电力牵引传动控制系统西南交大冯晓云

Essieu 4 Essieu 3 Essieu 2
CVS-AUX sur essieux 1 et 3
CA1(I)-OND
CA2(I)PMCF
CA(I)RH
PF(M)
C(IS)E(C)
C(PC)E(C) R(PC)E(C) 50 ?
H-INV-CONT H-INV-15
SF1-HACH 2,835 mH
n 60f1 (1s)
p
M CMmI2 cos2
2020/6/16
关键问题： ?
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1、异步电机变频调速特性分析
（1） 变频调速时异步电机参数变化为：
X 1 f 1
X 2 f1
X m f1
r1、
r
, 2
const
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（2）用 U1、f1、fsl 表示的力矩公式M
地域规范、供电制式、空间、体 积、重量、技术水平、工艺水平 的限制等
单位体积重量的功率大、可靠性 好、易维护等
电力电子技术、微电子技术、新材 料、新工艺等
2020/6/16
一、交流传动机车发展综述
运输的需求 各种限制 交流电机的特点 科学技术的发展 交流传动机车发
展
2020/6/16
安全性、实用性、可靠性、 灵活性、舒适性越高越好； 费用越低越好。
CA2(I)TFP CA1(I)TFP
CA(I)2-OND CA(U)1/3-OND
CA(I)1-OND CA(U)1/2-OND
M1
FTR - 17/08/2019 Rev E - Page 2
六、交流传动机车新技术
• 大功率电力电子器件 • 交流电机驱动控制规则与控制理论 • 列车网络技术 • 列车控制系统软件 • e化列车（ eTrain ） • eTrain 监控系统 • 音频系统 • 车地通讯新技术 • 典型的司机室无线通讯技术
恒功率1：
Us1ccoonnsstt
恒功率2：
U
2 1
const
f1
f sl const
恒功率1：
Us1ccoonnsstt
第一种恒功率的特点：最小逆变器，最大电机
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恒功率2：
U 1 const f1 s const
第二种恒功的特点：最大逆变器，最小电机
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五、典型交流传动机车
主电路工作
TGV-A
PM
Ond
TGV-R/2N
ou
Courant
MS AVE
PC
Synchrone
PBKA
PM
TGV-Cor閑
OND
EuroStar
PM
Tension
MAS Taiwan Push-Pull
Asynchrone
Les convertisseurs d'entr閑
PC
OND
PM
HAC
Courant
2 牵引逆变器如何控 制能满足牵引电机对 机车牵引的要求？
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机车牵引特性有哪些要求？
四、机车牵引特性
机车牵引特性要求： 1、能产生足够大的牵引力 2、能方便广泛调节速度 3、有较高的过载能力 4、充分发挥机车功率 5、先进的经济技术指标
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交流电机（异步）的矩速特性
适用于4种电压供电的机车牵引变频器
PT4 (1,5kV & 3kV SNCB)
PT3 (3kV FS)
PT2
PT1
(15kV DB) (25kV &
15kV CFF)
H(O-15)
H(O-M)
H(O-C)
DJ(M)
Palpage avec éclateur
TFI-QL(M)
E-TFP
(~25Kv/15kV, = 3kV/1,5kV)
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(2) 恒功率运行
M2m f1pE1I2 cos2
cos2
r2/s (r2/s)2 x2 2
M
mp
2f1
E1I2
I2
sE1 r2
E1 fsl r2 f
2
M
mp
2r2
Uf11
fsl
Mf1 KU12
fsl f1
P K 2020/6/16
U12 f1
f sl
I2
E1 (r2 /s)2 x22
地域规范、供电制式、空间、体 积、重量、技术水平、工艺水平 的限制等
单位体积重量的功率大、可靠性 好、易维护等
交流传动机车发 展
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一、交流传动机车发展综述
运输的需求
各种限制 交流电机的特点
科学技术的发展 交流传动机车发
展
安全性、实用性、可靠性、 灵活性、舒适性越高越好； 费用越低越好。
- Sur le démonstrateur, en configuration 3 pantographes, on utilisera uniquement le pantographe 3 (PT3) avec un archet adapté aux essais réalisés
MRE_2563_FR B
辅助层技术 相关层技术
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三、交流传动机车的技术分类
核心层技术
