1、目录目录 1第 1 章 概述 .11.1 国外动车组发展综述 1第 2 章 高速动车组制动系统 .42.1高速动车组制动系统概述 .42.2动车组制动方式分类 .52.3 动车组不同制动方式简介 6第 3 章 高速动车组制动控制系统 .83.1高速动车组制动系统组成及功能 .83.1.1制动控制系统工作原理 .93.1.2 制动系统的特点 113.1.3 制动控制规律 113.1.4 制动系统的制动方式 123.2高速动车组再生制动控制系统 143.2.1再生制动控制系统工作原理 143.3 单相四象限脉冲整流器控制方法研究 .163.4单相三电平四象限脉冲整流器控制原理 17结论 .21第
2、1 章 概 述1.1 国外动车组发展综述速度是现代社会高效率的标志。世界交通运输的发展历史，就是速度不断提高的历史。长期以来，世界铁路的旅客列车运行速度一直保持在 200km以内。但是，随着社会经济的迅速发展，人民生活水平的不断提高，人们对运输服务质量的要求也愈来愈高。铁路旅客列车原来的速度已远不能满足人们出行的要求。特别是 20世纪 70年代以来，世界出现了石油危机，公路堵塞，环境严重污染，己成为全球性的社会问题，严重影响了人类的生存和发展。为此，人们期望有一种能避免上述弊端，而且运能大、速度快、节约型的公共交通工具的出现。从 1964年日本东海道新干线开始投入高速运营，带来了巨大的经济和社
3、会效益，自日本之后，法国、德国、意大利、西班牙、瑞典等国家相继也都发展了不同类型的高速铁路，且速度不断刷新。为此，许多国家的政府从交通运输发展的实践不断反思、总结，逐渐认识到旅客运输应该把高速铁路作为发展的重点。在这样的历史背景下，使高速铁路得到了迅速的发展。国外高速动车组的发展自 1964年 10月 1日，世界上第一条高速铁路4日本东海道新干线开通运营以来，动车组的运用随着高速铁路的发展日益广泛。经过 40余年的发展，形成了以日本新干线、法国 TGV和德国 ICE高速动车组为代表的三大技术体系。各国动车组从本国实际需要出发，具有各自的技术特色，为推动世界铁路向高速化发展起到了积极的作用。日本
4、是世界上最早开行高速动车组的国家。在日本计划修建东海道新干线时，其高速动车组设计就已经同步展开。0 系新干线列车成为世界上最早运行的高速动车组。随着新干线网络的不断扩大，为了在不同的线路条件下提高列车运行速度和乘客的舒适度，降低列车对环境的影响，相关企业与研究机构在 O系、100 系、200 系、IOON 系列车的基础上先后开发了 300系、400 系、500 系、700 系、N700 系、800 系、El 系、EZ 系、E3 系、E4系等干线列车和 WIN350、300X、STAR21、FAS 几 CH、E954 系等试验列车，共有二十余种新干线用电动车组。自设计之初起，日本一直坚持采用动力
5、分散作为其动车组发展模式。此外，日本新干线动车组的另一大特点是注重新技术的运用，如主动、半主动悬挂和旋转涡流制动、空气阻力制动等技术均最早运用在新干线动车组上。其动车组轻量化、车辆空气动力学设计水平已经走在世界前列。作为世界铁路运输最发达的国家之一，早在 1955年 3月 29日，法国就创造了电力机车牵引列车 331km瓜的速度记录。1967 年 5月，CC 一 6500型电力机车牵引客车实现最高速度 ZO0km小商业运行。然而随着社会的发展，在 20世纪 70年代，迅速发展的公路和航空运输使法国铁路受到了前所未有的冲击，传统铁路越来越不能适应现代社会对铁路旅客运输的需要。同时，1964 年日
6、本新干线建成并投入运行也大大激发了法国铁路同行的积极性。自 1967年起，法国国营铁路公司(sNCD 开始着手研究高速运输。在设计制造高速动车组方面，法国首先是尝试将航空用燃气涡轮发动机用于铁路动车组。1969 年 n月，法国研制成功了第一代 ETG型燃气轮动车组，最高试验速度达到 248km/h。此后，为了进一步提高燃气轮动车组质量，又研制出第二代 ETG型燃气轮动车组，最高试验速度为 260km/h。为了配合在巴黎一里昂建设高速铁路，还研制了第三代TGV-ool型燃气轮动车组，5 节编组，1972 年最高试验速度达到 381km小。1973年中东战争引起第一次世界石油危机后，法国开始将高速
