第四章动车组牵引传动系统

动车组第四章牵引传动系统C、CRH动车组牵引传动系统第四章动车组牵引传动系统2一、CRH1动车组牵引传动系统CRH1动车组该动车组由青岛四方一庞巴迪一鲍尔铁路运输设备有限公司（BSP）提供，国外合作伙伴是庞巴迪运输瑞典AB（BT）。BSP动车组是以庞巴迪公司为瑞典国家铁路和地方铁路开发的“Regina”动车组为原型车经改变设计而成的。第四章动车组牵引传动系统3CRH1列车基本单元M3TbMc1M1Tp1Mc2M2Tp2TBU3TBU1TBU2第四章动车组牵引传动系统4牵引传动系统的能量传递与转换CRH1的受电弓从接触网接受25KV50Hz高压交流电能，经过安装在车底架上的主变压器降成900V50Hz交流电，降压后的交流电经网侧变流器转换成1650VDC直流电能，该直流电再由牵引逆变器转换成可变频率可变电压的三相交流电送给牵引电机，将电能转换成牵引列车的机械能。第四章动车组牵引传动系统5牵引传动系统的能量传递与转换过程示意图牵引逆变器主变压器牵引逆变器高压侧变流器第四章动车组牵引传动系统6列车控制与管理系统TCMSCRH1是以MITRAC通用计算机为核心的列车控制与管理系统TCMS（TrainControlandManagementSystem）。MITRAC计算机系统以摩托罗拉68k微处理器为基础，该系统的机械和电气设计均适应温度范围是-40ºC～+70ºC，并承受强烈震动冲击的牵引环境。MITRAC及其前身TRACS从1985年就已经运营服务，并随着新电子产品（如微处理器、存贮器等）的更新而不断换代，该系统目前在世界各地的几种不同车上都有使用。第四章动车组牵引传动系统7牵引传动及计算机控制系统示意图高压侧变流器计算机系统智能显示司机操作牵引逆变器主变压器牵引逆变器第四章动车组牵引传动系统8TCMS接受司机的指令信息，经过转换与运算以后发给主回路电器系统执行实施能量转换过程，控制列车运行；TCMS还检测列车运行的实际状态信息，对该状态信息进行处理和判断，一方面显示给司机、乘务人员和维护人员了解列车的运行情况，另一方面对出现的异常情况进行报警和应急处理。可以说牵引主回路是列车运行的驱干，TCMS系统是列车运行的灵魂。第四章动车组牵引传动系统9牵引传动系统主电路构成CRH1的牵引传动系统以列车基本单元（TBU）为基本单位，具体组成如下：TBU1——Mc1（驾驶动车1）-Tp1（带弓拖车1）-M1（中间动车1）；TBU2——Mc2（驾驶动车2）-Tp2（带弓拖车2）-M1（中间动车2）；TBU3——M3（中间动车3）-Tb（带吧台拖车）CRH1的8辆车中包括5辆动车(Mc1、M1、Mc2、M2、M3)和3辆拖车(Tp1、Tp2、Tb)，动车组有两个受电弓，分别位于Tp1和Tp2车上，正常工作时只有一个受电弓升起。第四章动车组牵引传动系统10牵引传动系统主电路构成LBVTSAESCTSALBVTSAESCTSALBVTSAESM3TbMc1M1Tp1Mc2M2Tp2Mc2Tp2M2TbM3M1Tp1Mc1LCMCMCACBCBA2FCTCTCTLF3TICETTMMTLBPTLCMCMCAC3TTM2FICBCBAIC3TTMMCMCAC2FLCETLFMTIC3TTMMCMCACBCBABCBABCBA2FLFETMTLCLBPTLCMCMCAC3TTM2FICCRH1的主电路框架第四章动车组牵引传动系统11牵引传动系统主电路构成动车组有三个相对独立的主牵引系统均并行工作，当一个牵引系统发生故障时，可以自动切断故障源，列车继续运行。五个动车有五个变流器箱，分别位于每个动车的底架上。网侧变流器LCM（LineConverterModule，将高压整流成为直流环节电压）和电机变流器MCM（MotorConvertorModule,将直流环节电压逆变成为频率可变电压可变的三相交流电供给牵引电机）都装在变流器箱中；一个电机变流器给两台牵引电机并联供电；一个变流器箱的网侧变流器除了向两个电机逆变器供电外，还向一个辅助逆变器和一个蓄电池充电器馈电。第四章动车组牵引传动系统12TBU1单元的牵引电路框图第四章动车组牵引传动系统13二、CRH2动车组牵引传动系统CRH2(四方/川崎动车组)该动车组由南车四方机车车辆股份有限公司与国外合作伙伴川崎重工提供。四方动车组是以日本新干线E2－1000型动车组为原型车经改变设计而成的。动车组采用8辆编组，4动4拖，由两个动力单元组成。每个动力单元由2个动车和2个拖车（T-M–M-T）组成。第四章动车组牵引传动系统14CRH2编组结构图第四章动车组牵引传动系统151、CRH2动车组牵引系统的组成牵引电路系统以M1车、M2车的2辆为1个单元为基础。电源由接触网通过受电弓从单相交流25kV、50Hz的接触网电压来获得，通过VCB与牵引变压器的1次侧绕组连接。牵引电路开闭由VCB来实施。牵引变压器2次绕组侧设有2个线圈，1次侧的电压为25kV时，2次侧绕组电压则为1500V。牵引电路的基本单元装置由1台牵引变压器—2台主变流装置（C/I）—8台牵引电机构成。由1台主变流装置控制4台牵引电机，在牵引时向牵引电机提供电力、在制动时进行电力再生控制。此外，还具有保护功能。第四章动车组牵引传动系统16牵引系统的组成：第四章动车组牵引传动系统17牵引主电路：由4号车或者6号车的受电弓受电，通过车顶上的特高压导线，经由VCB后被送到2号车或者6号车的主变压器。车顶上安装有保护接地装置（EGS），运行中，需要紧急让变电所区间内的所有车辆停车时，让其动作，使架线接地短路。EGS的操作必须按照铁道部的规定执行。第四章动车组牵引传动系统18牵引主电路：第四章动车组牵引传动系统19CRH2牵引传动系统基本组成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。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70±5N,弓头宽度约1950mm，具有自动降弓功能，适应接触网高度为5300～6500mm，列车运行速度250km/h。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。LA204或LA205型避雷器——额定电压为AC42kV，动作电压为AC57kV以下，限制电压为107kV。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。SH2052C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。第四章动车组牵引传动系统20牵引变压器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，2×1285kVA），一个辅助绕组（400V，490kVA）。第四章动车组牵引传动系统21牵引变流器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2600V～3000V（随起牵引电机输出功率进行调整）。牵引逆变器输出电压0~2300V，频率0～220Hz可控的三相交流电供给异步牵引电动机。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。第四章动车组牵引传动系统22牵引电机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。第四章动车组牵引传动系统232、CRH2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。第四章动车组牵引传动系统24CRH2牵引传动系统主电路逆变器脉冲整流器牵引电机滤波电容器牵引变流器X4受电弓真空断路器逆变器脉冲整流器滤波电容器牵引变流器X4M1车牵引电机M2车牵引变压器动车组主电路简图第四章动车组牵引传动系统25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，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。第四章动车组牵引传动系统26CRH2牵引传动系统主电路第四章动车组牵引传动系统273、CRH2牵引传动系统控制策略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。采用无触点控制装置，从而实现了输出直流电压2600V～3000V电压控制、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。