电力牵引交流传动控制系统的分析与故障排除

1、 项目名称：电力牵引交流传动控制系统分析与故障排除所在学院 班 级 姓 名 学 号 指导老师 完成日期 毕业项目评分标准和答辩记录班级 学生卡26 总得分主题名称评估项目和分数考核内容分数等级分数设计过程 20选题的适用性、工艺性、综合性、先进性和经济性。能够查阅文献、参考书和使用参考书。55432分析和解决问题的能力、创造力和独立工作的能力。55432工作态度和遵守纪律。1010864设计结果 40文笔简洁、流畅、条理清晰、逻辑清晰。1010864论据正确充分，分析计算准确，所用公式和引用数据正确。1010864完成设计任务，执行国家标准、图纸、数据表、规范。1010864设计方案比选的正确

2、性和合理性，设计理念、设计方法和设计理念的独创性和创新性。1010864防御 40描述项目的设计思路、主要依据、结论、经验和改进建议。1010864回答问题的准确性、敏感性、全面性、语言能力和逻辑组织。3030241812导师评价导师签名辩护记录和防御评估回复老师签名毕业设计作业本一、题目：电力牵引交流传动控制系统分析与故障排除2. 导师：守恒三、设计内容及要求：一、项目概况：随着电力电子技术的发展，电力牵引交流传动系统逐渐取代了早期的直流牵引传动系统，在轨道交通领域得到了广泛应用，成为铁路实现高速发展的唯一选择和主要发展方向。速度和重型运输。交流传动控制系统是交流机车和电力列车机组的核心部件

3、，是列车运行的神经中枢系统。分析系统的工作原理，掌握常见故障的处理方法，具有重要的现实意义。本课题主要分析电力牵引交流传动控制系统的结构和各部件的主要功能原理，以便与常见的交流传动控制技术进行比较；分析系统常见故障现象及应急处理方法。二、设计内容及要求：(1) 设计能力本主题由 3 个子主题组成：动车组动车组交流传动控制系统分析及故障排除HXD型交流机车传动控制系统分析及故障排除城轨车辆交流传动控制系统分析及故障排除每个子项目设计的主要内容可以包括：一个。电力牵引交流传动控制系统发展历程及现状分析湾。电力牵引交流传动控制系统的组成及结构分析C。电力牵引交流传动控制系统主要部件功能及原理分析d。

4、各种交流传动控制技术对比分析e.电力牵引交流传动控制系统常见故障排除F。结论(2) 要求一个。通过检索文献或其他方法，深入了解设计内容所需的各种信息；湾。能够灵活运用电力电子技术、交流调速技术、CRH动车组、HXD型电力机车等基础和专业课程的知识，对电力机车的交流传动控制系统进行分析。C。要求学生具有一定的电力电子和轨道交通专业基础。4. 设计参考书现代变流器技术与电力驱动电力牵引交流驱动与控制“CRH2 动车组”、“CRH3 动车组”“CRH动车组”HXD2型电力机车HXD3型电力机车五、设计手册内容覆盖目录内容摘要（约200-400字，中英文）介绍正文（设计方案比选、原理、设计方案分析论证

5、、设计结果描述及特点）结束语附录（参考资料、图纸、材料清单等）6、设计流程安排第 1 周：数据准备和借用以了解主题思想。第 2-3 周：设计需求描述和主题指导。第 4-7 周：制作毕业设计并完成初稿。第 7-10 周：第一次检查设计是如何完成的。第 11 周：设计完成的第二次审查和毕业答辩的准备。第十二周：毕业答辩和综合评分。7.毕业项目答辩及论文要求毕业项目答辩要求（一）答辩前三天，每位学生应将毕业设计说明、毕业论文、专题报告等必要材料提交导师审核，导师撰写审核意见。（2）学生答辩时，自我报告应包括项目的任务、目的和意义，使用的原始资料或参考资料，设计的基本内容和主要方法，结果的结论和评价。

