型動(dòng)車(chē)組牽引傳動(dòng)系統(tǒng)_第1頁(yè)
型動(dòng)車(chē)組牽引傳動(dòng)系統(tǒng)_第2頁(yè)
型動(dòng)車(chē)組牽引傳動(dòng)系統(tǒng)_第3頁(yè)
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1、第六章 CRH2 型動(dòng)車(chē)組牽引傳動(dòng)系統(tǒng) 第一節(jié) 概 述 一、CRH2 牽引傳動(dòng)系統(tǒng)基本組成 CRH2 動(dòng)車(chē)組牽引傳動(dòng)系統(tǒng)主要由受電弓(包括高壓電器設(shè)備)、牽引變壓器、四象限變 流器、牽引逆變器和牽引電機(jī)組成。 1高壓電器設(shè)備 高壓電器主要作用是完成從接觸網(wǎng)到牽引變壓器的供電。主要包括:受電弓、主斷路器、 避雷器、電流互感器、接地保護(hù)開(kāi)關(guān)等。 CRH2 動(dòng)車(chē)組采用 DSA250 型受電弓。該受電弓為單臂型結(jié)構(gòu),額定電壓/電流為 25kV/1000A,接觸壓力 70±5N,弓頭寬度約 1950mm,具有自動(dòng)降弓功能,適應(yīng)接觸網(wǎng)高度 為 53006500mm,列車(chē)運(yùn)行速度 250km/h。

2、 CRH2 動(dòng)車(chē)組采用 CB201C-G3 型主斷路器。主斷路器為真空型,額定開(kāi)斷容量為 100MVA,額定電流 AC200A,額定斷路電流 3400A,額定開(kāi)斷時(shí)間小于 0.06s,采用電磁控 制空氣操作。 CRH2 動(dòng)車(chē)組采用 LA204 或 LA205 型避雷器。額定電壓為 AC42kV(RMS),動(dòng)作電壓 為 AC57kV 以下(V1mA,DC),限制電壓為 107kV。由氧化鋅(ZnO)為主的金屬氧化物 組成,是非線(xiàn)性高電阻體的無(wú)間隙避雷器。 CRH2 動(dòng)車(chē)組采用 TH-2 型高壓電流互感器。變流比為 200/5A,用于檢測(cè)牽引變壓器原 邊電流值。 CRH2 動(dòng)車(chē)組 SH2052C

3、型接地保護(hù)開(kāi)關(guān)。額定瞬時(shí)電流為 6000A(15 周),電磁控制空 氣操作,具有安全連鎖。 2牽引變壓器 CRH2 動(dòng)車(chē)組采用的是 TM210 型牽引變壓器,一個(gè)基本動(dòng)力單元 1 個(gè),全列共計(jì) 2 個(gè)。 采用殼式結(jié)構(gòu)、車(chē)體下吊掛、油循環(huán)強(qiáng)迫風(fēng)冷方式。具有 1 個(gè)原邊繞組(25kV,3060kVA)、 2 個(gè)牽引繞組(1500V,2×1285kVA),一個(gè)輔助繞組(400V,490kVA)。 3牽引變流器 CRH2 動(dòng)車(chē)組采用的是 CI11 型牽引變流器,一個(gè)基本動(dòng)力單元 2 個(gè),全列共計(jì) 4 個(gè)。采 用車(chē)下吊掛、液體沸騰冷卻方式。主電路結(jié)構(gòu)為電壓型 3 電平式,由脈沖整流器、中間直流

4、 電路、逆變器構(gòu)成,不設(shè) 2 次諧振濾波裝置和網(wǎng)側(cè)諧波濾波器,采用 PWM 方式控制。中間 直流電壓為 2600V3000V(隨起牽引電機(jī)輸出功率進(jìn)行調(diào)整)。1 個(gè)牽引變流器采用矢量控 制原理控制 4 臺(tái)并聯(lián)的牽引電機(jī)。 4牽引電機(jī) CRH2 動(dòng)車(chē)組采用的是 MT205 型牽引電機(jī),每節(jié)動(dòng)力車(chē) 4 個(gè)(并聯(lián)),一個(gè)基本動(dòng)力單 元 8 個(gè),全列共計(jì) 16 個(gè)。牽引電機(jī)為 4 極三相鼠籠式異步電機(jī),采用架懸、強(qiáng)迫風(fēng)冷方式, 通過(guò)彈性齒型聯(lián)軸節(jié)連接傳動(dòng)齒輪。、CRH2 牽引傳動(dòng)系統(tǒng)工作原理 CRH2 動(dòng)車(chē)組采用交流傳動(dòng)系統(tǒng),主要由受電弓(包括高壓電器設(shè)備)、牽引變壓器、四 象限變流器、中間環(huán)節(jié)、牽引

5、逆變器、牽引電機(jī)、齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)等組成。動(dòng)車(chē)組受電弓從接 觸網(wǎng)獲得 AC25000/50Hz 電源,為了滿(mǎn)足動(dòng)車(chē)組牽引特性的要求,牽引電機(jī)需要電壓頻率均可 調(diào)節(jié)的三相交流電源。 CRH2 動(dòng)車(chē)組牽引傳動(dòng)系統(tǒng)組成原理如圖 61 所示。受電弓將接觸網(wǎng)的 AC25kV 單相工并 頻交流電輸送給牽引變壓器,經(jīng)變壓器降壓輸出 1500V 單相交流電供給脈沖整流器,脈沖整 流器將單相交流變換成直流電經(jīng)中間直流電路將 DC26003000V 的直流電輸出給牽引逆變器, 牽引逆變器輸出電壓 02300V,頻率 0220Hz 可控的三相交流電供給異步牽引電動(dòng)機(jī)。 圖 61 CRH2 傳動(dòng)系統(tǒng)組成原理圖 三、CRH

6、2 牽引傳動(dòng)系統(tǒng)主電路 受電弓從接觸網(wǎng) 25kV、50Hz 單相交流電網(wǎng)受電,通過(guò)主斷路器 VCB 連接到牽引變壓器原 邊繞組。主電路開(kāi)閉由 VCB 控制。牽引變壓器牽引繞組設(shè)兩組,原邊繞組電壓為 25kV 時(shí),牽 引繞組電壓為 1500V。牽引變流器在 M1、M2 車(chē)上,由一臺(tái)四象限脈沖整流器和逆變器及中間 直流回路構(gòu)成,運(yùn)行時(shí)除實(shí)施牽引電動(dòng)機(jī)電力供應(yīng)和制動(dòng)時(shí)的再生制動(dòng)外,還具備相應(yīng)的保 護(hù)功能。主電路簡(jiǎn)圖如圖 62 組成。 牽引電動(dòng)機(jī)采用三相鼠籠式感應(yīng)電機(jī),其軸端設(shè)置速度傳感器,用于檢測(cè)轉(zhuǎn)速(轉(zhuǎn)子頻 率),對(duì)牽引和制動(dòng)特性進(jìn)行實(shí)時(shí)控制;當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí),M1 車(chē)和 M2 車(chē)可分別使用,另外,整

7、 個(gè)基本單元可使用 VCB 切除,而不會(huì)影響其它單元工作。 制動(dòng)系統(tǒng)有兩套。一套是電制動(dòng),將牽引電機(jī)轉(zhuǎn)換成發(fā)電機(jī)形式工作,即再生制動(dòng);一 套是空氣制動(dòng),將電指令轉(zhuǎn)換成空氣指令送入制動(dòng)缸起制動(dòng)作用。當(dāng)列車(chē)速度較高時(shí),實(shí)施 電制動(dòng),在低速時(shí)實(shí)施空氣制動(dòng),制動(dòng)方式轉(zhuǎn)換均由微機(jī)控制系統(tǒng)控制完成。當(dāng)司機(jī)通過(guò)司 機(jī)臺(tái)上的制動(dòng)控制器實(shí)施制動(dòng)指令時(shí),制動(dòng)電信號(hào)首先到達(dá)車(chē)輛計(jì)算機(jī)系統(tǒng),再傳入制動(dòng)控 制系統(tǒng)。制動(dòng)控制系統(tǒng)根據(jù)列車(chē)速度,自動(dòng)實(shí)行空氣制動(dòng)與電制動(dòng)。電氣制動(dòng)系統(tǒng)的組成與 牽引系統(tǒng)一致。動(dòng)車(chē)組牽引系統(tǒng)主電路原理圖如圖 6四、CRH2 牽引傳動(dòng)系統(tǒng)控制電路及其控制策略 CRH2 牽引傳動(dòng)系統(tǒng)控制電路如圖 8

