有關(guān)動(dòng)車(chē)組高壓牽引變頻系統(tǒng)的研究

有關(guān)動(dòng)車(chē)組高壓牽引變頻系統(tǒng)的研究

摘要:動(dòng)車(chē)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(wú)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(duì)動(dòng)車(chē)安全運(yùn)行非常重要。本文針對(duì)動(dòng)車(chē)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(dòng)車(chē)組運(yùn)行安全性提供參考依據(jù)。關(guān)鍵詞:動(dòng)車(chē)組;高壓;牽引變頻系統(tǒng)1引言動(dòng)車(chē)因?yàn)樗俣瓤?、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(guó)主要運(yùn)輸資源之一。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，截止到2018年底，我國(guó)擁有的高鐵運(yùn)輸線路已經(jīng)超過(guò)了2.9萬(wàn)公里，可以說(shuō)全世界超過(guò)三分之二的高鐵運(yùn)輸線路都在中國(guó)。青島四方廠、民春客車(chē)廠、唐山客車(chē)公司是我國(guó)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(guó)和德國(guó)引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)，開(kāi)發(fā)研制了我CRH1型、CRH2型、CRH3型、CRH5型高速動(dòng)車(chē)組。2016年，我國(guó)研制出擁有完全只是產(chǎn)權(quán)的標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)車(chē)組，其交匯速度創(chuàng)下新的世界紀(jì)錄。動(dòng)車(chē)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(wú)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(duì)動(dòng)車(chē)安全運(yùn)行非常重要。本文針對(duì)動(dòng)車(chē)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(dòng)車(chē)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(dòng)車(chē)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(gè)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(jiǎn)潔。其構(gòu)成如圖1所示。圖1牽引系統(tǒng)構(gòu)成圖動(dòng)車(chē)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(jì)為模塊形式，操作、維修都非常便捷。因?yàn)樵摬糠衷诠ぷ髦袝?huì)產(chǎn)生大量熱量，動(dòng)車(chē)組高壓牽引變頻系統(tǒng)設(shè)置了電動(dòng)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(wú)接點(diǎn)控制裝置三個(gè)部分也集中安裝，檢查維修方便。另外設(shè)置兩臺(tái)脈沖整流器用于半導(dǎo)體冷卻，以及三臺(tái)單元的逆變器。結(jié)構(gòu)上選擇板簧式手動(dòng)型緊固裝置，極大方便檢修。半導(dǎo)體冷卻裝置和電動(dòng)通風(fēng)機(jī)兩個(gè)部分體積較大，設(shè)計(jì)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(gè)部分需要更換不影響其它部分。而每個(gè)獨(dú)立的單元都既有結(jié)構(gòu)和功能的完整性。整個(gè)系統(tǒng)的電源由受電弓將單相交流25kV,50Hz的線電壓，通過(guò)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(kāi)閉作用。牽引主變壓器二次側(cè)的兩個(gè)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(shí)可以將其輸送到整流器部分。M1車(chē)和M2車(chē)上都安裝了一臺(tái)獨(dú)立牽引變流器，可以為車(chē)輛提供牽引動(dòng)力和制動(dòng)動(dòng)力，以及安全保護(hù)動(dòng)力。信息控制裝置能夠采集車(chē)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Γ孀兤髦须娏饔芍绷麟娹D(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟?，直流平滑電路能夠通過(guò)吸收電壓波動(dòng)得到直流電壓。整流器和逆變器設(shè)計(jì)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(kāi)閉的IGBT或IPW，可以有效避免交流電壓波形失真問(wèn)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(dòng)都有效減少。2.1整流器簡(jiǎn)述整流器分為單相三級(jí)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(wú)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(wú)觸點(diǎn)控制裝置，如果車(chē)輛進(jìn)行再生制動(dòng)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(dòng)力。2.2逆變器簡(jiǎn)述逆變器能夠通過(guò)無(wú)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(guò)逆變器后變?yōu)槿嘟涣麟妷?，同時(shí)完成四臺(tái)并聯(lián)感應(yīng)電機(jī)速度和扭矩的控制工作。當(dāng)車(chē)輛進(jìn)行再生制動(dòng)時(shí)，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(duì)扭矩電流和勵(lì)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(tái)整流器功率單元和三臺(tái)逆變器功率單元兩個(gè)部分構(gòu)成，容量合計(jì)是8000μF。車(chē)輛各部分充電電路都連接在過(guò)濾電容器上，啟動(dòng)之后時(shí)充電電阻部分首先開(kāi)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(yǔ)動(dòng)車(chē)組高壓牽引變頻系統(tǒng)對(duì)于動(dòng)車(chē)組來(lái)說(shuō)至關(guān)重要，是動(dòng)車(chē)組動(dòng)力主要來(lái)源。對(duì)其結(jié)構(gòu)和工作機(jī)制進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)，能夠保證動(dòng)車(chē)組充足的動(dòng)力和更高的安全性能。因此該系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(dòng)車(chē)組安全穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。參考文獻(xiàn)[1]中國(guó)鐵道科學(xué)研究院機(jī)車(chē)車(chē)輛研究所五大產(chǎn)業(yè)(