CRH2 牵引系统很详细解读.docx

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CRH2牵引系统很详细解读

第三章牵引系统

第一节概述

主牵引系统主要由受电弓、牵引变压器、牵引变流器及牵引电机组成。

受电弓通过电网接入25kV的高压交流电，输送给牵引变压器，降压成1500V的交流电。

降压后的交流电再输入牵引变流器，通过一系列的处理，变成电压和频率均可控制的三相交流电，输送给牵引电机，通过电机的转动而牵引整个列车。

图3-1主牵引系统示意图

主牵引基本动力单元由1台牵引变压器、2台牵引变流器、8台牵引电机构成，1台牵引变流器驱动4台牵引电机。

四台牵引电机并联使用。

四台牵引电机特性差异控制在±5％以内，以便电流负荷分配均匀。

动车组有两个相对独立的主牵引动力单元。

正常情况下，两个牵引单元均工作。

当设备故障时，M1车和M2车可分别使用。

另外，整个基本单元可使用VCB切除，不会影响其它单元工作。

一、系统原理

主电路简图如图3-2所示，受电弓从接触网25kV、50Hz单相交流电源受电，通过主

图3-2主电路简图

断路器VCB连接到牵引变压器原边绕组上。

主电路开闭由VCB控制。

牵引变压器牵引绕组设两组，原边绕组电压25kV时，牵引绕组电压1500V。

主电路系统以M1车、M2车的两辆车为1个单元。

主电路系统原理参见图3-2主电路简图。

更详细的可参见附图中的《主电路接线图》。

二、系统布置

主牵引系统车底电气设备布置参见图3-3。

2、6号车车下各设一台牵引变压器，而2号车（M2）、3号车（M1）、6号车（M2）、7号车（M1s）的车底下均悬挂一台牵引变流器，及车下转向架分别安装4台牵引电机。

其中4号车和6号车车顶均设受电弓、保护接地开关EGS、故障隔离开关一套，2号车和6号车的车下均设高压机器箱；2、3、4号车之间和5、6号车之间的车顶上设置高压电缆连接器，为了方便摘挂，在4、5号车之间的车顶上，设置了高压电缆用倾斜型电缆连接器。

三、车辆编组

车辆编组如图3-3所示。

图3-3车辆编组图

四、设备构成

主电路设备构成如表3-1所示。

表3-1主电路设备构成表

主电路设备

1号车

（T1c）

2号车

（M2）

3号车

（M1）

4号车

（T2）

5号车

（T1k）

6号车

（M2）

7号车

（M1s）

8号车

（T2c）

受电弓

1

1

VCB＆避雷器

1

1

牵引变压器

1

1

主变换装置（牵引变流器）（CI）

1

1

1

1

牵引电机

4

4

4

4

五、单元构成

主电路的基本单元由受电弓（1台）、VCB（主断路器）（1台）、牵引变压器（1台）、牵引变流器（2台）、牵引电机（8台）构成。

1台牵引变流器驱动4台牵引电机。

图3-4DSA250受电弓总成

1-底架2-阻尼器3-升弓装置4-下臂5-弓装配

6-下导杆7-上臂8-上导杆9-弓头10-滑板

第二节受电弓

一、结构

升弓装置安装在底架上,通过钢丝绳作用于下臂。

下臂、上臂和弓头由较轻的铝合金材料结构设而成。

滑板安装在Ｕ型弓头支架上，弓头支架垂悬在４个拉簧下方，两个扭簧安装在弓头和上臂间,这种结构使滑板在机车运行方向上移动灵活，而且能够缓冲各方向上的冲击，达到保护滑板的目的。

