CRH2型动车组牵引传动系统工作原理及控制

CHR2型动车组牵引传动系统工作原理及控制CRH2型动车组牵引传动系统设备配置及工作原理概论牵引传动系统是CRH2型高速动车组的动力来源。整个系统动力均匀分布于整列动车组的四个基本单元之中，形成了一个完整的组合的动力源。巨有牵引功率大、启动平稳、快速快捷、有效抑制空转和滑行保护到位等特性，并与多个系统连锁控制，实现运行平稳，多级调速和准确停车。一、牵引传动系统的组成CRH2型高速动车组以四动四托为编组，其中2，3，6，7号车为动车，1，4，5，8号车是拖车，配备两个牵引系统，首尾两车各设有司机室可双向行驶。正常情况下两个牵引系统均工作，当某一系统发生故障时可自动切断故障源继续行驶。CRH2型高速动车组采用动力分散交流传动模式，主要有受电弓，牵引变压器，脉冲整流器，中间环节，牵引变流器，牵引电动机，齿轮传动等组成。技师参评论文二、牵引传动系统的主要设备配置2.1：车顶设备配置各车辆间的主电路均采用高压电缆和高压电缆连接器连接。高压电缆连接器分为直线型，5度倾斜型，T型等几种，通过这些高压电缆连接器接通高压电缆。供电设备配置在4，6号车前部车顶，主要有受电弓和接地保护开关等。2.2：车底设备配置动车组牵引传动系统车底设备主要有网侧高压电气设备，牵引变压器，牵引变流器，牵引电动机等设备组成。全列共计2台牵引变压器，4台牵引变流器，16台牵引电动机。牵引变压器位于2，6号车底，牵引变流器和牵引电动机皆配置在2，3，6，7号车底。三、动车组牵引传动系统主要设备3.1：受电弓动车组受电弓是从接触网获得电能的主要设备，也是动车组主电路的高压设备之一。受电弓主要通过列车运行时压缩空气进入升弓装置气囊升起受电弓，使受电弓滑板与接触线接触而获电；绛弓时排出气囊内压缩空气使受电弓落下。3.2：接地保护开关受电弓和接地保护开关安装在同一车辆上。接地保护开关通过把特高压电源接地，防止对车体施加特高电压。当主电路发生电流异常或接触网电压异常等事故时，强制性地操作保护接地开关，把接触网接地，使接地电流流向接触网，变电站供电系统中的隔离开关跳闸，接触网处于无电压状态，以保护动车组不受损坏。此外，作业维修人员在对高压设备箱检查维修时为确保人员安全，接地保护开关与高压设备箱采取联动锁定措施，将受电弓预先接地，即使万一受电弓升起，也能防止触电事故的发生。3.3：高压设备箱高压设备箱安装在2,6号车低架下，内置：真空断路器，避雷器，地板下电缆连接盒等主要器件。高压设备箱内安装的各部件可单独装卸也可整体装卸。高压设备箱上装有避雷器，侧面装有真空断路器，地板下电缆盒及指示灯。防止作业维修人员在设备检查时高压触电，高压设备箱与接地保护开关进行联动锁定。3.4：真空断路器（VCB）真空断路器配置在高压设备箱内用来断开和接通25KV电路，并作为故障状态的保护器件，兼有断路器和开关两种作用。当牵引变压器牵引侧以后的电路发生故障时，能迅速，安全，准确及时地切断电路。真空断路器与牵引变压器配套使用，每列动车组配置2台真空断路器，每台真空断路器控制一台牵引变压器。3.5：牵引变压器牵引变压器是动车组上的重要部件，用来把25KV高压电变换为供给牵引变流器及其它用电设备工作所适合的电压。牵引变压器除了具有坚固的机械结构且体积小，质量小，电磁线电密大，用量小的优点外，还具有牵引绕组电抗相等保证牵引绕组侧负荷均等的特点。牵引变压器的两个独立的牵引绕组，每个牵引绕组与一台牵引变流器连接，相互干扰小，使动车组运行稳定。3.6：牵引变流器牵引变流器由单相三电平脉冲整流器，中间直流电路，三电平逆变器，真空交流接触器等主电路设备以及牵引控制装置，控制电源等组成。每辆动车配置一台牵引变流器，每台牵引变流器驱动4台并联牵引电动机。3.7：牵引电动机牵引电动机是动车组的动力来源。全列共配置16台三相异步电动机均匀分布在动车组的2，3，6，7号车底。每辆动车配置4台牵引电动机，每台额定功率300KW，最高转速6120r/min,最高实验转速7040r/min。