HXD3B型交流传动电力机车概述

中国火车头系列大全（二）SS5型电力机车韶山5型电力机车属于实验性车型，采用了两段相控阵5型电力机车（SS5），是中国铁路的第一种快速客运电力机车。

韶山5型机车的研制、试验为后来韶山8型准高速电力机车的设计和生产累积了经验。

SS6型电力机车韶山6型电力机车（SS6）是中国铁路使用的电力机车车型之一，是原铁道部为满足陇海铁路电气化需要，继引进6K型电力机车之后，于1989年利用日元贷款、通过国际招标采购的第二批4800千瓦六轴电力机车。

SS7型电力机车韶山7型电力机车（SS7）是中国铁路的电力机车车型之一，是根据山区小半径曲线区段电气化铁路而研制的客、货运两用干线电力机车，由大同机车厂、株洲电力机车研究所于1992年研制成功，1996年投入批量生产，累计生产了113台。

SS7B型电力机车韶山7B型电力机车（SS7B），是中国铁路使用的重载货运电力机车车型之一，属于25吨轴重实验性车型，由大同机车厂于1997年研制成功。

SS7C型电力机车韶山7C型电力机车（SS7C），是中国铁路使用的电力机车车型之一，由大同机车厂、株洲电力机车研究所、成都机车车辆厂于1998年研制成功。

韶山7C型电力机车是在韶山7型电力机车基础上，根据铁路客运提速需要改进设计而成的4800千瓦六轴客运电力机车，最高运用速度120公里/小时。

SS7D型电力机车韶山7D型电力机车（SS7D）是中国铁路的电力机车车型之一，是为适应中国铁路大提速的需要、特别为陇海铁路郑州至西安段而设计的准高速干线客运用电力机车，由大同机车厂、株洲电力机车研究所、成都机车车辆厂于1999年联合研制成功，至2002年累计生产了59台。

韶山7D型电力机车持续功率为4800千瓦，最高速度为170公里/小时。

SS7E型电力机车韶山7E型电力机车（SS7E），是中国铁路使用的干线客运电力机车车型之一，由大同电力机车有限责任公司和大连机车车辆有限公司制造。

为六轴干线客运电力机车，最大速度为170km/h。

摘要随着电力电子技术、异步电动机的控制技术、微机和网络技术的发展，三相交流传动技术有了质的飞跃，交流传动系统的研究和开发已引起世界各国的高度重视。

交流传动系统无论在性能指标，装置体积，设备维护还是节能乃至环保方面均体现出了巨大优势。

使用交流传动技术的机车性能得到了很大的提高，交流传动已成为机车、动车发展的主流。

HXD3B型电力机车的主传动系统和辅助传动系统均采用了交流传动技术和微机网络控制技术，整个电气系统的设计坚持起点高、技术领先的原则，并充分考虑大功率货运电力机车的实际需要，采用先进、成熟、可靠的技术，按照标准化、系列化、模块化、信息化的总体要求，进行全方位设计的。

本文首先对HXD3B型交流传动电力机车的特点和参数做了简要的阐述，然后然后对整车的电气系统电路部分按照主电路、辅助电路、控制电路分类做了系统的分析，尤其是对构成主电路的器件如牵引变压器、四象限脉冲整流器、牵引逆变器和牵引电机做了详细分析。

并对其中的关键电气部件四象限整流器的原理、结构，控制，电机逆变器的组成和原理以及异步电动机的原理、特性、调速方法做了说明。

本文的重点是结合HXD3B 电力机车，对交流传动技术以及微机网络控制技术在机车上的应用进行了分析研究，对HXD3B电力机车的交流主传动系统、交流辅助传动系统的构成、特点、功能以及微机网络控制系统的特点进行了研究和归纳总结。

