CRH2型動(dòng)車組牽引變流器知識(shí)概述

CRH2CRH2型動(dòng)車組牽引變流器(以下簡(jiǎn)稱變流器)由單相三電平脈沖整流器、中間直流電路、三電平逆變器、真空溝通接觸器等主電路設(shè)備以及牽引掌握裝置、掌握電源等掌握設(shè)備組成。上述設(shè)備安裝在1個(gè)箱體內(nèi)，為減輕質(zhì)量，箱框承受鋁合金構(gòu)造。每個(gè)動(dòng)車設(shè)置一臺(tái)牽引變流器，每臺(tái)變流器驅(qū)動(dòng)4臺(tái)并聯(lián)牽引電動(dòng)機(jī)。牽引變流器主電路功能框圖參見圖7.23，脈沖整流器和逆變器主電路功率模塊連接圖參見圖7.24。主電路功率開關(guān)通狀態(tài)和輸出相電壓的關(guān)系參照表7.16。牽引變壓器牽引繞組輸出的AC1500V50Hz單相溝通電.通過(guò)三電平PWM脈沖整流器變換為直流電，經(jīng)中間直流回路將DC@@@@600～3000V(再生制動(dòng)時(shí)穩(wěn)定在3000V)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(diào)的三相交流電(電壓為O～2300VO～220Hz)驅(qū)動(dòng)牽引電動(dòng)機(jī)。5脈沖、3脈沖和單脈沖相結(jié)合牽引變壓器不需設(shè)置二次濾波電抗器，使得二者質(zhì)量均得到大幅度降低。牽引變流器外形如圖7.25，構(gòu)造圖如圖7.26.外形尺寸如圖7.277.287.17箱體中心位置配置脈沖整流器功率模塊(2模塊(3(主鼓風(fēng)機(jī))，向功率模塊冷卻器送風(fēng)。箱體內(nèi)部集中設(shè)置真空接觸器、繼電器單元和牽引掌握裝置等，便于集中檢杏。7.17編號(hào)名稱件數(shù)備注1箱框12脈沖整流器功率模塊23逆變器功率模塊34牽引掌握裝置15熱交換器26真空接觸器17充電單元18l含DCPT9門極電源11O繼電器單元111電阻器單元112充電單元113接地電流檢測(cè)(GCT)單元1141含DCPT15門極電源116溝通電壓檢測(cè)器〔ACPT)117繼電器單元118電阻器單元l19空氣過(guò)濾器120檢查面外罩3脈沖整流器工作原理和技術(shù)參數(shù)概述動(dòng)車組的脈沖整流器局部由單相三電平電壓型PWM脈沖整流器和溝通接觸器K構(gòu)成?？蓪?shí)現(xiàn)溝通電網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)接近1；電網(wǎng)電流盡可能接近正弦，消退諧波，最大限度地提高電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)效益，削減電網(wǎng)對(duì)四周環(huán)境的電磁污染；在電網(wǎng)電動(dòng)機(jī)側(cè)逆變器供給良好的工作條件。脈沖整流器還可以實(shí)再生制動(dòng)時(shí)作為逆變器。牽引工況下，以牽引變壓器牽引繞組的輸出電壓(AC1500V50Hz2600～3000V(按速度范圍變化可調(diào))的定電壓掌握以及牽引變壓器原邊電壓、電流單位功率因數(shù)的掌握。此外，還可通過(guò)牽引掌握裝置實(shí)現(xiàn)保護(hù)功能。再生制動(dòng)時(shí)脈沖整流器工作在逆變狀態(tài)，以中間回路支撐電容器輸出電壓DC3000VAC1500V50HzK與傳統(tǒng)兩電平脈沖整流器相比，CRH2型動(dòng)車組脈沖整流器具有以下優(yōu)點(diǎn)：每一個(gè)功率器件所承受的關(guān)斷電壓僅為直流側(cè)電壓1吖立，l在同樣的開關(guān)頻率及掌握方式下，三電平脈沖整流器輸出電壓或電流的諧波大大小于兩電平脈沖整流器，因此THD三電平脈沖整流器輸入側(cè)的電流波形即使在開關(guān)頻率很低時(shí)，也能保證肯定的正弦度。工作原理CRH2PWM7.29LNRN阻，Ta1～Ta4，Tbl～Tb4，為額定值3300V，1200A的IGBT或IPM，Da,D”a，Db，D”b為鉗位二極管。C1和C2為直流側(cè)兩個(gè)支撐電容。該電路的掌握局部承受PWM調(diào)制方式，溝通輸入端的電壓uab是用55個(gè)電平分別為Ud，Ud/2，0，-Ud/2，-Ud,uab中含有和正弦信號(hào)同頻率且幅值成比例的基波重量以及和載波頻率有關(guān)的高次諧波，7.30所示。由L。的濾波作用，高次諧波電壓只會(huì)在溝通側(cè)電流iN7.31在牽引繞組電壓UN肯定的狀況下，IN的幅值和相位僅由Uab的幅值及其與UN的相位差來(lái)打算。轉(zhuǎn)變基波的幅值IN與UNIN與UNO°，該工況下的矢量圖如圖7.32(a)所示，此時(shí)Uab滯后UN；而對(duì)于再生制開工況，IN與UN的相1807.32(b)所示，此時(shí)Uab超前UN，電動(dòng)機(jī)通過(guò)脈沖整流器向接觸網(wǎng)反響能量。