1、,2008年04月,第6章 牵引系统,唐山轨道客车有限责任公司,声明: 本文件为培训资料，内容仅供参考，当与动车组实际结构不符时，应以实际结构为准。,目录1. 概述2. 高压设备3. 动力单元,1 概述,牵引系统的是基于25 kV AC 供电条件下运行设计的。每列动车组都由两组互相对称的牵引单元组成（01车到04车为一组，05车到08车为另一组）它们之间用车顶电缆连接起来(见动车组编组图)。两列CRH 3动车组可以重联形成一列车组。我们通过下面的牵引系统动力单元框图可以很清楚的了解到牵引系统的构成。,动车组编组图,牵引动车组牵引传动系统由两个相对独立的基本动力单元组成，一个基本动力单元主要由主
2、变压器、牵引变流器和牵引电机等组成。在基本动力单元中的电气设备发生故障时，可全部或部分切除该基本动力单元，但不应影响到其它动力单元。,牵引系统动力单元框图,动车组牵引是交流传动方式。驱动三相异步牵引电机的是静止变流器，变流器由四象限斩波器(4QC)、DC 中间连接和一个脉宽调制(PWM)逆变器组成。四象限斩波器(4QC)确保稳定的供电系统并且允许再生制动能量反馈到接触网供电系统。 动车组的车载电源的电能是通过牵引变流器的直流中间电压环节获得。一个静止辅助变流器系统(ACU)把直流电转换成为列车车载电源供电的三相交流电。,1.1高压设备,每列动车组由两组互相对称的动力单元组成，高压系统部件对称分
3、布在和车车顶。,车顶高压电器分布图,高压电缆，以下称“车顶电缆”将动车组两个牵引单元连接起来，这样通过电缆一个受电弓和一个主断路器可以同时给两个牵引单元供电。两个隔离开关（车顶电缆隔离开关）当列车发生故障时可以将车顶电缆断开。 如果一个牵引单元主系统发生故障，另一个牵引单元可以继续工作。,真空主断路器将受电弓接受的25 kV AC供电与车顶电缆连接。在受电弓的右后方有一个避雷器防止空气过压，避雷器的下方是变压器，作为从接触网获得的25 kV AC变压的传感器，主断路器中集成了接地绝缘和电流互感器用于测量动车组的电流，从电流互感器出来的信号通过中央控制单元进行评估，而从变压器出来的信号通过中央控
4、制单元和牵引控制单元进行评估。,带有接地绝缘的真空断路器将受电弓和其牵引单元主变压器原边绕组连接起来，同时通过车顶电缆与另一个牵引单元主变压器原边绕组连接起来。真空主断路器中设置了装有弹簧的空气驱动作动器。主断路器只有当所有列车缓解条件满足后才被激活.,电流互感器以及避雷器（分流变压器断开时产生的过电压）通过电缆与变压器原边绕组连接。电流互感器相当于一个变压器原边绕组的输入电流的传感器。变压器的输出端通过接地电流互感器与运用地面连接，电流互感器采集变压器的输出电流。每个牵引单元的中央控制控制单元通过比较两个电流互感器测得的电流差来判断两个电流互感器间原边电路是否有接地故障。（如：主变压器原边接
5、地故障）,1.2主变压器,主变压器设计成单制式的变压器，额定电压为单相AC25kV/ 50Hz的线路上运行。它的次级绕组为牵引变流器提供电能。它使用一个电气差动保护、冷却液流量计和电子温度计对主变压器进行监控和保护。 主变压器箱体是由钢板焊接的，主变压器箱安装在车下，主变压器采用强迫导向油循环风冷方式。,1.3牵引变流器,牵引变流器采用结构紧凑，易于运用和检修的模块化结构。在运用现场通过更换模块可方便更换和维修。牵引变流器由多重四象限变流器、直流电压中间环节和电机逆变器组成，牵引变流器的模块具有互换性。,1.4驱动单元,列车总共由16个牵引电机驱动，位于动力转向架上。牵引电机按高速列车的特殊要
