城市轨道交通牵引供电系统

城市轨道交通牵引供电系统交通工程教研室牵引供电系统电力牵引系统电力牵引系统由受流器从架空接触网或第三轨接受电能，通过车载的变流装置给安装在转向架上牵引电动机供电，将电能转换为机械能，通过齿轮传动箱和轮对，驱动动车组运行。供电系统为电力牵引系统、其它电器设备提供电能。电力牵引系统设备牵引电机直流牵引电机交流牵引电机控制系统电子元件：GTO、IGBT控制模块：斩波器、逆变器、整流器直流牵引电机结构工作原理特点牵引电机的结构直流牵引电机原理转子绕组接通直流电，在磁场的作用下产生运动；电刷不动，接入转子绕组的电流在相同的磁极下是同一方向，因而转子可以向同一方向运动。直流牵引电机特点启动性能好牵引特性好过载能力强功率利用充分控制简单调速范围宽交流牵引电机结构工作原理特点体积小，容易制造无换向装置，输出功率大牵引性能好，能耗小工作条件要求低，维修少可简化车辆主电路牵引电机的结构异步牵引电动机主要由定子和转子两部分组成。定子通常是无机壳叠片形式，铁芯两端装有厚压板，压板间用拉杆或钢板固定，用电焊将压板、铁芯和拉杆等焊成一个整体。定子压板又作为转子轴承支架，通过端盖和压板的止口来固定转子部分。转子通常是鼠笼型，其绕组用铝或铜硅铝合金铸成，容量较大的牵引电动机则采用铜材料制成。由于异步牵引电动机都采用降低频率起动，起动时集肤效应很小，从磁路饱和及结构简单的理由考虑，转子可以采用矩形槽。交流流牵牵引引电电机机原原理理当在在定定子子绕绕组组中中施施加加三三相相交交流流电电压压时时即即会会产产生生旋旋转转磁磁场场，，如如果果在在定定子子中中放放入入鼠鼠笼笼形形转转子子，，则则鼠鼠笼笼条条就就会会切切割割旋旋转转磁磁场场的的磁磁力力线线，，鼠鼠笼笼条条中中会会流流过过二二次次电电流流，，于于是是转转子子中中会会产产生生旋旋转转力力矩矩交流流牵牵引引电电机机特特点点考虑虑到到变变频频异异步步电电动动机机控控制制方方式式复复杂杂和和运运行行条条件件恶恶劣劣，，异异步步牵牵引引电电动动机机结结构构上上有有如如下下特特点点。。（1））由由于于异异步步牵牵引引电电动动机机运运行行时时，，需需承承受受来来自自线线路路的的强强烈烈振振动动，，因因此此需需采采用用比比普普通通异异步步电电动动机机较较大大的的气气隙隙（（通通常常为为1.5mm~2.5mm)。。（2）定子子槽型一般般采用开口口型，这样样可以用成成型绕组以以获得良好好的绝缘性性能，增加加运行的可可靠性。对对于选用气气隙较小的的电机，可可在定子槽槽口开通风风槽口，这这样可增加加通风效果果，同时还还可以增加加电机漏抗抗，减小谐谐波电流的的影响。（3）定、、转子铁芯芯冲片选用用0.5mm厚的高高导磁、低低损耗的冷冷轧硅钢片片，要求内内、外圆同同时落料，，以保证气气隙的均匀匀度。转子子铁芯内孔孔与轴用热热套固定，，取消键槽槽配合，以以满足牵引引电机频繁繁正反起动动的要求。。（4）鼠笼笼转子的导导条与端环环间的联接接用感应加加热银铜钎钎焊，对于于最大转速速较大的牵牵引电动机机，可在端端环外侧热热套非磁性性护环，以以增加强度度和刚度。。（5）采用用耐热等级级高、厚度度薄的聚酰酰亚胺薄膜膜和云母带带作定厂主主绝缘。并并通常选用用C级绝缘缘材料作H级温升使使用，以提提高电机热热可靠性。。（6）开始始使用绝缘缘轴承，阻阻止由于三三相电流不不平衡时产产生的轴电电流流过轴轴承，避免免轴承受到到电腐蚀，，保证轴承承寿命。（7）为配配合变频调调速系统进进行转速（（差）闭环环控制和提提高控制精精度，在电电机内部应应考虑装设设非接触式式转速检测测器。（8）为适适应高速列列车运行需需要，异步步牵引电动动机大多采采用全悬挂挂方式（或或称架承式式悬挂），，这种悬挂挂方式的优优点是电机机的全部重重量都在簧簧上，大大大减少了冲冲击和振动动对电机的的影响。架架承式电机机又分为实实心轴和空空心轴两种种传动方式式。实心轴轴传动多用用于中型牵牵引电动机机，如德国国西门子公公司在地铁铁车辆上设设计厂专用用的球形万万向联轴节节，置于轴轴伸和小齿齿轮中间，，以补偿运运行中轮对对和电机间间相对垂直直位移，避避免电机承承受弯矩和和轴向力，，延长轴承承寿命。空空心轴多用用于电力机机车用的大大容量的牵牵引电动机机，动轴两两端采用齿齿形联轴节节结构，便便于折装。。