第四章动车组牵引传动系统

20
第四章 动车组牵引传动系统
牵引变流器 CI11型牵引变流器，一个基本动力单元2个，全列共计4个。 采用车下吊挂、液体沸腾冷却方式。主电路结构为电压型3电平
式，由脉冲整流器、中间直流电路、逆变器构成，不设2次谐振
滤波装置和网侧谐波滤波器，采用 PWM方式控制。中间直流 电压为2600V～3000V（随起牵引电机输出功率进行调整）。牵 引逆变器输出电压 0~2300V ，频率 0 ～ 220Hz 可控的三相交流电 供给异步牵引电动机。
4
第四章 动车组牵引传动系统 牵引传动系统的能量传递与转换过程示意图
主变压器
高压侧变流器
牵引逆变器
牵引逆变器
5
第四章 动车组牵引传动系统
列车控制与管理系统TCMS
CRH1是以MITRAC通用计算机为核心的列车控制与管
理系统TCMS（Train Control and Management System）。 MITRAC 计算机系统以摩托罗拉 68k 微处理器为基础，该系 统的机械和电气设计均适应温度范围是 -40º C～+70º C，并承 受强烈震动冲击的牵引环境。 MITRAC 及其前身 TRACS 从
24
第四章 动车组牵引传动系统
牵引电动机采用三相鼠笼式感应电机，其轴端设置速度传感器，用于 检测转速（转子频率），对牵引和制动特性进行实时控制；当出现故障时， M1车和M2车可分别使用，另外，整个基本单元可使用VCB切除，而不会影响 其它单元工作。 制动系统有两套。一套是电制动，将牵引电机转换成发电机形式工作， 即再生制动；一套是空气制动，将电指令转换成空气指令送入制动缸起制 动作用。当列车速度较高时，实施电制动，在低速时实施空气制动，制动 方式转换均由微机控制系统控制完成。当司机通过司机台上的制动控制器 实施制动指令时，制动电信号首先到达车辆计算机系统，再传入制动控制 系统。制动控制系统根据列车速度，自动实行空气制动与电制动。电气制 动系统的组成与牵引系统一致。
运行的灵魂。
8
第四章 动车组牵引传动系统
牵引传动系统主电路构成
CRH1 的牵引传动系统以列车基本单元（ TBU）为基本单 位，具体组成如下： TBU1——Mc1（驾驶动车1）-Tp1（带弓拖车1）-M1（中
间动车1）； TBU2——Mc2（驾驶动车2）-Tp2（带弓拖车2）-M1（中 间动车2）； TBU3——M3（中间动车3）-Tb（带吧台拖车） CRH1的8 辆车中包括5 辆动车( Mc1、M1、Mc2、M2、M3) 和 3 辆拖车 ( Tp1 、 Tp2 、 Tb) ，动车组有两个受电弓，分别 位于Tp1和Tp2车上，正常工作时只有一个受电弓升起。
车组为原型车经改变设计而成的。
2
第四章 动车组牵引传动系统
CRH1列车基本单元
Mc1
Tp1
M1
M3
Tb
M2
Tp2
Mc2
TBU1
TBU3
TBU2
3
第四章 动车组牵引传动系统
牵引传动系统的能量传递与转换
CRH1 的受电弓从接触网接受 25KV 50Hz高压交流电能，
经过安装在车底架上的主变压器降成900V 50Hz交流电， 降 压后的交流电经网侧变流器转换成 1650V DC直流电能，该 直流电再由牵引逆变器转换成可变频率可变电压的三相交流 电送给牵引电机，将电能转换成牵引列车的机械能。
牵引传动系统主电路构成
动车组有三个相对独立的主牵引系统均并行工作，当一个 牵引系统发生故障时，可以自动切断故障源，列车继续运行。 五个动车有五个变流器箱，分别位于每个动车的底架上。 网侧变流器 LCM（Line Converter Module，将高压整流成为直 流环节电压）和电机变流器 MCM （ Motor Convertor Module,
SA MT LC LC MC TM
MC 2F 2F
MC
MC 2F
MC 2F 2F
MC
AC 3T IC LF CT ET
AC 3T IC IC 3T
