城际动车组牵引系统技术分析及展望

城际动车组牵引系统技术分析及展望

孙菁睿 王莹

中车唐山机车车辆有限公司 河北唐山 063000

摘要：国家高速公路扩大国际市场需要研究，以扩大国际市场。直流车辆更换的技术难点和关键因素是考虑到直流运行中可靠性高、成本低和主电路结构选择。本文阐述了国际汽车工业牵引系统的技术分析与展望。

关键词：高速动车组;交直流;牵引;高压

引言

随着区域经济的快速增长和对城市化的新认识的加快，约1h个城市和地区出现了游程。城市车辆是城市和城市地区的理想交通解决方案，其特点是安全性高、价格便宜、节能环保、舒适方便。城市自主交通工具使高速铁路过渡到城市轨道交通，形成综合立体轨道交通网络，促进城市和区域经济体系的健康，促进可持续发展。

1、高速动车组主电路结构选择

国产高速动车组的通用分组形式为8个配电组:头01+换能器02+换能器03+汽车04+汽车05+换能器06+换能器07+头08。一种25kV/50Hz触头网络，通过车辆顶部的电弧焊，在牵引变压器原始侧旋转后，电流通过AC25kV/50Hz触头网络输送，电流通过变压器车辆接地从轨道返回变压器，闭合电流电路 并且同时为相邻动力汽车牵引变换器提供电源，牵引变换器是一种交叉直交变频变换器，除了车辆的四个三相异步牵引电动机外，也是一种辅助变换器(或辅助变换器)

如何有效地将现有高速动车组交流供电方式下的牵引-直-交开关方式与铁路直流联络网相结合，是高速动车组主电路结构设计的关键因素，实现方案主要分为以下三类。(1)车辆采用两套完全独立的通信系统和高压直流牵引系统。目前在该计划的技术执行方面存在明显缺陷:高压设备、牵引系统设备利用率低、宝贵的车辆空间资源利用率高、系统配置复杂、不必要的费用增加等。不适用于工业推广。(2)车辆采用两种共用右侧的独立高压系统牵引系统交付。

牵引变换器直流母线选择直流3kV电压与直流接触网相同，直流接收机电弧通过直流高压箱流入牵引变换器直流母线后，以便当单个圆弧不能满足多种弧网协调关系和边界条件时，本解决方案更为适用，但也具有解决方案(1)中车辆空间利用率低、成本高的缺点，以及车辆进入另一个供电模式区域时(3)车辆共用右侧部分——相同电流系统和牵引系统的交点，建立两个高压箱。采用双模式电弧炉，除了增加直流高压箱总成、直流双模式开关和直流母线外，双模式高压牵引系统与交流电流型无明显区别，能够达到高压牵引设备的最大利用率， 作为当前轨道交通技术水平的体现，建议按照该方案实现高速双模式车辆组主电路的设计。

供电与普通高速动车组主电路的区别如下:①电弧炉采用双重模式满足通信网、直流联络网和接触力的供电要求；②在机车顶部设置交直流两用开关，实现无电弧降直流电源切换；③直流模式下，牵引变压器高压线圈开路，牵引线圈用作直流滤波抗原；④在直流模式下，网络直接流入牵引变换器中间的直流环节，牵引变换器二侧滤波后，不必有牵引变换器4QC单元；⑤交流主电路通过牵引变压器车辆接地返回变电站，直流主电路通过牵引变换器车辆接地返回变电站。直流3kV流量模式下，交流高压箱内主断路器断开，机车车顶双模式开关关闭，直流高压箱内主断路器关闭，并网侧电流通过箱入两台牵引变换器 为牵引变换器中间的直流母线供电，对牵引电动机进行变频调速，并为辅助变换器供电。