关键词：电力机车交流传动系统电气线路ABSTRACTAs the development of power electronics, induction motor control technology, computer and network technology, three-phase AC drive technology has been a qualitative leap, the research and exploitation of AC drive system has attracted great attention all over the world. The AC drive system in terms of performance index, size devices, equipment maintain or energy-saving and environmental protection are reflected in a huge advantage. The performance of locomotive using AC drive technology has been greatly improved, AC drive has become mainstream of development of locomotive and EMU. The main drive system and auxiliary drive system of HXD3B electric locomotive are both using the AC drive technology and computer network control technology, the design of whole electrical system adhere to the principle of high starting point and leading technology, taking into account the actual needs of high-power freight electric locomotive, using advanced, mature and reliable technology, according to standardized, serialized, modular information based general requirements for the design of the all-round.Firstly, this article has done a brief introduction about characteristics and parameters of HXD3B electric locomotive. Then the vehicle's electrical system circuit is divided into main circuit, auxiliary circuit, control circuit and give them the overall analysis. The theory, framework control of four-quadrant rectifier, principles and constitute of motor inverter and principle、characteristics、speed method of asynchronous motor are illustrated. The emphasis of this article is combined with HXD3B electric locomotive for analyzed and researched the applied of the AC drive technology and computer network control technology in the locomotives. It is also made a classification study and summarized for structure, features, functions of HXD3B electric locomotive AC main drive system and AC auxiliary transmission system.Key words:Electric locomotive AC drive technology electric circuit目录第一章绪论 (1)1.1HXD3B交流传动电力机车的发展背景 (1)1.2HXD3B交流传动电力机车的电气系统 (1)1.2.1HXD3B的主电路 (2)1.2.2HXD3B的辅助电路 (2)1.2.3HXD3B的控制电路 (3)1.3本文要做的研究工作 (3)第二章HXD3B电力机车牵引变压器的研究 (5)2.1HXD3B变压器的概述 (5)2.2HXD3B变压器的铁心参数 (6)2.3HXD3B变压器的线圈 (6)2.4HXD3B变压器的引线 (8)2.5HXD3B变压器的的冷却系统 (8)2.6HXD3B变压器变压原理 (9)第三章HXD3B的牵引变流器研究 (10)3.1机车牵引变流器的功能 (10)3.2HXD3B的牵引变流器的主要技术参数 (10)3.3机车牵引变流器的组成及作用 (10)3.4HXD3B牵引变流器的组成 (10)3.5HXD3B电力传动机车网侧变流器（4QS）的研究 (11)3.5.1HXD3B网侧变流器选择四象限脉冲整流器的原因 (11)3.5.2四象限脉冲整流器的结构及原理 (11)3.5.3四象限脉冲整流器控制系统 (15)3.6HXD3B的直流中间环节 (16)3.6.1HXD3B的直流中间环节的组成结构 (16)3.6.2二次滤波电路 (17)3.6.3HXD3B的直流中间环节的作用 (17)3.7HXD3B电力传动机车电机变流器（逆变器）的研究 (18)3.7.1牵引逆变器的概述 (18)3.7.2HXD3B逆变器的组成及原理 (18)3.7.3HXD3B逆变器的操作 (20)3.8HXD3B的牵引变流器的控制 (23)第四章HXD3B电力传动机车电机牵引电机的研究 (25)4.1牵引电机概述 (25)4.2异步牵引电动机的基本原理 (25)4.3异步电动机的特性 (28)4.3.1电磁转矩特性 (28)4.3.2异步电动机的机械特性 (31)4.4三相异步电动机的三种调速方式介绍 (32)4.5HXD3B电力传动机车电机的参数及特点 (33)4.5.1HXD3B牵引电机概述 (33)4.5.2牵引电机的工作特点 (34)4.5.3牵引电机的技术参数 (34)第五章HXD3B的辅助电路的研究 (36)5.1HXD3B的辅助电路的组成 (36)5.2三相辅助电动机供电电路 (36)5.3辅助变流器 (37)5.4辅助电机供电电路 (37)5.5辅助电动机供电电路的特点 (38)5.6库用电源回路 (39)5.6.1机车库用电源要求 (39)第六章微机网络控制系统 (41)6.1机车微机网络控制系统特点 (41)6.2微机网络控制系统功能 (41)6.3机车定速控制模式 (41)6.4机车的牵引制动特性控制 (42)6.5机车DC110V电源回路 (43)6.5.1DC110V电源的分配形式 (43)6.5.2DC110V电源供电特点 (44)谢辞 (45)参考文献 (46)第一章绪论1.1HXD3B交流传动电力机车的发展背景在2006年“和谐型”系列交流电力机车投产以前，中国铁路普遍缺乏大功率电力机车，当时只有韶山4型电力机车能达到总功率6400千瓦（2×3200千瓦）。

HXD3B型机车是以在中国国内主干线上进行重载货运牵引为目的进行设计研发的交流传动电力机车。

机车的微机网络控制系统采用庞巴迪公司提供的MITRAC系列产品，MITRAC机车控制系统由多微机环境组成，包括列车控制级、机车控制级以及驱动控制级。

本文针对HXD3B型机车微机网络控制系统进行分析和研究机车网络控制系统结构组成HXD3B型机车采用先进的分布式微机网络控制系统，其通讯方式基于TCN列车通信网络和Ethernet（以太网）。

