Le train maglev à grande vitesse exploité à Shanghai est un train maglev TR08 importé d'Allemagne, qui utilise un moteur synchrone linéaire à stator long et un système de lévitation par conduction à courant constant. Son système d'alimentation électrique de traction est illustré à la figure 1 et se compose de composants principaux tels qu'un transformateur haute tension (110 kv/20 kv), un transformateur d'entrée, un convertisseur d'entrée, un onduleur et un transformateur de sortie.
Le système d'alimentation électrique de traction du train maglev est converti de la tension du réseau de 110 kV à 20 kV via un transformateur haute tension, puis converti en une tension continue de ± 2 500 V par le transformateur d'entrée et le convertisseur d'entrée. La tension CC de la liaison CC est convertie en courant alternatif triphasé avec une fréquence variable (0 ~ 300 Hz), une amplitude variable (0 ~ × 4,3 kv) et un angle de phase réglable (0 ~ 360 °) par un circuit triphasé triphasé. -inverseur de points.Le convertisseur de traction du train maglev a deux modes de fonctionnement :
(1) Le mode de sortie directe de la modulation de largeur d'impulsion de l'onduleur est le mode de sortie lorsque le moteur fonctionne à basse fréquence, avec une fréquence de commutation de 0 à 70 Hz. À ce stade, deux ensembles d'onduleurs à trois points sont connectés en parallèle et la sortie est connectée via l'enroulement primaire du transformateur de sortie, comme le montre la figure 1. À ce stade, l'enroulement primaire du transformateur de sortie équivaut à un réacteur d'équilibrage parallèle, et joue également un rôle de filtrage.
(2) Le mode de sortie du transformateur est le mode de sortie lorsque le moteur fonctionne à haute fréquence, avec une fréquence de commutation de 30 Hz à 300 Hz. À ce stade, les deux ensembles d'onduleurs du convertisseur de traction principal sont connectés en série au côté primaire du transformateur de sortie, et la sortie est émise après que le transformateur de sortie ait augmenté la tension.
Transformateur EFD Transformateur EI Transformateur PQ
3.1 Convertisseur d'entrée
L'étage avant du convertisseur d'entrée se compose d'un transformateur haute tension et d'un transformateur d'entrée. Le transformateur d'entrée se compose de deux transformateurs redresseurs, dont la fonction est de réduire la tension du réseau haute tension via le transformateur secondaire, puis de l'envoyer au convertisseur d'entrée. Pour les transformateurs redresseurs haute tension de grande capacité, afin d'améliorer l'efficacité du redressement, deux ensembles de ponts redresseurs à 6 impulsions sont utilisés. Chaque ensemble de transformateurs redresseurs est alimenté par deux ensembles d'enroulements triphasés, une jonction y et une jonction d. Le système de convertisseur statique adopte un schéma de trois transformateurs monophasés à trois enroulements, qui sont connectés pour former le schéma de transformateur redresseur de groupe y/y, d illustré à la figure 2 via la connexion prescrite de chaque enroulement. Ses principaux avantages sont :
(1) Petite capacité de réserve, plus économique ;
(2) Petite capacité unique, plus facile à répondre aux exigences de transport pour la taille de l'appareil ;
(3) Les trois enroulements peuvent être disposés sur la même colonne centrale, ce qui contribue à réduire la perte harmonique du transformateur.
Afin de contrôler la tension du circuit intermédiaire du circuit intermédiaire et de réduire l'excitation côté réseau, chaque redresseur du système est composé d'un pont redresseur triphasé à six impulsions entièrement contrôlé et d'un pont redresseur triphasé non contrôlé à six impulsions. en série, comme le montre la figure 2. De cette manière, les deux ensembles de redresseurs sont connectés en série et le point central est mis à la terre via une résistance élevée (comme le montre la figure 1), formant une liaison CC de circuit intermédiaire à trois potentiels. . La tension du lien CC est contrôlable, allant de 2 × 1 500 V à 2 × 2 500 V, et le courant nominal est de 3 200 A. Afin d'obtenir un courant continu lisse, une self de lissage est connectée en série dans le circuit intermédiaire. Dans le même temps, afin d'éviter les surtensions du pont redresseur et de la liaison CC, une protection contre les surtensions côté CC est adoptée. Dans le circuit intermédiaire du circuit intermédiaire, il y a des thyristors et des résistances haute puissance avec protection contre les décharges comme dispositifs d'absorption côté CC pour supprimer les surtensions. De plus, le point intermédiaire du circuit intermédiaire du circuit intermédiaire est mis à la terre via une protection à haute résistance et dispose d'un affichage des défauts à la terre.
3.2 Inverseur de traction
(1) Structure de l'onduleur
La structure d'une phase dans l'onduleur triphasé du train Shanghai Maglev est illustrée à la figure 3. Le tube principal adopte un dispositif de contrôle total GTO. Le circuit principal adopte deux tubes principaux en série avec une diode de serrage au milieu. Ce circuit est également appelé onduleur à trois points (ou point médian intégré à trois niveaux). Cela peut réduire de moitié la tension de tenue du tube principal. Dans le même temps, sous la même fréquence de commutation et le même mode de contrôle, les harmoniques de sa tension ou courant de sortie sont inférieures à celles des deux niveaux, et la tension de mode commun générée par la tension de sortie à l'extrémité du moteur est également inférieure. , ce qui est bénéfique pour prolonger la durée de vie du moteur.