7、动车组技术政策转向电力牵引，并率先在欧洲实行将速度、环保意识、充分利用能源、高新技术以及经济可靠性综合考虑的技术方针。1973 年，法国研制出第一列 27001电动组，1975 年最高试验速度达到 309km小。 ，自 1976年开始，法国开始着力研究交一直传动的 TGV一 PSE动车组，并在 1981年 9月投入运用。此后，法国先后研制了交一直一交传动的 TG从 A、TGV-R、TGV-ZN、TGV-TMST、西班牙AVE、TGV-PBKA、TGV-K 等型号的高速动车组。其中，TGV-A325 号车组于 1990年 5月在大西洋线创造了 515.3km/h轮轨系统高速行车的世界记录。在保持
8、了17年后，该纪录再次被打破， 2007 年 4月 3日，法国试验动车组 V150创造了574.8km/h的高速铁路试验速度新纪录。近年来，法国国家铁路已经开始进行动力分散型电动车组的研究，与 Alstom等共同设计的新型动力分散动车组 AGV已投入试验运行。德国是一个铁路历史悠久的国家。与大多数欧洲国家一样，德国铁路在 20世纪 60年代也不得不面对公路和航空运输带来的巨大压力。德国的政治家比其他欧洲国家更早地认识到了铁路的重要性。早在 1970年，原联邦德国政府技术研究部就开始组织对未来长途运输系统新技术的研究。但是在发展高速铁路采用磁悬浮技术还是轮轨技术的问题上，德国经过了旷日持久的讨论
9、，影响了德国铁路高速化的进程，1973 年和 1976年动工修建的两条高速新线进展缓慢。直到 20世纪 80年代中期，原联邦德国政府才意识到以往政策的失误，同时法国 TGV列车的成功运营也刺激着素以高技术著称的德国，原联邦德国政府加快了发展高速铁路的步伐。1982 年 8月，联邦铁路投资 1200万马克，试制 ICE试验型城间快车。1985 年，2 动 3拖的 IC日 V试验型高速电动车组试制成功，同年，其最高试验速度达到 317km瓜。1988 年 5月， ICE/V型试验列车在汉诺威一维尔茨堡间创造了 406.9知 m/h的高速动车组速度记录。在 ICE/V的基础上，1985 年 12月联
10、邦铁路确定了 IcE设计任务书， 1986年开始试制 ICEI型高速动车组，1990 年 7月试制完成并于 1991年 6月 2日以 280km/h的速度正式投入运行。1991 年原东、西德统一后，德国政府决定修建柏林一汉诺威的高速铁路，同时开始了第二代 IcE高速动车组一一 IcEZ的开发，1996 年，该型动车组投入运用。德国 1995年开始动工修建的科隆一法兰克福的高速铁路最高运行速度提高到了 300km小，线路最大坡度达到 40%0，既有的 IcEI、ICEZ 型列车已经不能满足运行需要。为此，德国铁路于 1994年向工业界订购了 50列ICE3型动力分散电动车组并于 1997年投入运
11、行。此外，为了在既有线路实现列车运行速度的提高，德国铁路还开发了 ICI，型摆式动车组。目前，运行速度达到 350km/h的 ICE21型高速电动车组正在研制中。日本、法国和德国高速铁路的成功经验也带动了世界其它国家和地区高速铁路的发展。意大利、西班牙、瑞典、韩国和我国台湾地区均已有高速铁路投入运行。值得一提的是，除采用日本、法国和德国的技术外，瑞典等国家还通过采用摆式列车提高列车运行速度，以实现既有线路高速化，取得了良好的效果。第 2 章 高速动车组制动系统2.1高速动车组制动系统概述列车制动是人为利用制动力使列车减速、停车的统称。要改变运动物体的运动状态，必须对它施加外力。对于列车，人为使
12、其减速或停车的外力是由列车制动装置产生的，它与列车运动方向相反，由轨道作用制动力于车轮的外力，称为制动力。为了能实行制动，需要在列车上安装一套完整的制动装置。对传统的机车车辆模式而言，列车制动装置是指机车制动装置、基础制动装置、手制动(驻车制动)装置。制动机是制动装置中受司机直接控制的部分，通常包括从制动软管连接器至制动缸的一整套机构;基础制动装置是制动装置中用于传递、放大制动力的一整套机构。制动作用的解除叫做缓解。对动力分散型动车组而言，列车制动装置是指动车制动装置、拖车制动装置的组合，从而形成完整的系统，它包括两个部分:制动控制系统和制动执行系统。制动控制系统由制动信号发生与传输装置和制动
