CRH2型动车组牵引传动概述
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CRH2型动车组牵引传动概述
7.1.1牵引传动系统的组成
CRH2型动车组编组形式为8辆编组，动力配置为4M-F4T，即Tlc-M2-M1-T2-Tlk-M2-Mls-T2c，其中相邻的两辆动车为1个基本动力单元。每个动力单元具有独立的牵引传动系统。
CRH2型动车组采用交流传动系统，主要由受电弓(包括高压电器设备)、牵引变压器、脉冲整流器、中间环节、牵引逆变器、牵引电动机、齿轮传动等组成。动车组受电弓从接触网获得AC25000V/50Hz电源，为了满足动车组牵引特性的要求，牵引电动机需要电压频率均可调节的三相交流电源。牵引传动系统组成原理参见图7.1。
7.1.2牵引传动系统能量变换及传递
列车牵引运行是将电能转换成机械能，能量变换与传递的途径如图7.2黑色箭头所示；再生制动运行是将机械能转换成电能，能量变换与传递的途径如图7.2白色箭头所示。
列车牵引运行时：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：O～2300V；频率：0～220Hz)驱动牵引电动机，牵引电动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。实现电能到机械能的转换。
再生制动时：控制牵引逆变器使牵引电动机处于发电状态，牵引逆变器工作于整流状态，牵引电动机发出的三相交流电被整流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。脉冲整流器工作于逆变状态，中间直流回路直流电被逆变为单相交流电，该交流电通过牵引变压器、真空断路器、受电弓等高压设备反馈给接触网，从而实现机械能到电能的转换。
7.1.3牵引传动系统主电路
牵引传动系统主电路结构原理简图如图7.3所示，主电路原理图如图7.4所示。
动车组由受电弓从接触网接受25kV，50Hz单相交流电，通过真空断路器(VCB)连接到牵引变压器原边绕组。牵引变压器牵引绕组输出的AC15O0V，50Hz电源输入脉冲整流器。脉冲整流器由单相三电平PWM变流器、交流接触器K组成。采用无触点控制装置实现对输出直流电压2600～3000V恒压控制、牵引变压器原边单位功率因数的控制以及故障保护。再生制动时，牵引变流器经过牵引变压器反馈电能。牵引逆变器采用了VVVF的控制方式，整流器输入给支撑电容器的直流电压，依据无接点控制装置控制信号，输出变频变压的三相交流电对4台并联的电动机进行速度、力矩控制。再生制动时牵引电动机发出三相交流电，经整流后向支撑电容器输出直流电压。
7.1.4牵引传动系统的布置
CRH2型动车组为4M4T编组，首尾车辆设有司机室，可双向驾驶，两辆动车组成一个动力单元。正常情况下，两个牵引系统均工作，当一个牵引系统发生故障时，可以自动切断故障源，继续运行。
动车组头车长度25.7m，中间长度25m，总长201.4m，车体宽度3.38m，车体高度3.7m。在4，6号车设受电弓及附属装置，安装高度4m时，受电弓工作高度最低4888mm，最高6800mm，最大升弓高度7000mm。动车组正常运行时，采用单弓受流，另一台备用，处于折叠状态。2，3，6，7号车为动车，车下有牵引变流器和牵引电动机。在2，6号车下装有牵引变压器。1，4，5，8号车为拖车。
(1)车顶电气设备布置
在各车辆间，主电路采用高压电缆和高压电缆连接器连接。动车组在2号车后部、3号车前后部、4号车前部、5号车后部、6号车后部的车顶上设置直线型高压电缆连接器，4号车后部、5号车前部的各车顶上，为了方便摘挂，设置了高压电缆用倾斜型电缆连接器，通过这些高压连接器接通高压电缆。在4，6号车前部车顶安装受电弓和保护接地开关。
(2)动车组车底电气设备布置
CRH2型动车组以2动2拖为一个基本动力单元。一个基本动力单元的牵引传动系统主要由网侧高压电气设备、1个牵引变压器、2个牵引变流器、8台三相交流异步牵引电动机等组成。全列共计2个受电弓、2个牵引变压器、4个牵引变流器、16台牵引电动机。动车组正常时升单弓运行，另一个受电弓备用。牵引传动系统的供电设备布置在4，6号车车顶，电传动设备布置在2，6，3，7号车的车底。
7.1.5牵引传动系统的特点
CRH2型动车组牵引传动系统采用交流传动，在牵引变压器、牵引变流器、牵引电动机、控制策略等方面有其显著的特点。 (1)牵引变压器采用壳式结构、车体下吊挂安装、油循环强迫风冷。牵引绕组为两个独立线圈，确保牵引绕组的高电抗、弱耦合性。
(2)牵引变流器主电路采用两开关功率器件串联与中点带钳位二极管的方案，功率开关器件采用IPM智能功率模块或IBGT模块。其中IPM是将IGBT功率器件驱动电路、保护电路等封装在一个模块内的新型电力电子器件，是IGBT集成化、智能化的一种应用方式。除具有IGBT的优点外，驱动功率小，吸收回路简单，器件模块本身具有检测和自保护功能，可以采用多个并联以增大电流容量。
(3)采用单相三电平PWM脉冲整流器，与两电平PWM脉冲整流器相比，具有以下优点：每一个功率器件所承受的关断电压仅为直流侧母线电压的一半，在相同的情况下，直流母线电压可以提高一倍，容量也提高一倍；在同样的开关频率及控制方式下，输出电压或电流的谐波大大小于两电平变流器，其总的谐波失真THD也远小于两点式变流器；即使在开关频率很低时，其输入侧的电流波形也能保证一定的正弦度。从而减小对通信系统的谐波干扰。
(4)牵引变流器中间直流环节不设二次谐波滤波装置，减轻了牵引变流器和牵引变压器的质量。
(5)逆变器采用三电平拓扑结构，与两电平逆变器相比，端电压波形包含较少的谐波分量。在一个周期内，两点式逆变器电路只有8种状态，而三电平有27种，有利于减小相邻电路状态转换时引起的电压和电流波动，从而有利于降低损耗，提高电动机效率，减少转矩脉动。
(6)牵引电动机具有良好的牵引特性，可以实现宽范围的平滑调速，使机车起动时发出较大的起动转矩；异步电动机结构简单，可靠性高，同直流电动机比较，没有因换向引起的电气损耗和机械损耗，没有环火，运行可靠性进一步提高；耐振动、耐风雪，可以在多尘、潮湿等恶劣环境下正常运行；电动机过载能力强；转速高，功率/质量比高，有利于电动机悬挂；转矩一速度特性较陡，可抑制空转，提高黏着利用率。
(7)牵引电动机采用矢量控制策略，把定子电流分解成转子磁场定向坐标系下的励磁电流分量和转矩电流分量，实现了定子电流的完全解耦，控制方式简单，使整个牵引传动系统具有良好动态性能和控制精度。
