電力牽引與傳動(dòng)控制課程設(shè)計(jì)報(bào)告

1、<p><b>　　姓名：xxxxx</b></p><p><b>　　學(xué)號(hào)：xxxxxx</b></p><p><b>　　班級(jí)：xxxxxx</b></p><p>　　電力牽引與傳動(dòng)控制課程設(shè)計(jì)</p><p>　　摘要：本文介紹了CRH2和諧號(hào)動(dòng)車組的主要

2、電氣參數(shù)，分析并討論了CRH2和諧號(hào)動(dòng)車組主電路原理圖及其保護(hù)電路的設(shè)計(jì)原理、控制策略，并對(duì)主電路器件進(jìn)行了簡(jiǎn)單的計(jì)算選型。</p><p>　　Abstract: This paper introduces the China Railways CRH2’s main electrical parameters, analyzed and discussed the main circuit schematic

3、 of CRH2 and its protection circuit design, control strategy, and the main circuit elements are simplely calculated for selection.</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　設(shè)計(jì)任務(wù)、指標(biāo)內(nèi)容及要求……………………………

4、………3</p><p>　　CRH2型動(dòng)車組主要技術(shù)參數(shù)…………………………………4</p><p>　　CRH2型動(dòng)車組簡(jiǎn)介……………………………………………4</p><p>　　CRH2系列主要參數(shù)（節(jié)選）…………………………………4</p><p>　　主電路原理圖分析及設(shè)計(jì)………………………………………6</p&

5、gt;<p>　　電網(wǎng)電壓制式…………………………………………………6</p><p>　　牽引傳動(dòng)系統(tǒng)主要參數(shù)…………………………………………6</p><p>　　主電路分析與器件選型…………………………………………6</p><p>　　控制策略………………………………………………………8</p><p>　　主電

6、路保護(hù)電路設(shè)計(jì)……………………………………………9</p><p>　　一、設(shè)計(jì)任務(wù)、指標(biāo)內(nèi)容及要求</p><p>　　自行選取一種既有電力機(jī)車（如SS4、SS9）或電動(dòng)車組（如CRH2系列），根據(jù)其主要指標(biāo)和主電路原理圖，設(shè)計(jì)主變流器；</p><p>　　器件可以選取SCR或IGBT，對(duì)所選器件進(jìn)行計(jì)算驗(yàn)證；</p><p>　　當(dāng)所

7、選取的器件不能滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)，器件串并聯(lián)應(yīng)該進(jìn)行均壓均流設(shè)計(jì)；</p><p>　　完成器件阻容保護(hù)電路設(shè)計(jì)；</p><p>　　對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行過流、過壓、欠壓等保護(hù)電路設(shè)計(jì)；</p><p>　　對(duì)設(shè)計(jì)電路進(jìn)行仿真。</p><p>　　二、CRH2型動(dòng)車組主要技術(shù)參數(shù)</p><p>　　CRH2型動(dòng)車組簡(jiǎn)介&l

8、t;/p><p>　　CRH2型是以日本新干線的E2系1000番臺(tái)為基礎(chǔ)，也是繼臺(tái)灣高鐵的700T型后，第二款自日本出口的新干線列車。中方最初向擁有700系及800系技術(shù)的日本車輛制造（日車）及日立制作所洽商，但日車及日立均表明拒絕向中國(guó)進(jìn)行技術(shù)轉(zhuǎn)移。其后中方改向與四方有合作的川崎招手，當(dāng)時(shí)川崎的銷售業(yè)績(jī)并未如預(yù)期理想，便出售3組E2-1000系及其車輛技術(shù)予中國(guó)，以改善業(yè)績(jī)。川崎向中國(guó)出售新干線技術(shù)最初仍被東日本旅

9、客鐵道（JR東日本）、日車及日立反對(duì)，后經(jīng)一輪談判，川崎在得到眾日本公司不反對(duì)亦不贊成的情況下，出售E2-1000系車輛及技術(shù)予中國(guó)。</p><p>　　中國(guó)以引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)并吸收的方式，南車青島四方機(jī)車車輛股份有限公司由在國(guó)內(nèi)生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，并以此為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)自主創(chuàng)新。</p><p>　　CRH2系列主要參數(shù)（節(jié)選）</p><p>　　三、主電路原理圖分析及

10、設(shè)計(jì)</p><p>　　借鑒西南交通大學(xué)關(guān)于CRH2動(dòng)車組的課件資料，牽引傳動(dòng)系統(tǒng)主要技術(shù)參數(shù)如下：</p><p><b>　　電網(wǎng)電壓制式：</b></p><p>　　AC 25kv/50Hz，最高電壓：31kv，最低電壓：17.5kv</p><p>　　網(wǎng)壓在22.5~29kv范圍內(nèi)發(fā)揮額定功率；</p

11、><p>　　網(wǎng)壓在22.5~19kv范圍內(nèi)牽引功率線性下降至額定功率的84%；</p><p>　　網(wǎng)壓在19~17.5kv范圍內(nèi)功率線性下降至零，輔助設(shè)備正常工作；</p><p>　　網(wǎng)壓在29~31范圍內(nèi)各設(shè)備正常工作。</p><p>　　牽引傳動(dòng)系統(tǒng)主要參數(shù)：</p><p>　　牽引變壓器：一次側(cè)繞組，額定容

12、量3060kva，額定電壓25kv、電流122A、頻率50Hz；牽引繞組2個(gè)，1500v，2x1285kva；輔助繞組1個(gè)400v，490kva；</p><p>　　牽引變流器：中間直流電壓為2600~3000v；逆變器輸出電壓、頻率可調(diào)三相電源，電壓：0~2300v，頻率0~220Hz；</p><p>　　牽引電機(jī)：額定功率：300kw，額定電壓2000v，額定電流106A。<