二、技术参数

（一）名称：

单臂受电弓。

（二）型号：

DSA250。

（三）设计速度：

250km/h。

（四）额定电压/电流：

25Kv/1100A。

（五）标称接触压力：

70N（可调整）。

（六）空气动力调整：

通过弓头翼片调节（根据用户需要选装）。

（七）升弓驱动方式：

气囊装置。

（八）输入空气压力：

0.4～1Mpa。

（九）静态接触压力为70N时的标称工作压力：

约0.35Mpa。

（十）弓头垂向移动量：

60mm。

（十一）精密调压阀耗气量：

输入压力＜1MPa时不大于11.5L/min。

（十二）材料

1．滑板：

整体碳滑板（鋁托架/碳条）。

2．弓角：

鈦合金。

3．上臂/下臂：

高强度鋁合金。

4．下导杆：

不锈钢。

5．底架：

低合金高强度结构钢。

（十三）重量：

约115kg（不包含绝缘子）。

注意：

必须要由专业技术人员和乘务员来使用和维护受电弓。

在任何情况下，必须采取必要的安全和防护措施。

三、工作原理

图3-5受电弓气动原理图

1-空气过滤器2-单向节流阀（升弓）G1/4

3-精密调压阀Rc1/2调压范围为0.01～0.8MPa

4-压力表R1/8，0～Mpa5-单向节流阀（降弓）G1/4

6-安全阀12-升弓装置14-电控阀15-绝缘管

16-气囊驱动式受电弓阀板17-车顶界面

上图中的14、15属选项。

压缩空气通过电控阀经过滤器进入精密调压阀,精密调压阀（件3）用于调节受电弓接触压力，输出压力恒定的压缩空气，其精度偏差为±0.002Mpa。

因为气压每变化0.01Mpa（0.1kgf/c㎡）会使接触压力变化10N。

注：

精密调压阀调压阀在工作过程中，为保证输出压力穏定，溢流孔和主排气孔始终有压缩空气间歇性排出，属正常现象。

压力表（件4）显示值仅作为参考,应以实测接触压力为准。

单向节流阀（件2）用于调节升弓时间，单向节流阀（件5）用于调节降弓时间。

如果精密调压阀出现故障，安全阀会起到保护气路的作用。

注：

精密调压阀运用中不得随意改变其调整值，为保证各种控制阀正常使用，应严格防止水和其它杂质渗入（注意机车上部件管接头的密封，并及时检查清理空气过滤器。

精密调压阀的更换应采用原厂配件或装备部指定的产品，否则引起的质量事故，后果由用户承担）。

四、受电弓的使用

环境和安装条件包括：

环境温度：

-40℃/+40℃,注意阀板尽可能装在车内。

;

