kW電力機車牽引變流器.課件

7200kW電力機車牽引變流器簡介編制：技術(shù)支持部

2009年04月02日1精選課件ppt主要內(nèi)容一、7200kW貨運電力機車簡介二、牽引變流器簡介三、主電路簡介四、控制電路簡介五、冷卻系統(tǒng)簡介2精選課件ppt一、7200kW電力機車簡介7200kW的六軸貨運電力機車以HXD1B大功率八軸9600kW貨運電力機車為技術(shù)基礎(chǔ)；由株洲電力機車廠為主機廠協(xié)同眾多協(xié)作單位研制生產(chǎn)；時代電氣提供其主要部件之：主變流器、網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)及輔助變流器等，全部采用國產(chǎn)化研發(fā)及制造部件。3精選課件ppt7200kW電力機車簡介軌距1435mm尺寸(22670x3100x4040)mm軸式Co-Co軸無配重23t軸加配重后25t牽引功率≥7200kW電制動功率≥7200kW機車最高運營速度120km/h最高試驗速度132±2km/h4精選課件ppt22.5kV到30kV網(wǎng)壓下，功率為7200kW;22.5kV到19kV，功率從7200kW線性減小到6080kW7200kW電力機車簡介30kV到31kV—功率從7200kW線性減小到019kV到17.5kV—功率從6080kW線性減小到0機車功率發(fā)揮曲線圖5精選課件ppt7200kW電力機車簡介23t軸重時≥520kN25t軸重時≥570kN機車最大牽引力：6精選課件ppt7200kW電力機車簡介23t軸重時≥370kN25t軸重時≥400kN速度5km/h-0km/h時，制動力線性下降到零機車最大制動力：7精選課件ppt二、牽引變流器簡介額定輸入電壓： 970V/50Hz額定輸入電流： 3×1390A中間電壓： DC1800V額定輸出電壓： 3AC1375V額定輸出電流： 3×598A最大輸出電流： 3×814A控制電壓： DC110V輔助電源： 三相440V/60Hz外形尺寸：(3100×1060×2000)mm質(zhì)量： 2500kg8精選課件ppt牽引變流器結(jié)構(gòu)正面圖一重四象限整流模塊一重逆變模塊二重四象限整流模塊二重逆變模塊三重四象限整流模塊三重逆變模塊熱交換器DCU控制裝置T1同步變壓器VH1-VH3中間電壓傳感器R1-R3充電電阻KM3-KM1主接觸器K3-K1隔離開關(guān)KM4-KM5充電開關(guān)固定放電電阻9精選課件ppt牽引變流器結(jié)構(gòu)背面圖

斬波電阻（RCH1-3）二次諧振回路電容器（C4-8）

支撐電容（C1-2）風(fēng)機（FAN1-2）10精選課件ppt主電路接口庫用接口電抗器三相輸出單相輸入11精選課件ppt三、主電路圖12精選課件ppt主電路簡介每臺機車包含兩架牽引變流器，每臺牽引變流器向一個轉(zhuǎn)向架的三臺牽引電機供電。變流器主電路采用二電平三重四象限：PWM整流器＋VVVF逆變器模式，每重四象限整流器和一個逆變器組成一組供電單元，為一臺牽引電機供電，軸控控制方式。每個主電路單元有獨立的充電短接回路和固定放電回路。三重四象限互相錯開一定的相位角度，有利于減小對電網(wǎng)的諧波污染，降低直流回路的紋波。13精選課件ppt主電路簡介三個主電路單元的直流回路通過隔離開關(guān)（K1、K2、K3）并在一起，正常工作時隔離開關(guān)閉合，三個單元共用中間直流回路和二次諧振回路。當(dāng)其中任意一個主電路單元故障時，斷開相應(yīng)的隔離開關(guān)和充電短接開關(guān)，將該故障單元切除，其余兩個單元正常工作，機車只損失1/6的動力，從而將故障造成的影響降至最低。變流器具有庫內(nèi)動車功能，通過R、S端子外接DC600V庫內(nèi)電源輸入變流器，經(jīng)二極管整流、逆變后輸出三相VVVF電壓驅(qū)動牽引電機。足以驅(qū)動機車以約5km/h的速度運行。14精選課件ppt主電路簡介—四象限變流電路

