El tren maglev de alta velocidad operado en Shanghai es un tren maglev TR08 importado de Alemania, que utiliza un motor síncrono lineal de estator largo y un sistema de levitación de conducción de corriente constante. Su sistema de suministro de energía de tracción se muestra en la Figura 1 y consta de componentes principales como un transformador de alto voltaje (110 kv/20 kv), un transformador de entrada, un convertidor de entrada, un inversor y un transformador de salida.
El sistema de suministro de energía de tracción del tren maglev se convierte del voltaje de red de 110 kv a 20 kv a través de un transformador de alto voltaje, y luego se convierte a un voltaje de CC de ±2500 v mediante el transformador de entrada y el convertidor de entrada. El voltaje CC del enlace de CC se convierte en energía CA trifásica con frecuencia variable (0~300 Hz), amplitud variable (0~×4,3 kv) y ángulo de fase ajustable (0~360°) mediante un transformador trifásico. -inversor de punto.El convertidor de tracción del tren maglev tiene dos modos de funcionamiento:
(1) El modo de salida directa de la modulación de ancho de pulso del inversor es el modo de salida cuando el motor funciona a baja frecuencia, con una frecuencia de conmutación de 0~70 Hz. En este momento, se conectan en paralelo dos conjuntos de inversores de tres puntos y la salida se conecta a través del devanado primario del transformador de salida como se muestra en la Figura 1. En este momento, el devanado primario del transformador de salida equivale a un reactor de equilibrio paralelo, y también juega un papel de filtrado.
(2) El modo de salida del transformador es el modo de salida cuando el motor funciona a alta frecuencia, con una frecuencia de conmutación de 30 Hz ~ 300 Hz. En este momento, los dos conjuntos de inversores en el convertidor de tracción principal están conectados en serie al lado primario del transformador de salida, y la salida sale después de que el transformador de salida aumenta el voltaje.
transformador EFD transformador EI transformador PQ
3.1 Convertidor de entrada
La etapa frontal del convertidor de entrada consta de un transformador de alto voltaje y un transformador de entrada. El transformador de entrada consta de dos transformadores rectificadores, cuya función es reducir la tensión de la red de alta tensión a través del transformador secundario para luego enviarla al convertidor de entrada. Para transformadores rectificadores de alto voltaje de gran capacidad, para mejorar la eficiencia de rectificación, se utilizan dos juegos de puentes rectificadores de 6 pulsos. Cada conjunto de transformadores rectificadores está alimentado por dos conjuntos de devanados trifásicos, una unión y y una unión d. El sistema convertidor estático adopta un esquema de tres transformadores monofásicos de tres devanados, que están conectados para formar el esquema de transformador rectificador del grupo y/y, d que se muestra en la Figura 2 a través de la conexión prescrita de cada devanado. Sus principales ventajas son:
(1) Pequeña capacidad excedente, más económica;
(2) Pequeña capacidad única, más fácil de cumplir con los requisitos de transporte para el tamaño del dispositivo;
(3) Los tres devanados se pueden disponer en la misma columna central, lo que ayuda a reducir la pérdida armónica del transformador.
Para controlar el voltaje del enlace de CC del circuito intermedio y reducir la excitación del lado de la red, cada rectificador del sistema se compone de un puente rectificador trifásico de seis pulsos totalmente controlado y un puente rectificador no controlado trifásico de seis pulsos. en serie, como se muestra en la Figura 2. De esta manera, los dos conjuntos de rectificadores se conectan en serie y el punto medio se conecta a tierra a través de una alta resistencia (como se muestra en la Figura 1), formando un enlace de CC de circuito intermedio de tres potenciales. . El voltaje del enlace de CC es controlable y oscila entre 2 × 1500 V y 2 × 2500 V, y la corriente nominal es 3200 A. Para obtener una corriente continua uniforme, se conecta en serie un reactor de filtrado en el circuito intermedio. Al mismo tiempo, para evitar sobretensiones en el puente rectificador y en el enlace de CC, se adopta una protección contra sobretensiones en el lado de CC. En el circuito intermedio del enlace de CC, hay tiristores y resistencias de alta potencia con protección de descarga como dispositivos de absorción del lado de CC para suprimir la sobretensión. Además, el punto intermedio del enlace de CC del circuito intermedio está conectado a tierra mediante una protección de alta resistencia y tiene una visualización de falla a tierra.
3.2 Inversor de tracción
(1) Estructura del inversor
La estructura de una fase en el inversor trifásico del Tren Maglev de Shanghai se muestra en la Figura 3. El tubo principal adopta un dispositivo de control total GTO. El circuito principal adopta dos tubos principales en serie con un diodo de sujeción en el punto medio. Este circuito también se denomina inversor de tres puntos (o integrado de punto medio de tres niveles). Esto puede reducir la tensión soportada del tubo principal a la mitad. Al mismo tiempo, bajo la misma frecuencia de conmutación y modo de control, los armónicos de su voltaje o corriente de salida son menores que los de dos niveles, y el voltaje de modo común generado por el voltaje de salida en el extremo del motor también es menor. , lo cual es beneficioso para extender la vida útil del motor.
