電氣高級技師論文電氣焊技師論文：基于變流技術的焊軌車電氣系統(tǒng)

1、電氣高級技師論文電氣焊技師論文： 基于變流技術的焊軌車電氣系統(tǒng)摘要：分析了目前國內(nèi)幾種焊軌車電氣系統(tǒng)，指出了系統(tǒng)中存在的主要問題。為解決這些問題，提出了一種基于變流技術的焊軌車電氣系統(tǒng)，給出了電氣系統(tǒng)主電路圖。通過理論分析和試驗數(shù)據(jù)，闡述了該電氣系統(tǒng)的主要優(yōu)缺點。關鍵詞：變流技術；焊軌車；電氣系統(tǒng)；主電路 0引言2 1世紀軌道交通發(fā)展方向是客運高速化，貨運重載、快速化。無縫線路具有綜合彈性好、平順、輪軌噪聲低、壽命長等優(yōu)點，是各國高速鐵路、地鐵、輕軌采用的主要軌道結(jié)構(gòu)1。在我國，無縫線路鋪設時，先將25100 m的短鋼軌在焊軌基地焊接成250500 m的長軌條，然后再將長軌條運到線路上鋪設，對

2、其進行現(xiàn)場焊接，連成幾千米甚至幾十千米的跨區(qū)間超長無縫線路。目前鐵路鋼軌焊接主要有接觸閃光焊、氣壓焊、鋁熱焊3種方法。閃光接觸焊以其技術先進、焊接質(zhì)量高、作業(yè)效率高等優(yōu)點，在高速鐵路、城軌、地鐵等無縫線路建設工程中使用越來越廣泛，而其中采用閃光接觸焊接工藝的焊軌車因作業(yè)具有機動靈活等特點，在軌道現(xiàn)場焊接作業(yè)中扮演越來越重要的角色。1國內(nèi)焊軌車電氣系統(tǒng)焊軌車按是否自帶動力走行功能，可分為自行式和非自行式焊軌車。非自行式焊軌車的系統(tǒng)框圖如圖1所示，其主要缺點之一是，需要配備一臺動力車將其從一個作業(yè)現(xiàn)場牽引到另一個作業(yè)現(xiàn)場，作業(yè)不夠靈活，且有聯(lián)掛過程，影響作業(yè)效率，并且在車輛移動過程中車輛自帶的柴油

3、發(fā)動機閑置。目前國內(nèi)常州市某公司生產(chǎn)這類非自行式焊軌車。自行式焊軌車在國內(nèi)有兩種不同傳動方式，其一是襄樊某公司生產(chǎn)的YHG05型焊軌車，采用交直傳動，其系統(tǒng)框圖如圖2所示；其二是昆明某公司生產(chǎn)的YHG922型焊軌車，采用液力傳動，其系統(tǒng)框圖如圖3所示。 從圖1、圖2和圖3可知，柴油發(fā)電機組輸出三相四線400 V交流電壓，一方面給液壓泵電動機、液壓泵循環(huán)電動機等系統(tǒng)輔助設備供電，同時還要提供兩相電源，給K922型接觸閃光焊機供電。以YHG05型和YHG922型自行式焊軌車為例，其所選柴油機組功率為494 kW，發(fā)電機組容量為800 kVA，K922型接觸閃光焊機負載為236 kVA，系統(tǒng)輔助設備

4、負載總?cè)萘考s為40 kVA，可見為了滿足K922型焊機兩相負載的要求以及焊接質(zhì)量的要求，不得不選擇容量是其負載兩倍的柴油發(fā)電機組，因此柴油發(fā)電機組工作效率非常低。焊軌車進行焊接作業(yè)時，其柴油發(fā)電機組工作在三相負載極不平衡的工況下，這將導致發(fā)電機三相輸出電壓不平衡、額外的發(fā)熱損耗、100 Hz的振動以及較高的奇次諧波2，同時影響柴油發(fā)電機組的使用壽命。2基于變流技術的焊軌車電氣系統(tǒng)2.1系統(tǒng)介紹為解決焊軌車自走行功能以及柴油發(fā)電機組在焊接作業(yè)時三相負載極不平衡等問題，本文提出一種既能使焊軌車快捷自行又能解決柴油發(fā)電機三相負載不平衡問題的方案，即采用基于變流技術的、可實現(xiàn)車輛交流傳動的焊軌車電氣系

5、統(tǒng)，該電氣系統(tǒng)如圖4所示。在柴油發(fā)電機組與交流焊機負載之間增加AC-DC-AC電力變換器，它與YHG05型和YHG922型焊軌車電氣系統(tǒng)的主要區(qū)別還在于AC-DC-AC電力變換器還驅(qū)動交流電動機，實現(xiàn)車輛交流傳動。柴油發(fā)電機組輸出的三相電源給AC-DC-AC電力變換器供電，電力變換器的輸出端負載是交流接觸閃光焊機和交流電動機。由于焊軌車走行工況與作業(yè)工況存在互鎖關系，焊軌車在焊接作業(yè)時，車輛處于停車狀態(tài)，電力變換器只給交流接觸閃光焊機提供兩相恒壓恒頻電源；在車輛移位以及區(qū)間走行時，焊軌車不需進行焊接作業(yè)，電力變換器只需給交流電動機提供三相變壓變頻電源，通過交流電動機及傳動機構(gòu)產(chǎn)生驅(qū)動力，實現(xiàn)焊