四象限變流器采取瞬態(tài)電流控制策略，使得中間直流環(huán)節(jié)的電壓保持恒定，并使變壓器次邊的功率因數(shù)接近于1。1、電路構(gòu)成一個變流柜由三組相同的四象限變流器組成，每組由1個充電電阻、1個充電接觸器、1個短接接觸器、1個輸入電流傳感器及1個四象限變流器構(gòu)成(每個臂由兩個IGBT模塊并聯(lián)組成)。2、工作原理在牽引工況下進行交-直變換，為中間直流電路提供電能；在再生制動工況時，對中間直流電路能量進行直-交變換，將電能回饋給電網(wǎng)。15精選課件ppt主電路簡介—中間直流電路中間直流電路起能量儲存、平衡及濾波的作用1、電路構(gòu)成中間直流電路由中間電壓支撐電容、二次濾波LC諧振電路、中間電壓傳感器、接地保護電路組成2、工作原理二次濾波電路：由二次濾波電抗器和二次濾波電容器組成。諧振頻率為100Hz，用于濾除四象限PWM整流器輸出的二次諧波電流接地保護電路：由跨接在中間電路的兩個串聯(lián)電阻和一個接地檢測電壓傳感器組成。實施接地故障的檢測16精選課件ppt主電路簡介—PWM逆變電路PWM逆變電路采用直接轉(zhuǎn)矩控制策略1、電路構(gòu)成一個變流柜由三組相同的PWM逆變器組成，每組由過壓斬波（直流放電）保護電路、1個PWM逆變器、2個輸出電流傳感器構(gòu)成2、工作原理過壓斬波（直流放電）保護電路：由過壓斬波管及斬波電阻組成。當(dāng)中間直流側(cè)電壓過高時，開通斬波電路，將能量通過電阻以熱能的方式消耗牽引工況下進行直-交變換，把中間直流電路能量轉(zhuǎn)換成三相可變交流電供給牽引電機使用；再生制動工況時把牽引電機的三相電壓經(jīng)整流實現(xiàn)交-直變換為中間直流電路提供電能17精選課件ppt四、控制原理簡介18精選課件ppt變流器控制基本原理DCU的控制可分為兩層功能，上層的控制功能主要由SMC通過對AMS總線的控制來實現(xiàn)，下層由網(wǎng)側(cè)變流器控制器（LCC）、牽引電機側(cè)變流器控制器（MCC）構(gòu)成進行實時控制。DCU控制原理：采用PWM調(diào)制實現(xiàn)四象限脈沖整流器控制，采用直接轉(zhuǎn)矩控制完成對異步牽引電動機的精確轉(zhuǎn)矩控制，實現(xiàn)完全微機化、數(shù)字化的實時控制。DCU具有符合列車通信網(wǎng)絡(luò)（TCN）IEC61375標準的MVB通信接口，對外與車輛總線相連，與中央控制單元等形成控制與通信系統(tǒng)。DCU內(nèi)部則構(gòu)成并行AMS總線。19精選課件ppt傳動控制單元DCU傳動控制單元（DCU），采用時代電氣自主研發(fā)的“異步電動機直接轉(zhuǎn)矩控制”軟件和“交流傳動模塊化設(shè)計”硬件。是在消化吸收HXD1電力機車技術(shù)基礎(chǔ)上加以修改和完善的。DCU的主要功能是完成對機車的牽引/制動特性控制、邏輯控制、故障保護，實現(xiàn)對四象限整流器和牽引逆變器及交流異步牽引電機的實時控制、粘著利用控制，以滿足車輛動力性能、故障運行、救援能力及實現(xiàn)預(yù)期的運行速度等。20精選課件ppt傳動控制單元DCUDCU通過MVB網(wǎng)絡(luò)接收司機指令，將司機指令轉(zhuǎn)化為機車的運行工況。