8、.1-5 所示。其控制策略分為脈沖整流器控制、逆變器 控制和牽引電機(jī)控制三個(gè)部分。 - 162 - 脈沖整流器控制策略:牽引變壓器牽引繞組輸出的 AC1500V、50Hz 電源輸入脈沖整流 器。脈沖整流器由單相三點(diǎn)式 PWM 變流器、交流接觸器 K 組成。采用無(wú)接點(diǎn)控制裝置,從 而實(shí)現(xiàn)了輸出直流電壓 2600V3000V 定壓控制、牽引變壓器原邊單位功率因數(shù)的控制以及 無(wú)接點(diǎn)控制裝置保護(hù)。再生制動(dòng)時(shí)接收支撐電容器輸出的直流 3000V 電壓,向牽引變壓器供 應(yīng) AC1500V、50Hz。 逆變器控制策略:逆變側(cè)采用了 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(wú)接點(diǎn)控制裝置

9、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)的電機(jī)進(jìn)行速度、 力矩控制。再生制動(dòng)時(shí)牽引電機(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。 牽引電機(jī)控制采用矢量控制方式,獨(dú)立控制力矩電流和勵(lì)磁電流,以使力矩控制高精度化、反應(yīng)高速化,提高電流控制性能。 圖 64 動(dòng)車(chē)組牽引系統(tǒng)控制電路圖 五、CRH2 牽引傳動(dòng)系統(tǒng)的保護(hù) 牽引傳動(dòng)系統(tǒng)是高壓系統(tǒng),為保證系統(tǒng)的安全和可靠的工作,系統(tǒng)設(shè)置了各種保護(hù)裝置。電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的保護(hù)主要有:牽引驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)對(duì)各種故障具有檢測(cè)和保護(hù)功能;為了有效利用粘 著力,牽引變流器設(shè)有牽引時(shí)檢測(cè)空轉(zhuǎn)實(shí)施再粘著控制的功能,并在制動(dòng)控制裝置設(shè)有制動(dòng) 時(shí)檢測(cè)滑行并進(jìn)行再粘著控制的功

10、能;為了在故障和并聯(lián)電機(jī)載荷分配不均勻等情況時(shí)保護(hù) 牽引電機(jī),設(shè)有電機(jī)過(guò)流檢測(cè)、電機(jī)電流不平衡檢測(cè)、接地檢測(cè)等保護(hù)功能。所有故障信息 均通過(guò)車(chē)輛信息控制裝置網(wǎng)絡(luò)傳遞,并在司機(jī)臺(tái)顯示裝置上進(jìn)行顯示。 高壓設(shè)備箱在考慮防止危險(xiǎn)和絕緣距離的基礎(chǔ)上,力求小型、輕型化;為防止觸電事故 發(fā)生,采用連鎖方式,在通電時(shí)不能打開(kāi)箱門(mén)。動(dòng)車(chē)與拖車(chē)設(shè)有接地裝置,動(dòng)車(chē)轉(zhuǎn)向架的接 地裝置安裝在齒輪箱上,接地容量為 160A×2 個(gè)/齒輪箱,拖車(chē)轉(zhuǎn)向架的接地裝置安裝在軸箱- 163 - 上。動(dòng)車(chē)組高壓回路中沒(méi)有電壓互感器。另外,動(dòng)車(chē)組在高壓回路中設(shè)置了主斷路器,不再 設(shè)置隔離開(kāi)關(guān)。 動(dòng)車(chē)組主電路很復(fù)雜,不同的組

11、成部分可能會(huì)產(chǎn)生各種各樣的故障,影響動(dòng)車(chē)組的安全 可靠運(yùn)行,當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí),將相應(yīng)的故障顯示在司機(jī)室內(nèi)的監(jiān)控器上。 六、牽引傳動(dòng)系統(tǒng)主要技術(shù)參數(shù) 牽引傳動(dòng)系統(tǒng)的主要技術(shù)參數(shù)包括供電制式、牽引特性、牽引傳動(dòng)設(shè)備額定參數(shù)、額定 效率及網(wǎng)側(cè)性能指標(biāo)。 1 電網(wǎng)電壓制式:AC25KV/50Hz,最高電壓:31kV,最低電壓:17.5kV。 網(wǎng)壓在 22.529kV 范圍內(nèi)發(fā)揮額定功率; 網(wǎng)壓在 22.519kV 范圍內(nèi)牽引功率線(xiàn)性下降至額定功率的 84; 網(wǎng)壓在 1917.5kV 范圍內(nèi)功率線(xiàn)性下降至零,輔助設(shè)備正常工作; 網(wǎng)壓在 2931kV 范圍內(nèi)各設(shè)備正常工作。 2 車(chē)組的牽引特性參數(shù) 最高運(yùn)

12、營(yíng)速度為200km/h; 最高試驗(yàn)速度為250 km/h; 定員載荷的動(dòng)車(chē)組平直道上的啟動(dòng)加速度為0.406m/s2; 200 km/h運(yùn)行時(shí),剩余加速度不小于0.1 m/s2; 損失25的動(dòng)力時(shí),平直道上的平衡速度可大于200 km/h; 動(dòng)車(chē)組在風(fēng)速15m/s逆風(fēng)下可以進(jìn)行正常的營(yíng)業(yè)運(yùn)行; 緊急制動(dòng)距離 (制動(dòng)初速200km/h) 1800m 3牽引系統(tǒng)主要參數(shù) 牽引變壓器:一次側(cè)繞組,額定容量3060kVA ,額定電壓25 kV、電流122A、頻率 50Hz ;牽引繞組2個(gè),1500V,2×1285kVA;輔助繞組1個(gè)400V,490kVA 牽引變流器:中間直流電壓為2600V

13、3000V;逆變器輸出電壓、頻率可調(diào)三相電源, 電壓:02300V,頻率0220Hz; 牽引電機(jī):額定功率:300kW,額定電壓2000V,額定電流106A 。 4牽引系統(tǒng)效率 牽引變壓器效率不低于0.95; 牽引變流器的效率為0.96以上; 牽引電機(jī)的效率為0.94以上。 5網(wǎng)側(cè)性能指標(biāo) a) 額定負(fù)載,網(wǎng)側(cè)總功率因數(shù)0.97(不考慮輔助繞組)。 b) 牽引變壓器原邊電流畸變率(THD)10%(條件:不受其他車(chē)輛和其他設(shè)備狀態(tài) 影響的良好電源品質(zhì)狀態(tài)以及額定負(fù)載)。 c) 1個(gè)基本動(dòng)力單元發(fā)揮額定功率時(shí)的等效干擾電流(Jp)<2A。 d) 滿(mǎn)足電磁兼容性(EMC)要求 7牽引傳動(dòng)系統(tǒng)特

14、點(diǎn) 牽引傳動(dòng)系統(tǒng)采用交流傳動(dòng),在牽引變壓器、牽引變流器、牽引電機(jī)、控制策略等方面 有其顯著的特點(diǎn)。 - 164 - 牽引變壓器采用殼式結(jié)構(gòu)、車(chē)體下吊掛安裝、油循環(huán)強(qiáng)迫風(fēng)冷,原邊采用兩組并聯(lián)結(jié) 構(gòu)的繞組,從而增加了每相牽引繞組的容量;牽引繞組為兩個(gè)獨(dú)立線(xiàn)圈,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主管串聯(lián)與中點(diǎn)帶箝位二極管的方案,功率開(kāi)關(guān)器件采用 IPM 智能功率模塊或 IGBT 模塊。其中 IPM 是將芯片、驅(qū)動(dòng)電路、保護(hù)電路等封裝在一個(gè)模塊 內(nèi)的新型電力電子器件,是 IGBT 集成化、智能化的一種應(yīng)用方式。除具有 IGBT 的優(yōu)點(diǎn)外,驅(qū) 動(dòng)功率小,吸收回路簡(jiǎn)單,器件模塊本身