這也就說(shuō)明脈沖整流器可以實(shí)現(xiàn)能量正反兩個(gè)方向的流淌，既可運(yùn)行在牽引狀態(tài)，從牽引繞組向直流側(cè)輸送能量，也可以運(yùn)行在再生制動(dòng)狀態(tài)，從直流側(cè)向牽引變壓器輸送能量。對(duì)于單相三電平脈沖整流器的工作原理再作如下說(shuō)明。為了便于分析，定義抱負(fù)開關(guān)函數(shù)SA和SB如下：由式(7.8)和(7.9)可將主電路等效為圖7.33，每組橋臂可以等效為一個(gè)開關(guān)，該開關(guān)具有1O-1三種等效狀態(tài)，兩組橋臂有32=9種開關(guān)組合，則主電路有9種工作模式。開關(guān)狀態(tài)及相應(yīng)的電壓值如表7.18所示。其中Uc1為直流側(cè)支撐電容C1上的電壓，Uc2為直流側(cè)支撐電容C2上的電壓。7.18Ta1Ta2Ta3Ta4Tb1Tb2Tb3Tb4SASBuaouboubabMode1lO011O0l1UclUc10V0110O111O1OUc10Uc1V1110OOO11l-lUcl-Uc2Ucl+Uc2V2011Ol10OOlOUcl-Uc1V20llO01100OO00V201lO00110-1O-Uc2Uc2V50O111l00-ll-Uc2Uc1-Ucl-Uc2V600l1O110-10-Uc2O-Uc2V7000110O1-1-l-1-Uc2 -Uc20V8工作狀態(tài)V0(SA=1，SB＝1)：開關(guān)管Ta1，Ta2，Tb1和Tb2，Ta3，Ta4，Tb3Tb4uao＝UC1，ubo＝UC1和uab=0。假設(shè)網(wǎng)側(cè)電源電壓uN＞0。則網(wǎng)側(cè)C1和C2工作狀態(tài)V1(SA＝1，SB＝0)：開關(guān)管Ta1，Tb2，Tb2和Tb3導(dǎo)通，Ta3，Ta4，Tb1和Tb4關(guān)斷，網(wǎng)側(cè)端Uao＝UC1，ubo=0和uab=UC1。假設(shè)正向電源電壓“uN大于(或小于)直流側(cè)電壓Ud的一半，則網(wǎng)側(cè)電流iN增大(或減小)；網(wǎng)側(cè)電C1C2V2(SA＝1，SB＝-1Ta1，Ta2，Tb3Tb4Ta3Ta4,Tb1和Tb2o1ubo＝-UC2和uab＝UC1＋UC2。正向網(wǎng)側(cè)電流iN減小，正向C1和C2工作狀態(tài)V3(SA＝0，SB＝1)：開關(guān)管Ta2，Ta3,Tb1和Tb2導(dǎo)通，Ta1,Ta4，Tb3和Tb4關(guān)斷，網(wǎng)側(cè)端電壓uao＝O，ubo＝UC1和uab=-UC1。假設(shè)反向的電源電壓uN大于(或小于)直流側(cè)電壓Ud的一半，則網(wǎng)側(cè)電流iN減小(或增大)；反向網(wǎng)側(cè)電流對(duì)電容C1進(jìn)展充電，而電容C2通過(guò)負(fù)載電流放電。工作狀態(tài)V4(SA＝O，SB＝O)：開關(guān)管Ta2，Tb2和Tb3導(dǎo)通，Ta1，Ta4，Tb1和Tb2關(guān)斷，網(wǎng)側(cè)端電壓uao＝O，ubo＝0和uab＝OuN＞O，則正向網(wǎng)側(cè)電流iNC1和C2工作狀態(tài)發(fā)V5(SA＝O，SB＝-1)：開關(guān)管Ta2，Ta3，Tb2和Tb3導(dǎo)通，Ta1，Ta4，Tb1Tb2關(guān)斷，網(wǎng)側(cè)端電壓uao＝0,ubo＝-UC2和Uab＝UC2。假設(shè)正向電源電壓uN大于(或小UdiN側(cè)電流對(duì)電容C2C1通過(guò)負(fù)載電流放電。工作狀態(tài)V6(SA＝-l，SB＝1)：開關(guān)管Ta3，Tb1和Tb2導(dǎo)通，Ta1,Tb2，Tb3和Tb4關(guān)斷，網(wǎng)側(cè)端電壓uao＝-UC2，ubo＝UC1和uab＝-UC1-UC2iNC1和C2工作狀態(tài)V7(SA＝-1，SB＝0)：開關(guān)管Ta3，Ta4,Tb2和Tb3Ta1,Tb1和Tb4uab＝-UC2，ubo＝0和uab＝-UC2。假設(shè)反向的電源電壓uN大于(或小于)直流UdiN電流對(duì)電容C2進(jìn)展充電，而電容C1通過(guò)負(fù)載電流放電。V8(SA＝1，SB=-1Ta3,Tb3和Tb4通，Ta1，Ta2,Tb1和Tb2uao＝-UC2，uao＝-UC2和Uab＝O。假設(shè)網(wǎng)側(cè)電源電壓uN＞0，則正向網(wǎng)側(cè)電流iNC1和C2技術(shù)參數(shù)掌握方式PWM額定參數(shù)1285kV·A(單相溝通1500V，857A，50Hz)輸入 1296kW(直流3000V，432A)輸出 97.5％以上(牽引電動(dòng)機(jī)額定)效率功率因數(shù)97％以上(在額定負(fù)載條件下，除關(guān)心電路和掌握電路外)l250Hz整流器構(gòu)成設(shè)備尺寸 1015mm×550mm×610mm(W×L×H)質(zhì)量 裝備零部件主掌握元件高耐壓IPM/IGBT3300V1200A1S2P4A鉗位二極管高耐壓二極管3300V1200A1S2P2A支撐電容器2125×(1±10％)μF關(guān)心電路一套(包括：緩沖電路，接線盤等)逆變器工作原理和技術(shù)參數(shù)工作原理逆變器局部以支撐電容器電壓為輸人，牽引掌握裝置控制IGBT或IPM的開通或關(guān)斷。