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1、无轨电车交流驱动系统技术及发展技术与研究无轨电车交流驱动系统技术及发展王令苏剑王砚生内容提要:本文讨论了无轨电车交流驱动系统的技术特点及应用.由此认为从节能环保,技术先进性等方面考虑,采用交流驱动系统的无轨电车将是今后我国电车技术发展的主流.关键词:无轨电车交流驱动系统技术无轨电车作为一种绿色交通工具,以其零排放,无污染,低噪声及使用清洁,廉价能源的优势,从20世纪90年代开始,在世界范围内呈现出复苏和兴旺发展的景象.随着电力电子技术和变流技术的进步,能够更方便地采用现代控制技术实现无轨电车机电一体化的目标,交流驱动技术逐渐取代直流驱动技术,在新型无轨电车中得到应用和推广.1交流驱动技术直流驱
2、动系统具有优越的调速性能,调速范围宽广,调速特性平滑,直到20世纪80年代中期,它仍是国内外无轨电车的主要驱动方式.但直流电机体积和重量大,效率低,结构复杂,很难向大容量,高转速发展.直流电机机械换向结构易产生电火花,不适合在多尘,潮湿,易燃易爆环境中使用.因此,人们将目光转向了更先进的交流驱动系统.交流驱动系统作为无轨电车的心脏,为其提供动力来源,交流驱动技术性能的优劣直接决定了无轨电车整车的性能.无轨电车交流驱动系统主要由是周边密封.上端可采用整体式橡胶铰链结构,使侧舱门与其密封胶条紧密结合,可有效地解决工具箱漏水现象.左右两边可以将胶条直接用螺钉打在骨架上,利用门板与其密封.工具箱下部密
3、封采取了一种新形式(图3).做出一个角铁型件,下能源供给子系统,电气驱动子系统,机械传动子系统3部分组成,如图1所示.根据交流驱动系统中电机的选取方式不同,可分为异步电机驱动系统,永磁同步电机驱动系统和开关磁阻电机驱动系统,而目前国内外无轨电车上广泛采用的是最为成熟可靠的异步电机驱动系统.1.1异步电机驱动系统1.11异步电机无轨电车用异步电机具有转差率小,运行频率高的特点,采用变频调速方式时,转速与极数之间没有严格对应关系等特征.为此,无轨电车用异步电机设计方面有如下特点:(1)尽力扩大恒转矩区,使电机在高速运转时也能有较高转矩,而要提高转矩,则需尽量减小定转子之间的气隙,同时减小漏抗;(2
4、)更注重电机的电磁优化设计,使转矩,功率和效率等因素达到综合最优;(3)减少重量,体积,以增加与车体的适配性.1.1.2控制技术应用于异步电机的变频控制技术主要有3种:V/F控制,转差频_控减上制速I囡器箱肉函_/凼一蓄电池组lffJ电池管理系统Ii电气驱动子系统机械传动子系统图1无轨电车交流驱动系统构成图部开塞焊孔与工具箱下部骨架梁塞焊.插上特制胶条,此胶条前部与工具箱门板相贴,后部增加一个”尾巴”搭在工具箱底板上(此工具箱底板已在制作时留出余量).这样设计的好处是:工具箱内灰尘,杂质等不能掉入角铁槽中;而且起到将胶条和工具箱底板合为一体的作用,提高了表面质量.这样,一个独立的分体工具箱设计
5、完成(图4).3结束语MPB客车是我公司2007年开发的新产品,产品受到用户的各种好评.此种结构的工具箱为该车标准配置,满足了各类用户的需求.率控制,矢量控制.20世纪90年代以前主要以PWM方式实现V,/F控制和转差频率控制,但这2种控制技术因转速控制范围小,转矩特性不理想,难以满足无轨电车频繁起动,加减速等工况的需求.近年来,矢量控制技术以其优越的性能在无轨电车异步电机驱动系统中得到广泛应用.1.2永磁同步电机驱动系统1.2.1永磁同步电机从磁铁所处不同位置的结构上看,永磁同步电机可以分成表面型,镶嵌型,深埋式等结构型式.深埋式永磁同步电机因其有高的功率密度,有效的弱磁控制及方便的最大效率