15、具有檢測(cè)和自保護(hù)功能,可以采用多個(gè)并聯(lián)以增大 電流容量。 脈沖整流器采用單相三點(diǎn)式 PWM 脈沖整流器,具有以下優(yōu)點(diǎn):每一個(gè)功率器件所承受 的關(guān)斷電壓僅為直流側(cè)母線(xiàn)電壓的一半,在相同的情況下,直流母線(xiàn)電壓可以提高一倍,容 量也提高一倍;在同樣的開(kāi)關(guān)頻率及控制方式下,輸出電壓或電流的諧波大大小于兩點(diǎn)式變 流器,其總的諧波失真 THD 也遠(yuǎn)小于兩點(diǎn)式變流器;即使在開(kāi)關(guān)頻率很低時(shí), 其輸入側(cè)的電 流波形也能保證一定的正弦度。從而減小對(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,減輕了牽引變流器重量。 逆變器采用三點(diǎn)式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),與二點(diǎn)式逆變器相比,端電壓波形包含較少的諧波分量。

16、在一個(gè)周期內(nèi),兩點(diǎn)式逆變器電路只有 7 種狀態(tài),而三點(diǎn)式有 19 種,有利于減小相鄰電路狀 態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)引起的電壓和電流波動(dòng),從而有利于降低損耗,提高電動(dòng)機(jī)效率,減少脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩。 牽引電機(jī)具有良好的牽引特性,可以實(shí)現(xiàn)寬范圍的平滑調(diào)速,使機(jī)車(chē)起動(dòng)時(shí)發(fā)出較大 的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩;異步電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,可靠性高,同直流電機(jī)比較,沒(méi)有因換向引起的電氣損耗 和機(jī)械損耗,沒(méi)有環(huán)火,運(yùn)行可靠性進(jìn)一步提高;耐振動(dòng)、耐風(fēng)雪,可以在多塵、潮濕等惡 劣環(huán)境下正常運(yùn)行;電機(jī)過(guò)載能力強(qiáng);轉(zhuǎn)速高,功率/重量比高,有利于電機(jī)懸掛;轉(zhuǎn)矩速 度特性較陡,可抑制空轉(zhuǎn),提高粘著利用率。 牽引電機(jī)采用矢量控制策略,把定子電流分解成轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向坐標(biāo)系下

17、的勵(lì)磁電流分 量和轉(zhuǎn)矩電流分量,實(shí)現(xiàn)了定子電流的完全解耦,控制方式簡(jiǎn)單,使整個(gè)牽引傳動(dòng)系統(tǒng)具有 良好動(dòng)態(tài)性能和控制精度。 第二節(jié) 牽引制動(dòng)特性 1CRH2運(yùn)用條件及主要技術(shù)參數(shù) CRH2采用動(dòng)力分散交流傳動(dòng)模式,適應(yīng)在鐵路既有線(xiàn)上以160 km/h速度正常運(yùn)行,在新 建的客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)以及既有指定區(qū)段上以200 km/h速度級(jí)正常運(yùn)行。 運(yùn)用條件: (1) 自然環(huán)境 氣溫條件:2540°C; 相對(duì)濕度:95%(月平均最低溫度25°C時(shí)); 海拔高度:1500 m; 最大風(fēng)速:一般年份15 m/s;偶遇30 m/s; 氣候特點(diǎn):有風(fēng)、沙、雨、雪天氣;偶有鹽霧、酸雨、沙塵暴等現(xiàn)象。

18、(2) 線(xiàn)路參數(shù): - 165 - 最大坡度:12(困難條件下20); 站段聯(lián)絡(luò)線(xiàn)坡度:30;最小曲線(xiàn)半徑:2200 m;緩和曲線(xiàn):三次拋物線(xiàn)型, 緩和曲線(xiàn)超高順坡率1/10Vmax,困難條件下1/8Vmax;夾直線(xiàn)及圓曲線(xiàn)最小長(zhǎng) 度:7/10 Vmax(新建和改建地段);困難條件下1/2 Vmax;既有線(xiàn)保留地段困 難條件下為2/5 Vmax,取整為10 m的整數(shù)倍; 線(xiàn)間距:4.2m; 到發(fā)線(xiàn)有效長(zhǎng)度:650m,困難條件下520m; 軌距:1435mm; 最大超高:150 mm; 最大超過(guò)允許值:110 mm; 道岔限速:區(qū)間道岔直向通過(guò)速度:200 km/h;進(jìn)出站為18號(hào)可動(dòng)心軌道岔(

19、導(dǎo) 曲線(xiàn)半徑為1200 m,15側(cè)向通過(guò)限速80 km/h)和12號(hào)可動(dòng)心軌提速道岔(側(cè)向 通過(guò)速度50 km/h); 豎曲線(xiàn)半徑:15000 m; 車(chē)站站臺(tái)高度:1100mm; 車(chē)站站臺(tái)邊緣距軌道中心線(xiàn)的距離:1750 mm; 正線(xiàn)數(shù)目:雙線(xiàn); 軌底坡:1/40; 既有線(xiàn)線(xiàn)路其他有關(guān)參數(shù)如下: 坡道:30; 軌底坡:1/40;轍叉心作用 面至護(hù)輪軌頭部外側(cè)的距離:1394 mm;轍叉翼軌作用面至護(hù)輪軌頭部外側(cè) 的距離:1348 mm; 0 3 + 3 0 + (3) 列車(chē)運(yùn)用特點(diǎn) 列車(chē)為兩端均可操縱控制的動(dòng)車(chē)組,可單列運(yùn)行,也可兩列聯(lián)掛運(yùn)行。 兩列聯(lián)掛時(shí)間:3 min。 列車(chē)立即折返時(shí)間:&

20、lt;16 min。 運(yùn)行特點(diǎn):客貨混運(yùn)、適合于既有線(xiàn)列車(chē)混運(yùn),動(dòng)車(chē)組不通過(guò)駝峰,不與貨車(chē) 混編。 救援列車(chē)(救援機(jī)車(chē)):采用自動(dòng)空氣制動(dòng)機(jī)和15號(hào)自動(dòng)車(chē)鉤。 (4) 動(dòng)車(chē)組供電系統(tǒng) 額定電壓:?jiǎn)蜗嘟涣?5 kV、50 Hz。 最高電壓:31 kV。 最低電壓:17.5 kV。 符合我國(guó)鐵路干線(xiàn)電力牽引交流電壓標(biāo)準(zhǔn);線(xiàn)路設(shè)點(diǎn)式信號(hào)設(shè)備為列車(chē)提供過(guò)分相位置 信號(hào)。 (5) 限界 符合電力機(jī)車(chē)限界和客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)機(jī)車(chē)車(chē)輛限界暫行規(guī)定。 2牽引特性曲線(xiàn) CRH2的牽引特性曲線(xiàn)如圖6-5所示,其數(shù)學(xué)表達(dá)式為5-1式所示。 F1750.36V 0V125 km/h F16250/V V>125 km/h

21、 (5-1) - 166 - 牽引力為動(dòng)車(chē)組所要求的全功率對(duì)應(yīng)的最大牽引力。牽引力在從0125 km/h的速度范圍 內(nèi),以速度0 km/h的牽引力175kN為基點(diǎn)按一定斜率下降;在速度125 km/h以上范圍內(nèi),牽引 力與速度呈雙曲線(xiàn)下降即恒功率運(yùn)行。 3CRH2的制動(dòng)特性 CRH2的制動(dòng)分為空氣制動(dòng)和再生制動(dòng),優(yōu)先采用再生制動(dòng)。由制動(dòng)控制裝置進(jìn)行總制動(dòng) 力的計(jì)算和分配。第三節(jié) 牽引變流器 一、牽引變流器的組成 CRH2 牽引變流器由三點(diǎn)式脈沖整流器、中間直流電路、三點(diǎn)式逆變器、真空交流接觸 器等主電路設(shè)備以及無(wú)觸點(diǎn)控制裝置、控制電源等控制設(shè)備組成,上述設(shè)備安裝在個(gè)箱體 內(nèi),箱框采用鋁合金結(jié)構(gòu)

