动车组牵引变流器冷却系统冷却方式研究
文章介绍了动车组牵引变流器冷却系统构成和原理，对影响功率器件IGBT 的散热特性进行了分析，对自然冷却、强迫风冷、液体冷却、相变冷却几种冷却方式特点做了一一分析，说明采用相变冷却方式的优点，即高效率，均匀热表面温度，无局部过热点，可靠安全，适用于动车组牵引变流器的冷却。
标签：牵引变流器；冷却系统；冷却方式；相变冷却
1 概述
随着功率器件小型化、紧凑型发展要求，其功率密度不断增加，散热问题已就成为影响功率器可靠運行的主要因素。在动车中，牵引变流器是牵引系统关键部件，主要实现电能与机械能转换。而牵引变流器主要功率元件是IGBT。IGBT 是高频的开、关功率元件，工作时要消耗电能，把电能转化为热能的形式。通常流过IGBT的电流较大，IGBT的开、关频率也较高，故器件的发热量较大。若产生的热量不能及时有效散掉，IGBT器件内部的结温将会超过允许值，IGBT 就可能损坏。有关资料表明，电子元器件温度每升高2℃，可靠性下降10%，温升50℃时的寿命只有温升为25℃时的1/6，因此只有快速、及时的将产生的热量散走，才能保证IGBT的正常运行。实践经验表明，牵引变流器冷却系统散热能力的好坏，直接影响到变流器性能和牵引系统安全稳定的工作。
由牛顿冷却公式[1]有：
tw=+tf
其中，Q-IGBT的热量；h-表面传热系数；S-IGBT与冷却散热基板接触的表面积；tw-IGBT与冷却散热基板接触的壁温；tf-冷却液体的温度。
当热量Q的下降时会引起tw的下降，但在IGBT产生的热量不会下降太多，所以使tw下降的方法在应用上有限。
表面积S的增加可以引起tw的下降，但是由于实际产品的重量和体积要求等限制，以及动车牵引系统自身需求使得表面积的S增大有限，使tw下降的空间被限制。
冷却液体的温度tf的降低可以引起tw的下降，但是冷却液体的温度tf的降低也受外界一些因素的影响。
表面传热系数h的提高可以引起tw的下降，一般不受其他条件的限制，可以有效的降低tw。因此，解决问题的关键是如何获得冷却散热基板最大的表面传热系数h，这也是研究的目的。
动车组牵引变流器冷却系统冷却方式研究 文章介绍了动车组牵引变流器冷却系统构成和原理，对影响功率器件IGBT 的散热特性进行了分析，对自然冷却、强迫风冷、液体冷却、相变冷却几种冷却方式特点做了一一分析，说明采用相变冷却方式的优点，即高效率，均匀热表面温度，无局部过热点，可靠安全，适用于动车组牵引变流器的冷却。 标签：牵引变流器；冷却系统；冷却方式；相变冷却 1 概述 随着功率器件小型化、紧凑型发展要求，其功率密度不断增加，散热问题已就成为影响功率器可靠運行的主要因素。在动车中，牵引变流器是牵引系统关键部件，主要实现电能与机械能转换。而牵引变流器主要功率元件是IGBT。IGBT 是高频的开、关功率元件，工作时要消耗电能，把电能转化为热能的形式。通常流过IGBT的电流较大，IGBT的开、关频率也较高，故器件的发热量较大。若产生的热量不能及时有效散掉，IGBT器件内部的结温将会超过允许值，IGBT 就可能损坏。有关资料表明，电子元器件温度每升高2℃，可靠性下降10%，温升50℃时的寿命只有温升为25℃时的1/6，因此只有快速、及时的将产生的热量散走，才能保证IGBT的正常运行。实践经验表明，牵引变流器冷却系统散热能力的好坏，直接影响到变流器性能和牵引系统安全稳定的工作。 由牛顿冷却公式[1]有： tw=+tf 其中，Q-IGBT的热量；h-表面传热系数；S-IGBT与冷却散热基板接触的表面积；tw-IGBT与冷却散热基板接触的壁温；tf-冷却液体的温度。 当热量Q的下降时会引起tw的下降，但在IGBT产生的热量不会下降太多，所以使tw下降的方法在应用上有限。 表面积S的增加可以引起tw的下降，但是由于实际产品的重量和体积要求等限制，以及动车牵引系统自身需求使得表面积的S增大有限，使tw下降的空间被限制。 冷却液体的温度tf的降低可以引起tw的下降，但是冷却液体的温度tf的降低也受外界一些因素的影响。 表面传热系数h的提高可以引起tw的下降，一般不受其他条件的限制，可以有效的降低tw。因此，解决问题的关键是如何获得冷却散热基板最大的表面传热系数h，这也是研究的目的。
09动检《动车组牵引控制系统》复习资料 1、CRH2导线线号的定义 1～99：控制指令回路 100～199：DC100V系统 500～599：主变换回路 900～906：主回路接地、主回路过电流检测 MF＋3位号码：光缆的线号 M＋3位号码：车辆信息控制装置的输出输入线号 J＋3位号码：LKJ2000的线号 2、CRH2电气设备图形符号与电器类型的对应关系（给出图能说类型，给出类型会画图）继电器、接触器、计时继电器、按钮式开关、按钮式自返回开关 3、CRH2电气设备代号定义 5SR：5km/h速度继电器 B运非R：制动控制手柄（运转-快速）定位继电器 B1非R：制动控制手柄（1N-快速）定位继电器 B2非R：制动控制手柄（2N-快速）定位继电器 B3非R：制动控制手柄（3N-快速）定位继电器 CSR：恒速继电器 EGSR：紧急接地开关继电器 GS：接地开关 MCR：主控制器继电器 PANDS：受电弓降弓开关 PANDWR：受电弓降弓继电器 PANUR：受电弓升弓继电器 PANUS：受电弓升弓开关 PANUV：受电弓升弓阀 4、一个CRH2动车组单元中，主电路的基本部件有哪些？在列车中是如何分布的？ 一个CRH2动车组单元中，主电路的由：受电弓（1台）、VCB（主断路器）（1台）、牵引变压器（1台），牵引变流器（2台）、牵引电机（8台）构成。 