电力公司管理城轨车辆电力牵引交流传动控制系统的分析及故障排除设计

课题名称：城轨车辆电力牵引交流传动方法有着非常重要的现实意义。本课题主要分析电力牵引交流传动控制系统的组成结构及各组成部件的主理方法。①②③城轨车辆交流传动控制系统的分析及故障排除③每个子课题设计的主要内容可包括：a.电力牵引交流传动控制系统的发展历史及现c.电力牵引交流传动控制系统主要组成部件功能和原理分析d.各种交流传动控制技术的对比和分析f.结论a.通过检索文献或其他方式，深入了解设计内容所需要的各种信息；c.要求学生有一定的电力电子，轨道交通专业基础。告等必要资料交指导教师审阅，由指导教师写出审阅意见。原始资料或参考文献、设计的基本内容和主要方法、成果结论和评价。识、设计方法、实验方法、测试方法，鉴别学生独立工作能力、创新能力。文字要求：说明书要求打印(除图纸外)，不能手写。文字通顺排版合理，无错别字，不允许抄袭。尺寸标注规范，文字注释必须使用工程字书写。 随着电力电子技术的发展，电力牵引交流传动系统逐步代替了早期的直流引传动控制系统的构造和原理，以及常见故障。有着非常重要的现实意义。本课题主要分析城轨车辆电力牵引交流传动控制系统的组成构件及各组成部件的主要功能原理，列车网络控制系统的介绍以及常见的交流传动控制技术，我国城轨车辆装备制造业的发展前景。tractiondrivesystemgraduallytook-the-place-of-early-Ddrivesystem,inthecityrailtransportationhasbeenappliedTheACdrivecontrolsystemofcityrailelectrictractiondriveof-thesystem,-is-thecityrailtraininvehicletractioncontrolsystemstructure-and-principle,-to-graspthesignificance.-of-cityrailwayvehicle-AC-drivecontrolsysteminprinciple,trainnetworkcontrolsystem-is-introduced-as-well-as-the-Keywords:UrbanrailvehicleElectrictraction-AC-driveC..................................8 8 8 9 从很早的年代开始,人们就一直努力探索机车牵引动力系统的电传动技术。机械能的转换能量小等因素,未能成为牵引动力的适用模式。1955年,水银整流器机车问世,标志着牵引动力电传动技术实用化的开始。1957年,硅可控整流器(即普通晶闸管)的发明,标志着电力直-直传动(直流发电机或直流供电-直流电动机)，很自然地被更优越的交-直传动(交流发电机或交流供电-硅整流-直流电动机)所取代。1965年,晶闸管整流器机车问世,使牵引动力电传动系统发生了根本性的技术变革,全球兴起了单相工地取代了交-直传动。于直流电机控制的简便性,以及电力电子技术仅具备整流晶闸管器件和完善的整流技术,交流传动无法与直流传动相媲美。随着快速晶闸管的出现,采用异步牵引燃机车问世了，交流传动在牵引领域展现出前所未有的活力。从此,城轨车辆装备进人了新时代。路结构方面以及在主要部件,如卧式主变压器、牵引变流器、牵引电动机、空心轴万向节传动装置、辅助变流器等的设计和制造方面,成功地进行了了当代交流机车设计和运行的基本模式。西方发达国家投入巨资研发轨道交通交流传动系统,经过30年的研发、考现高速和重载的唯一选择和发展方向。在这发展过程中,电力电子器件的发展是交流传动技术进步的物质基础。