《牵引传动技术》PPT课件.ppt

第3章 牵引与传动技术,列车牵引传动概述受电弓高压箱牵引变压器牵引变流器 牵引电机辅助供电系统,列车所需的牵引功率牵引力的产生与限制列车牵引传动方式与供电系统机车主电路及控制CRH2动车组牵引传动系统组成,3.1 列车牵引传动概述,根据列车的总重量、最高运行速度和该速度下的列车运行阻力来计算：其中：N列车所需牵引功率 KW Q列车的总重量 t w列车的单位阻力 N/t Vmax列车的最高运行速度 km/h K裕量系数,一、列车所需的牵引功率,运行阻力由基本阻力和各种附加阻力组成。,基本阻力,空气阻力,机械阻力,附加阻力,坡道附加阻力,隧道空气附加阻力,曲线附加阻力,理论与试验表明，列车运行的单位基本阻力可以由下列公式表示：A+Bv+Cv2（N/t）式中 v列车运行速度 km/h A、B、C阻力系数,例如：对于CRH2动车组，单位阻力8.63+0.07295v+0.00122v2最高运行速度v=250km/h所以，103.12 N/t编组定员重量408.5t，K取1.5，则：功率 N4390KWCRH2动车组的实际总功率是4800KW,减小运行阻力的主要方法,改善列车的空气动力学性能，减小空气阻力。降低列车重量（轻量化）。,动车组的轻量化,1.轻量化的意义：减小列车运行阻力节能减小制动能量减小振动和噪声,2.轻量化的措施：以铝代钢：采用铝合金车体、轴箱、齿轮箱采用交流电动机采用无摇枕转向架车轮小型化车轴空心化采用再生制动取代电阻制动,二、牵引力的产生与限制,牵引力是动车驱动装置产生的是列车向前运动的力，其大小可由司机控制。牵引力的形成建立在轮轨黏着的基础上。动轴获得的扭矩为：M-(FR)=JF钢轨作用于车轮的反作用力，是使车辆平移的外力。R车轮半径J轮对的转动惯量轮对的角加速度列车匀速运动时，轮周牵引力为：FnF 式中，n为列车动轴总数,F受轮轨间最大静摩擦力的限制，不能无限制地增大，否则会产生空转。FmaxmaxPmax轮轨间最大物理黏着系数。一般干燥轨道上为0.30.5 P动车重量日本新干线动车组计算黏着系数公式为：13.6/(85+v),三、列车牵引动力的形式与供电系统,1、牵引动力的形式,电力牵引,内燃机牵引,电力牵引的优点：功率大、轴重小、环境污染小,缺点：初期投资大,内燃机牵引的优点：投资少、见效快、经济性 能较好,缺点：牵引功率较小，环境污染大,2、牵引动力的配置,动力集中,动力分散,3.牵引供电方式,供电导线类型：接触网第三轨（接触轨）供电电流类型：直流供电交流供电,铁路电力牵引的电流、电压制与通常的电力牵引电流电压制相同。国际电力牵引设备委员会建议采用下列数值：直流：600，750，1500，3000V 交流：6250，15000，25000V，工频单相,供电电流、电压制式,4、牵引供电系统的组成,牵引供电系统,牵引变电所,牵引网,接触网,回流线,轨道回路,馈电线,牵引供电回路是由牵引变电所馈电线接触网电力机车钢轨回流联接（牵引变电所）接地网组成的闭合回路，其中流通的电流称牵引电流。通常将接触网、钢轨回路（包括大地）、馈电线和回流线统称为牵引网。,牵引变电所的任务是将电力系统三相电压降低，同时以单相方式馈出。降低电压是由牵引变压器来实现的，将三相变为单相是通过变电所的电气接线来达到的。,四、机车主电路及控制,机车电路包括：1）主电路功能：牵引和制动时，完成能量传递和转换；特点：大功率、高电压、大电流；主要有：牵引变压器、变流器、牵引电机2）辅助电路3）控制电路,主电路设计主要考虑的内容,牵引电机类型：直流、交流电机连接方式：并联、串联直流电机的激磁方式：串励、并励、复励电机的供电方式：车供、轴供、架供调速方式与变流线路；电气制动方式。,1.牵引电动机类型,1）采用直流牵引电动机：直流电传动特点是调速方便，直流串励电机具有适合于牵引需要的“牛马”特性直直交直2）采用交流牵引电动机：交流电传动特点是单位体积重量的功率大、可靠性好、易维护等交直交交交直交,变速箱,异步电机,逆变器,整流器,牵引变压器,1085kW,25000V,变速箱,直流电机,整流器,牵引变压器,25000V,滤波电抗器,励磁绕组,交直传动机车主电路,交流传动机车主电路,机车的牵引力F与速度v之间的关系曲线F=f(v)称为机车的牵引特性。