专 辑 驱 动 装 置 与 电 源 技 术

富 士 时 报 Vol.C1 No.1 2009
驱 动 装 置 与 电 源 技 术 在 交 通 运 输 解 决 方 案 中 的 应 用
图 1 N700 型 新 干 线 机 车 ( 照 片 由 JR 东 海 提 供 )
图 3 无 鼓 风 机 的 主 变 换 装 置 的 外 观 与 冷 却 原 理 ( 行 驶 过 程 中
的 气 流 方 向 )
东 方 向
专
辑
方 向
图 2
N700 型 机 车 主 变 换 装 置 的 结 构
行 驶 气 流
冷 却 气 流
C 60
变
变
主 电 动 机
Modulation) 转 换 器 与 VVVF(Variable Voltage Variable
Frequency) 变 频 器 的 构 造 , 由 并 联 的 四 台 主 电 动
机 与 一 台 VVVF 变 频 器 共 同 驱 动 。 本 产 品 采 用 两 种 主 变
换 装 置 。 一 种 是 TCI3 型 主 变 换 装 置 , 该 装 置 的 组 成 要 素
包 括 冷 媒 的 沸 腾 冷 却 与 鼓 风 机 的 强 制 风 冷 。 另 一 种 是 使 用
图 3 中 的 不 用 鼓 风 机 与 冷 媒 的 简 单 式 铝 冷 却 板 及 行 驶 风 冷
的 无 鼓 风 机 主 变 换 装 置 —TCI100 型 主 变 换 装 置 。
主 变 换 装 置 的 主 电 路 结 构 包 括 变 换 器 、 过 滤 冷 凝 器 、
变 频 器 三 个 部 分 。 其 中 , 变 换 器 与 变 频 器 采 用 的 是 三 级
结 构 。 为 提 高 效 率 并 减 轻 重 量 , 本 产 品 采 用 了 低 损 耗 的
无 缓 冲 器 电 路 模 式 。 该 模 式 通 过 高 耐 压 、 大 容 量 、 低 损
耗 的 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 模 块
(3,300 V,1,200 A) 实 现 了 高 效 率 化 与 轻 量 化 。
小 型 化 与 轻 量 化
TCI3 型 主 变 换 装 置 省 略 了 缓 冲 器 电 路 , 实 现 了 结 构
优 化 。 输 出 功 率 比 TCI2 约 提 高 了 10%, 体 积 与 重 量 分
别 减 小 了 3% 与 15%。
此 外 , 无 鼓 风 机 的 TCI100 型 主 变 换 装 置 比 TCI3 型
还 要 轻 12%。
⑵ 主 变 换 装 置 的 控 制
无 接 点 控 制 装 置
本 产 品 采 用 了 以 64 位 CPU 为 核 心 的 多 处 理 器 结 构 ,
能 通 过 多 个 路 径 进 行 高 速 、 高 精 度 的 控 制 演 算 处 理 , 还 能
收 发 驾 驶 指 令 , 并 传 送 运 行 状 态 的 检 测 信 息 。 这 些 功 能 可
确 保 列 车 的 高 性 能 控 制 。 富 士 电 机 通 过 最 新 的 微 电 子 与 数
据 通 信 等 专 业 技 术 减 少 了 部 件 的 数 量 , 并 丰 富 了 控 制 系 统
的 功 能 , 提 高 了 系 统 的 可 靠 性 。
变 换 器 与 变 频 器 的 控 制
三 级 变 换 器 有 一 个 弊 端 , 那 就 是 在 某 些 运 行 条 件 下 ,
直 流 中 性 点 收 到 的 、 来 自 正 极 与 负 极 的 过 滤 电 容 器 的 电 压
可 能 会 产 生 失 衡 现 象 , 部 分 元 件 可 能 会 受 到 过 大 电 压 的 冲
击 。 根 据 主 电 路 器 件 开 关 休 止 时 间 内 的 中 性 点 电 位 运 行 情
况 , 富 士 电 机 研 发 了 不 依 靠 电 力 与 电 流 的 极 性 就 能 对 中 性
点 电 位 进 行 控 制 的 技 术 , 并 将 这 类 产 品 投 入 到 了 实 际 运 用
之 中 。
电 机 控 制
要 控 制 机 车 提 速 系 统 , 就 必 须 对 主 电 机 的 力 行 扭 矩 与
再 生 扭 矩 进 行 控 制 , 并 保 证 良 好 的 配 合 速 度 与 精 度 。
在 产 业 领 域 中 , 企 业 一 般 通 过 矢 量 控 制 来 实 现 上 述 控
制 效 果 。 然 而 , 比 如 在 新 干 线 上 要 使 用 一 台 变 频 器 对 四 台
并 联 的 电 机 进 行 矢 量 控 制 是 极 为 困 难 的 。 富 士 电 机 基 于 一
次 磁 通 量 的 位 相 角 度 , 将 这 一 角 度 转 换 成 一 个 状 态 量 。 这
样 的 状 态 量 对 于 并 联 在 一 起 的 数 台 电 机 是 可 通 用 的 — 不
管 电 机 总 共 有 多 少 台 。 基 于 上 述 技 术 标 准 , 富 士 电 机 对 其
研 发 的 矢 量 控 制 应 用 到 实 际 之 中 , 并 实 现 了 良 好 的 控 制 效
果 。
3.2 辅 助 电 源 装 置
辅 助 电 源 装 置 可 给 空 调 装 置 与 照 明 设 备 提 供 稳 定 的 电 力 ,
而 这 些 装 置 正 是 维 持 机 车 内 部 舒 适 性 的 重 要 要 素 。 对 现 代 机
车 来 说 , 以 主 变 换 装 置 为 主 的 控 制 电 源 、 列 车 控 制 装 置 、 车
内 仪 表 等 IT 设 备 的 电 源 是 必 不 可 少 的 。
根 据 机 车 动 力 源 的 种 类 不 同 , 安 装 在 机 车 上 的 辅 助 电 源
装 置 的 结 构 也 大 不 相 同 。
⑴ 直 流 车 辆 辅 助 电 源 装 置
直 流 电 的 架 线 电 压 有 1,500 V、750 V、600 V。 必 须
根 据 架 线 电 压 及 装 置 的 要 求 输 出 容 量 和 规 格 , 选 用 于 电 路 结
构 及 主 电 路 相 匹 配 的 IGBT 的 最 佳 电 压 、 电 流 。
一 般 来 说 , 若 要 实 现 电 路 的 简 易 化 、 部 件 的 最 少 化 并 提
高 器 件 可 靠 性 , 就 应 采 用 IGBT 的 2 电 平 变 频 器 结 构 , 因
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