发表于:2006-08-10 21:42:00
楼主
也许今天的国产电力机车还是星星,有了阿尔喀斯这样的仁人智者,明天的中华之星将是太阳![b]转自本坛网友阿尔喀斯的文章[/b]:(老雅不敢掠美)
(一)牵引供电系统
电能从电力系统传送给电力机车的电力装置电气化铁路的供电系统,牵引供电系统,主要由牵引变电所和接触网两大部分组成。牵引变电所将电力系统输电线路电压从110kV(或220kV)降到27.5kV,经馈电线将电能送至接触网;接触网沿铁路上空架设,电力机车升弓后便可从其取得电能,用以牵引列车。牵引变电所所在地的接触网设有分相绝缘装置,两相邻牵引变电所之间设有分区亭,接触网在此也相应设有分相绝缘装置。牵引变电所至分区亭之间的接触网(含馈电线)供电臂。
铁路采用工频交流电力牵引制,额定电压25kV。 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,通常将接触网、钢轨回路(包括大地)、馈电线和回流线-牵引网。
2供电方式
1、直接供电方式
2、吸流变压器(BT)供电方式这种供电方式
3、自耦变压器(AT)供电方式
4、直供+回流(DN)供电方式
主变流器和控制系统
采用了tep28wg01型gto水冷主变流器,该变流器设计容量3600kva,直接驱动2台1225kw电机。
牵引电机为独立通风冷却支路,主变流器水冷和牵引变压器油冷。
交流传动直接转矩控制和四象限瞬态电流控制技术,创造性地提出了粘着利用控制策略。
主变流器。系统3个主要环节及其功能为:四象限变流器实现功率调节;逆变器实现频率变换;异步电机和机车传动部分实现机电能量转换。
单台动力车牵引、制动特性要求为:启动牵引力200kn(0-5km/h),持续速度106km/h,持续牵引力157kn
实现高性能交流传动直接转矩控制和四象限瞬态电流控制技术,创造性地提出了粘着利用控制策略。
中华之星的2个转向架各配置一个主变流器。系统3个主要环节及其功能为:四象限变流器实现功率调节;逆变器实现频率变换;异步电机和机车传动部分实现机电能量转换。
单台动力车牵引、制动特性要求为:启动牵引力200kn(0-5km/h),持续速度106km/h,持续牵引力157kn
恒功范围106-287km/h,制动力150kn(0-108km/h)。动车轮直径1010mm(半磨耗),传动比75/29。
主变流器参数
四象限变流器
额定输入电压:ac1471v
额定输入电流ac974A
开关频率:250hz
中间直流环节
额定电压:dc2700v
支撑电容器:8.8mf
二次谐振额定电流:ac871a
二次谐振峰值电流:ac1231a
二次谐振频率:100hz
谐振电抗器:0.4mh
瞬时过电压保护电阻:2.3欧姆
逆变器
输出电压范围:三相ac0-2180v
输出频率范围:0-147.8hz
输出额定电流:ac890a
最大开关频率:300hz
系统技术特点
主变流器采用大功率gto器件。目前大功率交流传动仍然主要采用gto主变流器。新型器件igbt(lpm)、igct以更优良的性能进入大功率变流系统,但gto技术的成熟性和应用可靠性,在该领域具有一定的优势。
纵观当今控制技术的主流和发展趋势,直接转矩控制是最先进的高性能的交流传动控制策略之一。直接转矩控制选择固定于定子绕组的坐标系,并以空间矢量的概念建立逆变器输出的电压与定子磁链定向控制、电磁转矩控制的策略。逆变器输出的电压空间矢量对定子 磁链、电磁转矩的作用结果与电动机的状态有关。反之,在已知电动机某时刻状态的条件下,根据电机定子磁链定向的基本要求,总能选择合适的电压空间矢量去控制定子磁链的幅值、相位和电磁转矩的大小。基于这种简单的物理概念,针对高电压大功率器件开关频率有限等因素,选择定子磁链以六边形轨迹运动,实现转矩的band-band控制——即转矩自控制和磁链自控制。
(1)主电路特点。主变流器输入端为两重四象限变流器(网侧变流器,直接连接到牵引变压器牵引绕组输出端;主变流器输出端为三相逆变器(电机侧变流器),直接与牵引电机相连;中间直流环节包括支撑电容器、二次谐振电路、过电压斩波电路、安全连锁开关等。