牵引电动机的电机转矩M与转速n之间的关系曲线M=f(n)称为电机的机械特性。由于F与M之间、v与n之间都只差一个比例系数，所以，只要适当改变电机机械特性坐标的比例尺，就可以用M=f(n)作为机车的牵引特性。,2.机车的牵引特性与电机的机械特性,机车运行时的要求：必须具有机械稳定性和电气稳定性。能方便地调节速度牵引电动机之间的负载分配要均匀，接触网电压波动对牵引电动机的工作影响小，启动时应保持转矩不变，运行时应保持功率不变。粘着重量利用好。,W0f(v)：列车运行时的基本阻力曲线；F1f1(v)和F2f2(v)：两条不同斜率的动车牵引特性曲线。,机车的机械稳定性：机车由于偶然原因引起速度变化时，恢复到原有状态的能力。,稳定条件：牵引特性曲线的斜率小于基本阻力曲线的斜率,串励：起动力矩大、恒功性能好，有“牛马”特性，并联时负载分配较易均衡，但特性较软，防空转能力差；并励（它励）：特性较硬，防空转性能好，但是其它性能（起动和恒功）较差；复励：部分绕组与电枢串联，部分绕组为它激。兼有串激和并激的优点，但电机结构和控制复杂。,直流电机的励磁方式与机械特性,实际情况：机车多用串励电机；SS7采用了复励电机；斩波地铁机车中，有采用它励电机的，但其激磁电流控制是按电枢电流规律控制的。,交流电机（异步）的机械特性,交流电动机具有不稳定工作区，其特性硬，不适应机车牵引。必须通过变流电路调整其特性曲线。交流电动机防止空转能力较强，粘着利用好。,3、电机联接方式串联：主电路开关电器少、简化主电路结构，电机负荷分配均匀，但防空转性能差；并联：防空转性能好，整车粘着利用充分，但主电路结构复杂；普遍采用电机并联方式,4.牵引电机的供电方式,集中供电（车控）：整机车牵引电机由一套变流器供电。特点：变压器结构简单，集中冷却简化了通风设备，但一台电机故障时，影响整车工作；独立供电（轴控）：每一个牵引电机由一套独立的变流器供电。特点：机车的粘着利用好，一台电机故障时不影响其它电机的运行。但变压器、整流器及控制复杂部分集中（架控）：同一转向架上的电机由一套变流器供电。特点：简化了电路和变化器结构，粘着利用较为充分，同时实现一定的冗余。实际应用：SS1、SS3机车采用集中供电；其它部分机车有部分集中供电，其中6K机车上有一个转向架上两台电机分别由两套不同的整流器供电；没有交直型车采用独立供电。,5、电传动控制系统,电传动控制系统分类,直流传动,交流传动,1)直流传动,Ud电动机的端电压Id电动机的负载电流R电动机的总电阻Ce由电动机结构决定的电势常数电动机的主极磁通,直流电机的转速公式：,调速方法：调节电机端电压、调节主磁通调节端电压：改变牵引电动机的串、并联方式牵引电动机与可调电阻串联改变牵引变压器的输出电压：改变绕组匝数改变牵引发电机的转速和励磁电流（电传动内燃机车）凸轮变阻控制、斩波调阻控制、斩波器调压（直流调压，地铁车）相控调压（可控整流，电力机车）,调节主极磁通在主极绕组两端并联分路电阻，从而减小励磁电流和磁通。,2)交流传动,对于交流异步电动机，其转速为：,式中 S转差率；P磁极对数f频率。,从转速公式中可看出：改变磁极对数P、转差率S和调节频率f都可以调速。变极调速是有级调速。改变转差率s的调速方法如定子调压调速，电磁调速等都是耗能型调速方法。因此只有变频调速是最为理想的调速方法。变频调速是通过把固定频率的交流电由变频器变换为可调电压、可调频率的交流电，向交流电动机供电。,当交流电动机由变频电源供电时，必须满足机车启动和运行时牵引性能的要求，即启动时应保持转矩不变，运行时应保持功率不变。因此在调节频率的同时还需要调节电压。,启动要求转矩不变，则需要保持U/f恒定,运行要求功率不变，若采用变压变频调速，则需要保持U2/f恒定,因此，用于交流电传动的变频器实际上是变压(Variable Voltage，简称VV)、变频(Variable Frequency，简称VF)器，即所谓VVVF装置。,VVVF控制技术可分为两种。早期为脉冲幅值调制方式，简称PAM。采用普通晶闸管，变压和变频在两个独立的变换器中实现，相互的配合在动态过程中就会显得不协调，给系统的运行带来一系列影响。