CRH2C型动车组牵引传动系统Word文档下载推荐.docx
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VCB的作用是在需要的情况下自动断开主变压器的供电。
整列动车组设两台受电弓,正常运行时,采用单弓受流,另一台备用,处于折叠状态。
(二)牵引系统的组成
CR2C有3个动力单元,T1、M1、M2是一个动力单元,M3、M4是一个动力单元,M5、M6、T2为一个动力单元。
一个基本动力单元的牵引系统主要由网侧高压电气设备、1台牵引变压器、2台牵引变流器、8台三相交流异步牵引电机构成。
基本动力单元如图4-6。
图4-6基本动力单元
(1)网侧高压电气设备主要包括:
受电弓、主断路器、避雷器、电流互感器、接地保护开关等。
受电弓(SSS400型):
每列车设两个受电弓,分设在4号车和6号车上。
单臂型,额定电流500A,静态接触压力70±
15N,弓头宽度1950mm,具有自动降弓功能,适应接触网高度为5300-6500mm,列车运营速度为300km/h。
单列车运行时采用单弓受流、其它备用。
两列连挂运行时采用双弓受流,通过设置控制连锁,使双弓之间的工作距离大于190m,确保动车组正常运行。
主断路器:
(CB201型):
主断路器全列车共2个。
真空型,额定开断容量100MVA,额定电流AC200A,额定断路电流3400A,额定断开时间小于0.06s。
高压电流互感器:
全列车共2个。
变流比200/5A,用于检测牵引变压器原边电流。
避雷器(LA204或LA205型):
全列车共2个。
额定电压42KV(RMS),动作电压(57KV)以下,DC限制电压107KV。
接地保护开关(EGS开关、SH2052C型)全列车共2个。
额定瞬时电流6000A(15周)。
(2)牵引变压器(ATM9型)
一个基本动力单元1个牵引变压器,全列车共3个。
采用壳式结构、车体下吊挂、油循环强迫风冷方式。
具有1个原边绕组(25KV、3060KVA),2个牵引绕组(1500V、2×
1285KVA),1个辅助绕组(400V、490KVA)。
采用铝线圈、轻量耐热材料和环保型硅油,重量2910kg,效率大于95%。
(3)牵引变流器(CI11型)
一个基本动力单元2个牵引变流器,全列共6个。
采用车下吊挂,液体沸腾冷却方式。
主电路由脉冲整流器、中间直流电路、中间整流电路、逆变器构成,采用PWM方式控制。
中间直流电压为2600-3000V(随牵引电机输出功率进行调整),1个牵引变流器采用矢量控制原理控制4台并联的牵引电机。
效率大于96%,功率因数大于97%。
(4)牵引电动机(MT205型)
每节动车有4台并联牵引电动机,一个基本动力单元8台,全列共24台。
牵引电动机为4极三相鼠笼式异步电动机,采用驾悬、强迫风冷方式,通过挠性齿型连轴节连接传动齿轮。
额定输出功率300KW,额定转速4140rpm。
(三)牵引方式动车组采用动力分散交流驱动方式,在前后两端都设有司机室。
在前端的司机室内进行操作。
动车组(6M2T)在规定载客人数、平直线路、干轨运行的启动加速度0.406m/s2。
定速范围为30~300k/h。
电源方式为交流25KV,50Hz(特高电压连接、1个受电弓受电)。
在最高电压31KV、最低电压17.5KV的电源变动范围内可正常运行。
但是,额定输出只限于电源电压在22.5-31KV的范围内。
CRH2C型动车组牵引特性曲线见图4-7
图4-7牵引特性曲线
二、网侧高压电气设备
(一)受电弓
1、概述
CRH2动车组采用SSS400型单臂受电弓,适用于350km/h的运行速度。
每列动车组在4、6号车设受电弓及附属装置,车辆间采用高压电缆连接。
正常情况下,单弓受流,另一台备用,处于折叠状态。
