HXD3型电力机车电传动系统分析与检修工艺设计

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。