Jiangshan Scotech Electrical Co., Ltd.
Das Herz des Schienenverkehrs: Die Rolle und Entwicklung von Traktionstransformatoren
Sep 17, 2025
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I. Was ist ein Traktionstransformator?
Ein Traktionstransformator ist ein spezialisierter Transformatortyp, der in elektrischen Schienensystemen wie Zügen, Straßenbahnen und Metros verwendet wird, um eine Spannung mit hohem - -Premserien aus dem Gitter in eine niedrigere Spannung umzuwandeln, die für die Traktionsmotoren geeignet ist, die die Fahrzeuge fahren. Im Gegensatz zu Standard -Leistungstransformatoren sind Traktionstransformatoren so konzipiert, dass sie dynamischen mechanischen Spannungen, häufigen Lastschwankungen und harten Betriebsumgebungen standhalten, wodurch sie zu einer kritischen Komponente für den modernen elektrifizierten Transport gestellt werden.
Diese Transformatoren sind typischerweise auf elektrischen Lokomotiven oder auf mehreren - -Init -Zügen (EMUS) installiert und spielen eine Schlüsselrolle bei der Gewährleistung einer effizienten Energieübertragung und bei der Aufrechterhaltung der Systemstabilität. Sie müssen strenge Branchenstandards für Sicherheit, Effizienz und elektromagnetische Kompatibilität (EMC) einhalten, insbesondere da sie in unmittelbarer Nähe von Signal- und Kommunikationssystemen arbeiten.
Angesichts der wachsenden Betonung des nachhaltigen Transports entwickeln sich Traktionstransformatoren, um eine höhere Effizienz, ein besseres Gewicht und ein besseres thermisches Management zu unterstützen. Fortschritte in Materialien (z. B. hoch - Temperatur -Superkonferenzen) und digitale Überwachungssysteme verbessern ihre Zuverlässigkeit und Leistung weiter.
Ii. Klassifizierung von Traktionstransformatoren
Traktionstransformatoren können basierend auf ihrem Installationsort, dem Strukturdesign, dem Kühlmethode, dem Spannungsniveau und anderen Faktoren in verschiedene Typen eingeteilt werden. Im Folgenden finden Sie die gängigen Klassifizierungsmethoden:
(1) auf - Board Traction Transformator
Merkmale: Direkt an elektrischen Lokomotiven oder EMUs (elektrische Mehrfacheinheiten) montiert, die Vibrationen, Stößen und Raumbeschränkungen standhalten.
Anwendungen: High - Speed Rail (z. B. Chinas CRH -Serie), U -Bahnen und Lichtschiene.
Vorteile: Reduziert die Notwendigkeit von Bodenumspannungen, die für lange - Distanzstromversorgung geeignet sind.
(2) fester Traktionstransformator
Merkmale: Installiert in Traktionsumspannungen (z. B. entlang der Eisenbahnleitungen), um die Kontaktleitungen über den Kopf zu versorgen.
Anwendungen: Electrified Railways, Urban Rail Transit (z. B. U -Bahn -Stromversorgungssysteme).
Vorteile: Hohe Kapazität, einfacher Wartung, geeignet für die zentralisierte Stromversorgung.
2. Klassifizierung nach Spannungsstufe und Stromversorgungssystem
(1) Wechselstromtraktionstransformator
Eingangsspannung: 25 kV (globaler Mainstream), 15 kV (einige europäische Länder), 50 kV (einige schwere - -Innenbahn).
Merkmale: Direkt zu hohen - Spannungs -AC -Gittern, relativ einfache Struktur.
(2) DC -Traktionstransformator
Eingangsspannung: 1,5 kV, 3 kV (traditionelle DC -Eisenbahnen).
Merkmale: Erfordert Gleichrichter, die häufig in älteren Schienensystemen oder in städtischen Transit verwendet werden.