(2)控制电路特点。输入端采用四象限变流器控制方式,具有中间直流环节电压稳定、功率因数接近1,能量可以再生等优点;输出端采用异步电机直接转矩控制方式,具有动态响应特性优良、控制简洁高效、牵引力变化平稳等优点。
dcu的系统控制功能
dcu的系统控制功能可分为2层功能,上层的控制功能通过对ams总线的控制来实现,下层由四象限变流器控制器(lcc)和电机侧逆变控制器(mcc)2个实时控制器组成。
(1)上层控制功能
来自传感器的信号经过模拟输入插件调整后送lcc、mcc。a/d采样,产生相关保护;同步信号送lcc、电机速度信号送mcc;脉冲分配插件将lcc、mcc发出的pwm信号进行逻辑分配,gto元件故障送网侧信号、电机信号保护。
(2)四象限变流器控制(lcc)
lcc用于对四象限变流器控制。四象限变流器是交直交电传动微机控制系统的一个重要组成环节。它的核心任务是:电网电压在一个范围内波动时,使中间直流环节电路的直流电压保持恒定,确保电机侧逆变器的正常工作;同时在电网侧要获得一个近似正弦波的电流,减少对周围环境的电磁干扰;在牵引攻况和再生工况下,使供电接触网或牵引变压器一次侧功率因数接近1;除此之外还要进行跳弓、过分相等的处理。
(3)电机侧逆变器控制(mcc)
mcc完成对逆变器与交流异步电机的实时控制。主要任务是:根据电机的参数和状态,控制逆变器的输出电压和频率,使电机的输出转矩与上层控制下达的给定转矩一致,同时完成其他一些控制功能
主变流器结构
主变流器柜内部分高压区和低压区,高压区安装有gto相构件、线路接触器、充电接触器、电流电压传感
器、支撑电容器、二次滤波电容器等高压电气部件;低压区装有传动控制单元(dcu)、门控电源、柜内冷却风机等低压电气部件;高低压电气部件之间由金属隔板、隔离变压器和屏蔽电缆在结构、电气和电磁场方面实现隔离;高压区的前门装有安全连锁门锁,只有在机车停止运行及主电路接地的情况下才能打开。
装在主变流器柜正面(即走廊侧)的部件,如相构件模块、门控单元、门控电源、接触器、电流电压传感器、dcu等均可以方便的维护;装在侧面的部件如放风电阻、接地检测电阻、过电压斩波电阻和柜内冷却风机也可在不吊出整个变流器的情况下更换。
控制系统
主变流器控制系统包括传动控制单元(dcu)、gto门控电路、电流电压传感器、冷却系统传感器、信号分配电路及有节电控制单元电路,其核心是传动控制单元。
dcu的任务是,根据司机指令完成对四象限变流器的实时控制、逆变器及交流异步电机的实时控制、牵引制动特性控制,同时具备完整的故障防护功能。、模块级的故障自动诊断功能和轻微故障的自复位功能。
dcu采用株州研制的“四象限瞬态电流控制”软件、“异步电机直接转矩控制”软件、“粘着利用控制”软件和“交流传动模块化设计”硬件,实现完全微机化、数字化的实时控制。对外通信采用mvb总线,与机车级控制系统联系起来,内部则构成并行ams总线和串行rs495总线,以实现网络化、信息化控制。
dcu的主要控制功能有:
(1)牵引变流系统的逻辑控制
(2)牵引和制动的特性控制
(3)四象限变流器控制
(4)主变流器脉冲分配逻辑控制
(5)牵引电机直接转矩控制
(6)机车粘着利用控制
(7)变流系统的保护、故障记录、诊断
(8)基于mvb的通信
主变流器冷却系统
TEP28WG01型主变流器冷却系统采用了告纯水冷却和辅助风冷。主变流器功率器件如gto元件、吸收二极
管、吸收电阻、样机电抗器等采用纯水冷却,其他器件如门控单元、门控电源、dcu控制箱、线路接触器、支撑电容、二次滤波电容、过电压斩波电阻等采用辅助风冷。除水-空气热交换机外,主变流器冷却系统其他部件均安装在柜内。
纯水系统由水膨胀箱、水泵、水-空热交换器、离子交换器、被冷却模块、管路等组成,冷却介质为乙二醇与高纯水混合物,其中水占三分之二。水膨胀箱内的冷却介质有水泵泵往主变流器外的热交换器,经由热交换器冷却后流回主变流器,流入并联连接的8个相构件模块,将功率器件发出的热量带走,然后注入水膨胀箱,再有水膨胀箱送往热交换器,如此循环。为保证冷却介质的绝缘强度,在冷却回路中