体积小，，容易制造造GTO可关断晶闸闸管GTO（GateTurn-OffThyristor））亦称门控控晶闸管。。其主要特特点为，当当门极加负负向触发信信号时晶闸闸管能自行行关断。普通晶闸管管（SCR）靠门极极正信号触触发之后，，撤掉信号号亦能维持持通态。欲欲使之关断断，必须切切断电源，，使正向电电流低于维维持电流IH，或施施以反向电电压强近关关断。这就就需要增加加换向电路路，不仅使使设备的体体积重量增增大，而且且会降低效效率，产生生波形失真真和噪声。。可关断晶晶闸管克服服了上述缺缺陷，它既既保留了普普通晶闸管管耐压高、、电流大等等优点，以以具有自关关断能力，，使用方便便，是理想想的高压、、大电流开开关器件。。GTO的的容量及使使用寿命均均超过巨型型晶体管（（GTR）），只是工工作频纺比比GTR低低。目前，，GTO已已达到3000A、、4500V的容量量。大功率率可关断晶晶闸管已广广泛用于斩斩波调速、、变频调速速、逆变电电源等领域域，显示出出强大的生生命力。IGBT/baike/pic/item/b5ce92546a2e713b3b293542.jpgGateBipolarTransistor)，绝缘栅栅双极型晶晶体管，是是由BJT(双极型型三极管)和MOS(绝缘栅栅型场效应应管)组成成的复合全全控型电压压驱动式功功率半导体体器件,兼兼有MOSFET的高输入入阻抗和GTR的低低导通压降降两方面的的优点。GTR饱和和压降低，，载流密度度大，但驱驱动电流较较大;MOSFET驱动功率率很小，开开关速度快快，但导通通压降大，，载流密度度小。IGBT综合合了以上两两种器件的的优点，驱驱动功率小小而饱和压压降低。非非常适合应应用于直流流电压为600V及及以上的变变流系统如如交流电机机、变频器器、开关电电源、照明明电路、牵牵引传动等等领域。图1所示为为一个N沟沟道增强强型绝缘栅栅双极晶体体管结构，，N+区区称为源源区，附于于其上的电电极称为源源极。N+区称为为漏区。器器件的控制制区为栅区区，附于其其上的电极极称为栅极极。沟道在在紧靠栅区区边界形成成。在漏、、源之间的的P型区区（包括P+和P一区））（沟道在在该区域形形成），称称为亚沟道道区（Subchannelregion）。而而在漏区另另一侧的P+区称称为漏注入入区（Draininjector），，它是IGBT特特有的功能能区，与漏漏区和亚沟沟道区一起起形成PNP双极极晶体管，，起发射极极的作用，，向漏极注注入空穴，，进行导电电调制，以以降低器件件的通态电电压。附于于漏注入区区上的电极极称为漏极极。IGBT的的开关作作用是通过过加正向栅栅极电压形形成沟道，，给PNP晶体管管提供基极极电流，使使IGBT导通。。反之，加加反向门极极电压消除除沟道，切切断基极电电流，使IGBT关关断。IGBT的的驱动方方法和MOSFET基本相相同，只需需控制输入入极N一沟沟道MOSFET，，所以具具有高输入入阻抗特性性。当MOSFET的沟道道形成后，，从P+基基极注入入到N一一层的空穴穴（少子）），对N一一层进行行电导调制制，减小N一层的的电阻，使使IGBT在高电电压时，也也具有低的的通态电压压。斩波器用于将输入入的变化的的网压变换换为稳定的的直流电压压利用电压的的变化进行行直流电机机的调速图8-3升降压斩波器电路整流器将交流电转转换为直流流电三相逆变电电路主要由6只只功率开关关元件组成成。采用SPWM控控制各开关关元件，使使其按一定定的逻辑顺顺序导通和和关断，从从而使三相相逆变电路路输出正负负对称的方方波电压。。电压和频频率的参考考值储存在在控制程序序中，根据据与输出电电压的反馈馈值之间形形成的偏差差，作为功功率元件门门极信号的的指令，控控制输出电电压恒定。。对于输入入电压和负负载的变化化，则通过过检测各相相电流值来来校正输出出电压。频频率的控制制采用内置置晶振。电力供电系系统一次电力系系统：发电电厂、传输输线路、区区域变电所所轨道交通牵牵引供电系系统：牵引引供电和动动力照明供供电系统牵引网接触网：经过受电器器向电动列列车供给电电能的导电电网。回流线：用以供牵引引电流返回回牵引变电电所的导线线馈电线：从牵引变电电所向接触触网输送牵牵引电能的的导线轨道（电路路）：利用走行轨轨作为牵引引电流回流流的电路变电站：变变换电压和和电流主变电站DC110kv------35kv牵引变电站站DC35kv---10kv----1500v(750v)降压变电站站DC35kv---10kv---0.4kv车站变电站站AC220V、、380V、DC110V、、24V牵牵引变电所所接触网铁路电气化是中国铁铁路发展展的最终终目标。。