压缩空气压力值：

必须使用干燥的空气，正常升弓空气压力值约0.34～0.38Mpa（接触压力为70N时）。

接触压力调整：

受电弓在正常工作高度，接触压力可在机车顶部用弹簧秤测量，如果需要可由专业技木人员通过精密调压阀调节,调整好的精密调压阀在使用边程中禁止随意人为调整。

更换受电弓时，应重新检测受电弓的接触压力。

注：

（1）.如运行中由于碳滑条磨损使滑板重量减少，导致接触压力少量升高寸，无需调整精密调压阀。

（2）本文图纸和文字只说明基本原理，详细精确的设计资料必须从各修订图纸或最新图纸中获得。

五、维护说明

（一）检查

使用前，在降弓位置检查钢丝绳的松紧程度。

两侧张紧程度应一致。

清理阀板上的过滤器。

拧开滤清器的外罩，清理尘埃和水。

1．间隔４周的维修内容

目测整个受电弓。

若存在损坏的绝缘子，破损的软连接钱，损坏的滑动轴承和变形的部件都应更换。

若磨耗部件超过其磨损极限,也应当及时更换。

清洁车顶与受电弓之间的绝缘管,可用中性清洁剂，不得使用带油棉纱。

每天用干棉纱擦拭，防止灰尘吸附，导致一次短路。

2．间隔６个月的维修内容

整个受电弓性能检测，目测软连接线，用卡尺测量滑板厚度，若磨损到限则应更换。

3．间隔１年的维修内容

紧固件的检测，尤其是整个弓头弹性系统的零部件。

如果需要拧紧螺母，应注意保证相应的扭矩。

M8螺栓扭矩为12±2Nm。

4．间隔２年的维修内容

轴承的润滑，滑动轴承可自润滑，对于下导杆两端的关节轴承以及升弓装置销轴处的润滑，可用注油枪向润滑油杯内注SHELLALVANIAR3型润滑脂。

注完后用油杯帽密封。

下臂上的６个滚动轴承的润滑,需拆下下臂,从有弹性档圈一端将轴拆下,衬套内注SHELLALVANIAR3型润滑脂后，装上下臂。

拆装下臂时请向厂家索取拆装工艺。

5．间隔４年的维修内容

更换软连接线。

6．间隔８年的维修内容

更换轴承。

（二）润滑

润滑滚动轴承是为了提高其使用寿命。

在最初安装时、两年一次的维修期或常规维修时油杯应注意密封以防尘土和水.滑动轴承可自润滑，保养方便。

（三）清理

阀板上的过滤器应1～2周清理一次。

（四）更换滑板

出现下列情况时，必须更换滑板：

1．碳条磨耗后高度小于5mm成滑板总高度≤22mm。

2．由于产生电弧，发生变形或缺陷。

3．滑板碎裂或出现一定深度的凹槽。

如果仅需更换一个滑板，新滑板与另一个旧滑板的高度差应不超过3mm。

特别注意：

安装滑板压缩空气进气接口时，套紧螺母的拧紧力矩不大于3Nm，用手旋入或小型扭力扳手即可。

（五）调试更换阻尼器

阻尼器在安装受电弓前必须经过调试。

如果受电弓实际动作特性与额定值之间有较大差别，有必要检查阻尼器的安装情况。

磨损、动作不灵活、漏油时，须更换阻尼器。

具体操作如下：

先把阻尼器拉伸、压缩５次，长座①=54mm，落弓位置的安装长度②=480±1.5mm。

图3-6阻尼器调试说明

1-长座=54mm2-长度=480±1.5mm3-阻尼器4-右5-左

6-防坐盖7-锁紧螺母（气缸）8-锁紧螺母（接头）

（六）检查升弓装置

建议每4～6周在落弓位置检查一次钢丝绳的松紧。

如需要，则把钢丝绳拉紧，但两螺母拧紧量要相同，避免升弓装置松弛（在落弓位置），如图3-7所示。

图3-7装有升弓装置的底架

1-弓装配2-升弓装置3-钢丝绳4-销轴5-主通气管6-线导向

六、弓网故障后的检修、检测

当发生弓网故障，造成受电弓滑板、弓头、上臂等零部件变形或损坏，应将受座弓从车顶拆下，进行全面调修或更换零部件，检修完成后在专用试验台上対受电弓进行例行试验（包括动作试验、弓头自由度测量、气密性试验、静态压力特性试验等），试验合格后方可重新装车投入使用。

