HXD3型电力机车电传动系统分析与检修工艺设计

论文摘要

随着变流技术,微机控制技术的发展,交流调速系统的研究和开发已引起世界各国的高度重视。交流传动系统无论在性能指标,装置体积,设备维护还是节能乃至环保等方面均体现出了巨大优势。HXD3型电力机车的主传动系统和辅助传动系统均采用了交流传动技术和微机网络控制技术,整个电气系统的设计坚持起点高、技术领先的原则,并充分考虑大功率货运电力机车的实际需要,采用先进、成熟、可靠的技术,按照标准化、系列化、模块化、信息化的总体要求,进行全方位设计的。本论文主要以HXD3型电力机车为设计原型,以交直交传动系统为研究对象,通过介绍交直交传动系统的结构和分析其工作原理,结合我国铁路机车近几年来飞速发展和济南铁路局济南西机务段自引进HXD3型机车以来检修与运用现状,介绍交直交传动系统在铁路机车上的运用情况。论文第一章为绪论,从总体上介绍交流传动系统的配置情况,机车采用交流传动技术的优势和机车上的运用情况,并对HXD3型电力机车的特征及其电传动系统的作了简单概述。论文第二章介绍了异步牵引电动机的结构、工作原理,并分析其电磁特性、机械特性及调速特性。论文第三章通过对HXD3型电力机车变流器两个工作部分（四象限整流器功率调节、逆变器频率变换的特点）,重点介绍机车的主变流器工作原理,PWM斩波控制方法；介绍了整流电路的工作原理,分析四象限整流器的工作原理和机车上运用的电压型四象限整流器的控制原理；介绍中间直流环节的作用和在交直交传动机车上控制此环节电压的途径；比较电压型逆变器和电流型逆变器的性能,分析电压型逆变器的工作原理；简介脉宽调制的工作原理,分析矢量控制技术在异步电机上的应用和控制技术,由此可以肯定交-直-交这种传动方式应用于机车,拥有良好的牵引性能,功率因数高,且谐波干扰小论文第四章结合济南铁路局针对该型机车制定的现有修程、检修现状及本人长期对HXD3型机车实际运用状况的跟踪调查,介绍IGBT的结构和性能特点,介绍了交直交传动系统的缓冲和保护环节,并针对性提出了现有检修存在问题和改进措施。论文第五章主要介绍HXD3电车主电路容量及参数计算,包括对异步牵引电机的容量和参数确定,牵引变流器的容量和参数设计,PWM四象限整流器参数设计,网侧漏感参数设计,直流侧支撑电容的参数设计IGBT参数设计,异步牵引电动机的结构、电磁特性、机械特性及调速特性,对异步电机的电磁转矩的控制、转矩调节方式进行设计。论文第六章通过Matlab/Simulink对HXD3型电力机车的四象限整流器以及二电平逆变器的研究,本章进行了相关的仿真设计,并对其频谱谐进行了简单的分析。主要是HXD3型电力机车主传动系统的仿真,包括对四象限整流器数学建模并仿真,对瞬间直流控制系统、SPWM调制板块、波型及谐波分析；同时对两电平逆变器数学建模并仿真,对SVPWM算法控制,二电平逆变器SVPWM进行了简单的仿真分析。论文第七章针对济南铁路局济南西机务段现有HXD3型机车检修状况,提出对机车小辅修工艺布局、范围进行设计与整定。内容包括对HXD3型电力机车电气、辅助部分、走行部分、制动部分及落成实验等5个检修环节进行工艺范围整定,该标准已经逐步被应用到HXD3型机车的日常检修作业当中,并被纳入机车小辅修工艺当中。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 现代交流传动系统概述
• 1.2 机车采用交流传动技术的优势
• 1.2.1 三相交流牵引异步电动机结构特点
• 1.2.2 交流传动机车的调速特点
• 1.3 HXD3型电力机车特性
• 1.4 HXD3型电路机车电传动系统框架图
• 第二章 异步牵引电动机
• 2.1 异步牵引电动机的结构
• 2.2 异步牵引电动机的工作原理
• 2.3 异步牵引电机电磁特性
• 2.3.1 气隙磁通Φ
• 0'>2.3.2 励磁电流I₀
• 2.3.3 转矩
• 2.4 异步牵引电机机械特性
• 2.5 异步牵引电动机调速特性
• 第三章 HXD3电力机车主变流器工作原理分析
• 3.1 整流器
• 3.1.1 三段不等分半控桥式整流器的工作原理
• 3.1.2 四象限脉冲整流器的工作原理及控制
• 3.2 四象限脉冲整流器控制基本原理
• 3.2.1 四象限脉冲整流器（电压型）的控制
• 3.3 中间直流环节
• 3.3.1 中间直流环节的作用
• 3.3.2 中间直流环节电压的控制途径
• 3.4 逆变器
• 3.4.1 电压型和电流型逆变器性能比较
• 3.4.2 电压型逆变器的工作原理
• 3.5 中间直流电路
• 3.5.1 中间直流电路的组成
• 3.5.2 中间直流电路支撑电容
• 3.6 基于两电平逆变器工作原理
• 3.6.1 两电平逆变器
• 3.6.2 两电平逆牵引逆变器SPVWM控制
• 第四章 交直交传动系统的缓冲和保护
• 4.1 产生过电压的原因
• 4.1.1 雷击过电压
• 4.1.2 静电感应过电压
• 4.1.3 切断电感回路电流所造成的过电压
• 4.1.4 换相过电压
• 4.2 过电压的缓冲及保护
• 4.2.1 交流侧过电压的保护
• 4.2.2 直流侧的过电压保护
• 4.3 过电流保护
• 4.3.1 交流断路器
• 4.3.2 进线电抗器
• 4.3.3 灵敏过电流继电器
• 4.3.4 短路器
• 4.3.5 电流反馈控制电路
• 4.3.6 直流快速开关
• 4.3.7 快速熔断器
• 4.4 IGBT的结构和性能特点
• 第五章 HXD3型车主电路容量及参数计算
• 5.1 HXD3型电力机车主传动系统参数及容量的确定
• 5.2 PWM四象限整流器参数设计
• 5.2.1 网侧漏感参数设计
• 5.2.2 直流侧滤波器的选取
• 5.3 IGBT参数确定
• 5.4 异步电机的转矩控制系统设计
• 5.4.1 电磁转矩的控制原理
• 5.4.2 转矩调节方式
• 第六章 HXD3型电力机车主传动系统仿真
• 6.1 四象限整流器数学建模及其仿真
• 6.1.1 瞬态直流控制系统
• 6.1.2 SPWM调制模块
• 6.1.3 波形及谐波分析
• 6.2 两电平逆变器数学建模及仿真
• 6.2.1 控制算法分析
• 6.2.2 二电平逆变器SVPWM仿真分析
• 第七章 HXD3型机车小辅修工艺设计与范围整定
• 7.1 检修周期
• 7.1.1 修程设置:辅——辅——小
• 7.1.2 检修规定
• 7.2 HXD3型电力机车小辅修检修范围
• 7.2.1 电气、辅助部分
• 7.2.2 走行部
• 7.2.3 制动部分
• 7.2.4 落成试验
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 学位论文评阅及答辩情况表