臺76kW的直流牽引電動機驅(qū)動，每臺牽引電動機額定電壓為750V，額定電流230A，在每一節(jié)車組的4臺牽引電動機中，同一轉(zhuǎn)向架的兩臺牽引電動機串聯(lián)成一個機組，在牽引工況下，同一車輛的兩個機組串聯(lián)或并聯(lián)。BJ—4型和BJ—6型地鐵車輛的根本區(qū)別在于前者采用變阻控制器進行主回路中電阻的切換，以實現(xiàn)調(diào)速，而后者利用可控硅斬波器調(diào)阻調(diào)速，實現(xiàn)無級平滑調(diào)節(jié)。早期北京地鐵有BJ—4型和BJ—6型兩種典型車型，全部采用上海地鐵一號線車輛，每單元由A、B、C三節(jié)車輛組成，A車是拖車，B、C車為動車。每一動軸由一臺全懸掛的牽引電動機—CUS5668B型直流串勵電動機驅(qū)動，額定功率為207kW，額定電流302A，額定電壓1500V，同一動車中4臺牽引電動機接成兩串兩并連接，故加在每臺牽引電動機上的實際額定電壓為750V，額定轉(zhuǎn)速1470r/min，利用可控硅斬波器調(diào)阻調(diào)速。在電阻制動工況下，最大制動電流為360A。廣州地鐵一、二號線車輛與上海地鐵一號線車輛編組基本一致，但采用三相異步交流牽引電動機驅(qū)動，利用交流變壓變頻(VVVF)的方式控制。上海地鐵一號線車輛，每單元由A、B、C三節(jié)車輛組成，A車是拖2、交流變壓變頻電力牽引系統(tǒng)的工作原理車輛通過受流器由第三軌（或接觸網(wǎng)）供電。直流750V（或直流1500V）電壓經(jīng)高壓元件和線路濾波器是供給MCM(牽引逆變器模塊)。MCM將直流電壓轉(zhuǎn)化為變頻變壓的交流電壓，用來驅(qū)動電動機。在制動模式，電力牽引系統(tǒng)將能量反過來轉(zhuǎn)化，牽引電機好似發(fā)電機，發(fā)出電能。電制動能量反饋到電網(wǎng)供給其它列車，或者如果不可能，則將以熱量消耗在制動電阻上。2、交流變壓變頻電力牽引系統(tǒng)的工作原理城市軌道交通車輛及操作單元7-電力牽引系統(tǒng)ppt課件1、直流調(diào)阻車輛的傳動與控制早期城軌車輛的傳動與控制主要采用直流調(diào)阻的方式，現(xiàn)以BJ-4型(DKl6型)車輛為例介紹直流調(diào)阻方式。1、直流調(diào)阻車輛的傳動與控制BJ-4型(DKl6型)車輛傳動系統(tǒng)的組成及功能BJ-4型(DKl6型)車輛的主回路原理電路圖如圖7-4。圖7-4BJ-4型(DKl6型)車輛主回路原理電路圖BJ-4型(DKl6型)車輛傳動系統(tǒng)的組成及功能圖7-4B1)lD～4D：直流串勵牽引電動機2)QGD：受流器，借助第三軌將電源引入。3)GK：主隔離開關(guān)，用于無載分?jǐn)嗳夒娫础?)R：下熔斷器，用于主回路短路保護，動作值500～I200A。5)DS：快速斷路器，對主回路起過載及短路保護作用。6)CDJ：差動繼電器，作為主回路牽引工況下的接地保護電器，其動作值為電流差值80A。1)lD～4D：直流串勵牽引電動機

7)KC：電空接觸器。8)GJ：總過載繼電器，動作值980A；分過載為1～3GJ及2～4GJ，動作值490A．用于主回路過載保護。9)FQ：前進后退轉(zhuǎn)換開關(guān)主觸頭，用于改變車輛的運行方向(8個主觸頭)。10)QZ：牽引制動轉(zhuǎn)換開關(guān)，用于改變車輛牽引或電阻制動工況(12個主觸頭)。11)RF：直流電流表分流器，用以提高電流表量程。7)KC：電空接觸器。12)Cll，12、C22，21及C31，32、C41，42：電動機串勵主極繞組。13)1～2FL及3～4FL：感應(yīng)分流器。在磁場削弱時，與磁場削弱分路電阻一起接入，利用電感具有阻礙電流變化的特性，使磁場削弱時分路電流變化不致過快，防止引起瞬時磁場削弱系數(shù)過深的可能。14)LK：變阻控制器，用以進行電阻的切換及與KC配合進行主回路的串并聯(lián)轉(zhuǎn)換。15)R：起制動電阻，限制啟動電流過大以及滿足電機的調(diào)速要求，并限制制動電流過大而設(shè)置。12)Cll，12、C22，21及C31，32、C41，42