(3) AC - DC - AC -Traktionstransformator
Merkmale: Integriert Korrektur- und Inversionsfunktionen, die in der modernen EMUS verwendet werden (z. B. Chinas "Fuxing" -Kugelzüge).
Vorteile: Passt sich an verschiedene Netzstandards an und verbessert die Energieeffizienz.
III. Konstruktion
Iv. Komponenten
1. Luftfreisetzungs- und Entlassungsgerät von Buchholz
Ermöglicht die Luft, während der Ölfüllung aus dem Buchholz -Relais zu fliehen, und ermöglicht das Abfließen von Öl für die Wartung.
2. Entleeren- und Füllventil
Das Hotel liegt am Boden des Transformatortanks, um Öl zu entleeren oder neues Öl zu füllen.
3. Buchholz Relais
Eine Schutzvorrichtung, die die Gasakkumulation (aufgrund interner Fehler) und Ölflussfluten erkennt und ein Alarm- oder Auslösersignal auslöst.
4. Schmetterlingsventil
Ein Ventil, das zur Steuerung des Ölflusses zwischen dem Haupttank und dem Heizkörper oder dem Konservator verwendet wird.
5. Konservator (Ölerweiterungstank)
Ein separater Tank, der mit dem Haupttransformatortank angeschlossen ist, um die Ölerweiterung und -kontraktion aufgrund von Temperaturänderungen aufzunehmen.
6. Kern
Laminierte magnetische Stahlstruktur, die einen niedrigen - Reluktanzpfad für den magnetischen Fluss liefert.
7. Stromtransformator (CT)
Misst Strom für Schutz- und Messzwecke, die normalerweise auf HV/LV -Buchsen installiert sind.
8. Erdgeschäfte für den Kern
Stellt sicher, dass der Transformatorkern ordnungsgemäß geerdet ist, um eine statische Ladung zu verhindern.
9. Handloch
Eine kleine Zugangsöffnung zur Inspektion und Wartung im Transformator.
10. Hochspannung (HV) Buchse
Isoliertes Anschluss, der die HV -Wicklung mit der externen Stromleitung verbindet.
11. Isolierventil des Hauptkonservators
Ein Ventil, das den Konservator aus dem Haupttank zur Wartung isoliert.
12. Jacking Pad
Verstärkte Punkte auf der Transformatorbasis zum Heben und Transport.
13. Leck - Proof -Ballventil
Ein Versiegelventil, das zur Verhinderung von Ölleckagen während des Wartungsbetriebs verwendet wird.
14. Niedrige Spannungsbuchse (LV)
Isoliertes Anschluss, das die LV -Wicklung mit dem externen Stromkreis verbindet.
15. Marshalling Box
Ein Anschlusskasten für Gehäuse und Schutzkabel für externe Verbindungen.
16. Aus - Circuit TAP Changer (OCTC)
Ermöglicht eine manuelle Einstellung des Umdrehungsverhältnisses des Transformators, wenn de - mit Energie versorgt wurde.
17. Ölstandsanzeige
Zeigt den Ölstand im Konservator (kann Alarmkontakte für niedrige/hohe Werte aufweisen).
18. Ölprobenahmeventil
Ein Ventil zur Entnahme von Ölproben zur Überprüfung der dielektrischen Festigkeit, der Feuchtigkeit und des Gasgehalts.
19. Ölthermometer
Misst die obere Öltemperatur innerhalb des Transformators.
20. Druckentlastungsvorrichtung mit Kontakt
Freisetzt überschüssigen Druck im Tank und sendet ein Alarm-/Trip -Signal, wenn der Druck die sicheren Grenzwerte überschreitet.
21. Kühlerventil
Kontrolliert den Ölfluss zu den Kühler zum Abkühlen.
22. Kühler
Kühlplatten oder Röhrchen mit Gefährdung, die Wärme aus dem Transformatoröl auflösen.
23. Panzer
Das Hauptgehäuse, das mit Isolieröl gefüllt ist und den Kern und die Wicklungen beherbergt.