AC 3T LF CT ET IC
AC LF CT ET
AC 3T IC
BC
BC
BC
BC
BC
BA
BA
BA
BA
BA
CRH1的主电路框架
10
第四章 动车组牵引传动系统
逆变器控制策略：逆变侧采用了VVVF的控制方式，整流器输入给支
撑电容器的直流电压，依据无接点控制装置控制信号，输出变频变压的三 相交流电对 4台并联的电机进行速度、力矩控制。再生制动时牵引电机发
出三相交流电，经整流后向支撑电容器输出直流电压。
牵引电机控制采用矢量控制方式，独立控制力矩电流和励磁电流，以 使力矩控制高精度化、反应高速化，提高电流控制性能。
1500 V 。
牵引电路的基本单元装置由 1 台牵引变压器— 2 台主 变流装置（C/I）—8台牵引电机构成。由1台主变流装置控
制4台牵引电机，在牵引时向牵引电机提供电力、在制动时
进行电力再生控制。此外， 还具有保护功能。
15
第四章 动车组牵引传动系统
牵引系统的组成：
16
第四章 动车组牵引传动系统
1个牵引变流器采用矢量控制原理控制4台并联的牵引电机。
21
第四章 动车组牵引传动系统
牵引电机
MT205型牵引电机，每节动力车4个（并联），一个基本
动力单元 8 个，全列共计 16 个。牵引电机为 4 极三相鼠笼式异 步电机，采用架悬、强迫风冷方式，通过弹性齿型联轴节连 接传动齿轮。
源自文库
22
第四章 动车组牵引传动系统
牵引主电路：
由4号车或者6号车的受电弓受电，通过车顶上的特高 压导线，经由VCB后被送到2号车或者6号车的主变压器。
车顶上安装有保护接地装置（EGS），运行中，需要紧急
让变电所区间内的所有车辆停车时，让其动作，使架线接 地短路。EGS的操作必须按照铁道部的规定执行。
17
第四章 动车组牵引传动系统
牵引主电路：
1985年就已经运营服务，并随着新电子产品（如微处理器、
存贮器等）的更新而不断换代，该系统目前在世界各地的几 种不同车上都有使用。
6
第四章 动车组牵引传动系统
牵引传动及计算机控制系统示意图
主变压器 智 能 显 示 计 算 机 系 统
高压侧变流器
司 机 操 作
牵引逆变器
牵引逆变器
7
第四章 动车组牵引传动系统
将直流环节电压逆变成为频率可变电压可变的三相交流电供给
牵引电机）都装在变流器箱中；一个电机变流器给两台牵引电 机并联供电；一个变流器箱的网侧变流器除了向两个电机逆变 器供电外，还向一个辅助逆变器和一个蓄电池充电器馈电。
11
第四章 动车组牵引传动系统
TBU1单元的牵引电路框图
12
第四章 动车组牵引传动系统
25
第四章 动车组牵引传动系统
CRH2牵引传动系统主电路
26
第四章 动车组牵引传动系统
3、CRH2牵引传动系统控制策略
脉冲整流器控制策略：牵引变压器牵引绕组输出的AC1500V、50Hz电 源输入脉冲整流器。脉冲整流器由单相三点式PWM变流器、交流接触器K 组成。采用无触点控制装置，从而实现了输出直流电压2600V～3000V电压 控制、牵引变压器原边单位功率因数的控制以及无接点控制装置保护。再 生 制 动 时 接 收 支 撑 电 容 器 输 出 的 直 流 3000V 电 压 ， 向 牵 引 变 压 器 供 应 AC1500V、50Hz。
13
第四章 动车组牵引传动系统 CRH 2 编组结构图
14
第四章 动车组牵引传动系统
1、CRH2动车组牵引系统的组成
牵引电路系统以M 1 车、M 2 车的2 辆为1 个单元为基 础。电源由接触网通过受电弓从单相交流25kV、50Hz的接 触网电压来获得， 通过VCB与牵引变压器的1 次侧绕组连 接。牵引电路开闭由VCB来实施。牵引变压器2次绕组侧设 有2个线圈， 1次侧的电压为 25kV时，2次侧绕组电压则为
TCMS接受司机的指令信息，经过转换与运算以后发给主