在列车中，受电弓位于4、6车，VCB位于2、6车，牵引变压器位于2、6车，牵引变流器位于2、3、6、7车，牵引电机在2、3、6、7车各有4台。 5、写出CRH2的25kV特高压电路？ 电源是25kV、50Hz单相交流电，使用搭载在4号车、6号车的受电弓的其中一个（2个受电弓的1个通常处于下降状态）从接触网上受电，2号车与6号车之间用25kV特高压电缆贯通连接。 M2车上搭载有牵引变压器，通过特高压电缆而贯通连接在各车的25kV特高电源，经由各车的特高压接头、主断路器VCB，连接到牵引变压器原边绕组上。 6、写出CRH2的原边电流回路？ CRH2的原边电流回路经过的路径是：接触网、受电弓、特高压电缆、电流互感器、主断路器VCB、主变压器原边绕组、接地装置、车轮、钢轨、牵引变电所。
牵引变流器变流器工作原理 1，概述 交流异步电动机的同步转速与电源频率的关系: ⑴ 变频调速就是利用电动机的同步转速随电机电源频率变化的特性，通过改变电动机的供电频率进行调速的方法。利用半导体功率开关器件如IGBT等变频装置构成变频电源对异步电动机进行调速。 同步转速随电源频率线性地变化，改变频率时的机械特性是一组平行的曲线，类似于直流电机电枢调压调速特性。因此，从性能上来讲，变频调速是交流电机最理想的调速方法。 与磁通Φ的关系： 异步电机电压U 1 ⑵ 有⑵式知，若不变，与成反比，如果下降，则增加，使磁路过饱和，励磁电流迅速上升，导致铁损增加，电机发热及效率下降，功率因数降低。如果上升，则减小，电磁转矩也就跟着减小，电机负载能力下降。由此可见，在调节的同时，还要协调地控制，即给电机提供变压变频电源，才可以获得较好的调速性能。 由变压变频装置给笼型异步电机供电所组成的调速系统叫做变压变频调 速系统，它可以分为转速开环恒压频比控制、转速闭环转差频率控制系统，可以满足一般要求的交流调速系统。若调速系统对调速系统静、动态性能要求不高的场合，比如风机、水泵等节能调速系统，可以采用转速开环恒压频比带低频电压补偿的控制方案，其控制系统结构简单，成本也比较低。若要提高静、动态性能，可以采用转速反馈的闭环控制系统。若调速系统对静、动态性能的要求很高，则需要采用模拟直流电机控制的矢量控制系统。矢量控制系统是高动态性能的交流调速控制系统，但是需要进行大量复杂的坐标变换运算，而且控制对象参数的变化将直接影响控制精度。直接转矩控制系统是近十几年来继矢量控制系统之后发展起来的另一种高动态性能的交流调速系统。它避开了矢量控制的旋转坐标变换，而是直接进行转矩“砰—砰”控制。 地铁列车和电动车组的调速系统，对静、动态性能的要求很高，采用矢量控制系统或直接转矩控制系统。地铁列车的牵引系统为直-交变频器，电动车组的牵引系统为交-直-交变频器。 随着电力半导体器件的发展，变频器的发展也经历了几个阶段。电力电子器件的可控性、模块化、控制手段的全数字化，利用了微机的强大信息处理能力，使软件功能不断强化，变频器的灵活性和适用性不断增强。随着网络时代的到来，变频器的网络功能和通信不断增强，它不仅可以与设备网的现场总线直接相连，还可以与信息交换实时数据。 2，牵引变流器工作原理
2 CRH3型动车组牵引与控制特性分析 2.1 CRH3动车组牵引系统组成部分 在CRH3动车组上装有四个完全相同且互相独立的动力单元。每一个动力单元有一个牵引变流器和一个控制单元，四个并联的牵引电动机以及一个制动电阻器单元。牵引零部件辅助设备所需的3相AC 440V60Hz 电流由动车组的辅助变流器单元提供。每个基本的动力单元主要包含以下关键器件： 1. 主变压器。主变压器设计成单制式的变压器，额定电压为单相AC 25kV 50Hz。变压器被布置在动车组没有驱动的变压器车车底，并且每一个变压器的附近都布置有一套冷却系统。主变压器箱体是由钢板焊接的，主变压器箱安装在车下，主变压器采用强迫导向油循环风冷方式。主变压器的次级绕组为牵引变流器提供电能。它使用一个电气差动保护、冷却液流量计和电子温度计对主变压器进行监控和保护。 2. 牵引变流器。牵引变流器采用结构紧凑，易于运用和检修的模块化结构。在运用现场通过更换模块可方便更换和维修。牵引变流器由多重四象限变流器、直流电压中间环节和逆变器组成，牵引变流器的模块具有互换性。 3. 牵引电机。动车组总共由16个牵引电机驱动，位于动力转向架上。牵引电机按高速列车的特殊要求而设计。具有坚固的结构，优化重量，低噪音排放，高效率和紧凑设计的特征。四极三相异步牵引电机按绝缘等级200 制造。牵引电机是强迫风冷式。牵引电机使用的是牵引变流器的电压源逆变器供电，变频变压( VVVF) 调速运行方式。 4. 其他部件。动车组其他牵引系统部件还包括牵引电机通风机、过压限制电阻等。某些零部件被设计成即使出现故障也能在小幅度减少或不减少性能的情况下运行。 CRH3型动车组采用交-直-交传动方式。以交流异步感应电动机作为牵引电机的高速动车组适宜采用再生制动方式。制动时它将交流电动机做为发电机使用，从而产生制动力矩，并将其所发出的电能反馈回电网。在所有的制动方式中，再生制动是唯一向电网反馈能量的制动方式，同电阻制动相比，减少了庞大而笨重的制动电阻，同时免去了一整套通风冷却装置。目前国外大多数动车均采用了
