开题报告-某型高速动车组主电路及制动控制设计

1、一、选题目的的理论价值和现实意义随着我国经济的快速发展，我国的交通运输能力越来越举步维艰长期以来在铁路运输方面，我国一直使用机车牵引车辆运行的模式，这种运输模式只适应于速度在200km/h以下运行。在经济的高速发展下，我国的人口流动量大增，特别是春运期间；人们对提高列车的速度已经亟不可待，而在速度达到200km/h300km/h使用机车牵引显得非常吃力。提高列车运行速度是增加铁路运能、提高铁路在客运市场占有率的最有效途径，因此许多国家的高速列车都纷纷采用动车组模式运营，特别是日本、德国、法国。为了适应国民经济的发展，2004年1月，国务院常务会议讨论通过了中长期铁路网规划铁路网要扩大规模，完善

2、结构，提高质量，快速扩充运输能力，迅速提高装备水平。至2020年，我国铁路营业里程达到12万公里以上，其中高速铁路大1.6万公里以上，最终形成世界规模最大的高速铁路网。2004年，铁道部按照“引进先进技术，联合设计生产，打造中国品牌”的总体发展目标，通过以市场换技术，走技贸结合，自助创新的路子，采用国内公开招标方式，先后引进200km/h及以上的多种铁路客运动车组和大功率电力机车制造技术。为了进一步缩小与世界动车技术水平的差距，于是自主创新，掌握核心技术是非常重要的，虽然我国进入高速动车组的时代起步比较晚，但是从2004年至今，我国动车技术得到了飞跃的发展。于是选择本课题研究是非常有意义的，希

3、望中国的动车技术能达到世界先进水平，提高我国铁路运输能力，促进经济发展。二、本课题在国内外的研究状况及发展趋势我国从20世纪50年代开始引进动车组，在漫长的时期我国消化吸收自主创新设计东风号等系列动车组，但是技术实力薄弱，自主设计遇到很多问题无法解决。直到2004年国家重新引进技术，目前我国动车组技术高速发展，从引进过程到国内联合生产过程，生产了CRH1型，CRH2型，CRH3型，CRH5型，CRH2-300型,CRH380A型及CRH380B型等系列动车组。CRH1型是由中国南车集团四方机车车辆股份有限公司与加拿大庞巴迪共同生产。CRH2 由中国南车集团四方机车车辆股份有限公司联合日本川崎重

4、工，引进川崎重工业的新干线E2-1000型动车组技术，采用四动四拖模式，并在此基础上通过技术消化自主创新设计了CRH380A动车，时速达到486.1km/h，再次刷新铁路营运试验最高速度，使我国动车技术又提升一个台阶。CRH3由中国北车集团唐山轨道客车有限责任公司联合德国西门子，引进西门子ICE3 （Velaro）技术，而且消化了技术设计出有中国特色的CRH380B动车。CRH5则由中国北车集团长春轨道客车股份有限公司联合法国阿尔斯通，引进法国阿尔斯通的Pendolino宽体摆式列车技术，取消了装设的摆式功能。截至2011年底，我国动车设计速度达到380km/h，持续运营350km/h，最高试

5、验速度486.1km/h。近年来我国在高速列车领域技术在引进和自主创新两个方面都取得了巨大成就，但是与国外先进技术相比还存在很大的差距。法国高速铁路发展迅速，在1981年就已经开通运营作为欧洲最早的铁路客运专线，到2010年底高速铁路里程已经达到1896km。法国是世界高铁的技术强国，一直引领世界铁路的发展，而且在2007年采用的AGVV-150型号高速列车创造了世界上铁路运营最高试验速度574.8km/h，意味着其先进技术得到认可。日本式最早在高速铁路方面发展起来的国家，技术发展越来越快。其中FASTECH360S型号列车运行速度达360km/h，在技术和可靠性方面有了进一步的提高。德国的高

6、速列车起步比较晚，落后于法国和日本，但是目前德国动车技术实力已经远超其他国家，处于世界领先地位。目前为止德国高速铁路已经达到1560km。而且ICE系列是德国最快最舒适的高速动车，时速到320km/h。日本、德国、法国的动车不仅速度高而且安全性好，运输量大等特点，需要我们学习和消化的，填补我们技术上的空白。随着半导体的不断发展，国外的动车的主变流器均采用IGBT模块，使得牵引系统做到体积更小，重量更轻，电路集成化更高。而且IGBT模块的性能不断提高，IGBT模块的电压等级不断提高，从1200V/300A的IGBT模块发展到6500V/600A模块，而且从简单的AC-DC模式发展到AC-DC-A

7、C模式为牵引电机提供三相交流电，大大提高了牵引电机的功率。在未来，动车的电路设计更趋于大规模集成化，功率更大，性能更好。三、研究重点 本课题主要针对某型高速动车组主电路及制动控制设计，本课题以某型高速动车组网侧电路、主电路、主变流器控制电路、制动控制电路原理为主体，分析动车组电路性能。分别阐述主电路四象限脉冲整流AC-DC部分原理，并对网侧电感电容参数按照控制性能进行设计；制动控制电路对牵引制动和再生制动的各种控制和调制策略；重点详细分析DC-AC牵引逆变器的工作原理及控制算法，对三相异步鼠笼电机的等值电路进行公式分析，并根据动车组实际牵引-制动曲线来对逆变器进行控制，分析动车加速，降速这两阶

8、段的牵引特性。在MATLAB平台搭建逆变器仿真模型，对逆变器采用几种不同的控制策略进行仿真分析，满足牵引制动和再生制动的设计要求。四、主要参考文献1 黄济荣.电力牵引交流传动与控制M.北京：机械工业出版社 ，1998. 2 李 波.四象限变流器双闭环控制系统的计算机仿真J.机车电传动,2000(3):1619.3 李 伟，张 黎.2种PWM整流器控制方法的比较和仿真J.吉林电力，2001（5）：3638.4 张曙光.CRH5型动车组M.北京：中国铁道出版社，2008.7.5 宋永增.动车组概论M.北京：北京交通大学出版社，2012.5 彭俊彬.动车组牵引与制动M.北京：中国铁道出版社，2009

9、.11.6 李强,金新灿.动车组设计M. 北京：中国铁道出版社，2011.7 李益民，张维.动车组制动系统M.成都：西南交通大学出版社，2008.12.8 翁星方.北京地铁国产化列出IGBT牵引逆变器.机车电传动，2008.7.9 冯江华.电力电子技术与铁路机车牵引动力的发展.变流技术与电力牵引，2006.10 上野，雅之.新干线高速列车新型主变流器的开发.电力牵引快报，1997.6.11 林渭勋.现代电力电子电路.浙江大学出版社，2004.3.12 熊键.一种改进的PWM整流器间接电流控制方案仿真.电工技术学报，2003,18（1）：5763.13Yasuyki Nishida. Osamu

10、 Miyashitaetal.APredictiveInstantaneous-Current PWM Controled Rectifier with AC-Side Harmoic Current Reduction J.IEEE Transactions on Industrial Electronics,1997,3(44):337343.14Malesanil,Tenti P.A novel hysteresis control method for current-controled voltage-source PWM invuerters with constant modul

11、ation frequency. IEEE Trans on IA,1990,26(1):8892.15Peresada S,Tonielli A,Morici R.High-performance indirect field-oriented output feedback control of induction motos. Automatics,1999,35:10331047.16Nihat Inane.A robust sliding mode flux and speed observer for speed sensorless control of an indirect fiedld oriented induction motor drives. Electric Power Sytems.17M.E.de Oliverira,J.R.Gazoli,A.J.Sguar