Los cuatro tubos principales de cada brazo del puente de fase tienen tres combinaciones de encendido y apagado diferentes y generan diferentes voltajes respectivamente (consulte la Tabla 1). El voltaje máximo del GTO principal es de 4,5 kV y la corriente máxima es de 4,3 ka. El inversor de tres puntos requiere que los principales V1 y V4 no se puedan encender al mismo tiempo, y que los pulsos de control de V1 y V3, V2 y V4 sean mutuamente opuestos. Además, la conversión principal de encendido y apagado anterior debe cumplir con el principio de primero salir y luego encender.
El inversor de tres niveles está desarrollado sobre la base del inversor de dos niveles. La introducción de la tecnología de control madura del inversor de dos niveles en el inversor de tres niveles ha formado una variedad de estrategias de control del inversor. En la actualidad, las estrategias de control más maduras utilizadas para inversores de tres niveles son: método de control de pulso único, método de control SPWM de onda de modulación dual superior e inferior, método de control PWM de conducción de 120°, método de control PWM escalonado de fase de 90°, desviación de potencial de punto neutro método de control de supresión PWM, método de control de frecuencia de conmutación óptima PWM, método específico de eliminación de armónicos de orden bajo (SHEPWM), método de control de vector espacial de voltaje del inversor de tres niveles (SVPWM) y método de control de vector espacial de voltaje de supresión de desviación de potencial de punto neutro [2,3 ].
(2) Circuito de accionamiento GTO
El circuito de accionamiento GTO de alta potencia primero debe resolver los problemas de aislamiento y antiinterferencias. La señal de pulso de disparo de GTO en el inversor de tracción principal del tren Maglev de Shanghai se transmite mediante un cable de fibra óptica, por lo que se resuelven los problemas de aislamiento y antiinterferencias, garantizando así la precisión del pulso de disparo de GTO e indirectamente garantizando la seguridad de conducción del Maglev. Tren. Además, la clave para saber si el circuito de accionamiento GTO de alta potencia puede funcionar normalmente radica en la fuente de alimentación. La amplitud del pulso de activación de la puerta GTO debe ser lo suficientemente alta y su borde de ataque debe ser pronunciado, mientras que el borde de salida debe ser más suave. Para cumplir con este requisito, la fuente de alimentación del accionamiento de puerta del GTO en el inversor de tracción principal del tren Maglev es de 45 V/27 A, y la señal del borde posterior y la señal de voltaje del pulso de activación del GTO se envían de vuelta al sistema de control. Además, el inversor de tracción principal del Tren Maglev de Shanghai adopta una variedad de protecciones: protección contra sobretensión del disyuntor de freno, límite de corriente de protección contra sobrecorriente, interrupción de pulso y detección de falla a tierra.
(3) Circuito de absorción
Hay muchos circuitos de absorción de GTO. El circuito de absorción del inversor de tracción principal de tres niveles del Tren Maglev de Shanghai se muestra en la Figura 3. El circuito de absorción debe garantizar que di/dt y du/dt del GTO no excedan los valores permitidos especificados cuando está laboral. De esta manera, el circuito de absorción del GTO debe tener un inductor y un capacitor C. En la Figura 3, los inductores L1, L2 y el GTO están conectados en serie para limitar el di/dt del GTO. Los diodos D11, D12, la resistencia R1 y el inductor L1 forman el circuito de liberación de energía del propio inductor. Los condensadores C11 y C12 se utilizan para limitar el du/dt del GTO, y los diodos D12 y D13 forman el circuito de liberación de energía del condensador. En comparación con el circuito de absorción RCD, el circuito de absorción anterior agrega un condensador C12 grande, por lo que el condensador de absorción de apagado C11 es la mitad del valor de capacitancia del circuito de absorción RCD, por lo que la pérdida también se reduce a la mitad; al mismo tiempo, el condensador C12 desempeña una función de fijación de voltaje, que se utiliza para suprimir la sobretensión de apagado del GTO. Para un inversor de 1500 kva, la pérdida de este circuito de absorción es aproximadamente la misma que la del circuito de absorción asimétrico.
Transformador tipo ER Transformador tipo acoplamiento Transformador de núcleo de ferrita de 5V-36V
4 Conclusión
El sistema de suministro de energía de tracción del tren maglev de alta velocidad de Shanghai tiene las siguientes características:
(1) Adopta un motor síncrono lineal convencional de alta velocidad. Todo el sistema de suministro de energía de tracción está colocado en el suelo y no está limitado por el espacio de la carrocería del vehículo, lo que favorece el método de suministro de energía de tres pasos más eficaz;
(2) Adopta la tecnología de convertidor de tres niveles con sujeción de punto neutro adecuada para ocasiones de alto voltaje y alta potencia, evitando la conexión directa en serie de tiristores GTO, de modo que la capacidad de los dispositivos electrónicos de alta potencia se pueda utilizar por completo;
(3) En el convertidor de entrada se utilizan dos juegos de puentes rectificadores ajustables de 12 pulsos, lo que no solo reduce los armónicos y las interferencias, sino que también suprime la desviación del potencial del punto medio;
(4) Los tiristores y GTO utilizan cables de fibra óptica para transmitir señales de pulso, lo que tiene un alto rendimiento antiinterferencias. El sistema de suministro de energía y control de tracción es una de las claves para controlar el funcionamiento seguro y estable de los trenes maglev. Su principio y estructura necesitan más investigación y análisis.
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Hora de publicación: 30 de mayo de 2024