畢業設計:CRH5牽引變流器原理及故障處理

(3)冷卻方式採用水冷和強迫風冷;

(4)車底安裝,防護等級為ip54;

(5)採用最新的高壓igbt(6500v/600a)技術,中間直流電壓在額定工況下為3600v;

(6)採用矢量控制技術,多種pwm模式最佳化調製。

2.1.2牽引變流器的結構

本裝置由牽引整流逆變單元、輔助逆變單元、門控單元、冷卻單元構成,與車輛底板總成在一起。

(1)2個四象限整流器(4qc)並連,給2個牽引逆變器和1個輔助逆變器供電。

(2)2個三相電壓型兩電平逆變器,分別給一台異步牽引電動機供電。

(3)2個制動斬波器,當列車處於過分相區時,消耗來自負載的能量(制動階段中的動能)。

(4)1個輔助逆變器,給輔助設備提供400v-50hz的交流電壓。

(5)1個牽引控制單元(tcu),控制四象限整流器、制動斬波器、牽引逆變器的igbt開關,以獲得滿足車輛牽引/制動性能要求的控制。

(6)1個輔助控制單元(acu),控制輔助逆變器的igbt開關,以獲得400v-50hz的三相交流電壓。

本裝置分通氣部分和密封部分,把需要散熱的冷卻系統、變壓器、濾波電抗器、電阻器進行絕緣隔離後安裝在通氣部;把有必要進行絕緣防止污損的部分安裝在密封部。

輔助組件1主要包括輔助功率模組、輔助控制單元(acu)、高頻變壓器和接口插座;輔助組件2主要包括斬波電感、濾波器、中壓端子板、隔離開關、用於保護的開關組件;牽引組件1和牽引組件2的結構基本相同,主要由四象限整流模組、逆變模組、支撐電容和水冷迴路接口組成;用戶組件2主要由中間直流濾波電容器、端子板、感測器組件組成;用戶組件1主要由牽引控制單元(tcu)、電壓、電流感測器組件、接地開關、輔助隔離開關、高壓隔離開關組成;冷卻組件主要由水冷散熱器、風扇、風道、水泵和膨脹箱組成;電阻組件主要由放電電阻、輔助濾波器組成,各個組件的構成及位置如圖2-2。

圖2-2牽引變流器各個組件的構成及位置

2.1.3變流器主要技術參數及主電路原理圖

(1)四象限變流器

額定輸入電壓:1770v(ac)額定輸出電壓:3600v(dc)

額定輸出電流:540a元件:igbt(6500v/600a)

(2)中間直流環節

支撐電容:9.01mf中間直流電壓:3200v-3600v

(3)逆變器

額定輸入電壓:3600v額定輸出電壓:2462v

額定輸出電流:161a額定輸出頻率:84hz

元件:igbt(6500v/600a)

(4)外形重量和防護等級

重量:3100kg防護等級:ip54工作環境溫度:-25℃~+40℃

圖2-3牽引變流器的主電路原理圖

2.2crh5牽引變流器整流原理

圖2-4整流器主電路拓撲圖

crh5牽引變流器採用兩電平主電路拓撲結構,如圖2-4所示通過合理設計支撐電容值以取消二次諧波濾波裝置,利用牽引變壓器繞組的等效電感代替整流器交流側連線電感。牽引工況下,脈衝整流器將牽引變壓器二次測輸出的1770v單相交流電變換成直流電,經中間直流電路將3200~3600v的直流電輸出給牽引逆變器,牽引逆變器輸出電壓/頻率可調的三相交流電源(電壓:0~2080v;頻率:0~180hz)驅動牽引電機,牽引電機的轉矩和轉速通過齒輪變速箱和萬向軸傳遞給輪對,驅動列車運行;在制動工況下,進行回饋制動時,通過控制牽引逆變器,使牽引電機處於發電狀態,將發出的三相交流電傳送給處於整流狀態的牽引逆變器,經中間直流迴路穩壓後,被處於逆變工況的脈衝整流器變為單相交流電,該交流電通過真空斷路器、受電弓等高壓設備反饋給接觸網,實現能量再生,當列車處於分相區及速度過低時,便可以啟用能耗制動,此時通過控制斬波器將能量消耗在制動電阻器上。

2.2.1四象限整流器(4qc)的基本工作原理

圖2-5四象限整流器原理圖

四象限整流器的原理如圖2-5所示,它由變壓器次級繞組提供的兩組單相交流電源1770v,經過接線端子10x01a(10x02a)、電流感測器-ta2(-ta1)分別進入四象限變流器模組4qca(4qcb),經過對igbt的pwm脈寬調製,將其轉換為3600vdc。當變流器負載為牽引狀態運行時,脈寬調製的電流相位、頻率與網壓一致,用以提供矢量控制的逆變器電源輸入;當變流器負載為制動狀態運行時,脈寬調製的電流相位與網壓反相、頻率與網壓一致,實現將中間電路的剩餘能量回饋電網,並保持中間電路電壓穩定;由於採用pwm技術,可以實現主變壓器次級繞組電壓與電流的同相位,功率因數接近於1。

2.2.2四象限整流器的基本技術參數

額定輸入電壓(主變壓器次級):2×1770v(ac)

最大非永久電壓(相對額定輸入電壓):+24%

輸入永久電壓變化範圍(相對額定輸入電壓):-24%--+16%

最小瞬間電壓(相對額定輸入電壓):-30%