高速动车组牵引变流器关键数据记录及分析孙宝坤 发表时间：2019-11-11T13:55:13.203Z 来源：《基层建设》2019年第23期作者：孙宝坤郭林[导读] 摘要：随着我国的经济在快速的发展，社会在不断的进步，我国的高速铁路建设在不断的完善，为保障高速动车组安全运行和满足牵引变流器研发及维护的需要，设计开发了高速动车组牵引变流器关键数据记录及解析系统。 中车青岛四方机车车辆股份有限公司山东青岛 266111 摘要：随着我国的经济在快速的发展，社会在不断的进步，我国的高速铁路建设在不断的完善，为保障高速动车组安全运行和满足牵引变流器研发及维护的需要，设计开发了高速动车组牵引变流器关键数据记录及解析系统。本系统以标准CPCI-6U结构数据采集板卡为基础，实现了对模拟信号、高低速数字信号的采集、记录工作，并能通过以太网接口与上位机进行数据传输，完成数据解析。该系统已在多 款动车组牵引变流器中得到应用，在实际故障分析中提供了准确的现场数据，为牵引变流器的研发、调试及维护提供了依据。 关键词：高速动车组；牵引变流器；数据记录；数据解析；CPCI-6U结构数据引言 牵引变流器作为高速动车组交流传动系统的关键设备，直接决定了动车组的使用性能、安全运行和运营能力。高速动车组的原型车从国外引进，无论从技术或价格上都严重影响高速动车组的长期稳定运营和维护，因此研制具有自主知识产权的高速动车组牵引变流器是提升自身设计能力、确保动车组正常运营的基础和保障，同时也是实现自主知识产权高速动车组研制的必经之路。中国铁道科学研究院机车车辆研究所已建成牵引变流器研发与试验平台，具备自主设计能力与条件，如牵引计算平台、电气性能仿真平台、软件开发平台、半实物仿真平台、变流器热仿真计算平台、箱体强度仿真平台、IGBT试验台、功率模块试验台和牵引传动系统综合试验平台，设计能力覆盖不同速度等级、不同功率等级的动车、机车、城际、地铁的牵引变流器。 1系统轻量化 牵引变流器作为整个牵引系统的核心部件之一，其功能是转换直流制和交流制间的电能量，并对各种牵引电机起控制和调节作用，从而控制车辆的运行。系统轻量化主要是从主电路结构上进行优化，在满足牵引性能和实现自我保护的前提下，尽量选用最少的电子元器件，其他功能通过控制软件实现。 2系统工作流程 数据记录解析系统主要实现外部模拟信号、数字信号的高速采集、触发记录工作，同时具备上位机网络授时、网路数据下载等功能。系统工作流程如图2所示。①系统上电后，主控芯片初始化并启动，完成工作参数的初始化工作，以及完成GPMC接口（FPGA和ARM的数据交互接口）的配置工作。②系统初始化完成后，启动1个1min定时器，如果在1min内高速数据采集板收到外部网络的授时指令，则配置本地时间，结束1min定时，如果没有收到授时指令，则等待定时器结束。③定时结束后，高速数据采集板启动数据采集工作。④在采集过程中，FPGA循环采样外部IO信号以及模拟量输入信号，并将采集到的数据通过GPMC总线传输给ARM处理器。⑤ARM处理器内建2个大容量的数据缓冲区，一个采用FIFO原理，实时刷新保存0.5s的采样数据，作为数据记录信号到来前0.5s的数据；另一个用来保存数据记录信号到来后0.5s的数据。⑥在采集过程中，FPGA不断检测外部数据记录信号，当监测到数据记录信号后，FPGA通过ARM中断通知ARM 处理器数据记录信号到来。⑦ARM处理器响应数据记录信号，停止对前0.5s数据缓冲区的实时刷新，将数据存储位置换为第2个数据缓冲区，并且持续采样工作0.5s。⑧0.5s后ARM处理器将整个1s的采集数据作为1个数据记录存储到NANDFLASH中。⑨高速数据采集板内部建立防误触发机制，如果2次数据记录信号间隔小于0.5s，高速数据采集板将以最后一次的数据记录信号作为数据记录点。另外，在采集过程中，外部计算机可以通过ftp登陆到高速数据采集板并下载高速数据采集板中记录的数据文件。 3高速动车组牵引变流器关键数据记录及分析 3.1变压器轻量化设计 变流器通过安装固定支座安装变流器柜中，通过四个M16螺栓固定在柜体支撑梁上，其作用是实现电压变换，同时具备滤波的功能，其使用电路图如图3所示，电路中使用代号为T1。该变压器的工况为IEC60310：2004中规定的1类工况（正常工作制）。其空载变压比为1512Vrms：420Vrms，其输入电压为幅值3600V的PWM波。其轻量化从产品的线圈、磁芯、骨架入手，如线圈采用铝制，磁芯选择合适的大小，骨架在满足强度要求的基础上，采用合适的柜架结构，本变压器经过优化后从原来的820KG，减小到750KG，为整个变流器的轻量化提供支持。 3.2牵引仿真计算平台 针对高速列车牵引系统及其关键部件，建立了包括牵引变压器、牵引变流器、牵引控制装置等关键部件的仿真设计平台，可以完成牵引系统各部件的特性分析与设计优化，以支撑牵引系统和牵引变流器研发能力的提升。利用牵引仿真计算平台开展牵引系统方案设计，包括计算列车牵引功率、设计列车牵引制动特性及优化设计牵引变压器、牵引变流器、牵引电机等方案。 3.3有限元模型 考虑到变压器振动主要是影响靠近变压器端的柜体，建模时忽略远离变流器端柜体，并对内部一些的结构和部件进行简化处理，这样在不影响计算可靠性的前提下减少了工作量和计算成本。模型中板梁结构采用面单元，部分设备采用体单元，隔振器用三个方向的弹簧阻尼单元模拟，橡胶材料阻尼比假定为0．08，柜体顶部螺栓连接处采用刚性约束。 3.4牵引控制单元软件设计 （1）软件开发平台。牵引变流器的核心控制设备是TCU，而变流器的可靠性、可用性、可维护性和安全性（RAMS）指标很大程度上也受到软件设计影响。国外各大牵引系统供应商都具有成熟的、支持实时操作系统的软件开发平台。牵引控制单元除具备自主知识产权的控制单元硬件外，还自主开发了基于硬件的软件开发平台TKDET，支持图形化的编程，并具有自主知识产权的底层库。该开发平台使得软件编程分工明确，模块化、形式化/半形式化语言开发相结合，与国际标准相接轨。牵引控制单元软件设计完全基于自主研发的TKDET软件平台，软件层次清晰，逻辑分明，具有较好的可读性与可移植性。（2）半实物仿真平台。为了对控制单元的控制逻辑与控制策略进行分析，搭建了硬件在回路的DSPACE半实物仿真平台，该平台可实现实时快速在线仿真和离线仿真。在设计初期可以在该仿真平台进行控制软件的测试与验证。 3.5基于Labview的数据解析软件