随着快速自关断半导体元件GTO、IGBT等的发展，使变压与变频集中在逆变器中一起来完成成为可能，这种控制技术就称为脉冲宽度调制方式，简称PWM方式。,SPWM(Sinusoidal PWM)法是一种比较成熟的、目前使用较广泛的PWM法。采样控制理论中的一个重要结论：冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时,其效果基本相同。SPWM法就是以该结论为理论基础，通过控制逆变电路中开关器件的通断,输出脉冲宽度按正弦规律变化，与正弦波等效的PWM波形（即SPWM波形）,实际中，通常把所希望的波形作为调制信号，通过对载波的调制得到所期望的PWM波形。若采用等腰三角波作为载波，当调制信号波为正弦波时，通过两者的交点控制开关元件的通断，所得到的就是SPWM波形。通过改变调制波的频率和幅值则可调节逆变电路输出电压的频率和幅值。,3)交流传动控制策略,交-直一交传动控制系统主要由网侧变流器控制和电机侧逆变器控制两部分组成。,(1)网侧变流器控制,单相交流供电制的电气化铁路，在采用电压型异步电机传动系统时，一般均需增加电网侧变流器。该变流器的基本功能主要包括：将单相交流电转变为稳定的直流电压，保证牵引逆变器正常工作；网侧功率因数尽可能接近于1，且电网电流接近正弦形，以降低对电网的影响和对外界的干扰；可迅速、平滑、无接点地实现牵引与再生制动转换，即能量的双向流动控制。,电流型变流器和电压型变流器,根据变流系统中直流环节性质的不同可将变流系统分为两种类型：在直流环节接有大电感，相当于电流源的称为电流型变流系统；在直流环节接有大电容，相当于电压源的称为电压型变流系统。电流型变流器电路比较简单，对电力半导体器件要求不高，控制也相对较为容易，且造价相应便宜，因此，在交流传动初期，电流型变流器主要用于动车牵引。但电流型变流器控制性能不如电压型变流器，对电机设计又有特殊要求，因此，随着电力半导体器件的发展，电压型变流器越来越显示出其优越性。目前，电压型变流器在高速列车牵引领域占据主导地位，法国的欧洲之星、德国的ICE、日本新干线90年代以来制造的各种型号的高速动车，均采用电压型异步电机传动系统。,20世纪70年代中期，德国教授Depenbrock等人提出了四象限变流器方案，很好地满足了电网侧变流器的要求，很快在电力机车、动车上得到普遍采用。二象限变流器只能工作在整流桥输入电压u和电流i的两个象限(+u,+i；-u,-i)。四象限变流器可以工作在输入电压u和电流i的四个象限(+u，+i；-u，-i；+u，-i；-u，+i)。四象变流器(脉冲整流器)的主电路结构类似于一个单相逆变电路，通过对其输入电压的幅值与相位控制，达到稳定输出电压，功率因数接近于1的要求；通过PWM调制技术，使电网电流接近正弦形。在具体实现上，四象限变流器的相构件与逆变器的完全相同，这就更有利于运用和维修。,二象限和四象限变流器,铁道牵引三相交流传动系统的控制对象是三相交流异步牵引电机，而其牵引力、制动力的发挥又是通过轮轨之间的黏着关系，这就决定了铁道牵引控制技术的特殊性。与一般工业领域变频调速相类似，异步电机控制技术可分为两部分，一是可调频调压的三相交流电的生成，二是异步电机的调节。到目前为止，由直流电压生成可调频调压的三相交流电的基本方法是PMW脉宽调制法，,(2)电机逆变器控制,两电平和三电平逆变器,两电平三相逆变器允许输出电压波形只能在两个电平间切换（+Vdc/2，-Vdc/2）。相比之下，三电平逆变器允许输出电压波形在三个电平（+Vdc/2，0，-Vdc/2）间切换。,两电平电路线路简单，控制容易，重量、体积小，运行可靠性高，易于维护。在直流环节电压小于1800V的情况下，一般采用两电平电路，当超过1800V后，多采用三电平电路。三电平电路除了可提高电压水平外，还能带来减少谐波、降低噪声、提高效率等优点。多电平逆变技术是基于一个相当简单的概念：多个IGBT模块串联起来，使得额定电压远远高于单个IGBT的反向阻断电压。,(4)逆变器的能量反馈与再生制动,在一定条件下，逆变器也能把负载的机械能通过发电机，变为电能再反馈给电网。如图所示的交直一交系统，逆变器的直流电能由图左侧的相控整流桥供给，电流如实线所示。