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1、精选优质文档-倾情为你奉上第六章 CRH2 型动车组牵引传动系统 第一节 概 述 一、CRH2 牵引传动系统基本组成 CRH2 动车组牵引传动系统主要由受电弓(包括高压电器设备)、牵引变压器、四象限变 流器、牵引逆变器和牵引电机组成。 1高压电器设备 高压电器主要作用是完成从接触网到牵引变压器的供电。主要包括:受电弓、主断路器、 避雷器、电流互感器、接地保护开关等。 CRH2 动车组采用 DSA250 型受电弓。该受电弓为单臂型结构,额定电压/电流为 25kV/1000A,接触压力 705N,弓头宽度约 1950mm,具有自动降弓功能,适应接触网高度 为 53006500mm,列车运行速度 2
2、50km/h。 CRH2 动车组采用 CB201C-G3 型主断路器。主断路器为真空型,额定开断容量为 100MVA,额定电流 AC200A,额定断路电流 3400A,额定开断时间小于 0.06s,采用电磁控 制空气操作。 CRH2 动车组采用 LA204 或 LA205 型避雷器。额定电压为 AC42kV(RMS),动作电压 为 AC57kV 以下(V1mA,DC),限制电压为 107kV。由氧化锌(ZnO)为主的金属氧化物 组成,是非线性高电阻体的无间隙避雷器。 CRH2 动车组采用 TH-2 型高压电流互感器。变流比为 200/5A,用于检测牵引变压器原 边电流值。 CRH2 动车组 S
3、H2052C 型接地保护开关。额定瞬时电流为 6000A(15 周),电磁控制空 气操作,具有安全连锁。 2牵引变压器 CRH2 动车组采用的是 TM210 型牵引变压器,一个基本动力单元 1 个,全列共计 2 个。 采用壳式结构、车体下吊挂、油循环强迫风冷方式。具有 1 个原边绕组(25kV,3060kVA)、 2 个牵引绕组(1500V,21285kVA),一个辅助绕组(400V,490kVA)。 3牵引变流器 CRH2 动车组采用的是 CI11 型牵引变流器,一个基本动力单元 2 个,全列共计 4 个。采 用车下吊挂、液体沸腾冷却方式。主电路结构为电压型 3 电平式,由脉冲整流器、中间直
4、流 电路、逆变器构成,不设 2 次谐振滤波装置和网侧谐波滤波器,采用 PWM 方式控制。中间 直流电压为 2600V3000V(随起牵引电机输出功率进行调整)。1 个牵引变流器采用矢量控 制原理控制 4 台并联的牵引电机。 4牵引电机 CRH2 动车组采用的是 MT205 型牵引电机,每节动力车 4 个(并联),一个基本动力单 元 8 个,全列共计 16 个。牵引电机为 4 极三相鼠笼式异步电机,采用架悬、强迫风冷方式, 通过弹性齿型联轴节连接传动齿轮。、CRH2 牵引传动系统工作原理 CRH2 动车组采用交流传动系统,主要由受电弓(包括高压电器设备)、牵引变压器、四 象限变流器、中间环节、牵
5、引逆变器、牵引电机、齿轮传动系统等组成。动车组受电弓从接 触网获得 AC25000/50Hz 电源,为了满足动车组牵引特性的要求,牵引电机需要电压频率均可 调节的三相交流电源。 CRH2 动车组牵引传动系统组成原理如图 61 所示。受电弓将接触网的 AC25kV 单相工并 频交流电输送给牵引变压器,经变压器降压输出 1500V 单相交流电供给脉冲整流器,脉冲整 流器将单相交流变换成直流电经中间直流电路将 DC26003000V 的直流电输出给牵引逆变器, 牵引逆变器输出电压 02300V,频率 0220Hz 可控的三相交流电供给异步牵引电动机。 图 61 CRH2 传动系统组成原理图 三、CR
6、H2 牵引传动系统主电路 受电弓从接触网 25kV、50Hz 单相交流电网受电,通过主断路器 VCB 连接到牵引变压器原 边绕组。主电路开闭由 VCB 控制。牵引变压器牵引绕组设两组,原边绕组电压为 25kV 时,牵 引绕组电压为 1500V。牵引变流器在 M1、M2 车上,由一台四象限脉冲整流器和逆变器及中间 直流回路构成,运行时除实施牵引电动机电力供应和制动时的再生制动外,还具备相应的保 护功能。主电路简图如图 62 组成。 牵引电动机采用三相鼠笼式感应电机,其轴端设置速度传感器,用于检测转速(转子频 率),对牵引和制动特性进行实时控制;当出现故障时,M1 车和 M2 车可分别使用,另外,
