160kmh動(dòng)力集中動(dòng)力車庫內(nèi)動(dòng)車電路分析與研究

石巍

摘? ?要：本文主要介紹了160km/h動(dòng)力集中動(dòng)車組動(dòng)力車庫內(nèi)動(dòng)車電路結(jié)構(gòu)和基本工作原理，在此基礎(chǔ)上搭建了基于MATLAB/Simulink軟件的庫內(nèi)動(dòng)車仿真電路簡化模型，對庫內(nèi)動(dòng)車電路的預(yù)充電電阻和接觸器部件的工作特點(diǎn)和電氣技術(shù)參數(shù)進(jìn)行仿真分析研究，為接觸器和預(yù)充電電阻關(guān)鍵參數(shù)設(shè)計(jì)提供依據(jù)，最后對庫內(nèi)動(dòng)車電路整體進(jìn)行仿真分析，說明了電路設(shè)計(jì)的合理性。

關(guān)鍵詞：庫內(nèi)動(dòng)車? 預(yù)充電電阻? 接觸器

中圖分類號：U264.6? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2019）12（a）-0115-02

160km/h動(dòng)力集中動(dòng)力車是“復(fù)興號”動(dòng)車組的系列產(chǎn)品，采用大功率異步牽引電機(jī)、臥式牽引變壓器、IGBT元件組成的水冷變流器，單軸功率大于1400kW，最高運(yùn)營速度160km/h，適應(yīng)我國高速鐵路、城際鐵路及普速線路使用環(huán)境。庫內(nèi)動(dòng)車電路作為輔助電路的一部分，是動(dòng)力車設(shè)計(jì)必不可少的一部分。

1? 工作原理

動(dòng)力車在調(diào)試庫及機(jī)務(wù)段維修庫時(shí)，無法從接觸網(wǎng)供電驅(qū)動(dòng)機(jī)車，設(shè)計(jì)階段要考慮利用庫內(nèi)電源驅(qū)動(dòng)動(dòng)力車，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力車的移動(dòng)或出庫。

動(dòng)力車庫內(nèi)動(dòng)車原理如圖1所示。庫內(nèi)動(dòng)車時(shí)，庫內(nèi)的三相380V工頻交流電源通過可移動(dòng)的電纜、動(dòng)力車上的庫內(nèi)電源插座、預(yù)充接觸器、預(yù)充電電阻、主接觸器、輔助逆變器向中間直流回路供電，再經(jīng)過牽引逆變器給牽引電機(jī)供電。

電源接通的瞬間，中間回路儲能元件電容C兩端電壓為0，此時(shí)會產(chǎn)生較大的沖擊電流，可能損壞電子元器件。為了抑制上電瞬間的沖擊電流，設(shè)計(jì)預(yù)充電電阻R限制充電電流的幅值，當(dāng)充電完成后，利用預(yù)充電接觸器KMA和工作接觸器KMB的切換將充電電阻短接，使系統(tǒng)正常運(yùn)行。在庫內(nèi)動(dòng)車時(shí)，380V庫內(nèi)電源通過輔助變壓器TR進(jìn)行升壓，通過輔助逆變器REC的二極管回路進(jìn)行整流，中間回路直流電壓通過牽引逆變器INV給牽引電機(jī)供電驅(qū)動(dòng)動(dòng)力車運(yùn)行。

2? 仿真建模

通常情況下，庫內(nèi)動(dòng)車線路按平直軌道考慮。根據(jù)TB/T1407-2018《列車牽引計(jì)算規(guī)程》，動(dòng)力車基本阻力公式如式（1）：

（1）

計(jì)及機(jī)車重量m和庫內(nèi)動(dòng)車最大速度5km/h，可計(jì)算出機(jī)車輪軸牽引功率P：

（2）

此外，考慮到牽引電機(jī)效率η1、齒輪傳動(dòng)效率η2、牽引逆變器效率η3、輔助逆變器效率η4，主變流器風(fēng)機(jī)電機(jī)功率P1和主變流器水泵電機(jī)功率P2，可以計(jì)算出庫內(nèi)動(dòng)車總負(fù)載功率P0。

（3）

圖2所示為簡化庫用動(dòng)車電路在MATLAB/Simulink軟件下建立的仿真模型，由預(yù)充電電阻R，接觸器1即預(yù)充電接觸器、接觸器2即工作接觸器、輔助變壓器、變流器和模擬負(fù)載構(gòu)成。

3? 參數(shù)設(shè)計(jì)與仿真分析

仿真分析中采用仿真參數(shù)為：輔助變壓器變比380/1672，額定容量130kVA，動(dòng)車速度不大于5km/h，動(dòng)車最大功率P0為32kW，預(yù)充電電阻5Ω。

3.1 預(yù)充電過程分析

庫內(nèi)動(dòng)車預(yù)充電過程中，AC380V三相電源經(jīng)過接觸器1、預(yù)充電電阻、輔助變壓器、三相不控整流得到直流電壓。電容C上的直流母線電壓波形如圖3所示，充電時(shí)間為3.4s時(shí)，直流母線電壓達(dá)到1200V，之后接觸器2閉合。圖4所示為預(yù)充電電阻積累能量波形，考慮接觸器最大動(dòng)作時(shí)間0.5s，電阻器需要滿足在4s時(shí)間內(nèi)能吸收能量為15.4kJ要求。

3.2 庫內(nèi)動(dòng)車過程仿真

機(jī)車庫內(nèi)動(dòng)車正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，庫內(nèi)電源供電，通過預(yù)充電電阻和輔助變壓器使中間電路達(dá)到1200V，閉合接觸器2，斷開接觸器1，切除預(yù)充電電阻，最終穩(wěn)定在2200V。圖5所示為直流回路電壓仿真波形，3.4s時(shí)預(yù)充電過程結(jié)束，5.4s時(shí)啟動(dòng)牽引逆變器。

圖6所示為輔助變壓器原邊電流波形，在3.4s時(shí)接觸器切換過程中產(chǎn)生較大的電流尖峰。分析仿真波形，確定接觸器2正常工作在額定電流，同時(shí)短時(shí)間要求能夠耐受1300A電流。

4? 結(jié)語

本文詳細(xì)介紹了160km/h動(dòng)力集中動(dòng)力車庫內(nèi)動(dòng)車電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、控制的邏輯關(guān)系、預(yù)充電電阻和接觸器的參數(shù)選取。通過仿真分析設(shè)計(jì)了預(yù)充電電阻和接觸器關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)，為后續(xù)預(yù)充電電路分析提供有益參考。

參考文獻(xiàn)

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