2、主辅一体化变流器

2.1主电路形式

主副集成变换器由牵引变换器二侧输出的三相AC950V供电。主电路为AC-DC-AC。二电平电路结构简单，所需开关装置数量少，控制困难是国内外动车组技术的常见电路结构。综合考虑后，主副集成变换器主电路采用成熟技术的两电平电路设计。主电路结构如图4所示。变频器采用主辅集成设计，牵引部分由两个完全独立的电源单元组成，每个电源单元由一组四象限PWM整流器和一台VVVF转换器组成，外加一个短负荷电路、一个除污电路、一个固定放电电路和一个接地检测电路双象限和四象限交替一定的相位角，以减少电网的谐波污染。牵引变换器采用非二次谐振回路设计，控制方式为独立支撑控制(非co-co中间直流电路支撑控制)。辅助变换器通过电源单元直流链接供电，改造、减压、滤波后输出三相交流380V。直流380v电压稳定三相输出辅助逆变电路通过三相抗原和EMC滤波器为直流110V充电器供电，充电器导出直流110V稳定电源作为列车控制电源并充电。

2.2供电制式切换时牵引变流器控制流程

将新的电源模式切换方法应用于多模式牵引变换器，将开关逻辑写入列车的TCU(牵引控制器)程序，根据开关控制过程确定接触器的指令时序，通过卡的硬接线信号控制相应接触器的传导和切断要执行电源模式安全切换，请执行以下操作。

2.3过热保护

多模式切换控制方案是将牵引变压器二次侧绕组多路复用为扁波电传感器，在切换过程中，过电压电流和谐波电流可增加绕组的热量，从而影响牵引变压器的稳定运行，产生安全隐患。因此，牵引变压器二侧线圈必须进行温度采集，TCU软件提供了热故障保护，以确保牵引变压器的安全运行正常。

3、直流供电切换到交流供电

由于牵引变压器的二次侧线圈在直流供电模式下用作平板抗原，因此当直流模式返回直流模式并关闭交流电源主开关时，铁芯磁链不会突然下降，因此真空变压器中存在大量磁残 敏感元件在磁化曲线的非线性区域工作，需要产生一定的冲击电流，这种电流称为励磁电流。 上诉电流的大小与电压的初始相位角和变压器的剩馀磁大小有关，初始相位角为0时电流最大，相位角为90时电流最小。注入电流包含大量的二次谐波，可能使电流的最大值比额定电流高出10倍，切换电源时产生的瞬态谐波分量可能产生强电磁干扰，严重影响l在此分析的基础上，有必要删除临时状态过程生成的谐波分量，以满足电力系统和电气零部件的电磁兼容性要求。一种感应滤波隔离变压器(TS为感应滤波隔离变压器)，安装在交流电流过渡区，用于限制多模列车与交流电网连接时的谐波电流，并有效隔离直流分量，技术将电源隔离在侧但是，这种方法需要在欧洲气象卫星组织内安装一个新的变压器，提高质量和减少空间使用。根据励磁涌流原理，变压器闭合角的变化也有一定的抑制作用，但需要事先确定回火的大小，很难应用。结合变压器励磁激振原理，提出了一种新的变压器电流抑制方法，以满足实际应用uem的需要。也就是说，变频器中的四象限整流受到正确控制，也就是说，选择了相应的控制器参数，直流侧可以相当于电容器，直流侧可以相当于电感和电阻(如果没有)由于存在电阻，二阶系统将不断降低开关过程产生的电流幅值，以达到去磁目标。随着电流的变化，变压器的剩馀磁能也在下降，消除剩馀磁化能可以实现消除电流的目标。该方法已应用于一组真正的多模式车辆，从而提高了抑制注射电流的效果。

结束语

通过牵引系统电流的流动方向研究，建立牵引系统的电路集模型，分析最小电路集数据，使钢丝绳系统成为左右系统稳定的重要因素。跳线电缆系统由多个项目组成，例如车间电缆、连接器、连接器等。由于布线是一个特殊的过程，其稳定性不能用外表来判断，因此其设计、工艺和施工质量尤为重要。希望本文的研究能有助于牵引系统可靠性的研究。

参考文献：

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2. 焦京海，曹江，刘江涛，等.城际动车组牵引系统研制[J].机车电传动，2015（3）：5-9.

3. 李智国，王学亮.速度140km/h4编组城际市域动车组[J].铁道机车与动车，2017（12）：17-19.

4. 李华，荣智林，忻力，等.城际动车组主辅一体变流器的开发[J].机车电传动，2015（6）：15-17.

5. 焦京海，曹江，刘江涛，等．城际动车组牵引系统研制[J]．机车电传动，2015（3）：5－9．

作者简介：孙菁睿 从事高铁动车组、城轨地铁、低速磁悬浮的生产制造工作十余年