具体的网络拓扑结构见图每台HXD3B型机车的微机网络控制系统由2组机车控制单元VCU，2组网关TCN-GW，3组牵引控制单元DCU2，2组以太网交换单元CablingSwitch，2组司机显示单元DDU，1组制动控制单元BCU以及分布于各个电器柜内的输入输出（I/O）模块和高压柜内的AMP模拟监测保护装置等构成。

整套微机网络控制系统采用模块化设计，所有设备均采用冗余配置模式，从而提高了机车微机网络控制系统的可靠性，实现了机车的冗余控制WTB列车总线的传输介质为双绞屏蔽线，最多可连接32个节点（无中继器），传输距离为860m（无中继器），传输速率为1Mb/s。

MVB多功能车辆总线用于连接机车内部的各个网络设备，机车总线管理器位于TCMS柜内的机车控制单元VCU1和VCU2内。

为提高系统的电磁兼容性能，HXD3B型机车MVB多功能车辆总线的传输介质采用两种类型的介质：ESD+双绞屏蔽线和光纤（OGF）。

ESD+双绞屏蔽线主要用于电气屏柜内部器件的连接，光纤（OGF）主要用于屏柜之间的连接。

MVB总线采用总线型和星型混合的拓扑结构MVB总线采用双路冗余结构进行数据传输，同时为提高系统的可靠性，MVB总线被分割成3段，设为第一段、第二段及第三段，3段传递的信息是相同的，各个电气屏柜均采用双段信息输入，当某一段MVB总线通讯故障时，其他两段仍可实现信息传递，从而确保机车的安全可靠运行Ethernet主要用于软件下载、信息采集、程序调试及VCU与显示单元之间的信息传递，其具体拓扑结构如图4所示1.2系统设备1.2.1机车控制单元VCU机车安装有两个VCU，采用热备份冗余方式。

HXD3B型大功率交流传动货运电力机车特点及故障处理摘要：简要介绍HXD3B型大功率交流传动货运电力机车总体设备布置情况及网侧电路、主电路、辅助电路、TCMS控制系统，空气制动系统的特点，针对牵引变流器、电机变流器、TCMS显示屏、受电弓风管压力开关的常见故障进行简要分析，制定相应的故障处理办法。

关键词：HXD3B型货运电力机车；故障处理；变流器；预充电电阻0 引言HXD3B型机车是根据大连机车车辆有限公司与铁道部签署的大功率交流传动电力机车采购项目研制的，以HXD3型交流传动电力机车为技术平台，以在国内主干线上进行重载货运牵引为目的，拥有自主知识产权。

机车采用大功率水冷 IGBT水冷变流器，单轴控制技术，框架式承载车体，设备布置采用中央走廊设备布置方式，高压电器布置在机械间内部的高压柜内，并充分考虑了使用中的自然环境条件，提高了机车的防寒性能。

2010年2月末在东北地区各个干线上投入运用，目前沈阳铁路局投入运用台数为92台。

对该型机车运用初期出现的常见故障进行处理后机车整体质量可靠，充分发挥了大功率交流传动机车的优势。

1 机车简介及特点1.1 总体及设备布置机车轮周功率9600kW，轴重25t，轴式为C0-C0，电传动系统为交直交传动，采用3组IGBT水冷变流柜，1632kW大转矩异步牵引电动机，具有起动（持续）牵引力大、恒功率速度范围宽、粘着性能好、功率因数高等特点。

采用下悬式一体化多绕组牵引主变压器，内部集成三台谐振电抗器，冷却方式为强迫导向油循环风冷。

每个转向架的3台牵引电机由一台通风机冷却；主变流器水冷和主变压器油冷采用水、油复合式冷却塔。

机车设备布置如图1所示1.2 机车网侧电路特点接触网电流通过受电弓PG1或PG2引入机车，经25kV高压电缆进入车内，并经高压柜内的高压隔离开关QS1或QS2和主断路器QF1相连，再依次穿过电流传感器TA1和TA2与主变压器TM的原边绕组A 端子连接，经主变压器原边绕组后，从X端子流出，穿过电流传感器TA3，最后通过6个并联的回流接地装置，从轮对回流至钢轨返回变电所。

模块一HX D3机车总体认知任务1.1HXD3型电力机车参数与特性认知一、概述以在中国国内的主干线上进行大型货运为目的，设计并制造了HXD3型交流大功率电力机车。