牵引电动机采用转向架架悬方式，机械通风冷却，平行齿轮弯曲轴万向接头方向驱动，具有良好的牵引性能而且功率大谐波干扰小。四、牵引传动系统的主要工作性能及特点4.1：牵引传动系统能量转换与传递动车组牵引运行是将电能与机械能转换与传递的过程。再生制动运行是将机械能转换成电能的过程。从而形成闭合的能量转换链条。牵引运行时：受电弓将接触网AC25KV单项工频交流电，经过相关的高压电气设备传输给牵引变压器，牵引变压器降压后输出1500V单相交流电供给牵引变流器，脉冲整流器将单相交流电变换成直流电，经中间直流电路将DC2600-3000V的直流电输出给牵引逆变器，牵引逆变器输出电压/频率可调的三相交流电源（电压：0—2300V；频率：0—220HZ）驱动牵引电动机，牵引电动机的转矩和转速通过齿轮变速箱传递给轮对驱动列车运行。实现电能到机械能的转换。再生制动时，控制牵引逆变器使牵引电动机处于发电状态，牵引逆变器工作于整流状态，牵引电动机发出的三相交流电被整流为直流电并对中间直流环节经行充电，使中间直流环节电压上升。脉冲整流器工作于逆变状态，中间直流回路直流电被逆变成单相交流电，该交流电通过牵引变压器，真空断路器（VCB），受电弓等高压设备反馈给接触网，从而实现机械能到电能的转换。4.2：牵引传动系统主电路结构原理动车组由受电弓从接触网接受25KV，50HZ单相交流电，通过真空断路器（VCB）连接到牵引变压器原边绕组。牵引变压器牵引绕组输出AC1500V，50HZ电源输入脉冲整流器。脉冲整流器由单相三电平PWM变流器，交流接触器K组成。采用无触点控制装置实现对输出直流电压2600—3000V恒压控制，牵引变压器原边单位功率因数的控制以及故障保护。再生制动时牵引变流器经过牵引变压器反馈电能。牵引逆变器采用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台并联牵引电动机进行速度力矩控制。再生制动时牵引电动机发出三相交流电，经整流后向支撑电容器输出直流电压。4.3：牵引传动系统的主要特点CRH2型动车组在牵引变压器，牵引变流器，牵引电动机，控制策略等方面有显着的特点。（1）：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。牵引绕组为两个独立绕组，确保牵引绕组的高电抗，弱耦合性。（2）：牵引变流器主电路采用两开关功率器件串联与中点带钳位二极管的方案，功率开关器件采用IPM智能功率模块或IBGT模块。其中IPM是将IGBT功率器件驱动电路，保护电路登封装在一个模块的新型电子器件，是IGBT集成化，智能化的一种应用方式。具有驱动功率小，吸收回路简单，器件本身具有检测和保护功能，可以采用多个并联以增大电流容量。（3）：采用单相三电平PWM脉冲整流器，直流母线电压和容量提高一倍。减小了谐波失真，保证了变流器输入侧电流波形一定的正弦度，从而减小了对通信系统的谐波干扰。（4）：牵引变流器中间直流环节不设二次谐波滤波装置，减轻了牵引变流器和牵引变压器的质量。（5）：逆变器采用三电平拓扑结构，与其它逆变器相比，端电压波形包含较少的谐波分量。在同一周期内三电平逆变器有27种工作状态，减小相邻电路状态转换时引起的电压和电流波动，从而降低了损耗，提高牵引电动机效率，减少转矩脉动。（6）：牵引电动机具有良好的牵引性能，可以实现宽范围的平滑调速，使机车启动时发出较大的启动转矩；牵引电动机可靠性高，同直流电动机比较，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，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/质量比高，利于电动机悬挂；转矩—速度特性较好，可抑制空转提高黏着利用率。（7）：牵引电动机采用矢量控制策略，控制方式简单，使整个牵引传动系统具有良好的动态性能和控制精度。五、CRH2型动车组牵引控制牵引控制主要是动车组牵引运行过程中的主控制继电器操作有效控制，运行方向控制，恒速运行控制，牵引设备控制等。