2011年10月电工技术学报Vol.26 No. 10 第26卷第10期TRANSACTIONS OF CHINA ELECTROTECHNICAL SOCIETY Oct. 2011 高速动车组牵引变流器热容量 刘建强郑琼林郭超勇游小杰 （北京交通大学电气工程学院北京 100044） 摘要在分析高速动车组牵引变流器冷却系统结构及工作原理的基础上，利用ANSYS软件构建了冷却系统中空气—水热交换器的有限元仿真模型，对热交换器温度场及空气流场进行了仿真研究；为了验证更高运行速度下高速动车组牵引变流器冷却系统能否满足散热需求，设计并搭建了牵引变流器热容量测试平台，利用该测试平台在武广客运专线对CRH3型高速动车组牵引变流器温升参数及冷却系统通风量进行了动态测试研究。试验结果表明在高速运行工况下，牵引变流器冷却系统进风量将减小，但CRH3型高速动车组牵引变流器冷却系统仍然能满足动车组以330km/h高速持续运行的要求，试验测试结果验证了仿真结果的正确性。在国内首次对高速动车组牵引变流器热容量进行了实车测试研究，为新一代时速380km/h高速动车组的设计奠定了一定的理论和实践基础。 关键词：高速动车组牵引变流器流量测量温升 中图分类号：TK414.2；TM922.32 Thermal Capacity of Traction Converter of High Speed Electric Multiple Units Liu Jianqiang Trillion Q. Zheng Guo Chaoyong You Xiaojie （Beijing Jiaotong University Beijing 100044 China） Abstract Based on the structure parameter and operating principle of the cooling system of traction converter for high-speed electric multiple units (EMUs), a finite element model of air heat exchanger is built. Then the simulation including temperature field and fluid field is done. In order to verify the ability of the cooling system, a thermal capacity test rig for the traction converter is built. With the test rig, the temperature rise of traction converter and supply air volume of cooling system are measured in Wu-Guang high speed railway. The results show that when the high speed EMUs running in high speed, the supply air volume of cooling system will decrease, and the cooling system of traction converter for CRH3 EMUs can meet the requirements when the train continuous running in 330km/h. The simulated results are verified by the test results. The test and investigation on the thermal capacity of traction converter for high speed EMUs are firstly developed in China which makes a contribution to the design of the new generation high speed EMUs. Keywords：High-speed electric multiple units, traction converter, flow measurement, temperature rise 1引言 随着京津城际铁路和武广客运专线的开通运营，我国高速铁路的建设进入了高速发展期。到2012年我国将建成高速铁路7000km，同时作为首条连接我国最大两个城市群的高速客运通道—京沪高速铁路，将在2011年率先建成并投入运营。京沪高速铁路为我国的高速动车组提供了一个广阔的舞台，同时也提出了更高的要求（最高运营速度380km/h）。 国家863计划资助项目（2009AA110303）。收稿日期 2010-11-09 改稿日期 2011-03-10
