电力牵引交流传动控制系统毕业设计.docx
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电力牵引交流传动控制系统毕业设计.docx
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电力牵引交流传动控制系统毕业设计
电力牵引交流传动控制系统毕业设计
2020届毕业设计
课题名称:
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
专业系轨道交通系
班级2010宁波地铁订单班
学生姓名苏海东
指导老师首珩
完成日期2020年06月
2020届毕业设计任务书
一、课题名称:
电力牵引交流传动操纵系统的分析及故障排除
二、指导老师:
首珩
三、设计内容与要求:
1、课题概述:
随着电力电子技术的进展,电力牵引交流传动系统逐步替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,成为铁路实现高速和重载运输的唯独选择和要紧进展方向。
而交流传动操纵系统是交传机车和电动车组的核心部件,是列车运行的神经中枢系统。
分析该系统的工作原理,把握常见故障的处理方法有着专门重要的现实意义。
本课题要紧分析电力牵引交流传动操纵系统的组成结构及各组成部件的要紧功能原理,以及常见的交流传动操纵技术;分析系统常见的故障现象及应急处理方法。
2、设计内容与要求:
(1)设计内容
本课题下设3个子课题:
1CRH动车组交流传动操纵系统的分析及故障排除
2HXD交传机车传动操纵系统的分析及故障排除
3城轨车辆交流传动操纵系统的分析及故障排除
每个子课题设计的要紧内容可包括:
a.电力牵引交流传动操纵系统的进展历史及现状分析
b.电力牵引交流传动操纵系统的组成结构分析
c.电力牵引交流传动操纵系统要紧组成部件功能和原理分析
d.各种交流传动操纵技术的对比和分析
e.电力牵引交流传动操纵系统的常见故障排除
f.结论
(2)要求
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;
b.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来分析电力机车交流传动操纵系统。
c.要求学生有一定的电力电子,轨道交通专业基础。
四、设计参考书
1、《现代变流技术与电气传动》
2、《电力牵引交流传动与操纵》
3、《CRH2动车组》、《CRH3动车组》
4、《HXD1型电力机车》
5、《HXD2型电力机车》
6、《HXD3型电力机车》
五、设计说明书内容
1、封面
2、名目
3、内容摘要(200-400字左右,中英文)
4、引言
5、正文(设计方案比较与选择,设计方案原理、分析、论证,设计结果的说明及特点)
6、终止语
7、附录(参考文献、图纸、材料清单等)
六、设计进程安排
第1周:
资料预备与借阅,了解课题思路。
第2-3周:
设计要求说明及课题内容辅导。
第4-7周:
进行毕业设计,完成初稿。
第7-10周:
第一次检查,了解设计完成情形。
第11周:
第二次检查设计完成情形,并作好毕业答辩预备。
第12周:
毕业答辩与综合成绩评定。
七、毕业设计答辩及论文要求
1、毕业设计答辩要求
(1)答辩前三天,每个学生应按时将毕业设计说明书或毕业论文、专题报告等必要资料交指导教师批阅,由指导教师写出批阅意见。
(2)学生答辩时,自述部分内容包括课题的任务、目的和意义,所采纳的原始资料或参考文献、设计的差不多内容和要紧方法、成果结论和评判。
(3)答辩小组质询课题的关键问题,质询与课题紧密相关的差不多理论、知识、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。
2、毕业设计论文要求
文字要求:
说明书要求打印(除图纸外),不能手写。
文字通顺,语言流畅,排版合理,无错别字,不承诺抄袭。
3、图纸要求:
按工程制图标准制图,图面整洁,布局合理,线条粗细平均,圆弧连接光滑,尺寸标注规范,文字注释必须使用工程字书写。
4、曲线图表要求:
所有曲线、图表、线路图、程序框图、示意图等不准用徒手画,必须按国家规定的标准或工程要求绘制。
摘要
随着电力电子技术的进展,电力牵引交流传动系统逐步代替了早期的直流牵引传动系统,在都市轨道交通领域得到了广泛的应用,成为轨道交通实现高速和重载运输的唯独选择和要紧进展方向。