6、軌車的走行。該電氣系統(tǒng)有效地利用了柴油發(fā)電機組輸出的三相電源，解決了柴油發(fā)電機組在焊接作業(yè)時三相負載不平衡問題，因此可以選用較低容量等級的柴油發(fā)電機組，提高了其工作效率。變流技術及交直交傳動技術是株洲南車時代電氣股份有限公司的核心技術，已廣泛用于干線電力機車、電動車組、地鐵、無軌電車中。目前鐵路大型養(yǎng)路機械工程車基本使用液壓傳動和液力傳動兩套傳動系統(tǒng)，傳動系統(tǒng)復雜且工作效率較低，而交流傳動系統(tǒng)相比于液壓傳動、液力傳動和交直傳動系統(tǒng)，具有更大的功率等級、更高的輪周效率、更高的運行速度3，以及較顯著的節(jié)能、環(huán)保等社會效益。2.2系統(tǒng)優(yōu)化K922型焊機電氣原理如圖5所示，為了滿足不同類型鋼軌的焊接需

7、求以及鋼軌焊接過程不同工藝階段對輸出電壓的不同要求，焊機內(nèi)部設計有晶閘管調(diào)壓、自耦變壓器升壓以及焊接變壓器隔離降壓電路，輸入電源經(jīng)過晶閘管調(diào)壓電路后會產(chǎn)生具有一定波形寬度的零電壓的交流電壓，零電壓的存在會對鋼軌焊接質(zhì)量產(chǎn)生不利影響4，增加自耦變壓器的漏電感，一定程度上可減小或消除零電壓的不利影響。在新電氣系統(tǒng)中，AC-DC-AC電力變換器在焊接作業(yè)時具有輸出電壓閉環(huán)調(diào)節(jié)功能，因此可以取消焊機內(nèi)部的晶閘管調(diào)壓電路和自耦變壓器等部件，通過調(diào)節(jié)電力變換器的輸出電壓，滿足焊接過程中不同階段對焊機輸出電壓變化的要求，同時可以消除零電壓對焊接質(zhì)量的不利影響。2.3系統(tǒng)效率分析在新焊軌車的電氣系統(tǒng)中，AC-

8、DC-AC電流變換環(huán)節(jié)的能量傳遞效率為91左右，雖然新電氣系統(tǒng)可以減少晶閘管調(diào)壓及自耦變壓器等變壓環(huán)節(jié)的能量損耗，以及因充分利用發(fā)電機組容量而提高了發(fā)電機組效率，但新電氣系統(tǒng)因增加AC-DC-AC能量變換環(huán)后效率會降低，從而使系統(tǒng)效率降低。3試驗數(shù)據(jù)根據(jù)交流電傳動內(nèi)燃機車的設計經(jīng)驗，運用該電氣系統(tǒng)實現(xiàn)焊軌車的交流傳動功能勿庸置疑，無需驗證。那么使用該電氣系統(tǒng)對鋼軌的焊接質(zhì)量會有什么影響呢？根據(jù)圖4設計的新型焊軌車電氣系統(tǒng)樣機在YHG922型焊軌車平臺上與YHG922型焊軌車上進行了較簡單的鋼軌焊接對比試驗，其中部分試驗數(shù)據(jù)如下：3.1落錘試驗數(shù)據(jù)根據(jù)TB/T 1632-2005標準，對兩組鋼軌

9、接頭進行了落錘試驗，落錘試驗數(shù)據(jù)見表1，試驗數(shù)據(jù)表明，基于變流技術的焊軌車電氣系統(tǒng)有利于提高鋼軌焊接質(zhì)量。3.2鋼軌消耗比較表2列出從K922焊機數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)中提取的鋼軌焊接過程中的鋼軌消耗數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)表明基于變流技術的焊軌車電氣系統(tǒng)所焊接鋼軌接頭的平均鋼軌消耗量只有YHG922型焊軌車所焊接鋼軌接頭的60，主要是由于閃光階段鋼軌消耗明顯減少。4結(jié)語理論分析和鋼軌焊接對比試驗表明，基于變流技術的焊軌車電氣系統(tǒng)由于增加了AC-DC-AC電流變換環(huán)節(jié)，系統(tǒng)效率會有所降低，但它解決了原有焊軌車電氣系統(tǒng)固有的缺點，其主要優(yōu)勢：（1）能實現(xiàn)焊軌車自行功能，實現(xiàn)交流傳動；（2）能有效解決柴油發(fā)電機組在焊接作業(yè)時三相負載不平衡的問題；（3）有利于提高鋼軌焊接質(zhì)量，減少鋼軌消耗；（4）可以將接觸閃光焊機中的晶閘管調(diào)壓電路和自藕變壓器所具有的調(diào)壓功能轉(zhuǎn)嫁到AC-DC-AC電力變換器上，因此可以避免晶閘管調(diào)壓電路產(chǎn)生的零電壓對焊接質(zhì)量的不利影響；綜上所述，基于變流技術的焊軌車電氣系統(tǒng)具有很好的應用前景。參考文獻：1