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动车组牵引传动系统设计.doc

动车组牵引传动系统设计

背着宿命的十字架
2019-02-18 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《动车组牵引传动系统设计doc》,可适用于工程科技领域

动车组牵引传动系统设计摘要本文简述了我国动车组牵引传动系统的特点及发展现状阐述了动车传动系统的设计思路并讲解了动车组牵引传动系统分析仿真模型理论知识。论述了动车组牵引传动系统设计中包括传动系统功率的分析牵引功率、黏着牵引力、启动加速度、平均加速度、列车运行最高速度等进行列车牵引特性的设计。通过动车组牵引传动系统的设计过程分析得到了设计过程中的规律讨论了在设计过程中遇到的问题总结了设计时应注意的问题。关键词:牵引传动系统、分析仿真模型牵引功率黏着牵引力启动加速度第一章CRH型动车组的牵引传动系统的简介 CRH型动车组的牵引传动系统的简介CRH型动车组为辆编组的动力分散交流传动电动车组动拖其中相邻的两辆动车为一个基本动力单元每个动力单元具有独立的牵引传动系统如图l所示主要由台主变压器、台牵引变流器和台牵引电机等组成。牵引变压器原边额定电压为单相交流kV/Hz副边为lV/Hz。牵引变流器输入侧为四象限脉冲整流器(QC)个QC并联为一个共同的DC连接供电中间电容区部分存储能量输出平滑的直流电压。输出端为一个PWM逆变器将DC连接电压转换成牵引系统所要求的变压变频i相电源驱动个并联的异步牵引电机。本研究采用DTC系统来控制逆变和电机驱动部分并对整个牵引传动系统进行建模研究。CRH型动车组的牵引传动系统的特点CRH型动车组在不同的速度时刻根据牵引/制动曲线输出所需的牵引力使动车组顺利完成牵引或制动过程。牵引工况时牵引力和速度的数学关系为:再生制动时制动力和速度的数学关系为:我国机车电传动技术的发展与现状交直传动技术的发展年底我国试制出第台干线电力机车即Y型电力机车。Y型电力机车是以前苏联H型干线交直流传动电力机车为样板按照中国铁路规范进行研制的。由于当时大功率电力电子器件尚未成熟可用的整流器件是引燃管。Y型电力机车经铁科院环形铁道运行试验后于年前后共试制了台样车投入宝凤线试运行。但是由于一些重要设备(调压开关、牵引电机等)一直存在技术和质量问题尤其是引燃管整流器难以达到实际运用要求因此Y型电力机车未能投人批量生产。随着我国电力电子工业的发展大功率整流二极管开始进入到工程实用阶段为机车电传动技术的发展提供了必要条件。正是在这样的技术背景下在Y型电力机车基础上我国第代有级调压、交直传动电力机车SSl型电力机车于年试制成功年开始批量生产到年止共生产台使我国机车电传动技术进入到交直传动时期。可控型器件晶闸管的出现使机车电传动技术跨上了一个新台阶。SS型电力机车正是作为我国机车电传动技术由二极管整流有级调压到相控无级调压的第代交直传动客货用电力机车。年底由株洲电力机车厂和株洲电力机车研究所共同研制成功。SS型电力机车主电路采用牵引变压器低压侧调压开关分级与晶闸管级间相控调压相结合的平滑调压调速技术使机车获得良好的调速性能。随着大功率晶闸管性能的提高相控技术成熟应用到机车电传动领域其代表车型为SS型电力机车。SS型机车是年开发的相控无级调压、交直传动轴重载货运电力机车是我国相控机车的“代表作”与后续开发的SS、SS、SS、SS及SS型电力机车一起构成我国晶闸管相控调压、交直传动的系列产品。该型机车由节完全相同的轴电力机车通过内重联环节连接组成每节车为一个完整系统经过实际应用和吸收消化国外K、K、G型等机车的先进技术做过几次重大改进使机车性能和质量得到显著提高成为我国干线货运主型机车。交流传动技术的发展为追踪世界新型“交直交”电力机车新技术更为了满足社会经济发展的要求,推动轨道交通装备技术进步,我国研究、应用交流传动技术,经历了技术探索(理论认识与基础开发)、引进应用(X动车组)、合作研制(“蓝箭”动车组和NJ内燃调车等)、自主开发几个阶段。上世纪年代,我国开始研究交流电传动系统的基础技术年代完成了中等功率交流电传动系统的试验研究年代初研制了Mw大功率变流系统并促进AC原型机车的研制与组装年代中期相继启动高性能交流传动控制技术、大功率GTO牵引变流器工程化、中大功率IGBT牵引变流器、大功率异步牵引电机等一系列核心技术的攻关工程,取得了丰硕成果,并于本世纪初开始装车应用。年月我国自行研制成功kmh“奥星”交流传动电力机车同年月时速kmh的“蓝箭”号在广深线投入使用年又研制成功采用交流传动技术的kmh的“先锋”号及kmh的“中原之星”动力分散型电动车组。从年开始我国分别从日本、德国、法国等国引进先进技术并消化吸收及国产化成为“具有我国自主知识产权”的动车组产品系列CRH系列动车组它们均属于强动力分散系动车组这些均预示着机车性能的深刻变革因而成为今后我国电力机车的发展方向。我国自主研发的交流传动产品还有:国防科技大学磁浮列车、DFBJ型“西部之光”内燃机车、DJJ型“中华之星”高速动车组、DJCJ型内燃机车、“天梭”电力机车、KZA型哈萨克斯坦电力机车、国产化地铁列车、自主知识产权北京地铁客车等,共计多台套。 CRH型动车组的牵引传动系统的现状牵引技术的现状可从以下五个方面来看:()牵引传动制式。