24. Obere Filterventil
Ermöglicht die Ölfiltration von der Oberseite des Transformators.
25. Spannungsregulierungsschalter (auf - Lastveränderer laden, OLTC)
Passt das Verhältnis des Transformators an, während er mit Energiespannung verbunden ist.
26. Wickeltemperaturanzeige (WTI) mit Kontakt
Monitore Wicklungstemperatur (über eine thermische Sonde) und löst Alarme/Fahrten aus, wenn eine Überhitzung auftritt.
27. Wicklung
Leiter (Kupfer/Aluminium) verwunden um den Kern, um HV- und LV -Wicklungen zu bilden.
V. Anwendungen
Traktionstransformatoren sind spezielle Transformatoren, die hauptsächlich in elektrischen Schienen- und Transportsystemen verwendet werden, um die elektrische Leistung für den Antrieb zu konvertieren und zu verteilen. Hier sind ihre Schlüsselanwendungen:
1. Elektrische Schienensysteme (einschließlich hoher - Speed Rail)
Geben Sie hoch - Spannungs -AC (z. B. 25 kV oder 15 kV) von Overhead -Catenarleitungen für Hauptzüge und hoch - Speed Rail (z. B. Shinkansen, TGV, CRH).
2. Städtischer Transit (U -Bahn, Lichtbahn, Straßenbahnen)
Konvertieren Sie die Gitter -Wechselstromversorgung in die DC -Spannungen (z. B. 750 V oder 1,5 kV) für den dritten - Schienen- oder Überkopfleitungssysteme in U -Bahnen und Straßenbahnen.
3.. Elektrische und Hybridlokomotiven (EMUS/DMUS)
Versorgung mit Strom für Traktionsmotoren in elektrischen Lokomotiven und Diesel - Elektrische Mehrfacheinheiten, die sowohl Wechselstrom- als auch DC -Antriebssysteme unterstützen.
4. Industrie- und Bergbau -Elektrofahrzeuge
Wird in schweren - Duty Mining -Lokomotiven, Trolley -LKWs und Industrientransport verwendet, die auf elektrifizierten Gleisen oder Kabeln betrieben werden.
5. Integration für erneuerbare Energien (Solar/Wind - Powered Rail)
Schnittstelle erneuerbare Energiequellen (z. B. Solar-/Windparks) mit Traktionsleistung in nachhaltigen Schienenprojekten.
6. Hilfsstromsysteme an Bord
Geben Sie für Beleuchtung, HLK und Steuerungssysteme in Zügen niedrige - Spannungsleistung (z. B. 110 V oder 400 V) an.
Vi. Vor- und Nachteile von Traktionstransformatoren
Vorteile (Schlüsselvorteile)
- Hohe Effizienz- Traktionstransformatoren sind so konzipiert, dass sie eine optimale Leistungsumwandlung mit minimalem Energieverlust liefern und einen effizienten Betrieb in elektrischen Schienensystemen gewährleisten.
- Zuverlässige Stromversorgung- Sie liefern eine stabile und konsistente Spannungsregulation, die für die reibungslose Funktionsweise von Lokomotiven und hohen - -St Speed -Zügen wesentlich sind.
- Kompaktes und leichtes Design- Moderne Traktionstransformatoren verwenden fortschrittliche Materialien und Kühltechniken, wodurch das Gewicht und die Größe reduziert und gleichzeitig hohe Leistung aufrechterhalten wird.
- Verbesserte Haltbarkeit- gebaut, um harten Bedingungen (Vibrationen, Temperaturschwankungen und Feuchtigkeit) standzuhalten, um eine lange Lebensdauer zu gewährleisten.
- Unterstützt High - Speed Rail- Aktiviert eine effiziente Leistungsverteilung für hohe - Geschwindigkeit und schwere - -Trahmungen, wodurch die Gesamttransport -Effizienz verbessert wird.
- Niedrige Wartung- Robuste Bau- und fortschrittliche Isolationsmaterialien verringern die Notwendigkeit häufiger Reparaturen.
