O trem maglev de alta velocidade operado em Xangai é um trem maglev TR08 importado da Alemanha, que usa um motor síncrono linear de estator longo e um sistema de levitação por condução de corrente constante. Seu sistema de alimentação de tração é mostrado na Figura 1 e consiste em componentes principais como um transformador de alta tensão (110kv/20kv), um transformador de entrada, um conversor de entrada, um inversor e um transformador de saída.
O sistema de alimentação de tração do trem maglev é convertido da tensão da rede de 110kv para 20kv por meio de um transformador de alta tensão e, em seguida, convertido para uma tensão CC de ± 2500v pelo transformador de entrada e pelo conversor de entrada. A tensão CC do link CC é convertida em energia CA trifásica com frequência variável (0 ~ 300 Hz), amplitude variável (0 ~ × 4,3 kv) e ângulo de fase ajustável (0 ~ 360 °) por um trifásico três -inversor de ponto.O conversor de tração do trem maglev possui dois modos de funcionamento:
(1) O modo de saída direta da modulação por largura de pulso do inversor é o modo de saída quando o motor funciona em baixa frequência, com uma frequência de comutação de 0 ~ 70 Hz. Neste momento, dois conjuntos de inversores de três pontos são conectados em paralelo e a saída é conectada através do enrolamento primário do transformador de saída conforme mostrado na Figura 1. Neste momento, o enrolamento primário do transformador de saída é equivalente a um reator de balanceamento paralelo e também desempenha um papel de filtragem.
(2) O modo de saída do transformador é o modo de saída quando o motor funciona em alta frequência, com uma frequência de comutação de 30Hz ~ 300Hz. Neste momento, os dois conjuntos de inversores no conversor de tração principal são conectados em série ao lado primário do transformador de saída, e a saída é emitida após o transformador de saída aumentar a tensão.
Transformador EFD Transformador EI Transformador PQ
3.1 Conversor de entrada
O estágio frontal do conversor de entrada consiste em um transformador de alta tensão e um transformador de entrada. O transformador de entrada é composto por dois transformadores retificadores, cuja função é reduzir a tensão da rede de alta tensão através do transformador secundário e depois enviá-la ao conversor de entrada. Para transformadores retificadores de alta tensão de grande capacidade, a fim de melhorar a eficiência da retificação, são utilizados dois conjuntos de pontes retificadoras de 6 pulsos. Cada conjunto de transformadores retificadores é alimentado por dois conjuntos de enrolamentos trifásicos, uma junção y e uma junção d. O sistema conversor estático adota um esquema de três transformadores monofásicos de três enrolamentos, que são conectados para formar o esquema do transformador retificador do grupo y/y, d mostrado na Figura 2 através da conexão prescrita de cada enrolamento. Suas principais vantagens são:
(1) Pequena capacidade ociosa, mais econômica;
(2) Pequena capacidade única, mais fácil de atender aos requisitos de transporte para o tamanho do dispositivo;
(3) Os três enrolamentos podem ser dispostos na mesma coluna central, o que ajuda a reduzir a perda harmônica do transformador.
A fim de controlar a tensão do barramento CC do circuito intermediário e reduzir a excitação do lado da rede, cada retificador do sistema é composto por uma ponte retificadora trifásica de seis pulsos totalmente controlada e uma ponte retificadora não controlada trifásica de seis pulsos. em série, conforme mostrado na Figura 2. Dessa forma, os dois conjuntos de retificadores são conectados em série, e o ponto intermediário é aterrado através de uma alta resistência (conforme mostrado na Figura 1), formando um circuito intermediário de três potenciais. . A tensão do link CC é controlável, variando de 2×1500V a 2×2500V, e a corrente nominal é 3200A. Para obter uma corrente CC suave, um reator de suavização é conectado em série no circuito intermediário. Ao mesmo tempo, para evitar sobretensão na ponte retificadora e no link CC, é adotada proteção contra sobretensão no lado CC. No circuito intermediário do barramento CC, existem tiristores e resistores de alta potência com proteção contra descarga como dispositivos de absorção do lado CC para suprimir sobretensões. Além disso, o ponto intermediário do barramento CC do circuito intermediário é aterrado através de proteção de alta resistência e possui display de falha à terra.
3.2 Inversor de tração
(1) Estrutura do inversor
A estrutura de uma fase no inversor trifásico do Trem Maglev de Xangai é mostrada na Figura 3. O tubo principal adota o dispositivo de controle total GTO. O circuito principal adota dois tubos principais em série com um diodo de fixação no ponto médio. Este circuito também é chamado de inversor de três pontos (ou ponto médio de três níveis incorporado). Isso pode reduzir a tensão suportável do tubo principal pela metade. Ao mesmo tempo, sob a mesma frequência de comutação e modo de controle, os harmônicos de sua tensão ou corrente de saída são menores que os de dois níveis, e a tensão de modo comum gerada pela tensão de saída na extremidade do motor também é menor , o que é benéfico para prolongar a vida útil do motor.
