1、上海工程技術大學 CRH2-300型動車組交流牽引系統 城 市 軌 道 交 通 車輛電力牽引與控制報告課題名稱： CRH2-300型動車組交流牽引系統 院 系： 城市軌道交通學院 專 業： 車輛工程 組 別: 高速列車交流牽引系統 小組成員： 授課教師： 完成時間： 2016年11月1日 緒論20 CRH2-300型動車組簡介31 CRH2-300型動車組牽引傳動系統組成42 CRH2-300型動車組牽引系統分析62.1牽引變流器的工作原理6（1）脈沖整流器7（2）三電平逆變器72.2牽引系統能量傳遞83 CRH2-300型動車組制動系統分析83.1 CRH2-300動車組制動系統概述83.2

2、 再生制動系統的能量傳遞94 CRH2-300型動車組牽引性能計算104.1 CRH2-300型動車組主要參數104.2 CRH2-300型動車組的粘著104.3 CRH2-300型動車組牽引性能計算115 總結11參考文獻12CRH2-300型動車組交流牽引系統緒論鐵路運輸具有速度快、運量大、能耗低、污染輕、安全性好等諸多優點，一直都是世界各國現代化交通運輸體系中最為重要的運輸手段，在國民經濟的發展中發揮著不可替代的作用。隨著社會經濟的迅速發展，人民生活水平的不斷提高，人們對運輸服務質量的要求也愈來愈高，鐵路旅客列車原來的運行速度已遠不能滿足人們出行的要求。為了促進社會經濟的持續發展，世界上

3、許多發達國家一直在推動本國及相鄰區域的軌道交通技術裝備現代化進程，不斷地提高機車車輛的運行速度。我國也注重交一直一交電傳動技術的研究與應用，“中原之星”號動力分散型電動車組，設計速度為160km/h，總功率為3200kw，總定員為548人。“藍箭”號動力集中型電動車組于2000年12月試驗完成，總功率4800kw，設計時速200km/h，最高試驗速度達235. 6km/h，總定員421人。動力分散型“先鋒”號電動車組也于同期試制完成，總功率4800kw，設計時速200km/h，最高試驗速度達240km/h，總定員424人。應當指出的是設計時速270km/h的動力集中型“中華之星”號，是我國高速

4、動車組最高速度值接近國外高速動車組的水平。該車設計總功率為9600kw，總定員為774人，最高試驗速度達321. 5km/h。以上電動車組均采用了交直交傳動技術、計算機網絡控制技術等眾多國際先進技術，體現了我國機車車輛制造技術的最高水平。由于我國與國外先進水平存在較大差距，消化吸收國外先進技術以及再創新的任務還很艱巨。列車的牽引特性和制動特性是列車最重要的特性，是設計列車牽引傳動系統的重要依據，對高速列車牽引傳動這一多變量、非線性和強藕合的系統綜合評估。因此報告對CRH2-300型動車組牽引/制動性能的進行闡述，對高速列車事業有著重要的意義。在研究高速列車交流牽引系統的時候，我們此次主要對CR

5、H2-300型動車組牽引傳動系統進行介紹分析。0 CRH2-300型動車組簡介CRH2-300型動車組電動車組是鐵道部為了進行第六次提速向日本川崎重工引進的高速列車后，由我國專家將之國產化的產物。它以日本新干線的E2-1000系電動車組為基礎。CRH2-300型動車組時速300公里速度級動車組(簡稱300km/h EMU)為動力分散交流傳動動車組，可在中國新建300km/h速度級客運專線(300線)上運營，并能在新建200km/h速度級客運專線上以200km/h速度正常運行。采用八輛編組，六動兩拖，定員610人，最高運營速度300km/h,最高試驗速度350km/h，最大牽引功率7342kW，

6、具有車體強度高、防火性能好、安全可靠性高、起動加速度大、噪音低、維護量小、壽命長、壽命周期成本低等優點。列車的2號、3號、4號、5號、6號、7號車為動車，1號、8號車為拖車。列車有2臺受電弓，分別設于4號車和6號車上正常運行時列車單弓受流，另一臺受電弓處于折疊備用狀態。受電弓將25kV的交流電通過高壓電纜傳給牽引變壓器。列車共有兩臺牽引變壓器給六臺牽引變流器供電。牽引變壓器為ATM9型單相無壓密封殼式結構，用螺栓固定的吊掛方式安裝在車體之下。牽引變壓器具有堅固的機械結構能夠而機械振動和沖擊;具有體積小、質量輕鐵耗小的優點。牽引變流器采用免維修半導體模塊結構，其構成在下文中有詳細說明在此不做論述