13、控制装置组成。制动执行系统通常称为基础制动装置，常见的有闸瓦制动与盘形制动。电动车组的最高运行速度与其牵引功率有关，但也受其制动能力的限制。电动车组的制动能力是指制动系统使动车组在规定的制动距离内安全停车的能力，从能量的观点看，制动的实质就是将电动车组所具有的动能消耗掉或从它上面转移出去，制动系统转移动能的能力称为制动功率。对电动车组而言，制动系统的基本要求是:l)操作灵活，制动减速快，制动作用灵敏可靠，动车组前后车辆制动、缓解作用一致；2)具有足够的制动能力，保证动车组在规定的制动距离内停车；3)具有动力制动能力，在正常制动过程中，应尽量发挥动力制动能力，以降低运行成本；4)应具有动力制动与
14、摩擦制动的联合制动能力；5)制动系统应能保证动车组在长大下坡道上运行时，其制动力不会衰减；6)电动车组各车辆的制动力应尽可能一致，制动系统应能根据乘客量的变化，具有载荷调整能力，以减少制动时的纵向冲击；7)具有紧急制动能力，遇到紧急情况时，能使电动车组在规定距离内安全停车。紧急制动作用除了可由司机操纵外，必要时还可由行车人员利用紧急制动按钮进行操纵；8)电动车组在运行中发生诸如列车分离、制动系统故障等危及行车安全的事故时，应能自动实施紧急制动作用。2.2动车组制动方式分类动车组制动方式可以按照制动时电动车组动能转移方式、制动力获取方式和制动源动力的不同进行分类。1、按电动车组动能的转移方式可分
15、为两类:一类是摩擦制动方式，即通过摩擦把动能转化为热能，然后耗散于大气。电动车组常用的摩擦制动方式主要有闸瓦制动和盘形制动，在高速电动车组的制动系统中还有电磁制动方式中的磁轨制动；二是动力制动方式，即把动能通过发电机转化为电能，然后电能从车上转移出去，对这些电能的不同处理方式分为电阻制动和再生制动两种形式。2、按制动力形成方式划分:按电动车组制动力的获取方式，可分为粘着制动与非粘着制动。在常用的制动方式中，闸瓦制动、盘形制动(包括油压铅盘、盘式涡流)、电阻制动和再生制动均属于粘着制动；轨道电磁制动(磁轨制动、轨道线性涡流制动)则属于非粘着制动。3、按制动源动力分类:目前电动车组采用的制动方式中
16、，制动的原动力主要有压缩空气和电力。以压缩空气为源动力的制动方式称为空气制动。如闸瓦制动、盘形制动等都称为空气制动方式;以电为原动力的制动方式称为电气制动方式，如动力制动、轨道电磁制动等均为电气制动方式。2.3 动车组不同制动方式简介以下将几种常用制动方式及其应用情况作一介绍。1)电阻制动与空气制动这两种制动方式可谓历史悠久，所谓电阻制动，即在制动时变牵引电动机为发电机，将所发电能加于制动电阻上，使其发热，再靠冷却风扇给制动电阻强迫通风而将热量散发于大气中;空气制动则是通过电空制动机作用使列车管内充入压力空气，靠压力空气推动使闸瓦压紧滚动着的车轮，车轮与闸瓦间发生摩擦，使列车动能转变为热能消耗
17、，从而起到制动的作用。这两种制动方式的优点是制动技术成熟，安全可靠，联合使用效果较好。不足之处是电阻制动的制动容量受牵引电机额定容量及制动电阻温升限制，而空气制动产生的制动力只能部分满足动车组高速运行条件下所需制动力要求，且列车高速运行条件下，闸瓦与轮对的摩擦对轮对踏面及轨面损害较大，增加了轮对踏面诊断的工作量。在国外高速动车组中，日本的第一代高速动车组的 0系(16M)、100 系(12M+4T)、200系(12M)、400 系(6M+IT)的动车以及法国 TGV-PSE的动车均采用了电阻制动及空气闸瓦踏面制动方式，但是其拖车的制动方式已由空气踏面制动改为盘形制动。2)盘形制动所谓盘形制动也