Les quatre tubes principaux de chaque bras de pont de phase ont trois combinaisons marche-arrêt différentes et produisent respectivement des tensions différentes (voir tableau 1). La tension de crête du GTO principal est de 4,5 kV et le courant de crête est de 4,3 ka. L'onduleur à trois points nécessite que les principaux V1 et V4 ne puissent pas être allumés en même temps et que les impulsions de commande de V1 et V3, V2 et V4 soient mutuellement opposées. De plus, la conversion marche-arrêt principale ci-dessus doit être conforme au principe d'abord éteint puis allumé.
L'onduleur à trois niveaux est développé sur la base de l'onduleur à deux niveaux. L'introduction de la technologie de contrôle mature de l'onduleur à deux niveaux dans l'onduleur à trois niveaux a formé une variété de stratégies de contrôle de l'onduleur. À l'heure actuelle, les stratégies de contrôle les plus matures utilisées pour les onduleurs à trois niveaux sont : méthode de contrôle à impulsion unique, méthode de contrôle SPWM à double onde de modulation supérieure et inférieure, méthode de contrôle PWM à conduction à 120°, méthode de contrôle PWM échelonnée à 90°, déviation de potentiel du point neutre. méthode de contrôle PWM de suppression, méthode de contrôle PWM optimale de fréquence de commutation, méthode spécifique d'élimination des harmoniques d'ordre inférieur (SHEPWM), méthode de contrôle vectoriel spatial de tension d'onduleur à trois niveaux (SVPWM) et méthode de contrôle vectoriel spatial de tension de suppression d'écart potentiel de point neutre [2,3 ].
(2) Circuit de commande GTO
Le circuit d'entraînement GTO haute puissance doit d'abord résoudre les problèmes d'isolation et d'anti-interférence. Le signal d'impulsion de déclenchement du GTO dans l'onduleur de traction principal du train Shanghai Maglev est transmis par un câble à fibre optique, de sorte que les problèmes d'isolation et d'anti-interférence sont résolus, garantissant ainsi la précision de l'impulsion de déclenchement du GTO et assurant indirectement la sécurité de conduite du Maglev. Former. De plus, la clé pour savoir si le circuit d'entraînement GTO haute puissance peut fonctionner normalement réside dans l'alimentation électrique. L'amplitude de l'impulsion de déclenchement de la porte GTO doit être suffisamment élevée et son front montant doit être raide, tandis que son front descendant doit être plus doux. Pour répondre à cette exigence, l'alimentation électrique de l'entraînement de porte du GTO dans l'onduleur de traction principal du train Maglev est de 45 V/27 A, et le signal de bord arrière et le signal de tension de l'impulsion de déclenchement du GTO sont renvoyés au système de contrôle. De plus, l'onduleur de traction principal du train Shanghai Maglev adopte une variété de protections : protection contre les surtensions du disjoncteur de frein, limite de courant de protection contre les surintensités, interruption des impulsions et détection des défauts à la terre.
(3) Circuit d'absorption
Il existe de nombreux circuits d'absorption du GTO. Le circuit d'absorption de l'onduleur de traction principal à trois niveaux du train Shanghai Maglev est illustré à la figure 3. Le circuit d'absorption doit garantir que le di/dt et le du/dt du GTO ne dépassent pas les valeurs admissibles spécifiées lorsqu'il est fonctionnement. De cette façon, le circuit d'absorption du GTO doit avoir une inductance et un condensateur C. Sur la figure 3, les inductances L1, L2 et le GTO sont connectées en série pour limiter le di/dt du GTO. Les diodes D11, D12, la résistance R1 et l'inductance L1 forment le circuit de libération d'énergie de l'inductance elle-même. Les condensateurs C11 et C12 servent à limiter le du/dt du GTO, et les diodes D12 et D13 forment le circuit de libération d'énergie du condensateur. Par rapport au circuit d'absorption RCD, le circuit d'absorption ci-dessus ajoute un grand condensateur C12, de sorte que le condensateur d'absorption de désactivation C11 est la moitié de la valeur de capacité du circuit d'absorption RCD, de sorte que la perte est également réduite de moitié ; dans le même temps, le condensateur C12 joue un rôle de serrage de tension, utilisé pour supprimer la surtension de coupure du GTO. Pour un onduleur de 1500kva, la perte de ce circuit d'absorption est à peu près la même que celle du circuit d'absorption asymétrique.
Transformateur de type ER Transformateur à couplage Transformateur à noyau de ferrite 5V-36V
4 Conclusion
Le système d'alimentation électrique de traction du train maglev à grande vitesse de Shanghai présente les caractéristiques suivantes :
(1) Il adopte un moteur synchrone linéaire conventionnel à grande vitesse. L'ensemble du système d'alimentation électrique de traction est placé au sol et n'est pas limité par l'espace de la carrosserie du véhicule, ce qui favorise la méthode d'alimentation électrique en trois étapes la plus efficace ;
(2) il adopte la technologie de convertisseur à trois niveaux à point neutre adaptée aux occasions haute tension et haute puissance, évitant la connexion directe en série des thyristors GTO, de sorte que la capacité des appareils électroniques de puissance élevée puisse être pleinement utilisée ;
(3) Deux ensembles de ponts redresseurs réglables à 12 impulsions sont utilisés dans le convertisseur d'entrée, ce qui non seulement réduit les harmoniques et les interférences, mais supprime également la déviation du potentiel médian ;
(4) Les thyristors et les GTO utilisent des câbles à fibres optiques pour transmettre des signaux d'impulsion, ce qui présente des performances anti-interférences élevées. Le système d'alimentation électrique et de contrôle de traction est l'une des clés pour contrôler le fonctionnement sûr et stable des trains maglev. Son principe et sa structure nécessitent des recherches et des analyses plus approfondies.
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Heure de publication : 30 mai 2024