電力牽引傳動(dòng)控制系統(tǒng)

1、西南交通大學(xué)西南交通大學(xué) 馮曉云馮曉云2002005 5年年1010月月第七講第七講交流傳動(dòng)機(jī)車主電路交流傳動(dòng)機(jī)車主電路主要內(nèi)容主要內(nèi)容l交流傳動(dòng)機(jī)車發(fā)展綜述交流傳動(dòng)機(jī)車發(fā)展綜述l交流傳動(dòng)機(jī)車主電路交流傳動(dòng)機(jī)車主電路的組成的組成l交流傳動(dòng)機(jī)車的技術(shù)分類交流傳動(dòng)機(jī)車的技術(shù)分類l交流傳動(dòng)機(jī)車牽引特性交流傳動(dòng)機(jī)車牽引特性l典型交流傳動(dòng)機(jī)車主電路工作原理典型交流傳動(dòng)機(jī)車主電路工作原理l交流傳動(dòng)機(jī)車新技術(shù)及其發(fā)展方向交流傳動(dòng)機(jī)車新技術(shù)及其發(fā)展方向一、交流傳動(dòng)機(jī)車發(fā)展綜述一、交流傳動(dòng)機(jī)車發(fā)展綜述運(yùn)輸?shù)男枨筮\(yùn)輸?shù)男枨蟾鞣N限制各種限制交流傳動(dòng)機(jī)車發(fā)展交流傳動(dòng)機(jī)車發(fā)展交流電機(jī)的特點(diǎn)交流電機(jī)的特點(diǎn)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展科

2、學(xué)技術(shù)的發(fā)展一、交流傳動(dòng)機(jī)車發(fā)展綜述一、交流傳動(dòng)機(jī)車發(fā)展綜述運(yùn)輸?shù)男枨筮\(yùn)輸?shù)男枨蟾鞣N限制各種限制交流傳動(dòng)機(jī)車發(fā)展交流傳動(dòng)機(jī)車發(fā)展交流電機(jī)的特點(diǎn)交流電機(jī)的特點(diǎn)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展科學(xué)技術(shù)的發(fā)展安全性、實(shí)用性、可靠性、靈活性、舒適性越高越好；費(fèi)用越低越好。一、交流傳動(dòng)機(jī)車發(fā)展綜述一、交流傳動(dòng)機(jī)車發(fā)展綜述運(yùn)輸?shù)男枨筮\(yùn)輸?shù)男枨蟾鞣N限制各種限制交流傳動(dòng)機(jī)車發(fā)展交流傳動(dòng)機(jī)車發(fā)展交流電機(jī)的特點(diǎn)交流電機(jī)的特點(diǎn)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展科學(xué)技術(shù)的發(fā)展安全性、實(shí)用性、可靠性、靈活性、舒適性越高越好；費(fèi)用越低越好。地域規(guī)范、供電制式、空間、體積、重量、技術(shù)水平、工藝水平的限制等一、交流傳動(dòng)機(jī)車發(fā)展綜述一、交流傳動(dòng)機(jī)車發(fā)展綜述運(yùn)輸?shù)男?/p>

3、求運(yùn)輸?shù)男枨蟾鞣N限制各種限制交流傳動(dòng)機(jī)車發(fā)展交流傳動(dòng)機(jī)車發(fā)展交流電機(jī)的特點(diǎn)交流電機(jī)的特點(diǎn)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展科學(xué)技術(shù)的發(fā)展安全性、實(shí)用性、可靠性、靈活性、舒適性越高越好；費(fèi)用越低越好。地域規(guī)范、供電制式、空間、體積、重量、技術(shù)水平、工藝水平的限制等單位體積重量的功率大、可靠性好、易維護(hù)等一、交流傳動(dòng)機(jī)車發(fā)展綜述一、交流傳動(dòng)機(jī)車發(fā)展綜述運(yùn)輸?shù)男枨筮\(yùn)輸?shù)男枨蟾鞣N限制各種限制交流傳動(dòng)機(jī)車發(fā)展交流傳動(dòng)機(jī)車發(fā)展交流電機(jī)的特點(diǎn)交流電機(jī)的特點(diǎn)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展科學(xué)技術(shù)的發(fā)展安全性、實(shí)用性、可靠性、靈活性、舒適性越高越好；費(fèi)用越低越好。地域規(guī)范、供電制式、空間、體積、重量、技術(shù)水平、工藝水平的限制等單位體積重量的功率大