第四章牵引传动系统 第一节动车组牵引传动方式 CRH2C型动车组采用交流传动系统，动车组由受电弓从接触网获得AC25kV/50Hz电源，通过牵引变压器、牵引变流器向牵引电机提供电压频率均可调节的三相交流电源（如图4-1所示）。 图4-1 牵引传动系统简图 一、牵引工况：受电弓将接触网AC25kV单相工频交流电，经过相关的高压电气设备传输给牵引变压器，牵引变压器降压输出1500V单相交流电供给牵引变流器，脉冲整流器将单相交流电变换成直流电，经中间直流电路将DC2600~3000V的直流电输出给牵引逆变器，牵引逆变器输出电压/频率可调的三相交流电源（电压：0~2300V；频率：0～220Hz）驱动牵引电机，牵引电机的转矩和转速通过齿轮变速箱传递给轮对驱动列车运行（如图4-2所示）。 图4-2 牵引工况传动简图
二、再生制动：一方面，通过控制牵引逆变器使牵引电机处于发电状态，牵引逆变器工作于整流状态，牵引电机发出的三相交流电被整定为直流电并对中间直流环节进行充电，使中间直流环节电压上升；另一方面，脉冲整流器工作于逆变状态，中间直流回路直流电源被逆变为单相交流电，该交流电通过真空断路器、受电弓等高压设备反馈给接触网，从而实现能量再生（如图4-3所示）。 图4-3 再生制动工况传动简图 三、牵引电机采用三相鼠笼式牵引电机，其轴端设置速度传感器，实时检测电机转速（转子频率），对牵引和制动进行实时控制。 M1车和M2车传动系统独立控制，某动车故障时，故障动车将被隔离，无故障动车可以继续为列车提供动力；当某个基本单元故障时，可通过VCB 切除故障单元，而不会影响其它单元工作。图4-4 为牵引系统主电路原理图。
动车组牵引传动与控制技术1 三、主观题(共4道小题) 9.什么叫异步电机的可逆运行特性？ 参考答案： 异步电机的可逆运行特性是指异步电机既可工作于电动机状态来实施牵引，又可工作于发电机状态或电磁制动器状态来实施电气制动。当发电机的电能反馈电网时，称为再生制动。 10.异步牵引电动机为什么要进行恒磁通恒转矩的控制？ 参考答案： 异步牵引电动机保持恒磁通就可以保持磁路的一定饱和程度，这样可以充分利用电机的铁磁材料，充分发挥电机转矩的能力。在恒磁通下进行恒转矩的控制，可以使动车组获得足够的起动牵引力，起动加速快且平稳。 11.简述牵引变流器牵引工况的工作过程 参考答案： 四象限脉冲整流器将牵引变压器二次侧的交流电整流成直流电，同时保证较高的功率因数（cosφ=1，电流波形接近正弦波）。逆变器把中间回路直流电压变换成幅值和频率可调的三相交流电压，供给异步牵引电机。在起动低速范围内，逆变器按SPWM模式进行控制；当速度达到规定值时，转入方波（六阶波）模式。 12.简述CRH1型动车组的编组形式、牵引传动主电路构成及其特点。 参考答案： CRH1型动车组采用8辆编组，5动3拖，由两个2动1拖单元和一个1动1拖单元组成；8辆车共有20个驱动轴，占车轴总数的5/8。 CRH1动车组牵引传动主回路主要由2个受电弓、5个主断路器、3台主变压器、5台牵引变流器及20台三相异步牵引电动机构成。 每台牵引变流器向4台异步牵引电机供电。每台牵引变流器包括：网侧变流器LCM，为两重四象限脉冲整流电路，带有直流环节滤波电容；2个电机变流器MCM，为三相桥式逆变器，带有直流滤波电容器和过电压斩波器，2个电机变流器分别向两个转向架的各2台牵引电机供电，这种供电方式称架控式。 一个变流器箱的网侧变流器除了向两个电机变流器供电外，还向一个辅助逆变器和一个蓄电池充电器供电。 动车组牵引传动与控制技术2 三、主观题(共4道小题) 9. 电压型脉冲整流器主电路一般结构如图1所示，简要说明正弦脉宽调制（SPWM）的原理，绘出正弦脉宽调制波形。
动车组设备复习 1、车内空气环境的特点： 列车内的人员密度大，二氧化碳及人体异味排放量大；车厢空间相对狭小，加上车内设施布置紧密，因此不利于空气流通，难以达到合理的气流组织；各种健康状况的人员在相对较长的时间内保持近距离接触，易于发生病菌传播；列车单位空间的外表面积大，与外界的热交换量大，近车厢壁面处空气的温度梯度较大，所以车厢内不易形成均匀的温度场；车窗所占比例相对较大，易受阳光直射，因此由辐射热引起的空调负荷较大。 2、车内空气环境的影响因素： 一个既定空间的空气环境，一般要受到两方面的干扰：（1）一是来自空间内部的热、湿和其它有害物质的干扰；（2）另外是来自空间外部太阳辐射和气候变化所产生的热作用及外部空气中有害物质的干扰。用以消除上述干扰的技术手段主要是通过对空间输送并合理分配一定质量（按需要处理）的空气，与内部环境的空气之间进行热质交换，然后排出等量的已经完成调节作用的空气来实现。 3、通风的功能主要有： ①提供人呼吸所需要的氧气； ②稀释室内污染物或气味； ③排除室内生产过程产生的污染物； ④除去室内多余的热量(称余热)或湿量(称余湿)； 4、空调列车的通风系统的组成和作用： 空调列车的通风系统一般均为机械强迫通风系统，它由离心式通风机、滤尘装置、送风道、回风道和废排风机等组成，其作用是将经过处理的空气输送和分配到各客室并获得合理的气流速度，同时还将客室污浊的空气排出车外，以保持车内空气的清洁度和流动速度。 5、CRH1车内主要布线原则是： 乘客区侧墙加热器的电缆直接接电气柜。在客室，这些电缆位于窗下c轨。中央吊顶和靠近风挡的照明电缆直接接电气柜。从端墙一侧到另一侧的电缆放置在风挡门上方，车体结构上的软管里。司机室和司机操作台电气柜之间的电缆放置在车体结构上的电缆槽内。高压车顶控制电缆直接接电气柜。 6、辅助供电系统功能： 动车组是电力牵引列车，电力均来自AC25KV牵引供电电网，经受电弓进入牵引变压器原边绕组，再由牵引变压器的次级绕组或主变流器的直流环节进入辅助变流器。