变频器10周年(yingfeng)课件

,*,PAGE,变频器及其相关技术在轨道交通中的应用介绍,北京交通大学电气工程学院,郑琼林 教授,张立伟 博士后,2008.01.12,1,变频器及其相关技术在轨道交通中的应用介绍北京交通大学电气工程,庞巴迪TRAXX机车-“蓝箭”机车,西门子Eurosprinter机车-HXD1机车,阿尔斯通Prima机车-HXD2机车,1 重载及动力集中机车,庞巴迪Regina -CRH1,川琦重工E2-1000-CRH2,西门子Velaro E -CRH3,阿尔斯通SM3 -CRH5,2 电动车组,3 机车车辆电力电子装置动向及应用,2,庞巴迪TRAXX机车-“蓝箭”机车1 重载及动力集,1.1 庞巴迪TRAXX机车-我国“蓝箭”机车,庞巴迪公司在德铁BR185型机车的基础上，开发了所TRAXX多流制机车平台，其中的BR185.2型机车和SBB Cargo的Re484型机车是首批TRAXX机车。,表 1 TRAXX机车分类表,瑞士意大利跨境货运的主力机车Re484,(TRAXX F140 MS),1 重载及动力集中机车,3,1.1 庞巴迪TRAXX机车-我国“蓝箭”机车,4,4,庞巴迪MITRAC TC 3000系列牵引变流器是为电力机车和内燃电传动机车专门研制的，该系列牵引变流器可以满足各类机车的重载和高速旅客列车牵引工况。MITRAC TC 3000系列牵引变流器覆盖了各种牵引制式，可以满足多流制系统以及各种驱动拓扑应用（如轴控、架控和车控应用），目前MITRAC TC 3000系列已经在德国BR185多流制电力机车、奥地利Re484多流制电力机车、西班牙AVE102高速电力机车（速度可达350km/h）得到了广泛应用。,MITRAC TC 3000系列牵引变流器主要包括以下三种子系列：,MITRAC TC 3100-水冷/油冷4.5kV GTO变流器；,MITRAC TC 3200-水冷4.5kV IPM变流器；,MITRAC TC 3300-水冷6.5kV IGBT变流器；,5,庞巴迪MITRAC TC 3000系列牵引变,MITRAC TC 3200-及其电路拓扑图（应用场合为西班牙Talgo高速列车，25kV/50Hz，输出功率2.25MW，该设备集成了300kVA的辅助变流器，设备总重2600kg（含设备盖），外型尺寸为3m1.94m1.05mm）,6,MITRAC TC 3200-及其电路拓扑图（应用场合为西班,4.5kV/1.5kA功率等级IPM外型图，其中,插入式接头,栅极驱动和保护单元,集成式水冷散热器连接器,相模块的三种不同结构，其中为中功率单相结构，为中功率两相结构，为大功率单相结构,7,4.5kV/1.5kA功率等级IPM外型图，其中 相模块的,1.2 西门子Eurosprinter机车-我国HXD1机车,上世纪90年代初，西门子公司在S252 机车和LE5600机车可靠设计的基础上，并且为适应欧洲铁路运输空前发展的需要，联合KraussMaffei公司（克劳斯.马菲公司）双方的制造优势，于1992年自主开发和制造了EuroSprinter原型车127型001号多用途机车，该车最大功率6400kW。该样车采用了模块化结构，易于适应欧洲各主要国家铁路的各种要求和条件。,表 2 EuroSprinter机车分类表,8,1.2 西门子Eurosprinter机车-我国HXD1,HXD1 Vs 189机车,株洲电力机车有限公司HX,D,1机车,189机车,在交流网压和DC3 kV网压下，机车功率可达到6400 kW；在DC1.5 kV网压下可达到4 200 kW。,第二代EuroSprinter机车BR189，四流制DC 1.5kV，DC 3kV，AC 25kV和AC 15kV,HXD1机车为8轴大功率机车，在,AC25 kV，50 Hz网压下，机车功率可达到9600 kW，为我国大秦铁路重载专用机车之一。