某新型城际动车组牵引系统设计研究

引言

随着区域经济的快速发展和新型城镇化建设步伐的加快,行程在1h左右的都市圈和区域经济圈应运而生。而城际动车组以其安全可靠、经济适用、节能环保以及便捷舒适等特点,成为城际、市域交通解决方案的最佳选择。城际动车组能够实现高速铁路与城市轨道交通的驳接,构建轨道交通综合立体网,促进城市群与区域经济的健康、持续发展。

文献[2]重点分析了城际动车组牵引的能力、要素,并对CRH6系列城际动车组牵引系统平台方案进行了对比说明。文献从总体顶层设计角度分析了速度为140km/h的4编组城际市域动车组设计方案。本文在上述研究的基础上,打造了一个标准化、平台化、部件模块化、通用化,能减少产品种类,实现不同技术平台车辆统型的城际、市域车辆平台,具有重要的现实意义和成本优势。

1总体设计指标

城际动车组具有大载客量、长线路持续高速运行、短站间距快启快停、频繁启停、大坡道启动5个方面的特点。本文以时速160km、编组方式为Tc＋Mp+Mp+Tc的4编组列车为研究对象,根据城际线路的特点,通过分析调研确定该城际列车设计的顶层指标,具体如表1所示。

2牵引系统设备

2.1牵引系统方案

列车采用4编组、2动2拖型式,为动力分散型交流传动系统。牵引系统采用独立架控方式,主要由牵引变压器、主辅一体化变流器、牵引电机、齿轮传动机构等组成,整车配置2台牵引变压器、2台牵引辅助一体化变流器、8台牵引电机,具体如图1所示。

2.2牵引系统性能

根据列车总体顶层设计指标中的牵引性能需求,在确保可用轨道粘着系数、转向架安装空间及牵引电机转速的情况下,计算确定齿轮传动比为4.316,牵引电机启动扭矩为2520N·m,单电机最大输出功率为321kw,整车最大牵引输出功率为2520kw。依据上述计算参数绘制的牵引特性曲线如图2所示。

图2牵引性能曲线

2.3高压系统

高压系统结合现有复兴号高速动车组高压系统(AC25kV）供电电路,车顶上设有两架电弓,运行时采用单弓受流,在接触网供电时,一架受电弓升起给牵引回路供电,另一架受电弓则折叠备用,高压贯通母线设置电流互感器,用于故障检测。高压电路图如图3所示。

3主辅一体化变流器

文献重点讨论了城际动车组主辅一体化变流器的电路原理、主要技术特点及核心关键技术,本文所设计的城际动车组变流器同样采用主辅一体化变流器,主电路为AC-DC-AC形式,但完全采用独立架空设计,两个逆变器单元互不影响,箱体集成了四象限整流模块、中间电路、主变模块、辅变模块、充电机与强迫水冷循环风冷系统,实现了模块化轻量化、集成化、通用化及方便维护的设计要求。

3.1主电路形式

主辅一体化变流器通过牵引变压器二次侧输出的三相AC950V供电,主电路采用AC-DC-AC形式。两电平电路结构简单,所需开关器件数量少,控制难度小,是目前国内外动车组技术主流的电路结构。经过综合考虑,主辅一体化变流器主电路采用技术成熟的两电平电路设计,主电路结构如图4所示。

变流器采用主辅一体化设计,牵引部分由两个完全独立的供电单元组成,每个供电单元包含一组四象限8wP整流器和VVVF逆变器,并设置了充电短接回路、斩波回路、固定放电回路、接地检测电路。每个供电单元向一个转向架的两台牵引电机供电。两重四象限互相错开一定的相位角度,减小对电网的谐波污染。牵引变流器采用无二次谐振回路设计,控制方式为独立架控(非共中间直流回路架控）。由一个供电单元的直流环节给辅助逆变器供电,经过逆变、降压和滤波后输出三相AC380V。从辅助逆变电路输出的稳定的三相AC380V电压经三相电抗器、EPC滤波器给DC110V充电机供电,充电机输出稳定的DC110V电源作为列车控制电源并给蓄电池充电。

3.2主辅一体化变流器主要参数

主辅一体化变流器主要参数如表2所示。

4结语

经仿真计算可知,该新型城际动车组启动加速度(0二40km/h）为0.8m/s2,平均加速度(0二l40km/h）为0.36m/s2,满足列车顶层设计指标要求。牵引变流器采用主辅一体化、独立架控结构以及高冗余性、模块化的设计理念,方便各部件单元在线更换、检修和维护工作的开展,为城际、市域列车标准化车辆平台的打造提供了关键系统通用化设计方案,节约了研发、采购成本,降低了运营风险。