CRH3设计

题目：CRH3型动车组牵引传动系统分析与验证计算导师：张喜全班级：车辆096班学生：万鹏鹏学号：200910116兰州交通大学毕业设计答辩CRH3动车组为4动4拖8辆编组，采用电力牵引交流传动方式，由2个牵引单元组成，每个牵引单元按两动两拖构成。动车组具有良好的气动外形，其载客速度为350km/h，最高试验速度为404km/h。两端为司机室，正常运行时由前端司机室操纵。两列动车组可以联挂运行。CRH3动车组设置一等座车一辆、二等座车6辆和一辆带厨房的二等座车。一等车厢座席采取2＋2布置，二等车车厢座席采取2＋3布置，除带厨房的二等座车采用固定座椅外，其余车型均采用了可旋转座椅，全车定员557人课题研究对象CRH3动车组简介目前、CRH3动车组在沪宁、沪杭高铁线路及京津、武广城际铁路上运行。高速动车组具有重量轻，粘着利用好，启动加速度快等特点。设计任务及目的通过分析全面分析CRH3动车组牵引传动控制系统各主要环节，熟悉从受电工受电、变压器传输分派电能、变流器电能变换、供给牵引电机实现机电能量转换，通过传动机构产生牵引力的过程，及各环节的工作过程及控制要求根据CRH3动车组技术性能，对其牵引传动系统各单元进行验证性设计计算。通过逆向工作，掌握牵引传动系统设计过程及元件选型，设计计算牵引传动系统各单元电路参数一、系统分析二、参数计算论文内容•对CRH3动车组牵引传动系统组成部分进行了介绍，对CRH3交流传动控制与牵引特性进行了分析。•对CRH3型动车组牵引传动系统中的变流器主电路结构和各主要部件工作原理进行了分析。•对列车的牵引系统容量进行了计算，对主要参数进行了验证性设计。•牵引变流器控制策略。本文主要工作1、动车组配置采用4动4拖的动力配置，动车组具有良好的气动外形，其载客速度为350km/h，最高试验速度为404km/h。两列动车组可以联挂运行，自动解编。序号参数名称参数值1起动牵引力约300KN2起动加速度0.50m/s230—200km/h的平均加速度0.40m/s24300km/h速度下的剩余加速度0.60m/s25辅助供电电源系统采用冗余设计6持续运营速度300km/h7最高运营速度350km/h8最高试验速度400km/h9爬坡能力（牵引动力时）：30‰牵引传动系统主要参数每个基本的动力单元主要包含以下关键器件：受电弓、主变压器、牵引变流器、牵引电机、及其辅助器件。在CRH3动车组上装有四个完全相同且互相独立的动力单元。每一个动力单元有一个牵引变流器和一个控制单元、8台牵引电机组成。CRH3动车组牵引传动系统组成牵引变流器模块化设计实现了四象限运行，输入端使用两个桥臂模块，电机侧逆变器为脉宽调制运行，使用3个桥臂模块。受电弓510121194612783整流器主断路器牵引变压器中间回路逆变器交流牵引电动机传动齿轮电子控制装置司机控制器触发脉冲发生器能量传递示意图CRH3基本动力单元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X4牵引电机牵引变压器高压电气指的是车顶安装高压设备，包括受电弓、高压断路器、避雷器、网压检测装置、高压电缆、车顶绝缘予、接地装置、高压隔离开关。高压设备按照AC25kV50Hz设计。传动系统高压侧电气（1）CRH3型动车组采用SS400高速受电弓，受电弓最高运用速度350km／h，受电弓安装在2号、7号车车顶，采用单弓受流。（2）带接地开关的高压断路器安装在车顶，用于断开每个动力单元的交流25kV电路。（3）高压互感器。（4）避雷器和主断路器一起对接触网导入的过压进行保护。（5）车顶线路隔离开关可以使两个动力单元在故障的情况下隔离。