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牽引變流�
閱讀�10992時間�2011-04-08 09:43:33

  牽引變流器是指電力機車以及安裝電傳動裝置的其他機車上�(shè)置在牽引主電路中的變流器,主要包括大功率二極�以及晶閘��電容器和電抗�等。牽引變流器的功能是�(zhuǎn)換直流制和交流制間的電能�,并對各種牽引電動機起控制和�(diào)節(jié)作用,從而控制機車的運行�

分類

  牽引整流器可分為下述四類

  一、交�-直流整流�

  將交流電整成直流�,主要有兩種形式:采用橋式整流線路的橋式整流器和采用中抽整 流線路的中抽整流�。圖1a為應(yīng)用在電力機車上的單相橋式線路,交流電壓u正半周經(jīng)二級�1和二極管3、負半周�(jīng)二極�2和二極管4接到直流�(cè),從而在直流�(cè)得到不變方向的脈動電壓Ud,�(jīng)過平波電抗器Ld濾去脈動成分后用于驅(qū)動直流牽引電動機,其電壓波形圖如�1a上部所示。圖1b為單相中抽整流線路圖和電壓波形圖。圖1c為柴油機車采用的三相橋式整流線路圖和電壓波形�。若用適�(dāng)�(shù)量的二極管串�(lián)(以增加電壓)和并聯(lián)(以增加電流)代替原理圖中的一個元件,則可�(gòu)成所需功率的交-直整流器�

各種整流器電路原理圖

  在上述整流器中換用控制元件就可得到可控整流器。以晶閘管代替圖1中的二極�,就成為全控橋式整流器,又稱相控整流器??刂凭чl管每周期中的開始�(dǎo)通時刻(ɑ角),從而控制直流側(cè)電壓。圖2為單相全控橋式整流電路圖和相�(yīng)的電壓電流波形圖。如果控� ɑ>π�2并人為地�?fàn)恳妱訖C電勢反向,則變流器進入再生制動工況,此時全控橋式整流器就處于有源逆變的工�,將機車的動能反饋給電�(wǎng)。如果晶閘管和二極管混合接成�3的方�,則�(gòu)成單相半控橋式整流器,二極管在晶閘管未開通前起負載續(xù)流作用。半控橋式整流器只能�(diào)�,不能再生制�。全控橋和半控橋是橋式整流器的兩大類,應(yīng)用較��

單相全控橋式整流電路圖

 

單相半控橋式整流電路圖

  �、直�-直流變流�

  又稱斬波�,用以改變直流電壓平均值的一種裝置。用晶閘管強迫關(guān)斷方�,周期性地控制直流電源和負載間的通斷,使斬波器輸出端得一脈動電壓,用平波電抗器Ld濾去脈動成分,則在負載上得到一由周期導(dǎo)通角ɑ控制的直流電壓Ud。圖4為其原理圖,其中F為強迫關(guān)斷器�,D為續(xù)流二極管,M為負�。電壓Ud實為由ɑ角控制的斬波器出端電壓U2的平均值。斬波器�(jīng)適當(dāng)?shù)母慕涌捎性偕苿有阅?。直流斬波器多用在直流電力機車、動車組和地鐵車輛上�

斬波器原理圖

  三、直�-交流變流�

  又稱逆變�,將直流電變成交流電的變流�,有電壓型和電流型兩��

 ?、匐妷盒湍孀兤鳎簡蜗嘧饔迷砣鐖D5a所示,由于換向要求直流�(cè)電壓Ud需保持恒定而得�。如果控制電路觸�(fā)脈沖使器件F1、F2的通斷次序如圖5b,則交流�(cè)可得一矩形波電壓如��5c該交流電壓幅值為Ud,而頻率可由控制回路進行�(diào)節(jié)。圖5a中c為支撐直流電壓用的支撐電�,D1、D2為當(dāng)負載電流和電壓不同相時做�(xù)流用的續(xù)流二極管�

單相電壓型逆變器原理圖

  異步牽引電動機起動時要求逆變器供出幅值可變的、接近正弦的低頻電壓,這可用分諧波�(diào)制法控制F1、F2的通斷順序來達�。電壓型逆變器在控制電路作用下能順利地轉(zhuǎn)入再生制�。利用這一可逆性又可制成交-�-交電力機車電源側(cè)變流�,它能提供恒定的中間�(huán)節(jié)直流電壓,又可調(diào)節(jié)交流電網(wǎng)�(cè)的功率因�(shù)和改善電流波�,這就是電壓型四象限變流器�

 ?、陔娏餍湍孀兤鳎弘娐吩砣鐖D6a,它要求直流側(cè)是一電流源,即Id要相對穩(wěn)�,這可以采用串�(lián)電抗器Ld來達�。如果控制各強迫�(guān)斷器件的�(dǎo)通順�(�6b),則在電機每相繞組中可得�2π/3電角度導(dǎo)通的交變電流(�6c)。在低頻起動時為了避免因 2π/3矩形波電流而造成過大的電機力矩脈�,也可采用電流分諧波�(diào)制方法。電流型逆變器只能調(diào)頻不能調(diào)�,調(diào)壓功能由電源�(cè)交-直變流器來完�。電流型逆變器已在地鐵車輛上�(yīng)��

電流型逆變器原理圖

  四、交�-交流變流�

  不需�(jīng)過直流中間環(huán)節(jié),可直接將單相交流電變成三相可�(diào)頻的交流�。這種變流器中較成功的是用次驅(qū)動同步型牽引電動機的兩組三相反并橋式系統(tǒng),它在原理上類似一電流型直-交逆變�,并借助于電源和負載電勢進行換向。這種類型的變流器已在蘇聯(lián)ВЛ83型電力機車上�(yīng)�。循�(huán)變流器是另一種降頻交-交變流器,是燃氣輪機車電傳動系�(tǒng)可以選擇的一種設(shè)��

器件

  牽引變流器主要包括大功率二極管以及晶閘管、電容器和電抗器�。這些器件主要在兩個方面得到了�(fā)展:一是向大功率發(fā)展。提高元件質(zhì)�、加強冷卻措施(采用強迫通風(fēng)、風(fēng)�、油冷及氟冷方法)使單個元件開�(guān)峰值功率由 100千伏安增加到1000千伏安以�;二是增加品�。聯(lián)邦德國、日本等國已實現(xiàn)變流器元件產(chǎn)品系列化、專用化,如快速二極管和快速晶閘管用于強迫換向電路;普通二極管和晶閘管用于電源換向電路。此外,制成逆導(dǎo)通晶閘管,它在較高頻的強迫換向電路中得到了應(yīng)�,還有自關(guān)斷器件:控制極關(guān)斷晶閘管GTO和大功率三極�,因為它們不需要強迫換流用的電容器和電抗器而使變流器大為簡�。電容器分為支撐電容器、濾波電容器和換流電容器。電抗器有濾泀換流和飽和電抗器之�。各類器件都有其獨自特點�

�(fā)展過�

  1879年德國西門子公司建造的直流125��3馬力的電車應(yīng)用牽引變流器取得成功�20世紀(jì)50年代法國、匈牙利、聯(lián)邦德國、日本等國研制成多種工頻牽引變流�,有單相-三相變頻式變流器、單相交�-直流旋轉(zhuǎn)式變流器、多陽極水銀式變流器和引燃管式變流器�。這些牽引變流器還未推廣就�60年代新出�(xiàn)的大功率半導(dǎo)體器件構(gòu)成的變流器所替代。起初僅用大功率二極管進行交流-直流間的整�。晶閘管和電子控制器件出�(xiàn)�,牽引整流器便具有�-直流間的可控整流和有源逆變、直-直流間的變換的功�,并且試制出�-交流間的變換��80年代,牽引變流器在電力機�、電力傳動柴油機車、燃氣輪機車、動車組以及地下鐵道車輛上得到廣泛的�(yīng)�。應(yīng)用何種牽引變流器已成為表明機車特性的主要�(biāo)志之一�

控制系統(tǒng)

  變流器由不控整流器向可控變流器的�(fā)�,變流器的電子控制系�(tǒng)也發(fā)生變�。變流器�60年代采用分立元件的開�(huán)控制系統(tǒng)�70年代過渡到線性集成元件(運算放大器等)的閉環(huán)控制系統(tǒng)�70年代末則�(yīng)用大集成度的�(shù)字集成器件和微處理機的閉�(huán)控制系統(tǒng)。這些電子控制技�(shù)的應(yīng)用使變流器的性能,進而使整個機車的性能和自動化程度顯著提高�

�(fā)展趨�

  牽引變流器正在朝大功�、調(diào)節(jié)控制性能齊全和對通信、電�(wǎng)無干擾的方向�(fā)��80年代初在牽引變流器中得到推廣�(yīng)用的是二極管整流、晶閘管相控和直流斬�,而以�(yīng)用交流牽引電動機為目�(biāo)的直-�、交-交逆變技�(shù)雖然性能�(yōu)越,并已有小批量生產(chǎn)�(yīng)�,但因價格昂�、技�(shù)�(fù)雜以及操作、維修要求高等還未得到普遍推�。提高功率半�(dǎo)體器件的性能,特別是提高自關(guān)斷類的GTO和大功率三極管的功率和性能,�(yīng)用氟冷卻和大�(guī)模集成數(shù)字電路技�(shù)�,將會推進牽引變流技�(shù)的發(fā)展�

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