SSS400型单臂受电弓由底架、升弓装置、下臂、上臂、弓头、滑板及空气管路等组成。
其外形结构图如图4-8所示。
弓网故障时,为避免弓网事故的进一步扩大,受电弓设置自动降弓装置,主要功能如下:
(1)受电弓滑板断裂、拉大沟槽、磨耗到限等损坏或绝缘导管断裂时,实现快速降弓。
(2)降弓动作的同时,自动切断真空断路器,避免带负载降弓产生拉弧火花而损坏受电弓滑板和接触网导线。
(3)自动降弓的同时,可实现声响和指示灯报警等功能,便于乘务员了解情况,及时采取措施。
(4)可方便实现“自动降弓”和“正常降弓”功能的快速转换,即当“自动降弓装置”自身发生故障时,不影响动车组的正常运行及操作。
图4-8SSS400型单臂受电弓
2.主要技术参数
最小绝缘距离:
≥310mm
额定电流:
700A
短路电流:
35kA(60ms)
车辆静止时最大电流:
80A
受电弓落弓时高度:
650mm
静态接触压力为80±
10N最大集电头(弓头)宽度:
1950mm(+0/-10mm)两根滑板中心线距离:
约597mm
滑板材料:
渗金属碳
弓角材料:
部分绝缘
最大上升时间:
10s
最大下降时间:
10s到达绝缘的最大时间:
3s,行程310mm左右在ADD释放后故障受电弓最大下降时间:
到达绝缘位置:
1.0s(200mm)在ADD释放后完好的受电弓最大下降时间:
1.2s空气压力:
0.5~1.0Mpa
连接形式及管径:
内螺纹/G½
'
(二)真空断路器
真空断路器用来断开、接通25kV电路,并作为故障状态的保护器件,兼有断路器和开关两种作用。
当牵引变压器2次侧以后的电路发生故障时,能迅速、安全、准确地切断电路。
CRH2采用CB201C型真空断路器型真空断路器,每列动车组配置3台真空断路器,每台真空断路器控制一台牵引变压器。
CB201C型真空断路器(通常称为VCB)利用真空中的高绝缘性能电弧的扩散作用进行遮断,配置在动车底架下的高压设备箱内。
1.结构
真空断路器主要由三部分组成:
(1)高压电流分断部分:
由可开断交流电弧的真空开关管、静触头、动触头组成。
动触头的操作由电空机械装置和合闸过程中的导向装置同时完成。
(2)隔离绝缘部分:
由安装在底板上的支持绝缘子绝缘、内部的绝缘导杆、恢复弹簧、接触压力弹簧组成。
绝缘导杆连接电空机械装置合动触头。
(3)电空机械装置(低压部分):
由空气管、压力开关、储风缸、调压阀、电磁阀、保持线圈、传动风缸及活塞组成。
当空气压力达一定值时压力开关闭合,压缩空气方能进入储气缸。
储气缸内的调压阀,用来调节储气缸内气压。
真空断路器结构如图4-9所示。
2.主要技术参数额定电压额定电流额定频率额定开断容量额定闭合电流额定瞬间电流额定断路电流额定开断时间(三)避雷器
AC30kV(瞬间最大电压AC31kV)
AC200A
50Hz
100MVA
10000A
4000A(2s)
3400A
≤0.06s
采用LA205型交流避雷器,避雷器由采用聚合物制成的瓷管与氧化锌组件组成。
交流避雷器使用由氧化锌(ZNO)为主体的金属氧化物构成的高非线性电阻体的无间隙避雷器,保护从接触网发生的雷电涌或电路开闭引起的过电压对车辆变压器等机器绝缘的影响,且具有自动恢复功能。
如果避雷器由于大电流而短路,内部压力异常上升,则通过特殊薄金属板的放压装置向外释放高压气体。
(1)避雷器容器避雷器容器(聚合体绝缘管)的外皮采用的硅酮为主的难燃性红橡胶。
难燃性红橡胶具有耐漏电起痕,抗老化,具有很强的抗冲击性。
难燃性红橡胶是与FRP筒一体成形的,并且完成品的紧密结合性很高。
(2)氧化锌元件避雷器容器内部安置有氧化锌元件。
氧化锌元件主要成分为氧化锌的晶体被添加物构成的粒子层所包围着的烧结体,如图4-10所示具有非线性阻力特性。