牽引時(shí)逆變器輸出電壓和頻率可調(diào)的3相溝通電，掌握4臺(tái)并聯(lián)牽引電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)3向支撐電容側(cè)輸出直流電壓。牽引電動(dòng)機(jī)掌握承受矢量掌握方式，轉(zhuǎn)矩電流和勵(lì)磁電流獨(dú)立掌握，以提高轉(zhuǎn)矩掌握精度、響應(yīng)速度及電流掌握性能。電路構(gòu)成承受與脈沖整流器一樣的三電平構(gòu)造。由于中間直流回路沒(méi)有二次濾波回路，應(yīng)在逆變器的脈寬調(diào)制方式中承受肯定的掌握策略來(lái)抑制脈動(dòng)直流電壓對(duì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的影響。三電平逆變器主電路承受兩主管串聯(lián)與中點(diǎn)帶鉗位二極管的方案，如圖7.34所示。這種主電路方案可使主管耐壓值降低一半。圖7.34中一相橋臂的4個(gè)主管有3種不同的通斷組合，對(duì)應(yīng)著3種不同的輸出電位，見表7.19所示。7.19模式TU1TU2TU3TU4輸出相電壓uUOP通通斷斷ud/20斷通通斷0N斷斷通通Ud/2由表7.19看出，主管TUl和TU3柵極上掌握脈沖是互反的，主管TU2和TU4也是如此。同時(shí)規(guī)定輸出電壓變化只能是由正到零，零到負(fù)或相反的變換，不允許正負(fù)之間直接變換。此外，電壓型逆變器中各主管通斷轉(zhuǎn)換中必需遵循先斷后通的原則，如表中uUO從+Ud/2到零變換時(shí)，先斷TUl后通TU3在根本轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)應(yīng)保持電動(dòng)機(jī)主磁通恒定。依據(jù)電機(jī)學(xué)原理，這需要電動(dòng)機(jī)的基波電壓U1跟隨基頻f1接近正比例變化?？臻g電壓矢量調(diào)制掌握根本思路當(dāng)電動(dòng)機(jī)供以三相對(duì)稱電壓uU，uV與uW時(shí)，依據(jù)空間Ur，可表示為：Ur＝2(uU＋λuV＋λ2uW)/3(7.10)式中λ＝ej2π/3Ur直流電壓且UC1＝UC2時(shí)，其可能的空間電壓矢量組合共33＝27種，如圖7.35所示。其中零矢量(幅值為0)有三個(gè)：ROOO，RPPP與RNNN7.35中所示的RONN矢量與RPOO矢量處于同一點(diǎn)。除去上述8種重復(fù)的矢量，三電平逆變器共有19種獨(dú)立的空間電壓矢量?？臻g電壓矢量合成計(jì)算7.3560°)；再把各相鄰電壓矢量?jī)蓛上噙B，則可將三電平逆變器空間電4含4360°范圍內(nèi)的工作狀況(圖7.36是中間大三角形區(qū)域放大圖的幅值不同，則合成的電壓矢量端點(diǎn)軌跡分別落在圖7.35(對(duì)應(yīng)圖7.36分別在①、②、③區(qū)域，④、⑤、⑥、⑦區(qū)域或②、③、④、⑤區(qū)域)。7.36ONOROOP和零矢量合成。設(shè)ROPO與RNON為Z1，作用的時(shí)間為T1；RPPO與ROOP為Z2，作用時(shí)間為T2；零矢量作用時(shí)間為T3T。依據(jù)空間電壓矢量等效原則，則有由表7.19、式(7.11)及式(7.12)可得到T1，T2，T3分別為式中：U；θ為相電壓合成空間電壓矢量的幅角；Ud是中間直流回路電壓，由上面分析可知，在整個(gè)360°范圍內(nèi)各小正三角形頂點(diǎn)電壓矢量所用時(shí)間均可由式(7.11)和式(7.12)計(jì)算?？臻g電壓矢量施加挨次的選擇原則在選擇空間電壓矢量時(shí)，為了削減逆變器開關(guān)元件的開關(guān)損耗，三電平逆變器僅有一條支路的開關(guān)元件產(chǎn)生通斷動(dòng)作，并且每條支路狀態(tài)只能由P變到O，N變到O，不允許P與N之間直接互變。同時(shí)還要考慮到矢量圖中各小正三角形之間過(guò)渡的平滑性等問(wèn)題。改善中點(diǎn)電位偏移的PWM掌握方式三電平逆變器的中點(diǎn)電位是由兩個(gè)相等且容量較大的支撐電容分壓而得到。在變頻調(diào)速過(guò)程中，尤其在低頻或低轉(zhuǎn)速狀況下，由于支撐電容不行能無(wú)限大，中點(diǎn)電位難以維持零電位而發(fā)生偏移。這將提高對(duì)主管耐壓的要求，影響輸出電壓的對(duì)稱性，不利于整個(gè)系統(tǒng)工作。為此，要實(shí)行措施抑制或掌握中點(diǎn)電位的偏移。抑制中點(diǎn)電位偏離的空間電壓矢量PWM掌握，方法是依據(jù)每個(gè)脈沖周期內(nèi)合成空間電壓矢量幅值相等的原則。