第一代机车采用快速晶闸管,变流机组复杂、效率较低、可靠性和可维修性等均不与此同时,控制策略的发展是交流传动技术进步的理论基接转矩控制等方法。的模拟--数字电路实现简单的控制功能,进人现代网络化控制、小型化及模块化算进步到浮点运算,处理能力大幅提升,构筑了以高速数字信号处理器为核心的实时控制器。迄今，在电力牵引领域出现的交流传动系统基本上1)电流型变流器供电的同步电动机或笼型异步2)电压型变流器供电的笼型异步电动机系2)要求,推动轨道交通装备技术进步,我国研究、应用交流传动技术,经历了技术大功率IGBT牵引变流器、大功率异步牵引电机等一系列核心技术的攻关工程,取得了丰硕成果,并于本世纪初开始装车应用。从2006年开始，我国分别从日本、德国、法国等国引进先进技术，并消化吸收及国产化，成为“具有我国自主知识产权”的动车组产品系列-CRH系列动车组，它们均属于强动力分散系动车组，这些均预示着机车性能的深刻变革，采用交流传动方式的牵引技术。我国铁路牵引的交流传动技术应用才刚刚开始，技术上远未达到成熟的程度。纷采用动力分散型动车组的模式。目前我国也已经有了这种牵引模式的动车组，上还是在运用管理上都只是刚刚起步。级的机车在技术上已经比较成熟，也有了较为成熟的运用和管理经验；但对于到了较高的水平，只是在技术上还不够成熟。成熟可靠的微机控制系统产品，控制网络的应用尚待完善。动车组的技术，可以作为我国牵引动力技术最高水平的代表。我国城轨车辆交流传动技术已走过50余年的发展里程，取得了巨大进步，铁路运输从速度和功率已被用到技术极限的交-直传动迈入速度更快、功率更高进而走向世界，在高速、重载铁路牵引设备领域与世界先进企业同台竞争。121215867传动齿轮45867传动齿轮4一一33 在现在交流传动电力机车上，来自接触网的单相交流电在牵引变压器中变换成合适交流电，从而带动齿轮的转动，使得列车运行。逆变器为核心的电传动系统。主要由熔断器、主隔离开关、高速断路器、滤波线、微机控制装置＋通信网络）。 2.3.1异步电机工作原理：B.转矩平衡方程式：C.转速公式：E.转矩公式：F.恒功率运行：三相交流异步电动机工作原理：(1)当三相异步电机接入三相交流电源时，转磁场。(2)该旋转磁场与转子导体有相对切割运动,根据电磁感应原理,转子导叫为异步电机。它和感应电机基本上是相同的。s=(ns-n)/ns。s为转差率，2.3.2三相异步电动机的控制技术 1.矢量控制：采用直流电机控制方法控制异步电机。根据异步电机的数学流可以单独控制的直流电机形式进行转矩控制。2.直接转矩控制：是用空间矢量的分析方法，以定子磁场定向方式，对定2.3.3逆变器原理：将交流电变为直流电.然后用电子元件对直流电进行开关.变为块整流模块.2.平波电路3.控制电路2.3.4高速断路器的工作原理：高速断路器合闸后，主触点闭合，自由脱扣机构也使自由脱扣机构动作。2.3.5滤波电抗器的工作原理捋直。感抗等于电感和频率的积，当电流频率高到一定程度个阻隔高频的作用，而让直流电流和低频的电流通过，也就是可以滤掉高频波。2.4.1牵引主电路图现列车防滑行的控制，使列车能平稳可靠地运行。换数据。2.4.2辅助主电路图在正常情况下，2台辅助逆变器的输出能力空调制冷能力减半。充电及各系统控制和显示回路，以及车载信号和通信设备的电源。5、具有故障自存储功能，并能通过通信总传输数据。1.从储能原件的不同可分为电压型系统和电流型系统，相应的，把有关交-直-交变流器称为电压型变流器和电流型变2.对于电力牵引交流传动，除了不同的类型变流器的选择以外，人们还面临步电动机系统和电压变流器供电的笼型异步电动机系统。源逆变器对于多电动机转动系统来说是不适用的。电压型变流器异步电动机机车特别适用-通过高成本的-适合近距离运输-也可能用于干2.