7、。牽引變流器通過整流逆變將1500V的交流電變換為電壓和頻率均可調的交流電供給牽引電機。牽引電機為MT205型三相鼠籠異步電動機，每臺牽引變流器帶動4臺牽引電動機，即每個動車設有4臺牽引電動機，全車共有24臺牽引電動機。電動機額定功率為300KW ,額定轉速為4140rad/min。電動機具有功率大、體積小、質量輕、結構簡單構造牢固的優點，具有良好的牽引特性。1 CRH2-300型動車組牽引傳動系統組成CRH2-300型動車組動力組編組形式為8輛編，動力配置為6動2拖C6M+2T)。全列共計2個受電弓、3個牽引變壓器、6個牽引變流器、24臺牽引電動機，列車正常時升單弓運行，另一個受電弓備用。其

8、中相鄰的兩輛動車為一個基本動力單元，共3個基本動力單元，每個動力單元具有獨立的牽引傳動系統。其牽引傳動的組成原理如圖1所示，主要由受電弓、牽引變壓器、脈沖整流器、中間環節、牽引逆變器、牽引電機、齒輪傳動等組成。CRH2 -300型動車組采用交流傳動系統，動車組由受電弓從接觸網獲得AC25kV/50Hz電源，通過牽引變流器向牽引電機提供電壓頻率均可調節的三相交流電源。圖 1 CRH2-300型動車組動牽引傳動系統組成原理圖其中高壓設備完成從接觸網到牽引變壓器的接通與斷開;牽引變壓器用來把接觸網上的25kV的高壓變換成可供給牽引變流器工作所適合的電壓，其工作原理與普通電力變壓器相同;脈沖整流器是牽

9、引傳動系統的電源側變流器，列車牽引運行時作為整流器，列車再生制動時作為逆變器，可以實現牽引與再生工況間的快速平滑轉換;牽引逆變器是牽引傳動系統的電機驅動側變流器，列車牽引運行時作為逆變器，列車再生制動時作為整流器，可以實現牽引與再生工況間的快速平滑轉換;牽引電機是實現電能和機械能轉換的最核心部件。列車牽引工況時作為電動機運行將電能轉化成機械能，列車再生制動工況時作為發電機運行將機械能轉化為電能。CRH2-300型動車組的主電路如圖2所示。圖 2 CRH2-300型動車組的主電路原理圖2 CRH2-300型動車組牽引系統分析2. 1牽引變流器的工作原理CRH2-300型動車組牽引變流器(Conv

10、erter&Inverter，簡稱CI)由三點式脈沖整流器、中間直流電路、三點式逆變器、真空交流接觸器等主電路設備以及無觸點控制裝置、控制電源等控制設備組成，采用的功率開關器件為工GBT肛PM，上述設備安裝在一個箱體內，箱框采用鋁合金結構，減小牽引變流器重量。取消了變流器中間直流回路的二次吸收回路，牽引變壓器不需設置二次濾波電抗器，牽引變壓器和牽引變流器的重量均得到大幅度降低。每個動車設置一臺牽引變流器，每個牽引變流器驅動4臺并聯牽引電機。脈沖整流器和逆變器主電路圖參見圖3。三點式脈沖整流器以PWM斬波方式進行整流，控制中間直流電壓牽引時在2600V-v 3000V內，再生制動時穩定在

11、3000V，三點式逆變器采用異步調制、5脈沖、3脈沖和單脈沖相結合進行控制。牽引變流器輸出電壓、頻率可調的三相交流電，驅動4臺并聯連的牽引電機。圖 3 脈沖整流器和逆變器主電路圖（1）脈沖整流器CRH2-300型動車組采用的單相三電平四象限變流器主電路圖如圖4所示。L為整流器流側電感，R為網側漏電阻。C,和C:為直流側兩個支撐電容。通過脈寬調制技術，可以使得能量由電網向直流中間環節傳遞(牽引工況)，也可將直流中間環節能量向電網傳遞(再生工況)，在能量的傳遞過程中要維持直流中間環節電壓穩定，且使網側功率因數接近1。圖 4 單相三電平四象限整流器主電路圖與開關等效圖（2）三電平逆變器CRH2-30

12、0型動車組采用的三電平逆變器的主電路如圖5所示，可知是二極管箱位式的三電平逆變器。圖 5 二極管三電平逆變器拓撲結構圖2.2牽引系統能量傳遞列車牽引運行時是將電能轉換成機械能，能量傳遞的途徑如圖6所示。圖 6 CRH2-300型動車組牽引傳動系統能量傳遞圖CRH2-300型動車組列車牽引運行時:受電弓將接觸網AC25kV單相工頻交流電，經過相關的高壓電氣設備傳輸給牽引變壓器，牽引變壓器降壓輸出1500v單相交流電供給牽引變流器，通過脈沖整流器將單相交流電變換成直流電，經過中間直流電路將DC2600一一3000V的直流電輸出，再經過牽引逆變器，牽引逆變器輸出電壓/頻率可調的三相交流電源(電壓:0