由上述可知，三電平逆變器電壓矢量有3個(gè)零矢量ROOO,RPPP，RNNN(或簡(jiǎn)寫為OP，OO，ON)，內(nèi)正六邊形頂點(diǎn)的矢量幅值為外正六邊形頂點(diǎn)矢量幅值的一半，每頂點(diǎn)有兩種可能的組合，如圖7.35RPOPRONO8量，三電平逆變器共有19種獨(dú)立的電壓矢量。然而通過(guò)對(duì)這些冗余的電壓矢量的選擇，可以抑制中點(diǎn)電位的變化。把內(nèi)六邊形頂點(diǎn)的12RPOO，ROPO,ROOP(三者簡(jiǎn)稱為aP，矢量)與RPPO，ROPP，RPOP(三者簡(jiǎn)稱為bP矢量)，這類電壓矢量接通時(shí)，中點(diǎn)的上部電容參與工作。另一類為RONN，RNON，RNNO(三者簡(jiǎn)稱aN矢量)與ROON，RNOO，RONO(稱為bN矢量)，它們接通時(shí)下部電容參與工作。所以這些矢量參與工作時(shí)會(huì)影響中點(diǎn)電位的穩(wěn)定性。為了抑制中點(diǎn)電位偏移，應(yīng)在某個(gè)短的調(diào)制周期內(nèi)成對(duì)選取上述的電壓矢量，使中點(diǎn)的上部電容與下部電容參與工作的時(shí)機(jī)均等(或說(shuō)經(jīng)由中點(diǎn)流出與流人的總電荷量為零)。下面以內(nèi)正六邊形區(qū)域?yàn)槔齺?lái)說(shuō)明電壓矢量平均值PWM掌握方式的工作原理。與一般兩電平逆變器中相類似，零矢量、相鄰60。的兩T1，T2，T3式中θ——60。扇區(qū)中角度變量；T——60°扇區(qū)中每等分的小角度所對(duì)應(yīng)的脈沖周期；m——與合成電壓矢量幅值、中間回路直流電壓及基波頻率f1在三電平逆變器中，相鄰60。的電壓矢量各有兩個(gè)，可選的電壓矢量比兩電平的多一倍，但同樣要留意每次轉(zhuǎn)換時(shí)7.36(或轉(zhuǎn)換)關(guān)系。為抑制中點(diǎn)電位偏移，在承受脈沖周期內(nèi)合成電壓矢量幅值相等的準(zhǔn)則時(shí)，應(yīng)當(dāng)使aP，bP矢量與aN，bN7.36)，可選取如下調(diào)制或轉(zhuǎn)換方式：T成對(duì)地選取內(nèi)六邊形的功能一樣但組合不同的電壓矢量，以抑制中點(diǎn)電位變化且維持其不變。(1)矢量掌握思想If的主磁通φ與電樞電流IFa在空間是相互垂直的，兩者沒(méi)有耦合關(guān)系，互不影響。假設(shè)不考慮磁路飽和的影響，直流電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩可由下式表達(dá)其中If和Ia是掌握量，也可看做是正交或解耦的“矢If維持電機(jī)的磁場(chǎng)磁通，電樞電流Ia和動(dòng)態(tài)兩種狀況下，都能保持轉(zhuǎn)矩的調(diào)整具有高靈敏度，使系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能得到優(yōu)化。與直流電動(dòng)機(jī)相比，異步電動(dòng)機(jī)的狀況要簡(jiǎn)單得多。在異步電動(dòng)機(jī)中定子電流并不和電磁轉(zhuǎn)矩成正比，它既有產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的有功重量，又有產(chǎn)生磁場(chǎng)的勵(lì)磁重量。異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩如式表示它是由氣隙磁通φmIrcosφr互作用產(chǎn)生的。即使當(dāng)氣隙磁場(chǎng)保持恒定時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩也不但和轉(zhuǎn)子電流Jr動(dòng)嘰的轉(zhuǎn)差率。因此，在動(dòng)態(tài)過(guò)程中要快速、準(zhǔn)確地掌握異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩就比較困難。從圖7.37可以看到，轉(zhuǎn)子磁鏈ψr，和轉(zhuǎn)子電流Ir在相位上相互垂直，而且ψr＝ψmcosφr,把這一關(guān)系代入式(7.19)可得電機(jī)的轉(zhuǎn)矩為T＝CTψrIr(7.20)上式在形式上與直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性格外相像，假設(shè)設(shè)法保持轉(zhuǎn)子磁鏈恒定，則掌握轉(zhuǎn)子電流就能掌握電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩。d，q二相坐標(biāo)系上，并將d軸沿轉(zhuǎn)子磁鏈方向定向，則異步電is可以沿dqidfq，其矢量關(guān)系為式中id是用來(lái)產(chǎn)生轉(zhuǎn)子磁鏈ψr的勵(lì)磁電流，fq代表電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩電流。