现代轨道交通及其控制技术解读.ppt

（四）功率模块的集成化 随着功率电子器件、功率电子设备以及变流技术向着模块化方向发展，使得功率模块的功能、通用性以及性能越来越强。已成功完成了IGBT、IGCT以及高压大功率晶闸管的模块化集成工作，成功解决了各类模块化器件在集成过程中产生的控制、驱动以及故障保护检测等问题，正朝着体积更小、重量更轻、功率更高、效率更高的方向发展。 四、中国高铁走向世界 中国高铁走向世界具有三大优势： 第一大优势：集成优势 能够从公路工程，通讯信号、牵引用电到移动设备、运营管理、设备维护等提供一揽子交钥匙服务，这在其他国家很难做到 第二大优势：技术层级优势 中国高铁的高速技术层次比较丰富，能满足不同的需求 第三大优势：成本优势 中国高铁还有来自设计、建设、制造方面的成本优势 谢谢！ 武汉城际圈城际铁路 长株潭城际圈城际铁路 成渝城际圈城际铁路 三、高速铁路的关键技术 牵引供电 轮轨关系 (动车组/线路) 电磁兼容 供电 (短路电路) 通信信号 (电缆走线,接线柜,信号,远动.) 动车组限界 (动态限界) 动车组供电 （弓网、自动过分相） 线路道岔 动车组列控 （动车组/通信信号） 土建工程 (隧道,高架桥,桥梁,声屏障) 路基,地层条件 通信信号 (接地和电气连接) 电动车组与各子系统主要技术接口 高速动车组的关键技术 牵引控制系统 牵引电机 制动系统 牵引变流器 牵引变压器 转向架 列车网络控制系统 铝合金、不锈钢车体 动车组系统集成 交流传动 高速列车要达到高速运行，必须具有大功率的牵引系统，速度在300km/h以上的高速列车牵引功率需在10MW左右。 大功率“交-直-交”变流技术是现代高速列车电力牵引的核心。 交流传动系统集成 电力电子技术的快速发展 不控和半控器件→ 电流全控器件→ 电压全控器件→ 功率集成器件； 器件体积减少了3~4个数量级； 大功率器件的开关时间从毫秒级降到了微秒级；小功率的甚至降到纳秒级； 工作频率从50Hz增加到兆赫级; 变流器的功率水平从几伏安提高到几百兆伏安，电压从伏级提高到几千伏级。 牵引变流器关键技术 基础研究成果 IGBT相模块 (IGBT phase module ) IGBT器件 IGBT device 高压IGBT技术研究 IGBT与FRD芯片结构研究 IGBT 芯片结构与电特性关系研究 IGBT模块可靠性技术研究 牵引变流器冷却技术研究 各种冷却技术的研究 牵引变流器热设计仿真 稳态/瞬态下散热和冷却研究 牵引变流器 一台牵引变流器为4台牵引电机电源的控制设备，由脉冲整流器、直流平滑电路、逆变器、真空交流接触器等主电路设备和无触点控制装置、控制电源等控制电路设备构成。 3种变流器的性能对比 控制技术 （1） PWM控制技术 脉冲宽度调制技术（PWM）是现代变流技术广泛应用的起点，是奠定绿色变频节能的基础。其通过改变输出脉冲的占空比来实现等效的输出电压与频率，从而实现交流到直流，直流到交流的能量变换。通常采用的空间矢量脉宽调制（SVPWM）技术在三相对称正弦波电压供电时，以合成旋转的空间电压矢量为参考，三相逆变器8种不同开关模式电压矢量合成参考电压矢量，形成PWM波。 （二）传动控制技术 传动控制技术是牵引传动系统的核心技术，传动控制技术已经由转差电流控制发展成矢量控制和直接转矩控制等。 1）转差电流控制技术 转差电流控制技术是一种早期的用于控制交流异步电机的方法，基于异步电动机的稳态数学模型，控制性能远不能与直流调速系统相媲美，系统的动态性能差。 2）矢量控制技术 矢量控制，又称为磁场定向控制（FOC），其基本原理是将异步电动机的定子电流正交分解为产生磁场的电流分量 (励磁电流) 和产生转矩的电流分量 (转矩电流) 分别加以控制，并同时控制两分量的幅值，从而达到控制异步电动机转矩的目的。 转子磁场定向控制 3）直接转矩控制技术 直接转矩控制技术是继矢量控制技术之后发展起来的一种高性能异步电动机变频调速技术。与矢量控制不同，直接转矩控制通过直接控制转矩和磁链来间接控制电流，不需要复杂的坐标变换，因此具有控制结构简单、转矩响应快以及对参数鲁棒性好等优点，它在很大程度上解决了矢量控制中结构复杂、计算量大、对参数变化敏感等问题。直接转矩控制可以充分利用逆变器的开关频率，从而特别适用于大功率牵引传动领域。 直接转矩控制 （三）绿色节能减排控制技术 变流器＋异步牵引电机已成为现代轨道牵引装备的主流模式，极大地满足了铁路高速、重载运输的要求，但也带来了对电网和环境的负面影响，