Il treno maglev ad alta velocità operante a Shanghai è un treno maglev TR08 importato dalla Germania, che utilizza un motore sincrono lineare a statore lungo e un sistema di levitazione a conduzione di corrente costante. Il suo sistema di alimentazione di trazione è mostrato nella Figura 1 ed è costituito da componenti principali come un trasformatore ad alta tensione (110 kv/20 kv), un trasformatore di ingresso, un convertitore di ingresso, un inverter e un trasformatore di uscita.
Il sistema di alimentazione di trazione del treno maglev viene convertito dalla tensione di rete di 110 kv a 20 kv attraverso un trasformatore ad alta tensione, quindi convertito in una tensione CC di ±2500 v dal trasformatore di ingresso e dal convertitore di ingresso. La tensione CC proveniente dal collegamento CC viene convertita in alimentazione CA trifase con frequenza variabile (0~300 Hz), ampiezza variabile (0~×4,3 kv) e angolo di fase regolabile (0~360°) da un connettore trifase inverter a due punti.Il convertitore di trazione del treno maglev ha due modalità di funzionamento:
(1) La modalità di uscita diretta della modulazione di larghezza di impulso dell'inverter è la modalità di uscita quando il motore funziona a bassa frequenza, con una frequenza di commutazione di 0~70Hz. A questo punto, due serie di inverter a tre punti sono collegati in parallelo e l'uscita è collegata tramite l'avvolgimento primario del trasformatore di uscita come mostrato nella Figura 1. In questo momento, l'avvolgimento primario del trasformatore di uscita è equivalente a un reattore di bilanciamento parallelo e svolge anche un ruolo di filtraggio.
(2) La modalità di uscita del trasformatore è la modalità di uscita quando il motore funziona ad alta frequenza, con una frequenza di commutazione di 30Hz~300Hz. A questo punto, i due gruppi di inverter nel convertitore di trazione principale sono collegati in serie al lato primario del trasformatore di uscita e l'uscita viene emessa dopo che il trasformatore di uscita ha aumentato la tensione.
Trasformatore EFD Trasformatore EI Trasformatore PQ
3.1 Convertitore di ingresso
Lo stadio anteriore del convertitore di ingresso è costituito da un trasformatore ad alta tensione e da un trasformatore di ingresso. Il trasformatore di ingresso è costituito da due trasformatori raddrizzatori, la cui funzione è quella di ridurre la tensione della rete ad alta tensione attraverso il trasformatore secondario e quindi inviarla al convertitore di ingresso. Per i trasformatori raddrizzatori ad alta tensione di grande capacità, al fine di migliorare l'efficienza di rettifica, vengono utilizzati due set di ponti raddrizzatori a 6 impulsi. Ogni serie di trasformatori raddrizzatori è alimentata da due serie di avvolgimenti trifase, una giunzione a y e una giunzione a d. Il sistema del convertitore statico adotta uno schema di tre trasformatori monofase a tre avvolgimenti, che sono collegati per formare lo schema del trasformatore raddrizzatore del gruppo y/y, d mostrato nella Figura 2 attraverso la connessione prescritta di ciascun avvolgimento. I suoi principali vantaggi sono:
(1) Piccola capacità di riserva, più economica;
(2) Piccola capacità singola, più facile da soddisfare i requisiti di trasporto per le dimensioni del dispositivo;
(3) I tre avvolgimenti possono essere disposti sulla stessa colonna centrale, il che aiuta a ridurre la perdita armonica del trasformatore.
Per controllare la tensione del collegamento CC del circuito intermedio e ridurre l'eccitazione lato rete, ciascun raddrizzatore del sistema è composto da un ponte raddrizzatore trifase a sei impulsi completamente controllato e un ponte raddrizzatore trifase a sei impulsi non controllato in serie, come mostrato nella Figura 2. In questo modo, i due gruppi di raddrizzatori sono collegati in serie e il punto centrale è messo a terra tramite un'elevata resistenza (come mostrato nella Figura 1), formando un collegamento CC del circuito intermedio a tre potenziali . La tensione del collegamento CC è controllabile e varia da 2×1500 V a 2×2500 V e la corrente nominale è 3200 A. Per ottenere una corrente continua uniforme, nel circuito intermedio è collegata in serie una reattanza di livellamento. Allo stesso tempo, per evitare sovratensioni sul ponte raddrizzatore e sul collegamento CC, viene adottata la protezione da sovratensione lato CC. Nel circuito intermedio del circuito intermedio si trovano tiristori e resistenze ad alta potenza con protezione da scarica come dispositivi di assorbimento lato CC per sopprimere la sovratensione. Inoltre, il punto intermedio del collegamento CC del circuito intermedio è messo a terra tramite una protezione ad alta resistenza e dispone di un indicatore di guasto verso terra.
3.2 Invertitore di trazione
(1) Struttura dell'inverter
La struttura di una fase nell'inverter trifase del treno Maglev di Shanghai è mostrata nella Figura 3. Il tubo principale adotta il dispositivo di controllo completo GTO. Il circuito principale adotta due tubi principali in serie con un diodo di serraggio nel punto medio. Questo circuito è anche chiamato inverter a tre punti (o punto medio a tre livelli integrato). Ciò può ridurre della metà la tensione di tenuta del tubo principale. Allo stesso tempo, con la stessa frequenza di commutazione e modalità di controllo, le armoniche della tensione o della corrente di uscita sono inferiori a quelle del due livelli e anche la tensione di modo comune generata dalla tensione di uscita all'estremità del motore è inferiore , il che è utile per prolungare la durata del motore.