此机车采用PWM矢量控制技术等最新技术的同时，尽量考虑对环境保护，减少维修工作量。

另外，考虑能够在中国全境范围内运行为前提，在满足环境温度在-40℃～+40℃，海拔高度在2500m以下的条件的同时，最大考虑到4组机车重联控制运行。

二、机车主要特点1.轴式为C0-C0，电传动系统为交直交传动，采用IGBT水冷变流机组，1250kW大转矩异步牵引电动机，具有起动（持续）牵引力大、恒功率速度范围宽、粘着性能好、功率因数高等特点。

2.辅助电气系统采用2组辅助变流器，能分别提供VVVF和CVCF三相辅助电源，对辅助机组进行分类供电。

该系统冗余性强，一组辅助变流器故障后可以由另一组辅助变流器对全部辅助机组供电。

3.采用微机网络控制系统，实现了逻辑控制、自诊断功能，而且实现了机车的网络重联功能。

4.总体设计采用高度集成化、模块化的设计思路，电气屏柜和各种辅助机组分功能斜对称布置在中间走廊的两侧；采用了规范化司机室，有利于机车的安全运行。

5.采用带有中梁的、整体承载的框架式车体结构，有利于提高车体的强度和刚度。

6.转向架采用滚动抱轴承半悬挂结构，二系采用高圆螺旋弹簧；采用整体轴箱、推挽式低位牵引杆等技术。

7.采用下悬式安装方式的一体化多绕组（全去耦）变压器，具有高阻抗、重量轻等特点，并采用强迫导向油循环风冷技术。

8.采用独立通风冷却技术。

牵引电机采用由顶盖百叶窗进风的独立通风冷却方式；主变流器水冷和主变压器油冷采用水、油复合式铝板冷却器，由车顶直接进风冷却；辅助变流器也采用车外进风冷却的方式；另外还考虑了司机室的换气和机械间的微正压。

9.采用了集成化气路的空气制动系统，具有空电制动功能。

机械制动采用轮盘制动。

10.采用了新型的模式空气干燥器，有利于压缩空气的干燥，减少制动系统阀件的故障率。

关于HXD3B型电力机车微机网络控制系统的探究摘要：HXD3B型机车是由我国设计、制造的大功率交流传动货运电力机车，是我国铁路货运运输过程中的主力车型，现已经开始逐渐进入到C6修程。

微机网络控制系统是HXD3B型电力机车用于实现机车特性控制、逻辑控制、故障监视和自我诊断、并将信息传送到微机显示屏给予机车司机以直观的反映机车实时状态的系统，是整个机车的核心系统。

文章将会围绕HXD3B型电力机车微机网络控制系统的简介、功能介绍、国产化自主检修探究等方面展开简要的阐释分析。

关键词: HXD3B型电力机车微机网络控制系统国产化自主检修前言： HXD3B型机车是国内目前单轴功率最大的6轴货运电力机车，机车最大功率9600千瓦，最高运行时速120公里，主要运用于我国东北平原地区担负重点物资运输牵引任务。

客观上证实我国重载铁路机车设备的设计研发，以及生产制造技术已经达到世界一流水准。

伴随着“一带一路”发展战略持续深入实施，我国与沿线各国家之间的相互联系正在呈现出逐渐紧密的变化趋势，而在货物运输数量需求持续扩增的客观背景之下，我国重载铁路运输事业的历史发展进程正在逐渐进入到黄金阶段。

一、微机网络控制系统简介HXD3B型电力机车微机网络控制系统基于TCN网络标准结构形式，并结合工业以太网，通过MVB车辆总线连接车上各相关设备，重联机车之间采用WTB列车总线连接，显示单元的数据通信采用以太网。

网络控制系统采用分布式结构，包括微机控制柜，还包括控制电器柜、高压电源柜、低压电源柜、变流柜、行车安全柜、司机室等。

微机网络控制系统硬件设备主要由机车控制单元、牵引控制单元、网关、微机显示屏、模拟量检测保护模块、输入输出模块、星型适配器、以太网交换机、电源模块等构成，通过他们实现了整车的分布式网络控制。

分布式微机网络控制系统采用光纤通信，不受电磁干扰影响，机车工作过程中通讯状态表现较稳定二、微机网络控制系统主要单元功能说明1、主控制单元：主控制单元主要用以承担机车运行控制、网络管理和设备状态监测等任务，是机车微机网络控制系统的关键核心部件。

