Q2: 为什么输出端是交流?而不是直流呢?
答案是想用交流电机。这玩意是1888年特斯拉发明的,它与直流电机相比,具有功率大,体积小,质量轻,便于控制,维修等优点。在这里暂不展开。
Q3: 为什么中间端要增加直流?而不直接是"交-交"呢?
这主要是一个技术问题,当前工程技术无法满足"交流-交流"变频变压控制的即时性。(之前没有明确提出,据知友提醒补充,感谢)
怎么办呢? 那就在"交流-交流"之间建立一个"缓冲带",这就是"中间直流电路"。直流环节可以储存电能,缓冲电压的剧烈变化,而使得变频变压控制较好("直流-交流"控制)。此外,"交流-交流"之间功率因数也较低,谐波太大,对电气设备有危害。
至此,"交-直-交"就说完了。这种牵引传动方式现已成为干线铁路的主流,被世界各国广泛采用了。
知道了CRH动车组的牵引传动方式,那我们就具体来看看,动车组是如何通过"交-直-交"让车跑起来的,这里面又有哪些设备呢?
1."降压"神器——「变压器」
从前面我们已经知道,接触网的网压高达25kV,这么高的电压让电机怎么玩呀。所以,我们需要降压。
那降压靠什么?牵引变压器。
牵引变压器用来把接触网上取得的25 kV高压电变换为供给牵引变流器及电动机、电器工作所适合的电压,其工作原理与普通电力变压器相同。——Ref. 7
具体关于变压器的知识就不展开了。你只要知道它的主要功能是交流降压就得了。
CRH2A的变压器型号是ATM9。长这样。
ATM9型变压器-pic fr. Ref. 2
技术参数如下:
· 输入(from受电弓):交流 25kV; 50Hz; 122A
· 输出(to整流器):交流1500V; 50Hz; 857×2A(牵引绕组)
· 外形尺寸(长×宽×高):2.57m×2.3m×0.835m
· 重量:2910kg
从技术参数可知,这这玩意其实挺重、挺大的。将近6000斤,比快捷酒店的大床还大。
2."交变直,直变交"的神器——「牵引变流器」
从前面我们已经得知,动车组的牵引传动方式是"交-直-交",那么它是靠什么实现呢?
那就是动车组的关键部件——牵引变流器。
牵引变流器主要由整流器,逆变器以及中间直流电路组成。它长这样。
牵引变流器-pic fr. Internet
下面主要说说整流器与逆变器这两个部件。
1) 交流变直流——整流器
整流器是牵引传动系统的电源侧变流器,列车牵引运行时,将牵引变压器的牵引绕组输出的单相交流变换成直流电。——Ref. 7
具体关于整流器的知识也不展开了。你只要知道它的主要部件是IGBT,在列车牵引运行时,通过开关的切换,以PWM斩波方式把交流电变成了直流电。
CRH2A车的整流器具体长这样。
整流器-pic fr. Ref. 2
技术参数如下:
· 输入(from牵引变压器):交流1500V、50Hz
· 输出(to中间直流):600V~3000V内(按速度范围变化可调) 432A
· 外形尺寸(长×宽×高):0.55m×1.015m×0.61m
· 重量:190kg
2) 直流变交流——逆变器
逆变器是牵引传动系统的电动机驱动侧变流器,列车牵引运行时,将中间直流环节的直流电压变换成电压、电流、频率按照牵引特性要求控制的三相交流电,并保证三相电压对称、电流尽量接近正弦,减少谐波及电压不对称对牵引电机的影响。——Ref. 7
具体关于逆变器的知识也不展开了。你只要知道它的主要部件是IGBT, 在列车牵引运行时,通过开关的切换,以PWM斩波方式把直流电变成了交流电。