6、（3）答辩组对项目的关键问题提出质疑，对与项目密切相关的基础理论、知识、设计方法、实验方法、测试方法等提出质疑，并对学生的独立工作能力和创新能力进行鉴定。毕业设计论文要求文字要求：说明书要求印刷（图纸除外），不能手写。文字流畅，语言流畅，排版合理，没有错别字，不允许抄袭。图纸要求：按工程图标准绘图，绘图整齐，布局合理，线粗细均匀，圆弧连接流畅，尺寸标注规则和文字注释必须用工程字书写。曲线图要求：一切曲线、图表、电路图、程序框图、原理图等均不得徒手绘制，必须按国家标准或工程要求绘制。目录概括第一章CRH2 动车组1.1 概述1.1.1整体技术1.1.2车身结构1.1.3 车辆布局第二章电力牵引交

7、流传动控制系统发展历程及现状分析2.1 发展历程2.2现状及发展趋势2.2.1 CRH2动车组牵引传动系统原理2.2.2 CRH2牵引驱动系统主电路2.2.3 CRH2动车组牵引驱动系统控制电路2.2.4 CRH2动车组牵引传动系统保护2.2.5 CRH2动车组牵引驱动主系数2.2.6 CRH2动车组牵引传动特性至参考概括随着电子电力技术的发展，电力牵引交流传动系统逐渐取代早期的直流牵引传动系统，在铁路领域得到广泛应用，成为铁路运输实现高速化的唯一选择和主要发展方向。和重型运输。交流传动控制系统是CRH动车组牵引传动控制系统的核心部件，是列车运行的神经中枢系统。通过分析CRH动车组牵引传动系统

8、的结构和原理，掌握常见故障的处理方法，具有重要的现实意义。 .本设计主要分析了CRH动车组牵引交流传动控制系统的组成部分，各组成部分的主要功能和原理，并按照各种常见故障类型分析了系统的常见故障，掌握了有效的处理方法。故障。第1章CRH2动车组1.1 概述CRH2型电动动车组是中华人民共和国铁道部为国铁第六次重大提速和中铁高速客运专线建设订购的高速列车之一。一、中国铁道部将所有引进国外技术、共同设计生产的中铁高速（CRH）车辆命名为“和谐号”。 CRH2系列是一种分布式电源、交流驱动的电动动车组，采用铝合金中空型材车身。如图1.1所示图 1.1CRH2 动车组1.1.1整体技术CRH2型动车组采

9、用功率分散、交流驱动的动车组。动车组具有“先进、成熟、经济、适用、可靠”的技术特点。1、先进：动车组采用铝合金中空型材车身，采用先进的IGBT功率元件，匹配VVVF牵引控制方式。2、成熟：动车组原型为日本新干线动车组，主要系统和部件具有长期运行性能。3、经济性：动车组采用流线型设计，每辆车最大轴重仅为14T，牵引和制动能耗低。此外，列车采用再生制动方式，在节能、环保、减少机械损耗等方面具有独特优势。4、适用性：动车组具有提速能力。通过调整动车组和挂车的配比，动车组可以灵活适应200-300公里各种速度等级的运行。此外，动车组还可以通过连接两列列车来满足大容量的需求。5、可靠：动车组采用先进的防

10、滑、防空转控制系统和列车自动保护系统，为列车在各种运行环境下的准点提供了可靠保障。1.1.2车身结构结合CRH2型动车组相比传动机车运行速度显着提高的特点，CRH2型动车组进行了如下自适应设计：为了减少空气阻力，车身的造型需要设计成流线型；为了提高乘坐舒适性，车身需要采用气密机构；为了降低能耗，车身需要采用轻量化设计。由于铝合金的密度低、重量轻、强度高、刚性好等优点，已广泛应用于高速动车组车体。如图 1.2 所示。图1.21.1.3 车辆布局表 1.1 各车厢主要设备车号代码容量主要设备其他1T1c55二等车、驾驶室、坐便器、小便池禁烟车厢2M2100二等车、饮水机禁烟车厢3M185二等车、储