I quattro tubi principali di ciascun braccio del ponte di fase hanno tre diverse combinazioni on-off ed emettono rispettivamente tensioni diverse (vedere Tabella 1). La tensione di picco del GTO principale è 4,5 kV e la corrente di picco è 4,3 ka. L'inverter a tre punti richiede che i principali V1 e V4 non possano essere accesi contemporaneamente e che gli impulsi di controllo di V1 e V3, V2 e V4 siano reciprocamente opposti. Inoltre, la conversione principale on-off di cui sopra deve rispettare il principio di prima spegnimento e poi accensione.
L'inverter a tre livelli è sviluppato sulla base dell'inverter a due livelli. L'introduzione della tecnologia di controllo matura dell'inverter a due livelli nell'inverter a tre livelli ha formato una varietà di strategie di controllo dell'inverter. Allo stato attuale, le strategie di controllo più mature utilizzate per gli inverter a tre livelli sono: metodo di controllo a impulso singolo, metodo di controllo SPWM a doppia onda di modulazione superiore e inferiore, metodo di controllo PWM a conduzione a 120°, metodo di controllo PWM sfalsato in fase a 90°, deviazione potenziale del punto neutro metodo di controllo PWM con soppressione, metodo di controllo PWM ottimale della frequenza di commutazione, metodo specifico di eliminazione delle armoniche di ordine basso (SHEPWM), metodo di controllo vettoriale spaziale della tensione dell'inverter a tre livelli (SVPWM) e metodo di controllo vettoriale spaziale della tensione di soppressione della deviazione del potenziale del punto neutro [2,3 ].
(2) Circuito di azionamento GTO
Il circuito di azionamento GTO ad alta potenza deve prima risolvere i problemi di isolamento e anti-interferenza. Il segnale dell'impulso di attivazione di GTO nell'inverter di trazione principale del treno Maglev di Shanghai viene trasmesso tramite cavo in fibra ottica, quindi i problemi di isolamento e anti-interferenza vengono risolti, garantendo così la precisione dell'impulso di attivazione GTO e garantendo indirettamente la sicurezza di guida di Maglev Treno. Inoltre, la chiave per verificare se il circuito di azionamento GTO ad alta potenza può funzionare normalmente risiede nell'alimentatore. L'ampiezza dell'impulso di trigger del gate GTO dovrebbe essere sufficientemente elevata e il suo bordo iniziale dovrebbe essere ripido, mentre il bordo finale dovrebbe essere più delicato. Per soddisfare questo requisito, l'alimentazione del gate drive di GTO nell'inverter di trazione principale del Maglev Train è 45 V/27 A e il segnale del bordo di uscita e il segnale di tensione dell'impulso di trigger GTO vengono inviati al sistema di controllo. Inoltre, l'inverter di trazione principale del treno Shanghai Maglev adotta una varietà di protezioni: protezione da sovratensione dell'interruttore del freno, limite di corrente di protezione da sovracorrente, interruzione dell'impulso e rilevamento dei guasti a terra.
(3) Circuito di assorbimento
Esistono molti circuiti di assorbimento di GTO. Il circuito di assorbimento dell'inverter di trazione principale a tre livelli del treno Shanghai Maglev è mostrato in Figura 3. Il circuito di assorbimento deve garantire che di/dt e du/dt del GTO non superino i valori consentiti specificati quando è lavorando. In questo modo, il circuito di assorbimento del GTO deve avere un induttore e un condensatore C. In Figura 3, gli induttori L1, L2 e GTO sono collegati in serie per limitare il di/dt del GTO. I diodi D11, D12, il resistore R1 e l'induttore L1 costituiscono il circuito di rilascio dell'energia dell'induttore stesso. I condensatori C11 e C12 vengono utilizzati per limitare il du/dt del GTO e i diodi D12 e D13 formano il circuito di rilascio dell'energia del condensatore. Rispetto al circuito di assorbimento RCD, il circuito di assorbimento sopra aggiunge un grande condensatore C12, quindi il condensatore di assorbimento di spegnimento C11 è la metà del valore di capacità del circuito di assorbimento RCD, quindi anche la perdita è ridotta della metà; allo stesso tempo, il condensatore C12 svolge un ruolo di limitazione della tensione, che viene utilizzato per sopprimere la sovratensione di spegnimento del GTO. Per un inverter da 1500kva la perdita di questo circuito di assorbimento è all'incirca uguale a quella del circuito di assorbimento asimmetrico.
Trasformatore di tipo ER Trasformatore di tipo accoppiamento Trasformatore con nucleo in ferrite 5V-36V
4 Conclusione
Il sistema di alimentazione di trazione del treno maglev ad alta velocità di Shanghai ha le seguenti caratteristiche:
(1) Adotta un motore sincrono lineare convenzionale ad alta velocità. L'intero sistema di alimentazione di trazione è posizionato a terra e non è limitato dallo spazio della carrozzeria del veicolo, il che favorisce il metodo di alimentazione in tre fasi più efficace;
(2) Adotta la tecnologia del convertitore a tre livelli con bloccaggio del punto neutro adatta per occasioni ad alta tensione e alta potenza, evitando la connessione in serie diretta dei tiristori GTO, in modo che la capacità dei dispositivi elettronici di potenza ad alta potenza possa essere pienamente utilizzata;
(3) Nel convertitore di ingresso vengono utilizzati due set di ponti raddrizzatori regolabili a 12 impulsi, che non solo riducono le armoniche e le interferenze, ma sopprimono anche la deviazione del potenziale del punto medio;
(4) I tiristori e i GTO utilizzano cavi in fibra ottica per trasmettere segnali di impulsi, che hanno elevate prestazioni anti-interferenza. Il sistema di alimentazione e controllo della trazione è una delle chiavi per controllare il funzionamento sicuro e stabile dei treni maglev. Il suo principio e la sua struttura necessitano di ulteriori ricerche e analisi.
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Orario di pubblicazione: 30 maggio 2024