接触网性按照现在的技术水平。仅能采用-采用高成本的脉冲整流器可使接触网的电厂和输电系统来说影-采用便宜的相控利的λ值，并需要加装滤波器增加与电压型系统中的脉冲整流器的情况相比，λ值较差，电流谐波分量大视对接触网性能要求的程度来决采用四象限脉冲整流器制动节省能量采用简单的没有再生制动冲整流器的术熟练的人总成本比电压系统小，在某些情况下甚至低对直流接触网供电的情况特由于同步电动机较贵，而且需要附加的启动设备，到现在已经进入分布式控制系统的发展阶段。准化、模块化的硬件系列和全方位的开发、调试、维护、管理软件工具。子设备能够互换。置中，系统被明确划分为人机界面显示级、机车控制级和传动控制级三级,级与统自成一个小型网络，使一个车辆有多种网络存在，各系统间的数据不能共享，展了自我开发、联合开发或技术引进工作，这些工作主线局域网、现场总线、以上这些研究，有一些成果得到了应用，其中，“新曙光”号是首列采用在成熟的内燃机车微机控制装置EXP机箱中。首尾动力车的重联通信通过车各个设备的状态。数字输入/输出通通（如继电器）等采取了冗余措施。制系统的发展已经进入实用化的新阶段。2.列车网络控制系统的功能联和电路的连接，即逻辑控制功能；以及实现列车运行过程中的故障信息处理，场处理和排除信息的提示。还提供列车运行的状态信息。v总线总线总线供大量的标准的程序模块，为控制软件的编程提供了有利的条件。输给中央控制装置。KLIP站可以很自由地使用了该系统。IEC61375-1：列车通信网络标准;IEEE1473:1999中关于列车通信协议标准；），2）该系统器件结构紧凑，电源直接由列车蓄电池供电，可以实现分布式安装且不需要额外的加热或制冷，器件配线最少，质量显著降低。3）用线少，通过余增强系统的可用性，传感器车控制系统。4）该系统具有自诊断功能。诊断功能组合在监控系统中，通过数据克视化方式，进行实时监控和故障诊断，提高了应用的可靠性。无线局域网以及因特网相关的通信协议。-远程平台使用互联网技术和问，同时保证在线的控制通信系统不冲突。列车控制级、车辆控制级以及子系统控制级三级（包括牵引控制、气制动控制、在各个子系统之间进行通信；提供与外部PC机之间的服务端口等。各部分功能如下。以及本车于同一单元的其他车之间通过本地车辆总线进行通信和数据传输。统可以为列车子系统控制和模块提供各种实时控制信号。参数。所有列车运行所需的关键的诊断信息则是通过安装在驾驶室驾驶台上的的使用者设置了不同的权限，分为驾驶模式界面和检修模式界面。的子控制单元，均要求诊断系统能诊断并显示到最小可更换部件的故障。主要特点是结构紧凑、模块化、低成本、低噪声和快速保护等。断或者意外情况发生的时候，优先直接向乘客广播实时信息。统易于扩展。一种面向工业控制的通信网络，其主要特点可归纳为实时性、同步性、可靠性。 件记录管理、旅客信息触发（音频和视频）的功能。他设备，FIP车辆网络受限于车辆组的长度，它连接总线上的设备。是否中断，相互检查功能是否可用。高峰。常见的信息包括所有故障状态信息，并能够被传送到驾驶室。测门的状态。 4.TIS信息系统TIS信息系统是日本新干线各型列车上装备的信息控制与传输系统。TIS系车控制系统。能进行出库检查。异常情况下能发出警报；还可以通过TIS查询客车情况，并做出处理。故障记录，做出故障分析，收集、记录运行数据，为检修提供依据。表等。开闭等。为新干线列车系统中不可缺少和不可替代的一个重要组成部分。TIS系统在列车运行、检修和故障诊断中的作用越来越大，有关人员对其依身很少有故障发生。的一套车载计算机系统，它控制并监视整个列车。它包括车载硬件、操作系统、控制软件、诊断软件、监视软件和维护工具。适应不同形式的列车编组。