《电力机车牵引与控制》 课件 项目3 交-直-交型电力机车调速控制分析.pptx

3.1交-直-交型电力机车工作原理3.1.1交-直-交型电力机车系统结构什么是交直交型电力机车？所谓交直交型电力机车是指由交流接触网供电，单相交流电经牵引变压器降压整流器整流为直流电（中间直流环节），再经逆变器将直流电转换为可调压、变频的三相交流电，向交流牵引电机供电。这是我国铁路干线正在发展应用的新型传动形式。3.1.1交-直-交型电力机车系统结构交-直-交型电力机车的系统结构1-受电弓；2-主断路器；3-牵引变压器；4-整流器（网侧）；5-中间回路；6-逆变器（电动机侧）；7-交流牵引电动机；8-传动齿轮；9-司机控制器；10-电子控制装置；11、12-触发脉冲发生器3.1.1交-直-交型电力机车系统结构根据中间回路选择元件的不同，又分为电压型系统和电流型系统两种基本结构。因此电力牵引领域的交流传动机车基本上有两类，即电流型变流器供电的同步或笼型异步电动机机车和电压型变流器供电的笼型异步电动机机车。电压型变流器供电的笼型异步电动机系统工作原理图3.1.2交-直-交型电力机车工作原理电压型异步电动机电力机车原理图①-四象限脉冲整流器；②中间直流环节；③逆变器；④电抗器；⑤交流牵引电机。3.1.2交-直-交型电力机车工作原理①环节——电源变流器（入端变流器）入端变流器是整流器，其作用是把单相交流电整流成为直流电。牵引时作整流器，再生制动时作逆变器。为了减少转矩脉动，迄今开发的交流传动电力机车上，网侧变流器几乎全是采用四象限脉冲整流器。3.1.2交-直-交型电力机车工作原理②环节——中间回路由于在电源侧和负载侧都有变流器，都要产生谐波，同时每一瞬间电源侧输入的能量和电机侧输出的能量又不相等，因此为了能量的平衡和滤波的需要，在直流环节中必须加入有一定容量的储能和滤波元件。中间回路既是一个能量存储和变换装置，也是一个滤波器。如果用电容器作储能器，电压保持恒定相当于一个电压源，称为电压型系统。如果用电抗器作储能器，电流强度恒定相当于一个电流源，称为电流型系统。3.1.2交-直-交型电力机车工作原理③环节——电动机侧逆变器（负载端变流器）负载端变流器为逆变器，用于将直流电转换为三相交流电，同时为了机车调速的需要，它具有较宽的调频范围和调压范围，向牵引电动机输出频率和幅值可变的三相电压。一般采用正弦波脉宽调制(PWM)技术或采用电压相量(VVCPWM)控制技术，以降低电机损耗，减少网压波动的影响。若逆变器输入电压保持恒定，称为电压源逆变器。若逆变器输入电流保持恒定，称为电流源逆变器。3.1.2交-直-交型电力机车工作原理④环节——电抗器电抗器主要有两个作用：其一，降低电机、电缆中的高频成分，控制噪声的传播，抑制电机启动过程中的谐波分量；其二，保证频繁断开电机电路时不损坏变频器。3.1.2交-直-交型电力机车工作原理⑤环节——牵引电动机交流三相笼型（感应）异步电动机或三相同步电动机，进行机电能量转换，实现牵引和制动功能。3.1.3交-直-交型电力机车工作特点1．构造简单，动力学性能好异步电动机是所有电机中结构最简单的电动机，除轴承外，没有其他机械接触部分，电机转速可达到4000r/min以上，试验转速甚至可达6000r/min。2．功率大，牵引力大由于异步牵引电动机结构简单、转速可达4000r/min，所以能够做到功率大、重量轻，其单位重量千瓦（kW/kg）是直流电机的2～3倍。3.1.3交-直-交型电力机车工作特点3．黏着性能好由于异步电机具有很硬的机械特性，所以当某台电机发生空转时，随着转速的上升（上升值不大），转矩很快降低，具有很强的恢复黏着的能力。4．可靠性高、维修简便交流异步牵引电动机无换向器、无电刷装置，除轴承外，无摩擦部件；密封性好，防潮、防尘、防雪性能好，绝缘性能和耐热性好。3.1.3交-直-交型电力机车工作特点5．效率高、利用率高、使用灵活性强交流传动系统的总效率约为0.9，而交一直流传动系统的总效率约为0.86。3.2交流传动电力机车调速方式三相异步牵引电动机转速公式?3.3四象限脉冲整流器3.3.1脉冲整流器基本原理与分类理想脉冲整流器的输入与输出??输入?3.3.1脉冲整流器基本原理与分类理想脉冲整流器的输入与输出??输出（电压型）?3.3.1脉冲整流器基本原理与分类理想脉冲整流器的输入与输出??输出（电流型）?3.3.1脉冲整流器基本原理与分类（a）电压型滤波器3.3.1脉冲整流器基本原理与分类（b）电流型滤波器3.3.2电压型脉冲整流器二点式电压型四象限脉冲整流器构成原理3.3.3脉宽调制（PWM）原理整流器的每个桥臂电路的通断控制由三角载波和正弦调制波的交点来决定桥臂中的上下两个元件的换流时刻，两个桥臂的正弦调制波相位差180°???