11、物柜、备用房间、坐便器、洗手间、小便池4T2100二等车、饮水机禁烟车厢5T1k55二等车、吧台用餐区、坐便器、洗手间、小便池禁烟车厢6M2100二等车、饮水机7M1s51头等车厢、多功能室、空姐室、坐便器、洗手间、小便池、备用室适合残疾人士使用的无烟车厢8T2c64二等车、驾驶室、饮水机适合残疾人士使用的无烟车厢第二章电力牵引交流传动控制系统发展历程及现状分析2.1 发展历程1 交直流输电技术的发展1958年，中国试制了第一台干线电力机车6Y1型电力机车。 6Y1型电力机车是原H60干线交直流传动电力机车的型号，按照中国铁路法规研制。由于当时大功率电力电子器件还不成熟，可用的整流器件就是爆管

12、。 6Y1型电力机车经铁道科学研究院在环线铁路试验后， 1962年前后共试制5台样机并在宝峰线上试运行。但由于一些重要设备（调压开关、牵引电机等）一直存在技术和质量问题，特别是点火管整流器很难满足实际应用要求，所以6Y1型电力机车一直没有量产。生产。随着我国电力电子产业的发展，大功率整流二极管开始进入工程实用阶段，为机车电驱动技术的发展提供了必要的条件。正是在这样的技术背景下，1968年在6Y1型电力机车的基础上，我国第一代有级调压交流直驱电力机车SSl型电力机车试制成功，并实现了批量生产。 1969年开始生产。到1988年，累计生产826台，使我国机车电力驱动技术进入交流直驱时代。可控器件晶

13、闸管的出现，将机车电力驱动技术提升到了一个新的水平。 SS3型电力机车是我国机车电力驱动技术以二极管整流无级调压到相控无级调压的第二代交流直驱客货电力机车。 1978年底，由株洲电力机车厂和株洲电力机车研究所联合研制。 SS3型电力机车主电路采用牵引变压器低压侧调压开关分级与晶闸管级间相控调压相结合的平滑调压调速技术，使机车获得良好的调速性能。随着大功率晶闸管性能的提高，相位控制技术已经成熟应用于机车电力驱动领域，其代表型号为SS4型电力机车。 SS4型机车是1985年研制的相控无级调压、交流直驱8轴重型货运电力机车，是我国相控机车的“代表作” 。与该型电力机车一起构成了国内晶闸管相控调压及交

14、直流输电系列产品。该型机车由2台相同的4轴电力机车通过重连杆连接而成，每台机车都是一个完整的系统。第二次重大改进显着提高了机车的性能和质量，成为中国干线的主要货运机车。2 交流传动技术的发展为跟踪世界“交-直-交”电力机车新技术，适应社会经济发展要求，促进轨道交通装备技术进步，我国研究并应用了交流输电技术，并经历了技术探索（理论理解和基础开发）。 ）、引进与应用（X 2000动车组）、合作开发（“蓝箭”动车组和NJ1燃油调车列车等）、自主开发。 1970年代，我国开始研究交流传动系统的基础技术； 1980年代完成中功率交流传动系统的实验研究； 1990年代初，研制出1Mw大功率变流系统，推动了

15、AC4000样机车的研制与组装； 1990年代中期，先后启动了高性能交流传动控制技术、大功率GTO牵引变流器工程、功率IGBT牵引变流器、大功率异步牵引电机等一系列关键技术研究项目，取得丰硕成果实现了。本世纪初，它开始被装载到车辆上。2001年9月，我国研制成功时速200公里的“奥星”交流传动电力机车。同年10月，时速200公里的“蓝箭”在广深线上投入使用； 200km/h“先锋”和160km/h “中原之星”动力分布式电动车单元。 2006年以来，我国引进日本、德国、法国等国家的先进技术，消化、吸收、国产化，成为具有“中国自主知识产权”的动车组产品系列CRH系列动车组，均属于强国。分散式动车