调控制系统、门控制系统、制动控制系统。计。地铁列车控制系统对列车牵引系统、高压电路、辅助电源系统、制动系统、控设备出现故障时，备用设备将代替主控设备，行使列车中央控制单元的功能，以保障整个列车正常运行。集和输出。学原理设计，以及搞分辨率的图形显示，包括一个触摸屏或无线传输装置。示器上显示，并可打印。和操作工况。同时也对一些关键信号进行硬连线备份。禁止运行状态。的参考信号。 紧急牵引按钮被按下时，将启动奔涌驾驶模式。牵引逆变器和制动控制单元接收到列车线送来的紧急牵引信号后，将根据列车的牵引/制动工况信号和备控制。后牵引，制动才被解除。调进行整个空电联合制动的混合控制。列车控制系统TCC将来自驾驶控制器或补充空气制动力，以满足总制动力要求。列车控制和诊断系统采用分布式控制技术（列车控制和诊断系统拓扑图见图信息采集和诊断、记录和显示，并可通过读出器将数据读出和打印。列车控制和诊断系统还支持车辆的维护工作，包括支持检查功能和自诊断功能。或分析故障原因等。或现象。设备故障是多种多样的可以从不同角度进行分类。按发生状态，设备故障可分为：属于这类故障，这类故障与材料的磨损、腐蚀、疲劳及蠕变过程有密切的关系。料缺陷，或者操作失误、违章作用而造成的。 有机绝缘材料将会变脆老化，绝缘性能下降，甚至击穿。湿度影响 潮湿对半导体材料的危害主要表现在潮湿能透过IC塑料封装从引脚等缝隙粉尘影响 人为及物触影响 设计者与使用者做好相关警示防范措施，避免出现列车设备故障影响设备寿命；护。其他因素影响 如对设备做防风、防雷及防电磁屏蔽等考虑。 电源线路故障，影响列车供电。 保险及保护设备损坏。 电器和线路接触不良，影响电路畅通。 信号传递及操作失误，影响列车设备运行。 1.故障检查 验数据超标都应认真分析原因并及时处理，将设备隐患消灭在故障发生前，提加强设备运行状态的检查和监视。缺相交流进线空气开关有压，但馈出无压时，应着重检查交流接触器是否吸合，端无压，此时应办理停电手续后检查自用变压器，高压侧熔管是否熔断。2.故障分类 ①分闸弹簧故障； ②断路器合闸后，合闸挚子不能返回，分闸机构无法脱扣。检查更换。电路故障：电源、线路、开关、负载。 物理故障：外界环境影响。 3.故障分析分析方法。若可以获得产品的这些数据，则应以定量的方法计算并分析危害度。 据源应与进行其他可靠性维修性分析时所用的故障率数据源相同。原因或问题。 闸装置、合闸装置、灭弧栅、辅助触点等。高速开关需要定期检查，检查周期 测量螺管线圈的阻值，若阻值与标称值不相符应更换线圈。检查线圈与铁心 触电阻增大而损坏电缆及主接线端。 变流系统通常安装在一个独立的设备箱内， 内有异物，都会影响元件散热性能。因此应经常对通风区域及散热片进行清洁，去除散热片上的灰尘和碎屑。在散热片间必须没有阻挡空气流进入的阻塞物。 检查逆变器箱的外表无腐蚀、变形或其他损坏现象；检查安装螺母无松动， 接线端子绝缘良好，无老化、开裂、损坏或脱 控制单元外观无缺陷，印制电路板完好，印制电路 检查动力单元与电源单元的接线良好，没有变形或污垢，电缆电线没有损伤、(2)仔细观察灭弧室是否损坏，如有损坏及时报告。(3)灭弧室如无损坏，仅有拉弧痕迹时，须用硬刷或干布擦拭灭弧罩至洁净。(6)触点的烧蚀范围如未超过允许范围，仅有烧灼痕迹或是毛刺，则通过锉刀或不要损伤触点表面，不要露出铜制材料，打磨时请特别注意必须保持LB原有的 继电器单元接线良好，电缆电线扣件排列整齐；继电器表面没有损伤、褪色、 的过程中通常会发生机械磨损、触头熔焊和电气磨损三种。电气磨损是主要的， 接触器内的传动机构由于绝缘的需要，通常由时间后，这些材料的性能可能会发生改变，有时因为受力的原因也会出现裂纹、破损等现象，对于损坏的部件应予以更换。同时