牵引传动制式分为直流传动制式和交流传动制式。目前我国干线铁路使用的电力机车仍以直流传动制式为主交流传动机车虽然已经有了运用但在电力牵引动力中所占的比重很小。由于交流传动机车性能的优越性国外的主要机车生产商早已停止了直流传动机车的生产基本上都是采用交流传动方式的牵引技术。我国铁路牵引的交流传动技术应用才刚刚开始技术上远未达到成熟的程度。()动力配置方式。按牵引动力配置方式可以分为动力集中方式和动力分散方式。动力集中方式就是传统的机车牵引方式这是我国目前电力牵引的主要模式也是我国铁路运用比较成熟的牵引模式。动力分散型动车组是日本首创的动力分散方式是城市地铁牵引模式的进化和发展是一种发展迅速的牵引模式。欧洲国家近年来也纷纷采用动力分散型动车组的模式。目前我国也已经有了这种牵引模式的动车组如“中原之星”动车组,“先锋”号动车组以及CRH系列动车组但无论在技术上还是在运用管理上都只是刚刚起步。()运行速度等级。我国已经有了km/h及以下等级、km/h等级、km/h等级、km/h等级以及km/h的电力机车或动力分散型动车组。km/h及其以下等级的机车在技术上已经比较成熟也有了较为成熟的运用和管理经验但对于km/h及其以上等级机车的应用才刚刚开始技术上也还不够成熟。()车载牵引功率。车载功率可以从总功率和单轴功率两个方面来看:我国直流传动机车的车载总功率最大为kW(SS型机车)单轴功率最大为kW(SS型机车)交流传动机车的车载总功率最大为kw(SSJ型机车)单轴功率最大为kW(“中华之星”动车组)。作为单轴kW的交流传动机车来说已经达到了较高的水平只是在技术上还不够成熟。()牵引控制系统。我国铁路机车已经普遍采用微机作为牵引控制系统但在直流传动机车上仍有相当数量的模拟电子控制系统。动车组上已经开始使用列车和车厢的通信网络实现控制和信息交换初步形成了分布式控制的雏形。但目前还没有我们自己的、成熟可靠的微机控制系统产品控制网络的应用尚待完善。以上诸方面的关系是相互交叉和相容的。根据上述分析可以说我国铁路在牵引的技术方面已经基本达到或接近国际先进水平只是在技术的成熟度和产品的可靠性方面需要进一步提高。总的来说目前在牵引系统方面“中华之星”和“先锋”号动车组的技术含量相当高已经试验运行了多万km有很多经验可以借鉴而作为中国铁路第六次大提速上线运行的动车组和谐号动车组的技术可以作为我国牵引动力技术最高水平的代表。第二章CRH动车组牵引传动系统分析仿真模型 CRH动车组牵引传动系统仿真分析根据各部分的工作原理搭建了cRH型动车组牵引传动系统的Manabimulink仿真模型主电路如图所示。变压器由kV变到两个V接两个QC进行整流经中间直流环节和逆变器输出三相电压驱动电机运转。()仿真结果及分析本研究对采用DTC控制方式的CRH型动车组牵引传动系统进行仿真得到了在不同运行工况下机车的电压、电流等波形并对得到的波形进行了分析。本研究采用的CRH型动车组牵引电机的具体参数如表l所示。()仿真的速度和转矩跟踪响应给定速度由km/h一km/h~km/h变化模拟动车组的牵引一再生制动工况。速度和转矩跟踪曲线如图和图所示。从图中可以看出在DTC控制方式下系统表现了良好的速度和转矩跟踪响应其中在转矩跟踪方面因为D代通过二点式调节器(band如and控制)产生PwM信号在加快了力矩响应的同时也必然增加了转矩的脉动。()电机定子电流系统仿真的牵引电机定子电流波形如图所示由图可以看出机车在DTc系统控制下运行在不同工况时牵引电机电流没有出现大的波动运行正常。各种典型工况时的谐波分析牵引工况和再生制动工况时变压器一次侧电流的谐波频谱图如图、图所示。从牵引和制动这两种典型工况的谐波分析中可以看出在DTC系统下CRH型动车组运行时电流畸变率较小奇次谐波百分比比较大符合实际情况。变压器二次侧电压、电流相位差分析牵引工况时变压器二次侧电压、电流波形如图所示从图中可以看到两者相位差基本为。保持同相表明机车在吸收功率运行在牵引工况下。再生制动工况时变压器二次侧电压、电流波形如图所示可以看到两者相位差基本为。保持反相机车运行在制动工况下将能量反馈给电网实现能量再生。功率因数分析s仿真时间内的功率因数曲线如图所示在DTC系统控制下牵引传动系统的功率因数在牵引工况时基本接近l在再生制动工况时接近一且曲线变化平滑系统性能良好。网压波动时动车组恒速仿真在仿真时间为s时变压器一次侧电压由kV变到kv变压器二次侧电压、电流波形如图所示。模拟动车组在网压波动下的速度变化曲线如图所示由图可以看到在网压波动时DTC系统控制下的CRH型动车组速度能恒定在kln/h没有出现大的速度波动。第三章 牵引传动系统的设计牵引传动系统的设计牵引传动系统的设计思路对于高速列车的牵引传动系统的设计首先对列车牵引功率进行设计其次根据牵引功率、黏着牵引力、启动加速度、平均加速度、列车运行最高速度等进行列车牵引特性设计最后根据列车的动拖比计算牵引电动机的容量、牵引变流器的容量及牵引变压器的容量。 列车牵引功率设计列车牵引功率设计列车牵引功率主要与列车最高运行速度、列车质量、最高速度时的列车运行阻力和剩余加速度有关其运算公式如式所示Pk= 式中列车牵引功率()列车质量()

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