对于较轻的刮弓，可在车顶调试升降弓时间、静态压力特性试验等。

关于受电弓的一些常见故障和维修，可以参见《CRH2动车组故障处理手册》中相关部分和《专项修作业办法》的受电弓专项修办法部分。

七、DSA250受电弓辅助用油脂

表3-2受电弓辅助用油脂

名称

用途

螺纹润滑剂

用于螺绞连接处，用于改善摩擦

导电接触脂

用于所有受流表面，如滑板安装座表面，软连线接线端子表面

螺纹密封胶

用于所有管螺纹及阀门接头的密封

壳牌润滑脂

用于下臂内轴承，下导杆杆端轴承和升弓装置销轴的润滑

八、注意事项

（一）必须要由专业技术人员调整和维护受电弓。

在任何情况下，必须采取必要的安全和防护措施。

（二）在车顶工作时，必须切断接触网线供电电源。

（三）受电弓升弓时，应确保压缩空气供应无意外故障发生。

因为一旦压缩空气供应发生故障，受电弓就会下降，可能造成受电弓臂底下人员的人身伤害。

（四）在调整和维护受电弓时，为确保不会无意升弓，使用约1.5米的绳子绑在底架和上交叉管间。

（五）维护弓头时，在受电弓的上交叉管和车顶或底架间用长约0.9m的木制支撑支撑。

不要把木制支撑放置在气囊或升弓装置的部件上。

（六）特殊情况在受电弓气囊失效后，重新启用受电弓前应完全排除渗入其中的水。

（七）必须遵循网线接地和绝缘的原则。

第三节高压箱

25KV电网高压首先由受电弓引入动车组，然后经过故障隔离开关接入到高压机器箱，并旁路连接了保护接地开关EGS。

高压机器箱内有避雷器、真空断路器VCB、接地端子。

从高压机器箱出来的高压电直接连接到牵引变压器的原边绕组。

设置了高压联锁回路，在受电弓没有降下或保护接地开关EGS没有闭合的情况下，高压机器箱不能打开。

故障隔离开关的作用是在出现故障时强迫断开受电弓。

EGS的作用是将高压系统强制性接地，以便车辆维护时人员的安全。

VCB的作用是在需要的情况下自动断开主变压器的供电。

一、真空断路器

型式：

CB201型。

额定电压：

AC30kV，瞬间最大电压AC31kV）

额定电流：

AC200A。

额定频率：

50Hz。

额定开断容量：

100MVA。

断路时间：

3周以下（50Hz）。

额定闭合电流：

10000A。

额定瞬间电流：

4000A（2s）。

额定断路电流：

3400A。

无负荷闭合时间：

0.15s以下。

额定开断时间：

0.06s以下。

额定断路时间：

0.08s以下。

操作方法：

电磁控制空气操作额定操作电压：

DC100

V

额定操作压力：

7.84×105Pa（8kgf/cm2）

二、交流避雷器

额定电压：

AC42kV（RMS）。

动作电压：

AC57kV以下（V1mA，DC）。

限制电压：

AC107kV以下。

三、保护接地开关

型号：

SH2052C。

方式：

电磁空气式。

额定电压：

30kV，单相。

额定频率：

50Hz。

额定瞬时电流：

6000A（15周）。

额定操作空气压力：

785kPa（8kgf/cm2）。

额定操作电压：

DC100

V。

额定联锁接点：

3a-3b。

结构：

为耐寒耐雪结构，设防冻电热器（AC100V100W）。

第四节牵引变压器

动车组在2号和6号车下各设有一个牵引变压器，牵引变压器通过螺栓悬挂于车体下。

一、输出

图3-9牵引变压器

长-2570mm宽-2300mm高-835mm

在网压变化范围内，牵引变压器输出电压、电流及功率满足列车牵引和再生制动要求。

二、安装结构

牵引变压器的安装采用在车体横梁下用螺栓固定的吊挂方式。

三、强度

牵引变压器有足够的强度，保证在高速运行时碎石碰撞不至于破损。

四、冷却及其冷却油

冷却采用强迫油循环风冷方式，除用温度继电器、油流指示器实施状态监控外，还采用金属波纹管存油器，避免外气与油的直接接触，防止油质老化。

冷却油采用难燃性硅油。

五、规格

牵引绕组为两个独立线圈，每1线圈均连接到1台牵引变流器上，确保牵引绕组的高电抗、疏偶合性，具有可使牵引变流器稳定运行的特性。

另外，为了增加每组牵引绕组的容量，原边绕组采用两组并联结构的绕组配置。