回路电器系统执行实施能量转换过程，控制列车运行；TCMS 还检测列车运行的实际状态信息，对该状态信息进行处理和 判断，一方面显示给司机、乘务人员和维护人员了解列车的 运行情况，另一方面对出现的异常情况进行报警和应急处理。
可以说牵引主回路是列车运行的驱干，TCMS系统是列车
27
9
第四章 动车组牵引传动系统
牵引传动系统主电路构成
Mc1 Tp1 M1 M3 Tb M2 Tp2 Mc2
Mc1
Tp1 PT
M1
M3
Tb
M2
Tp2 PT
Mc2
CT LB SA VT VT VT LB
CT
SA
ES
LB
LB
ES
LB
ES
SA MT TM MC LC LC MC TM TM MC
SA MT LC TM MC
施牵引电动机电力供应和制动时的再生制动外，还具备相应 的保护功能。
23
第四章 动车组牵引传动系统
CRH2牵引传动系统主电路
受电弓
M2车
真空断路器
M1车
牵引变流器 牵引电机 逆 变 器 滤波电容器 脉 冲 整 流 器 脉 冲 整 流 器
牵引变流器 滤波电容器 逆 变 器 牵引电机
X4
X4
牵引变压器
动车组主电路简图
二、CRH2动车组牵引传动系统
CRH2(四方/川崎动车组)
该动车组由南车四方机车车辆股份有限公司与国外合 作伙伴川崎重工提供。四方动车组是以日本新干线 E2 － 1000型动车组为原型车经改变设计而成的。 动车组采用8辆编组，4动4拖，由两个动力单元组成。 每个动力单元由2个动车和 2个拖车（T-M –M-T）组成。
动车组 第四章
牵引 传 动 系 统
C、CRH动车组牵引传动系统
第四章 动车组牵引传动系统
一、CRH1动车组牵引传动系统
CRH1 动车组
该动车组由青岛四方一庞巴迪一鲍尔铁路运输
设备有限公司（BSP）提供，国外合作伙伴是庞巴
迪运输瑞典 AB（BT）。BSP动车组是以庞巴迪公
司为瑞典国家铁路和地方铁路开发的“ Regina” 动
19
第四章 动车组牵引传动系统
牵引变压器 TM210型牵引变压器，一个基本动力单元 1个，全列共计2 个。采用壳式结构、车体下吊挂、油循环强迫风冷方式。具有1
个 原 边 绕 组 （ 25kV ， 3060kVA ） 、 2 个 牵 引 绕 组 （ 1500V ，
2×1285kVA），一个辅助绕组（400V，490kVA）。
2、CRH2牵引传动系统主电路
受电弓从接触网 25kV 、 50Hz 单相交流电网受电，通过主 断路器 VCB 连接到牵引变压器原边绕组。主电路开闭由 VCB控 制。牵引变压器牵引绕组设两组，原边绕组电压为 25kV 时， 牵引绕组电压为1500V。牵引变流器在M1、M2车上，由一台四
象限脉冲整流器和逆变器及中间直流回路构成，运行时除实
18
第四章 动车组牵引传动系统
CRH2牵引传动系统基本组成
高压电器设备 高压电器主要作用是完成从接触网到牵引变压器的供电。主要包括： 受电弓、主断路器、避雷器、电流互感器、接地保护开关等。 DSA250 型 受 电 弓 —— 该 受 电 弓 为 单 臂 型 结 构 ， 额 定 电 压 / 电 流 为 25kV/1000A，接触压力 70±5N,弓头宽度约 1950mm，具有自动降弓功能， 适应接触网高度为5300～6500mm，列车运行速度250km/h。 CB201C-G3 型 主 断 路 器 —— 主 断 路 器 为 真 空 型 ， 额 定 开 断 容 量 为 100MVA ，额定电流 AC200A ，额定断路电流 3400A ，额定开断时间小于 0.06s，采用电磁控制空气操作。 LA204 或 LA205 型 避 雷 器 —— 额 定 电 压 为 AC42kV ， 动 作 电 压 为 AC57kV以下，限制电压为107kV。 TH-2型高压电流互感器 ——变流比为 200/5A，用于检测牵引变压器原 边电流值。 SH2052C型接地保护开关——额定瞬时电流为6000A（15周），电磁控 制空气操作，具有安全连锁。