4、、可靠性好、易維護(hù)等電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)、新材料、新工藝等一、交流傳動(dòng)機(jī)車發(fā)展綜述一、交流傳動(dòng)機(jī)車發(fā)展綜述運(yùn)輸?shù)男枨筮\(yùn)輸?shù)男枨蟾鞣N限制各種限制交流傳動(dòng)機(jī)車發(fā)展交流傳動(dòng)機(jī)車發(fā)展交流電機(jī)的特點(diǎn)交流電機(jī)的特點(diǎn)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展科學(xué)技術(shù)的發(fā)展安全性、實(shí)用性、可靠性、靈活性、舒適性越高越好；費(fèi)用越低越好。地域規(guī)范、供電制式、空間、體積、重量、技術(shù)水平、工藝水平的限制等單位體積重量的功率大、可靠性好、易維護(hù)等電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)、新材料、新工藝等滿足運(yùn)輸?shù)男枨蟪浞掷眯录夹g(shù)利用新材料采用新工藝二、交流傳動(dòng)機(jī)車的主要組成二、交流傳動(dòng)機(jī)車的主要組成動(dòng)力制動(dòng)模塊空氣系統(tǒng)模塊 輔助變頻器 主變頻器及電機(jī)驅(qū)動(dòng)模

5、塊通訊模塊 電子設(shè)備 牽引變頻器牽引變頻器 逆變器逆變器 ( (電流源型、電壓源型、電流源型、電壓源型、PMW)PMW)電機(jī)電機(jī) 同步電機(jī)、異步電機(jī)同步電機(jī)、異步電機(jī)設(shè)備與功率器件設(shè)備與功率器件交流傳動(dòng)系統(tǒng)主電路交流傳動(dòng)系統(tǒng)主電路變速箱0,98異步電機(jī)0,95逆變器0,99整流器0,98牽引變壓器0,941000kW1020kW1074kW1085kW1107kW25000V交直與交流傳動(dòng)機(jī)車主電路交直與交流傳動(dòng)機(jī)車主電路比較比較變速箱異步電機(jī)逆變器整流器牽引變壓器1085kW25000V變速箱直流電機(jī)整流器牽引變壓器25000V濾波電抗器勵(lì)磁繞組交直傳動(dòng)機(jī)車主電路交直傳動(dòng)機(jī)車主電路交流傳動(dòng)機(jī)

6、車主電路交流傳動(dòng)機(jī)車主電路三、交流傳動(dòng)機(jī)車的技術(shù)分類交流傳動(dòng)機(jī)車的技術(shù)分類核心層技術(shù)核心層技術(shù)輔助層技術(shù)輔助層技術(shù)相關(guān)層技術(shù)相關(guān)層技術(shù)牽引變頻器技術(shù)、交流驅(qū)動(dòng)電機(jī)技術(shù)、牽引變壓器技術(shù)、變頻控制及其網(wǎng)絡(luò)技術(shù)三、交流傳動(dòng)機(jī)車的技術(shù)分類交流傳動(dòng)機(jī)車的技術(shù)分類核心層技術(shù)核心層技術(shù)輔助層技術(shù)輔助層技術(shù)相關(guān)層技術(shù)相關(guān)層技術(shù)牽引變頻器技術(shù)、交流驅(qū)動(dòng)電機(jī)技術(shù)、牽引變壓器技術(shù)、變頻控制及其網(wǎng)絡(luò)技術(shù)冷卻與通風(fēng)技術(shù)、輔助變流器技術(shù)控制電源技術(shù)、保護(hù)技術(shù)、電磁兼容與布線技術(shù)三、交流傳動(dòng)機(jī)車的技術(shù)分類交流傳動(dòng)機(jī)車的技術(shù)分類核心層技術(shù)核心層技術(shù)輔助層技術(shù)輔助層技術(shù)相關(guān)層技術(shù)相關(guān)層技術(shù)牽引變頻器技術(shù)、交流驅(qū)動(dòng)電機(jī)技術(shù)、牽引