22、,減小牽引變流器重量。取消了變流器中間直流回路的二次濾波回 路,牽引變壓器不需設(shè)置二次濾波電抗器,牽引變壓器和牽引變流器的重量均得到大幅度降 低。每個(gè)動(dòng)車(chē)設(shè)置一臺(tái)牽引變流器,每個(gè)牽引變流器驅(qū)動(dòng) 4 臺(tái)并聯(lián)牽引電機(jī)。脈沖整流器和 逆變器主電路圖參見(jiàn)圖 615。主電路功率元器件導(dǎo)通狀態(tài)和輸出電壓的關(guān)系參照表 55牽引變壓器牽引繞組輸出的 AC1500V、50Hz 單相交流電源,三點(diǎn)式脈沖整流器以 PWM 斬 波方式進(jìn)行整流,控制中間直流電壓牽引時(shí)在 2600V3000V 內(nèi),再生制動(dòng)時(shí)穩(wěn)定在 3000V, 三點(diǎn)式逆變器采用異步調(diào)制、5脈沖、3 脈沖和單脈沖相結(jié)合進(jìn)行控制。牽引變流器輸出電壓、 頻率

23、可調(diào)的三相交流電驅(qū)動(dòng) 4 臺(tái)并聯(lián)連的牽引電機(jī)。 CRH2 牽引變流器外形如圖 616,箱體結(jié)構(gòu)圖如圖 617 所示,主要組成部件如表 56, 箱體中央位置配置脈沖整流器功率模塊(臺(tái))和逆變器功率模塊(臺(tái))。牽引變流器靠列 車(chē)側(cè)面配置兩臺(tái)電動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)(主鼓風(fēng)機(jī)),向功率模塊冷卻器送風(fēng)。箱體內(nèi)部集中設(shè)置真空接 觸器、繼電器單元和無(wú)觸點(diǎn)控制裝置等,便于集中檢查。二、牽引變流器的工作原理 脈沖整流器是交流傳動(dòng)動(dòng)車(chē)組的電源側(cè)變流器,在牽引時(shí)作為整流器,在再生制動(dòng)時(shí)作 為逆變器。它要保證中間直流環(huán)節(jié)的電壓恒定,交流電網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)接近1,還要消除諧波, 使電網(wǎng)電流盡量接近正弦,最大程度地提高電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)效益減少

24、電網(wǎng)對(duì)周?chē)h(huán)境的電磁污 染;對(duì)于直流側(cè),在電網(wǎng)電壓或負(fù)載發(fā)生變化時(shí),能夠維持中間直流電壓的穩(wěn)定,給電機(jī)側(cè) 逆變器提供良好的工作條件。而且,脈沖整流器可以實(shí)現(xiàn)牽引與再生工況間快速平滑地轉(zhuǎn)換。 所以脈沖整流器是交流傳動(dòng)動(dòng)車(chē)組上的一個(gè)重要電氣部件。 - 170 - CRH2 動(dòng)車(chē)組的脈沖整流器部分由單相電壓型三點(diǎn)式 PWM 脈沖整流器和交流接觸器 K 構(gòu) 成,以牽引變壓器牽引繞組輸出電壓 AC1500V、50Hz 為輸入。通過(guò)無(wú)觸點(diǎn)控制裝置的控制, 實(shí)現(xiàn)輸出直流電壓為 26003000V(按速度范圍變化可調(diào))的定電壓控制以及牽引變壓器原 邊側(cè)電壓電流單位功率因數(shù)的控制。此外,還可通過(guò)無(wú)觸點(diǎn)控制裝置實(shí)

25、現(xiàn)保護(hù)功能。再生制 動(dòng)時(shí)脈沖整流器工作在逆變狀態(tài),以中間回路支撐電容器輸出電壓 DC3000V 為輸入,向牽引 變壓器側(cè)輸出 AC1500V、50Hz 電壓。交流接觸器控制輸入側(cè)主電路接通、斷開(kāi)。 CRH2動(dòng)車(chē)組的牽引逆變器為三點(diǎn)式PWM逆變器。其控制方法如下:輸入支撐電容器電壓, 依據(jù)無(wú)觸點(diǎn)控制裝置(IGBT元件)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)的電機(jī)進(jìn) 行速度、力矩控制。再生制動(dòng)時(shí)牽引電機(jī)發(fā)出三相交流電,向支撐電容器輸出直流電壓。牽 引電機(jī)控制采用矢量控制方式,獨(dú)立控制力矩電流和勵(lì)磁電流,以使力矩控制高精度化、反 應(yīng)高速化,提高電流控制性能。 牽引變流器功率單元集中布置,脈沖整

26、流器功率單元(2臺(tái))、逆變功率單元(3臺(tái))。 牽引變流器配置有兩排氣口的電動(dòng)軸流式通風(fēng)機(jī),向功率單元冷凝器送風(fēng)。真空接觸器、繼 電器單元和無(wú)觸點(diǎn)控制裝置等集中布置,便于檢修。另外,考慮密封性和檢查方便,采用板 簧式手動(dòng)型夾緊裝置。 牽引變流器的零部件,考慮到其操作、維修方便,采用模塊化設(shè)計(jì)。例如半導(dǎo)體冷卻裝 置分成脈沖整流器用兩臺(tái),逆變器用三臺(tái)的單元,分別具有互換性??刂蒲b置分為無(wú)觸點(diǎn)控 制裝置(控制邏輯部)、繼電器單元、電源單元等。 半導(dǎo)體冷卻裝置和電動(dòng)通風(fēng)機(jī)等大型裝置采用下部拆裝的結(jié)構(gòu)。小型控制單元內(nèi)的各零 部件可以采用不同廠(chǎng)家的產(chǎn)品,維修和檢查時(shí)需要更換的控制單元,其結(jié)構(gòu)和功能必須 具有

27、互換性。 三、CRH2變流器的技術(shù)參數(shù) 1脈沖整流器技術(shù)參數(shù) 控制方式: 單相電壓三點(diǎn)式 PWM 整流器 額定參數(shù): 輸入 1285kVA (單相交流 1500V,857A,50Hz) 輸出 1296kW (直流 3000V,432A) 效率 98.5%以上 (牽引電機(jī)額定) 功率因數(shù) 97%以上 (在額定負(fù)載條件下,除輔助電路和控制電路外) 載波頻率: 1250Hz 整流器構(gòu)成設(shè)備 尺寸: 1015×550×610mm3 (W×L×H) 重量: 190kg 裝備零部件: 主控制元件 高耐壓 IPM/IGBT 3300V 1200A 1S2P4A 鉗位二

28、極管 高耐壓二極管 3300V 1200A 1S2P2A 支撐電容器 2125F±10% 輔助電路 一套(包括:緩沖電路,接線(xiàn)盤(pán)等) 2逆變器技術(shù)參數(shù) - 171 - (1)逆變器性能參數(shù) 控制方式: 三相電壓三點(diǎn)式 PWM 逆變器 額定參數(shù): 輸入 1296kW(直流 3000V,432A) 輸出 1475kVA(三相交流 2300V,424A,0220Hz) 效率 98.5%以上(牽引電機(jī)額定) 功率因數(shù) 97%以上(在額定載荷條件下,除輔助電路和控制電路外) 載波頻率: 1250Hz 載波相位差設(shè)定: 單元間載波相位控制 (2) 逆變器構(gòu)成設(shè)備 尺寸: 660W×55