16)DJ：接地繼電器，用于主回路電阻制動工況下的接地保護。動作值0.2A，它動作后KC跳開，切斷主回路。17)DC：直流電流互感器，用作主回路電流檢測，它將檢測的電流信號傳送到磁放大器中，然后去控制加速度繼電器的輸出從而控制可控硅S1與S2的觸發(fā)導(dǎo)通或截止，使LK上的兩個電磁閥ⅠLK和ⅡLK線圈得電或失電，最后完成LK變阻控制器的進級過程。18)Di：接地裝置。19)Ri：電壓表倍率器，用以擴大電壓表量程。16)DJ：接地繼電器，用于主回路電阻制動工況下的接地保護牽引工況分I、Ⅱ、Ⅲ三個工作位；制動工況下分I、Ⅱ、Ⅲ三個工作位。牽引I位時通過控制電器按合表的規(guī)定自動閉合或斷開，使?fàn)恳妱訖C1D～4D串聯(lián)在一起工作，為限制啟動電流過大，而將全部起制動的電阻串聯(lián)在主回路中。同時，為了降低啟動轉(zhuǎn)矩，使啟動平穩(wěn)而不發(fā)生沖動或引起空轉(zhuǎn)而進行了最深的磁場削弱βmin為45％，在這一工作位，列車速度最高可達(dá)8～13km/h，電流整定值為250A，此工作位為啟動或調(diào)車位，不能久留。牽引工況分I、Ⅱ、Ⅲ三個工作位；制動工況下分I、Ⅱ、Ⅲ三個工牽引Ⅱ位通過控制磁放大器、可控硅及電磁閥最終由變阻控制器LK通過切電阻來完成1～11級的進級過程。在12級時磁場削弱β1=65％，在13級磁場削弱β2=45％(即達(dá)βmin)。此Ⅱ級內(nèi)4臺牽引電動機全串聯(lián)，列車速度可達(dá)40～50km/h，電流整定值為350A左右。牽引Ⅱ位牽引Ⅲ位牽引電動機改為兩串兩并接法，并在兩并聯(lián)支路中逐級切電阻，最后進級是實行二級磁場削弱，最深的磁場削弱系數(shù)為45％，列車速度可達(dá)65～80km/h，電流整定值為350A左右。制動I位通過牽引制動轉(zhuǎn)換開關(guān)的閉合，電空接觸器和變阻控制器的閉合。首先形成了兩組牽引電動機的交叉勵磁，交差勵磁的好處是能使這兩個電阻制動主回路中的負(fù)載平衡。進一級，全部電阻接入，電動機作發(fā)電機運行。牽引Ⅲ位制動Ⅱ位這一制動位從二級開始自動進級，自中間后兩邊依次輪流切除起制動的電阻，以實現(xiàn)對制動電流的恒流控制。制動Ⅱ位從2級開始進級到19級，制動Ⅱ位的制動電流整定值大于制動I位，因此，制動力火，制動效果明顯。制動Ⅲ位工作過程與制動Ⅱ位相似，進級過程也與制動Ⅱ位時一樣，所不同的是制動電流整定值加大，使制動過程加快，制動力更大，因此制動Ⅲ位又稱快速制動位，列車很快會停下。制動Ⅱ位2、直流斬波車輛的傳動與控制BJ-6型車輛主電路及其控制與BJ-4型不同之處在于，前者不用變阻控制器LK來切換電阻，而是采用了可控硅斬波器無級平滑地調(diào)節(jié)電阻，這樣不但調(diào)節(jié)平穩(wěn)，而且去掉了LK，在主回路中減少了許多觸頭，從而減少了因此引起的故障次數(shù)及維修工作量。