根据这个特性,能够把很大的雷电涌电压抑制在避雷器的限制电压值上,并且能够断开续电流。
(3)压力释放装置如出现了超过性能的电涌而引起避雷器的绝缘劣化时,事故电流会引起避雷器的内部压力上升。
此时压力释放装置开始起动,释放出内部压力防止避雷器容器的破坏、飞散等。
(4)防振用橡胶为防止振动和冲击引起的避雷器的损伤,装备有防振用橡胶。
(5)避雷器的内部气体避雷器的内部被抽成真空后,封入干燥的氮气密封好。
图4-10V-I曲线
1.主要技术参数额定电压标准放电电流持续运行电压动作电压
电压)限制电流:
5kA10kA(标准)耐放电量:
冲击电流矩形波重量
2.工作原理
AC42kVrms
10kA(8*20us)
AC33kVrms
≥AC57kV(V1mA,DC即直流1mA电流流过时的端子
≤AC100kV
≤107kV
100kA(8*20us)
400A,2周
21kg
避雷器是一种保护电器,用于限制电气设备运行过程出现的大气过电压及操作过电压,使电气设备免受过电压损害,减少系统的跳闸率及事故率。
氧化锌避雷器是采用ZnO等多种金属氧化物制成的,利用其相当理想的伏安特性,其中线性系数只有0.025左右,使得避雷器处于正常工作电压时,流过的电流非常小,可认为是一种绝缘体;
而当电压值超过某一动作值时,电流急剧增加,电流的增加反过来抑制住电压
的上升,从而保护了机车的绝缘设备不被击穿。
待电压恢复到正常工作范围时,电流相应恢复极小值,避雷器仍呈绝缘态,不影响系统的正常工作。
一般来讲,避雷器的选择既要保证在正常工作电压下电流很小,且产品不易老化,又要保证在过电压下正常释放能量,使电压不会上升到损坏绝缘的程度,因此,考核避雷器主要有三个参数:
大电流下残压、工作电压下续流和通流容量。
(四)高压互感器互感器是一种测量用设备,有电流互感器和电压互感器两种,其作用原理和变压器相同。
使用互感器有两个目的:
一是为了工作人员的安全,使测量回路与高压电网隔离;
二是可以使用小量程的电流表测量大电流,用低量程电压表测量高电压;
三是用于各种继电保护装置的测量系统。
通常,电流互感器的二次侧额定电流为5A或1A,电压互感器的二次侧额定电压为100V。
1.电流互感器
与普通的变压器相比,电流互感器的一次绕组由1匝或几匝截面较大的导线构成,并串入需要测量电流的电路中;
二次侧的匝数较多,导线截面较小,并与阻抗很小的仪表(如电流表,功率表的电流线圈等)接成回路。
电流互感器的运行情况相当于变压器的短路情况,必须注意:
(1)电流互感器的二次绕组绝对不允许开路;
(2)必须将电流互感器的外壳和二次绕组的一端可靠接地,以防原、副边绕组间绝缘损坏,原边电压窜入二次侧,引起触电和仪表损坏。
CRH2采用BB-S隔离型高压电流互感器,用于检测牵引变压器原边电流值。
一个基本动力单元配置1个电流互感器,全列共设置3个电流互感器。
其技术参数如下:
额定工作电压
25kV
变流比
200/5A
额定频率
额定负载
20VA
质量
35kg
2.电压互感器
电压互感器工作时,一次侧直接接到被测的高压电路,二次侧接电压表或功率表的电压
线圈。
由于电压表和功率表的电压线圈内阻抗很大,所以电压互感器的运行情况相当于变压器的空载情况。
忽略漏阻抗压降时,其一二次绕组之比就等于一二次绕组的电压之比,而电压互感器在设计时,为了保证其准确度,一般都采用高性能的硅钢片,以减小励磁电流和一二次侧的漏电抗。
电压互感器在使用时,必须注意:
(1)电压互感器二次侧绝对不能短路;
(2)电压互感器的二次绕组连同铁心一起,必须可靠接地;
(3)电压互感器有一定的额定容量,使用时二次侧不宜接过多的仪表。
CRH2采用高压电压互感器检测接触网电压。
一个基本动力单元配置1个电压互感器,全列车共配置3台。
电压互感器参数如下所述:
电压互感器变比25kV/100V