而交流传动操纵系统是城轨电力牵引传动操纵系统的核心部件,是城轨列车运行的神经中枢系统。
通过分析城轨车辆牵引传动操纵系统的构造和原理,把握常见故障的处理方法有着专门重要的现实意义。
本设计要紧分析城轨车辆电力牵引交流传动操纵系统的组成构件,各组成部件的要紧功能和原理,以及常见的各种故障类型,对该系统常见的故障进行分析,把握处理故障的有效方法。
关键词:
城轨车辆交流传动操纵系统故障排除
Abstract
Withthedevelopmentofpowerelectronictechnology,electrictractiondrivesystemgraduallytooktheplaceofearlyDCtractiondrivesystem,inthecityrailtransportationhasbeenappliedextensively,becometheorbittraffictoachievehighspeedandheavyhaultransportationonlyoptionandthemaindirectionofdevelopmentTheACdrivecontrolsystemofcityrailelectrictractiondrivecontrolisacorecomponentofthesystem,isthecityrailtraininthecentralnervoussystemThroughtheanalysisofurbanrailvehicletractioncontrolsystemstructureandprinciple,tograspthecommonbreakdownprocessingmethodhasaveryimportantpracticalsignificanceThedesignofthemainanalysisofcityrailwayvehicleACdrivecontrolsysteminelectrictractioncomponents,eachcomponentofthemainfunctionandtheprinciple,aswellasthecommonfaulttypes,thesystemcommonfaultanalysis,faulthandlingmethod.
Keywords:
urbanrailvehicleACdrivecontrolsystemtroubleshooting
引言
随着国民经济的进展,都市规模在不断扩大,都市人口急剧增加,随之显现的交通拥堵问题日趋严峻。
都市轨道交通新的交通运输方式以其不可比拟的优势快速进展起来,在都市公共交通中发挥着越来越大的作用。
因此,做好此项工作,保证城轨列车的运行安全是全体城轨工作人员的神圣职责。
随着城轨电力牵引列车的运行速度和载客量日益提高,确保列车的运营安全,具有十分重要的意义,一旦发生行车事故,不仅经济缺失是庞大的,甚至可能造成不良的政治阻碍。
城轨车辆电力牵引交流操纵是一个高度集中的大系统,为了不断提高运营能力,防止各类事故的发生,就要求我们熟悉城轨车辆牵引传动操纵系统的构造和原理,把握常见故障的处理方法。
才能保证那个大系统的有机统一,保证城轨运营的畅通无阻。
作为都市轨道交通操纵专业的专业学员,城轨机车车辆运营质量的好坏,与我们技术要求水平的高低关系极大,因此,如何科学地使用好城轨交流传动电力机车,充分发挥它的效能,把握它的运行规律,以提高列车牵引重量和运行速度,安全正点的完成运营任务,是我们必须研究的课题。
只有了解和把握了城轨车辆电力牵引交流的操纵性能,以及列车运行的一样规律和有效的故障排除,才能正确操纵城轨列车,及时有效的排除列车故障,安全正点,多快好省地完成运营任务。
都市轨道交通作为国家重要的基础设施、国民经济的大动脉和大众化的交通工具,它负担着都市人员交流的要紧运输任务,在实现经济社会又好又快进展中肩负着重大责任,承担着艰巨任务。
都市轨道交通具有占地少、污染小、能耗低、成本低、运量大、全天候的比较优势,加快都市科技创新步伐,对加快构建符合科学进展要求的我国综合交通运输体系,具有不可替代的重要作用。
我国都市轨道交通技术进展的总目标是实现都市轨道交通现代化,重点进展方向是乘客运输快速化、高速化,物资运输重载化、快捷化,安全装备系统化,牵引动力系统化逐步建立一个具有中国都市轨道交通特点的技术体系.