5.1：主控制继电器操作有效控制主控制继电器决定司机操作是否有效，每端司机室内有一个主控制继电器，只有在主控制继电器闭合时，其操作有效。当在动车组其中一端司机室进行主控操作时，通过连锁控制，另一端司机室的操作无效，这样保证了只能在一端司机室行驶。5.2：运行方向控制动车组运行方向控制的主要手段是利用安装在司机室内的方向控制器。方向控制器（又称方向手柄）在T1车和T4车各有一套。方向手柄有3个位置：“前”位，“关”位和“后”位。“前”位时，向前继电器得电动作；“后”位时，向后继电器得电动作；“关”位时两个继电器均不动作。方向控制器控制牵引方向（向前或向后）指令条件和牵引指令继电器条件。方向（向前或向后）指令条件；主控制继电器MRC励磁，方向手柄在“前”位时，线4加压，向监控器传递向前指令。方向手柄在“后”位时，线5加压，向监控器传递向后指令。方向手柄不在“关”位，而是在“前”位或“后”位时，换向开关前R或后R得电，对应的常开触点闭合，牵引指令继电器R得电动作。牵引指令继电器R得电动作后，牵引指令才能发出。5.3：牵引控制器与方向控制器连锁控制；牵引控制器又称主控制器（MC），主要功能是生成牵引指令的级位指令，同时生成牵引指令条件和恒速运行指令条件。牵引控制器与方向控制器连锁，牵引方向手柄在“前”位或“后”位时，牵引指令控制器R得电动作。操作牵引控制器时，根据牵引控制器手柄的位置不同，不同的线加压形成了10级的牵引指令输入至监控中央装置，通过网络向牵引变流器传送牵引指令。5.4：恒速运行主控制器手柄在2级以上时，若其它条件满足时，恒速继电器CSR得电动作，与定速开关并联的常开触点闭合且处于自保状态。牵引方向手柄不在空档位。制动手柄在“运行”位。ATP常用制动无效：NBR励磁；ATC常用制动无效：定速关闭开关没有按下：定速关闭SW为OFF。由此可见，制动较牵引更优先级，从而保证了行车安全。上述条件满足时，当CSR得点动作后，其常开触点闭合，线23得电加压，将恒速控制信号传给监控中央装置。5.5：动车组牵引系统主要设备控制与管理；5.5.1：受电弓连锁控制与管理；受电弓装置在动车组4，6号车上，在正常情况和列车不连挂的情况下，只能由一个受电弓升起供电，当一个受电弓升起时，通过升弓联锁继电器（PＡＮIR）连锁，另一个受电弓上升指令不能发出。受电弓的升降操作通过设置在司机室操纵台和司机配电盘上的升/降开关进行控制或通过信息显示器触摸屏键进行切除和升弓操作。动车组的４，６号车均设置了升弓联锁继电器PＡＮIR，当４号车受电弓升起后，该车的升弓联锁继电器励磁，通过连锁电路断开６号车的升弓电路，这样４号车的受电弓升起后，即使对６号车的受电弓进行升弓操作也不会升起６号车的受电弓。5.5.2：牵引变压器控制与管理；动车组牵引变压器的控制，主要有1，2，3次侧保护及其他保护，保护和控制时相应的保护开关动作，并分断主断路器将信息传入终端装置。5.5.3：牵引变流器与主电路（VCB）连锁控制与管理：牵引变流器除完成牵引控制外还与主断路器VCB接口与控制。为防止VCB合闸时对牵引变流器电流冲击，只有在牵引变流器1次侧电源接触器没有投入时，接触器投入继电器KRR处入失电状态，对应的常闭触点闭合，其他条件满足时VCB可以合闸。VCB投入状态下，当牵引变流器发生故障时，牵引变流器的故障继电器失电，或当牵引变流器发生接地故障时，接地继电器得电，VCB的合闸继电器VCB-M失电，VCB断开。只有VCB投入后，牵引变压器1次侧接入牵引接触网，VCB投入状态信号送入牵引变流器，起动中间滤波电容器预备充电，牵引变流器1次侧电源接触器投入。结束语：作者认为，南车四方股份设计并制造的200EMU--CHR2型高速动车组其牵引传动系统系统，设计理念合理，独特，实用，多种控制指令快捷统一，整个系统安全性，严密性极强，与其他系统构成了一个高效控制链，是整列动车组得以安全快捷快速平稳运行最基本的保障之一。参考文献：《200EM