额定负荷100VA
输出精度1.0级
(五)高压电缆及电缆连接器
CRH2正常情况下只有一台受电弓升弓受流,而整列动车组有三台牵引变压器同时工作,因此为了将25kV高压电送至牵引变压器就需要使用高压电缆和高压电缆连接器。
在2号车后部、3号车前后部、4号车前部、5号车后部、6号车后部的车顶上设置特高压电缆连接器。
为方便摘挂,在4号车后部、5号车前部的各车顶上,设置高压电缆用倾斜型电缆连接器,
通过此高压连接器接通特高压电缆。
(六)保护接地开关
CRH2采用SH2052C型号接地开关,一个基本动力单元配置一台,全列车共配置3台。
接地开关采用电磁控制空气操作,设置安全连锁。
1.技术参数
结构
耐寒耐雪结构,设防冻电热器
额定电压
30kV单相
额定瞬时电流
6000A(15周)
额定操作空气压力
785kPa(8kgf/cm2)
+10
额定操作电压
DC100V
最低开关动作电压
DC60V
最低开关动作气压
0.628MPa(6.4kg/cm2)
投入操作压力变动范围
0.628MPa(6.4~9.6kg/cm2)
主接触压力
0.82±
0.08N(8±
0.8kg)
接通容量
15kA(峰值)1次
闭合时间
≤0.5秒(于气压0.0785MPa(8kg/cm2),操作压力
100V)
(七)高压隔离开关
其作用是优化配置25kV电路内高压设备的运行工况,当车顶设备发生故障时,能将故
障部分隔离,维持动车组运行
。
它的存在可大大减少因车顶设备故障而造成的机破事故,保
证动车组的安全运行。
CRH2采用BT25.04型高压隔离开关。
标称电压
30kV
额定电流
400A
短时耐受电流
8kA×
1s
控制电压
DC110V
最小动作电压
DC77V
额定工作气压
400~1000kPa
最小动作气压
350kPa
50kg
2.结构
高压隔离开关主要由隔离闸刀、支撑瓷瓶和转动瓷瓶、底座安装板、传动机构、锁固机
构、辅助接点、手柄等组成。
高压隔离开关结构如图4-10所示:
图4-10高压隔离开关结构
(八)接地电阻器动车设置接地电阻器,其作用是防止接地刷的异常磨损、轴承电腐蚀,使接地电流均匀。
CRH2采用MR139型接地电阻器,在通以最大负载电流时,即使电阻体或绝缘发生局部破坏也不会导致电阻开路。
并依此原则设计电阻器的容量、电阻和框架绝缘等所需的最小值,以实现结构的小型、轻量化。
电阻值0.5Ω(20℃)
连续电流20A
最大负载300A×
0.25s(电路不开路)
冷却方式自冷
材质铁铬铝合金
电阻体厚度18.8mm
重量约18.5kg
三、主牵引电气设备
(一)牵引变压器
CRH2采用ATM9型牵引变压器,用来把接触网上取得的25kV高压电变换为供给牵引变流器及其它电器工作所适合的电压,其工作原理与普通电力变压器相同。
特点:
1.对重量和尺寸有严格限制,要求具有体积小、重量轻的特点;
(1)1次、2次线圈采用了铝质线圈;
(2)电磁线电密大,用量小;
(3)该变压器采用壳式铁心,其特点是铁轭不仅包围线圈的顶面和底面,而且还包围线圈的侧面。
变压器油箱设计成适形结构,紧包变压器铁心及线圈,所以,该变压器内部结构紧凑,可以减小变压器尺寸及质量。
且采用日本新日铁公司特制30ZH105E低损耗硅钢片,降低了变压器的铁损;
(4)该系统取消了二次滤波电抗器。
2.经常受到机械振动和冲击,要求其具有坚固的机械结构;
3.接触网电压变动范围大,受大气过电压和操作过电压等的影响,要求其具有较大的工作范围及较好的绝缘性能;
二次侧需要多种电压输出,要求其具有较多的二次线圈。
2次绕组为2个独立绕组,每个绕组与一台牵引变流器连接,确保2次绕组的高电抗和疏藕合性,两牵引绕组与各自的高压线圈耦合,相互间彼此相互影响很小,牵引变换装置具有能稳定运行的特性。