随着近年中国经济连续增长,都市轨道交通需求也随之增加,自2006年以来,大功率交流传动机车产生及批量投入运用,标志着我国铁路机车行业成功实现了由直流传动向交流传动的转化,机车技术平台达到世界先进水平,机车装备现代化和机车装备制造业现代化进展迈入了新的历史时期。
第1章 电力牵引交流传动技术的概述
1.1电力牵引交流技术的组成
从专门早的年代开始,人们就一直努力探究机车牵引动力系统的电传动技术。
1879年的世界第一台电力机车和1881年的第一台都市电车都在尝试直流供电牵引方式。
1891年西门子试验了三相交流直截了当供电、绕线式转子异步电动机牵引的机车,1917年德国又试制了采纳“劈相机”将单相交流供电进行旋转、变换为三相交流电的试验车。
大功率硅整流技术的显现,使电传动内燃机车和电力机车的传动型式从直-直传动(直流发电机或直流供电-直流电动机),专门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。
电力牵引交流传动系统要紧由牵引变压器、牵引电机和牵引变流器组成。
其要紧组成如图1-1所示
图1-1交流传动机车要紧组成
交流传动电力牵引的技术要紧分为:
核心层技术、辅助层技术和相关层技术。
其核心层技术要紧包括:
牵引变频器技术、变频操纵及其网络技术、交流驱动电机技术和牵引变压器技术。
其辅助层技术要紧包括:
冷却与通风技术、辅助变流器技术、操纵电源技术、爱护技术和电磁兼容与布线技术。
其相关层技术要紧包括:
司机台操纵技术、车体轻量化技术、转向架技术、空气制动技术和高压测检测技术。
电力牵引作为电气传动的一个单独类别,过去一起采纳直流电动机牵引或脉流电动机牵引。
近20年来,由于电子技术专门是大功率变流技术的进展、操纵理论和操纵技术的完善、以及静止变频器研究技术的成熟,使三相交流电动机在机车牵引中的应用得到了关键性突破,获得了极为迅速的进展。
(1)牵引传动制式。
牵引传动制式分为直流传动制式和交流传动制式。
目前我国干线铁路使用的电力机车仍以直流传动制式为主,交流传动机车尽管差不多有了运用,但在电力牵引动力中所占的比重专门小。
由于交流传动机车性能的优越性,国外的要紧机车生产商早已停止了直流传动机车的生产,差不多上差不多上采纳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。
(2)动力配置方式。
按牵引动力配置方式能够分为动力集中方式和动力分散方式。
动力集中方式确实是传统的机车牵引方式,这是我国目前电力牵引的要紧模式,也是我国铁路运用比较成熟的牵引模式。
动力分散型动车组是日本首创的,动力分散方式是都市地铁牵引模式的进化和进展,是一种进展迅速的牵引模式。
欧洲国家近年来也纷纷采纳动力分散型动车组的模式。
目前我国也差不多有了这种牵引模式的动车组,如“中原之星”动车组,“先锋”号动车组以及CRH系列动车组,但不管在技术上依旧在运用治理上都只是刚刚起步。
(3)运行速度等级。
我国差不多有了120km/h及以下等级、160km/h等级、200km/h等级、250km/h等级以及300km/h的电力机车或动力分散型动车组。
160km/h及其以下等级的机车在技术上差不多比较成熟,也有了较为成熟的运用和治理体会;但关于250km/h及其以上等级机车的应用才刚刚开始,技术上也还不够成熟。
(4)车载牵引功率。
车载功率能够从总功率和单轴功率两个方面来看:
我国直流传动机车的车载总功率最大为6400kW(SS4型机车),单轴功率最大为900kW(SS8型机车);交流传动机车的车载总功率最大为7200kw(SSJ3型机车),单轴功率最大为1200kW(“中华之星”动车组)。