16、组都预示着机车性能的深刻变革，成为未来我国电力机车的发展方向。我国自主研发的交流传动产品包括：国防科技大学磁浮列车、 DF8BJ “西部之光”燃气机车、 DJJ2 “中国之星”高速动车组、 DJ7CJ燃气机车、“天梭”电力机车、 KZ4A型有拥有自主知识产权的哈萨克斯坦电力机车、国产化地铁列车、地铁客车50余台。CRH 2型动车组牵引传动系统现状从以下五个方面可以看出牵引技术的现状：( 1 )牵引传动系统。牵引传动系统分为直流传动系统和交流传动系统。目前，我国主要铁路使用的电力机车仍以直流传动系统为主。交流传动机车虽然已经使用，但在电力牵引功率中所占比例很小。由于交流传动机车性能的优越性，国外

17、各大机车厂家已经停产直流传动机车，基本采用交流传动牵引技术。我国铁路牵引交流传动技术的应用才刚刚起步，技术还远未成熟。( 2 )电源配置。根据牵引功率的配置，可分为功率集中模式和功率分散模式。功率集中法是传统的机车牵引方式，是目前我国电力牵引的主要方式，也是我国铁路采用的比较成熟的牵引方式。动力分散动车组是日本首创。动力分散法是城市地铁牵引方式的演变和发展，是一种快速发展的牵引方式。欧洲国家近年来也采用了动力分散动车组的模式。目前，我国已有“中原之星”动车组、“先锋”号动车组、 HYPERLINK %20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/48976

18、6.htm t _blank CRH系列动车组等采用这种牵引方式的动车组，但无论从技术上还是从运营管理上都只是起步阶段。 .( 3 )运行速度等级。我国已有120km / h及以下等级、 160km / h等级、 200km / h等级、 250km / h等级和300km / h电力机车或动力分散动车组。 160km / h及以下的机车技术已经比较成熟，有比较成熟的应用和管理经验；但250km / h及以上机车的应用才刚刚开始，技术还不够成熟。(4) 车载牵引力。车载功率可以从总功率和单轴功率两个方面来看：我国直流传动机车最大车载功率为6400kW（SS4机车），单轴功率高达900kW（SS

19、8机车） );总功率高达7200kw（SSJ3机车），单轴功率高达1200kW （“中国之星”动车组）。作为单轴1200kW交流传动机车，已经达到了很高的水平，但在技术上还不够成熟。(5) 牵引力控制系统。我国铁路机车普遍采用微机作为牵引控制系统，但直流传动机车上仍有相当多的模拟电控系统。在动车组上，利用列车和车厢的通信网络实现控制和信息交换，初步形成了分布式控制的雏形。但目前我们还没有自己的成熟可靠的微机控制系统产品，控制网络的应用还有待完善。上述方面的关系是相互交叉和兼容的。根据以上分析，可以说，我国铁路在牵引技术方面已基本达到或接近国际先进水平，但在技术成熟度和产品可靠性方面有待进一步提

20、高。总体而言，在牵引系统方面，“中国之星”和“先锋”动车组技术含量较高，试运行里程已超过50万公里。有很多经验可以借鉴。以大提速上线运行的动车组技术和谐动车组，堪称中国牵引动力技术最高水平的代表。2.2 CRH2动车组牵引传动系统2.2.1 CRH2动车组牵引传动系统原理CRH2动车组采用交流传动系统，主要由受电弓、牵引变压器、四象限变流器、中间环节、牵引逆变器、牵引电机、齿轮传动等组成。动车组受电弓由接触网AC25KV/50HZ供电。为了满足动车组牵引特性的要求，牵引电机需要电压和频率可调的三相交流电源。图 2.2.12.2.2 CRH2牵引驱动系统主电路受电弓从接触网25KV/50HZ单相