7、變壓器技術(shù)、變頻控制及其網(wǎng)絡(luò)技術(shù)冷卻與通風(fēng)技術(shù)、輔助變流器技術(shù)控制電源技術(shù)、保護(hù)技術(shù)、電磁兼容與布線技術(shù)司機(jī)臺(tái)操縱技術(shù)、車體輕量化技術(shù)轉(zhuǎn)向架技術(shù)、空氣制動(dòng)技術(shù)高壓測(cè)檢測(cè)技術(shù)本講課要解決的問題1 變頻調(diào)速異步電機(jī)變頻調(diào)速異步電機(jī)如何控制能滿足機(jī)車如何控制能滿足機(jī)車牽引的要求？牽引的要求？2 2 牽引逆變器如何控牽引逆變器如何控制能滿足牽引電機(jī)對(duì)制能滿足牽引電機(jī)對(duì)機(jī)車牽引的要求？機(jī)車牽引的要求？機(jī)車牽引特性有哪些要求？機(jī)車牽引特性有哪些要求？ 四、機(jī)車牽引特性四、機(jī)車牽引特性機(jī)車牽引特性要求：機(jī)車牽引特性要求：1、能產(chǎn)生足夠大的牽引力2、能方便廣泛調(diào)節(jié)速度3、有較高的過載能力4、充分發(fā)揮機(jī)車功率5

8、、先進(jìn)的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)交流電機(jī)（異步）的矩速特性交流電機(jī)（異步）的矩速特性 221cos)1 (60ICMspfnmM關(guān)鍵問題：?1 1、異步電機(jī)變頻調(diào)速特性分析、異步電機(jī)變頻調(diào)速特性分析（1） 變頻調(diào)速時(shí)異步電機(jī)參數(shù)變化為： constrrfXfXfXm,2111211、（2）用 表示的力矩公式MslffU、112212211122211221122211)(/2rfxrfxxxxrffrrxffUpmMslmslmsl0sldfdM22212221122112121)()(xrxxxxrrffmm222122211222112111211)()(22xrxxxxxrrffUpmMmmm222

9、211122211221221211)(1/2xrrxxxxrrrxffUpmMmmq恒壓頻比時(shí)最大轉(zhuǎn)矩和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩與頻率的關(guān)系曲線（3 3） 用用 表示的力矩公式表示的力矩公式slffE、1122222211)2(2LfrrffEpmMslsl222Lrfm2211412LfEpmMm)/()/(2slmmslmffffMM結(jié)論：當(dāng) constfconstMffMslmaxmax)(constMconstfsl,constfE113 3、機(jī)車牽引中異步電機(jī)的運(yùn)行特性、機(jī)車牽引中異步電機(jī)的運(yùn)行特性（1 1） 恒力矩起動(dòng)恒力矩起動(dòng) 采用恒壓頻比控制采用恒壓頻比控制 低頻時(shí)適當(dāng)提高電壓，抵消低頻時(shí)適

10、當(dāng)提高電壓，抵消定子繞組內(nèi)阻的影響。定子繞組內(nèi)阻的影響。 采用恒磁通控制采用恒磁通控制電機(jī)各參數(shù)與頻率的關(guān)系：電機(jī)各參數(shù)與頻率的關(guān)系：constIconstMconstfconstMfEUfUsl1max11111)()(低頻2211cos2IEfmpM222222)/(/cosxsrsr2112IEfmpM222212)/(xsrEIfrfErsEIsl21212slffUrmpM211221211ffKUMfsl(2) (2) 恒功率運(yùn)行恒功率運(yùn)行 constsconstU1恒功率1：slffUKP121constfconstfUsl121恒功率2：第一種恒功率的特點(diǎn)：最小逆變器，最大電機(jī)

11、 constsconstU1恒功率1：第二種恒功的特點(diǎn)：最大逆變器，最小電機(jī)constsconstfU11恒功率2： MSHACONDCourantMASHACONDCourantPMPCTGV-ATGV-R/2NAVEPBKATGV-CoreEuroStarLoc BB26000EMU Z2NEMU UT450EMU MI2NLoc BB36000EMU SoulPMPCLes convertisseurs dentreLes convertisseurs moteurs4 QHACMASONDTensionONDCourantSynchroneONDCourantAsynchroneOND