高压侧器件受电弓车间高压电缆绝缘子高压互感器接地开关避雷器快速断路器隔离开关电流互感器牵引变流器主要有2个四象限脉冲整流器(4QC)，一个带有串联谐振电路的中间直流回路，过电压限制电阻(MUB)和一个PWM逆变器组成。变流器系统分析电气连接器控制单元主电路主变流器一、4QC参数D1LRLuNACiNUabD3D4D2T1T3T2T4L2C2C4负载Ud二、中间回路滤波电容器中间直流环节中有滤波电容。主要作用：一是与脉冲整流器、逆变器交换无功功率和谐波功率，二是滤波中间回路电压，使其保持稳定。MT1T4T2T6D1D3D5D2D6D4T3T5uD三、PWM逆变器两电平电压源型逆变器异步牵引电机牵引电机可根据牵引变流器输出三相交流电的幅值和频率的变化，来改变动车组的牵引力和速度。牵引电动机CRH3型动车组每个牵引变流器驱动4个牵引电动机，电动机并联，整列动车组16个牵引电动机。牵引电机型号：ITB2019，额定功率562kW，最高转速5900r／min。高速列车牵引特性一般分为2个区:从启动到额定速度的恒力矩区;从额定速度到最高速度的恒功率区。牵引特性要求四、牵引传动系统容量计算牵引传动系统中牵引变压器、牵引变流器、牵引电机的容量计算是非常重要的设计依据。首先应根据列车的牵引特性、再生制动特性的最大值求解出列车轮缘的输出功率，其次根据列车阻力、牵引功率、牵引力、启动加速度、列车启动平均加速度及列车最高速度等进行列车牵引特性设计设计思路牵引传动系统图（动车）•1牵引功率的确定:列车牵引功率主要与列车运行速度、列车质量、最高速度时的列车运行阻力和剩余加速度相关。•2牵引电机：为保证起动加速度，不小于0.4m/s2，整车启动轮缘牵引力设置为520KN进而求得，牵引电机的启动转矩和功率、最大工作电流、最高转速•3逆变器容量：牵引逆变器负载为每个动车的4个牵引电机，故由牵引电机容量得逆变器的容量，然后求出整流器的容量参数。•5确定中间直流环节电压，滤波电容的大小。•6确定变压器二次侧的容量和电压值。容量计算过程牵引功率牵引电机逆变器整流器直流环节电压确定其它电器技术参数中间直流环节其他主要器件的选型方法牵引变流器元器件设计选型时，首先进行元器件的基本参数计算，再根据元器件的特性和工程经验选择合适的产品，最后通过仿真和试验来验证和修正参数。五、牵引变流器控制策略•列车交流传动调速系统是一个多变量、非线性、强耦合的系统，输入量通常为电压和频率，输出量则是转矩、转速和位置。他们彼此之间以及气隙磁链、转子磁链、转子电流等内部量之间都是非线性耦合关系。•矢量变换控制的基本思路是，磁通与有功无功电流解耦。通过坐标变换，将交流电机三相各参量变换到旋转坐标系上的两相垂直量，从而可以按照直流电动机的控制规律来控制交流电动机，使系统具有良好的动态性能。异步电动机的坐标变换结构图3/2——三相/两相变换;VR——同步旋转变换;——M轴与轴（A轴）的夹角3/2VR等效直流电机模型ABCiAiBiCitimii异步电动机异步电机的坐标变换结构图论文研究的不足之处总结•由于作者研究水平有限，加之时间和具体实验条件有限，本论文只是简要的分析了牵引传动系统的工作原理，没有进行具体的电路搭建，模拟验证牵引传动系统的工作过程，缺少对变流器工作过程的仿真分析。•由于效率特性很难用精确的数学模型描述，因此在容量计算中功率因数与效率假定为常数，计算中统一采用额定值近似计算。做了简化处理，有待于具体深入的研究。大学的学习即将结束。在此，我向所有曾经教导过我的老师和关心过我的同学表示感谢，他们在我成长过程中给予了我很大的帮助。本文能够顺利完成，要特别感谢我的导师张喜全老师，感谢机电工程学院各位老师的关心和帮助。致谢谢谢！2013年6月10日