Os quatro tubos principais de cada braço da ponte de fase têm três combinações liga-desliga diferentes e produzem tensões diferentes, respectivamente (consulte a Tabela 1). A tensão de pico do GTO principal é 4,5kV e a corrente de pico é 4,3ka. O inversor de três pontos exige que os principais V1 e V4 não possam ser ligados ao mesmo tempo e os pulsos de controle de V1 e V3, V2 e V4 sejam mutuamente opostos. Além disso, a conversão liga-desliga principal acima deve obedecer ao princípio de primeiro desligar e depois ligar.
O inversor de três níveis é desenvolvido com base no inversor de dois níveis. A introdução da tecnologia de controle madura do inversor de dois níveis no inversor de três níveis formou uma variedade de estratégias de controle do inversor. Atualmente, as estratégias de controle mais maduras usadas para inversores de três níveis são: método de controle de pulso único, método de controle SPWM de onda de modulação dupla superior e inferior, método de controle PWM de condução de 120°, método de controle PWM escalonado de fase de 90°, desvio potencial de ponto neutro método de controle PWM de supressão, método de controle PWM ideal de frequência de comutação, método específico de eliminação de harmônicos de baixa ordem (SHEPWM), método de controle vetorial espacial de tensão de inversor de três níveis (SVPWM) e método de controle vetorial espacial de tensão de supressão de desvio potencial de ponto neutro [2,3 ].
(2) Circuito de acionamento GTO
O circuito de acionamento GTO de alta potência deve primeiro resolver os problemas de isolamento e anti-interferência. O sinal de pulso de disparo do GTO no inversor de tração principal do Trem Maglev de Xangai é transmitido por cabo de fibra óptica, de modo que os problemas de isolamento e anti-interferência são resolvidos, garantindo assim a precisão do pulso de disparo do GTO e garantindo indiretamente a segurança de condução do Maglev Trem. Além disso, a chave para saber se o circuito de acionamento GTO de alta potência pode funcionar normalmente está na fonte de alimentação. A amplitude do pulso de disparo da porta GTO deve ser alta o suficiente e sua borda de ataque deve ser íngreme, enquanto a borda de fuga deve ser mais suave. Para atender a esse requisito, a fonte de alimentação do acionamento do portão do GTO no inversor de tração principal do Trem Maglev é de 45V/27A, e o sinal da borda de fuga e o sinal de tensão do pulso de disparo do GTO são enviados de volta ao sistema de controle. Além disso, o inversor de tração principal do Trem Maglev de Xangai adota uma variedade de proteções: proteção contra sobretensão do disjuntor do freio, limite de corrente de proteção contra sobrecorrente, interrupção de pulso e detecção de falha à terra.
(3) Circuito de absorção
Existem muitos circuitos de absorção de GTO. O circuito de absorção do inversor de tração principal de três níveis do Trem Maglev de Xangai é mostrado na Figura 3. O circuito de absorção deve garantir que di/dt e du/dt do GTO não excedam os valores permitidos especificados quando for trabalhando. Desta forma, o circuito de absorção do GTO deve possuir um indutor e um capacitor C. Na Figura 3, os indutores L1, L2 e o GTO são ligados em série para limitar o di/dt do GTO. Os diodos D11, D12, o resistor R1 e o indutor L1 formam o circuito de liberação de energia do próprio indutor. Os capacitores C11 e C12 são usados para limitar o du/dt do GTO, e os diodos D12 e D13 formam o circuito de liberação de energia do capacitor. Comparado com o circuito de absorção RCD, o circuito de absorção acima adiciona um grande capacitor C12, de modo que o capacitor de absorção de desligamento C11 é metade do valor de capacitância do circuito de absorção RCD, então a perda também é reduzida pela metade; ao mesmo tempo, o capacitor C12 desempenha uma função de fixação de tensão, que é usado para suprimir a sobretensão de desligamento do GTO. Para um inversor de 1500kva, a perda deste circuito de absorção é aproximadamente a mesma do circuito de absorção assimétrico.
Transformador tipo ER Transformador tipo acoplamento Transformador de núcleo de ferrite 5V-36V
4 Conclusão
O sistema de fornecimento de energia de tração do trem maglev de alta velocidade de Xangai tem as seguintes características:
(1) Adota motor síncrono linear convencional de alta velocidade. Todo o sistema de alimentação de tração é colocado no solo e não é limitado pelo espaço da carroceria do veículo, o que conduz ao método de alimentação de energia em três etapas mais eficaz;
(2) Adota a tecnologia de conversor de três níveis fixado em ponto neutro adequada para ocasiões de alta tensão e alta potência, evitando a conexão direta em série de tiristores GTO, para que a capacidade de dispositivos eletrônicos de alta potência possa ser totalmente utilizada;
(3) Dois conjuntos de pontes retificadoras ajustáveis de 12 pulsos são usados no conversor de entrada, o que não apenas reduz harmônicos e interferências, mas também suprime o desvio do potencial do ponto médio;
(4) Tiristores e GTOs utilizam cabos de fibra óptica para transmitir sinais de pulso, que possuem alto desempenho anti-interferência. O sistema de fornecimento de energia e controle de tração é uma das chaves para controlar a operação segura e estável dos trens maglev. O seu princípio e estrutura necessitam de mais investigação e análise.
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Horário da postagem: 30 de maio de 2024