29、0L×610H 重量: 130kg 裝備零部件: 主控制元件 高耐壓 IPM/IGBT 3300V 1200A 1S1P4A 鉗位二極管 高耐壓二極管 3300V 1200A 1S1P2A 支撐電容器 1250F±10% 其他 緩沖電路 一套 閘控接口電路 一套 主電路接線(xiàn)盤(pán) 一套 冷卻器溫度繼電器 1 個(gè) 冷卻器 沸騰冷卻式 一套 密封部位溫度繼電器 1 個(gè) 3中間電路的特點(diǎn)和技術(shù)參數(shù) 中間直流電路如圖 6.5-29 所示 支撐電容器與預(yù)備充電電路(圖 6.5-30)相連,起動(dòng)時(shí)通過(guò)內(nèi)置充電電阻的充電變壓器 從輔助電路進(jìn)行初期充電,以防止 K 接通時(shí)產(chǎn)生過(guò)大的沖擊電流。

30、換向開(kāi)關(guān)接通方法:接通 CHK 充電(約 1 秒),然后斷開(kāi) CHK,接通 K。 此外,在中間直流電路上設(shè)置由電阻和半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)構(gòu)成的過(guò)電壓保護(hù)電路。為防止?fàn)恳?變流器 1 次側(cè)電源投入用接觸器(K)投入時(shí)的過(guò)大沖擊電流,在 K 投入前對(duì)支撐電容器進(jìn)行充 電。開(kāi)始充電的時(shí)機(jī)是從終端裝置輸入換向器(reverser)投入信號(hào)的時(shí)候。以下表示從充電 開(kāi)始到 K 投入為止的流程。 換向器(reverser)投入 輸出充電用接觸器(CHK)投入 支撐電容器充電 充電用接觸器(CHK)斷開(kāi) K 投入 部分器件的功能簡(jiǎn)介如下: GCT:檢測(cè)牽引變壓器 2 次側(cè)接地電流。根據(jù)設(shè)定值,OVTh on、脈沖整流器

31、逆變器 gate-off 及牽引變流器 1 次側(cè)電源接觸器(K)斷開(kāi)。 過(guò)電壓抑制可控硅單元(OVTh 單元): OVTh 單元由可控硅、緩沖器(snubber)阻抗器、緩沖器(snubber)電容、柵級(jí)驅(qū)動(dòng)基板、 直流電壓檢測(cè)器等構(gòu)成。當(dāng)檢測(cè)到支撐電容器的過(guò)電壓,且控制電源為 Off 時(shí),可控硅為 ON, 讓支撐電容器具有放電的功能。 DCPT:組裝在 OVTh 單元內(nèi),對(duì)直流電壓進(jìn)行檢測(cè)。當(dāng)檢測(cè)到 OVTh false firing(誤點(diǎn) ?。?、直流過(guò)電壓、直流低電壓、電壓異常等時(shí),根據(jù)條件,脈沖整流器逆變器 gate-off、 牽引變流器 1 次側(cè)電源接觸器(K)等斷開(kāi)。 電路中各個(gè)常數(shù)

32、應(yīng)滿(mǎn)足表 6.5-10 的規(guī)定。 表 6.5-10 中間直流電路器件參數(shù) No 設(shè)備記號(hào) 數(shù)量No 設(shè)備記號(hào) 數(shù)量 1 支撐電容器(變流器) CFC1,2 2 11 CSCH 1 2 支撐電容器(逆變器) ICF1,2 3 12 接地電流互感器(GCT) 1 - 173 - 3 接地阻抗器(GRRe) 1 13 接地容抗器(GRC) 1 4 抑制過(guò)電壓電阻器 (OVRe1,2) 2 14 支撐電容放電用的可控硅 (OVTh1,2) 2 5 支撐電容器放電用電阻器 (DRe1,2) 2 15 RSO1,2 2 6 交流接觸器(K) 1 16 CSO1,2 1 7 交流接觸器(CHK) 1 17

33、直流電壓互感器(DCPT1,2) 2 8 變壓器(CHT) 1 18 交流電壓互感器(ACCT) 1 9 不控整流器(CHDd) 1 19 三相輸出電流互感器 (CTU,V,W) 3 10 RSCH 1 第四節(jié) 牽引電機(jī) 一、CRH2 動(dòng)車(chē)組牽引電機(jī)的特點(diǎn) CRH2采用MT205 型三相鼠籠異步電機(jī),每輛動(dòng)車(chē)配置 4 臺(tái)牽引電機(jī)(并聯(lián)連接),一 個(gè)基本動(dòng)力單元共 8 臺(tái),全列共計(jì) 16 臺(tái)。電機(jī)額定功率為 300kW,最高運(yùn)行速度為 6120r/min, 最高試驗(yàn)速度達(dá) 7040r/min。 牽引電機(jī)由定子、轉(zhuǎn)子、軸承、通風(fēng)系統(tǒng)等組成,絕緣等級(jí)為 200 級(jí)。牽引電機(jī)采用轉(zhuǎn) 向架架懸方式,機(jī)械

34、通風(fēng)方式冷卻,平行齒輪彎曲軸萬(wàn)向接頭方式驅(qū)動(dòng)。外形如圖 6.6-1。 所有牽引電機(jī)的外形尺寸、安裝尺寸和電氣特性相同,各動(dòng)車(chē)的牽引電機(jī)可以實(shí)現(xiàn)完全互換。 牽引電機(jī)在車(chē)體轉(zhuǎn)向架上的安裝位置見(jiàn)圖 6.6-2。 圖 6.6-1 牽引電機(jī)外形圖 圖 6.6-2 牽引電機(jī)安裝位置圖 CRH2采用的牽引電機(jī)除具有傳統(tǒng)異步電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)外,還有以下特點(diǎn): 電機(jī)整體機(jī)械強(qiáng)度很高,高速運(yùn)行時(shí)能承受很大的輪軌沖擊力;采用耐電暈、低介質(zhì)損 耗的絕緣系統(tǒng)以適應(yīng)變頻電源供電;為了防止電機(jī)軸承的電蝕,電機(jī)前后端采用絕緣軸承; 電機(jī)轉(zhuǎn)子導(dǎo)條采用低電阻、溫度系數(shù)高的銅合金材料,保證傳動(dòng)系統(tǒng)的控制精度;為了減輕- 174 - 電機(jī)

35、自重,電機(jī)采用輕質(zhì)高強(qiáng)度材料;采用經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的軸承和軸承潤(rùn)滑結(jié)構(gòu),從而減少電機(jī) 的維護(hù),保證電機(jī)軸承更可靠工作;在輸出一定功率的情況下,為減少體積,采用強(qiáng)迫通風(fēng) 和優(yōu)化的通風(fēng)結(jié)構(gòu),充分散熱,以降低電機(jī)的溫升,提高材料的利用率;電機(jī)的非傳動(dòng)軸端 安裝了 2 個(gè)速度傳感器,用以給傳動(dòng)控制系統(tǒng)提供速度信號(hào),便于逆變器控制和制動(dòng)控制。 二、主要技術(shù)參數(shù) 型號(hào) MT205 方式 三相鼠籠異步電機(jī) 極數(shù) 4極 相數(shù) 相 額定值 輸出功率 300kW 電壓 2000V 電流 106A 頻率 140Hz 轉(zhuǎn)差率 1.4% 轉(zhuǎn)速 4140r/min 效率 94.0% 功率因數(shù) 87.0% 絕緣類(lèi)別 等級(jí)200 溫

36、度上升極限 200(定子繞組;電阻法) 冷卻方式 強(qiáng)制風(fēng)冷方式(20m3/min) 動(dòng)力傳送方式 平行齒輪彎曲軸萬(wàn)向接頭方式 最高使用轉(zhuǎn)速 6120r/min 最高試驗(yàn)轉(zhuǎn)速 7040r/min 軸承潤(rùn)滑脂 unimaxR NO.2 質(zhì)量 440Kg 附額定參數(shù)說(shuō)明:由于干線(xiàn)動(dòng)車(chē)組載荷變化范圍小,僅為整車(chē)自重的 10%,所以電機(jī)額 定點(diǎn)的考核一般是在動(dòng)車(chē)組最苛刻條件下電機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行點(diǎn)。 其他相關(guān)參數(shù)見(jiàn)表 6.6-1 表 6.6-1 牽引電機(jī)參數(shù)表 方 式 鼠籠異步電機(jī) 連接方式 接 型 號(hào) MT205 線(xiàn) 圈 間 距 極 數(shù) 4 導(dǎo)體數(shù)切槽 16 相 數(shù) 3 串聯(lián)導(dǎo)體數(shù)相 192 類(lèi) 別 連續(xù)

