電力牽引與傳動控制課程設計報告

1、<p><b>　　姓名：xxxxx</b></p><p><b>　　學號：xxxxxx</b></p><p><b>　　班級：xxxxxx</b></p><p>　　電力牽引與傳動控制課程設計</p><p>　　摘要：本文介紹了CRH2和諧號動車組的主要

2、電氣參數，分析并討論了CRH2和諧號動車組主電路原理圖及其保護電路的設計原理、控制策略，并對主電路器件進行了簡單的計算選型。</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>　　設計任務、指標內容及要求……………………………

4、………3</p><p>　　CRH2型動車組主要技術參數…………………………………4</p><p>　　CRH2型動車組簡介……………………………………………4</p><p>　　CRH2系列主要參數（節(jié)選）…………………………………4</p><p>　　主電路原理圖分析及設計………………………………………6</p&

5、gt;<p>　　電網電壓制式…………………………………………………6</p><p>　　牽引傳動系統主要參數…………………………………………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、路保護電路設計……………………………………………9</p><p>　　一、設計任務、指標內容及要求</p><p>　　自行選取一種既有電力機車（如SS4、SS9）或電動車組（如CRH2系列），根據其主要指標和主電路原理圖，設計主變流器；</p><p>　　器件可以選取SCR或IGBT，對所選器件進行計算驗證；</p><p>　　當所

7、選取的器件不能滿足設計要求時，器件串并聯應該進行均壓均流設計；</p><p>　　完成器件阻容保護電路設計；</p><p>　　對整個系統進行過流、過壓、欠壓等保護電路設計；</p><p>　　對設計電路進行仿真。</p><p>　　二、CRH2型動車組主要技術參數</p><p>　　CRH2型動車組簡介&l

8、t;/p><p>　　CRH2型是以日本新干線的E2系1000番臺為基礎，也是繼臺灣高鐵的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進行技術轉移。其后中方改向與四方有合作的川崎招手，當時川崎的銷售業(yè)績并未如預期理想，便出售3組E2-1000系及其車輛技術予中國，以改善業(yè)績。川崎向中國出售新干線技術最初仍被東日本旅

9、客鐵道（JR東日本）、日車及日立反對，后經一輪談判，川崎在得到眾日本公司不反對亦不贊成的情況下，出售E2-1000系車輛及技術予中國。</p><p>　　中國以引進國外先進技術并吸收的方式，南車青島四方機車車輛股份有限公司由在國內生產實現國產化，并以此為基礎實現自主創(chuàng)新。</p><p>　　CRH2系列主要參數（節(jié)選）</p><p>　　三、主電路原理圖分析及

10、設計</p><p>　　借鑒西南交通大學關于CRH2動車組的課件資料，牽引傳動系統主要技術參數如下：</p><p><b>　　電網電壓制式：</b></p><p>　　AC 25kv/50Hz，最高電壓：31kv，最低電壓：17.5kv</p><p>　　網壓在22.5~29kv范圍內發(fā)揮額定功率；</p

11、><p>　　網壓在22.5~19kv范圍內牽引功率線性下降至額定功率的84%；</p><p>　　網壓在19~17.5kv范圍內功率線性下降至零，輔助設備正常工作；</p><p>　　網壓在29~31范圍內各設備正常工作。</p><p>　　牽引傳動系統主要參數：</p><p>　　牽引變壓器：一次側繞組，額定容

12、量3060kva，額定電壓25kv、電流122A、頻率50Hz；牽引繞組2個，1500v，2x1285kva；輔助繞組1個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、頻率可調三相電源，電壓：0~2300v，頻率0~220Hz；</p><p>　　牽引電機：額定功率：300kw，額定電壓2000v，額定電流106A。<

13、/p><p>　　CRH2牽引變流器由三點式脈沖整流器、中間直流電路、三點式逆變器、真空交流接觸器等主電路設備以及無接觸點控制裝置、控制電源等控制設備組成。每輛動車設置一臺牽引變流器，每個牽引變流器驅動四臺并聯異步牽引電機。</p><p><b>　　主電路簡圖如下：</b></p><p>　　主電路分析與器件選型</p><

