【文章內(nèi)容簡介】 引負荷波動十分劇烈。(4)三相不平衡嚴重。高速動車組是大功率單相負荷，當三相電力系統(tǒng)向它供電的時，單相負荷與三相電源之間的電氣結(jié)構(gòu)差異，將使他在牽引變壓器的系統(tǒng)測產(chǎn)生幅值交大的負序電流。負序電流對同步發(fā)電機、感應(yīng)電動機、電力變壓器、輸電線路等都會產(chǎn)生影響。 高速列車牽引變流器為了實現(xiàn)其電能變換的功能，同時與現(xiàn)有交流接觸網(wǎng)和電機調(diào)速變壓變頻的要求相適應(yīng)，其主電路基本都采用交一直一交變流模式。然而由于實際運行情況的具體要求不同，這種交一直一交電路又演變出了多種不同的電路結(jié)構(gòu)和控制方式。各國列車主變電路究竟采用哪種結(jié)構(gòu)，需要根據(jù)具體的要求靈活選配。 國外高速動車組牽引變流主電路結(jié)構(gòu)特點 日木的動車主要采用單弓受流的方式，每臺逆變器控制4臺電機。牽引電機都采用三相交流異步電機。所不同的是，依據(jù)牽引功率的大小、變流元件的耐壓程度以及對電網(wǎng)側(cè)和直流側(cè)諧波抑制的要求，300系和E2系都采用二重化四象限整流器，而500系和700系則是每臺四象限整流器獨立為一臺逆變器供電。各型號動車組主電路特點:300系主電路特點:(1)使用大功率GTO元件，各橋臂元件構(gòu)成一串一并，簡化了電路。(2)整流電路和逆變電路由相同模塊構(gòu)成，部件統(tǒng)一，可互換。(3)吸收電路采用較為成熟的RCD方式。(4)中間直流回路電壓1900V，為使GTO斷能力穩(wěn)定，一部分電容作為相電容分散布置在GTO橋臂旁。(5)主變壓器與整流電路間設(shè)有交流接觸器和充電電阻。(6)門極電路采用光纖傳輸方式，提高抗干擾性。700系列車主電路則用IPM(智能功率模塊，把功率開關(guān)器件、驅(qū)動電路和故障檢測電路集成在一起，一般使用IGBT作為功率開關(guān)元件)代替了GTO，變流頻率從300系的420Hz升至1500Hz。同時主變流裝置采用了三點式電路，使輸入輸出波形與GTO相比更接近正弦波，從而抑制了高次諧波，降低了主變壓器的噪聲。電機控制采用1臺逆變器控制4臺電機的方式，適用于小功率多動軸動力分散系統(tǒng)。與700系相同，E2系的變流裝置也由IPM模塊代替了GTO。變流器中間回路直流電壓為2600V。 法國AGV系列列車采用了二點式電路結(jié)構(gòu)，利用了其結(jié)構(gòu)簡單，使用元器件少，變流器重量較輕等優(yōu)點。由于AGV需要運行在AC25kV/15kV和DC3kV多流制狀態(tài)下，因而AGV采用兩臺受電弓分別適合于交流和直流接觸網(wǎng)。此外，AGV系列還同時使用了一重、二重四象限整流器，采用軸控的方式驅(qū)動牽引電機，這樣不僅可以實現(xiàn)對每根車軸輸出轉(zhuǎn)矩的單獨控制，有利于消除由于車輪摩擦引起的轉(zhuǎn)矩不平衡現(xiàn)象，而且可以增大每根車軸的輸出功率，提高單軸輸出的牽引力。 德國現(xiàn)代高速列車一開始就采用交流異步牽引電動機驅(qū)動，一直堅持動力集中配置模式，變流元件經(jīng)歷了快速晶閘管、GTO、和IGBT三個階段，相應(yīng)的動車組也相繼發(fā)展了三代。為適應(yīng)歐洲高速鐵路網(wǎng)的發(fā)展，從ICE3開始，采用動力分散形式的高速列車。ICE3分為單流制和多流制兩種:單流制適用于15kV 16 2/3Hz。多流制適用于AC15kV, 16 (2/3)Hz, AC20kV50Hz和DC 3kV/。由于涉及到運行在不同區(qū)段的工況轉(zhuǎn)換，其電路結(jié)構(gòu)因而較為復(fù)雜。