12、TensionAsynchroneMSOndCourantPMouPCMASPMPMONDTensionAsynchroneAsynchroneSynchroneSynchroneAsynchronePM: pont mixtePC: pont completHAC: hacheur4 Q: pont 4 quadrantsArlandaTaiwan Push-PullPMCF五、典型交流傳動(dòng)機(jī)車主電路工作五、典型交流傳動(dòng)機(jī)車主電路工作法國法國 TGV TGV 、西班牙西班牙AVEAVE機(jī)車主電路機(jī)車主電路（同步電機(jī)）（同步電機(jī)）勵(lì)磁勵(lì)磁韓國韓國 TGVTGV機(jī)車主電路（同步電機(jī)）機(jī)車主電路（

13、同步電機(jī)）勵(lì)磁勵(lì)磁電流型逆變器電流型逆變器 ( (異步電機(jī)異步電機(jī)) )GTO GTO 電壓型逆變器電壓型逆變器( (歐洲之星歐洲之星 TGV ) TGV )每一個(gè)動(dòng)車一臺(tái)逆變器，同時(shí)為4臺(tái)異步電機(jī)供電典型的地鐵牽引變頻器典型的地鐵牽引變頻器MACMACMACMACMRE_2563_FR BH(O-M)DJ(M)CA2(I)TFPH(O-C)DJ(C)ONDCA2(I)-ONDCA1(I)-ONDM1PT2(15kV DB)PT1(25kV &15kV CFF)TFI-QL(M)SF-FI-50C(IS)FI-50CAP-FI-50H3-FIRHC(IS)PMCF1C(IS)E(C)R

14、(PC)E(C)C(PC)E(C)CVS-AUX sur essieux 1 et 3C(IS)PMCF2Essieu 4Essieu 3Essieu 23 x 1 mFx 3C(PC)FI-50H(O-15)Palpage avecclateurPF(C)R(PC)FI-50PF(M)E-TFPCA(I)DIFFCA(U)ECCA(U)PMCF3 x 1,33 mFCAP-ONDCC-FI-50CA2(I)PMCFSF1-HACHSF2-HACHH-INV-CONTH-INV-15H-15H-CONTCA(I)RHR(DC)CAP-ONDCAP-2FR(DC)CAP-2FOND-RHPMCF

15、C(PC)PMCFR(PC)PMCFOption Filtre 50HzOptions non reprsentes :- ChauffagePT4(1,5kV &3kV SNCB)Nota sur les pantographes pour le fonctionnement sous 3kV :- Sur le dmonstrateur, en configuration 3 pantographes, onutilisera uniquement le pantographe 3 (PT3) avec un archet adaptaux essais ralissH2-FIH1

16、-FISF1-FISF2-FICA1(I)TFPTFI-50R(DC)CAP-FI-507,2 mH7,2 mH2,835 mH2,835 mH10 mH1 mFPT3(3kV FS)CA1(I)PMCF50 ?50 ?50 ?3,7 ?適用于適用于4 4種電壓供電的機(jī)車牽引變頻器種電壓供電的機(jī)車牽引變頻器 (25(25Kv/15kV, = 3kV/1,5kV)Kv/15kV, = 3kV/1,5kV)DJ(C)DJ(M)EcrteurC(ALI)FIR(ALI)FISF1-FISF2-FIH-FI-XXSF-FI-XXCAP-FI-XXX 3=380 VM1AUXPMCFONDC(PC)PMCFR(PC)PMCFCAP-PMCFCAP-ONDRH1CA(I)PMCFCA(U)PMCFCA(U)ONDFTR - 17/08/1998Rev E - Page 2PalpageH(O-M)CA(U)1/2-ONDH(O-C)CA1(I)TFPCA2(I)TFPCA(U)1/3-ONDCA(I)1-ONDCA(I)2-ONDQ1L(M)H-2F C(IS)E(C)SF2-2F-FISF1-2F-FIH4-PMCFC(PC)E(C)R(PC)E(C)CAP