18、是由空气压力作为动力，推动制动夹钳使闸片夹紧装固在车轴或车轮辐板上的制动圆盘，使闸片与制动圆盘间产生摩擦，把动能转变为热能，达到制动的目的。这种方式优点是制动力较踏面制动大，且将轮对踏面与闸瓦间的摩擦转换为闸片与制动盘间的摩擦，增大了摩擦制动散热面积，减轻了车轮踏面及轨面的磨损，适合于高速列车使用。缺点是采用制动盘使转向架的簧下质量增加，不利于高速运行，且粘着系数有所降低，为防止高速滑行，需采用高质量的防滑装置。目前，日本的新干线系列、法国 TGV以及德国的ICE高速动车组的拖车基本都采用了这种制动方式作为其几种联合制动方式之一，区别仅在于制动盘数量的不同。3)涡流制动涡流制动又称线性涡流制动
19、，它包括轨道涡流制动和涡流盘制动。轨道涡流制动的原理是在转向架下安装一组电磁铁，S 极与 N极交替排列，磁铁与钢轨顶面距离约 7一 IOmm，列车运行时，电磁铁与钢轨间的相对运动感应出涡流，该涡流产生的磁场与电磁铁磁场互相作用产生制动力。涡流盘制动的原理与轨道涡流制动相同，只不过用一个装在车轴上的导电圆盘代替钢轨，而电磁铁装在转向架上或套装在车轴上。涡流制动不同于盘形制动与轮对踏面制动，后二者均为粘着制动，其制动力受粘着系数的限制，最大不能超过粘着力，而涡流制动的优点在于它与轮轨粘着状态无关，其制动力不靠轮轨之间传递，制动时也不需任何摩擦磨损件。制动力的大小还可以根据需要通过调节电磁铁的励磁进
20、行无级调节。但是涡流制动也有其缺点，首先是电磁铁与钢轨间的微小气隙不易保持，气隙变化 lmm，制动力将改变 10%，因此气隙间隔要尽可能保持不变，这对制造及检修水平要求较高。其次，涡流制动消耗励磁电能比较大，如采用涡流盘制动还将增加转向架质量。此外，电磁铁感应出的强大涡流磁场对高速列车信号电路也产生干扰，正是由于这个原因，德国 ICE一 v动车组的拖车上改用了磁轨制动方式。由于该问题现己得到解决，故现在生产的 ICE的拖车上已采用涡流制动。日本高速动车组 100系、300 系的拖车均采用了涡流盘制动与空气盘形制动相结合的制动方式，涡流制动的励磁电能由相邻动车提供。4)磁轨制动磁轨制动同样也是在
21、转向架上安装电磁铁，电磁铁通电励磁后，在吸力作用下与钢轨摩擦产生制动力。磁轨制动常用于紧急制动，其优点是车轮踏面不会磨损擦伤，缺点是制动力不能调节，对钢轨有一定磨损，且增加转向架额外质量。国外高速列车中只有德国的 ICE一 V及瑞典的摆式列车动车组的拖车上采用了该种制动方式，且仅用于紧急制动。5)再生制动采用交直交传动方式，以交流异步感应电动机作为牵引电机的高速动车组适宜采用再生制动方式制动时，它是将交流电动机改为交流发电机，产生制动力矩，并将所发电能反馈回电网的一种方式。在所有制动方式中，再生制动是唯一向电网反馈能量的制动方式，同电阻制动相比，减少了庞大而笨重的制动电阻，同时免去了一整套通风
22、冷却装置，因此倍受青睐。日本新干线高速动车组的 El系、E2 系、E3 系、500 系以及德国 ICE的动车均采用了该种制动方式，且日益成为交流传动动车组的首选制动方式。第 3 章 高速动车组制动控制系统CRHZ动车组的制动系统采用电气指令式微机控制直通式电空制动统。制动控制器由犯位单片微处理器，采用数字运算方式，司机室发出的动指令，经过中央处理装置和传输终端，通过光纤维传送到 BCU，BCu 据各车辆的载荷信号和速度信息运算出所要的制动力，从而对电气制动及气制动进行控制。此外 BCU还具有滑行控制功能。对于空气制动的滑行，使用滑行控制来控制各轴的动作。对电气制动的滑行，采用减小电气制动力模式
23、来进行行轴的再粘着控制。制动控制器还跟传输终端之间相互进行信息的传输，时输出各种控制数据。本章首先介绍 CRHZ动车组制动系统组成和功能，重点阐述再生制动统及其工作原理，最后对其运用工况进行说明。3.1高速动车组制动系统组成及功能图 3-1为高速动车组制动系统，高速动车组制动系统主要由风源系统、制动指令发生及传输系统、制动控制系统、动力制动装置、防滑器、转向制动装置、辅助制动装置、撒沙装置等子系统或部件组成。图 3-1 高速动车组制动系统组成其中，动力制动作用由牵引系统来完成，所以动力制动装置属于牵引统的一部分；有时风源系统也单独作为一个系统。CRHZ动车组的制动系统采用再生制动和电气指令式空
