Die in Shanghai betriebene Hochgeschwindigkeits-Magnetschwebebahn ist eine aus Deutschland importierte Magnetschwebebahn TR08, die einen linearen Synchronmotor mit langem Stator und ein Konstantstrom-Leitungsschwebesystem verwendet. Das Traktionsstromversorgungssystem ist in Abbildung 1 dargestellt und besteht aus Hauptkomponenten wie einem Hochspannungstransformator (110 kV/20 kV), einem Eingangstransformator, einem Eingangswandler, einem Wechselrichter und einem Ausgangstransformator.
Das Traktionsstromversorgungssystem der Magnetschwebebahn wird über einen Hochspannungstransformator von der 110-kV-Netzspannung auf 20 kV und dann über den Eingangstransformator und den Eingangswandler in eine Gleichspannung von ±2500 V umgewandelt. Die Gleichspannung aus dem Gleichstromzwischenkreis wird durch einen Dreiphasen-Drehstromgenerator in dreiphasigen Wechselstrom mit variabler Frequenz (0–300 Hz), variabler Amplitude (0–×4,3 kV) und einstellbarem Phasenwinkel (0–360°) umgewandelt -Punkt-Wechselrichter.Der Traktionsumrichter der Magnetschwebebahn verfügt über zwei Arbeitsmodi:
(1) Der Direktausgangsmodus der Pulsweitenmodulation des Wechselrichters ist der Ausgangsmodus, wenn der Motor mit einer niedrigen Frequenz und einer Schaltfrequenz von 0 bis 70 Hz arbeitet. Zu diesem Zeitpunkt sind zwei Sätze von Dreipunktwechselrichtern parallel geschaltet und der Ausgang ist über die Primärwicklung des Ausgangstransformators verbunden, wie in Abbildung 1 dargestellt. Zu diesem Zeitpunkt entspricht die Primärwicklung des Ausgangstransformators a Parallelausgleichsreaktor und spielt auch eine Filterfunktion.
(2) Der Transformatorausgangsmodus ist der Ausgangsmodus, wenn der Motor mit hoher Frequenz arbeitet, mit einer Schaltfrequenz von 30 Hz bis 300 Hz. Zu diesem Zeitpunkt sind die beiden Wechselrichtersätze im Haupttraktionsstromrichter in Reihe mit der Primärseite des Ausgangstransformators verbunden, und der Ausgang wird ausgegeben, nachdem der Ausgangstransformator die Spannung erhöht.
EFD-Transformator EI-Transformator PQ-Transformator
3.1 Eingangskonverter
Die vordere Stufe des Eingangswandlers besteht aus einem Hochspannungstransformator und einem Eingangstransformator. Der Eingangstransformator besteht aus zwei Gleichrichtertransformatoren, deren Funktion darin besteht, die Hochspannungsnetzspannung über den Sekundärtransformator zu reduzieren und sie dann an den Eingangskonverter zu senden. Bei Hochspannungs-Gleichrichtertransformatoren mit großer Kapazität werden zur Verbesserung der Gleichrichtereffizienz zwei Sätze von 6-Puls-Gleichrichterbrücken verwendet. Jeder Satz Gleichrichtertransformatoren wird von zwei Sätzen Dreiphasenwicklungen gespeist, einem Y-Übergang und einem D-Übergang. Das statische Konvertersystem verwendet ein Schema aus drei einphasigen Dreiwicklungstransformatoren, die über die vorgeschriebene Verbindung jeder Wicklung zu dem in Abbildung 2 gezeigten Y/Y, D-Gruppen-Gleichrichtertransformatorschema verbunden sind. Seine Hauptvorteile sind:
(1) Kleine Reservekapazität, wirtschaftlicher;
(2) Kleine Einzelkapazität, einfachere Erfüllung der Transportanforderungen für die Gerätegröße;
(3) Die drei Wicklungen können auf derselben Kernsäule angeordnet werden, was dazu beiträgt, den Oberschwingungsverlust des Transformators zu reduzieren.
Um die Zwischenkreisspannung des Zwischenkreises zu steuern und die netzseitige Erregung zu reduzieren, besteht jeder Gleichrichter des Systems aus einer sechspulsigen dreiphasigen vollgesteuerten Gleichrichterbrücke und einer sechspulsigen dreiphasigen ungesteuerten Gleichrichterbrücke in Reihe geschaltet, wie in Abbildung 2 dargestellt. Auf diese Weise werden die beiden Gleichrichtersätze in Reihe geschaltet, und der Mittelpunkt wird über einen hohen Widerstand geerdet (wie in Abbildung 1 dargestellt), wodurch ein Zwischenkreis-Gleichstromzwischenkreis mit drei Potenzialen entsteht . Die Spannung des Zwischenkreises ist regelbar und reicht von 2×1500 V bis 2×2500 V, der Nennstrom beträgt 3200 A. Um einen glatten Gleichstrom zu erhalten, wird im Zwischenkreis eine Glättungsdrossel in Reihe geschaltet. Um gleichzeitig eine Überspannung der Gleichrichterbrücke und des Gleichstromzwischenkreises zu verhindern, wird ein gleichstromseitiger Überspannungsschutz eingesetzt. Zur Unterdrückung von Überspannungen sind im Zwischenkreis-Zwischenkreis Thyristoren und Hochleistungswiderstände mit Entladeschutz als gleichstromseitige Absorptionseinrichtungen vorhanden. Darüber hinaus ist der Zwischenpunkt des Zwischenkreises hochohmig geerdet und verfügt über eine Erdschlussanzeige.