2、直流斬波車輛的傳動與控制圖7-5BJ-6型車輛主回路原理電路圖Sl、S2、S3-主可控硅；S4、S5-副可控硅；C0-換流電器；L0-換流電感；3Z-旁路二極管；R3、R38-靜態(tài)均壓保護電阻；R31、32、34、35、36-動態(tài)均壓電阻；C31～36-動態(tài)均壓保護電容；RQZ-起制動電阻；R39-預(yù)充電電阻；JL1、2、3-均流電感；WC-預(yù)充電接觸器；RJ-熱繼電器；WB-變壓器；7～10z、11～14z-空波整流橋路；S6-可控硅；R41、42—4Z、5Z的均壓電阻；R40、43-單相全波整流橋路輸出負(fù)載圖7-5BJ-6型車輛主回路原理電路圖Sl、S2、S3-主其主要電氣元件及功能如下：(1)SL：受流器，每節(jié)車4個，借助于第三軌為車體引入電能。(2)RD：熔斷器，直接保護受流器，以防止第三軌直接與走行軌之間構(gòu)成短路，造成危害。(3)GK：主隔離開關(guān)，供專人手動無載分?jǐn)嗳夒娫从谩?/p>

(4)ZRD：主回路總?cè)蹟嗥?，用以對一回路進行短路保護。(5)HB1：霍爾傳感器，控制主回路電流，供電度表KWH使用。其主要電氣元件及功能如下：

(6)DS：直流快速斷路器(開關(guān))，對豐回路起過載保護作用。

(7)CDJ：差動繼電器，作為主回路在牽引工況下的接地保護。動作值為電流差值80A。(8)KC：電空接觸器。(9)GJ：總過載繼電器，動作值980A。

(10)FQ：前進后退轉(zhuǎn)換開關(guān)主觸頭，F(xiàn)Qg向前，F(xiàn)Qn向后，其作用為改變電樞電流方向以改變牽引電動機轉(zhuǎn)向，最終改變車輛的運行方向。(6)DS：直流快速斷路器(開關(guān))，對豐回路起過載保護作用(11)H：牽引電動機換向極繞組。

(12)D：牽引電動機，共4臺，lD～3D為一組；2D～4D為另一組。

(13)CD：電動機的主極繞組。(14)A1，A2：電路中的二只電流表，Rf1、Rf2為分流器。(15)FL：感應(yīng)分流器，用于防止磁場削弱過渡過程中磁場削弱過深而設(shè)置。(16)lZ、2Z：橋式轉(zhuǎn)換二極管，供電機進行串并聯(lián)轉(zhuǎn)換用。(11)H：牽引電動機換向極繞組。(17)QZ：牽引制動轉(zhuǎn)換開關(guān)，供牽引及制動工況轉(zhuǎn)換用，共8個觸頭。(18)DCCT：直流互感器，檢測主回路中電流，達(dá)到觸發(fā)箱內(nèi)，控制副脈沖的發(fā)出時刻，以控制主可控硅導(dǎo)通角α的大小，從而對電阻進行切換控制。(19)DJ：接地繼電器，用于主回路在制動工況下的接地保護。(20)V2：電壓表。(21)BL2：電壓表倍率器，擴展電壓表量程之用。(22)JC1,2,3：檢測磁環(huán)。用以撿測主固路的電流變化送入觸發(fā)箱，控制斬波器的導(dǎo)通角。JC1,2檢測牽引Ⅱ位到牽引Ⅲ位時的電流變化，JC3檢測切換電阻過程中的電流變化。(17)QZ：牽引制動轉(zhuǎn)換開關(guān)，供牽引及制動工況轉(zhuǎn)換用，共8(23)Pk：平波電抗器，用以敷平電流的脈沖，減小電流昀脈沖系數(shù)；以改善電機的換向。(24)HB2：霍爾傳感器，用以控制制動工況下的制動力，即它將檢測出的電流信號，送往SD制動機的控制閥系統(tǒng)，將電信號轉(zhuǎn)變?yōu)榭諝鈮毫π盘?，決定空氣制動投入的多少，從而使這兩種制動方式很好地配合，既有足夠的制動力，又不致使二者制動力疊加，以防抱死擦傷輪緣。(25)RQZ0,1,2,3：啟動電阻。其他電阻為：均壓電阻及感應(yīng)分路電阻等。(26)Di：接地裝置。(27)CH：斬波器，用以切換調(diào)節(jié)電阻。(23)Pk：平波電抗器，用以敷平電流的脈沖，減小電流昀脈沖3、交流變壓變頻車輛的傳動與控制隨著微電子技術(shù)和可控硅變流技術(shù)的突飛猛進的發(fā)展，城軌車輛的電力傳動與控制系統(tǒng)采用了交流三相異步牽引電動機的電力傳動系統(tǒng)。