某新型城际动车组牵引系统设计研究
2022-02-13赵正虎丁朝奉
赵正虎 丁朝奉
摘要:为了打造标准化、绿色智能化、经济适用型的某新型城际动车组,为国内、国际的城际和市域交通市场提供标准化车辆平台,从分析该新型城际动车组顶层指标出发,对该车型牵引系统特性、关键技术及平台方案进行了具体的设计研究。
关键词:城际动车;牵引系统;独立架控;主辅一体化
中图分类号:U266.2 文献标志码:A 文章编号:1671-0797(2022)03-0038-03
DOI:10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2022.03.011
0 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1 h左右的都市圈和区域经济圈应运而生[1]。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[3]从总体顶层设计角度分析了速度为140 km/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[2]。本文以时速160 km、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2 520 N·m,单电机最大输出功率为321 kW,整车最大牵引输出功率为2 520 kW。依据上述计算参数绘制的牵引特性曲线如图2所示。
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(AC25 kV)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[4]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AC950 V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[4]。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PWM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AC380 V。从辅助逆变电路输出的稳定的三相AC380 V電压经三相电抗器、EMC滤波器给DC110 V充电机供电,充电机输出稳定的DC110 V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→40 km/h)为0.8 m/s2,平均加速度(0→140 km/h)为0.36 m/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。
[参考文献]
[1] 丁叁叁,张忠敏,何丹炉,等.城际动车组总体技术设计[J].机车电传动,2014(6):10-15.
[2] 焦京海,曹江,刘江涛,等.城际动车组牵引系统研制[J].机车电传动,2015(3):5-9.
[3] 李智国,王学亮.速度140 km/h 4编组城际市域动车组[J].铁道机车与动车,2017(12):17-19.
[4] 李华,荣智林,忻力,等.城际动车组主辅一体变流器的开发[J].机车电传动,2015(6):15-17.
收稿日期:2021-11-30
作者简介:赵正虎(1986—),男,甘肃会宁人,高级工程师,研究方向:牵引辅助系统及车载储能。