假設(shè)在電動(dòng)機(jī)的調(diào)速過(guò)程中維持定子電流的勵(lì)磁重量id不變，而掌握轉(zhuǎn)矩重量iq，由于兩個(gè)重量相互解耦，所以能使系統(tǒng)具有較好的動(dòng)態(tài)特性。d，q同步坐標(biāo)系，并使勵(lì)磁d軸在轉(zhuǎn)子磁鏈ψ，方向定向，即可實(shí)現(xiàn)磁場(chǎng)電流id和轉(zhuǎn)矩電流fq7.38號(hào)和反響信號(hào)經(jīng)過(guò)類似于直流調(diào)速系統(tǒng)所用的掌握器，產(chǎn)生勵(lì)磁電流的給定信號(hào)i(*,d)和轉(zhuǎn)矩電流的給定信號(hào)i(*,q)，經(jīng)過(guò)d，q坐標(biāo)系到α，β(i(*,a)，i(*,β)的給定值，再經(jīng)過(guò)二相/三相變換，得到三相電流給定值i(*,U)，i(*,Vi(*,W信號(hào)和掌握器直接得到的頻率掌握信號(hào)ws就可以輸出異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速所需的三相變頻電流。變頻器的右iU，iV，iW通過(guò)三相/二相變換，再經(jīng)過(guò)旋轉(zhuǎn)矢量變換VR，得到id和iq變頻掌握器構(gòu)成了變換和反變換的兩極，以便使掌握參量i(*,d)和i(*,qid和iq在設(shè)計(jì)矢量變換掌握系統(tǒng)時(shí)，可以認(rèn)為，掌握器至變頻器之間的逆變換和變頻器至電動(dòng)機(jī)模型之間的正變換可以i(*,d)，i(*,q)到id，iq也可以到達(dá)良好的靜、動(dòng)態(tài)性能。(2)CRH2CRH2現(xiàn)對(duì)逆變器和電動(dòng)機(jī)的掌握。輸入支撐電容器電壓，依據(jù)牽引掌握裝置掌握信號(hào)，輸出變頻變壓的三相溝通電對(duì)4臺(tái)并聯(lián)的電動(dòng)機(jī)進(jìn)展速度、轉(zhuǎn)矩掌握。再生制動(dòng)時(shí)牽引電動(dòng)機(jī)發(fā)出三相溝通電，向支撐電容器輸出直流電壓。牽引電動(dòng)機(jī)控制承受矢量掌握方式，獨(dú)立掌握轉(zhuǎn)矩電流和勵(lì)磁電流，以使轉(zhuǎn)矩掌握高精度化、反響高速化，提高電流掌握性能。掌握框圖如圖7.39所示：掌握局部各單元介紹：7.40)牽引時(shí)按換擋(notch10見圖7.40中所標(biāo)識(shí))及轉(zhuǎn)子頻率設(shè)定轉(zhuǎn)矩指令，制動(dòng)時(shí)按制動(dòng)力指令設(shè)定轉(zhuǎn)矩指令。逆變器閘控開頭時(shí)利用斜坡函數(shù)升到目標(biāo)值，換空擋(notchoff)時(shí)轉(zhuǎn)矩利用斜坡函數(shù)降到目標(biāo)值。(notchup)、1s7.41②恒速掌握單元將輸入恒速指令時(shí)的速度作為設(shè)定速度。為保持此速度，7.42。③轉(zhuǎn)子磁通指令計(jì)算7.43a、bVF轉(zhuǎn)子磁通指令根本為定值，但在單脈沖方式的速度域換空擋時(shí)或再次運(yùn)行時(shí)到達(dá)單脈沖為止，使用的轉(zhuǎn)子磁通指令是利用單脈沖切換頻率和逆變器頻率的比計(jì)算。因此，在此領(lǐng)域上的轉(zhuǎn)子磁通指令取的是利用單脈沖切換頻率與變頻頻率的比計(jì)算的值和轉(zhuǎn)子磁通初期設(shè)定值中的低位值。單脈沖掌握方式使用逆變器輸出頻率、電動(dòng)機(jī)常量及轉(zhuǎn)矩指令，計(jì)算轉(zhuǎn)100％，即在單脈沖領(lǐng)域上也實(shí)現(xiàn)矢量掌握。④電動(dòng)機(jī)定子電流變換將3相電動(dòng)機(jī)定子電流IU，IV，IW變換為矢量掌握系didsqiqs。變換使用相位θ按逆變器輸出頻率積分得到，計(jì)算公式為：⑤矢量掌握計(jì)算通過(guò)矢量掌握，把電機(jī)定子電流1分為相當(dāng)于轉(zhuǎn)矩局部的q軸電流i(*,qs)和相當(dāng)于轉(zhuǎn)子磁通局部的d軸電流i(*,ds)，分別獨(dú)立掌握。其中：Lm——電動(dòng)機(jī)互感；Lr——電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子電感；np——極對(duì)數(shù)。在以逆變器頻率同步旋轉(zhuǎn)的d-q軸旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)下，電流表示如圖7.44。另外、利用d軸、q軸電流指令i(*,ds)、i(*,qs)及電動(dòng)機(jī)常量(RrLr：電機(jī)轉(zhuǎn)子自感)，按式7.24fsl：⑥電壓前饋(FF)計(jì)算依據(jù)d軸、q軸電流指令i(*,ds)，i(*,qs)逆變器頻率ws(7.25)計(jì)算前饋電壓指令值〔*,dsE(*,qs)。