7、整 个基本单元可使用 VCB 切除,而不会影响其它单元工作。 制动系统有两套。一套是电制动,将牵引电机转换成发电机形式工作,即再生制动;一 套是空气制动,将电指令转换成空气指令送入制动缸起制动作用。当列车速度较高时,实施 电制动,在低速时实施空气制动,制动方式转换均由微机控制系统控制完成。当司机通过司 机台上的制动控制器实施制动指令时,制动电信号首先到达车辆计算机系统,再传入制动控 制系统。制动控制系统根据列车速度,自动实行空气制动与电制动。电气制动系统的组成与 牵引系统一致。动车组牵引系统主电路原理图如图 6四、CRH2 牵引传动系统控制电路及其控制策略 CRH2 牵引传动系统控制电路如图
8、8.1-5 所示。其控制策略分为脉冲整流器控制、逆变器 控制和牵引电机控制三个部分。 - 162 - 脉冲整流器控制策略:牵引变压器牵引绕组输出的 AC1500V、50Hz 电源输入脉冲整流 器。脉冲整流器由单相三点式 PWM 变流器、交流接触器 K 组成。采用无接点控制装置,从 而实现了输出直流电压 2600V3000V 定压控制、牵引变压器原边单位功率因数的控制以及 无接点控制装置保护。再生制动时接收支撑电容器输出的直流 3000V 电压,向牵引变压器供 应 AC1500V、50Hz。 逆变器控制策略:逆变侧采用了 VVVF 的控制方式,整流器输入给支撑电容器的直流电 压,依据无接点控制装
9、置控制信号,输出变频变压的三相交流电对 4 台并联的电机进行速度、 力矩控制。再生制动时牵引电机发出三相交流电,经整流后向支撑电容器输出直流电压。 牵引电机控制采用矢量控制方式,独立控制力矩电流和励磁电流,以使力矩控制高精度化、反应高速化,提高电流控制性能。 图 64 动车组牵引系统控制电路图 五、CRH2 牵引传动系统的保护 牵引传动系统是高压系统,为保证系统的安全和可靠的工作,系统设置了各种保护装置。电驱动系统的保护主要有:牵引驱动系统对各种故障具有检测和保护功能;为了有效利用粘 着力,牵引变流器设有牵引时检测空转实施再粘着控制的功能,并在制动控制装置设有制动 时检测滑行并进行再粘着控制的
10、功能;为了在故障和并联电机载荷分配不均匀等情况时保护 牵引电机,设有电机过流检测、电机电流不平衡检测、接地检测等保护功能。所有故障信息 均通过车辆信息控制装置网络传递,并在司机台显示装置上进行显示。 高压设备箱在考虑防止危险和绝缘距离的基础上,力求小型、轻型化;为防止触电事故 发生,采用连锁方式,在通电时不能打开箱门。动车与拖车设有接地装置,动车转向架的接 地装置安装在齿轮箱上,接地容量为 160A2 个/齿轮箱,拖车转向架的接地装置安装在轴箱- 163 - 上。动车组高压回路中没有电压互感器。另外,动车组在高压回路中设置了主断路器,不再 设置隔离开关。 动车组主电路很复杂,不同的组成部分可能
11、会产生各种各样的故障,影响动车组的安全 可靠运行,当系统出现故障时,将相应的故障显示在司机室内的监控器上。 六、牵引传动系统主要技术参数 牵引传动系统的主要技术参数包括供电制式、牵引特性、牵引传动设备额定参数、额定 效率及网侧性能指标。 1 电网电压制式:AC25KV/50Hz,最高电压:31kV,最低电压:17.5kV。 网压在 22.529kV 范围内发挥额定功率; 网压在 22.519kV 范围内牵引功率线性下降至额定功率的 84; 网压在 1917.5kV 范围内功率线性下降至零,辅助设备正常工作; 网压在 2931kV 范围内各设备正常工作。 2 车组的牵引特性参数 最高运营速度为2