六、线圈结构

牵引绕组2组、辅助绕组1组。

七、方式

壳式无压密封方式。

八、冷却方式

油循环风冷方式、硅油。

九、效率

95％以上（额定载荷条件）。

十、绝缘等级

（一）原边绕组高压侧

1．感应耐电压：

42kV×10分钟（120Hz时）（另外，240Hz时5分、166.7Hz时7.2分等条件也可）。

2．脉冲耐电压：

全波150kV（波形：

波前长1.2μs，波尾长50μs）；截断波170kV（波形：

在波前长1.2μs处截断）。

（二）原边绕组接地侧：

工频耐压2.5kV。

（三）牵引绕组侧：

车辆用工频耐压5.4kV。

（四）辅助绕组侧：

车辆用工频耐压2.9kV。

（五）绝缘种类：

特A级。

十一、牵引变压器额定性能参数

参见表3-3，牵引变压器线圈结构为牵引绕组2组、辅助绕组1组，采用油循环冷却。

表3-3牵引变压器额定性能参数值

原边绕组

牵引绕组

辅助绕组

容量

3060kVA

2570kVA

490kVA

电压

25000V

1500V

400V

电流

122A

857A×2

1225A

频率

50Hz

额定种类

连续

关于牵引变压器的一些常见故障，请参见《CRH2动车组故障处理手册》中相关部分。

第五节牵引变流器

动车组设有四个牵引变流器，分别在2号、3号、6号和7号车下。

两个牵引变流器为一组，由一个牵引变压器提供电源。

牵引变流器与牵引变压器一样，用螺栓悬挂于车下。

图3-10牵引变流器

长-3100mm宽-2730mm高-650mm

牵引变流器在M1车、M2车上分别装载脉冲整流器、逆变器各1台，运行时除实施牵引电机电力供应和制动时的再生制动外，还具备保护功能。

一、结构

动车组牵引变流器采用免维修模块结构。

功率半导体模块的换件时间为两小时以内。

牵引变流器功率单元集中布置，脉冲整流器功率单元（2台）、逆变功率单元（3台）。

牵引变流器配置有两排气口的电动轴流式通风机，向功率单元冷凝器送风。

真空接触器、继电器单元和无接点控制装置等集中布置，便于检修。

另外，考虑密封性和检查方便，采用板簧式手动型夹紧装置。

牵引变流器的零部件，考虑到其操作、维修方便，采用模块化设计。

例如半导体冷却装置分成脉冲整流器用两台，逆变器用三台的单元，分别具有互换性。

控制装置分为无接点控制装置（控制逻辑部）、继电器单元、电源单元等。

半导体冷却装置和电动通风机等大型装置采用下部拆装的结构。

小型控制单元内的各零部件可以采用不同厂家的产品，维修和检查时需要更换的控制单元，其结构和功能必须具有互换性。

二、电路方式

牵引变流器采用电压型3点式电路，由脉冲整流器、中间直流电路、逆变器构成。

模块具有互换性。

三、功率半导体

功率半导体采用：

IGBT或IPM：

3300V、1200A。

钳位半导体：

3300V、1200A。

四、控制方法

脉冲整流器部分：

牵引变压器牵引绕组输出的AC1500V、50Hz输入脉冲整流器。

脉冲整流器由单相3点式PWM变频器、交流接触器K组成。

采用无接点控制装置（IGBT元件），从而实现了输出直流电压2600V～3000V定压控制、牵引变压器原边电压电流功率因数的控制以及无接点控制装置保护。

再生制动时接收滤波电容器输出的直流3000V电压，向牵引变压器供应AC1500V、50Hz。

另外，主电路的输入通过交流接触器K实施。

逆变器部分：

输入滤波电容器电压，依据无接点控制装置（IGBT元件）控制信号，输出变频变压的三相交流电对4台并联的电机进行速度、扭矩控制。

再生制动时牵引电机发出三相交流电，向滤波电容器输出直流电压。

牵引电机控制采用矢量控制方式，独立控制扭矩电流和励磁电流，以使扭矩控制高精度化、反应高速化，提高电流控制性能。

五、保护功能

系统具有完善的保护功能。

六、冷却方式

冷却方式采用液体沸腾冷却机械通风方式，冷却介质采用环保的氟化碳（FX3250）。

七、控制装置

牵引变流器控制为软件控制，调节装置免维护。

八、效率

在额定载荷条件下（除辅助电路和控制电路外），牵引变流器的效率为:

0.96以上。

九、性能参数

（一）形式：

CI11。

（二）脉冲整流器：

单相电压3点式PWM脉冲整流器。

（三）逆变器：

3相电压3点式PWM逆变器。

（四）额定参数

1．输入：

1285kVA（单相交流1500V，857A，50Hz）。

2．中间直流电路：

1296kW（直流3000V，432A）。

3．输出：

1475kVA（三相交流2300V，424A，0～220Hz）。

4．效率：

96％以上（在额定载荷条件下，除辅助电路外）。

5．功率因数：

97%以上（在额定载荷条件下，除辅助电路和控制电路外）。

（五）开关频率

1．脉冲整流器：

1250Hz。

2．逆变器：

500～1000Hz。

（六）冷却方式：

液体沸腾冷却机械通风方式，冷媒为氟化碳（FX3250）。

（七）主要构成

1．功能单元

（1）主开关元件：

IGBT或IPM。

（2）滤波电容器：

合计8000μF/装置。

（3）脉冲整流器功率单元：

2125μF/台×2台＝4250μF。

（4）逆变器功率单元：

1250μF/台×3台＝3750μF。

2．过压抑制可控硅单元：

过压抑制可控硅栅级驱动电路、直流电压互感器（DCPT）。

3．充电单元：

滤波电容器备用充电用接触器、变压器及整流器。

4．真空交流接触器。

5．电阻器单元：

过电压抑制电抗器、放电电阻器。

6．交流变流器单元：

霍尔型电流传感器。

7．交流变压器单元：

电压传感器。

8．无接点控制装置。

9．控制电源单元。

10．电动通风机：

主电动通风机、辅助电动通风机（密闭室冷却用）。

（八）接点控制装置

（九）脉冲整流器控制功能

1．主电路控制方式：

3点式PWM方式。

2．脉冲整流器输出频率：

50Hz。

3．直流电压：

DC2600V～DC3000V（按速度范围变化可调）。

4．载波频率：

1250Hz。

5．功率因数：

97%以上。

6．控制功能：

（1）发生直流电压模式；

（2）电源相位同步控制；（3）PWM控制。

（十）逆变器控制功能

1．主电路控制方式：

3点式PWM方式。

2．电机控制方式：

矢量控制计算的电流瞬间值控制。

3．电机旋转频率：

计算频率0～150Hz。

4．V/f特性：

2300/116Hz（牵引），2300/130Hz（制动）。

5．非同期脉冲状态载频频率：

1000Hz左右。

6．脉冲状态：

非同步脉冲状态－（过调制脉冲状态）－同步脉冲状态－同步1脉冲状态。

7．控制功能

（1）电机控制。

（2）控制模式（牵引运行、制动、定速、后退启动）。

（十一）程序控制功能

1．启动停止程序。

2．保护程序。

3．动力运行、再生程序。

（十二）维修、检查功能

1．车载试验功能

依据车辆信息控制装置的指令，在无接点控制装置内产生模拟信号，可进行保护动作，接触器动作等自我检查工作。

2．保护检测记录功能

作为保护动作分析手段，在无接点控制装置内记录发生保护动作时装置的输入、输出信号和控制状态，以向列车信息控制装置提供数据。

3．高速记录器功能

作为保护动作分析手段，在无接点控制装置内记录发生保护动作时装置的输入、输出信号和控制状态，以向列车信息控制装置提供数据。

关于牵引变流器的一些常见故障，请参见《CRH2动车组故障处理手册》中相关部分。

第六节牵引电机

一、电机型式

牵引电机采用三相交流异步电机。

二、供电及调速方式

牵引电机适用于电压源逆变器供电，变频变压（VVVF）调速运用方式。

三、绝缘等级

牵引电机绝缘采用200级绝缘等级。

图3-11牵引电机

长-720mm宽-697mm高-629mm

四、互换性

所有牵引电机在外形尺寸、安装尺寸和电气性能方面，均能在所有动车的转向架各个轮轴之间完全互换。

五、维修

电机维修时，仅更换定子或转子后，仍能保证电机特性的一致性。

六、振动和冲击

电机采用耐振动和冲击的结构。

七、牵引电机特性

牵引特性曲线和转矩-转速曲线、再生制动特性曲线参见《时速200/300公里动车组主要技术条件》中的CRH2牵引电机牵引制动特性曲线和数据表。

八、效率

牵引电机的连续额定效率为0.94以上。

九、电机规格

（一）概况

牵引电机采用不解体就可供油脂的绝缘轴承。

每台牵引电机的最大输出轴功率为300kW。

（二）性能规格

1．方式：

三相异步感应电机

2．相数：

3。

3．极数：

4。

4．通风方式：

强迫通风。

5．装载方式：

转向架构架悬挂安装。

6．绝缘种类：

200级。

7．额定参数

（1）功率：

300kW。

（2）电压：

2000V。

（3）电流：

106A。

（4）频率：

140Hz。

（5）转差：

1.4%。

（6）转速：

4140rpm。

（7）效率：

0.94。

（8）功率因数：

86%。

（三）结构

1．转子

转子为坚固的鼠笼形，采用耐高速旋转的结构。

为确保转子转动，转子导条采用固有电阻大、强度高的铜锌合金（黄铜）。

2．定子

为了轻量化，取消了铁心外的框架，采用连结板压住铁心。

电机框架设有与转向架连接的安装座，框架两侧的连结框（铝托座）采用铝合金铸件制造。

3．测速发电机

在非传动轴端安装了2个测速发电机，用于逆变器控制和制动控制。

4．齿轮装置效率

0.95（计算参数，牵引电机输出和车轮踏面输出系数采用此数据）。

十、其它控制和辅助电路设备

（一）主控制器

方式：

牵引手柄为前后操作方式。

构成：

牵引运行10档，带方向选择开关。

额定工况如表3-4所示。

其它