24、气制动相结合方式。制动控制以相邻的 1辆动车和 1辆拖车为一个控制单元。制动控制置通过中央监控装置接收来自司机制动控制器的制动指令，进行电空演算，得到合适的再生制动力和空气制动力，完成列车的制动，制动系统尽可能让动车的再生制动来承担制动力，如果再生制动力不足，再采用拖车的空制动，如果拖车的空气制动也不足，再对动车实行空气制动。制动系统还置了滑行检测及载重检测控制功能。3.1.1制动控制系统工作原理制动控制系统是制动系统在司机和其他控制装置下，产生、传递制动号，并对各种制动方式进行制动功率分配、协调的部分。以直通式空气制机为基础，电气指令控制车制动机，称为电气指令直通式电空制动机，微控制型制动控
25、制系统，其制动指令的接收、处理和电气制动与空气制动协配合等，一般都是由微机来完成。图 3-2 ZCRHZ动车组制动系统工作原理示意图CRHZ动车组制动系统工作原理示意图如图 3-2所示。电动车组各车上的制动控制装置由制动控制单元(简称 BCU，或者叫制动控制器)、EP 阀中继阀、空重调整阀、紧急制动电磁阀等组成。在 Zookin瓜动车组上，载调整装置直接来自空气弹簧空气压力。空气弹簧压力通过传感器转化为与重相应的电信号，BCU根据制动指令及车重信号计算出所需的制动力，并电气制动装置发出制动信号。电气制动控制装置控制电气制动产生作用，将实际制动力的等值信号反馈给BCU，BCU 经电空演算后，把与
26、计算结相应的电信号送到 EP阀。EP 阀将此电信号转换成相应的空气压力信号送中继阀，中继阀进行流量放大后使制动缸获得相应的压力。拖车常用制动时，制动控制装置的动作过程与动车的基本相同。但因没有电气制动，所以不必进行电气制动与空气制动的协调配和，所需制动全部通过EP阀转化为相应的空气压力信号，然后由中继阀使制动缸产生应的制动力。紧急制动时，紧急制动指令线失电，紧急制动电磁阀失电，紧急制动磁阀向中继阀提供压力指令，中继阀根据压力指令，将总风压力(来自制风缸)送往制动缸产生制动力。3.1.2 制动系统的特点CRHZ动车组的制动系统采用电气指令式微机控制直通式电空制动统，其主要特点为：1)制动力由各车
27、的电气指令式电空制动和动车的再生制动组成；2)具有适应粘着变化规律的速度一粘着模式；3)具有防滑保护功能；4)以 IMIT为单元进行制动力的协调配合，充分利用动车再生制动力，减少拖车空气制动力的使用，仅再生制动力不足时才由空气制动力充；5)具有与车载 ATP/LKJ2000的接口，施行安全制动；6)具有故障诊断和相关信息保存功能。3.1.3 制动控制规律空气制动和电气制动都是粘着制动方式，粘着制动是利用车轮和钢轨之间粘着实现，并受其制约。轮轨间的粘着系数易受各种因素的影响，变化较大，比如会受到运行速度和雨、霜、雪等气候条件的影响，还受轨面和车轮接触面的状态(即生锈、油脂或灰尘等污垢、接触面的表
28、面光洁度等因素)的影响。另外，轴重也会在运行中随线路的变化而变化，另外列车加减速时会产生轴重转移。由此可知其粘着力在运行中不免受到各种因素和条件的影响而总有变化。尤其对于高速动车组，在高速运行下制动时发生滑行概率相当高，CRHZ 型动车组为减少滑行的发生，专门采用能实现与粘着曲线相适应的制动力控制方法，即速度一粘着模式控制方法。粘着系数的计算公式:湿轨面：干轨面：制动减速度按下式换算:应预先充分考虑到粘着系数的变化，采用较低的计算粘着系数。而实粘着系数则受气候、轨道面的状态影响会有大幅度降低。在这样低粘着条件下制动，轮轨之间很容易产生滑行，甚至出现车轮被抱死的状态，引起制动距离增大，带来安全隐
29、患，还会使乘坐舒适性下降。因此，对轮轨间产生相对滑行状态，应尽快检测到，同时减小制动力以使轮轨间尽快重新恢复粘着，防止制动距离的延长。为了满足这一点，动车组采用滑行快速检测和粘着迅速恢复的控制方法:对来自各轴的速度信号，对其取样求出动车组的基本速度，实时进行各轴之间的相对比较，以轴为单位进行粘着恢复控制，要有几下几点:1)滑行检测在再生制动信号有效时进行电气制动滑行检测，在空气制动有效时进行空气制动滑行检测。此外，在速度低于 5km/h或牵引工况停止滑行控制。减速度检测:当各轴的减速度超过规定值时，报检测到猾行；速度差检测:当发生标准速度规定量的速度差时，报检测到滑行。在进行上述检测时，如果处