13、-2300V;頻率:0-220Hz);此電源驅動牽引電動機，牽引電動機的轉矩和轉速通過齒輪變速箱傳遞給輪對驅動列車運行。實現電能到機械能的轉換。3 CRH2-300型動車組制動系統分析3.1 CRH2-300動車組制動系統概述CRH2-300動車組采用8輛編組，6輛動車(即M車)2輛拖車(即T車)，其中列車的2號、3號、4號、5號、6號、7號車為動車，1號、8號車為拖車。CRH2-300型動車組的總體結構如圖7。圖 7 CRH2-300型動車組總體結構CRH2-300型動車組制動系統主要由電制動系統、空氣制動系統、防滑裝置和制動控制系統組成。動車組由6輛動車和2輛拖車組成，動車的每根軸上有電制

14、動和空氣制動裝置，空氣制動裝置包括2套輪盤式盤形制動裝置;拖車的每根軸上只有空氣制動裝置，包括2套輪盤式制動裝置和2套軸盤式盤形制動裝置。CRH2-300型動車組制動系統采用再生制動和空氣制動聯合作用的復合制動模式。在單元內再生制動優先，空氣制動實行延遲控制，以減少機械制動零部件的磨損;當列車速度較高時實施電制動，當低速區域電制動不足或故障時由空氣制動來補充。制動方式的轉換由微機系統控制完成。3. 2再生制動系統的能量傳遞CRH2-300型動車組再生制動系統組與牽引傳動系統組成相同弓、牽引變壓器、脈沖整流器、中間環節、牽引逆變器、牽引電機等組成，其組成原理如圖1所示。主要由受電、齒輪傳動。再生

15、制動運行時是將機械能轉換成電能，能量傳遞的途徑如圖8所示。圖 8 CRH2-300型動車組牽引傳動系統能量傳遞圖CRH2-300型動車組再生制動時:控制牽引逆變器使得牽引電動機處于發電狀態，牽引逆變器工作在整流狀態，牽引電動機發出的三相交流電被整流為直流電并對中間直流環節進行充電，是中間直流環節的電壓上升。脈沖整流器工作于逆變狀態，中間直流回路直流電被逆變為單相交流電，該交流電通過牽引變壓器、真空斷路器、受電弓等高壓設備反饋給接觸網，從而實現機械能到電能的轉換。4 CRH2-300型動車組牽引性能計算4.1 CRH2-300型動車組主要參數CRH2-300型動車組，列車定員多、技術經濟指標高，

16、軸重及簧下重量低，定員時最大軸重不大于14t，列車編組自由、靈活，運用方便，滿足我國在速度、密度及運量等的的運營要求。CRH2-300型動車組為動力分散、交流傳動、電力牽引的電動車組，具有“先進、成熟、經濟、適用、可靠”的技術特點。先進性:動車組采用鋁合金空心型材車體、采用了先進的工GBT功率元件以及VVUF牽引控制方式。成熟性:動車組的原型為日本新干線動車組，運用經驗豐富，具有長時間的運營業績。適用性:動車組具有速度提升能力，通過調整動車、拖車的比例，動車組能夠靈活適應200km/h300km/h各速度等級的運行。此外，動車組還可兩列聯掛，能滿足大運量的需求。經濟性:動車組采用了流線型設計，

17、單個車輛的最大軸重14t，牽引和制動能耗低，在節能、環保等方面具有獨特的優越性。可靠性:動車組采用了先進防滑、防空轉控制系統和自動列車保護系統，為列車在各種環境下運行時其準時性提供了可靠保障。4.2 CRH2-300型動車組的粘著動車組所能實現的最大牽引力受粘著條件的限制。由于正壓力而出現的保持輪軌接觸處相對靜止而不相對滑動的現象稱為粘著。粘著狀態下的靜摩擦力稱為粘著牽引力。輪周上的切線力大于輪軌間的粘著牽引力時動輪就要發生空轉。在不發生空轉的前提條件下所能實現的最大輪周牽引力稱為粘著牽引力。CRH2-300型動車組編組型式是6動2拖，所以軸不全是動軸，那么粘著質量肯定小于機車整備質量。現假如

18、全動軸，以機車為例則應按照最糟糕情況考慮，就是空車的情況來看，因此質量就會變小了，那么計算所得粘著牽引力的極限值也變小。實際的粘著牽引力要大于最糟糕情況考慮，因此保證列車不發生空轉。在此機車粘著重量按最糟糕情況考慮，取CRH2-300型動車組整備質量，由CRH2-300型動車組各車輛的設計重量值表4-1，查的CRHZ-300型動車組整備質量為370.8t。一般來說，粘著受軌道的狀態(污跡、生銹、水、油、雪等)的影響很大，在干燥軌面與潮濕軌面比較，動車組干燥軌面上的粘著系數和粘著牽引力，都比潮濕軌面上的大，因此，干燥軌面粘著性能較好。但在同等條件下，有隨著車輛速度增高而下降的傾向。所以，輪周牽引力的上限也隨著車輛速度的增加而下降。4.3 CRH2-300型動車組