12、00km/h; 最高试验速度为250 km/h; 定员载荷的动车组平直道上的启动加速度为0.406m/s2; 200 km/h运行时,剩余加速度不小于0.1 m/s2; 损失25的动力时,平直道上的平衡速度可大于200 km/h; 动车组在风速15m/s逆风下可以进行正常的营业运行; 紧急制动距离 (制动初速200km/h) 1800m 3牵引系统主要参数 牵引变压器:一次侧绕组,额定容量3060kVA ,额定电压25 kV、电流122A、频率 50Hz ;牵引绕组2个,1500V,21285kVA;辅助绕组1个400V,490kVA 牵引变流器:中间直流电压为2600V3000V;逆变器输出
13、电压、频率可调三相电源, 电压:02300V,频率0220Hz; 牵引电机:额定功率:300kW,额定电压2000V,额定电流106A 。 4牵引系统效率 牵引变压器效率不低于0.95; 牵引变流器的效率为0.96以上; 牵引电机的效率为0.94以上。 5网侧性能指标 a) 额定负载,网侧总功率因数0.97(不考虑辅助绕组)。 b) 牵引变压器原边电流畸变率(THD)10%(条件:不受其他车辆和其他设备状态 影响的良好电源品质状态以及额定负载)。 c) 1个基本动力单元发挥额定功率时的等效干扰电流(Jp)2A。 d) 满足电磁兼容性(EMC)要求 7牵引传动系统特点 牵引传动系统采用交流传动,
14、在牵引变压器、牵引变流器、牵引电机、控制策略等方面 有其显著的特点。 - 164 - 牵引变压器采用壳式结构、车体下吊挂安装、油循环强迫风冷,原边采用两组并联结 构的绕组,从而增加了每相牵引绕组的容量;牵引绕组为两个独立线圈,确保牵引绕组的高 电抗、弱耦合性。 牵引变流器主电路采用两主管串联与中点带箝位二极管的方案,功率开关器件采用 IPM 智能功率模块或 IGBT 模块。其中 IPM 是将芯片、驱动电路、保护电路等封装在一个模块 内的新型电力电子器件,是 IGBT 集成化、智能化的一种应用方式。除具有 IGBT 的优点外,驱 动功率小,吸收回路简单,器件模块本身具有检测和自保护功能,可以采用
15、多个并联以增大 电流容量。 脉冲整流器采用单相三点式 PWM 脉冲整流器,具有以下优点:每一个功率器件所承受 的关断电压仅为直流侧母线电压的一半,在相同的情况下,直流母线电压可以提高一倍,容 量也提高一倍;在同样的开关频率及控制方式下,输出电压或电流的谐波大大小于两点式变 流器,其总的谐波失真 THD 也远小于两点式变流器;即使在开关频率很低时, 其输入侧的电 流波形也能保证一定的正弦度。从而减小对通信系统的谐波干扰。 牵引变流器中间直流环节不设二次谐波滤波装置,减轻了牵引变流器重量。 逆变器采用三点式拓扑结构,与二点式逆变器相比,端电压波形包含较少的谐波分量。 在一个周期内,两点式逆变器电路
16、只有 7 种状态,而三点式有 19 种,有利于减小相邻电路状 态转换时引起的电压和电流波动,从而有利于降低损耗,提高电动机效率,减少脉动转矩。 牵引电机具有良好的牵引特性,可以实现宽范围的平滑调速,使机车起动时发出较大 的起动转矩;异步电机结构简单,可靠性高,同直流电机比较,没有因换向引起的电气损耗 和机械损耗,没有环火,运行可靠性进一步提高;耐振动、耐风雪,可以在多尘、潮湿等恶 劣环境下正常运行;电机过载能力强;转速高,功率/重量比高,有利于电机悬挂;转矩速 度特性较陡,可抑制空转,提高粘着利用率。 牵引电机采用矢量控制策略,把定子电流分解成转子磁场定向坐标系下的励磁电流分 量和转矩电流分量
17、,实现了定子电流的完全解耦,控制方式简单,使整个牵引传动系统具有 良好动态性能和控制精度。 第二节 牵引制动特性 1CRH2运用条件及主要技术参数 CRH2采用动力分散交流传动模式,适应在铁路既有线上以160 km/h速度正常运行,在新 建的客运专线以及既有指定区段上以200 km/h速度级正常运行。 运用条件: (1) 自然环境 气温条件:2540C; 相对湿度:95%(月平均最低温度25C时); 海拔高度:1500 m; 最大风速:一般年份15 m/s;偶遇30 m/s; 气候特点:有风、沙、雨、雪天气;偶有盐雾、酸雨、沙尘暴等现象。 (2) 线路参数: - 165 - 最大坡度:12(困