6、求来设计的。它们具有坚固的结构，优化重量，低噪音排放，高效率和紧凑设计的特征。四极三相异步牵引电机按绝缘等级200制造。该电机是强迫风冷式。 牵引电机应适用于由电压源逆变器供电，变频变压(VVVF)调速运行方式。,1.5其他部件,动车组其他牵引系统部件还包括牵引电机通风机、过压限制电阻等。,2高压设备,2.1概述 高压设备主要包括受电弓、高压断路器、避雷器、网压检测装置、高压电缆、车顶绝缘子、接地装置、高压隔离开关。高压设备按照AC 25KV 50Hz设计。CHR3车上高压设备安装在变压器车车顶上，两个变压器车上安装2台受电弓，并经车顶导线相互连接，正常运行中将下一个受电弓。车顶导线在各真空断
7、路器后面分路，故障时有真空断路器保护。 高压设备控制冗余控制，因为这里两个动力单元在电气相互连接。为了在故障时确保动车组的运行能力，借助车顶隔离开关将相关的动力单元在电气上断开。,高压系统设计是基于列车25 kV AC供电进行的。必须遵守IEC60077-1标准,达到绝缘匹配。,2.2受电弓,受电弓以及与之相关联的高压开关设备布置在每辆变压器车上。 CRH 3列车安装了两个相同的受电弓从接触网采集单相交流电。 满足EN 50206-1 (Ref. 13).产品标准。受电弓设计成单臂受电弓，通过位于底架上压缩空气驱动装置驱动受电弓下臂实现其上升和下降，底架安装在绝缘座上，上臂支撑着一块具有两片接
8、触接触带的面板。,SS400+受电弓,SS400各组成部件名称,控制原理框图,受电弓配备了一个压缩空气驱动的自动升降装置，当接触接触带破裂时驱动装置将降低受电弓。受电弓所有功能以及监控是通过各自的阀控制模块实现。升起是通过一个安装在控制阀模块输入电缆中的电磁阀实现。升弓时间通过输入电缆中的电抗设置。降弓时间以及静态接触力以及自动升降装置中的压力开关的压力通过阀控制面板设置。阀控制模块所需的压缩空气由MR管提供，当列车整备时辅助空气压缩机会被使用。,受电弓关键技术参数,受电弓工作特点; (1)当单列动车组运行时，两个受电弓中的其中一个用于采集单相交流电。为了实现这个目的，两个受电弓（动车组的两个
9、牵引单元）通过车顶电缆连接。在单列车运行过程中，两个受电弓的任何一个都具有相同的性能。 (2)双牵引运行时，两个受电弓，每单元一个，升起。车顶受电弓的安装位置和两受电弓之间的距离应以此来决定：确保双牵引中有一个好的集电弓，基于200 m或更长距离的受电弓的配置。,(3)在动车组重联时，两个受电弓被升起（每列车各一个）。(4)在正常模式，单相交流电由动车组中优先使用的受电弓收集，受电弓的优先配置取决于列车的配置（单列或重联）的列车电子控制。在发生故障的情况下，就会要求另外一种配置工作，这样就要限制列车的最高运行速度。在故障情况下的最高运行速度决定相关接触网轨道中的运行图情况。(5)为了避免在运行
10、时，列车头部受空气涡流的否面影响，受电弓被布置在离两端车头足够远的距离处,2.3主断路器,主断路器结构图,每列动车组配置了两个主断路器，安装在每节变压器车车顶端部位置。主断路器不但用来开关动力单元的运行电流，也可以用来切断故障情况下的过流以及短路电流。,主断路器设计成单极真空主断路器，内置有弹簧式压缩空气作动器以及真空电弧放电室。 主断路器通过电磁阀线圈得电，压缩空气推动作动器后关闭，主触点闭合同时，开启弹簧被锁住。开启过程通过电磁触发（通过切断保持电流）。主断路器正在关闭过程中，从MR管获得压缩空气。在列车整备时，可以从辅助空气压缩机获取压缩空气。主断路器符合IEC 60077-1 (Ref