作为单轴1200kW的交流传动机车来说,差不多达到了较高的水平,只是在技术上还不够成熟。
(5)牵引操纵系统。
我国铁路机车差不多普遍采纳微机作为牵引操纵系统,但在直流传动机车内仍有相当数量的模拟电子操纵系统。
动车组上差不多开始使用列车和车厢的通信网络实现操纵和信息交换,初步形成了分布式操纵的雏形。
但目前还没有我们自己的、成熟可靠的微机操纵系统产品,操纵网络的应用尚待完善。
由此可见,电力电子技术这门综合学科对牵引动力交流传动系统的进展产生了强大的推动力。
微运算机和微处理器品质不断提升,由8位进步到32位、64位,由定点运算进步到浮点运算,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操纵器。
1.2电力牵引交流传动技术的进展
为追踪世界新型“交-直-交”电力机车新技术,更为了满足社会经济进展的要求,推动轨道交通装备技术进步,我国研究、应用交流传动技术,经历了技术探究(理论认识与基础开发)、引进应用(X2000动车组)、合作研制(“蓝箭”动车组和NJ1内燃调车等)、自主开发几个时期。
三相交流传动用于机车动力牵引是从70年代开始的。
1971年原西德研制了第一批DE2500型交流传动内燃机车,经试运行后,证实了三相交流机车的一系列重大优点:
如牵引力大、粘着利用好、制动性能优越、以及修理量小等。
从而掀起了研究三相交流机车的热潮。
1980年,原西德又将第一批E120型交流传动干线电力机车投入运行,这是交流传动机车进展史上的一个重要里程碑。
近年来,已有多种型号的三相交流电力机车、交流电传动内燃机车和高速电动车组,分别在德国、法国、美国、丹麦、挪威、瑞士、瑞典、意大利、奥地利、西班牙等国铁路线上运行。
从世界范畴内看,目前三相交流传动机车的技术研究中心在西欧,如ABB电气集团、西门子电气集团、法国阿尔斯通电气集团,日本在1990年也研制成功了EF500型双流制交—直—交电力机车样机和新干线300系的交—直—交高速电动车组。
后又成功研制出500系、700系等高性能交流传动高速动车组。
从20世纪90年代开始,铁路发达国家已不再生产相控脉流电力机车和直流电动机传动的内燃机车,全部采纳交流传动操纵技术。
自70年代开始,我国许多科研单位已着手进行电力半导体变流技术和三相交流传动的研究,容量从几千瓦逐步扩大,到1989年交流传动系统的容量已达到300kW以上。
与此同时,铁道部门的有关科研机构也在进行三相交流传动机车的研究,到1992年差不多完成了单机容量为1000kW级的地面试验系统。
依照“地面试验系统”研制取得的数据和体会,1996年研制成功功率为4000kW级4轴的三相交流电力机车,是我国牵引传动由直流转变为交流的一个重要里程碑。
目前我国已研制成功DJ1、DJ2、DJ3等交流传动电力机车,“中华之星”交流传动高速动车组以及交流传动内燃机车。
我国自主研发的交流传动产品还有:
国防科技大学磁浮列车、DF8BJ型“西部之光”内燃机车、DJJ2型“中华之星”高速动车组、DJ7CJ型内燃机车、“天梭”电力机车、KZ4A型哈萨克斯坦电力机车、国产化地铁列车、自主知识产权北京地铁客车等,共计50多台套。
方发达国家投入巨资研发轨道交通交流传动系统,通过30年的研发、考核、技术更新,已完成了机车车辆直流传动向交流传动的产业转换。
TGV、新干线、ICE差不多成为铁路现代化和国家综合实力的标志之一。
交流传动成为铁路实现高速和重载的唯独选择和进展方向。
图1—2中华之星列车组
在这进展过程中,电力电子器件的进展是交流传动技术进步的物质基础。
第一代机车采纳快速晶闸管,变流机组复杂、效率较低、可靠性和可修理性等均不理想。