37、導(dǎo) 體 尺 寸 2-1.5*5.5mm 輸出功率(kW) 300 導(dǎo)線(xiàn)束絕緣 聚酰亞胺電線(xiàn) 電 壓(V) 2000 定子 線(xiàn)圈電 流 密 度 6.67A/ mm2額 定值 電 流(A) 106 轉(zhuǎn) 外徑內(nèi)徑 30680mm - 175 - 頻 率(Hz) 140 疊 層 厚 度 170mm 轉(zhuǎn)差率(%) 1.4 切 槽 數(shù) 量 46 轉(zhuǎn) 速(r/min) 4140 切槽尺寸(*2) 7.4*25.6mm 效 率(%) 94.0 風(fēng)口數(shù)直徑 24mm16個(gè)(堵 塞8 處風(fēng)口) 功率因數(shù)(%) 87.0 子 鐵 芯材質(zhì)板厚 相當(dāng)于50A800 0.5mm 冷 卻 方 式 強(qiáng)制風(fēng)冷方式(20m3/m

38、in) 尺 寸 7.3*23.0mm 絕 緣 類(lèi) 別 等級(jí) 200 材 質(zhì) 赤黃銅 溫度上升極限 200K(定子繞組電阻法) 杠桿 電流密 度 6.33A/ mm2最高使用轉(zhuǎn)速 6120r/min 尺 寸 27*34mm 最高試驗(yàn)轉(zhuǎn)速 7040r/min 材 質(zhì) 純銅 計(jì) 劃 質(zhì) 量 440Kg 轉(zhuǎn)子 導(dǎo) 體 端環(huán) 電流密 度 4.23A/ mm2外徑內(nèi)徑 480310mm 牽 引 2300V/116Hz 疊層厚度 170mm 最大V/f 再 生 2300V/130Hz 切槽數(shù)量 36 Rs:0.144 /相 Xs:1.246/ 相 切槽尺寸(*1) 13.5*35.0mm Rr:0.146

39、/相 Xr:1.138/ 相 定子 鐵 芯 材質(zhì)板厚 相當(dāng)于 50A8000.5mm 電路常數(shù) (115140Hz) (*3) Rm:527.7 /相 Xm:28.88/ 相 第五節(jié) 牽引變壓器 一變壓器的基本結(jié)構(gòu)及原理 變壓器是一種靜止的電磁感應(yīng)設(shè)備,在其匝鏈于一個(gè)鐵心上的兩個(gè)或幾個(gè)繞組回路之間 可以進(jìn)行電磁能量的交換與傳遞。 1變壓器的基本結(jié)構(gòu) 鐵心和繞組: 變壓器中最主要的部件是鐵心和繞組,它們構(gòu)成了變壓器的器身。 變壓器的鐵心既是磁路,又是套裝繞組的骨架。鐵心由心柱和鐵軛兩部分組成,心柱用來(lái)套 裝繞組,鐵軛將心柱連接起來(lái),使之形成閉合磁路。為減少鐵心損耗,鐵心用厚 0.30.35mm

40、的硅鋼片疊成,片上涂以絕緣漆,以避免片間短路。在大型電力變壓器中,為提高導(dǎo)磁率和 減少鐵心損耗,常采用冷軋硅鋼片;為減少接縫間隙和勵(lì)磁電流,有時(shí)還采用由冷軋硅鋼片 卷成的卷片式鐵心。 - 176 - 按照鐵心的結(jié)構(gòu),變壓器可分為心式和殼式兩種。心式結(jié)構(gòu)的心柱被繞組所包圍;殼式 結(jié)構(gòu)則是鐵心包圍繞組的頂面、底面和側(cè)面。心式結(jié)構(gòu)的繞組裝配和絕緣比較容易,所以電 力變壓器常常采用心式結(jié)構(gòu)。殼式變壓器的機(jī)械強(qiáng)度較好,常常用于低壓、大電流的變壓器 或小容量電訊變壓器。 繞組是變壓器的電路部分,用紙包或紗包的絕緣扁線(xiàn)或圓線(xiàn)繞成。其中輸入電能的繞組 稱(chēng)為一次繞組(或原邊繞組),輸出電能的繞組稱(chēng)為二次繞組(或

41、副邊繞組),它們通常套裝 在同一心柱上。一次和二次繞組具有不同的匝數(shù),通過(guò)電磁感應(yīng)作用,一次繞組的電能可傳 遞到二次繞組,且使一次、二次繞組具有不同的電壓和電流。 一次和二次繞組中電壓較高的繞組稱(chēng)為高壓繞組,電壓較低的稱(chēng)為低壓繞組。高壓繞組 的匝數(shù)多、導(dǎo)線(xiàn)細(xì);低壓繞組的匝數(shù)少、導(dǎo)線(xiàn)粗。 其他部件:典型的油浸變壓器中還有油箱、變壓器油、散熱器、絕緣套管及繼電保護(hù)裝 置等部件。 2變壓器的工作原理 將交流電壓施加給變壓器的一次繞組時(shí),這個(gè)繞組就會(huì)有電流流動(dòng),從而形成磁動(dòng)勢(shì), 因此,鐵心中出現(xiàn)交變磁通。這種交變磁通通過(guò)一次繞組和二次繞組,使其分別感應(yīng)出一個(gè) 電動(dòng)勢(shì)。在一次繞組中,這個(gè)電動(dòng)勢(shì)被稱(chēng)為“反

42、電動(dòng)勢(shì)”,如果變壓器達(dá)到理想狀態(tài),一次繞 組的反電動(dòng)勢(shì)就會(huì)抵消施加給一次側(cè)的電壓,此時(shí)一次繞組沒(méi)有電流通過(guò)。實(shí)際上,流動(dòng)的 電流是變壓器的勵(lì)磁電流。在二次繞組中感應(yīng)出的電動(dòng)勢(shì)是二次開(kāi)路電壓。如果將負(fù)載連接 到二次繞組,便有二次電流流動(dòng),由此電流則產(chǎn)生一個(gè)消磁磁動(dòng)勢(shì),從而破壞了施加給一次 側(cè)的電壓和反電動(dòng)勢(shì)間的平衡。為了恢復(fù)平衡,就必須從電源汲取更大的電流來(lái)提供一個(gè)完 全相等的磁動(dòng)勢(shì),這樣,當(dāng)一次側(cè)增加的電流使一次側(cè)和二次側(cè)達(dá)到安匝平衡時(shí),電動(dòng)勢(shì)便 達(dá)到平衡。由于在單匝導(dǎo)線(xiàn)上所感應(yīng)出的電壓之間沒(méi)有差異,所以無(wú)論是一次繞組還是二次 繞組,由公共磁通在每個(gè)繞組感應(yīng)出的總電壓一定與匝數(shù)成正比。因此,對(duì)

43、于一、二次繞組 有以下的關(guān)系:一、二次繞組的電壓分別與繞組的匝數(shù)成正比;一、二次繞組的電流分別與 繞組匝數(shù)成反比。 二CRH2牽引變壓器特點(diǎn) CRH2采用ATM9 型牽引變壓器,用來(lái)把接觸網(wǎng)上取得的 25kV高壓電變換為供給牽引變 流器及其它電器工作所適合的電壓,其工作原理與普通電力變壓器相同,但由于動(dòng)車(chē)組變壓 器工作條件的特殊性,因此又有如下特點(diǎn): (1)對(duì)重量和尺寸有嚴(yán)格限制,要求具有體積小、重量輕的特點(diǎn); 1) 1 次、2 次線(xiàn)圈采用了鋁質(zhì)線(xiàn)圈; 2) 電磁線(xiàn)電密大,用量??; 3) 該變壓器采用殼式鐵心,其特點(diǎn)是鐵軛不僅包圍線(xiàn)圈的頂面和底面,而且還包 圍線(xiàn)圈的側(cè)面。變壓器油箱設(shè)計(jì)成適形結(jié)

