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公铁车牵引传动系统分析

传动系统公铁车以其机动灵活、自重轻而牵引力大、经济效益好、运用成本低的优势特点迅速占领市场份额。电气牵引传动系统是公铁车能否正常安全运行的关键。本文整车采用铅酸蓄电池组供电,经牵引逆变器控制一台交流异步牵引电机实现驱动。每车库配备一套备用电池和充电机,司机室操纵台设置各种操作开关、指示灯,车身布车辆公路、铁路运行,置照明、限位、急停等辅助装置。

1方案设计

1.1主要参数。传动方式:直-交电传动;持续速度:8km/h;最高速度:22km/h;动力蓄电池:阀控式密封铅酸蓄电池;牵引电机:三相异步交流电机;电制动方式:再生制动、电阻制动;网络通信协议:CAN。中央控制器:电压等级:DC24V±5%;通信接口:Canopen、RS485、CAN2.0。中央控制器是整个控制系统的主机,用于系统内各类拥有总线的供电组件、电机驱动组件、信号接口组件、人机接口的状态收集,逻辑运算,运动控制和指令发送。中央控制器的运行方式:①上电后,配置总线上各组件的参数,初始化各组件。②将运行指令发送给各组件,并同时读取各组件的状态。③依据各组件的状态,进行逻辑运算、运动控制等。④重复步骤②。1.2主电路。主电路如图1包括动力蓄电池组、24V起动蓄电池、整流/制动单元、牵引逆变器、交流异步牵引电机、辅助逆变器、制动电阻及升降压单元。动力蓄电池由24串12V,58Ah铅酸蓄电池组成,蓄电池性能符合EN60254标准。整流/制动单元包含一个整流单元,一个预充电电路,和一个斩波制动单元。车辆起动时,由钥匙开关闭合起动蓄电池接触器,控制系统及24V应急直流负载通电,此时通过控制系统自检无故障,动力蓄电池组接触器闭合,整车动力系统上电,车辆达到运行状态,车载DC/DC模块可向直流负载供电,也可向起动蓄电池充电。当起动蓄电池故障时,闭合操纵台内的应急起动蓄电池断路器,通过动力蓄电池两组抽头为控制系统供电完成车辆起动。车辆运行时由蓄电池组通过升压模块给直流母线供给电能,向牵引逆变器、辅助逆变器供电,辅助逆变器驱动液压泵电机完成前后导向升降,牵引逆变器驱动牵引电机控制车辆行驶。电制动时,牵引电机作为发电机通过主逆变器向直流母线供电,通过升降压单元给动力蓄电池充电,在电池充满,直流母线电压继续升高时,可通过制动电阻耗散。1.3牵引特性。满载动车和拖车可在10%公路坡道起动;可在30‰铁路坡道上以最大速度22km/h运行;一辆空载动车救援一辆满载的无动力动车+拖车,能正常在最大40‰的坡道上起动,并正常运行到下一站。

2控制要求

整车控制器完成公路、公铁转换、铁路三种模式下车辆运行和状态监控,通过控制牵引系统、牵引蓄电池管理系统、液压阀块、制动阀块、其它辅助设备,来实现整车运行和故障显示。控制框图见图2。公路模式下,导向轮升起,胶轮在公路路面运行。铁路运行模式下,前胶轮脱离轨面,通过前导向轮、后胶轮和后导向轮在轨面上运行。由油门踏板向车辆控制系统发出指令,控制电机牵引驱动。由制动脚踏车辆制动工况,前行程80%对应电制动,后行程20%对应液压最大制动。牵引和电制动采用无级方式,对应不同的牵引和制动力从而调节车辆牵引力和速度。整车控制器与牵引控制系统、动力蓄电池管理系统之间使用CAN进行通信及控制。车辆在电机转速降到零时有自动上电制动的零速锁定功能,当给油门或制动信号时,此功能自动解除。车辆起动平稳无冲击。控制系统包括功能按钮、显示装置、传感器及电子油门/制动踏板。

3地面充电

当车辆返回车库后关闭整车电源,开启车库电源和充电机,将充电插头与充电插座保持连接,打开操纵台“充电”开关,此时车载BMS和车辆中央控制器、控制显示屏由车库电源供电共同检测车载蓄电池状态,当检测到容量不足80%时,将自动充电。车辆处于充电状态时不能牵引。

4总结

本文主要是对某公铁车电气牵引传动系统设计的一般流程进行分析,成果已在实际项目中应用,满足客户需求,得到较好的效果。设计过程和原则对于以后设计工作有参照价值。

参考文献:

[1]段晓,郭明果,时洪光.一种公铁两用轨道车方案设计[J].机电产品开发与创新,2011(01).

[2]刘娇,徐国佑.电动汽车驱动电机选型及制造简介[J].电机技术,2015(03).

作者:梁继云 单位:中车四方车辆有限公司

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