辅助供电系统为空气压缩机、冷却通风机、油泵/水泵电机、空气调节系统、采暖、照明、旅客信息系统、控制、广播、列车无线等设备提供电源。 7、CRH1动车组辅助供电系统设备与容量 CRH1动车组在每一个动车上设一个辅助逆变器和滤波装置。辅助逆变器的输出通过隔离变压器和接触器同三相列车供电母线相连接。辅助供电系统的故障状态和冗余措施的控制可以通过列车控制网络系统（TCMS）进行监视和控制。列车过分相的短暂过程中，辅助系统可不断电维持正常运行。辅助系统各负载也可以从外部三相电源输入获取。 外接供电时采用3×380 V, 50Hz地面电源。外接电源插座的位置为每个基本单元车组中的拖车上。当外接电源连接后，辅助逆变器自动断开。 向底架上的设备供电的主要配电系统和配电盘设在底架内的配电箱内。司机室设备的配电盘置于司机室内。 8、380VAC辅助供电系统工作原理 辅助逆变器单元（ACM）同网侧变流器单元（LCM）的输出直流环节1650VDC连接，它的任务是将输入的1650VDC 通过逆变得到220/380V, 50Hz三相交流输出。辅助系统通过MVB与车辆控制单元通讯。 ACM为三相两电平IGBT逆变器，产生所需要的三相输出电压。包括滤波器电容、门驱动单元（GDU）、电压和电流传感器及控制单元等。 三相输出滤波器包括一个三相电抗器和一个三相电容器，可将辅助逆变器产生的谐波成份过滤掉。三相隔离变压器将辅助电源和用电设备隔离。 在ACM中设有一个电源装置，为控制单元(DCU)、门驱动单元（GDU）及电压和电流传感器供电。 GDU的主要任务是控制大功率器件IGBT的开与关。当电源出现故障或IGBT出现短路／过流时，GDU可将IGBT 断开。GDU还可检测其自身的电源。 控制单元(DCU)通过光纤向GDU传输信号，使系统具有较高的抗电气干扰能力。 ACM采用空间矢量调制法控制。为了在起动和接上较大负载时达到最好的控制效果，采用恒定的电压－频率比控制，直到达到额定电压为止。辅助电源三相电压的幅值通过检测相电压实际值进行反馈控制。 9、辅助电源装置（APU）工作原理 APU的输入电源是牵引变压器辅助绕组输出的AC400V，通过可控硅混合电桥变换成为直流电。该直流电通过PWM 三相逆变器变换成为交流电，通过逆变器输出变压器提供AC400V三相50Hz电源。 CVCF输出变压器将AC400V三相电源变换成单相AC220V、AC100V的稳压电源。 辅助变压器将牵引变压器辅助绕组的AC400变换成另一单相AC100V电源。
《动车组传动与控制》参考答案 一、名词解释： 1.电流型牵引变流器：交-直-交流传动系统中，牵引变流器由网侧整流器、直流中间环节、电动机 侧逆变器及控制装置组成。根据中间直流环节滤波元件的不同，牵引变流器 可分为电压型和电流型两种。电流型牵引变流器直流中间环节的储能器采用 电感，相当于恒流源，向逆变器输出的是恒定的直流电流。 2.电压型牵引变流器：交-直-交流传动系统中，牵引变流器由网侧整流器、直流中间环节、电动机 侧逆变器及控制装置组成。根据中间直流环节滤波元件的不同，牵引变流器 可分为电压型和电流型两种。电压型变流器直流中间环节的储能器采用电容 器，向逆变器输出的是恒定的直流电压，相当于电压源。 3.两电平式逆变器：逆变器将直流转换为交流。两电平式逆变器，把直流中间环节的正极电位或负 极电位接到电动机上，即逆变器的输出相电压为两种电平。 4.三电平式逆变器：逆变器将直流转换为交流。三电平式逆变器，除了把直流中间环节的正极或负 极电位送到电动机上去以外，还可以把直流中间环节的中点电位送到电动机上 去，即输出相电压为三种电平。 二、简答题： 1.简述牵引变流器的类型及特点。 答：牵引变流器是交流传动系统的核心部件，交-直-交流传动系统中，牵引变流器由网侧整流器、直流中间环节、电动机侧逆变器及控制装置组成。 牵引变流器根据中间直流环节滤波元件的不同，可分为电压型和电流型两种。电压型变流器直流中间环节的储能器采用电容器，向逆变器输出的是恒定的直流电压，相当于电压源； 电流型变流器直流中间环节的储能器采用电感，相当于恒流源，向逆变器输出的是恒定的直 流电流。 现代轨道列车交流传动领域大多都采用电压型变流器。 根据逆变器输出交流侧相电压的可能取值情况，将电压型逆变器分为两电平式和三电平式。两电平式逆变器，可以把直流中间环节的正极电位或负极电位接到电动机上去；三电平 式逆变器，除了把直流中间环节的正极或负极电位送到电动机上去以外，还可以把直流中间 环节的中点电位送到电动机上去，含有较少的谐波，其输出波形得到了改善，但需要更多的 器件。 在交流传动领域，当中间电路直流电压U>2.7～2.8 KV时，主电路中变流器通常采用两电平式电路；当U>3KV时，宜采用三电平式电路结构。 2.简述电压型四象限脉冲整流器的基本工作原理。 答：图1为忽略变压器牵引绕组电阻R N的脉冲整流器简化的等效电路。变压器牵引绕组的输出电压为u N 、漏电感为L N