,9,HXD1 Vs 189机车 株洲电力机车有限公司HXD1,BR189主牵引变流器电路拓扑结构图,HX,D,1主牵引变流器电路拓扑结构图,中间直流电路由中间电压支撑电容、二次滤波LC谐振电路、硬短路保护电路和接地保护电路组成。二次滤波电路由二次滤波电抗器L和二次滤波电容器C组成谐振电路，谐振频率为100 Hz。谐振电抗器置于主变压器中，谐振电容器置于主变流器柜中。,10,BR189主牵引变流器电路拓扑结构图 HXD1主牵引变流器电,Eurosprinter机车通用设备布置图,11,Eurosprinter机车通用设备布置图11,BR189主牵引变流器实物图,HXD1主牵引变流器电路实物图,12,BR189主牵引变流器实物图HXD1主牵引变流器电路实物图,BR189 6500V IGBT,模块,（,SIBAC BB SP-3000WL,）,190mm x140mm 和130mm x 140mm，水冷模块。,13,BR189 6500V IGBT模块（SIBAC BB,Phase Module SP-1500 WL,Auxiliary Module ST-1500 WL-MP,14,Phase Module SP-1500 WLAuxilia,相模块在机车中的位置,IGBT相模块正负母排连接,IGBT相模块水冷接线柱,15,相模块在机车中的位置IGBT相模块正负母排连接IGBT相模块,Crow Bar Module BB CBD-1500H,16,Crow Bar Module BB CBD-1500H16,辅助电气系统结构图,17,辅助电气系统结构图17,油、水冷却系统,18,油、水冷却系统18,1.3 阿尔斯通Prima机车-我国HXD2机车,表 3 Prima机车分类表,阿尔斯通公司于2000年12月起开发成功Prima家族第一种机车。Prima是利用所谓“平台”(Plattformen)概念设计开发的一个机车系族。这种系族机车采用了全新的设计原理。在这个机车系族中，既有电力机车，也有内燃机车。家族中各种机车的设计和制造，在尽可能高的程度上实现了标准化、系列化、通用化和模块化，是世界上最先进的、成熟的交流传动电力机车之一。在欧洲、中东等地区得以广泛的应用。,19,1.3 阿尔斯通Prima机车-我国HXD2机车表 3,大同电力机车有限公司HX,D,2机车,HXD2机车为8轴大功率机车，在,AC25 kV，50 Hz网压下，机车功率可达到10000 kW，为我国大秦铁路重载专用机车之一。,法国ALSTOM Prima 37000货运机车（三流制）,BoBo,最大速度 140 km/h,车轮输出功率4.2 MW,20,大同电力机车有限公司HXD2机车 HXD2机,21,21,BB27000、HX,D,2主牵引变流器电路实物图,PRIMA 机车一个转向架用牵引变流器柜实物图，牵引变流器柜包含了机车一个转向架上的两个传动支路以及两个冷却系统。ONIX传动系统则是其中1个传动支路系统的组合名称。为抑制2次谐波，每一传动支路上有1台2F滤波器连接在输入变流器的输出端上。,每一水冷回路有1台循环泵、1个强迫风冷空气冷却器和3个并联的Palix模块。,22,BB27000、HXD2主牵引变流器电路实物图 PR,ONIX系统的电路原理图,23,ONIX系统的电路原理图23,ONIX系统由Palix模块、滤波电容器、汇流母线及其控制和调节元件组成，其中Palix模块是由固定在一起的几个IGBT模块集合而成的插入式模块，冷却方式为乙二醇液冷。在ONIX系统中，Palix模块主要构成了：,三相输出逆变器用Palix模块,（6个IGBT模块）；,输入四象限变流器一侧用的Palix模块（在2：2并联布置中的4个IGBT模块）；,输入四象限变流器另一侧用的Palix模块（在2：2并联布置的4个IGBT模块）；,电阻制动用制动调节器（1个IGBT模块，与1个二极管模块相连接）。