其中：Lm——電動(dòng)機(jī)互感；Lr——電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子自感。上述d軸、q軸的前饋電壓矢7.45⑦恒電流掌握為了使dq軸的反響電流(ids,iqs)分別追隨于d軸、q軸的電流指令(i(*,ds),i(*,qs))，將各自的電流偏差輸入PIdq壓(uds,uqs)。⑧調(diào)制系數(shù)計(jì)算用d軸、q軸電壓指令u(*,ds)，u(*.qs)和濾波電容器Udm。⑨電壓相位計(jì)算用dq軸電壓指令u(*,ds)，u(*,qs),按式(7.23)計(jì)算旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下電壓矢量的相位角γ7.46⑩轉(zhuǎn)差頻率補(bǔ)償掌握為使q軸的反響電流(iqs)跟隨q軸電流指令(i(*,qs))，PIfsl，再加上轉(zhuǎn)差頻率指令fsl可得轉(zhuǎn)差頻率f(*,sl1掌握模式切換VVVF的1脈沖掌握方式中實(shí)施轉(zhuǎn)差頻率補(bǔ)償掌握，依據(jù)逆變器頻率切換掌握器。逆變器頻率計(jì)算f(*,sl)、轉(zhuǎn)子電阻補(bǔ)償差頻值dsr、轉(zhuǎn)子頻率fr、無(wú)拍頻率掌握補(bǔ)償項(xiàng)BEATP之和。32θ可依據(jù)逆變器頻率的積分計(jì)算。無(wú)拍頻率掌握為抑制電網(wǎng)頻率與變頻頻率干擾而產(chǎn)生的振動(dòng)，依據(jù)BPF(50Hz60Hz應(yīng)的增益，計(jì)算無(wú)拍頻率掌握項(xiàng)。轉(zhuǎn)子電阻補(bǔ)償在電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)中，轉(zhuǎn)子電阻值隨電動(dòng)機(jī)溫度變化而變化，轉(zhuǎn)子電阻補(bǔ)償具有推想轉(zhuǎn)子電阻值并進(jìn)展補(bǔ)償?shù)墓δ?。即?duì)各個(gè)d軸、q軸電壓指令U(*,ds)、u(*,qs)的大小與d軸、q軸的前饋電壓指令E(*,ds)、E(*,qs)的大小相比較，輸出訪偏Odsr7.47空轉(zhuǎn)恢復(fù)黏著掌握依據(jù)各軸的速度偏差A(yù)vAa，實(shí)時(shí)地計(jì)算適adl，將此值乘以轉(zhuǎn)矩值，從而實(shí)施7.48功率限制在接觸網(wǎng)電壓很低時(shí)，為使?fàn)恳儔浩鞑话l(fā)生牽引繞組側(cè)過(guò)電流，依據(jù)牽引繞組側(cè)電流實(shí)際值進(jìn)展限制。由整流器計(jì)算牽引繞組電流實(shí)際值與限制值的偏差，依據(jù)偏差大小，7.4917PG發(fā)生故障時(shí)的頻率處理當(dāng)檢測(cè)出PG傳感器發(fā)生故7.20狀態(tài)頻率設(shè)定正常時(shí)PGl→fr1狀態(tài)頻率設(shè)定正常時(shí)PGl→fr1PG2→fr2PG1故障PG2→fr1PG2→fr2PG1,PG2故障PG3→fr1PG3→fr2PG1,PG2,PG3故障PG4→fr1PG4→fr1PG3→fr3PG3→fr3PG4→fr4PG3→fr3PG4→fr4PG3→fr3PG4→fr4PG4→fr2PG4→fr3轉(zhuǎn)子頻率計(jì)算 fr＝〔fr1＋fr2＋fr3＋fr4〕注：全部斷路時(shí)。發(fā)生PGPG脈沖狀態(tài)轉(zhuǎn)換頻率計(jì)算處理各脈沖狀態(tài)的轉(zhuǎn)換頻率見表7.2l。狀態(tài)牽引制動(dòng)異步-5P狀態(tài)牽引制動(dòng)異步-5P58Hz58Hz5SP-3P90Hz103.5Hz3P-1P113.5Hz130.5HzUd2600V3000V注：車輪直徑＝820mm。車上試驗(yàn)S/W7.50a.數(shù)據(jù)(數(shù)字→模擬)50ms7.22。b.判定與保持?jǐn)?shù)據(jù)輸入檢測(cè)信號(hào)的狀況下：檢查數(shù)據(jù)，如當(dāng)時(shí)的值在標(biāo)準(zhǔn)值以內(nèi)，輸出當(dāng)時(shí)的值和OK出當(dāng)時(shí)的值和NG信號(hào)。未輸入檢測(cè)信號(hào)的狀況下：輸出NG信號(hào)和當(dāng)時(shí)的值(表上的最大值)。