21、交流电网接受电力，通过主断路器VCB与牵引变压器初级绕组相连。主电路的开合由VCB控制。牵引变压器有两组牵引绕组。当初级绕组电压为25KV时，牵引绕组电压为1500v。 M1和M2车辆上的牵引变流器由四象限脉冲整流器、逆变器和中间直流电路组成。运行时，除实现制动时牵引电机供电和再生制动外，还具有相应的保护功能。主电路图如图2.2.2所示图 2.2.2 主电路示意图2.2.3 CRH2动车组牵引驱动系统控制电路CRH2动车组牵引驱动系统控制电路如图2.2.3所示图 2.2.3 牵引驱动系统控制电路控制方式为脉冲整流控制、逆变控制和牵引电机控制。脉冲整流控制：AC1500V、50Hz电源输入脉冲整

22、流输出，由牵引变压器的牵引绕组输出。脉冲整流器由单相三点PWM变换器和变换器接触器K组成。采用无触点控制装置，实现输出直流电压2600V3000V的恒压控制，对机组的控制牵引变压器原边功率因数及无触点控制装置保护。再生制动时，接受支撑电容输出的直流3000V电压，提供交流1500V、50Hz给牵引变压器。逆变控制：逆变侧采用VVVF控制方式。整流器输入到辅助电容的直流电压，根据非接触式控制装置的控制信号，输出变频变压的三相交流电，对并联的四台电机进行调速和转矩。再生制动时，牵引电机发出三相交流电，经整流后输出直流电压给辅助电容器。牵引电机控制采用矢量控制方式，分别独立控制转矩电流和励磁电流，使

23、转矩控制精度高，响应速度快，提高了电流控制性能。2.2.4 CRH2动车组牵引传动系统保护牵引驱动系统为高压系统，设置了各种保护装置，确保系统的安全可靠。牵引驱动系统是高压系统。为保证系统安全可靠运行，系统配备了各种保护装置。电驱动系统的保护主要包括：牵引驱动系统具有对各种故障的检测和保护功能；为有效利用附着力，牵引变流器在牵引过程中及制动控制装置中均设有检测怠速并实施再附着控制的功能。具有制动时检测滑动并进行再附着控制的功能；为保护牵引电机在并联电机出现故障和负载分布不均的情况下，配备电机过流检测、电机电流不平衡检测、接地检测等保护功能。所有故障信息都通过车辆信息控制设备网络传输，并显示在驾

24、驶员控制台显示设备上。高压设备箱在考虑危险防范和绝缘距离的基础上，力求做到小巧轻便；为防止触电事故，采用连锁方式，通电时不能打开箱门。动车、挂车均设有接地装置，动车转向架的接地装置安装在变速箱上，接地容量为160A2/齿轮箱，挂车转向架的接地装置安装在轴箱上。动车组高压电路中没有电压互感器。此外，动车组在高压电路中设置了主断路器，不再有隔离开关。动车组的主电路非常复杂，不同的部件可能会产生各种故障，影响动车组的安全可靠运行。当系统出现故障时，相应的故障会显示在驾驶室的监视器上。2.2.5 CRH2动车组牵引驱动主要系数牵引传动系统的主要技术参数包括供电系统、牵引特性、牵引传动设备额定参数率和电

25、网侧性能指标。 1.电网电压系统：AC25KV/50Hz，最高电压：31 kV，最低电压：17.5kV。 电网电压为22.529kV时，施加额定功率； 电网电压22.519kV时，牵引功率线性下降至额定功率的84%； 电网电压1917.5kV时，电网功率线性下降至零，辅助设备正常工作； 电网电压为2931kV时，各设备正常工作。 2、列车组牵引特性参数最高运行速度为200km/h； 最高测试速度为250公里/小时； 固定负载动车组在直路上的启动加速度为0.406m/s 2 ； 200 km/h 运行时，剩余加速度不小于0.1 m/s 2； 损失25%的动力时，直路上的平衡车速可大于200km/