随着大功率GTO器件的产生,上世纪80年代中后期被迅速应用于大功率交流传动机车动车,技术性能又有新的提高。
进入上世纪90年代,中高压IGBT相继问世,器件品质进一步提高,变流机组又开始更新换代。
与此同时,操纵策略的进展是交流传动技术进步的理论基础。
先后研究、应用了晶闸管移相整流操纵、PWM操纵、四象限脉冲整流操纵、磁场定向操纵、直截了当转矩操纵等方法。
微电子、信息技术等为交流传动技术进步提供了现代操纵手段。
从过去复杂的模拟--数字电路实现简单的操纵功能,进人现代网络化操纵、小型化及模块化结构。
以上诸方面的关系是相互交叉和相容的。
依照上述分析,能够说我国铁路在电力牵引的技术方面差不多差不多达到或接近国际先进水平,只是在技术的成熟度和产品的可靠性方面需要进一步提高。
总的来说目前在电力牵引系统方面,“中华之星”和“先锋”号动车组的技术含量相当高,差不多试验运行了50多万km,有专门多体会能够借鉴,而作为中国铁路第六次大提速上线运行的动车组——和谐号动车组的技术,能够作为我国牵引动力技术最高水平的代表。
第2章 交流牵引电机的构造分析
2.1交流牵引电机的简介
都市轨道交通电力机车、工矿电力机车、电力传动内燃机车和各种电动车辆(如蓄电池车、都市电车、地下铁道电动车辆)上用于牵引的电机。
牵引电机包括牵引电动机、牵引发电机、辅助电机等。
(1)牵引电动机
在机车或动车内用于驱动一根或几根动轮轴的电动机。
牵引电动机有多种类型,如直流牵引电动机、交流异步牵引电动机和交流同步牵引电动机等。
直流牵引电动机,专门是直流串励电动机有较好调速性能和工作特性,适应机车牵引特性的需要,获得广泛应用。
(2)牵引发电机
专用于电力传动内燃机车,以供给牵引电动机电力的发电机,又称主发电机。
牵引发电机有直流和交流两种。
直流牵引发电机直截了当向直流牵引电动机供电。
交流牵引发电机发出的三相交流电经硅整流器整流后再向直流牵引电动机供电。
交流整流电路是三相的,整流电压尽管有脉动,但脉动量比较小,因此牵引电动机还被认为是一样的直流电动机。
(3)辅助电机
电力机车内的辅助电机可用直流电动机,也可用三相交流异步电动机。
用直流电动机作为辅助电机时,须由专用的硅整流器供电。
用三相交流异步辅助电动机时,须由静止变相、变频装置或专用的旋转电机供给三相电源。
这种专用的旋转电机称为劈相机,能够把单相交流电变为三相交流电。
随着交流变频调速技术的日益成熟,能够对交流牵引电机进行平稳可靠的无级调速,调速范畴可达1:
1000,比直流调速范畴更大,专门是没有了直流电机换向器的存在,因而克服了直流电机的许多弊端,交流牵引电机与直流电机相比,结构简单可靠、体积小、重量轻,更适合车辆对电机的安装空间和重量等方面的要求,更重要的是交流牵引电机因具有功率大、过载能力强、噪声小、调速范畴宽(0~5000r/min左右)、再生制动力庞大、可防止车轮打滑、可靠性高、爱护方便、平稳舒服、节电20~30%等优点,成为现代都市轨道交通牵引机车驱动电机的首选产品。
2.2交流牵引电机的结构
交流变频牵引电机作为车辆驱动的原动机是国际上二十世纪八十年代进展起来的先进牵引技术。
随着交流变频调速技术的日益成熟,能够对交流牵引电机进行平稳可靠的无级调速,调速范畴可达1:
1000,比直流调速范畴更大,专门是没有了直流电机换向器的存在,因而克服了直流电机的许多弊端,交流牵引电机与直流电机相比,结构简单可靠、体积小、重量轻,更适合车辆对电机的安装空间和重量等方面的要求,更重要的是交流牵引电机因具有功率大、过载能力强、噪声小、调速范畴宽(0~5000r/min左右)、再生制动力庞大、可防止车轮打滑、可靠性高、爱护方便、平稳舒服、节电20~30%等优点,成为现代都市轨道交通牵引机车驱动电机的首选产品。