当机械转矩变负，即外力驱动电机运转，电机进入发电机状态时，逆变器应反馈能量。这时逆变器中与晶闸管反并联的续流二极管D1D6起三相桥式整流器的作用，在中间直流环节电压极性不变的情况下，逆变器输出的反向电流进入直流环节（电流方向如虚线所示），并通过图右侧的有源逆变器，把电能反馈到电网。,(5)交流异步电机控制技术,直流电机的电磁转矩控制可以分别对电枢电流和励磁电流进行独立控制，它们之间没有耦合，所以直流电机具有良好的调速性能。异步牵引电机则不同，可控制的量只有定子电流(因为只有一个供电回路)，而定子电流的变化不但影响输出转矩，而且也使气隙磁链发生变化，也就是说异步电机的转矩控制和磁通控制之间存在着很强的耦合，因此，异步电机的控制技术是使交流传动系统的调速性能达到直流传动系统水平的关键。,目前已成熟地应用于交流异步牵引电机的控制方法有三种：即转差特性控制、矢量变换控制和自接力矩控制。异步牵引电机的矢量变换控制方法模仿直流电机调速，将直流电机换向器的功能通过控制的方法来实现，从而达到对磁通和转矩的分别控制。由于矢量控制是对电压、电流以及它们所产生的磁势、磁链的瞬时值进行控制，因此，使异步牵引电机获得了可与直流电机相媲美的动、静态性能。,4)电力半导体器件,大功率交一直-交传动系统性能的提高与电力半导体器件的发展密切相关。应用于铁道牵引的电力半导体器件大致经历了晶闸管、GTO、IGBT三个发展阶段。,晶闸管不是自关断器件，在需要强迫关断的电路中需要增加换流回路，不但增加了重量、体积、费用，而且影响变流器效率及可靠性。门极可关断晶闸管GTO元件的出现，有力地推动了铁道牵引变流技术的发展，它大大简化了牵引变流器的主电路结构示，确定了电压型变流系统的优势地位。但对门极驱动装置的要求很高。另外，GTO元件在高电压下导通，大电流下关断，电流、电压变化率及应力很大，需要设置性能良好的吸收电路，这就增加了开关损耗，并对冷却系统提出了更高的要求。绝缘门极双极型晶体管IGBT元件兼有功率MOSFET高输入阻抗特性(电压控制型)及双极型器件优良的通态特性，同时开关频率也远高于GTO元件，是一种比较理想的适用于铁道牵引变流器的器件。,冷却技术,电力半导体器件的特性由两方面确定：一是电工性能；二是热工性能。冷却技术就是要满足电力半导体器件的热工性能要求，保证器件安全、可靠工作。目前，重要的冷却措施主要包括风冷、沸腾冷却、油浸式冷却和热管冷却几种。,风冷散热方式结构简单、成本低、维护方便，主要用于电流额定值为50500 A的器件；沸腾冷却指电力半导体器件浸放在沸腾液（如R113）中，冷却器中上半部为沸腾气体，德国ICE高速动车采用这一冷却方式；油浸式冷却指半导体器件浸泡在冷却油中，冷却油循环，将热量带到油一空气热交换器中散掉，Adtranz公司的大多数干线机车、动车均采用这种冷却方式；热管冷却是一种高效冷却方式，尤其是采用水作为冷却介质的热管，且具有不污染环境的优点。日本新干线高速动车牵引变流器均采用热管冷却方式。,六、CRH2动车组牵引传动系统组成,CRH2动车组主牵引系统主要由受电弓、牵引变压器、牵引变流器及牵引电机组成。受电弓通过电网接入25kV的高压交流电，输送给牵引变压器，降压成1500V的交流电。降压后的交流电再输入牵引变流器，变成电压和频率均可控制的三相交流电，输送给牵引电机，通过电机的转动而牵引整个列车。,CRH2动车组有两个相对独立的主牵引动力单元。正常情况下，两个牵引单元均工作。1个主牵引动力单元由1台牵引变压器、2台牵引变流器、8台牵引电机构成。1台牵引变流器驱动4台牵引电机。四台牵引电机并联使用。四台牵引电机特性差异控制在5以内，以便电流负荷分配均匀。列车正常时升单弓运行，另一个受电弓备用。供电设备布置在4、6号车车顶，电传动设备布置在2、6、3、7号车的车底。2号车与6号车之间用25KV特高压电缆贯通连接。,主回路设备的布置及接线,CRH2动车组牵引系统设备布置表,3.2 受电弓,一、概述,受电弓是一种铰接式的机械构件，它通过绝缘子安装于动车组车顶。受电弓的集电头升起后与接触网导线接触，从接触网上集取电流，并将其通过车顶母线传送到车内供使用。