我國北京地鐵四號線、上海地鐵二號線、廣州、深圳、南京地鐵和武漢輕軌等城軌車輛都已經(jīng)采用了這種傳動方式。3、交流變壓變頻車輛的傳動與控制下面以廣州地鐵一號線車輛傳動與控制系統(tǒng)為例介紹交流變壓變頻車輛的傳動與控制，該系統(tǒng)由受電弓、高速斷路器HSCB、VVVF牽引逆變器、DCU/UNAS(牽引控制單元)、牽引電機，制動電阻等組成，并采用微機控制系統(tǒng)。列車受電弓從接觸網(wǎng)受流，通過高速斷路器后，將DC1500V送入VVVF牽引逆變器。下面以廣州地鐵一號線車輛傳動與控制系統(tǒng)為例介紹交流變壓變頻VVVF牽引逆變器采用PWM脈寬調(diào)制模式，將1500VDC直流電逆變成頻率、電壓可調(diào)的三相交流電，平行供給車輛四臺交流鼠籠式異步牽引電機，對電機進行調(diào)速，實現(xiàn)列車的牽引、制動功能，其半導(dǎo)體變流元件采用4500V/3000A的GTO，最大斬波頻率為450Hz。VVVF輸出電壓的頻率調(diào)節(jié)范圍為O～112Hz，幅值調(diào)節(jié)范圍為0～AC1147V。VVVF牽引逆變器采用PWM脈寬調(diào)制模式，將1500VDC圖7-6所示是廣州地鐵二號線車輛采用VVVF傳動與控制的主回路原理圖。圖7-6廣州地鐵二號線車輛電力傳動主回路原理圖7-6所示是廣州地鐵二號線車輛采用VVVF傳動與控制的主回城市軌道交通車輛及操作單元7-電力牽引系統(tǒng)ppt課件1、受流裝置受流器（縮寫“CC”）作為軌道車輛取電裝置。在采用接觸網(wǎng)供電的車輛中，受流器采用受電弓受流圖7-7采用受電靴受流的受流裝置1、受流裝置圖7-7采用受電靴受流的受流裝置在采用第三軌供電的車輛中，受流器與軌道旁邊的導(dǎo)電軌連接。車輛的每個動力轉(zhuǎn)向架的每側(cè)均裝有受流器(受電靴)，向車輛提供電源。所有受流器都安裝在轉(zhuǎn)向架的側(cè)面構(gòu)架上。如圖7-8所示。圖7-8第三軌受電方式受流裝置結(jié)構(gòu)圖在采用第三軌供電的車輛中，受流器與軌道旁邊的導(dǎo)電軌連接。車輛2、高壓箱高壓箱(M1\M2)包括：1個充電電路，1個高速斷路器HSCB，1個選擇開關(guān)和1個網(wǎng)壓繼電器，其作用原理如圖7-9所示。圖7-9高壓箱(M1/M2)作用原理圖2、高壓箱圖7-9高壓箱(M1/M2)作用原理圖高壓箱(M3)包括：1個高速斷路器，1個MCM充電電路和1個延伸模式的電流接觸器，其作用原理如圖7-10所示。圖7-10高壓箱(M3)作用原理圖高壓箱(M3)包括：1個高速斷路器，1個MCM充電電路和1每個充電電路包括：一個充電電阻器，一個充電接觸器和一個分離接觸器，分離接觸器和每個逆變器的一個充電電路用于把牽引系統(tǒng)連接、斷開直流高壓。選擇開關(guān)的三個作用位分別是正線位、車間電源位和接地位。選擇開關(guān)的作用：1、隔離第三軌受流靴；2、隔離車間電源；3、使主回路接地。每個充電電路包括：一個充電電阻器，一個充電接觸器和一個分離接（1）EP2002閥EP2002閥相當(dāng)于常規(guī)制動控制系統(tǒng)中制動電子控制單元BECU和制動控制單元BCU的集成部件。根據(jù)功能的不同，EP2002閥可以分為智能閥、RIO閥(遠(yuǎn)程輸入/輸出閥)和網(wǎng)關(guān)閥3種，每節(jié)車設(shè)有2個EP2002閥，每個EP2002閥都安裝在其控制的轉(zhuǎn)向架附近的車體底架上，所有的EP2002閥上都提供了多個壓力測試接口，可以方便地測量制動風(fēng)缸壓力、制動缸壓力、載荷壓力、停放制動缸壓力等。