44、構(gòu),緊包變壓器鐵心及線(xiàn)圈,所以, 該變壓器內(nèi)部結(jié)構(gòu)緊湊,可以減小變壓器尺寸及質(zhì)量。且采用日本新日鐵公 司特制 30ZH105E 低損耗硅鋼片,降低了變壓器的鐵損; 4) 該系統(tǒng)取消了二次濾波電抗器。 (2)經(jīng)常受到機(jī)械振動(dòng)和沖擊,要求其具有堅(jiān)固的機(jī)械結(jié)構(gòu); (3)接觸網(wǎng)電壓變動(dòng)范圍大,受大氣過(guò)電壓和操作過(guò)電壓等的影響,要求其具有較大- 177 - 的工作范圍及較好的絕緣性能; (4)次側(cè)需要多種電壓輸出,要求其具有較多的二次線(xiàn)圈。 (5)次側(cè)各繞組的電抗要求很高 為了抑制二次電流紋波,控制開(kāi)關(guān)器件的關(guān)斷電流以及抑制網(wǎng)側(cè)諧波電流,要求各繞組 有很高的電抗。以往交直型電力機(jī)車(chē)牽引變壓器的百分比電抗

45、值為 10左右,而交直 交型電力機(jī)車(chē)的一般在 20以上。 a二次側(cè)各牽引繞組的電抗要求相等 為了使二次側(cè)并聯(lián)的 PWM 整流器的負(fù)荷平衡,各牽引繞組的電抗必須相等。 b二次側(cè)各繞組之間必須去耦 二次側(cè)各繞組之間相互干擾很強(qiáng)時(shí),二次電流波形會(huì)產(chǎn)生紊亂,嚴(yán)重影響開(kāi)關(guān)器件的關(guān) 斷電流并對(duì)抑制網(wǎng)側(cè)諧波電流也不利,因此各繞組之間要采取磁去耦結(jié)構(gòu)。 c二次側(cè)勵(lì)磁電抗應(yīng)盡量小 d2 次繞組為 2 個(gè)獨(dú)立繞組,每個(gè)繞組與一臺(tái)牽引變流器連接,確保 2 次繞組的高電抗 和疏藕合性,兩牽引繞組與各自的高壓線(xiàn)圈耦合,相互間彼此相互影響很小,牽引變換裝置 具有能穩(wěn)定運(yùn)行的特性。另外,為對(duì)應(yīng)于每個(gè) 2 次繞組的增容,1

46、次繞組配置了 2 個(gè)并聯(lián)的 線(xiàn)圈。 e1 次繞組接地側(cè)、2 次繞組側(cè)及 3 次繞組側(cè)的絕緣套管采用了耐熱環(huán)氧樹(shù)脂將 11 根 銅質(zhì)中心導(dǎo)線(xiàn)注塑一體成形的端子板。相對(duì)于 3 次繞組側(cè)的一端子使用并引出了 2 根中心導(dǎo) 線(xiàn)。 f絕緣等級(jí)高,特 A 級(jí)絕緣,線(xiàn)圈內(nèi)部采用 A 板及 Nomex410 紙絕緣,冷卻介質(zhì)的最高 溫度可達(dá) 135,大大提高了油浸變壓器的溫升限值。 g冷卻絕緣介質(zhì)采用硅油,其為二甲基聚硅氧烷結(jié)構(gòu),是無(wú)色透明的合成油,不含任 何添加物、懸浮物等有害物質(zhì),具有好的環(huán)保性能。 h 統(tǒng)鋁結(jié) 冷卻系 中油冷卻器采用 制板翅式 構(gòu) 輕積 損 ,重量 、體 小,空氣阻力 耗(400Pa)

47、損與油的阻力 耗(26kPa) 熱 低,散 量大(150kW) 統(tǒng)閥對(duì) 。另外,整個(gè)冷卻系 中沒(méi)有蝶 , 所有外 組維部 件的可靠性要求很高, 修率低。 三ATM9 主要技術(shù)參數(shù) ATM9 型牽引變壓器外形尺寸如圖 8.41 所示,實(shí)物見(jiàn)圖 8.42。該變壓器采用單相、 殼式、無(wú)壓密封方式,一個(gè)基本動(dòng)力單元配置 1 臺(tái),全列共計(jì) 2 臺(tái)。主要技術(shù)參數(shù)如下: (1) 通用規(guī)格 環(huán)境溫度 25 至 40 原邊電壓 標(biāo)稱(chēng)接觸網(wǎng)電壓 25kV 電壓變動(dòng)范圍 17.531kV (2) 性能 單相、殼式、無(wú)壓密封方式 油循環(huán)風(fēng)冷方式() 額定值:如表5-1所示 絕緣級(jí)別:如表5-2所示 絕緣類(lèi)別: 特殊A

48、類(lèi)絕緣(使用聚酰胺絕緣紙) - 178 - 最高溫升:如表5-3所示 絕緣油:硅油 輔助設(shè)備電源規(guī)格 電動(dòng)鼓風(fēng)機(jī) 三相,50Hz,400V,風(fēng)速115m3/min 電動(dòng)油泵 三相、50Hz、400V、油速700L/min、7m油柱 表 8.4-1 牽引變壓器額定參數(shù) (3) 外形尺寸與質(zhì)量 外型尺寸為(L×W×H)2570×2300×835mm; (4) 總重2910kg(包括電動(dòng)鼓風(fēng)機(jī))。 四ATM9主要結(jié)構(gòu) ATM9型牽引變壓器外部結(jié)構(gòu)參見(jiàn)圖611。儲(chǔ)油柜安裝在牽引變壓器中央部位,和主機(jī)油 箱通過(guò)連接孔輸送絕緣油。波紋管采用圓型不銹鋼焊接結(jié)構(gòu),外側(cè)存

49、放油,內(nèi)側(cè)與大氣相通。 (1) 鐵心 ATM9 型牽引變壓器采用殼式鐵心,其特點(diǎn)是鐵軛不僅包圍線(xiàn)圈的頂面和底面,而且還 包圍線(xiàn)圈的側(cè)面。硅鋼片采用低損耗硅鋼片,降低了變壓器的鐵損。 為防止產(chǎn)生懸浮電位造成對(duì)地放電,安裝時(shí)鐵心及其它所有金屬構(gòu)件都必須可靠接地。 整個(gè)鐵心只允許一點(diǎn)接地。如果有兩點(diǎn)或兩點(diǎn)以上接地,則接地點(diǎn)之間可能形成閉合回路, 造成鐵心局部過(guò)熱。 1.熱油出油管輸入油冷卻器;2.電動(dòng)油泵;3.油冷卻器;4.熱油吸入油管;5.變壓器繞組;6.冷卻風(fēng)入口;7.油冷卻器散熱片及熱風(fēng)出口;8.油流繼電器;9.溫度繼電器;10.原邊線(xiàn)路側(cè)套管; 11.接線(xiàn)端子。 圖 611 ATM9 型牽引

50、變壓器實(shí)物圖 (2) 繞組 繞組是牽引變壓器牽引變壓器最關(guān)鍵的部件,為了保證變壓器運(yùn)行可靠,變壓器繞組必 須具有足夠的電氣強(qiáng)度、耐熱強(qiáng)度、機(jī)械強(qiáng)度和良好的散熱條件,使變壓器既能在額定條件 下長(zhǎng)期使用,又能經(jīng)受住過(guò)渡過(guò)程所(如短路、雷擊、操作等)產(chǎn)生的過(guò)電壓、過(guò)電流以及 相應(yīng)的電磁力作用,不致發(fā)生絕緣擊穿、過(guò)熱、變形或損壞。 為滿(mǎn)足主電路要求,牽引變壓器繞組設(shè)計(jì)主要采取措施見(jiàn)表 51 ,其線(xiàn)圈排列如圖 6 12 所示。 - 179 - 表 6.45 牽引變壓器線(xiàn)圈主要技術(shù)參數(shù) 項(xiàng)目 一次高壓繞組 二次牽引繞組 三次輔助繞組 總匝數(shù) 1000 1/2 60×2 16 材質(zhì) 鋁 鋁 銅 導(dǎo)