,24,ONIX系统由Palix模块、滤波电容器、汇,主变流器冷却系统示意图,25,主变流器冷却系统示意图25,辅助电气系统结构图,26,辅助电气系统结构图26,1.4 网络化控制在机车上的应用,HX,D,1,基于TCN网络和SIBAS的控制系统结构图,27,1.4 网络化控制在机车上的应用HXD1基于TCN网络和SI,HX,D,2 WorldFIP网络结构示意图,28,HXD2 WorldFIP网络结构示意图 28,庞巴迪Regina -青岛BSP CRH1,川琦重工E2-1000-青岛四方厂 CRH2,西门子Velaro E -唐山机车厂 CRH3（未下线）,阿尔斯通SM3 -长春客车厂 CRH5,2 电动车组,29,庞巴迪Regina -青岛BSP,CRH1适用于短途运输，速度等级为200-220公里，动车组将主要用于城际间的短途运输，配属根据使用情况确定，可以在最低-40的环境下使用。,CRH1动车组动力配置：2（2M+1T）+（1M+1T）车种，每一动车转向架为两动轴设计，可两编组连挂运行。,2.1 CRH1电动车组,30,CRH1适用于短途运输，速度等级为200-220公里，动车组,动车底部吊挂,带受电弓拖车底部吊挂,31,动车底部吊挂带受电弓拖车底部吊挂31,CRH2动车组是由两个动力单元组成的4动4拖动力分散型电动车组，可两编组连挂运行，每一动车转向架为两动轴设计；适用于短途与中长途运输，速度等级为200公里。,动车组主要置于北京、郑州、济南、上海、南昌铁路局和广铁集团公司范围内，CRH2不适合在东北高寒地区使用。,2.2 CRH2电动车组,32,CRH2动车组是由两个动力单元组成的4动4拖动力分散型电动,每辆车下有空调机组、制动控制装置。在2、3、6和7号车下有牵引变流器，在2号和6号车下有牵引变压器。在单号车下有污物箱及水箱。,6号车设备示意图,33,每辆车下有空调机组、制动控制装置。在2、3、6和7号车下有牵,CRH5适用于短途与中长途运输，速度等级为200公里，最高可提升至250公里，是针对高寒地区所设计的，可以在最低-40的环境下使用，主要置于北京、沈阳和哈尔滨铁路局范围内，用于京哈线。,CRH5动车组由8辆车组成，其中5辆动车3辆拖车，可两编组连挂运行动力配置：2（2M+1T）+（1M+1T）车种，每一动车转向架只包含一个动轴。,2.3 CRH5电动车组,34,CRH5适用于短途与中长途运输，速度等级为200公里，最高可,牵引变压器,牵引和辅助变流器,牵引电机,制动模块,空气压缩机,水箱,污物箱,蓄电池箱,充电机,空气弹簧辅助风缸,CRH5 车下悬吊设备,35,CRH5 车下悬吊设备35,动车车下设备布置图,拖车车下设备布置图,36,动车车下设备布置图拖车车下设备布置图36,高压两点式变流器设计,主电路小型轻量化设计,变流装置大容量设计,高频变压器-变流器设计,内燃机车混合动力系统,3,机车车辆电力电子装置动向及应用,37,高压两点式变流器设计3 机车车辆电力电子装置动向及应用37,38,38,1.8MW e变压器拓扑图,39,1.8MW e变压器拓扑图39,内燃机车混合动力系统结构失意图,3.2 内燃机车混合动力系统,40,内燃机车混合动力系统结构失意图3.2 内燃机车混合动力系统4,通用电气公司制造熔盐电池，电池中含有大量的氯化钠，能够通过更大的电流。由20块这种电池构成的系统能在不到1秒钟的时间内发出1500千瓦功率。,通用电气公司混合动力机车,41,通用电气公司制造熔盐电池，电池中含有大量的氯化钠，能够通过更,表5 东芝公司各种辅助电源方式的比较,3.3 辅助电源方式,42,表5 东芝公司各种辅助电源方式的比较3.3 辅助电源方式4,END,！,43,END ！43,