6、控制而在无轨电车应用领域受到青睐.深埋式永磁同步电机在结构设计方面主要有以下2个特征:(1)转子磁铁使用埋入式;(2)采用多极化设计.12.2控制技术深埋式永磁同步电机转子的铁心直接与空气接触增加了空气磁链,且电机中电枢反映电抗很大,q轴电抗和d轴电抗差别很大,弱磁控制很容易实现,采用最小转矩控制和最大效率控制方法可以有效地控制阻抗转矩.1.3开关磁阻电机驱动系统131开关磁阻电机开关磁阻电机具有结构简单可靠,在较宽转速和转矩范围内具有高效运行,控制灵活,可四象限运行,响应速度快,成本较低等特点.但是由于其转矩波动大,噪声大,控制复杂,目前应用还受到限制.1.32控制技术开关磁阻电机的控制方式
7、,在低速时采用电流斩波控制,以获得恒转矩特性,在高速时采用角度位置控制,以获得恒功率特性.为了提高开关磁阻电机的动态性能和力能指标,目前基于现代控制理论与智能控制理论的控制技术在开关磁阻电机驱动系统中的应用研究正在成为热门.2交流驱动技术在国内无轨电车上的应用至2008年,我国共拥有无轨电车约2200台,主要分布于北京,广州,上海等l3个城市.2005年,第一辆装载了交流驱动系统的无轨电车样车在北京试验成功,200”/年,首批l00辆交流驱动的低地板豪华空调无轨电车正式投入北京107,和108公交线路运营,结束了我国无轨电车行业一直以来使用直流传动系统的落后局面.200”7年5月,30辆装载了
8、交流驱动系统的12m无轨电车在广州投入运营.表1无轨电车整车技术参数整车制造商北京京华客车北京京华客车珠海广通,有限责任公司有限责任公司广州骏威投放时问,2o08年6o辆2008年1oo辆2007年3O辆数量,城市(北京)(北京)(广州)车身长度/m121511整备质量/t141812满载质量/t182517最高车速/kmllh55km/h55km/h55最大加速度/m/s111线网电压额定电压:DC600V电压波动范围:D0450720V蓄电池电压额定电压:DC432V最低电压:D0320V注:2008年160辆无轨电车包括6o辆12m车和100辆15m车,其中6O辆12m车与2007年10
9、O辆12m车的技术参数相同,在此表中不再重述.技术与研究目前已有160套交流驱动系统正在北京京华客车进行装车调试,部分无轨电车整车的主要技术参数下见表1.2.1系统功能交流驱动系统采用双电源供电模式,主要功能为将来自接触网或蓄电池的电能转化为车轮的机械能.当由线网供电时,集电器从DC600V接触网取电,给控制器供电.当脱线运行时,直接由蓄电池给控制器供电.在牵引工况下,控制器将直流电转换成三相交流电,供给三相鼠笼式异步电机,再通过减速箱的减速和传动轴的传动,驱动车桥和车轮.在制动工况下,异步电机将机械能转化为电能.当由线网供电时,电能消耗到制动电阻上.当由蓄电池供电时,反馈的电能先给蓄电池充电
10、,当蓄电池吸收能力受限制时,剩余能量再消耗在制动电阻上.2.2系统设计221控制器设计控制器的任务是将来自接触网或蓄电池的直流电转换成三相变频变压的交流电,给异步电机供电.控制器由开关箱和主控器组成,其中开关箱主要包含预充电回路.控制器的主要有以下设计特点.(1)采用2点式逆变器.(2)整体式铝散热器.(3)IGBT作为主开关器件.(4)改进型低感复合母排.(5)支撑电容采用电力电容器,具有高电压,大电流,低电感及寿命长等特征.不仅使得电路连接大大简化,结构更加简单,而且极大地提高了整个系统的可靠性.(6)控制电路采用隔离式开关电源,提高了系统绝缘和抗干扰能力.(7)强迫风冷.(8)全密封结构