交流牵引电机的差不多结构由定子、转子、轴承、端盖,传感器、接线盒等构成。
图2—1交流电机的结构组成
(1)定子:
电机中固定的部分叫做定子,在其上面装设了成对的直流励磁的静止的主磁极,电动势充当旋转磁场,后产生电磁转矩进行能量转换,以定子绕组的形状与嵌装方式区分。
定子是电动机静止不动的部分。
定子由定子铁芯、定子绕组和机座三部分组成。
定子的要紧作用是产生旋转磁场。
定子铁芯是电机磁路的一部分,定子铁芯内圆上平均开有槽,安放定子绕组。
机座是用作固定与支撑定子铁芯。
定子绕组是电机电路部分,它由三个在空间相差120°电角度、结构相同的绕组连接而成,按一定规律嵌放在定子槽中。
(2)转子:
电动机的旋转部分。
它由转轴、转子铁芯和转子绕组组成。
转子上有励磁绕组,在通入励磁电流,由于转子在原动力的作用下旋转,则会产生交变的磁场,定子的三相绕组依次切割磁力线.就会感应出大小相等,相差120°电角度的交流电动。
表2—2牵引电动机额定参数
项目
额定值
额定参数种类
连续
输出Kw
300
线电压V
2000
相电流A
106
转数rpm
4140
频率Hz
140
效率%
94.0
功率因数%
87.0
转差率%
1.4
冷却风量m3/min
20
绝缘类别
等级200(定子绕组)
最高使用转速
6120rpm
轴承
动侧NU214C4P6
(3)轴承:
电机进口轴承是一个支撑电机的零件,它能够引导电机轴的旋转,也能够承担电机轴上空转的零件。
而轴承能够分为滚动轴承和滑动轴承,一样来
说的轴承指的是滚动轴承。
(4)端盖:
一样是指轴向尺寸大于径向尺寸的电机两端的盖子,要紧作用是确定转子的轴的空间位置,因此需要与不同形式的轴承配合,通过端盖连接到固定电机定子的外壳上,保证转子与定子的间隙,一样是铸铁工艺,小电机也能够板材冲压成型。
(5)传感器:
分两大类:
直流和交流电流传感器。
按用途可分为:
工业传感器工业产品电流电压测量解决方案。
用于操纵、校准以及过流爱护和监控。
作为适用于车辆的构件,在构造设计方面不仅最大限度地追求轻量化,而且还追求在爱护时的简易性。
以下针对要紧部分的构造进行说明。
假如进气侧的风道金属网在附有尘埃的状态下运转,则牵引电机的冷却风量就会减少,如此可能会因专门发热而使绝缘劣化,轴承担损等。
2.3交流牵引电机的工作原理
牵引电动机的工作原理与一样直流电动机相同,但有专门的工作条件:
空间尺寸受到轨距和动轮直径的限制;在机车运行通过轨缝和道岔时要承担相当大的冲击振动。
图2—3交流牵引电机操纵原理图
牵引电动机有两种悬挂方式。
一种是牵引电动机和动轮轴连接的悬挂方式,称为抱轴式悬挂或半悬挂。
采纳这种悬挂方式时,动轮通过轨缝和道岔所产生的冲击振动会直截了当传给牵引电动机。
抱轴式悬挂适用于结构速度低于120公里/小时的机车车辆。
另一种是架承式悬挂(或称全悬挂)。
采纳这种悬挂方式时牵引电动机固定悬挂在转向架构架上,在牵引电动机轴端和小、大齿轮之间加入各种弹性连接元件,以减小冲击振动的阻碍。
架承式悬挂适用于结构速度高于120公里/小时的机车车辆。
图2—4交流牵引电机操纵原理
在用牵引变压器降压经硅整流器或大功率晶闸管整流后供电给直流串励牵引电动机时,加在牵引电动机上的电压为脉动电压,因此这种牵引电动机称为脉流牵引电动机。
大功率脉流牵引电动机的“换向”条件更加困难。
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- 电力 牵引 交流 传动 控制系统 毕业设计