3.2 Traktionsumrichter
(1) Wechselrichterstruktur
Die Struktur einer Phase im dreiphasigen Wechselrichter des Shanghai Maglev Train ist in Abbildung 3 dargestellt. Die Hauptröhre ist mit einem GTO-Vollsteuergerät ausgestattet. Der Hauptstromkreis besteht aus zwei in Reihe geschalteten Hauptröhren mit einer Klemmdiode in der Mitte. Diese Schaltung wird auch als Dreipunkt-Wechselrichter (oder eingebetteter Drei-Ebenen-Mittelpunkt-Wechselrichter) bezeichnet. Dadurch kann die Spannungsfestigkeit der Hauptröhre um die Hälfte reduziert werden. Gleichzeitig sind bei gleicher Schaltfrequenz und gleichem Steuermodus die Oberschwingungen seiner Ausgangsspannung oder seines Ausgangsstroms geringer als die des Zweistufenmotors, und die von der Ausgangsspannung am Motorende erzeugte Gleichtaktspannung ist ebenfalls geringer , was sich positiv auf die Verlängerung der Lebensdauer des Motors auswirkt.
Die vier Hauptröhren jedes Phasenbrückenzweigs verfügen über drei verschiedene Ein-Aus-Kombinationen und geben jeweils unterschiedliche Spannungen aus (siehe Tabelle 1). Die Spitzenspannung des Haupt-GTO beträgt 4,5 kV und der Spitzenstrom beträgt 4,3 kA. Der Dreipunkt-Wechselrichter erfordert, dass die Haupt-V1 und V4 nicht gleichzeitig eingeschaltet werden können und die Steuerimpulse von V1 und V3, V2 und V4 einander entgegengesetzt sind. Darüber hinaus muss die obige Haupt-Ein-Aus-Umwandlung dem Prinzip „Zuerst aus und dann ein“ entsprechen.
Der Drei-Stufen-Wechselrichter wurde auf Basis des Zwei-Stufen-Wechselrichters entwickelt. Die Einführung der ausgereiften Steuerungstechnologie des Zwei-Ebenen-Wechselrichters in den Drei-Ebenen-Wechselrichter hat eine Vielzahl von Wechselrichter-Steuerungsstrategien hervorgebracht. Derzeit sind die ausgereifteren Steuerstrategien für dreistufige Wechselrichter: Einzelimpuls-Steuermethode, obere und untere Doppelmodulationswellen-SPWM-Steuermethode, 120°-Leitungs-PWM-Steuermethode, um 90° phasenversetzte PWM-Steuermethode, Neutralpunkt-Potenzialabweichung Unterdrückungs-PWM-Steuermethode, optimale Schaltfrequenz-PWM-Steuermethode, spezifische Methode zur Eliminierung niederer Harmonischer (SHEPWM), dreistufige Wechselrichterspannungs-Raumvektor-Steuermethode (SVPWM) und Neutralpunkt-Potenzialabweichungs-Unterdrückungs-Spannungsraumvektor-Steuermethode [2,3 ].
(2) GTO-Antriebsschaltung
Eine Hochleistungs-GTO-Antriebsschaltung muss zunächst die Probleme der Isolierung und Entstörung lösen. Das Auslöseimpulssignal des GTO im Haupttraktionswechselrichter des Shanghai Maglev Train wird über ein Glasfaserkabel übertragen, sodass die Probleme der Isolierung und der Entstörung gelöst werden, wodurch die Genauigkeit des GTO-Auslöseimpulses und indirekt die Fahrsicherheit des Maglev gewährleistet wird Zug. Darüber hinaus liegt der Schlüssel dafür, ob die Hochleistungs-GTO-Antriebsschaltung normal funktionieren kann, in der Stromversorgung. Die Amplitude des GTO-Gate-Triggerimpulses sollte hoch genug sein und seine Vorderflanke sollte steil sein, während die Hinterflanke sanfter sein sollte. Um diese Anforderung zu erfüllen, beträgt die Gate-Antriebsstromversorgung des GTO im Haupttraktionsumrichter der Magnetschwebebahn 45 V/27 A, und das Hinterflankensignal und das Spannungssignal des GTO-Triggerimpulses werden an das Steuerungssystem zurückgesendet. Darüber hinaus verfügt der Haupttraktionsumrichter der Shanghai Maglev Train über verschiedene Schutzfunktionen: Überspannungsschutz des Bremsleistungsschalters, Überstromschutz-Strombegrenzung, Impulsunterbrechung und Erdschlusserkennung.