（1）EP2002閥城市軌道交通車輛及操作單元7-電力牽引系統(tǒng)ppt課件1、牽引逆變器的發(fā)展在城市地鐵與輕軌車輛電氣系統(tǒng)中，牽引逆變器指的是DC-AC（直流-交流）逆變系統(tǒng)。隨著電力電子技術(shù)發(fā)展，它們在軌道車輛中的應(yīng)用也在不斷地進步與發(fā)展。這些變流系統(tǒng)中的電力電子器件都經(jīng)歷過從半控型晶閘管(SCR)，全控型晶閘管(GTO)及絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)的發(fā)展過程。1、牽引逆變器的發(fā)展隨著器件發(fā)展，還會有性能更好的電力電子器件進一步替代，采用新一代性能優(yōu)良的電力電子器件，這是科技發(fā)展的必然趨勢，標(biāo)志著科技的進步。目前，世界上無論是干線鐵路還是城市軌道的電動車輛的電氣系統(tǒng)中均采用IGBT模塊來構(gòu)成。IGBT器件是電壓驅(qū)動的全控型開關(guān)器件，脈沖開關(guān)頻率高，性能好，損耗小，且自保護能力也強。隨著器件發(fā)展，還會有性能更好的電力電子器件進一步替代，采用新隨著IGBT性能的迅速發(fā)展，IGBT模塊的電壓等級和電流容量在不斷提高，從1991年生產(chǎn)出了小型IGBT模塊，其電壓等級為1200V/300A，很快取代了在工業(yè)上通用變頻器中所用的雙極型晶體管；1993年出現(xiàn)了1700V/300A的IGBT，并已開始在城市電車上獲得推廣應(yīng)用;到2000年后更出現(xiàn)了1700V/2400A,3300V/1200A和6500V/600A的高壓IGBT，這些高壓HV-IGBT很快地應(yīng)用到鐵道與城市地鐵輕軌車輛中。由于其性能優(yōu)越，加之其為絕緣型模塊，整機的結(jié)構(gòu)設(shè)計緊湊輕巧，且采用了低感母線技術(shù)與軟門極的驅(qū)動技術(shù)并解決了熱循環(huán)的壽命問題。隨著IGBT性能的迅速發(fā)展，IGBT模塊的電壓等級和電流容量目前，HV-IGBT模塊已成為軌道電力牽引系統(tǒng)中應(yīng)用的主導(dǎo)元件，IGBT在牽引領(lǐng)域的發(fā)展歷程如圖7-11所示。圖7-11IGBT在牽引領(lǐng)域的發(fā)展目前，HV-IGBT模塊已成為軌道電力牽引系統(tǒng)中應(yīng)用的主導(dǎo)元隨著城市發(fā)展，城軌交通供電網(wǎng)壓制也從早期的DC600V和DC750V發(fā)展為DC1500V網(wǎng)壓制，以適應(yīng)大城市大客流量發(fā)展的需要。網(wǎng)壓的提高對電力電子器件的電壓等級提出了更高的要求，IGBT模塊的電壓等級也從1200V發(fā)展到1700V,3300V以及4500V和6500V電壓等級水平，國外已有多家公司批量生產(chǎn)與供貨。隨著城市發(fā)展，城軌交通供電網(wǎng)壓制也從早期的DC600V和DCIGBT逆變器模塊的優(yōu)點為：（1）開關(guān)損耗小，允許使用較高的開關(guān)頻率，裝置性能更好；（2）吸收電路小型化，甚至目前無需吸收電路，從而簡化了逆變器主電路；（3）絕緣式模塊結(jié)構(gòu)便于設(shè)計與組裝，簡化了整個裝置的結(jié)構(gòu)；（4）開關(guān)轉(zhuǎn)換均勻，提高了穩(wěn)定性和可靠性；（5）并聯(lián)簡單，便于標(biāo)定變流器功率等級；（6）作為電壓驅(qū)動型器件，只需簡單的控制電路來實現(xiàn)良好的保護功能；IGBT逆變器模塊的優(yōu)點為：當(dāng)電壓等級不夠高時，在德國和日本曾用1200V和1700V等級IGBT構(gòu)成三點式逆變器用于750V和1500V電網(wǎng)(如圖7-12)。