11、,提高了整体2009-9娥4辐31技术与研究大中型客车非独立式空调系统的选配设计赵天放邹全民袁妮枨艳梅内容提要:目前,我国大中型客车大部分采用非独立式空调系统.本文从客车企业的角度,详细介绍了如何根据客车的大小,用途及运行环境设计选配合适的非独立式空调系统.关键词:大中型客车非独立式空调选配设计汽车安装空调系统,给司乘及乘客创造了舒适的环境,改善了乘坐环境,减轻了旅途疲劳,从而也提高了工作效率和安全性.随着社会的发展和人们生活水平的提高,汽车空调系统正逐渐成为大中型客车的标准配置.本文重点讨论的是单冷非独立式空调.防护等级.(9)具有较完善的保护功能,如过压,欠压,过流,控制器超温,异步电机超
12、温及异步电机超速等保护功能,为驱动系统的可靠运行提供保证.由于开关元件在快速关断过程中di/dt很大,产生较大的尖峰电压,其值为u=Ls(di/dt),Ls为线路中的杂散电感及元器件上的分布电感的总和.在控制器设计时IGBT元件之间及与支撑电容的连接使用低电感母排(Busbar),如图2所示.通过这一设计方案,不仅减少了线路上的杂散电感,而且省去了吸收电路,使电路更为简洁可靠,控制器结构更为紧凑.”Busbar”的基本构造是多层结构的连接母线,使流过母线上的正负电流方向相反,抵消线路上的差模杂散电感.图2低电感母排结构图32皈4妊2009-91汽车空调的类型和特点1.1按驱动方式分类客车空调根
13、据驱动方式不同可分为独立式空调和非独立式空调.独立式空调就是配备专门的副发动机作为压缩机的动力源,而非独立式空调是由汽车主发动机直接驱动2.2.2异步电机设计异步电机为4极三相鼠笼式异步电机.安装在车辆后桥的后部,通过减速箱与后桥相连.其作用是将电能转换成驱动车辆运行的旋转机械能.异步电机根据逆变器供电的特点进行了特殊设计,目的在于降低脉动转矩,损耗和噪声,具有以下主要设计特点:(1)定子采用了新型无机壳结构,提高散热性能;(2)采用耐电晕绝缘结构,防止逆变器du/dt以及尖峰电压对电机绝缘的冲击;(3)铸铝转子;(4)全封闭结构,提高了整体防护等级.2.23控制方式为了提高交流驱动系统的动态
14、响应能力,降低系统的噪声,使系统效率最优.在北京无轨电车交流驱动系统中分别采用了矢量控制技术与直接转矩控制技术,均达到了很好的效果.2.3系统特点压缩机.1.1.1独立式空调独立式空调是指单独用一个发动机带动空调压缩机,其制冷系统不受主发动机的影响.只有大型和特大型客车才有足够的空间安装独立式空调,在独立式空调系统中,压缩机转速基本不变.北京无轨电车交流传动系统具有以下特点:(1)体积小,重量轻,防护等级高,适合低地板的车体布置;(2)具有非常大的功率裕量,恒功范围宽,爬坡动力强劲,可在12%的坡度上连续运行;(3)双电源运行模式,电压适应范围宽,工作电压范围可达DC300750V;(4)良好的二次绝缘设计,满足无轨电车特殊的安全和运行要求;(5)适合于变频牵引的专业化电机设计,电机采用了耐电晕的绝缘结构,高可靠性的轴承系统;(6)完全的自主知识产权,可针对无轨电车的不同工况需求,对软件进行优化调整.3结束语交流驱动系统动力性优良,操控性好,噪声低,在国内无轨电车的成功应用,说明该系统的扩展性强,完全可在我国