為了滿足多電流制方案，牽引變流器在直流電網(wǎng)上運行時，四象限控制器重新編組，作為升壓斬波器或降壓斬波器使用。而脈沖逆變器工作任務(wù)不變。每一輛變流器車輛中，四象限電路的網(wǎng)側(cè)變流器分為2組，共用1個電機側(cè)的脈沖逆變器進行工作，它向車輛的4臺牽引電動機供電。即列車上總共產(chǎn)生4組獨立的驅(qū)動單元。ICE3采用鼠籠式異步電機，中間直流電壓2600V。ICE3系列主電路采用GTO元件和VVVF控制方式，動力車在保持中間直流電壓為2600V前提下，通過增加逆變器的啟動開關(guān)頻率至300Hz，改進牽引電機的設(shè)計，取消了電機前級電抗器。主變流器的冷卻方式采用先進的水冷卻模塊。其冷卻效果好，且水的處理簡單，較經(jīng)濟，是變流器冷卻方式的發(fā)展方向。 我國高速動車組牽引變流主電路結(jié)構(gòu)特點CRH1在正常運行情況下單弓受流。采用二重四象限整流器減小IGBT承受的最大電壓并減少引入電網(wǎng)的諧波。CRH1采用常用的兩電平整流逆變電路，并采用架控方式控制三相異步交流電機提供驅(qū)動轉(zhuǎn)矩。接觸網(wǎng)電壓25k V，工頻50Hz。變流元件采用IGBT，直流側(cè)電壓穩(wěn)定在1650V。 CRH2主變壓器二次側(cè)AC1500V, 50Hz。脈沖整流器采用單相3點式PWM變頻器結(jié)構(gòu)，開關(guān)元件為IGBT。輸出直流電壓2600V3000V。再生制動時，脈沖整流器接收濾波電容器輸出的直流3000V電壓，將電能回饋給電網(wǎng)。感應(yīng)電機采用矢量控制方式，獨立控制電機轉(zhuǎn)矩電流和勵磁電流，提高了系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)性能，調(diào)速范圍廣。 CRH3牽引傳動系統(tǒng)由兩個相對獨立的基本動力單元組成，1個動力單元主要由1臺主變壓器、2臺牽引變流器和8臺牽引電動機組成。變壓器額定電壓為單相AC25Kv/Hz。牽引變流器輸入側(cè)的斬波器為四象限斬波器(4QC)。兩個4QC并聯(lián)為一個共同的Dc連接供電，并且產(chǎn)生脈沖Dc電壓。Dc連接中有連接電容，連接電容儲存能量，并且平滑4QC的脈沖輸出電壓。在DC連接輸出端有一個PWM逆變器，它把DC連接電壓轉(zhuǎn)換成牽引系統(tǒng)所要求的變頻和變壓的三相電源給異步牽引電機供電。每個PWM逆變器輸出驅(qū)動4個并聯(lián)的異步牽引電機。作為輸入斬波器的4QC，通過改變功率半導(dǎo)體設(shè)備的調(diào)制率來控制牽引和動力(再生)制動模式下的電流和電壓之間的相位角。當線路電壓達到29 kV時，控制電壓／電流相位角使車輛的功率因數(shù)幾乎為1。 各國主電路結(jié)構(gòu)綜合比較
綜合上述分析，日、法、德、中四國高速列車牽引主變流器電路結(jié)構(gòu)根據(jù)應(yīng)用實際，存在的差異表現(xiàn)如下。 第一，受流方式的不同：日本以單弓受流為主，而歐洲列車則以雙弓或多弓受流為主。造成這一情況的主要原因，在法德等歐洲國家，由于各國鐵路采用多種電流制，甚至在一個國家中也存在不同的供電網(wǎng)，當列車在本國不同電制區(qū)段或在不同國家之間運營時，就不得不研制多流制機車。而解決這一問題的方法就是采用兩臺甚至多臺受電弓，分別適合于不同電壓頻率的交流接觸網(wǎng)和直流接觸網(wǎng)。相比之下，日本主要采用電壓26kV,頻率60Hz的接觸網(wǎng)供電，單弓受流已能滿足需要。 第二，在動力配置方面：由于日木是島國，降水量多導(dǎo)致地基松軟，因此，日本高速列車全部采用動力分散方式配置，以減輕列車動作用力對地基的壓力，同時減小單軸輸出功率。