,受电弓滑板和接触导线压力恒定，不能太大也不能太小；受电弓运动部分的质量尽量减轻，以减小惯性力，以保证可靠的电接触；受电弓滑板的材料、形状、尺寸应适应高度的要求，以保证耐磨性和接触状态；受电弓在升降弓时，初始动作迅速，终了动作缓慢，以确保在降弓时快速断弧。,受电弓应当满足以下要求：,接触网受电弓系统,弓线间的接触压力压力过小造成受电弓离线，出现电弧，使弓、线烧伤；压力变大，接触导线过分升高，使受电弓滑板和接触导线的磨损加剧；接触导线的波动和噪声高速运行时，受电弓的向上推力将使接触导线的位置急速变化，导线的高度变化以横波的形式前后传播，接触导线的波动会产生强烈的噪声问题 离线问题当接触导线的波动速度赶不上高速列车的速度时，就会产生离线现象。离线会造成极大的危害：供电时断时续，弓线间出现电弧放电，加速弓线的磨损等。,二、CRH2动车组受电弓,CRH2动车组采用DSA250型受电弓，一个基本牵引单元1个，全列共2个，安装在4号车和6号车车顶。正常运行时，只使用1个受电弓。CRH1、CRH5动车组也是采用DSA250型受电弓。,DSA250受电弓总成1-底架 2-阻尼器 3-升弓装置 4-下臂 5-弓装配 6-下导杆 7-上臂 8-上导杆 9-弓头 10-滑板,升弓装置安装在底架上，通过钢丝绳作用于下臂。下臂、上臂和弓头由较轻的铝合金材料结构设而成。滑板安装在型弓头支架上，弓头支架垂悬在个拉簧下方，两个扭簧安装在弓头和上臂间，这种结构使滑板在机车运行方向上移动灵活，而且能够缓冲各方向上的冲击，达到保护滑板的目的。,装有升弓装置的底架1-弓装配 2-升弓装置 3-钢丝绳 4-销轴 5-主通气管 6-线导向,技术参数,名称：单臂受电弓。型号：DSA250。设计速度：250km/h。额定电压/电流：25KV/1100A。标称接触压力：70N（可调整）。空气动力调整：通过弓头翼片调节（根据需要选装）。升弓驱动方式：气囊装置。输入空气压力：0.41Mpa。静态接触压力为70N时的标称工作压力：约0.35 Mpa。弓头垂向移动量：60mm。精密调压阀耗气量：输入压力1MPa时不大于11.5L/min。重量：约115kg(不包含绝缘子)。,材料,1滑板：整体碳滑板（铝托架/碳条）。2弓头：钛合金。3上臂/下臂：高强度铝合金。4下导杆：不锈钢。5底架：低合金高强度结构钢。,工作原理,受电弓气动原理图1-空气过滤器2-单向节流阀（升弓）3-精密调压阀 调压范围为0.010.8MPa4-压力表5-单向节流阀（降弓）6-安全阀 12-升弓装置 14-电控阀15-绝缘管 16-气囊驱动式受电弓阀板 17-车顶界面,压缩空气通过电控阀经过滤器进入精密调压阀，精密调压阀（件3）用于调节受电弓接触压力，输出压力恒定的压缩空气，其精度偏差为0.002Mpa。因为气压每变化0.01Mpa会使接触压力变化10N。注：单向节流阀（件2）用于调节升弓时间，单向节流阀（件5）用于调节降弓时间。,3.3 高压箱,25KV电网高压首先由受电弓引入CRH2动车组，然后接入到高压机器箱，并旁路连接了保护接地开关EGS。从高压机器箱出来的高压电直接连接到牵引变压器的原边绕组。高压机器箱内有避雷器、真空断路器VCB、接地端子。并设置了高压联锁回路，在受电弓没有降下或EGS没有闭合的情况下，高压机器箱不能打开。,一、真空断路器,主断路器连接于受电弓及主变压器原边绕组之间，它是动车组电源的总开关和总保护。当主断路器闭合时，动车组从外部获得电源。真空断路器是指断路器的灭弧介质和灭弧后触头间隙的绝缘介质都是高真空。,在以下情况下应断开主电路断路器：准备降下受电弓时；过分相区时；如果出现安全功能激活自动断路的情况，则必须找出故障所在并加以排除，并且在司机室中将系统复位后，才能闭合断路器。在以下情况下主电路断路器会自动闭合：受电弓升起后；(受电弓上升且网侧电压在限值内时)已通过分相区；(网侧电压在限值内时)找到并排除引起断路器断开的故障后。,CRH2动车组真空断路器技术参数,型式：CB201型。额定电压：AC30kV，瞬间最大电压AC31kV）额定电流：AC200A。额定频率：50Hz。额定开断容量：100MVA。断路时间：3周以下（50Hz）。额定闭合电流：10000A。额定瞬间电流：4000A（2s）。额定断路电流：3400A。无负荷闭合时间：0.15s以下。