动车组网络控制系统复习题 一、填空题 1.主断使能控制的计算机主要有CCU 和TCU 2.请翻译下列几个和MVB组件相关的单词MVB repeater 中继器Gateway网关 3.CRH380BL动车组高压急断回路（Emergency off loop）的功能是紧急情况下切断车组来 自接触网的高压电。 4.制动系统中继器位于T2车，网关位于TP和TPB车。制动系统中继器位于T2车，网关位 于TP和TPB车。 5.在主界面的自动状态时，车内显示器将滚动地显示列车的运行信息和实时的速度、车内外 温度等内容 6.受电弓不能正常升起的原因：蓄电池电压不足、总风压力不足、（网络系统通讯不良）、受 电弓本身故障、3车或6车（17XMB2N）负线端子排及短连片松动。 7.警报蜂鸣器用于检测系统，热轴箱预警和警报检测系统，抗蛇形检测系统，乘客紧急警报， 非转动车轴检测 8.M VB总线传输的三类数据是过程数据、消息数据和（监督）数据。 9.CRH5A动车组辅助变流器控制空气开关为17Q08。 10.CRH380A动车车辆信息控制装置采用贯穿列车的总线来传送信息，从而减轻了列车的重 量 11.CRH380A动车组在头、尾车司机室内各有二台显示器，能实时显示车辆运行过程中的相 关数据以及记录相应的运行数据。
12.传输线有光纤传输线和自我诊断信息传输线2种。 13.CRH380BL型车线电压互感器监测接触网电压，传送给车组的CCU 和TCU 控制单元 14.CRH5型动车组车内照明控制主要包括：全灯控制、半灯控制、灯光关闭控制，每节车 或整列车命令开关 15.牵引/制动手柄最小牵引力位的角度为10 ° 16.CRH5A动车组辅助变流器控制空气开关为17Q08。 17.CRH5A动车组速度设定手柄LV有4 个位置。 18.DJ回路是一个三级硬线回路，由通过自动车构的列车级电线和一个本地车辆级电线构成。 二、选择题 1.下列哪种情况下CRH380BL动车组从CCU会接替主CCU（A ） A.主ccu相应的网关故障 B.某个TCU故障 C.某个KLIP站故障 D.某个BCU 故障 2.对于CRH380BL型动车组HMI说法不正确的是（C） A.全车共8个HMI，3个CCU柜HMI，1个乘务员HMI，4个司机室HMI B.HMI通过MVB与列车进行数据交换 C.司机室的2个HMI相互之间无通讯 3..CRH5型动车组制动系统的复位操作，可通过（C ）操作来实现。 A、TCMS的大复位 B、小复位 C、断蓄电池 D、断开安全环路 4.CRH5型动车组网络系统中，MVB总线分为几种（B ） A、2； B、3； C、4； D、5 5.CRH5型动车组TCU无法完成功能是（D ）。 A、控制电机牵引/制动转矩； B、制设备发送的牵引/制动命令； C、电力设备的保护； D、
龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/1f872981.html, CRH2动车组变流器工作原理与故障分析的研究 作者：陈庆廖志平肖茜 来源：《山东工业技术》2016年第18期 摘要：本文介绍了CRH2动车组变流器的结构及工作原理，此外，根据武汉铁路局动车段的相关统计数据，分析了牵引变流器的几种常见故障的现象、原因以及现场处理措施。为铁路设备故障分析提供参考。 关键词：CRH2动车组；变流器；故障分析 DOI：10.16640/https://www.doczj.com/doc/1f872981.html,ki.37-1222/t.2016.18.208 1 CRH2动车组变流器的工作原理 1.1 CRH2牵引系统的结构组成 如图1所示，在CRH2牵引系统结构简图中，变流器的输入端接单相交流电，连接牵引变压器，经内部整流电路、直流电路与三相逆变电路之后，输出三相变频交流电，直接驱动4台牵引电机。 1.2 变流器的工作原理 如图2所示，CRH2变流器主电路简化图，从左到右依次是变流器的单相整流部分、中间直流部分以及三相逆变部分。 整流器工作原理：CRH2变流器采用单相三电平PWM整流器。该脉冲整流器能够实现能量的双向流动，可以工作在牵引与制动两种状态。当处于牵引状态时，能量从整流器向后续的直流电路流动，再经逆变电路为牵引电机供电。当处于制动状态时，能量从牵引电机出发经逆变电路，过中间直流电路向整流器方向流动，最终反馈电网。 逆变器工作原理：逆变器电路主要由3组桥臂组成，每组桥臂由上、下分臂共4个IGBT 构成，采用两管串联、中点带钳位二极管的方案，此种方案可以降低电路对IGBT的耐压值。逆变器以中间电路支撑电容上的电压作为输出电压，通过控制IGBT开关管的通断，输出电压幅值与频率均可调的三相交流电。 值得注意的是，在变频调速过程中，当需要逆变器输出低频交流电时，由于变流器直流电路上的两个支撑电容不可能无限大，此时中点电位较难维持零电位，从而将出现电位漂移。随时间推移，电位周期性地在零电位附近左右摆动。此种现象会造成同一桥臂的上、下分臂电压
C R H A型动车组和 C R H A型动车组列车网络控制系统的技术特点集团文件版本号：（M928-T898-M248-WU2669-I2896-DQ586-M1988）
CRH2A型动车组和CRH1A型动车组列车网络控制系统的技术特点 一、CRH2A型动车组网络控制系统： 1、网络控制概述： CRH2动车组列车网络控制系统采用贯穿全车的总线来传送信息，从而减轻了列车的重量，并且通过对列车运行以及车载设备动作的运行信息进行集中管理，可以有效地实现对司机和乘务员的辅助作用，加强对设备的保养和提高对乘客的服务质量。 2、网络控制系统的组成： CRH2动车组列车网络控制系统由监控器和控制传输部分两部分组成。硬件一体化装置，但各自独立构成网络，系统为自律分散型。 控制传输部分为双重系统，确保系统的冗余性。通信采用ARCNET网络标准。头车设置的中央装置为双重系统构成，确保其可靠性。前后中心的控制单元采用母线仲裁。 CRH动车组网络控制系统中引用额车载信息装置和类车信息终端装置构成，同时还有监控显示器以及显示控制器、车内信息显示器、IC读卡器等附属设施。 3、网络控制系统的功能： 1）牵引、制动指令传输； 2）设备启动、关闭指令的传输；3）显示灯/蜂鸣器控制指令传输；4）乘务员支持信息传输；5）服务设备控制信息传输；6）数据记录功能；7）车上试验；8）自我诊断传送线；9）远程装载功能；10）列车信息装置的自我诊断功能；11）信息显示功能。 4、网络控制系统的拓扑结构：