51、線(xiàn)絕緣 聚氨酸絕緣紙 導(dǎo)體質(zhì)量(kg) 146 159 61 表 51 牽引變壓器性能要求及主要措施 高電抗與主電路系統(tǒng)的匹配各整流器之間負(fù)荷平衡抑止電流紋波直流偏磁時(shí)能正常運(yùn)轉(zhuǎn)主變壓器相應(yīng)的性能電抗相等去耦結(jié)構(gòu)確保直流偏磁時(shí)的二次側(cè)勵(lì)磁電流電抗主變壓器采取的措施一次繞組并聯(lián) 二次繞組對(duì)稱(chēng)布置設(shè)置分裂式鐵心設(shè)置帶氣隙的鐵心 U VS2 a b S4 S3 S1#1 23 456 78 910111 14 15 16 11 2 2122 2425262728293023 圖 612 牽引變壓器繞組圖 ATM9 型牽引變壓器一次高壓繞組、二次牽引繞組采用了鋁制線(xiàn)圈,三次輔助繞組采用 了銅制線(xiàn)圈。技

52、術(shù)參數(shù)見(jiàn)表 6.45。 (3) 絕緣和引線(xiàn)裝置 油浸式變壓器的內(nèi)部絕緣分為主絕緣和縱絕緣兩類(lèi),主絕緣是指繞組(或引線(xiàn))對(duì)地及 對(duì)其他繞組(或引線(xiàn))之間的絕緣;縱絕緣則指同一繞組不同部位之間的絕緣。絕緣結(jié)構(gòu)尺 寸,特別是主絕緣尺寸將直接影響變壓器的重量和外形尺寸,以及阻抗電壓、損耗等性能數(shù) 據(jù)。 圖 613 為牽引變壓器線(xiàn)圈接線(xiàn)圖,其中 TR1、TR2 是牽引線(xiàn)圈,HV1、HV2 是原邊線(xiàn)圈, AUX 是輔助線(xiàn)圈。 - 180 - 牽引變壓器原邊線(xiàn)路側(cè)套管選用一體型耐熱環(huán)氧樹(shù)脂注塑成型套管,套管連接到相鄰的 高壓設(shè)備箱內(nèi)的斷路器上。牽引變壓器采用特殊 A 級(jí)絕緣,線(xiàn)圈內(nèi)部使用聚酰胺絕緣紙板及 N

53、omex410 紙絕緣,冷卻介質(zhì)的最高溫度可達(dá) 135,大大提高了變壓器的溫升限值。 (4) 油箱 油箱是油浸式牽引變壓器的外殼,變壓器的器身就放在充滿(mǎn)冷卻油的油箱內(nèi),油箱必須 滿(mǎn)足以下要求: 在保證內(nèi)部必要的絕緣距離條件下,盡可能減小體積,節(jié)約用油; 具有必要的真空強(qiáng)度,以便在檢修時(shí)能利用油箱進(jìn)行真空干燥; 油箱外部各種附件的布置便于安裝和維護(hù)。 變壓器的器身放在充滿(mǎn)冷卻油的油箱中,油箱分為上油箱和下油箱。下油箱安裝變壓器 的器身,上油箱可以安裝儲(chǔ)油柜,還裝有溫度繼電器。油箱上壁裝有壓力釋放閥,以便迅速 排出油箱內(nèi)過(guò)高的壓力。另外,在箱壁還開(kāi)有冷卻系統(tǒng)的進(jìn)出口管道,油冷卻器安裝在箱壁 上。油

54、箱上裝有油管,用于接通油路。ATM9 型牽引變壓器油箱為適形結(jié)構(gòu),緊包鐵心及線(xiàn) 圈,結(jié)構(gòu)緊湊,尺寸及質(zhì)量小。 油箱壁上裝有繞組出線(xiàn)用絕緣套管,另外還設(shè)有與車(chē)體固定用安裝座。 (5) 保護(hù)裝置 為了保證變壓器能夠正常工作,并在出現(xiàn)故障時(shí)防止變壓器事故的擴(kuò)大,ATM9 型牽引 變壓器設(shè)置了以下保護(hù)裝置: 溫度繼電器 用于監(jiān)測(cè)牽引變壓器的油溫,在油溫超過(guò)設(shè)定值時(shí)輸出報(bào)警信號(hào)。 油流繼電器 - 181 - 油流繼電器用于監(jiān)測(cè)牽引變壓器運(yùn)行中的油流量,油流異常時(shí),輸出故障信號(hào)。 金屬波紋管式儲(chǔ)油柜 儲(chǔ)油柜又稱(chēng)油枕,安裝在箱蓋的上方。牽引變壓器儲(chǔ)油柜的油量滿(mǎn)足變壓器在高溫持續(xù) 運(yùn)行時(shí),油壓不超過(guò)設(shè)定值。A

55、TM9型牽引變壓器的儲(chǔ)油柜采用金屬波紋管式儲(chǔ)油柜,波紋 管是由多個(gè)(層數(shù)按規(guī)格)薄鋼板沖壓成形的環(huán)經(jīng)內(nèi)外圓周交互焊接而成,具有伸縮性的蛇腹 狀管結(jié)構(gòu)。管的一端用鋼板密封,另一端設(shè)有通氣孔,并焊接到儲(chǔ)油柜缸體的鋼板上。缸體 套在波紋管外周,兩部件之間油密焊接。波紋管外側(cè)和缸體內(nèi)側(cè)之間存放絕緣油,此空間與 牽引變壓器油箱連通。波紋管內(nèi)側(cè)通過(guò)空氣配管與大氣連通。 儲(chǔ)油柜安裝在牽引變壓器上部,通過(guò)波紋管伸縮來(lái)吸收絕緣油因溫度變化引起的體積變 化,使?fàn)恳儔浩鲀?nèi)部保持大氣壓力。 自復(fù)位型壓力釋放閥 變壓器運(yùn)行時(shí),可能因短路而產(chǎn)生過(guò)高的熱量使冷卻油迅速氣化,變壓器內(nèi)部壓力升高。 為防止變壓器事故擴(kuò)大,造成

56、油箱薄弱環(huán)節(jié)破裂和變形,安裝了壓力釋放閥。本壓力釋放閥 采用連桿和彈簧組成的自復(fù)位結(jié)構(gòu),當(dāng)主機(jī)內(nèi)部異常,導(dǎo)致壓力過(guò)高時(shí),自動(dòng)卸壓;當(dāng)壓力 降低到安全值時(shí),自動(dòng)關(guān)閉壓力釋放閥外罩,避免不必要的油損失。 (6) 冷卻系統(tǒng) 牽引變壓器運(yùn)行中產(chǎn)生的所有損耗將轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃?,使各部件的溫度升高,?dāng)牽引變壓器 溫升超過(guò)規(guī)定的限值,將加速絕緣老化甚至損壞,直接影響牽引變壓器的使用壽命。因此, 牽引變壓器必須具有相應(yīng)的散熱能力。ATM9 型牽引變壓器在保證內(nèi)部散熱能力良好的同時(shí), 其外部冷卻采用了油循環(huán)風(fēng)冷卻方式。冷卻系統(tǒng)完成變壓器的散熱,冷卻回路見(jiàn)圖 614。牽引變壓器冷卻系統(tǒng)主要由油冷卻器、電動(dòng)油泵、電動(dòng)送風(fēng)機(jī)等部件組成。電動(dòng)送風(fēng)機(jī)- 182 - 從車(chē)輛側(cè)面吸入冷卻風(fēng),經(jīng)柔性風(fēng)道內(nèi)的整風(fēng)柵板送往油冷卻器,熱交換后的空氣從進(jìn)

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