13、/p><p>　　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)備以及無接觸點(diǎn)控制裝置、控制電源等控制設(shè)備組成。每輛動(dòng)車設(shè)置一臺(tái)牽引變流器，每個(gè)牽引變流器驅(qū)動(dòng)四臺(tái)并聯(lián)異步牽引電機(jī)。</p><p><b>　　主電路簡(jiǎn)圖如下：</b></p><p>　　主電路分析與器件選型</p><

14、;p>　　CRH2型動(dòng)車組采用的是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)。采用車下吊掛、液體沸騰冷卻方式。主電路結(jié)構(gòu)為電壓型三電平式，由脈沖整流器、中間直流電路、逆變器構(gòu)成，不設(shè)2次簡(jiǎn)寫濾波裝置和網(wǎng)側(cè)諧波濾波器，采用PWM方式控制。中間直流電壓為2600~3000v（隨牽引電機(jī)輸出功率進(jìn)行調(diào)整）。牽引變流器主電路采用兩主管串聯(lián)與中點(diǎn)帶嵌位二極管的方案，功率開關(guān)器件采用IGBT智能功率模塊，容量為3300v/120

15、0A。</p><p>　　脈沖整流器與中間直流部分原理圖如下：</p><p>　　整流部分采用單相三電平PWM脈沖整流器，可以實(shí)現(xiàn)變流器單位功率因數(shù)運(yùn)行，能量雙向傳遞。牽引時(shí)作為整流器，再生制動(dòng)時(shí)作為逆變器，保證中間直流環(huán)節(jié)的電壓穩(wěn)定，交流電網(wǎng)側(cè)功率因素接近1，并消除諧波，使電網(wǎng)電流金陵接近正弦，最大程度地提高負(fù)載發(fā)生變化時(shí)，能夠維持中間直流電壓的穩(wěn)定，為電機(jī)側(cè)逆變器提供良好的工作條件

16、。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轉(zhuǎn)換。</p><p>　　中間電路主要由均壓電阻、支撐電容和過壓保護(hù)電路構(gòu)成，目的是為了獲得直流恒壓。DCP1,2為直流電壓互感器，對(duì)直流電壓進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)檢測(cè)到支撐電容過電壓，晶閘管導(dǎo)通，支撐電容放電；支撐電容與左下方的預(yù)充電電路相連，啟動(dòng)時(shí)通過內(nèi)置充電電阻的充電變壓器從輔助電路進(jìn)行初期充電，以防止交流接觸器接通時(shí)產(chǎn)生過大的沖擊電流。</p>&l

17、t;p>　　脈沖整流器技術(shù)參數(shù)：</p><p>　　逆變器部分采用三電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，與二電平逆變器相比，端電壓波形包含較少的諧波分量。在一個(gè)周期內(nèi)，兩電平逆變器電路只有8種狀態(tài)，而三電平有27種。因此，這有利于減少相鄰兩種電路狀態(tài)間轉(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)和系統(tǒng)效率，減少轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。</p><p>　　逆變器部分接中間直流部分輸出直流恒壓，其原理圖如

18、下：</p><p><b>　　逆變器技術(shù)參數(shù)：</b></p><p><b>　　控制策略</b></p><p>　　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。采用無觸點(diǎn)控制裝置，從而實(shí)現(xiàn)了輸出直流電壓2600V～3

19、000V電壓控制、牽引變壓器原邊單位功率因數(shù)的控制以及無接點(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。</p><p>　　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)無接點(diǎn)控制裝置控制信號(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

20、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。</p><p>　　四、主電路保護(hù)電路設(shè)計(jì)</p><p>　　中間電路主要由均壓電阻、支撐電容器和過電壓保護(hù)電路構(gòu)成，目的是獲得直流恒壓。支撐電容器5個(gè)并聯(lián)，分別狀語各個(gè)功率模塊內(nèi)，兩臺(tái)脈沖整流器模塊各裝一個(gè)，三臺(tái)逆變器模塊也各裝一個(gè)，合計(jì)容量為8000uF。<

21、/p><p>　　中間直流電路支撐電容器與預(yù)備充電電路相連，啟動(dòng)時(shí)通過內(nèi)置充電電阻的充電變壓器從輔助電路進(jìn)行初期充電，以防止接觸器接通時(shí)產(chǎn)生過大的沖擊電路，其電路圖如下所示：</p><p>　　此外，在中間直流電路上設(shè)置由電阻和半導(dǎo)體開關(guān)構(gòu)成的過壓保護(hù)電路。為防止?fàn)恳兞髌饕淮蝹?cè)電源投入產(chǎn)生過大沖擊電流，在接觸器投入前對(duì)支撐電容器進(jìn)行充電。如圖所示：</p><p>

22、　　圖中各元件描述如下：</p><p>　　GCT：接地電流互感器，檢測(cè)牽引變壓器側(cè)次測(cè)接地電流。</p><p>　　OVTh1，2（過電壓抑制可控硅單元），由單元可控硅及緩沖阻抗（RSO1，2）和緩沖電容（CSO1，2）、柵極驅(qū)動(dòng)基板、直流電壓檢測(cè)器（DCPT1，2）等構(gòu)成。當(dāng)檢測(cè)到支撐電容器的過電壓時(shí)，且控制電源為Off時(shí)，可控硅為On，讓支撐電容器具有放電功能。</p>