30、于电气制动工况，检测到滑行时则进行再模式选择，减小再生制动力指令;如果是空气制动时检测到滑行，则控制输出该轴制动缸压力的缓解指令，使制动缸排气(BC 压力降低)。2)再粘着控制当检测到滑行轴的轴速度在标准规定的速度差之内时，即为粘着恢复点在进行上述检测时，如果处于电气制动工况，则回到再生模式；如果是空制动工况，则令该轴回到通常的制动状态。3.1.4 制动系统的制动方式CRHZ动车组的制动方式通常包括常用制动、快速制动、紧急制动、助制动等。常用制动采用复合制动，紧急制动为纯空气制动。1)常用制动常用制动的制动力分为 7级控制(对应司机制动控制器 1一 7N制动手级位)，实用中使用较多为 7N。动
31、车上产生的电气再生制动力除满足本车动力要求外，多余制动力用来代替拖车的一部分制动力，拖车不足的制动由其空气制动力补充，从而维持本动拖单元所需要的制动力，并实现和保规定减速度。另外常用制动具有空重车载荷适应功能，按需变化制动力，持一定的减速度。2)快速制动当紧急制动继电器失电、司机制动器处于快速制动位或动车组未能减到在闭塞区间规定的速度时，控制装置接收 ATP压 KJ2000的指令立即发出速制动动作。快速制动具有比常用制动高 1.5倍的制动力，此时的制动力 100%的电制动力再加上 50%的空气常用制动力，当电制动力为 0时，则快制动力完全由 150%的空气总制动力充当。3)紧急制动在列车分离、
32、总风缸压力不足、制动手柄在取出位或某车发生设备故时，产生独立于常用制动和快速制动的紧急情况时的暂停制动(以下简称急制动)，它没有空重车载荷调整功能。4)辅助制动当制动控制装置发生故障、制动指令断线或救援时，司机操作控制台上的控制开关及 Tc(头)车配电盘辅助制动开关便能发出动作。但与常用制动、快速制动不同，制动系统发出规定的制动力，只在头车与尾车产生制动力，且制动力大小与发出辅助制动时动车组的速度快慢无关。5)耐雪制动耐雪制动是防止下雪时雪块进入制动盘和闸片之间而专门设置的。此时活塞推出，使闸片轻轻的压住制动盘面，从而消除闸片和制动盘面之间的间隙，防止雪块进入。该制动作用在动车组运行速度在 1
33、10lom/h以下、操作耐雪制动开关和制动手柄的条件下产生。3.2高速动车组再生制动控制系统图 3-3为高速动车组传动系统能量流动图。牵引时受电弓将接触网 AC25kV单相工频交流电输送给牵引变压器，经变压器降压输出 150()V单相交流电供给脉冲整流器，脉冲整流器将单相交流电变换成直流电，经中间直流电路将 DC26003000V的直流电输出给牵引逆变器，牵引逆变器输出电压 O一 2300V，频率 O一 220Hz可控的三相交流电供给异步电动机;再生制动为牵引的逆过程，此时电动机处于发电机状态，电流经三电平逆变器续流二极管整流，再由四象限脉冲整流器转换为交流电回馈给电网，实现能量的回馈。其组成
34、与牵引传动系统一致。3.2.1再生制动控制系统工作原理图 3-4为 CRHZ动车组牵引传动主电路拓扑结构，整流侧采用单相四象限脉冲整流器，逆变侧采用电压源型三电平逆变器，且中间直流侧采用过电压吸收电路。图 3-4 动车组运行状态动车组处于牵引工况时， ，( 表示电机角速度指令值， 表示电1w1 w机实际角速度)，此时牵引电机处于电动机状态，电机输出正转矩，能量由脉冲整流器向逆变器牵引电机侧流动;当人为降低电机速度指令值，使转子频率高于定子频率，此时电机将处于发电机状态，电机输出负转矩。由于采用四象限脉冲整流器，所以电机电流经逆变器续流二极管续流，并由脉冲整流器逆变，回馈给电网，为了防止中间直流
35、电压泵升过高，加入过电压吸收电路，一旦检测到中间直流电压高于设定值，则功率开关管开通，多余能量由电阻吸收。再生制动可以将能量回馈给电网，因此在动车组上得到广泛应用。再生制动运用工况：在所有制动方式中，再生制动是唯一向电网回馈能量的制动方式，且不会对轮轨踏面或制动盘造成损伤，在动车组制动控制系统中得到广泛应用再生制动主要用于以下工况；1)减速制动当动车组要求减速时，优先使用再生制动，电动机发出能量回馈给电网，若不断降低定子供电频率，则可获得满意的减速制动特性；2)恒速下坡制动动车组下坡时，特别在长大坡道上，再生制动是一种必要的制动方式。它可以提高列车在坡道上的速度，减少闸瓦、车辆轮箍的磨损，消除