DCU具有機車級控制和變流器級控制的功能。機車級的控制功能是根據(jù)司機指令完成對機車牽引/制動特性控制和邏輯控制，實現(xiàn)對主電路中接觸器的通斷控制和牽引變流器的啟/?？刂?，計算列車所需的牽引/電制動力等，如下圖所示。21精選課件ppt傳動控制單元的車輛級控制功能框圖22精選課件ppt變流器控制級變流器控制級的核心任務(wù)對整流器的實時控制穩(wěn)定中間電壓對逆變器及交流異步牽引電機的實時控制粘著利用控制同時具備完整的故障保護功能模塊級的故障自診斷功能一定程度的故障自排除功能23精選課件pptDCU插件簡介MCC開關(guān)電源SMC網(wǎng)側(cè)信號電機信號通訊接口數(shù)字入出模擬輸入B脈沖分配模擬輸入ALCC24精選課件ppt控制接口25精選課件pptDCU插件簡介開關(guān)電源為機箱提供+5V、±15V、±24V，為機箱內(nèi)各插件、風(fēng)扇層、電流、電壓傳感器、速度傳感器等提供電源數(shù)字入出

20路110V數(shù)字量輸入，12路數(shù)字量輸出SMC

完成管理AMS總線，車輛邏輯單元的控制；牽引/制動特性控制；故障的記錄及傳遞等功能通信接口為DCU提供MVB通信接口，對內(nèi)通過雙口RAM連接AMS總線，對外連接車輛MVB總線26精選課件pptDCU插件簡介MCC(電機控制)MCC采用直接轉(zhuǎn)矩控制，對電機電流等采用瞬時值控制，通過高速A/D采集控制所需的直流電壓、逆變電流等信號，產(chǎn)生逆變控制PWM信號電機信號電機側(cè)控制的外圍板，對速度信號進行濾波處理、二選一；并具有三重牽引逆變器輸出過流保護、中間直流電壓過壓保護、斬波過流保護、接地保護；同時采集三個逆變器的IGBT元件工作狀態(tài)并把故障信息送給SMC板處理27精選課件pptDCU插件簡介LCC(網(wǎng)側(cè)控制)

硬件與電機控制插件相同，對三重四象限脈沖流整器的實控時制，完成同步信號的鎖相環(huán)處理網(wǎng)側(cè)信號網(wǎng)側(cè)控制的外圍板，對網(wǎng)壓同步信號、輸入電流信號、主電路接地保護信號、中間直流電壓；對原邊電流，同時采集四象限變流器IGBT元件工作狀態(tài)并把故障信息送給SMC板處理28精選課件pptDCU插件簡介模擬輸入A、B

每塊插件有18路模擬量處理通道,對逆變器輸出電流；或斬波支路電流，直流電壓、主回路接地檢測電壓Ud3；變壓器原邊電流、4QS輸入電流；電機溫度、水溫、水壓等信號采集脈沖分配將MCC發(fā)出的PWM信號由5V轉(zhuǎn)換到24V輸出，接收模塊脈沖分配來的元件狀態(tài)、故障保護的24V信號，轉(zhuǎn)換成5V信號，送電機信號插件保護29精選課件ppt保護要求要求能夠?qū)υ呺娏?、四象限輸入電流、原邊接地、中間電壓過壓、中間回路接地、逆變電流過流進行硬件級保護，以確保嚴重故障的保護快速、有效；要求能夠?qū)佑|器故障、模塊過熱、電機超溫、原邊電壓過欠壓、變流器冷卻水溫、變壓器冷卻油溫進行軟件級保護，以保證整體電氣系統(tǒng)工作在穩(wěn)定可靠的環(huán)境中。30精選課件ppt五、冷卻系統(tǒng)組成壓力傳感器溫度傳感器熱交換器模塊冷卻31精選課件ppt牽引變流器水流圖32精選課件ppt冷卻系統(tǒng)簡介主變流器冷卻方式：強迫水循環(huán)冷卻(通過加入添加劑乙二醇以適合–40°C的環(huán)境工作)模