- Energieeinsparung- trägt zu einem geringeren Energieverbrauch im Vergleich zu Diesel {- betriebene Alternativen bei und unterstützt Eco - Friendly Rail Transport.
- Skalierbarkeit- kann für unterschiedliche Spannungs- und Leistungsbedürfnisse angepasst werden, was sie für verschiedene Schienensysteme vielseitig vielseitig macht.
- Verbesserte Sicherheit- Integriert erweiterte Schutzmechanismen (Überlastung, Short - -Kreis und thermischer Schutz), um Fehler zu verhindern.
- Reduziert die elektromagnetische Interferenz (EMI)- Richtige Abschirmung und Design minimieren EMI und gewährleisten die Kompatibilität mit Signalsystemen.
Nachteile (geringfügige Einschränkungen)
- Hohe anfängliche Kosten- Die verwendeten fortschrittlichen Technologien und Materialien können den Traktionstransformatoren im Voraus teuer machen.
- Gewichtsauswirkungen auf Lokomotiven- Onboard -Transformatoren addieren Gewicht und beeinflussen die Energieeffizienz und die Belastungskapazität.
Vii. Herausforderungen bei der Gestaltung und Herstellung von Traktionstransformatoren
1. Herausforderungen für elektrische Designs
- Hochspannung und Stromhandhabung
Muss hohen Spannungen (z. B. 25 kV Wechselstrom oder 1,5/3 kV DC) und großen Traktionsmotorströmen standhalten, die Isolationsdesigns erfordern, die den Spannungswiderstand mit kompakten Abmessungen ausgleichen und gleichzeitig eine teilweise Entladung oder einen Abbruch vermeiden.
- Harmonische und vorübergehende Überspannungen
Häufige Starts, Stopps und Geschwindigkeitsanpassungen erzeugen Harmonische, was möglicherweise eine Kernsättigung und erhöhte Erottestromverluste verursacht. Lösungen umfassen optimiertes Magnetkreis Design und Filterung.
- Impedanzübereinstimmung
Eine präzise Steuerung der Kurzsteuerung der Kurzschaltkreisimpedanz ist erforderlich, um Fehlerströme zu begrenzen und gleichzeitig eine effiziente Stromübertragung zu gewährleisten, sorgfältige Wickelanordnung und Leckflusses Management zu fordern.
2. Mechanische und strukturelle Herausforderungen
- Vibration und Stoßfestigkeit
Kontinuierliche Schwingungen und Auswirkungen während des Betriebs können zu Wickelverformungen, Lockerungen oder Ermüdung in den Verbindungen führen. Finite -Elemente -Analyse (FEA) wird verwendet, um die mechanische Festigkeit zu verbessern, und elastische Stützstrukturen werden verwendet.
- Leichtes Design
Um das Achsgewicht zu reduzieren, werden hohe - Permeabilität Siliziumstahl, Aluminiumwicklungen oder Verbundwerkstoffe verwendet, aber Handel - Offs existieren in Kosten und Leistung (z. B. die Komplexität der Schweißkomplexität für Aluminiumwicklungen).
- Kompaktes Layout
Platzbeschränkungen erfordern innovative Designs wie Schichtwicklungen oder 3D -Wundkerne, diese können jedoch die Herstellung und das thermische Management erschweren.
3. Herausforderungen des thermischen Managements
- Wärmeissipation bei hoher Leistungsdichte
Hohe Ströme verursachen konzentrierte Wärme in Wicklungen und Kernen, was effiziente Kühlsysteme (z. B. Öl - erzwungene erzwungene - gerichtete Ölzirkulation oder Luftkühlung) und optimierte Kühlkanallayouts.
- Temperatur Gleichmäßigkeit
Hotspots beschleunigen die Isolationalterung und erfordert CFD -Simulationen für die thermische Optimierung und die reale - -Temperaturüberwachung über Sensoren.
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