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高速铁路和城市轨道交通设备生产的发展现状

1. 引言

1.1 研究背景及意义

• 高速铁路和城市轨道交通在我国的发展具有重要的战略意义，为经济发展提供了强大的支撑。
• 高速动车组的牵引系统是分布式动力动车组的主要动力源，其高集成度、高成熟度、高可靠度、高稳定性是保证动车稳定、可靠的重要保证。
• 分布式功率动车组的研制，打破了常规动车与集电式混合动力动车的速度限制，时速从120公里到160公里每小时，每小时350公里。

2. 电力牵引交流传动系统的组成

2.1 电气系统的组成

• 电力动车的电力系统包括监控系统、传动控制系统、副传动系统和控制系统。
• 动车的主要驱动和控制系统的核心工作是利用动车的牵引力和功率来控制动车。

2.2 HXD3电力机车牵引系统主电路及其部件

• 网侧电路的构成包括轨道供电的弯头或接收靴子、高压电压互感器、真空主断路器、高压隔离开关、高压电流互感器、主变压器原边绕组、避雷器、低压互感器、倒相器等。
• 牵引变流器和牵引电动机电路的构成包括一对接触器、一输入电流互感器、充电电阻、四象限变流器、中间电器、PWM逆变器、输出电流互感器等。

2.3 辅助电路

• 三相辅助电路的构成包括主回路的单相AC、正弦波滤波电路等。
• 辅助变流器的构成包括四象限整流器、逆变电路、中间直流回路等。

2.4 牵引变压器的运行特点

• 牵引变压器的运行特点包括冲击性和不平衡性。

2.5 牵引供电系统概述

• 牵引供电系统的结构包括公用电网的地区总变电站引进的220 kV或110 kV三相AC电源，牵引变电站将其输出的高压降低到27.5 KV，然后通过馈电线、接触网和受电弓向电机车提供电能。

3. 控制电路的设计

3.1 控制电路各模块

• 机侧变流器模块的构成包括IGBT模组和GDU，其工作架构简化图表见图3.1。
• IGBT驱动电路的设计采用BEX841芯片，其引脚与IGBT状态关系见表3-1。

3.2 主控制系统

• 主控制系统以DSP单片机为核心，对TI公司TMS320F240进行了详细的分析。
• 电源转换的设计包括外部晶振和内部晶体振子组成和外部时钟信号源，其原理见图3.4。
• 片外程序和数据存储器采用FlashROM，其优点包括可编程擦除、不掉电、读写速度快容量大等。
• 时钟电路采用外置主动时钟模式，其原理见图3.5。
• 晶体振荡电路设计采用一组三个点阵的振荡器实现稳定的输出，其原理见图3.6。
• JTAG仿真接口电路的作用是在PCB板上进行软体工作，并在软体上进行测试。

3.3 检测与保护电路

• 电流检测与保护电路采用霍尔感应电路，其原理见图3.8。
• 电压检测与保护电路采用LM324来实现对低电平的测量和控制，其原理见图3.9。

4. 结论

• 本文首先概述了高速铁路和城市轨道交通设备生产的发展状况，并对其进行了理论和技术上的分析。
• 通过对CRH1和HXD3的控制电路进行了详细的研究，并从控制电路和牵引变压器的防护两个部分进行了详细的分析和设计。
• 未来可以进一步做的工作包括采用模块式的方式提高可靠性和易操作性，对各种类型的牵引变压器进行检测测试的原始可靠性进行适应性研究，对目前主要的城铁动车进行归类分析和设计。 """