圖7-12三點式逆變器主電路原理圖當(dāng)電壓等級不夠高時，在德國和日本曾用1200V和1700V等隨著新一代IGBT迅速發(fā)展，尤其是3300V等級IGBT的批量生產(chǎn)，用這類電壓等級的模塊(器件)構(gòu)成兩點式逆變器能夠滿足在3300V電網(wǎng)當(dāng)中的應(yīng)用，因而在上世紀(jì)末國外生產(chǎn)的地鐵輕軌電動車輛以及部分干線電力機車動車都已采用這類高壓HV-IGBT模塊，其所構(gòu)成的逆變器主電路圖如圖7-13所示。圖7-13兩點式逆變器主電路原理圖隨著新一代IGBT迅速發(fā)展，尤其是3300V等級IGBT的批由圖7-12和圖7-13可見，雖然三點式逆變器較兩點式逆變器具有輸出波形好、脈沖頻率低、電壓上升率也低及損耗小等優(yōu)點，但是其主電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，所用器件多出一倍，這是它不足之點。所以在城軌車輛中目前都采用IGBT構(gòu)成的兩點式逆變器，而在大鐵路干線電力機車中，采用4500V等級或6500V等級的HV-IGBT來構(gòu)成兩點式逆變器。兩點式逆變器和三點式逆變器，由于三點式逆變器輸出的諧波分量低的突出優(yōu)點，目前在日本仍有不少的應(yīng)用。由圖7-12和圖7-13可見，雖然三點式逆變器較兩點式逆變器2、牽引逆變箱的結(jié)構(gòu)組成一般地，在牽引逆變器箱中包括：1個牽引逆變器模塊、線路濾波器、充電電路、1個接地故障傳感器、1個線路濾波器、1個外部風(fēng)機和1個內(nèi)部風(fēng)機。其中，牽引逆變器模塊包括有3相逆變器、2個制動斬波器、1個驅(qū)動控制單元DCU/M、1個電源單元、IGBT門驅(qū)動單元、2個輸出相電流傳感器、1個DC-link的電流傳感器和1個DC-link的電壓傳感器；線路濾波器包括有2個DC-link電容器和2個濾波感應(yīng)器；充電電路包括有2個分離接觸器、1個充電接觸器和1個充電電阻。2、牽引逆變箱的結(jié)構(gòu)組成3、牽引逆變模塊的作用原理牽引逆變器將高壓箱提供高壓電源轉(zhuǎn)換成變頻變幅的對稱三相電壓，供給牽引電動機。牽引逆變模塊單元的控制電路是由列車電池提供110V直流電。3、牽引逆變模塊的作用原理直流電壓通過牽引逆變器轉(zhuǎn)換成變頻變幅的三相交流電壓驅(qū)動或制動牽引電機。其作用原理圖如圖7-14所示。圖7-14牽引逆變器作用原理示意圖直流電壓通過牽引逆變器轉(zhuǎn)換成變頻變幅的三相交流電壓驅(qū)動或制動城市軌道交通車輛及操作單元7-電力牽引系統(tǒng)ppt課件61一、選擇題1、電力牽引是一種以為動力的牽引方式。（）A.電能B.電磁能C.風(fēng)能D.熱能2、地鐵列車電力牽引系統(tǒng)通常由從第三軌（輸電軌）或架空接觸網(wǎng)接受電能（）A.空壓機B.電動機C.受流器D.齒輪箱一、選擇題3、車輛上的控制電路是低壓小功率電路，分為和無接點的電子電路。（）A.有接點的交流電路B.有接點的直流電路C.無接點的交流電路D.無接點的直流電路4、目前，在我國地鐵列車牽引系統(tǒng)中，按其傳動與控制方式可分為直流變阻牽引系統(tǒng)、直流斬波調(diào)阻牽引系統(tǒng)和。（）A.直流傳動牽引系統(tǒng)B.交流斬波調(diào)阻牽引系統(tǒng)C.交流調(diào)阻牽引系統(tǒng)