驗(yàn)工程轉(zhuǎn)子過(guò)電流1直流過(guò)電壓驗(yàn)工程轉(zhuǎn)子過(guò)電流1直流過(guò)電壓2電機(jī)過(guò)電流I(U相+)初期值24A2160V增減量最大值2999A3560V區(qū)分率(D/A)3000A/20484000V/2048726A2320A逆變器的技術(shù)參數(shù)逆變器性能參數(shù)掌握方式三相電壓型三電平PWM額定參數(shù)：輸入 1296kW(直流3000V，432A)輸出 1475kV·A(三相溝通2300V，424A，O～220Hz)效率 97.5％以上(牽引電動(dòng)機(jī)額定)97％以上(在額定載荷條件下，除關(guān)心電路和掌握電路外)1250Hz載波相位差設(shè)定單元間載波相位掌握(2)逆變器構(gòu)成設(shè)備尺寸(W×L×H)660mm×550mm×6lOmm質(zhì)量 130kg裝備零部件主掌握元件高耐壓IPM/IGBT3300V1200A1S1P4A鉗位二極管高耐壓二極管3300V1200A1S1P2A支撐電容器1250×(1±10％)μF其他 緩沖電路1套閘控接口電路l套主電路接線盤1套1l密封部位溫度繼電器1個(gè)中間直流電路的特點(diǎn)和技術(shù)參數(shù)中間直流電路如圖7.51容器和過(guò)壓保護(hù)電路構(gòu)成，目的是獲得直流恒壓。支撐電容器5組并聯(lián)，分別組裝于各個(gè)功率模塊內(nèi)，即兩臺(tái)脈沖整流器模塊各裝13臺(tái)逆變器模塊也各裝18000μF。支撐電容器與預(yù)充電電路(圖7.52置充電電阻的充電變壓器從關(guān)心電路進(jìn)展初期充電，以防止KCHK1s)，然后斷開CHK，接通K。中間直流電路設(shè)置由電阻和半導(dǎo)體開關(guān)構(gòu)成的過(guò)電壓(K)投入K開頭充電的時(shí)間是從終端裝置輸入換向器(reverser)K投人為止的流程。①換向器(reverser)投入；②輸出充電接觸器(CHK)投入；③支撐電容器充電；④充電接觸器(CHK)斷開；⑤K局部器件的功能簡(jiǎn)介如下：GCT：檢測(cè)牽引變壓器牽引側(cè)接地電流。依據(jù)設(shè)定值，0VTh通、脈沖整流器、逆變器門控封鎖及牽引變流器原邊繞組接觸器(K)斷開。過(guò)電壓抑制晶閘管單元(0VTh當(dāng)檢測(cè)到支撐電容器的過(guò)電壓，且掌握電源為斷開時(shí)，晶閘管導(dǎo)通，讓支撐電容器具有放電功能。DCPT：組裝在OVTh0VTh時(shí)，依據(jù)條件，脈沖整流器、逆變器門控封鎖、牽引變流器原邊繞組接觸器(K)等斷開。其中電路中各個(gè)常數(shù)應(yīng)滿足表7.23的規(guī)定。456745678溝通接觸器(K)溝通接觸器(CHK)變壓器(CHT)充電二極管模塊(CHDd)111116171819CS01.2直流電壓互感器(DCPTl，2)溝通電壓互感器(ACCT)1219三相輸出電流互感器(CTU，V，3W)10RSCH1序號(hào)元件數(shù)量序號(hào)元件數(shù)量1支撐電容器(變流器)CFCl，2211CSCHlZ支撐電容器(逆變器)ICF1,2312接地電流互感器(GCT)13接地阻抗器(GRRe)113接地容抗器(GRC)1抑制過(guò)電壓電阻(OVRel，2)214支撐電容放電用的晶閘管2(OVThl，2)支撐電容器放電用電阻器(DRel，2)215RS01.2 2(1)概要脈沖整流器功率模塊由單相脈沖整流器電路元件構(gòu)成，逆變器功率模塊由單相逆變器電路元件構(gòu)成。冷卻器承受鋁制材料，以減小體積、降低質(zhì)量。IPM元件外置型沸騰冷卻方式，制冷劑選用替代氟利昂。主要構(gòu)成①脈沖整流器功率模塊7.53(圖中數(shù)字所示設(shè)7.24)。中心為框架，上部為冷卻通風(fēng)部，用于配置冷凝器。冷卻器下面為高壓絕緣的IPM元件、鉗位二極管和緩沖二極管等元件單體。冷卻器的沸騰容器作為接地。IPM感母排)、緩沖電容器和門極接口電路板。表7.24編號(hào)品名件數(shù)/單元備注1緩沖電容器8DC2150V、2μF2緩沖電阻810Ω3門極接口電路板44平衡電阻4160kΩ×2P5層壓板母線16冷卻器l7支撐電容器1DC2050V、4250μF×2S8IPM83300V.1200A9鉗位二極管43300V，1200A10緩沖二極管81200V.100A②逆變器功率模塊7.54(圖中數(shù)字所示設(shè)備見7.25)。動(dòng)車組牽引變流器承受免修理模塊構(gòu)造。功率半導(dǎo)體模2h。牽引變流器功率單元集中布置.脈沖整流器功率模塊(2(3臺(tái))。牽引變流器配置電動(dòng)軸流式通風(fēng)掌握裝置等集中布置，便于檢修。另外，考慮密封性和檢查便利，承受板簧式手動(dòng)型夾緊裝置。表7.25編號(hào)品名件數(shù)/單元備注1緩沖電容器4DC2150V、2μF2緩沖電阻410Ω3門極接口電路板44平衡電阻2160kn×2P5層壓板母線16冷卻器17支撐電容器lDC2050V、2500μF×2S8IPM43300V,1200A9鉗位二極管23300V,1200A10緩沖二極管41200V,100A為了操作、修理便利，牽引變流器的零部件承受模塊化設(shè)計(jì)。例如半導(dǎo)體冷卻裝置分成脈沖整流器用兩臺(tái)，具有互換性；逆變器用三臺(tái)的單元，具有互換性。掌握裝置分為牽引掌握單元、繼電器單元、電源單元等。半導(dǎo)體冷卻裝置和電動(dòng)通風(fēng)機(jī)等大型裝置承受下部拆裝構(gòu)造。