36、轮箍热而产生的弛缓现象。3)恒速工况动车组为保证恒速运行，特设置恒速控制器，恒速控制器使动车组在引恒速惰行和再生制动恒速工况平滑切换保证其恒速运行。3.3 单相四象限脉冲整流器控制方法研究再生制动为牵引传动的逆过程，此时电动机处于发电机状态，电流经三电平逆变器续流二极管整流，再由四象限脉冲整流器转换为交流电回馈给电网，实现能量的回馈，其控制方式与牵引传动控制一致，本章将从脉冲整流器和三电平逆变器阐述动车组处于再生制动工况时牵引变流器控制方式。四象限变流器是交流传动动车组的电源侧变流器，在牵引时作为整流器，在再生制动时作为逆变器。它要保证中间直流环节的电压恒定，交流电网侧功率因数接近 1，还要消
37、除谐波，使电网电流尽量接近正弦，最大程度地提高电网的经济效益.减少电网对周围环境的电磁污染；对直流侧，在电网电压或负载发生变化时，能够维持中间直流电压的稳定，给电机侧逆变器提供良好的工作条件。而且，四象限变流器可以实现牵引与再生工况间快速平滑地转换。所以四象限变流器是交流传动动车组上的一个重要电气部件。CRHZ动车组的牵引传动系统中，四象限变流器是采用单相电压型三电平PWM脉冲整流器。牵引变压器二次侧给四象限变流器提供电压有效值为 15O0V，频率为 SOHZ的交流输入，经过四象限变流器后，输出直流电压值为DC26OOVDC30OOV(按速度范围变化可调)，为牵引逆变器提供直流输入。与两电平四
38、象限变流器相比，三电平四象限变流器具有以下优点：1)每一个功率器件所承受的关断电压仅为直流侧电压的一半。这样在相同的情况下，直流电压可以提高一倍，容量也可以提高一倍；2)在同样的开关频率及控制方式下，三电平四象限变流器输出电压或电流的谐波大大小于两电平四象限变流器，因此它的总的谐波失真 THD也要远小于两电平四象限变流器；3)三电平四象限变流器输入侧的电流波形即使在开关频率很低时，也能保证一定的正弦度。3.4单相三电平四象限脉冲整流器控制原理单相三电平四象限变流器主电路如图 3-1所示。采用 8个 IGBT构成两组功率开关。并且这两组功率开关管带 4个钳位二极管，以防止电容 或 端因开1C2关
39、操作而发生直通。 为网侧(牵引变压器二次侧)的漏电感， 为网侧漏电NL NR阻，其大小可以忽略。 和 为直流侧两个支撑电容。该主电路可以实现四象1C2限交流一直流变换功能。在下文中，单相三电平四象限变流器统称四象限变流器。为了便于分析，定义理想开关函数 和 如下:ASB图 3一 5四象限变流器主电路图由式(3 一 1)和(3 一 2)可将主电路等效如图 3一 2所示，每组桥臂可以等效为一个开关，该开关具有 1、0、一 1三种等效状态，两组桥臂有 9种开关合，主电路有 9种工作模式。开关状态及相应的电压值如表 3-1所示。其 ，为直1cu流侧支撑电容 上的电压， 为直流侧支撑电容 上的电压。1C
40、2cu2C表 3一 1工作状态及相应的电压工作状态 ( ):开关管 导通， 关0V1,ABS1212,abS3434,abS断，网侧端电压 。如果网侧电源电压 ，则网侧电,0aocbocabuu0nu流 增大，电容 和 通过负载电流放电。ni1C2工作状态 ( ):开关管 导通， 关V,ABS123,abS3414,abS断，网侧端 。如果正向电源电压 大于 (或小于)直流110aocboabcuunu侧电压 的一半，则网侧电流 增大(或减小);网侧电流电容 进行充电，而dUni 1C电容 通过负载电流放电。2C工作状态 ( ):开关管 导通， 关2V1,ABS1234,abS3412,abS