CRH2动车组网络控制系统采用列车和车辆两级网络结构。列车网络为连接编组各车辆的通信网络，以列车运行控制为目的，以光纤和双绞线为传输介质，连接各中央装置和终端装置，采用双重环结构。车辆级网络结构为连接车厢内设备的通信网络，主要传输介质为光纤和电流环传输线。 1）列车总线 列车总线有两种类型：其一为列车信息传输线，以光纤为传输介质，连接所有中央装置和终端装置，采用ARCNET协议，传送速度为 2.5Mb/s;其二为自我诊断传输网，以双绞线作为传输介质，连接中央装置和终端装置，采用HLC作为通信协议。 列车总线的设备由中央装置、终端装置、显示器、显示控制装置、IC卡架以及车内信息显示器构成。在光纤网中，中央装置和终端装置由双重环形构成的光纤连接，采用不易发生故障的双向环形网络方式。它具有向左和向右两条线路，是一种分散型的系统。如果在一个方向的环绕中检测到没有应答的情况，就向另一个方向的环绕传送，即使在2处以上的线路发生故障，环路网络断开时，也可以继续有其他连接着的正常线路进行传送，避开故障部位。 2)车辆总线： 车辆总线是指中央装置/终端装置与车辆内设备之间信息交换通道。各车的中央/终端装置与车辆设备之间的接口以光传送、电流环传送，DIO等形式传送，他们构成信息网络节点与车载设备的联系通道，车
CRH3型动车组牵引变流器冷却系统RAMS分析 文章阐述了CRH3型动车组项目牵引变流器冷却系统的系统安全性与系统可靠性、可用性以及可维修性（RAMS）的要求，目的是确保冷却系统的系统保证工作能够与车辆厂保持同步开展，以保证列车的正常运行。 标签：CRH3型动车组；牵引变流器冷却系统；RAMS；可靠性框图（RBD）前言 CRH3电动车组在运行过程中，牵引变流器会产生大量的热损耗，而牵引变流器冷却系统的作用就是能够及时将这些热量带走，足见其地位的重要性，因此对其安全性、可靠性、可用性以及可维修性的分析验证，也就变得尤为关键。 1 系统概述 电网提供25kv单相工频高压电、高压电经网侧高压电气设备传递给牵引变压器，牵引变压器将高压电降压后的单相工频电流输出给牵引变流器，牵引变流器将输入电流进行整流、滤波和逆变，输出可调频、调压的三相交流电，驱动三相交流异步牵引电机转动，带动车轮转动、列车运行。在这个能量转化和动力传递过程中，牵引变压器、牵引变流器和牵引电机的电气元件在工作中会产生热损耗，引起电气元件温度上升，如果温度超出元件所能承受的范围，变压器、变流器和电机等将不能正常工作，甚至可能会使电气元件产生绝缘失效、着火等危险。因此，必须采用合适的冷却系统将变压器、变流器和电机工作时产生的热量带走，这样才能保证牵引变压器、牵引变流器和牵引电机正常工作，从而保证机车安全运行。 以16节车厢的动车组长编组为例，牵引变流器冷却系统共8个，分别悬挂在动力车厢EC01、VC03、IC06、IC08、BC09、IC11、IC14、EC16的车底。如图1所示。 图1 牵引变流器冷却系统在列车上的分布 牵引变流器冷却系统构成及原理：CRH3高速电动车组牵引变流器冷却系统为水冷却系统。由以下主要部件构成：水冷基板、冷却装置、膨胀水箱、水泵、过滤器、传感器、各种控制阀门及管路等，其中冷却装置由空气过滤器、散热器、风机组、安装箱体等部件组成。典型牵引变流器冷却系统工作原理见图2。 图2 动车组牵引变流器冷却系统的原理示意图 1-截止阀；2-波纹管；3-散热器；4-风机组；5-水泵；6-膨胀箱； 7-膨胀箱视窗；8-水冷基板；9-功率模块
(此文档为word格式，下载后您可任意编辑修改！) 动车组牵引传动系统设计 摘要 本文简述了我国动车组牵引传动系统的特点及发展现状，阐述了动车传动系统的设计思路，并讲解了动车组牵引传动系统分析仿真模型理论知识。论述了动车组牵引传动系统设计中包括传动系统功率的分析，牵引功率、黏着牵引力、启动加速度、平均加速度、列车运行最高速度等进行列 车牵引特性的设计。 通过动车组牵引传动系统的设计过程分析得到了设计过程中的规律讨论了在设计过程中遇到的问题，总结了设计时应注意的问题。 关键词：牵引传动系统、分析仿真模型，牵引功率，黏着牵引力，启动加速度
第一章CRH3型动车组的牵引传动系统的简介1.1 CRH3型动车组的牵引传动系统的简介 CRH3型动车组为8辆编组的动力分散交流传动电动车组，4动4拖，其中相邻的两辆动车为一个基本动力单元，每个动力单元具有独立的牵引传动系统，如图l所示，主要由1台主变压器、2台牵引变流器和8台牵引电机等组成。牵引变压器原边额定电压为单相交流25 kV／50 Hz，副边为l 550 V／50 Hz。牵引变流器输入侧为四象限脉冲整流器(4QC)，2个4QC并联为一个共同的DC连接供电，中间电容区部分存储能量，输出平滑的直流电压。输出端为一个PWM逆变器，将DC连接电压转换成牵引系统所要求的变压变频i相电源驱动4个并联的异步牵引电机。本研究采用DTC系统来控制逆变和电机驱动部分，并对整个牵引传动系统进行建模研究。 1.2 CRH3型动车组的牵引传动系统的特点 CRH3型动车组在不同的速度时刻根据牵引／制动曲线输出所需的牵引力，使动车组顺利完成牵引或制动过程。 牵引工况时，牵引力和速度的数学关系为：