而在法國、德國等歐洲一些國家，各個國家和地區(qū)根據(jù)自身情況和使用條件來選擇適用類型。例如，考慮到經(jīng)濟性，更多的是在既有線路考慮提速，同時結(jié)合歐洲路基堅固的特點。因此TGV等高速列車采用動力集中的方式。但隨著對列車運行速度的追求，高速列車逐漸采用動力分散的方式。故歐洲采用動力分散的方式更多地是考慮了其相對于動力集中方式的優(yōu)越性。 第三，在轉(zhuǎn)向架控制方面：歐洲列車多采用軸控或者架控的方式，而日本則全部采用一臺逆變器控制4臺牽引電機的方式。前者單軸輸出功率大，單軸轉(zhuǎn)矩控制容易。后者則以小功率、多動軸降低了對輪軌粘著系數(shù)的要求。 CRH3型動車組簡介CRH3,全稱：China Railway High speed 3，動車組為4動4拖8輛編組，采用電力牽引交流傳動方式，由2個牽引單元組成，每個牽引單元按兩動一拖構(gòu)成。動車組具有良好的氣動外形，其載客速度為350KM/H，最高試驗速度為 404KM/H。兩端為司機室，列車正常運行時由前端司機室操縱。兩列動車組可以聯(lián)掛運行，自動解編。 CRH3動車組設(shè)置一等座車一輛、二等座車6輛和一輛帶廚房的二等座車。一等車廂座席采取2＋2布置，二等車車廂座席采取2＋3布置，除帶廚房的二等座車采用固定座椅外，其余車型均采用了可旋轉(zhuǎn)座椅，全車定員557人?！RH3動車組是在德國西門子ICE 3/ VelaroE成功開發(fā)的基礎(chǔ)上，適應(yīng)中國的客運需求進行適應(yīng)性優(yōu)化設(shè)計而來的，它繼承了ICE 3/ VelaroE高速電動車組的高新技術(shù)，并根據(jù)技術(shù)的發(fā)展趨勢進行了改進。CRH3動車組技術(shù)特點 CRH3車體采用大型擠壓中空鋁型材焊接而成，司機室采用彎曲鋁型材梁和板狀鋁型材作蒙皮的焊接結(jié)構(gòu)。車體的強度按EN12663進行設(shè)計。 　　防火安全性按DIN5510和EN45545設(shè)計，火災(zāi)發(fā)生后，可以80km/h的速度運行10分鐘的要求，車體、電氣柜和重要電纜、外端門、重要電纜和系統(tǒng)的防護、材料選擇等都采用特殊的設(shè)計。 　　轉(zhuǎn)向架采用經(jīng)過實踐驗證、性能優(yōu)良的SF500轉(zhuǎn)向架。為適應(yīng)車體的加寬和速度的要求，僅對枕梁、減振器、彈簧參數(shù)、傳動比等進行了適應(yīng)性的改變和優(yōu)化。 　　牽引系統(tǒng)與Velaro E動車組基本相同，牽引功率相同為8800kw,牽引部件分散配置在6輛車上。主變壓器設(shè)計成單制式的變壓器，與Velaro E動車組不同的是它取消了輔助繞組。主變壓器采用強迫導(dǎo)向油循環(huán)風冷方式，當變壓器冷卻系統(tǒng)的風機故障時，車輛的可用牽引力只減少25%。 牽引變流器采用結(jié)構(gòu)緊湊，易于運用和檢修的模塊化結(jié)構(gòu)，相模塊采用的半導(dǎo)體元件是IGBT。 　　輔助供電系統(tǒng)采用列車線供電方式，由分散布置在若干車廂的各電源設(shè)備向干線供電。車輛的車載電源的電力是通過牽引變流器的直流環(huán)節(jié)獲得的。輔助變流器（ACU）把直流電轉(zhuǎn)換為車輛的車載電源系統(tǒng)的三相交流電。 網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)由列車控制微機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)完成信息傳輸功能。