41、断，网侧端电压 。正向网侧电 减小，正向网侧2,aocbocabcuuuni电流对电容 和 进行充电。1C2工作状态 ( ):开关管 导通， 关3V0,1ABS2312,abS1434,abS断，网侧端电压 。如果反向的电源电压 于(或小于)1aobcabcuunu直流侧电压 的一半，则网侧电流肠减小(或增大)；反向侧电流对电容 进行dU 1C充电，而电容 通过负载电流放电。2C工作状态 ( ):开关管 导通， 关4V0,ABS2323,abS1414,abS断，网侧端电压 。如果网侧电源电压 0，正向网侧电流0,0aobabuunu增大，电容 和 通过负载电流放电。ni1C2工作状态 ( )
42、:开关管 导通，5V,1ABS234,abS关断，网侧端电压 。如果正向电源电压1412,abS 20,aobcabcuu于 (或小于)直流侧电压 的一半，则网侧电流 增大(或减小)；网侧流对电nudUni容 进行充电，而电容 通过负载电流放电。2C1C工作状态 ( ):开关管 导通， 关6V,ABS3412,abS1234,abS断，网侧端电压 。反向网侧流 减小，反向网211,aocbocabcuuuni侧电流对电容 和 进行充电。1C工作状态 ( ):开关管 导通，7V,0ABS3423,abS关断，网侧端电压 。如果反向的电源1214,abS 22,aocboabcuu压 大于(或小于
43、)直流侧电压 的一半，则网侧电流 减小(或增大);向网侧nudUni电流对电容 进行充电，而电容 通过负载电流放电。2C1C工作状态 ( ):开关管 导通，8V,1ABS3434,abS关断，网侧端电压 。如果网侧电源电1212,abS 22,0aocbocbuu压 0，则正向网侧电流 增大，电容 和 通过负载电流放电。nuni1C该电路的控制部分采用 PwM调制方式，则网侧输入端的电压 是用 5电平abu的脉冲来等效的正弦波，这 5个电平分别为 中含有和正,0,2ddU弦信号同频率且幅值成比例的基波分量，以及和载波频率有关高次谐波，低次谐波很小。由于变压器二次侧的漏感 的滤波作用，高次波电压
44、只会在交流侧NL电流 产生很小的脉动，可以忽略。ni结论通过本次的课程设计，我们对动车组制动进行了初步的认识，并对我国目前的制动系统和制动方式进行了介绍和分析。其中包括电阻和空气制动，再生制动，盘形制动，涡流制动等多种制动方式，并对再生制动进行了详细讲解。现代高速动车组需要更高的稳定性和可操作性，一方面是操作灵活，制动减速快，制动作用灵敏可靠，动车组前后车辆制动、缓解作用一致；具有足够的制动能力，保证动车组在规定的制动距离内停车；具有动力制动能力，在正常制动过程中，应尽量发挥动力制动能力，以降低运行成本；应具有动力制动与摩擦制动的联合制动能力；制动系统应能保证动车组在长大下坡道上运行时，其制动
45、力不会衰减；电动车组各车辆的制动力应尽可能一致，制动系统应能根据乘客量的变化，具有载荷调整能力，以减少制动时的纵向冲击；具有紧急制动能力，遇到紧急情况时，能使电动车组在规定距离内安全停车。紧急制动作用除了可由司机操纵外，必要时还可由行车人员利用紧急制动按钮进行操纵；电动车组在运行中发生诸如列车分离、制动系统故障等危及行车安全的事故时，应能自动实施紧急制动作用。关于我国动车组的制动系统技术的发展成果，已经进入世界先进行列，目前国内动车组的发展则主要集中在提速和在高速状态下的稳定性。本次的课程设计只是简单对国内外动车制动方式进行了分析和介绍，担关于有针对性的技术问题还有待更深入的探讨，相信经过今后
46、深入的学习，能更好的理解动车组制动的方式原理和可发展性。参考文献1王仁祥. 电力新技术概论M. 北京：中国电力出版社，2009. 2戈东方. 电力工程电气设计手册.第 1 册，电气一次部分M. 北京：中国电力出版社，1989. 3丁毓山、雷振山. 中小型变电所使用设计手册M. 北京：中国水利水电出版社，2000. 4姚志松、姚磊. 中小型变压器实用手册M. 机械工业出版社，2008. 5祝淑萍. 工业企业电力网际变电设备M. 北京：冶金工业出版社，2003 43-54. 6刘百昆. 实用电工技术问卷J. 内蒙古：内蒙古人民出版社，1992. 7傅知兰主编. 电力系统电气设备选择与实用计算M. 北京：中国电力出版社，2004. 8李金伴、陆一心. 电气材料手册M. 化学工业出版社，2005.