18、难条件下20); 站段联络线坡度:30;最小曲线半径:2200 m;缓和曲线:三次抛物线型, 缓和曲线超高顺坡率1/10Vmax,困难条件下1/8Vmax;夹直线及圆曲线最小长 度:7/10 Vmax(新建和改建地段);困难条件下1/2 Vmax;既有线保留地段困 难条件下为2/5 Vmax,取整为10 m的整数倍; 线间距:4.2m; 到发线有效长度:650m,困难条件下520m; 轨距:1435mm; 最大超高:150 mm; 最大超过允许值:110 mm; 道岔限速:区间道岔直向通过速度:200 km/h;进出站为18号可动心轨道岔(导 曲线半径为1200 m,15侧向通过限速80 km
19、/h)和12号可动心轨提速道岔(侧向 通过速度50 km/h); 竖曲线半径:15000 m; 车站站台高度:1100mm; 车站站台边缘距轨道中心线的距离:1750 mm; 正线数目:双线; 轨底坡:1/40; 既有线线路其他有关参数如下: 坡道:30; 轨底坡:1/40;辙叉心作用 面至护轮轨头部外侧的距离:1394 mm;辙叉翼轨作用面至护轮轨头部外侧 的距离:1348 mm; 0 3 + 3 0 + (3) 列车运用特点 列车为两端均可操纵控制的动车组,可单列运行,也可两列联挂运行。 两列联挂时间:3 min。 列车立即折返时间:125 km/h (5-1) - 166 - 牵引力为动
20、车组所要求的全功率对应的最大牵引力。牵引力在从0125 km/h的速度范围 内,以速度0 km/h的牵引力175kN为基点按一定斜率下降;在速度125 km/h以上范围内,牵引 力与速度呈双曲线下降即恒功率运行。 3CRH2的制动特性 CRH2的制动分为空气制动和再生制动,优先采用再生制动。由制动控制装置进行总制动 力的计算和分配。第三节 牵引变流器 一、牵引变流器的组成 CRH2 牵引变流器由三点式脉冲整流器、中间直流电路、三点式逆变器、真空交流接触 器等主电路设备以及无触点控制装置、控制电源等控制设备组成,上述设备安装在个箱体 内,箱框采用铝合金结构,减小牵引变流器重量。取消了变流器中间直
21、流回路的二次滤波回 路,牵引变压器不需设置二次滤波电抗器,牵引变压器和牵引变流器的重量均得到大幅度降 低。每个动车设置一台牵引变流器,每个牵引变流器驱动 4 台并联牵引电机。脉冲整流器和 逆变器主电路图参见图 615。主电路功率元器件导通状态和输出电压的关系参照表 55牵引变压器牵引绕组输出的 AC1500V、50Hz 单相交流电源,三点式脉冲整流器以 PWM 斩 波方式进行整流,控制中间直流电压牵引时在 2600V3000V 内,再生制动时稳定在 3000V, 三点式逆变器采用异步调制、5脉冲、3 脉冲和单脉冲相结合进行控制。牵引变流器输出电压、 频率可调的三相交流电驱动 4 台并联连的牵引
22、电机。 CRH2 牵引变流器外形如图 616,箱体结构图如图 617 所示,主要组成部件如表 56, 箱体中央位置配置脉冲整流器功率模块(台)和逆变器功率模块(台)。牵引变流器靠列 车侧面配置两台电动鼓风机(主鼓风机),向功率模块冷却器送风。箱体内部集中设置真空接 触器、继电器单元和无触点控制装置等,便于集中检查。二、牵引变流器的工作原理 脉冲整流器是交流传动动车组的电源侧变流器,在牵引时作为整流器,在再生制动时作 为逆变器。它要保证中间直流环节的电压恒定,交流电网侧功率因数接近1,还要消除谐波, 使电网电流尽量接近正弦,最大程度地提高电网的经济效益减少电网对周围环境的电磁污 染;对于直流侧,
23、在电网电压或负载发生变化时,能够维持中间直流电压的稳定,给电机侧 逆变器提供良好的工作条件。而且,脉冲整流器可以实现牵引与再生工况间快速平滑地转换。 所以脉冲整流器是交流传动动车组上的一个重要电气部件。 - 170 - CRH2 动车组的脉冲整流器部分由单相电压型三点式 PWM 脉冲整流器和交流接触器 K 构 成,以牵引变压器牵引绕组输出电压 AC1500V、50Hz 为输入。通过无触点控制装置的控制, 实现输出直流电压为 26003000V(按速度范围变化可调)的定电压控制以及牵引变压器原 边侧电压电流单位功率因数的控制。此外,还可通过无触点控制装置实现保护功能。再生制 动时脉冲整流器工作在