列車控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)由兩級傳輸組成：MVB和WTB。列車通信和控制微機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)應(yīng)為車載分布式計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。可由多級網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成。通訊協(xié)議基本上基于標準VIC556和IEC613751：1999。 旅客界面設(shè)計體現(xiàn)了人性化與舒適性的和諧統(tǒng)一。全列車采用可旋轉(zhuǎn)座椅，保證旅客始終可以面向車輛運行方向，座椅靠背可調(diào)節(jié)，提高了車輛的乘座舒適性。設(shè)有殘疾人和嬰兒設(shè)施；采用航空式供餐設(shè)施；功能完備的衛(wèi)生設(shè)施；每輛車設(shè)電開水爐；設(shè)有透明玻璃行李架和大件行李存放區(qū)；設(shè)有影音系統(tǒng)及可折茶桌，充電插座等旅客設(shè)施。采用獨特的降噪設(shè)計，時速350公里運行時車內(nèi)噪聲水平：一等車不大于65dB，二等車不大于68dB。 CRH3型動車技術(shù)參數(shù) 編組形式為，4M4T，可兩列重聯(lián)； 　　動力配置：2(2M+1T)+2T； 　　編組重量：380t； 　　編組長度：； 　　總牽引功率：8800kW； 　　動軸數(shù)：16； 　　單電機功率：550kW； 　　噸均功率：； 　　運營時速：350km/h； 　　試驗速度：≤400km/h； 　　轉(zhuǎn)向架軸重：15t； 　　車輛寬度：； 　　車輛高度：； 　　中間車長度：； 　　頭車長度：； 　　轉(zhuǎn)向架軸距：； 　　轉(zhuǎn)向架中心距：； 　　輔助供電制式：3相440V 80Hz，DC110V； 列車控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)：車載分布式計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) 。 本章小結(jié)（1）現(xiàn)代電力電子技術(shù)的迅猛發(fā)展,新型電力電子器件不斷問世,為交流傳動奠定了堅實的物質(zhì)基礎(chǔ)?？刂评碚?交流傳動系統(tǒng)的重要武器)的逐步完善大大提高了交流傳動系統(tǒng)性能?，F(xiàn)代信息技術(shù)日新月異的發(fā)展,為控制系統(tǒng)技術(shù)的進步提供了保障。交流電機自身無可爭辯的優(yōu)勢,是拓展交流傳動系統(tǒng)的良好基礎(chǔ)。在機車車輛行業(yè),交流傳動的優(yōu)越性得到了充分的體現(xiàn)。（2）交流傳動控制技術(shù)，在動車組關(guān)鍵技術(shù)的消化與吸收中，是一個核心問題，占有非常重要的地位，能否真正掌握其內(nèi)核為我所用，實現(xiàn)技術(shù)創(chuàng)新，將有一段不平坦的道路。第二章交流傳動控制與牽引特性CRH3型動車組采用交直交傳動方式，以交流異步感應(yīng)電動機作為牽引電機的高速動車組適宜采用再生制動方式。制動時，它是將交流電動機做為發(fā)電機使用，從而產(chǎn)生制動力矩，并將其所發(fā)出的電能反饋回電網(wǎng)的一種制動方式。在所有的制動方式中，再生制動是唯一向電網(wǎng)反饋能量的制動方式，同電阻制動相比，減少了龐大而笨重的制動電阻，同時免去了一整套通風冷卻裝置，因此備受青睞。目前國外大多數(shù)動車均采用了該種制動方式，且日益成為交流傳動動車組的首選方式。