文档介绍：城市轨道交通交流传动逆变器系统国产化方案
摘要比较了交流传动系统和直流传动系统的性能, 分析了我国城市轨道交通的现状与发展趋势,结合北京地铁复八线建设提出了城市轨道交通交流传动逆变器系统的国产化方案.
关键词轨道交通交流传动逆变器调压调频分类号
1 交流传动系统与直流传动系统的比较
随着电力电子器件、控制理论和计算技术的发展,交流传动已经逐步在取代直流传动,并显示了其在性能价格比和运行性能上的优势. 自1970 年BBC 公司开发的第一台交流传动内燃机车DE2500 问世以来,到目前已有数千台交流传动机车和电动车组投入运营. 交流传动机车的粘着系数比直流传动机车高约10 % , 且交流传动机车的电机型式一般采用结构简单、可靠性好、寿命长,几乎免维护的鼠笼式异步电机。交流传动机车与直流传动机车的性能比较如表1 所示[ 1 ].
交流传动机车较直流传动有相当大的优越性,目前,欧洲和日本等工业化国家铁路工业部门,已基本停止了直流传动电力机车的生产[2 ]. 与斩波器─直流电机斩波调压电气传动系统相比,调压调频(VVVF) 逆变器─交流电机的系统主电路变得十分简单. 主要由高速断路器、
表1 交流传动机车与直流传动机车的性能比较
少了电阻发热的危害. 现在,以斩波器为核心的直流传动电动车组也逐步让位于以VVVF 为核心的交流传动电动车组,如日本的东京、韩国的汉城、德国的汉堡和法兰克福、美国的波特兰[3 ] 等.
2 我国城市轨道交通传动系统的现状和发展趋势
国内城市轨道交通(除香港外) 发展比较缓慢,除了地铁以外,几乎没有城区和近郊的地面轨道交通. 而地铁交通,目前也只有北京、天津、上海和广州等城市开通运营.
2. 1 供电制式
以北京和天津为代表的北方地区采用DC 750 V 供电电压制式,允许电压波动范围为DC 500 V~DC 900 V , 第三轨受流;以上海和广州为代表的南方地区采用DC 1 500 V 供电电压制式,允许电压波动范围为DC 1 000 V~DC 1 800 V , 架空接触网受电弓受流.
上述两种供电电压制式都是国际电工委员会推荐的,都能满足城市轨道交通供电的要求. 但是,从减少城市轨道交通牵引供电系统的电能损失和电压降,延长供电距离以降低牵引变电站的数量及投资,以及从降低受流接触网的悬挂重量、降低结构复杂性及投资而言,采用DC 1 500 V 的牵引供电电压制式比采用DC 750 V 的牵引供电电压制式显然要经济得多. 高耐压电力电子变流器件的不断发展,如4 500 V 的GTO 、3 300 V 的IGBT 等,为采用DC 1 500 V 供电的城市轨道交通牵引传动系统提供了可靠的技术保障. 因此,今后我国的城市轨道交通牵引传动系统的供电电压制式的发展趋势应该是逐步采用统一的DC 1 500 V.
2. 2 牵引传动系统
北京的地铁列车采用国产电动车组,牵引控制装置为凸轮调阻和斩波调阻方式,牵引电机为直流电机. 正在新建的复八线(复兴门─八王坟) 线长16. 7 km , 预计1999 年10 月1 日通车,牵引控制装置采用GTO 元件的VVVF 逆变器,牵引电机为鼠笼式交流电机,主机由日本东洋电机公司制造.
天津的地铁列车采用国产电动车组,牵引控制装置为凸轮调