24、逆变状态,以中间回路支撑电容器输出电压 DC3000V 为输入,向牵引 变压器侧输出 AC1500V、50Hz 电压。交流接触器控制输入侧主电路接通、断开。 CRH2动车组的牵引逆变器为三点式PWM逆变器。其控制方法如下:输入支撑电容器电压, 依据无触点控制装置(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、力矩控制。再生制动时牵引电机发出三相交流电,向支撑电容器输出直流电压。牵 引电机控制采用矢量控制方式,独立控制力矩电流和励磁电流,以使力矩控制高精度化、反 应高速化,提高电流控制性能。 牵引变流器功率单元集中布置,脉冲整流器功率单元(2台)、逆变功率单元(3台
25、)。 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。真空接触器、继 电器单元和无触点控制装置等集中布置,便于检修。另外,考虑密封性和检查方便,采用板 簧式手动型夹紧装置。 牵引变流器的零部件,考虑到其操作、维修方便,采用模块化设计。例如半导体冷却装 置分成脉冲整流器用两台,逆变器用三台的单元,分别具有互换性。控制装置分为无触点控 制装置(控制逻辑部)、继电器单元、电源单元等。 半导体冷却装置和电动通风机等大型装置采用下部拆装的结构。小型控制单元内的各零 部件可以采用不同厂家的产品,维修和检查时需要更换的控制单元,其结构和功能必须 具有互换性。 三、CRH2变流器的技术参数
26、1脉冲整流器技术参数 控制方式: 单相电压三点式 PWM 整流器 额定参数: 输入 1285kVA (单相交流 1500V,857A,50Hz) 输出 1296kW (直流 3000V,432A) 效率 98.5%以上 (牵引电机额定) 功率因数 97%以上 (在额定负载条件下,除辅助电路和控制电路外) 载波频率: 1250Hz 整流器构成设备 尺寸: 1015550610mm3 (WLH) 重量: 190kg 装备零部件: 主控制元件 高耐压 IPM/IGBT 3300V 1200A 1S2P4A 钳位二极管 高耐压二极管 3300V 1200A 1S2P2A 支撑电容器 2125F10%
27、辅助电路 一套(包括:缓冲电路,接线盘等) 2逆变器技术参数 - 171 - (1)逆变器性能参数 控制方式: 三相电压三点式 PWM 逆变器 额定参数: 输入 1296kW(直流 3000V,432A) 输出 1475kVA(三相交流 2300V,424A,0220Hz) 效率 98.5%以上(牵引电机额定) 功率因数 97%以上(在额定载荷条件下,除辅助电路和控制电路外) 载波频率: 1250Hz 载波相位差设定: 单元间载波相位控制 (2) 逆变器构成设备 尺寸: 660W550L610H 重量: 130kg 装备零部件: 主控制元件 高耐压 IPM/IGBT 3300V 1200A 1
28、S1P4A 钳位二极管 高耐压二极管 3300V 1200A 1S1P2A 支撑电容器 1250F10% 其他 缓冲电路 一套 闸控接口电路 一套 主电路接线盘 一套 冷却器温度继电器 1 个 冷却器 沸腾冷却式 一套 密封部位温度继电器 1 个 3中间电路的特点和技术参数 中间直流电路如图 6.5-29 所示 支撑电容器与预备充电电路(图 6.5-30)相连,起动时通过内置充电电阻的充电变压器 从辅助电路进行初期充电,以防止 K 接通时产生过大的冲击电流。 换向开关接通方法:接通 CHK 充电(约 1 秒),然后断开 CHK,接通 K。 此外,在中间直流电路上设置由电阻和半导体开关构成的过电
29、压保护电路。为防止牵引 变流器 1 次侧电源投入用接触器(K)投入时的过大冲击电流,在 K 投入前对支撑电容器进行充 电。开始充电的时机是从终端装置输入换向器(reverser)投入信号的时候。以下表示从充电 开始到 K 投入为止的流程。 换向器(reverser)投入 输出充电用接触器(CHK)投入 支撑电容器充电 充电用接触器(CHK)断开 K 投入 部分器件的功能简介如下: GCT:检测牵引变压器 2 次侧接地电流。根据设定值,OVTh on、脉冲整流器逆变器 gate-off 及牵引变流器 1 次侧电源接触器(K)断开。 过电压抑制可控硅单元(OVTh 单元): OVTh 单元由可控硅