由于再生制動具有清潔、無磨耗和能量利用率高的優(yōu)點，在常用制動工況，優(yōu)先使用電制動力 交流異步牽引電動機三相交流異步電動機是一種將電能轉(zhuǎn)化為機械能的電力拖動裝置。它主要由定子、轉(zhuǎn)子和它們之間的氣隙構(gòu)成。對定子繞組通往三相交流電源后，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場并切割轉(zhuǎn)子，獲得轉(zhuǎn)矩。三相交流異步電動機具有結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、價格便宜、過載能力強及使用、安裝、維護方便等優(yōu)點,被廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域。按轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的不同，三相異步電機可分為籠式和繞線式兩種。 籠式轉(zhuǎn)子的異步電動機結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、重量輕、價格便宜，得到了廣泛的應(yīng)用，其主要缺點是調(diào)速困難。 繞線式三相異步電機的轉(zhuǎn)子和定子一樣也設(shè)置了三相繞組并通過滑環(huán)、電刷與外部變阻器連接。調(diào)節(jié)變阻器電阻可以改善電動機的起動性能和調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速。三相異步電動機主要由定子和轉(zhuǎn)子構(gòu)成，定子是靜止不動的部分，轉(zhuǎn)子是旋轉(zhuǎn)部分，在定子與轉(zhuǎn)子之間有一定的氣隙。 定子由鐵心、繞組與機座三部分組成。轉(zhuǎn)子由鐵心與繞組組成，轉(zhuǎn)子繞組有鼠籠式和線繞式。鼠籠式轉(zhuǎn)子是在轉(zhuǎn)子鐵心槽里插入銅條，再將全部銅條兩端焊在兩個銅端環(huán)上而組成；線繞式轉(zhuǎn)子繞組與定子繞組一樣，由線圈組成繞組放入轉(zhuǎn)子鐵心槽里。鼠籠式與線繞式兩種電動機雖然結(jié)構(gòu)不一樣，但工作原理是一樣的。當電動機的三相定子繞組（各相差120度電角度），通入三相對稱交流電后，將產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)磁場，該旋轉(zhuǎn)磁場切割轉(zhuǎn)子繞組，從而在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電流（轉(zhuǎn)子繞組是閉合通路），載流的轉(zhuǎn)子導(dǎo)體在定子旋轉(zhuǎn)磁場作用下將產(chǎn)生電磁力，從而在電機轉(zhuǎn)軸上形成電磁轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動電動機旋轉(zhuǎn)，并且電機旋轉(zhuǎn)方向與旋轉(zhuǎn)磁場方向相同。異步電動機的等效電路由歸算后的異步電動機的基本方程（基本方程是由電壓、電勢、電流、或磁勢平衡方程式組成的方程）得到，等效電路是交流異步電動機分析計算的基本數(shù)學(xué)模型，真實地反映了電動機運行中的各種電磁過程與電磁現(xiàn)象，是電動機的模擬電路。等效電路可以有幾種形式，一種為“T”形，一種為“?！毙?。 “T”形等效電路如圖、——定子每相電阻和折合到定子側(cè)的轉(zhuǎn)子每相電阻；、 ——定子每相漏感和折合到定子側(cè)的轉(zhuǎn)子每相漏感；——定子每相繞組產(chǎn)生氣隙