(3) Absorptionskreislauf
Es gibt viele Absorptionskreisläufe von GTO. Der Absorptionskreis des dreistufigen Haupttraktionswechselrichters der Shanghai Maglev Train ist in Abbildung 3 dargestellt. Der Absorptionskreis muss sicherstellen, dass di/dt und du/dt des GTO die angegebenen zulässigen Werte nicht überschreiten, wenn dies der Fall ist Arbeiten. Daher muss der Absorptionskreis des GTO über eine Induktivität und einen Kondensator C verfügen. In Abbildung 3 sind die Induktivitäten L1, L2 und der GTO in Reihe geschaltet, um den di/dt des GTO zu begrenzen. Die Dioden D11, D12, der Widerstand R1 und die Induktivität L1 bilden den Energiefreisetzungskreis der Induktivität selbst. Die Kondensatoren C11 und C12 dienen zur Begrenzung des du/dt des GTO und die Dioden D12 und D13 bilden den Energiefreigabekreis des Kondensators. Im Vergleich zum RCD-Absorptionskreis fügt der obige Absorptionskreis einen großen Kondensator C12 hinzu, sodass der Ausschalt-Absorptionskondensator C11 die Hälfte des Kapazitätswerts des RCD-Absorptionskreises beträgt, sodass der Verlust ebenfalls um die Hälfte reduziert wird. Gleichzeitig spielt der Kondensator C12 eine Spannungsklemmfunktion, die zur Unterdrückung der Abschaltüberspannung des GTO verwendet wird. Bei einem 1500-kVA-Wechselrichter ist der Verlust dieses Absorptionskreises ungefähr der gleiche wie der des asymmetrischen Absorptionskreises.
ER-Transformator Kopplungstransformator 5V-36V Ferritkerntransformator
4 Fazit
Das Traktionsstromversorgungssystem der Hochgeschwindigkeits-Magnetschwebebahn in Shanghai weist die folgenden Eigenschaften auf:
(1) Es wird ein herkömmlicher Hochgeschwindigkeits-Linearsynchronmotor verwendet. Das gesamte Traktionsstromversorgungssystem wird auf dem Boden platziert und ist nicht durch den Raum der Fahrzeugkarosserie begrenzt, was der effektivsten dreistufigen Stromversorgungsmethode förderlich ist;
(2) Es übernimmt die neutralpunktgeklemmte dreistufige Wandlertechnologie, die für Hochspannungs- und Hochleistungsanwendungen geeignet ist, und vermeidet die direkte Reihenschaltung von GTO-Thyristoren, so dass die Kapazität leistungsstarker elektronischer Leistungsgeräte vollständig genutzt werden kann;
(3) Im Eingangswandler werden zwei Sätze einstellbarer 12-Puls-Gleichrichterbrücken verwendet, was nicht nur Oberwellen und Störungen reduziert, sondern auch die Abweichung des Mittelpunktpotentials unterdrückt;
(4) Thyristoren und GTOs verwenden Glasfaserkabel zur Übertragung von Impulssignalen, was eine hohe Entstörungsleistung aufweist. Das Stromversorgungs- und Traktionskontrollsystem ist einer der Schlüssel zur Steuerung des sicheren und stabilen Betriebs von Magnetschwebebahnen. Sein Prinzip und seine Struktur bedürfen weiterer Forschung und Analyse.
Zhongshan XuanGe Electronics Co., Ltd. ist ein Hersteller, der sich auf die Forschung und Entwicklung, Produktion und den Vertrieb von spezialisiert hatHoch- und Niederfrequenztransformatoren, InduktorenUndNetzteile für LED-Treiber.
Das Unternehmen hat seinen Ursprung in Shenzhen, dem Vorreiter der Reform und Öffnung Chinas, und wurde 2009 gegründet. Im Laufe der Jahre sind wir kontinuierlich gewachsen und haben uns weiterentwickelt. Bis 2024 verfügen wir über 15 Jahre Erfahrung in der Herstellung von Hochfrequenztransformatoren und unsere umfassende Erfahrung hat dazu geführt, dass XuanGe Electronics auf in- und ausländischen Märkten einen guten Ruf genießt.
Wir akzeptieren OEM- und ODM-Bestellungen. Ob Sie sich entscheidenein StandardproduktWählen Sie aus unserem Katalog oder suchen Sie Hilfe bei der Anpassung. Bitte besprechen Sie Ihre Beschaffungsbedürfnisse mit XuanGe. Der Preis wird Sie auf jeden Fall zufriedenstellen.
William (General Sales Manager)
186 8873 0868 (Whats App/We-Chat)
E-Mail: sales@xuangedz.com
liwei202305@gmail.com
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 30. Mai 2024