30、、缓冲器(snubber)阻抗器、缓冲器(snubber)电容、栅级驱动基板、 直流电压检测器等构成。当检测到支撑电容器的过电压,且控制电源为 Off 时,可控硅为 ON, 让支撑电容器具有放电的功能。 DCPT:组装在 OVTh 单元内,对直流电压进行检测。当检测到 OVTh false firing(误点 弧)、直流过电压、直流低电压、电压异常等时,根据条件,脉冲整流器逆变器 gate-off、 牵引变流器 1 次侧电源接触器(K)等断开。 电路中各个常数应满足表 6.5-10 的规定。 表 6.5-10 中间直流电路器件参数 No 设备记号 数量No 设备记号 数量 1 支撑电容器(变流
31、器) CFC1,2 2 11 CSCH 1 2 支撑电容器(逆变器) ICF1,2 3 12 接地电流互感器(GCT) 1 - 173 - 3 接地阻抗器(GRRe) 1 13 接地容抗器(GRC) 1 4 抑制过电压电阻器 (OVRe1,2) 2 14 支撑电容放电用的可控硅 (OVTh1,2) 2 5 支撑电容器放电用电阻器 (DRe1,2) 2 15 RSO1,2 2 6 交流接触器(K) 1 16 CSO1,2 1 7 交流接触器(CHK) 1 17 直流电压互感器(DCPT1,2) 2 8 变压器(CHT) 1 18 交流电压互感器(ACCT) 1 9 不控整流器(CHDd) 1 1
32、9 三相输出电流互感器 (CTU,V,W) 3 10 RSCH 1 第四节 牵引电机 一、CRH2 动车组牵引电机的特点 CRH2采用MT205 型三相鼠笼异步电机,每辆动车配置 4 台牵引电机(并联连接),一 个基本动力单元共 8 台,全列共计 16 台。电机额定功率为 300kW,最高运行速度为 6120r/min, 最高试验速度达 7040r/min。 牵引电机由定子、转子、轴承、通风系统等组成,绝缘等级为 200 级。牵引电机采用转 向架架悬方式,机械通风方式冷却,平行齿轮弯曲轴万向接头方式驱动。外形如图 6.6-1。 所有牵引电机的外形尺寸、安装尺寸和电气特性相同,各动车的牵引电机可
33、以实现完全互换。 牵引电机在车体转向架上的安装位置见图 6.6-2。 图 6.6-1 牵引电机外形图 图 6.6-2 牵引电机安装位置图 CRH2采用的牵引电机除具有传统异步电机的优点外,还有以下特点: 电机整体机械强度很高,高速运行时能承受很大的轮轨冲击力;采用耐电晕、低介质损 耗的绝缘系统以适应变频电源供电;为了防止电机轴承的电蚀,电机前后端采用绝缘轴承; 电机转子导条采用低电阻、温度系数高的铜合金材料,保证传动系统的控制精度;为了减轻- 174 - 电机自重,电机采用轻质高强度材料;采用经过验证的轴承和轴承润滑结构,从而减少电机 的维护,保证电机轴承更可靠工作;在输出一定功率的情况下,为
34、减少体积,采用强迫通风 和优化的通风结构,充分散热,以降低电机的温升,提高材料的利用率;电机的非传动轴端 安装了 2 个速度传感器,用以给传动控制系统提供速度信号,便于逆变器控制和制动控制。 二、主要技术参数 型号 MT205 方式 三相鼠笼异步电机 极数 4极 相数 相 额定值 输出功率 300kW 电压 2000V 电流 106A 频率 140Hz 转差率 1.4% 转速 4140r/min 效率 94.0% 功率因数 87.0% 绝缘类别 等级200 温度上升极限 200(定子绕组;电阻法) 冷却方式 强制风冷方式(20m3/min) 动力传送方式 平行齿轮弯曲轴万向接头方式 最高使用转