电气化化铁路工工程又称称为“四四电工程程”，包包括“接接触网””、“变电”、“信号”、“通信”，其中中以接触触网作为为铁路电电气化工工程的主主构架。。接触网主主要包含含以下几几项内容容：1.基础构构件，如如水泥支柱、钢钢柱及支支撑这些些结构物物的基础础；2.基础安安装结构构件，这这项内容容的作用用主要是是连接接接触网导导线和基基础构件件；3.接触网网导线，，这部分分作用就就是传输输电流给给电力机机车；4.其他他辅助构构件，包包括回流流线、附附加悬挂挂等。接触网是是沿铁路路线上空空架设的的向电力力机车供供电的特特殊形式式的输电电线路。。其由接接触悬挂挂、支持持装置、、定位装装置、支支柱与基基础几部部分组成成。接触悬挂挂包括接接触线、、吊弦、、承力索索以及连连接零件件。接触触悬挂通通过支持持装置架架设在支支柱上，，其功用用是将从从牵引变变电所获获得的电电能输送送给电力力机车。。支持装置置用以支支持接触触悬挂，，并将其其负荷传传给支柱柱或其它它建筑物物。根据据接触网网所在区区间、站站场和大大型建筑筑物而有有所不同同。支持持装置包包括腕臂臂、水平平拉杆、、悬式绝绝缘子串串，棒式式绝缘子子及其它它建筑物物的特殊殊支持设设备。定位装置置包括定定位管和和定位器器，其功功用是固固定接触触线的位位置，使使接触线线在受电电弓滑板板运行轨轨迹范围围内，保保证接触触线与受受电弓不不脱离，，并将接接触线的的水平负负荷传给给支柱。。支柱与基基础用以以承受接接触悬挂挂、支持持和定位位装置的的全部负负荷，并并将接触触悬挂固固定在规规定的位位置和高高度上。。我国接接触网中中采用预预应力钢钢筋混凝凝土支柱柱和钢柱柱，基础础是对钢钢支柱而而言的，，即钢支支柱固定定在下面面的钢筋筋混凝土土制成的的基础上上，由基基础承受受支柱传传给的全全部负荷荷，并保保证支柱柱的稳定定性。预预应力钢钢筋混凝凝土支柱柱与基础础制成一一个整体体，下端端直接埋埋入地下下。新温州牵牵引变电电所电气设备备高压开关关熔断器变流器变压器互感器断路器蓄电池作为辅助助系统的的备用电电源，蓄蓄电池在在辅助逆逆变器正正常工作作的情况况下处于于浮充状状态；当当网压故故障或列列车辅助助逆变器器全部故故障的紧紧急情况况下，蓄蓄电池作作为紧急急电源提提供列车车紧急负负载电源源。其容容量的大大小由紧紧急负载载的大小小来决定定。北京京城轨13号线线车辆的的蓄电池池容量为为低倍率率50Ah镉镉镍碱性性蓄电池池。输出变压压器输出变压压器将交交流滤波波器输出出的三相相电源变变换为AC380V或或AC220V，提供供给车辆辆交流负负载，同同时作为为和输出出回路的的隔离之之用；同同时还将将输出的的AC380V电源源通过变变压器再再变换为为AC85V和AC20V，提提供给整整流装置置，整流流装置通通过三相相整流模模块，输输出DC110V和和DC24V提供给给车辆的的直流负负载。电力监控控主站一般设置置在控制制中心，，采用计计算机网网络技术术，客户户机/服服务器模模式，主主从网络络节点方方式。配配置服务务器、调调度工作作站、系系统维护护工作站站、前置置通信处处理、行行调显示示终端节节点设备备、设置置实时数数据、程程序、统统计报表表、画面面拷贝等等打印机机及实时时监控供供电系统统概况的的模拟盘盘（或投投影仪））等外围围设备，，重要的的设备有有冗余配配置，以以提高系系统的可可靠性。。系统配配置不间间断电源源设备。。被控站设在主变变电所、、牵引降降压混合合所、降降压变电电所。变变电所采采用分层层分布式式变电所所综合自自动化系系统，主主要由站站级管理理层设备备、所内内现场通通信网络络、间隔隔设备层层单元组组成，完完成对变变电所及及其供电电范围内内供电设设备的保保护、控控制、信信号、测测量及自自动装置置、远程程通信等等功能。。数据传输输通道采用专用用的数据据传输通通道，点点对点式式结构。。监控对象象遥控对象象变电所内内10kv及以以上电压压等级的的断路器器、负荷荷开关及及电动隔隔离开关关、直流流快速断断路器、、直流电电源总隔隔离开关关、低压压进线断断路器、、