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中压逆变器在轨道交通车辆上的应用

www.cechina.cn2009.04.14阅读 8764

  1、引言
  近年来,随着我国城市人口的膨胀、国民的和环保节能理念的推进www.cechina.cn,轨道升温已成为不争的事实。轨道车辆按照其供给电压有DC750V、DC1500V、AC25000V等等。在电力技术和微电子技术的强力支持下,交流传动系统以其固有的优越性,在轨道牵引领域、尤其是在地铁等原来由直流电网供电的电动车组中的得到迅猛发展。本文以阿尔斯通公司的车辆为例,介绍用于地铁、轻轨等的DC1500V供电的中压牵引变频器。
  2、系统构成
  阿尔斯通ONIXTM驱动系统是一种标准化的驱动产品,主要包括ONIXTM IGBT变频器、AGATE控制电子装置和ONIXTM牵引电动机。如运行于上海明珠线的是阿尔斯通MetropolisTM列车。列车采用4动2拖编组方式CONTROL ENGINEERING China版权所有,每辆动车装备一套牵引变频器。包括ONIXTM1500逆变器模块、ONIXTM交流电机和AGATE控制电子装置。系统结构如图1所示。
  高压供电开关(HVSS):
  三档位置:位置P—牵引变频器由接触网供电;
  位置E—牵引变频器完全接地;
  位置W—辅助变流器由车间电源供电。
  高速断路器(HSCB):故障情况下,将牵引变频器与供电电源快速隔

离。断开速度约15ms。断开可以由控制回路控制或当电流超过设定值时自动跳闸。当AGATE Control检测到HSCB断开时,它将断开LC和CCC,并且触发撬棒回路使滤波器放电。
  ●进线电抗器(LFL):与充电电容器组成一个低通滤波器,减少电流谐波,减小供电电压波动对变频器的。
  ●电容充电接触器(CCC):对滤波电容软充电,防止大电流冲击;当滤波电压达到950V时www.cechina.cn,LC闭合,CCC断开。
  ●电容充电电阻(CCZ):对滤波电容软充电,防止大电流冲击;当HVSS置于接地位置时,用于对电容器放电。
  ●进线接触器(LC):对滤波电容软充电,防止大电流冲击;当滤波电压达到950V时www.cechina.cn,LC闭合;当牵引变频器故障时断开。
  ●硬撬棒回路晶闸管(TH1):对电容器快速放电;瞬间过压时对IGBT和滤波电容提供保护;当滤波电压超过2500V时,导通保护。
  ●高频滤波电容(HFK):减少高频电磁干扰;为高频交流电流提供一个低阻抗回路。

ONIXTM系统结构图


  图1 ONIXTM系统结构图

  2.1 ONIXTM牵引变频器的优点
  较高的开关频率。使交流波形平滑,降低谐波电流,减少体积及重量;更好的电机波形;降低电机损耗;更易于与信号系统兼容。
  ●简化了功率电路。减少了器件数量,降低了成本;增加了可靠性;易于维护。
  ●简化了驱动电路,易于控制。
  ●无需吸收回路。
  ●易于安装在散热器上。IGBT器件包含内部绝缘介质;散热器直接接地,对冷却空气无过滤要求;每一个IGBT器件直接安装于散热器上;器件易于替换,无需特殊工具和。
  ●节约能量。ONIX牵引所产生的近乎完美的正弦波电流输出减少了电机热量,通过改进的叠片封装提供了优良的磁性能,降低了涡流损耗。
  2.2 驱动控制装置—AGATE Control
  AGATE Control是一种先进的电子控制装置,专门用于控制四象限变流器及电压源变频器。大规模集成电路和双32位微处理器的使用使ALSTOM牵引变频器在可靠性及性能方面获得改进。处理器提供信号处理、快速和功率监视功能。其中,Intel i960CA微处理器用于总体监控www.cechina.cn,Texas IMS320C31信号处理器用于快速计算和精确的功率控制。如图2所示。

AGATE结构框图


  图2 AGATE结构框图

  主要控制功能:异步电机的实施牵引及制动控制,采用了专利的矢量控制算法;先进的防空转、防滑行控制;用于电力电子控制的信号监测。
  通讯功能:通过与Windows相兼容软件实现友好的用户界面;通过用于增强监视能力的各种与所有的AGATE产品通讯;在同功率车辆之间或不同功率车辆之间进行通讯。
  维护功能:用于诊断和参数设置的人机界面;高等级的自测能力;使用微机与之通讯控制工程网版权所有,下载事件及错误记录及以前的维护数据。
  2.3 牵引系统控制策略
  由电压源变频器供电电机运行在脉宽调制模式(PWM),PWM使它可能施加一个平衡的三相电压给电机,其幅值和频率可调。如图3所示。

逆变控制框图


  图3 逆变控制框图


  使用专利技术的矢量控制策略,输出力矩常接近力矩指令,且改进了低速运行性能。速度在10公里/小时以上力矩精度为±5%。在10公里/小时以下力矩精度为±10%。这些精度是假设所有相互之间轮径差在1%(即8mm)以内。
  带有电机电流最佳控制的矢量控制给出了快速磁通和力矩响应(对非激励电机<1秒),矢量控制使力能能够跟随逆变器短时关断时重新建立。无需等待电机磁通消失,这是因为逆变器是按电机反电势调节输出电压的。力矩控制用宽通带(0至36Hz)调节器完成磁通建立,而不管电机的旋转速度。力矩

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