HXD3型电力机车介绍第一篇机车总体一、HXD3型电力机车主要特点轴式为C0-C0，电传动系统为交直交传动，采用IGBT水冷变流机组，1250kW大转矩异步牵引电动机，具有起动（持续）牵引力大、恒功率速度范围宽、粘着性能好、功率因数高等特点。

辅助电气系统采用2组辅助变流器，能分别提供VVVF和CVCF三相辅助电源，对辅助机组进行分类供电。

该系统冗余性强，一组辅助变流器故障后可以由另一组辅助变流器对全部辅助机组供电。

采用微机网络控制系统，实现了逻辑控制、自诊断功能，而且实现了机车的网络重联功能。

总体设计采用高度集成化、模块化的设计思路，电气屏柜和各种辅助机组分功能斜对称布置在中间走廊的两侧；采用了规范化司机室，有利于机车的安全运行。

车体的主要作用是承受上部载荷和传递机车牵引力；同时车体又是机车各动力机组和设备的安装基础；并要为乘务人员提供工作场所，因此，要求为乘务员提供良好的工作环境的同时，更为重要的是要求车体钢结构具有足够的强度和刚度。

采用带有中梁的、整体承载的框架式车体结构，有利于提高车体的强度和刚度。

转向架采用滚动抱轴承半悬挂结构，二系采用高圆螺旋弹簧；采用整体轴箱、推挽式低位牵引杆等技术。

采用下悬式安装方式的一体化多绕组（全去耦）变压器，具有高阻抗、重量轻等特点，并采用强迫导向油循环风冷技术。

采用独立通风冷却技术。

牵引电机采用由顶盖百叶窗进风的独立通风冷却方式；主变流器水冷和主变压器油冷采用水、油复合式铝板冷却器，由车顶直接进风冷却；辅助变流器也采用车外进风冷却的方式；另外还考虑了司机室的换气和机械间的微正压。

采用了集成化气路的空气制动系统，具有空电制动功能。

机械制动采用轮盘制动。

采用了新型的模式空气干燥器，有利于压缩空气的干燥，减少制动系统阀件的故障率。

二、机车主要技术性能指标工作电源电流制单相交流50Hz额定电压25kV在～31kV之间时，机车能发挥额定功率，在～和～范围内机车功率按不同斜率线性下降，在时功率为零；在31kV～范围内机车功率线性下降至零。

模块一HX D3机车总体认知任务1.1HXD3型电力机车参数与特性认知一、概述以在中国国内的主干线上进行大型货运为目的，设计并制造了HXD3型交流大功率电力机车。

此机车采用PWM矢量控制技术等最新技术的同时，尽量考虑对环境保护，减少维修工作量。

另外，考虑能够在中国全境范围内运行为前提，在满足环境温度在-40℃～+40℃，海拔高度在2500m以下的条件的同时，最大考虑到4组机车重联控制运行。

二、机车主要特点1.轴式为C0-C0，电传动系统为交直交传动，采用IGBT水冷变流机组，1250kW大转矩异步牵引电动机，具有起动（持续）牵引力大、恒功率速度范围宽、粘着性能好、功率因数高等特点。

2.辅助电气系统采用2组辅助变流器，能分别提供VVVF和CVCF三相辅助电源，对辅助机组进行分类供电。

该系统冗余性强，一组辅助变流器故障后可以由另一组辅助变流器对全部辅助机组供电。

3.采用微机网络控制系统，实现了逻辑控制、自诊断功能，而且实现了机车的网络重联功能。

4.总体设计采用高度集成化、模块化的设计思路，电气屏柜和各种辅助机组分功能斜对称布置在中间走廊的两侧；采用了规范化司机室，有利于机车的安全运行。

5.采用带有中梁的、整体承载的框架式车体结构，有利于提高车体的强度和刚度。

6.转向架采用滚动抱轴承半悬挂结构，二系采用高圆螺旋弹簧；采用整体轴箱、推挽式低位牵引杆等技术。

7.采用下悬式安装方式的一体化多绕组（全去耦）变压器，具有高阻抗、重量轻等特点，并采用强迫导向油循环风冷技术。

8.采用独立通风冷却技术。

牵引电机采用由顶盖百叶窗进风的独立通风冷却方式；主变流器水冷和主变压器油冷采用水、油复合式铝板冷却器，由车顶直接进风冷却；辅助变流器也采用车外进风冷却的方式；另外还考虑了司机室的换气和机械间的微正压。

9.采用了集成化气路的空气制动系统，具有空电制动功能。

机械制动采用轮盘制动。

10.采用了新型的模式空气干燥器，有利于压缩空气的干燥，减少制动系统阀件的故障率。