另外,为对应于每个2次绕组的增容,1次绕组配置了2个并联的线圈。
1次绕组接地侧、2次绕组侧及3次绕组侧的绝缘套管采用了耐热环氧树脂将11根铜质中心导线注塑一体成形的端子板。
相对于3次绕组侧的一端子使用并引出了2根中心导线。
绝缘等级高,特A级绝缘,线圈内部采用A板及Nomex410纸绝缘,冷却介质的最高温度可达135℃,大大提高了油浸变压器的温升限值。
冷却绝缘介质采用硅油,其为二甲基聚硅氧烷结构,是无色透明的合成油,不含任何添加物、悬浮物等有害物质,具有好的环保性能。
冷却系统中油冷却器采用铝制板翅式结构,重量轻、体积小,空气阻力损耗(400Pa)与油的阻力损耗(26kPa)低,散热量大(150kW)。
另外,整个冷却系统中没有蝶阀,对所有外部组件的可靠性要求很高,维修率低。
ATM9主要技术参数
表4-1ATM9型牵引变压器额定值
额定绕组
容量(kVA)
电压(V)
电流(A)
原边
3060
25000
122
牵引
2570
1500
857×
2
辅助
490
400
1225
ATM9实物如图4-11。
1.热油出油管输入油冷却器;
2.电动油泵;
3.油冷却器;
4.热油吸入油管;
5.变压器绕组;
6.冷却风入口;
7.油冷却器散热片及热风出口;
8.油流继电器;
9.温度继电器;
10.原边线路侧套管;
11.接线端子。
图4-11ATM9型牵引变压器实物图
本变压器采用金属波纹管式储油柜,安装在牵引变压器中央部附近。
波纹管选用圆形不锈钢焊接波纹管。
储油柜和主机油箱通过连接孔输送绝缘油,油存放在波纹管外侧。
波纹管内侧与大气相通。
原边线路侧套管选用一体型耐热环氧树脂注塑成型套管。
套管从变压器主机前面朝向侧面引出,连接到相邻的高压机器箱内的断路器上。
原边接地侧、牵引侧、辅助侧的引线全部引出到侧面的一体型低压注塑成型端子板。
冷却系统
电动送风机从车辆侧面吸入冷却风,经柔性风道内的整风栅板送往油冷却器。
在油冷却器内热交换后的空气从进气风道对侧的排气风道排出。
绝缘油在油冷却器冷却后被送往变压器。
油在流经绕组表面和铁心侧面时吸收热量。
吸收热量后的油经电动送油泵再次送往油冷却器进行热交换。
油不停地在变压器内部循环,一旦循环因油泵故障等停止,则绕组将过热、甚至烧损。
为此,需要在循环回路的某部分安装油流继电器,以供进行油流停止检查。
(二)牵引变流器
牵引变流装置主要用于控制4台牵引电机的电源。
其结构简洁,整流器、直流中间电路、逆变器、真空交流接触器等的主电路机器、无触点控制装置、控制电源等控制电路器具均安置在一个箱体内的一箱体构造,从而缩小了安装空间,本装置安装在2、3、4、5、6、7号车的底盘下,由于采用铝制框架力求达到轻量化的目的。
电源由受电弓将单相交流25kV/50Hz的线电压,通过VCB与牵引变压器的1次侧绕组相连接。
主电路由VCB来实施开闭。
在牵引变压器2次侧的2个牵引绕组、分别在1次侧绕组的励磁作用下感应出1658V(1次侧为25kV时)的电压,并输入牵引变流装置的整流器部分。
动车搭载有1台牵引变流装置,在牵引运行时向牵引电机提供电力和制动时进行再生制动控制,此外还具有保护功能。
另外,以来自车辆信息控制装置的信息为基础,进行全列各车整流器间载波的相位差运行,以此来降低接触网电流的高次谐波。
牵引电机使用了3相鼠笼式感应电机,轴端设有速度传感器用于向检测牵引变流装置、制动控制装置的发送转速信号(转子频率)。
牵引变流器(Converter&Inverter,简称CI)由三点式脉冲整流器、中间直流电路、三点式逆变器、真空交流接触器等主电路设备以及无触点控制装置、控制电源等控制设备组成,采用的
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