牵引变频器技术、交流驱动电机技 术、牵引变压器技术、变频控制及 其网络技术
辅助层技术 相关层技术
冷却与通风技术、辅助变流器技术 控制电源技术、保护技术、电磁兼 容与布线技术
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三、交流传动机车的技术分类
核心层技术
电力牵引传动控制系统
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西南交通大学 冯晓云 2005年10月
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主要内容
• 交流传动机车发展综述
• 交流传动机车主电路的组成
• 交流传动机车的技术分类
• 交流传动机车牵引特性
• 典型交流传动机车主电路工作 原理
• 交流传动机车新技术及其发展
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方向
一、交流传动机车发展综述
M 2 pm U f1 1 2• r1ff1s r2 l(xm 2x1fx s 12 x l m 2 ) 2 /2 r2 x11 fsfr l1 1 rx 2 22 2
dM 0 df sl
fm
f1r2 r12 x121 (xm 2 x11x22)2 (r1x22)2
2
M m2 pm U f1 1
交直与交流传动机车主电路比较
25000V 牵引变压器
整流器
滤波电抗器
励磁绕组 直流 电机
交直传动机车主电路
变速箱
25000V
牵引变压器
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整流器 1085kW 逆变器
异步电机
交流传动机车主电路
变速箱
三、交流传动机车的技术分类
百度文库
核心层技术
牵引变频器技术、交流驱动电机技 术、牵引变压器技术、变频控制及 其网络技术
fsl con,M stconst
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3、机车牵引中异步电机的运行特性
（1） 恒力矩起动
①采用恒压频比控制 低频时适当提高电压，抵
消定子绕组内阻的影响。 ②采用恒磁通控制
电机各参数与频率的关系 ：
U 1 f1 ( 低频 U 1 ) E1 f1 M const ( f sl const ) M max const I 1 const
Arlanda
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OND Courant Asynchrone
OND Courant Synchrone
OND Tension Asynchrone
PM: pont mixte PC: pont complet
HAC: hacheur 4 Q: pont 4 quadrants
法国 TGV 、西班牙AVE机车主电路 （同步电机）
– 设备与功率器件
辅助变频器
主变频器及电机驱动模块 动力制动模块
通讯模块
空气系统模块
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电子设备
交流传动系统主电路
25000V
1107kW
整流器 0,98
1085kW
逆变器 1074kW 异步电机 1020kW
0,99
0,95
牵引变压器 0,94
变速箱 0,98
1000kW
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MS Loc BB26000
Synchrone
OND
EMU Z2N
PC
HAC
Courant
MAS EMU UT450
Asynchrone
EMU MI2N
HAC 4Q
Les convertisseurs moteurs
PMCF
OND Tension Asynchrone
Loc BB36000
MAS
EMU S閛ul
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H(O-M)
H(O-C) Palpage
DJ(M)
Q1L(M)
牵引变频器
3种电压供电SF1的-FI 机车 (~25Kv/15kV, =1,5kV)
DJ(C)
C(ALI)FI R(ALI)FI
SF2-FI
Ecrêteur
H-FI-XX SF-FI-XX
CAP-FI-XX
SF1-2F-FI SF2-2F-FI
地域规范、供电制式、空间、体 积、重量、技术水平、工艺水平 的限制等
单位体积重量的功率大、可靠性 好、易维护等
电力电子技术、微电子技术、新材 料、新工艺等
满足运输的需求 充分利用新技术 利用新材料 采用新工艺
二、交流传动机车的主要组 成
– 电机
• 同步电机、异步电机
–牵引变频器
• 逆变器 (电流源型、电压源型、PMW)
安全性、实用性、可靠性、 灵活性、舒适性越高越好； 费用越低越好。
地域规范、供电制式、空间、体 积、重量、技术水平、工艺水平 的限制等
科学技术的发展
交流传动机车发 展
2020/6/16
一、交流传动机车发展综述
运输的需求 各种限制 交流电机的特点 科学技术的发展
安全性、实用性、可靠性、 灵活性、舒适性越高越好； 费用越低越好。
SF2-HACH
H-CONT H-15
2,835 mH
CAP-2F 3 x 1,33 mF
R(DC)CAP-2F
C(IS)PMCF1 C(IS)PMCF2
C(PC)PMCF R(PC)PMCF 50 ?