11、. 11) 、IEC 60077-2 (Ref. 14)、IEC 60077-4 (Ref. 27).的要求。,主断路器的关键技术参数：,主断路器的合闸过程,（）开断时刻,（）打开电磁阀,主断路器的合闸过程,（）主触头移动,（）主触头闭合,主断路器旁边，一个单独底座上安装了接地开关，在不工作状态下开关手柄处于水平位置，当转到主断路器两端的接地触点，此时手柄处于接地位置。接地隔离开关可以在车内手动操作，联锁装置确保只有当列车高压系统与接触网断开后才能起作用。接地隔离开关具有防止短路的功能。 接地隔离开关满足IEC 60077-1 (Ref. 11) 和 IEC 60077-2 (Ref. 14)
12、要求。,2.接地开关,组成接地开关的各部件名称,已装在车顶的接地隔离开关,闸刀通过支架安装在轴上，而轴、曲柄组装、连接杆组装以及操纵杆组装则组成一个传动机构，转动操纵杆，使整个传动机构进行传动，进而使得轴带动闸刀旋转一定的角度。根据设计，在操纵杆从一端旋转180到另一端时，闸刀也相应从“工作位”旋转102到“接地位”或者从“接地位”旋转102到“工作位”。而控制其是否能够转动的则是锁组装。锁组装共有3个锁，其中一个供蓝色钥匙使用，两个供黄色钥匙使用。仅在蓝色锁被蓝色钥匙打开后，操纵杆才能从“操作”位置旋转到“接地”位置。一旦旋转到“接地”位置，联锁机构就被带有黄色钥匙的锁锁在此位置，然后可把钥
13、匙从锁中拔下来。,接地开关的使用方法,接地隔离开关的关键技术参数：,2.避雷器,避雷器安装在每个受电弓的右后方用于保护列车以及后段的电气系统防止过压通过接触线进入列车（如，闪电过压）。 位于变压器原边前段的避雷器用于防止主变压器中不能承受的开关产生的电压。 避雷器符合EN 60099-4 (Ref. 15)要求。,车顶避雷器,车顶避雷器技术参数,变压器避雷器的主要技术参数：,2.5车顶电缆隔离开关,车顶电缆隔离开关位于变压器车上，在正常情况下处在闭合状态，当发生故障时隔离开关将车顶电缆隔离。车顶隔离开关是一个单极开关，在内部有气动作动器。通过绝缘体支撑实现运行接地隔离。气动作动器使隔离开关绕一
14、个垂向轴转动，隔离叶片的两端分别接触绝缘体以实现主电路的开关。,电磁线圈阀控制作动器的动作缸，在开关位置有两个控制阀。控制阀通过电脉冲信号触发以及控制动作方向。隔离开关没有进一步的最终位置联锁，在牵引状态连续提供压缩空气，压缩空气从MR管中获得，列车在整备状态下通过辅助空气压缩机供风。 车顶隔离开关符合IEC 60077-1 (Ref. 11) 和 IEC 60077-2 (Ref. 14).要求。,车顶隔离开关,车顶隔离开关技术参数,2.6互感器2.6.1电压互感器,一个电压互感器有次边绕组每个绕组分别与一个受电弓连接，用于测量和监视电网接触线的电压，互感器位于受电弓与主断路器之间。 电压互
15、感器符合EN 60044-2 (Ref. 16) 和 EN 60044-2/ A1 (Ref. 17)要求。,电压互感器,电压互感器技术参数,2.6.2电流互感器,一个电流互感器同时被接到每一个主断路器中，用于测量动车组的电流。电流互感器为直通式互感器。另外两个互感器（电流互感器和回流互感器）用于监测主变压器。这两个互感器用来测量牵引单元的线电流以及回流电流。电流互感器位于主变压器的上段车顶，回流电流互感器位于主变压器下段安装在主变压器中。 电流互感器符合N 60044-1 (Ref. 18) 和 EN 60044-1/ A1 (Ref. 19)要求。,车顶电流互感器,电流互感器的主要技术参数