额定开断时间：0.06s以下。额定断路时间：0.08s以下。操作方法：电磁控制空气操作额定操作电压：DC100+10-30 V额定操作压力：7.84105Pa（8kgf/cm2）,二、避雷器,避雷器在电动车组上用作电气设备的过电压保护，限制由于大气内雷电感应或由接触网上传来供电系统上因跳闸、短路、接地等原因所产生的冲击过电压侵入动车组，以避免电气设备绝缘的损坏。,避雷器工作原理,CRH2动车组避雷器技术参数,额定电压：AC42kV（RMS）。动作电压：AC57kV以下（V1mA，DC）。限制电压：AC107kV以下。,三、保护接地开关,受电弓和保护接地开关安装在同一车辆上。保护接地开关通过把特高压电源接地，来防止对车体施加特高电压。当由于主断路器VCB的原因引起不能阻断主电路的事故电流时，或在接触网电压异常时，通过强制性地操作保护接地开关（EGS），把接触网接地、把接地电流流向接触网，让变电所的隔离开关跳闸，能使接触网处于无电压的状态。此外,在对高压设备箱内部进行检查时，为确保维修人员的安全，通过保护接地开关和高压设备箱间的联动的锁定装置，预先把受电弓接地，即使万一受电弓上升，也能防止触电事故的发生。,接地装置安装在M1、M2车的驱动轴齿轮装置的非车轮一侧。接地装置把牵引变压器的回流线电流直接流到车轴，以防止因回流线电流流到转向架轴承而引起的轴承损伤。牵引变压器接地线被连接到M2车与各驱动轴相对应的中转端子板上，此外，M1车经由M1车与M2车之间的连接器，连接到与各驱动轴对应的中转端子板，从那里连接到各轴的接地刷上。,型号：SH2052C。方式：电磁空气式。额定电压：30kV，单相。额定频率：50Hz。额定瞬时电流：6000A（15周）。额定操作空气压力：785kPa（8kgf/cm2）。额定操作电压：DC100+10-30 V。额定联锁接点：3a-3b。结构：为耐寒耐雪结构，设防冻电热器（AC100V 100W）。,保护接地开关技术参数,3.4 牵引变压器,主变压器的容量必须考虑到整个系统所需要的功率和热损耗。逆变器控制异步电机的传动系统对变流器的运行稳定性有较大影响。为此，一般要求主变压器：二次侧各绕组有很高的阻抗，以抑制二次电流纹波及网侧谐波电流；二次侧各绕组的电抗值相等；二次侧各绕组之间必须去耦，如采取磁去耦结构，以抑制二次电流波形产生紊乱；直流偏磁时二次侧励磁电抗减少量尽量小。针对上述要求，可采取以下措施：一次、二次绕组之间设置带气隙的铁芯，增大漏磁以提高电抗，同时可抑制直流偏磁时二次绕组电抗的减小；一次绕组并联，二次绕组对称布置在其两侧，相邻的二次绕组之间设置分列式铁芯以免二者相互干扰，这样，各二次绕组之间就是一种去耦结构，而且还可以使各二次绕组之间电抗相等。,CRH2动车组在2号和6号车下各设有一个牵引变压器，牵引变压器通过螺栓悬挂于车体下。,牵引变压器长-2570mm 宽-2300mm 高-835mm,CRH2动车组牵引变压器额定性能参数值表,输出：在网压变化范围内，牵引变压器输出电压、电流及功率满足列车牵引和再生制动要求。强度：具有足够强度，保证在高速运行时碎石碰撞不至于破损。冷却：采用强迫油循环风冷方式，冷却油采用难燃性硅油。规格：牵引绕组为两个独立线圈，每1线圈均连接到1台牵引变流器上。线圈结构：牵引绕组2组、辅助绕组1组。效率：95以上（额定载荷条件）。,绝缘等级（一）原边绕组高压侧 感应耐电压：120Hz时42kV10分钟（240Hz时5分、166.7Hz时7.2分也可）。脉冲耐电压：全波150kV（波形：波前长1.2s，波尾长 50s）；截断波170kV（波形：在波前长1.2s处截断）。（二）原边绕组接地侧：工频耐压 2.5kV。（三）牵引绕组侧：工频耐压 5.4kV。（四）辅助绕组侧：工频耐压 2.9kV。（五）绝缘种类：特A级。,3.5 牵引变流器,CRH2动车组设有四个牵引变流器，分别在2号、3号、6号和7号车下。两个牵引变流器为一组，由一个牵引变压器提供电源。牵引变流器用螺栓悬挂于车下。,一、结构,CRH2动车组牵引变流器采用免维修模块结构。模块具有互换性。牵引变流器功率单元集中布置，包括脉冲整流器功率单元2台、逆变功率单元3台。功率半导体采用IGBT，3300V、1200A。