26、h ；商业运营; 紧急制动距离（初始制动速度200km/h）1800m 3牵引系统主要参数牵引变压器：一次侧绕组，额定容量3060kVA，额定电压25kV，电流1250Hz； 2个牵引绕组，1500V，21285kVA； 1个辅助绕组，400V，490kV 牵引变流器：中间直流电压为2600V3000V；变频器输出电压和频率可调电压：02300V，频率0220Hz； 牵引电机：额定功率：300kW，额定电压2000V，额定电流106A。 4、牵引系统效率牵引变压器的效率不低于0.95； 牵引变流器效率在0.96以上； 牵引电机效率在0.94以上。 5、网侧性能指标a) 额定负载，网侧总功率因数

27、0.97（不考虑辅助绕组）。 b) 牵引变压器一次电流畸变率（THD）10%（条件：电能质量状态良好，额定负载不受其他车辆及其他影响）。 c) 一个基本功率单元施加额定功率时的等效干扰电流（Jp）2A。 d) 满足电磁兼容性 (EMC) 要求2.2.6 CRH2动车组牵引传动特性 牵引传动系统采用交流传动，在牵引变压器、牵引变流器、牵引电机、控制策略等方面具有显着特点。A、牵引变压器采用壳式结构，悬挂安装在车体下方，油循环强制风冷，一次侧采用两组并联结构绕组，增加了每相牵引绕组的容量；牵引绕组为两个独立的线圈，保证牵引绕组的高电抗、弱耦合。 B、牵引变流器主电路采用两市电串联中点钳位二极管的方

28、案，功率开关器件采用IPM智能功率模块或IGBT模块。其中，IPM是将芯片、驱动电路、保护电路等封装在一个模块中的新型电力电子器件，是IGBT集成化、智能化的一种应用方式。除了IGBT的优点外，驱动功率小，吸收电路简单，器件模块本身具有检测和自我保护功能，可采用多路并联来增加电流容量。 C、脉冲整流器采用单相三点PWM脉冲整流器，具有以下优点： 每个功率器件的关断电压仅为直流侧母线电压的一半。相同条件下，直流母线电压可翻倍，容量在相同开关频率和控制方式下，输出电压或电流的谐波远小于两点变换器，总谐波失真THD也比两点转换器小很多；当开关频率很低时，输入侧的电流波形也能保证一定的正弦度。从而减少

29、谐波对通信系统的干扰。 D、牵引变流器中间直流环节无二次谐波滤波装置，减轻牵引变流器重量。 E、逆变器采用三点拓扑结构。与两点逆变器相比，端电压波形包含较少的谐波分量。在一个周期内，两点反相电路只有7个状态，而三点反相电路有19个状态，有利于减小相邻电路状态转换引起的电压电流波动，从而降低损耗，提高电机效率。 ，减小脉动转矩。 F、牵引电机具有良好的牵引特性，可在大范围内实现平滑调速，使机车在启动时能发出较大的启动力矩；该异步电动机结构简单，可靠性高。与直流电机相比，无换向引起的无电气和机械损耗，无环火，进一步提高了运行可靠性；抗震、抗风、抗雪，能在多尘、潮湿等恶劣环境下正常运行；电机过载能力强；高转速和高功率重量比，有利于电机悬挂；转矩-速度特性比较陡峭，可以抑制空转，提高附着力利用率。 G、牵引电机采用矢量控制策略，在转子磁场定向坐标系中将定子电流分解为励磁电流分量和转矩电流分量，实现定子电流的完全解耦，控制方法简单，使整个牵引驱动系统具有良好的性能。动态性能和控制精度。额定频率 50Hz额定负载 20VA质量 35kg2 、电压互感器电压互感器工作时，一次侧直接连接被测高压电路，二次侧连接电压表或功率表的电压线圈。由于电压表和功率表的电压线圈