16、：,电流互感器技术参数,2.7车顶电缆,动车组的两个高压子系统通过车顶电缆相互连接，车顶电缆穿过所有中间车。 中间车车顶电缆是一种柔软的无卤单芯电缆，电缆穿过车顶多层区域，电缆从车顶到转换到底下设备的通道区域是密封的。,车顶电缆的主要技术参数：,2.8车辆间的过渡,在动车组中车顶电缆将两个变压器车连接起来。车辆间电缆必须引导。连接通过位于车端的支撑绝缘体和跨接电缆实现（复绕灯丝的支架被固定在支撑绝缘体上）跨接电缆布置要确保绝缘间距。 复绕灯丝设计能够满足车体间的最大相对运动。每单个绕组的尺寸能够满足最大运行电流要求。 如果一个绕组断了，电流会被另一个绕组保持，而且通过目测就很容易检查。,跨接电
17、缆的基本结构,2.9运行电流回流/接地,运行接地（运行电流回流）以及保护接地（列车车体接地）分别保护在线路短路的情况下车体不接触电压。为了使车体在故障条件下维持较低的电压，通过增加地电阻车轮保护接地的数量，同时保护接地电阻不能越过轴承，防止接地电流通过轴承，轴承在转向架中被绝缘。 工作电流从牵引单元回流到轨道（运行接地）是通过两个变压器车上的轮对的两个轮子实现的。,3动力单元,在动车组中装有4个完全相同且互相独立的动力单元。每一个动力单元有一个包括牵引控制单元的牵引变流器，4个并联的牵引电动机以及1个制动电阻器单元。3 AC 440 V / 60 Hz 母线提供牵引零部件辅助设备所需的电源，母
18、线电源由动车组的辅助变流器单元提供。供给牵引设备箱中控制用的辅助能源是用一根独立的电缆通过总线排从蓄电池中获得。,3.1带冷却装置的牵引变流器,牵引变流器安装在动车组动力车车下的牵引设备箱中，即：01头车，03中间车，06中间车以及08头车牵引变流器遵守EN 50207及IEC61287-1标准的要求。 每一个牵引变流器基本上由2个4象限斩波器（4QC），带谐振电路的中间电压电路，1个制动斩波器BC 以及1个脉冲宽度调制逆变器（PWMI）牵引变流器的输入线路接触器由列车控制单元TCU控制 。,牵引变流器电气接口图片（A面）,牵引变流器的系统框图,牵引变流器,牵引变流器的关键技术参数,3.2驱动
19、单元（电机以及传动装置）,动车组有16个牵引电机，这些电机被安装在下列动力转向架上：01头车，03中间车，06中间车，08头车。牵引电机遵守EN 60349-2标准的要求。 动力转向架的每一条轮对都装有一个牵引电机，电机被相对于列车方向横向安装在转向架上。 牵引电机采用1TB2019 型号的4极3相异步电机。采用强迫风冷却。 采用温度监测方式以保护牵引电机过热。采用机械力传递系统将牵引电机的驱动力矩传递到轮对。这套系统主要由轴向、径向都具有柔性的联轴节以及轮对上的齿轮传动装置。联轴节的设计可以补偿在驱动过程中电机与车轮间的相对运动。,牵引电机的主要技术参数：,每个牵引电机冷却风扇同时给同一转向架的2个牵引电机提供规定数量的冷却空气。牵引电机的冷却风扇被安装在动车组车下（靠近转向架）。 牵引电机冷却风扇的主要技术参数：,牵引电机通风机,3.3过压限制电阻,每列动车组都装有4个相互独立的过压限制电阻器单元。每一组过压限制电阻器单元被认为一个功率单元。每两个过压限制电阻器安装在一个设备箱中。这两个设备箱分别被安装在04餐车及05一等车车顶上。 当电制动所产生的能量不能被弓网吸收时，过压限制电阻器会及时地将这些能量转换成热能。过压限制电阻单元设有特殊形状的外罩用于提供列车的空气动力学性能以及避免天气的影响。外罩上设有用于空气吸入的栅格。,过压限制电阻单元,过压限制电阻的主要技术参数,