小型掌握單元內(nèi)的各零部件可以承受不同廠家同類型產(chǎn)品，修理需要更換的零部件，其構(gòu)造和功能必需全都，保證可以互換。③功率模塊保護(hù)電路為降低IPM元件關(guān)斷時(shí)的過(guò)電壓，承受了緩沖電路、層壓板母線(低感母排)。IPM中電流急變將產(chǎn)生振蕩電壓。振蕩電壓可能損傷元件，為此設(shè)置降低振蕩電壓的緩沖電路。緩沖電路由電容器、二極管和電阻構(gòu)成，電容器和二極管用于吸取斷開時(shí)產(chǎn)生的振蕩電7.55。此外，將元件和支撐電容器間配線的母線折疊成板狀，減小配線電感，降低關(guān)斷時(shí)的尖峰電壓。④緩沖電阻器緩沖電阻器由電阻元件、絕緣子和鋁制殼體構(gòu)成，電阻值為10Ω8逆變器功率模塊安裝4只。⑤門極接口電路板本電路板由門極電源裝置供電，由牽引掌握裝置光信號(hào)IPMIPMFO信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)，并輸出到牽引掌握裝置。脈沖整流器為2個(gè)并聯(lián)的IPM1IPM1冷卻系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)裝置主要由外部進(jìn)風(fēng)的主冷卻局部和內(nèi)部循環(huán)風(fēng)的密閉室冷卻局部27.56。主冷卻風(fēng)流向用“全黑箭頭”表示，密閉室內(nèi)冷卻風(fēng)流向用“中自箭頭”表示。①主冷卻風(fēng)流向主冷卻風(fēng)流向模型參照?qǐng)D7.57濾器過(guò)濾后分為兩局部，一局部經(jīng)過(guò)熱交換器(散熱部)后被主鼓風(fēng)機(jī)(CIBMl機(jī)(CIBMl)送出的冷卻風(fēng)經(jīng)過(guò)脈沖整流器功率模塊冷凝器、逆變器功率模塊冷凝器后，由排風(fēng)管道排出。②密閉室內(nèi)冷卻風(fēng)流向密閉室內(nèi)冷卻風(fēng)流向模型參照?qǐng)D7.58。密閉室內(nèi)熱量通過(guò)熱交換器釋放到大氣，冷卻風(fēng)為內(nèi)部循環(huán)風(fēng)，兩臺(tái)關(guān)心鼓風(fēng)機(jī)(CIBM2、3)驅(qū)動(dòng)冷卻風(fēng)循環(huán)。冷卻風(fēng)流向分為：CIBM2→檢查面?zhèn)仍O(shè)備室→熱交換器(受熱部)和CIBM3→密閉室內(nèi)冷卻風(fēng)用管道→熱交換器(受熱部)2吸取了熱交換器放出熱量的冷卻風(fēng)在對(duì)脈沖整流器功率模塊和逆變器功率模塊的電氣部件(門驅(qū)動(dòng)器·支撐電容(CIBM23下一個(gè)循環(huán)。沸騰冷卻電力功率開關(guān)模塊和二極管模塊冷卻裝置承受高效的散熱裝置，此裝置承受內(nèi)存制冷容器外壁直接接觸元件的強(qiáng)化散熱方式，可以有效提高功率器件性能，增加裝置冷卻性能，減小體積，降低質(zhì)量。冷卻器工作原理參照?qǐng)D7.59件，外壁面吸取的元件熱量傳遞到內(nèi)壁面后用于內(nèi)部制冷劑沸騰，制冷劑沸騰的氣化潛熱從內(nèi)壁面吸取，上述過(guò)程能夠到達(dá)良好的冷卻效果。制冷劑沸騰產(chǎn)生的蒸氣被直接導(dǎo)向冷凝器。冷凝器外部為數(shù)量眾多的散熱片，處于冷卻風(fēng)冷卻狀態(tài)。蒸氣接觸到冷凝器內(nèi)壁后放出氣化潛熱并液化，在重力作用下流回蒸發(fā)器。冷卻器通過(guò)上述循環(huán)方式及承受蒸發(fā)器內(nèi)存制冷劑的構(gòu)造，可以實(shí)現(xiàn)較高的冷卻性能，從而有效降低質(zhì)量。制冷劑冷卻器利用制冷劑的沸騰和冷凝作用冷卻半導(dǎo)體元件，制冷劑選用替代氟利昂，屬于非氟利昂系列制冷劑。冷卻容器保護(hù)本冷卻單元裝有通過(guò)沸騰容器壁面監(jiān)控液溫的溫度繼電器，當(dāng)溫度超過(guò)規(guī)定值時(shí)自動(dòng)斷開主電路(脈沖整流器為8084℃)。制冷溫度通過(guò)沸騰容器壁面?zhèn)鬟f到溫度繼電器。到達(dá)規(guī)7.60示。冷凝器冷凝器外觀參照?qǐng)D7.6l。電氣元件除上面介紹的功率模塊外，牽引變流器還包括很多其他部件，下面對(duì)變流器箱內(nèi)主要電氣元件(包括功率模塊)的數(shù)量與技術(shù)規(guī)格進(jìn)展說(shuō)明。脈沖整流器用半導(dǎo)體單元(12尺寸1015mm×550mm×610mm(W×L×H)質(zhì)量190kg逆變器用半導(dǎo)體單元(1相)3尺寸 660mm×550mm×610mm(W×L×H)質(zhì)量 130kg溝通接觸器真空電磁式AC1500V，1000A1組(4)充電單元 1套(5)GCT單元1(6)OVTh單元1(7)電阻單元23000A/10V1電動(dòng)機(jī)電流檢測(cè)用電流傳感器3000A/10V3(10)同步電源用電壓傳感器400V/10V1(11)門控電源AC50V，30kHz，300V·A