14、;p>　　CRH2型動車組采用的是CI11型牽引變流器，一個基本動力單元2個，全列共計4個。采用車下吊掛、液體沸騰冷卻方式。主電路結構為電壓型三電平式，由脈沖整流器、中間直流電路、逆變器構成，不設2次簡寫濾波裝置和網側諧波濾波器，采用PWM方式控制。中間直流電壓為2600~3000v（隨牽引電機輸出功率進行調整）。牽引變流器主電路采用兩主管串聯與中點帶嵌位二極管的方案，功率開關器件采用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，可以實現變流器單位功率因數運行，能量雙向傳遞。牽引時作為整流器，再生制動時作為逆變器，保證中間直流環(huán)節(jié)的電壓穩(wěn)定，交流電網側功率因素接近1，并消除諧波，使電網電流金陵接近正弦，最大程度地提高負載發(fā)生變化時，能夠維持中間直流電壓的穩(wěn)定，為電機側逆變器提供良好的工作條件

16、。而且，脈沖整流器可以實現牽引與再生工況間快速平滑轉換。</p><p>　　中間電路主要由均壓電阻、支撐電容和過壓保護電路構成，目的是為了獲得直流恒壓。DCP1,2為直流電壓互感器，對直流電壓進行檢測，當檢測到支撐電容過電壓，晶閘管導通，支撐電容放電；支撐電容與左下方的預充電電路相連，啟動時通過內置充電電阻的充電變壓器從輔助電路進行初期充電，以防止交流接觸器接通時產生過大的沖擊電流。</p>&l

17、t;p>　　脈沖整流器技術參數：</p><p>　　逆變器部分采用三電平拓撲結構，與二電平逆變器相比，端電壓波形包含較少的諧波分量。在一個周期內，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)間轉換時引起的電壓和電流波動，從而有利于降低損耗，提高電動機和系統效率，減少轉矩脈動。</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>　　逆變器技術參數：</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式PWM變流器、交流接觸器K組成。采用無觸點控制裝置，從而實現了輸出直流電壓2600V～3

19、000V電壓控制、牽引變壓器原邊單位功率因數的控制以及無接點控制裝置保護。再生制動時接收支撐電容器輸出的直流3000V電壓，向牽引變壓器供應AC1500V、50Hz。</p><p>　　逆變器控制策略：逆變側采用了VVVF的控制方式，整流器輸入給支撐電容器的直流電壓，依據無接點控制裝置控制信號，輸出變頻變壓的三相交流電對4臺并聯的電機進行速度、力矩控制。再生制動時牽引電機發(fā)出三相交流電，經整流后向支撐電容器輸出

20、直流電壓。牽引電機控制采用矢量控制方式，獨立控制力矩電流和勵磁電流，以使力矩控制高精度化、反應高速化，提高電流控制性能。</p><p>　　四、主電路保護電路設計</p><p>　　中間電路主要由均壓電阻、支撐電容器和過電壓保護電路構成，目的是獲得直流恒壓。支撐電容器5個并聯，分別狀語各個功率模塊內，兩臺脈沖整流器模塊各裝一個，三臺逆變器模塊也各裝一個，合計容量為8000uF。<

21、/p><p>　　中間直流電路支撐電容器與預備充電電路相連，啟動時通過內置充電電阻的充電變壓器從輔助電路進行初期充電，以防止接觸器接通時產生過大的沖擊電路，其電路圖如下所示：</p><p>　　此外，在中間直流電路上設置由電阻和半導體開關構成的過壓保護電路。為防止牽引變流器一次側電源投入產生過大沖擊電流，在接觸器投入前對支撐電容器進行充電。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，檢測牽引變壓器側次測接地電流。</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）、柵極驅動基板、直流電壓檢測器（DCPT1，2）等構成。當檢測到支撐電容器的過電壓時，且控制電源為Off時，可控硅為On，讓支撐電容器具有放電功能。</p>