35、速 6120r/min 最高试验转速 7040r/min 轴承润滑脂 unimaxR NO.2 质量 440Kg 附额定参数说明:由于干线动车组载荷变化范围小,仅为整车自重的 10%,所以电机额 定点的考核一般是在动车组最苛刻条件下电机的稳定运行点。 其他相关参数见表 6.6-1 表 6.6-1 牵引电机参数表 方 式 鼠笼异步电机 连接方式 接 型 号 MT205 线 圈 间 距 极 数 4 导体数切槽 16 相 数 3 串联导体数相 192 类 别 连续 导 体 尺 寸 2-1.5*5.5mm 输出功率(kW) 300 导线束绝缘 聚酰亚胺电线 电 压(V) 2000 定子 线圈电 流 密
36、 度 6.67A/ mm2额 定值 电 流(A) 106 转 外径内径 30680mm - 175 - 频 率(Hz) 140 叠 层 厚 度 170mm 转差率(%) 1.4 切 槽 数 量 46 转 速(r/min) 4140 切槽尺寸(*2) 7.4*25.6mm 效 率(%) 94.0 风口数直径 24mm16个(堵 塞8 处风口) 功率因数(%) 87.0 子 铁 芯材质板厚 相当于50A800 0.5mm 冷 却 方 式 强制风冷方式(20m3/min) 尺 寸 7.3*23.0mm 绝 缘 类 别 等级 200 材 质 赤黄铜 温度上升极限 200K(定子绕组电阻法) 杠杆 电流
37、密 度 6.33A/ mm2最高使用转速 6120r/min 尺 寸 27*34mm 最高试验转速 7040r/min 材 质 纯铜 计 划 质 量 440Kg 转子 导 体 端环 电流密 度 4.23A/ mm2外径内径 480310mm 牵 引 2300V/116Hz 叠层厚度 170mm 最大V/f 再 生 2300V/130Hz 切槽数量 36 Rs:0.144 /相 Xs:1.246/ 相 切槽尺寸(*1) 13.5*35.0mm Rr:0.146 /相 Xr:1.138/ 相 定子 铁 芯 材质板厚 相当于 50A8000.5mm 电路常数 (115140Hz) (*3) Rm:5
38、27.7 /相 Xm:28.88/ 相 第五节 牵引变压器 一变压器的基本结构及原理 变压器是一种静止的电磁感应设备,在其匝链于一个铁心上的两个或几个绕组回路之间 可以进行电磁能量的交换与传递。 1变压器的基本结构 铁心和绕组: 变压器中最主要的部件是铁心和绕组,它们构成了变压器的器身。 变压器的铁心既是磁路,又是套装绕组的骨架。铁心由心柱和铁轭两部分组成,心柱用来套 装绕组,铁轭将心柱连接起来,使之形成闭合磁路。为减少铁心损耗,铁心用厚 0.30.35mm 的硅钢片叠成,片上涂以绝缘漆,以避免片间短路。在大型电力变压器中,为提高导磁率和 减少铁心损耗,常采用冷轧硅钢片;为减少接缝间隙和励磁电
39、流,有时还采用由冷轧硅钢片 卷成的卷片式铁心。 - 176 - 按照铁心的结构,变压器可分为心式和壳式两种。心式结构的心柱被绕组所包围;壳式 结构则是铁心包围绕组的顶面、底面和侧面。心式结构的绕组装配和绝缘比较容易,所以电 力变压器常常采用心式结构。壳式变压器的机械强度较好,常常用于低压、大电流的变压器 或小容量电讯变压器。 绕组是变压器的电路部分,用纸包或纱包的绝缘扁线或圆线绕成。其中输入电能的绕组 称为一次绕组(或原边绕组),输出电能的绕组称为二次绕组(或副边绕组),它们通常套装 在同一心柱上。一次和二次绕组具有不同的匝数,通过电磁感应作用,一次绕组的电能可传 递到二次绕组,且使一次、二次
40、绕组具有不同的电压和电流。 一次和二次绕组中电压较高的绕组称为高压绕组,电压较低的称为低压绕组。高压绕组 的匝数多、导线细;低压绕组的匝数少、导线粗。 其他部件:典型的油浸变压器中还有油箱、变压器油、散热器、绝缘套管及继电保护装 置等部件。 2变压器的工作原理 将交流电压施加给变压器的一次绕组时,这个绕组就会有电流流动,从而形成磁动势, 因此,铁心中出现交变磁通。这种交变磁通通过一次绕组和二次绕组,使其分别感应出一个 电动势。在一次绕组中,这个电动势被称为“反电动势”,如果变压器达到理想状态,一次绕 组的反电动势就会抵消施加给一次侧的电压,此时一次绕组没有电流通过。实际上,流动的 电流是变压器