CA(I)DIFF CA(U)EC
CA1(I)PMCF
PMCF
CA(U)PMCF
R(DC)CAP-OND
DJ(C)
PF(C)
TFI-50
SF1-FI 7,2 mH
H2-FI
H1-FI
H3-FI
SF2-FI 7,2 mH
Option "Filtre 50Hz"
CC-FI-50
C(PC)FI-50
R(PC)FI-50 50 ?
C(IS)FI-50
R(DC)CAP-FI-50
SF-FI-50 10 mH
CAP-FI-50 1 mF
•
2 r1
r12x1 21 xm 2
f1
(xm 2x1x 12)22(r1x2)22
M q2 pm U f1 1 2• r1r 1 2 (xm 2x1fx 1 12 xm 2 )2 /2 r2 x11 r r1 2 x2 22
2020/6/16
恒压频比时最大转矩和起动转矩与频率的关系曲线
2020/6/16
（3） 用
表示的力矩公
E1、f1、式fsl
M2 pm E f1 1 2 r2 2(f2 slr f2 slL 2 )2
fm
r2
2L2
2
Mm
pmE1
2
f1
1
4L2
M
2
M m (fsl/fm)(fm/fsl)
2020/6/16
结论：当 E1 const
f1
M f ( f sl ) M max const f max const
2020/6/16
励磁
韩国 TGV机车主电路（同步电机）
2020/6/16
励磁
电流型逆变器 (异步电机 )
2020/6/16
GTO 电压型逆变器(欧洲之星 TGV )
2020/6/16
典型的地铁牵引变频器
每一个动车一台逆变器，同时为4台异步电机供电 MA C
MA C
MA C
MA C
2020/6/16
牵引变频器技术、交流驱动电机技 术、牵引变压器技术、变频控制及 其网络技术
辅助层技术 相关层技术
冷却与通风技术、辅助变流器技术 控制电源技术、保护技术、电磁兼 容与布线技术
司机台操纵技术、车体轻量化技术 转向架技术、空气制动技术 高压测检测技术
2020/6/16
本讲课要解决的问题
1 变频调速异步电机 如何控制能满足机车 牵引的要求？
CAP-OND
3 x 1 mF
RH
3,7 ?
OND-RH
OND
Options non représentées : - Chauffage
CA2(I)-OND
M1
CA1(I)TFP CA2(I)TFP
x3
Nota sur les pantographes pour le fonctionnement sous 3kV :
运输的需求 各种限制 交流电机的特点 科学技术的发展 交流传动机车发
展
2020/6/16
一、交流传动机车发展综述
运输的需求
安全性、实用性、可靠性、 灵活性、舒适性越高越好； 费用越低越好。
各种限制 交流电机的特点
科学技术的发展
交流传动机车发 展
2020/6/16
一、交流传动机车发展综述
运输的需求 各种限制 交流电机的特点
CAP-PMCF RH1
C(PC)PMCF R(PC)PMCF
CAP-OND
CA(I)PMCF C(PC)PMCF
PMCF
H-2F C(IS)E(C) H4-PMCF CAP-2F C(PC)E(C) R(PC)E(C)
CA(U)PMCF
} X3
OND
CA(U)OND
= ~
380 V~
AUX
2020/6/16