牵引变流器配置有两排气口的电动轴流式通风机，向功率单元冷凝器送风。,单相电压3点式PWM脉冲整流器。牵引变压器牵引绕组输出的AC1500V、50Hz输入脉冲整流器。采用IGBT元件，实现输出直流电压2600V3000V定压控制、牵引变压器原边电压电流功率因数的控制。再生制动时接收滤波电容器输出的直流3000V电压，向牵引变压器供应AC1500V、50Hz。主电路的输入通过交流接触器实施。,1.脉冲整流器,3相电压3点式PWM逆变器。输入滤波电容器电压，依据无接点控制装置（IGBT元件）控制信号，输出变频变压的三相交流电，对4台并联的电机进行速度、扭矩控制。再生制动时牵引电机发出三相交流电，向滤波电容器输出直流电压。牵引电机控制采用矢量控制方式，独立控制扭矩电流和励磁电流，以使扭矩控制高精度化、反应高速化，提高电流控制性能。,2.逆变器,二、性能参数,输入：1285kVA(单相交流1500V，857A，50Hz)。中间直流电路：1296kW(直流3000V，432A)。输出：1475kVA(三相交流2300V，424A，0220Hz)效率：96以上 功率因数：97%以上 开关频率：脉冲整流器1250Hz 逆变器5001000Hz。冷却方式：液体沸腾冷却机械通风方式，冷媒为氟化碳(FX3250)。,1.脉冲整流器控制功能主电路控制方式：3点式PWM方式。脉冲整流器输出频率：50Hz。直流电压：DC2600VDC3000V(按速度范围变化可调)。载波频率：1250Hz。功率因数：97%以上。控制功能：（1）发生直流电压模式；（2）电源相位同步控制；（3）PWM控制。,2.逆变器控制功能主电路控制方式：3点式PWM方式。电机控制方式：矢量控制计算的电流瞬间值控制。电机旋转频率：计算频率 0150Hz。V/f特性：2300/116Hz（牵引），2300/130Hz（制动）。非同期脉冲状态载频频率：1000Hz左右。脉冲状态：非同步脉冲状态（过调制脉冲状态）同步脉冲状态同步1脉冲状态。控制功能（1）电机控制。（2）控制模式（牵引运行、制动、定速、后退启动）。,1车载试验功能依据车辆信息控制装置的指令，在控制装置内产生模拟信号，可进行保护动作、接触器动作等自我检查工作。2保护检测记录功能在控制装置内记录发生保护动作时装置的输入、输出信号和控制状态，以向列车信息控制装置提供数据。,三、检查、记录功能,3.6 牵引电机,牵引电机的主要电气参数应取决于列车的牵引特性曲线、列车运行要求和脉冲逆变器的供电特性。又要求脉冲逆变器保持在规定的电压、频率和漏感等限值以内。牵引电机的机械结构又与所采用的电机悬挂方式和驱动传动形式有关。此外，还必须选定电机的冷却方式。,一、概况,CRH2动车组的牵引电机为三相交流异步电机。采用不解体就可供油脂的绝缘轴承。每台牵引电机的最大输出轴功率为300kW。牵引电机适用于电压源逆变器供电，变频变压（VVVF）调速运用方式。,CRH2牵引电机长-720mm 宽-697mm 高-629mm,一、概况,CRH2动车组的牵引电机为三相交流异步电机。采用不解体就可供油脂的绝缘轴承。每台牵引电机的最大输出轴功率为300kW。牵引电机适用于电压源逆变器供电，变频变压（VVVF）调速运用方式。,二、性能规格,1方式：三相异步感应电机2相数：3。3极数：4。4通风方式：强迫通风。5装载方式：转向架构架悬挂安装。6绝缘种类：200级。7额定参数功率：300kW电压：2000V电流：106A频率：140Hz转差：1.4%转速：4140rpm效率：0.94功率因数：86%,1转子转子为坚固的鼠笼形，采用耐高速旋转的结构。转子导条采用固有电阻大、强度高的铜锌合金（黄铜）。2定子为了轻量化，取消了铁心外的框架，采用连结板压住铁心。电机框架设有与转向架连接的安装座，框架两侧的连结框（铝托座）采用铝合金铸件制造。3测速发电机在非传动轴端安装了2个测速发电机，用于逆变器控制和制动控制。4齿轮装置效率0.95（计算参数，牵引电机输出和车轮踏面输出系数采用此数据）。,三、结构,方式：牵引手柄为前后操作方式。构成：牵引运行10档，带方向选择开关。其它：与制动手柄联锁。,四、牵引电机主控制器,五、牵引电机用电动通风机方式：鼠笼式异步电机。