41、的励磁电流。在二次绕组中感应出的电动势是二次开路电压。如果将负载连接 到二次绕组,便有二次电流流动,由此电流则产生一个消磁磁动势,从而破坏了施加给一次 侧的电压和反电动势间的平衡。为了恢复平衡,就必须从电源汲取更大的电流来提供一个完 全相等的磁动势,这样,当一次侧增加的电流使一次侧和二次侧达到安匝平衡时,电动势便 达到平衡。由于在单匝导线上所感应出的电压之间没有差异,所以无论是一次绕组还是二次 绕组,由公共磁通在每个绕组感应出的总电压一定与匝数成正比。因此,对于一、二次绕组 有以下的关系:一、二次绕组的电压分别与绕组的匝数成正比;一、二次绕组的电流分别与 绕组匝数成反比。 二CRH2牵引变压器
42、特点 CRH2采用ATM9 型牵引变压器,用来把接触网上取得的 25kV高压电变换为供给牵引变 流器及其它电器工作所适合的电压,其工作原理与普通电力变压器相同,但由于动车组变压 器工作条件的特殊性,因此又有如下特点: (1)对重量和尺寸有严格限制,要求具有体积小、重量轻的特点; 1) 1 次、2 次线圈采用了铝质线圈; 2) 电磁线电密大,用量小; 3) 该变压器采用壳式铁心,其特点是铁轭不仅包围线圈的顶面和底面,而且还包 围线圈的侧面。变压器油箱设计成适形结构,紧包变压器铁心及线圈,所以, 该变压器内部结构紧凑,可以减小变压器尺寸及质量。且采用日本新日铁公 司特制 30ZH105E 低损耗硅
43、钢片,降低了变压器的铁损; 4) 该系统取消了二次滤波电抗器。 (2)经常受到机械振动和冲击,要求其具有坚固的机械结构; (3)接触网电压变动范围大,受大气过电压和操作过电压等的影响,要求其具有较大- 177 - 的工作范围及较好的绝缘性能; (4)次侧需要多种电压输出,要求其具有较多的二次线圈。 (5)次侧各绕组的电抗要求很高 为了抑制二次电流纹波,控制开关器件的关断电流以及抑制网侧谐波电流,要求各绕组 有很高的电抗。以往交直型电力机车牵引变压器的百分比电抗值为 10左右,而交直 交型电力机车的一般在 20以上。 a二次侧各牵引绕组的电抗要求相等 为了使二次侧并联的 PWM 整流器的负荷平衡
44、,各牵引绕组的电抗必须相等。 b二次侧各绕组之间必须去耦 二次侧各绕组之间相互干扰很强时,二次电流波形会产生紊乱,严重影响开关器件的关 断电流并对抑制网侧谐波电流也不利,因此各绕组之间要采取磁去耦结构。 c二次侧励磁电抗应尽量小 d2 次绕组为 2 个独立绕组,每个绕组与一台牵引变流器连接,确保 2 次绕组的高电抗 和疏藕合性,两牵引绕组与各自的高压线圈耦合,相互间彼此相互影响很小,牵引变换装置 具有能稳定运行的特性。另外,为对应于每个 2 次绕组的增容,1 次绕组配置了 2 个并联的 线圈。 e1 次绕组接地侧、2 次绕组侧及 3 次绕组侧的绝缘套管采用了耐热环氧树脂将 11 根 铜质中心导
45、线注塑一体成形的端子板。相对于 3 次绕组侧的一端子使用并引出了 2 根中心导 线。 f绝缘等级高,特 A 级绝缘,线圈内部采用 A 板及 Nomex410 纸绝缘,冷却介质的最高 温度可达 135,大大提高了油浸变压器的温升限值。 g冷却绝缘介质采用硅油,其为二甲基聚硅氧烷结构,是无色透明的合成油,不含任 何添加物、悬浮物等有害物质,具有好的环保性能。 h 统铝结 冷却系 中油冷却器采用 制板翅式 构 轻积 损 ,重量 、体 小,空气阻力 耗(400Pa) 损与油的阻力 耗(26kPa) 热 低,散 量大(150kW) 统阀对 。另外,整个冷却系 中没有蝶 , 所有外 组维部 件的可靠性要求很高, 修率低。 三ATM9 主要技术参数 ATM9 型牵引变压器外形尺寸如图 8.41 所示,实物见图 8.42。该变压器采用单相、 壳式、无压密封方式,一个基本动力单元配置 1 台,全列共计 2 台。主要技术参数如下: (1) 通用规格 环境温度 25 至 40 原边电压 标称接触网电压 25kV 电压变动范围 17.531kV (2) 性能 单相、壳式、无压密封方式 油循环风冷方式() 额定值:如表5-1所示 绝缘级别:如表5-2所示 绝缘类别: 特殊A类绝缘(使用聚酰胺绝缘纸) - 178 - 最高温升:如表5-3所示 绝缘油:硅油 辅助设备电源规格
限制150内