通风方式：全封闭外风扇型。相位数：三相。极数：4。电压：AC40010。频率：50Hz。,3.7 辅助供电系统,辅助供电系统是指除为牵引动力系统之外的所有需要用电的负载设备提供电能的系统，包括辅助电源装置和蓄电池系统。负载设备包括：牵引电机风机，主变流器冷却用水泵（或油泵）及风机，辅助变流器冷却风机，主变压器油泵，空气压缩机，充电机及其风机，空调机及各种电动阀门，车厢照明及各种服务性电气设备。,辅助供电系统的电力主要来自牵引供电电网，一般经受电弓进入列车主变压器原边绕组，主变压器的次级绕组专设有为辅助系统供电的辅助绕组；当电力不能采用牵引供电电网时，采用外接电源或者蓄电池供电,CRH2动车组在1号、8号车分别设了一个辅助电源装置，为空气压缩机、照明、控制、广播、列车无线等设备提供相应的电源；在2、4、6号车上分别设有一个蓄电池箱。车体侧面装有连接外部电源的插座（AC400V、单相、50Hz），M2车（2号车及6号车）上各有一处。用于连接检修基地的外部电源，供辅助电路的工作。,AC25KV的高压电输入牵引变压器，经过3次绕组降压成单相AC400V，其供电的设备有空调装置、换气装置以及ATP主控电源。AC400V电源再输入辅助电源装置，经过处理后，从辅助电源装置输出5路电源，为列车的各设备供电。,辅助电源示意图,一、辅助电源装置,（一）基本原理辅助电源电路系统采用按各电源系统贯穿全列车的方式。辅助电路系统由牵引变压器辅助绕组提供电源。辅助电路系统提供以下5种电源系统：,非稳定单相AC100V系统：由辅助变压器将牵引变压器辅助绕组的AC400V电压直接降压至AC100V，向热水器的加热器等容许电压变动的负荷供电。稳定单相AC100V系统：向空调控制器、空调显示设定器、给水装置、空气清新机、收音机、辅助制动控制供电。稳定单相AC220V系统：使用辅助电源装置与AC400V实现隔离，并且降压和稳压。提供饮水机、吧台设备、电茶炉、各车插座电源。稳定三相AC400V系统：稳压三相AC400V与牵引系统相关的辅助设备（牵引变压器、牵引变流器、牵引电机用各送风机等连接。稳定DC100V系统：稳压DC100V系统向车辆的控制电源、车厢照明、蓄电池等供电。,辅助电源装置（APU）由辅助变压器、辅助整流器、PWM三相输出逆变器、逆变器输出变压器、CVCF（恒压恒频）输出变压器等构成。牵引变压器辅助绕组输出的AC 400V，通过可控硅混合电桥变换成为直流电，该直流电通过PWM三相逆变器变换成为交流电，通过逆变器输出变压器提供AC 400V三相50 Hz稳压电源。CVCF输出变压器将AC 400V三相电源变换成单相AC 220V、AC 100V的稳压电源。辅助变压器将牵引变压器辅助绕组的AC 400V变换成另一单相AC100V电源。辅助整流器箱使用整流器变压器将APU的400V三相电压输出变压后，通过三相全波整流器，输出DC 100V。,辅助电源装置的故障保护功能有如下保护检测项目，在列车信息控制系统和辅助电源装置之间设置自诊断功能接口，由列车信息控制系统实施。输入过电流变流器过压变流器过流变流器过载输出过压输出低电压检测接地输出短路,（二）冗余设计,在动车组上安装2台牵引变压器，其辅助绕组输出至辅助电源装置的AC400V电压分别供电给4节车厢。正常情况下，每台主变压器的辅助绕组输出至辅助电源装置的AC400V电压分别供电给4节车厢。当一台牵引变压器故障时，另一台正常运转的牵引变压器能够通过辅助绕组向8节车厢供电。此时，应使空调装置半功率运行。,在动车组上安装2台辅助电源装置，一台辅助电源装置供给4节车厢所需辅助用电。当一台辅助电源装置发生故障时，另一台正常运转的辅助电源装置能够向8节车厢供电。辅助电源装置的输出容量的设计能够在故障时用一台正常运转的辅助电源装置向整列车供电。因此，当一台辅助电源装置故障时无需减少负荷。,二、蓄电池,动车组设有容量充足的蓄电池组，供紧急时使用。使用ESLB3型阴极吸收式密封型铅蓄电池，容量为100Ah（20小时率）。应急用电量（含应急照明、列车无线装置、广播装置、尾灯及应急通风）最少可持续两小时。运行过程中，蓄电池组可在线路上充电。另外，列车无线用蓄电池使用镍铬式碱性蓄电池60Ah（5小时率）。,