HXD3微机网络系统介绍

HXD3系列电力机车牵引及微机网络控制系统自主检修方案研究发布时间：2022-11-07T07:32:34.117Z 来源：《中国科技信息》2022年第13期第7月作者：王泽众[导读] 随着我国轨道交通行业的高速发展，我国在检修业务上取得了快速发展。

各相关企业开展了各有特点的检修业务，依托王泽众（中车大连电力牵引研发中心有限公司,辽宁大连 116041）摘要：随着我国轨道交通行业的高速发展，我国在检修业务上取得了快速发展。

各相关企业开展了各有特点的检修业务，依托现有的检修技术能力已经陆续完成了HXD3系列电力机车的检修，对以西门子、庞巴迪和阿尔斯通为主的国外技术进行了消化吸收，在检修过程中进行了国产化替代和技术自主化研究，取得了大量突破性成果。

关键词：检修业务国产化替代 HXD3系列电力机车1 引言越来越多的检修经验提高了机车检修的成功可能性和安全可靠性。

同时为加快破解我国铁路机车车辆进口牵引与控制系统检修“卡脖子”问题，从根本上降低机车车辆检修成本、缩短检修周期，提升中车对轨道交通装备核心业务全寿命周期服务的产业链管控能力，积极开展机车车辆进口牵引与控制系统自主检修能力建设，并计划在和谐型机车牵引及微机控制系统自主检修方面取得突破的进展。

以HXD3系列机车为例，由于技术封锁等原因，HXD3系列电力机车机车的微机网络控制系统和牵引变流器系统等核心部件相关的交付技术资料不够详细，其核心部件的检修完全依赖原厂商。

和谐型电力机车微机网络控制系统和牵引变流器系统等核心部件主要靠返回国外原厂进行维修，维修费用高并且维修周期长，完全不能满足现场运用需求。

因此，实现HXD3系列电力机车微机网络控制系统和牵引变流器系统等核心部件自主修显得极为重要。

2 技术研究2.1 主要研究内容（1）HXD3系列电力机车牵引及微机网络控制系统电路板卡全寿命周期研究技术研究内容分为电路板卡实际工况分析、电路板卡失效模式建模、电路板卡关键状态信息监测、电路板卡剩余有效寿命预测、测试验证平台搭建等。

【引言概述】本文将对HXD3电气系统进行介绍，该系统是HXD3型电力机车中的核心部分之一。

电气系统作为机车的重要组成部分之一，对机车的运行和性能起着至关重要的作用。

本文将从五个大点来详细阐述HXD3电气系统的组成和功能。

【正文内容】一、主控制系统1.牵引控制模块功能及原理2.制动控制模块功能及原理3.辅助控制模块功能及原理4.信号处理模块功能及原理5.数据通信模块功能及原理二、直流传动系统1.逆变器模块功能及原理2.励磁系统功能及原理3.牵引电机功能及原理4.制动电阻功能及原理5.母线和变压器功能及原理三、辅助供电系统1.电池组功能及原理2.静止变流器功能及原理3.馈电变压器和整流充电机功能及原理4.辅助电源开关装置功能及原理5.辅助负载装置功能及原理四、智能检测与保护系统1.灵敏系数与接线方式功能及原理2.过载保护功能及原理3.短路保护功能及原理4.电源低压保护功能及原理5.温度保护功能及原理五、列车接口系统1.车载监控系统功能及原理2.通信系统功能及原理3.车载信息系统功能及原理4.列车自动控制系统功能及原理5.转向架接口装置功能及原理【总结】HXD3电气系统作为HXD3型电力机车中的核心部分，包含主控制系统、直流传动系统、辅助供电系统、智能检测与保护系统以及列车接口系统等五个大点。

每个大点下又包含59个小点来详细阐述其功能和原理。

HXD3电气系统的合理设计与运行稳定性直接影响着机车的牵引力、制动力及其他性能指标的表现，因此，了解和熟悉HXD3电气系统的结构和原理对于保证机车的正常运行具有重要意义。

HXD3型货运电力机车总体介绍HXD3型货运电力机车总体介绍HXD3型电力机车是由中国北车集团大连机车车辆有限公司与日本东芝公司于2001年起合作研制的大功率交流传动货运电力机车。

一、HXD3型电力机车主要特点1.1 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。

1.2 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。

1.3 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。

1.4 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。

1.5 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。

1.6 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。

1.7 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。

1.8 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。

1.9 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。

HXD3型电力机车整流系统的分析【摘要】本文以XHD3型电力机车主变流器中整流器为研究对象，分析了PWM整流器的工作原理及优越性，并对其功率因数进行了分析，为检修工作提供了理论参考。

【关键词】XHD3电力机车；整流器；PWM0.概述HXD3型电力机车按照我国对目前铁路货运要求而要求设计的交流传动货运机车。

该电力机车牵引电传动系统的整流采用四象限的PWM调制技术，它通过控制流入牵引整流器的交流电流波形和相位以及中间直流电压的幅值的大小，使输入的交流电流的波形尽可能接近于正弦波，而且使电流的相位和电压的相位差接近于零，这样即提升了机车的功率因数又限制了谐波电流。

四象限整流与相控整流器相比，即提高了功率因数又使电流的谐波含量小。

为了降低谐波含量，XHD3型电力机车的六组整流器的调制谐波相位要保持一致，但载波的相位不能一致，其相位差依次相差300、600……1800，从而达到了消除谐波的目的，并且保证等效干扰电流≤2.5A。

1.四象限整流电路工作原理四象限整流器广泛应用在电力机车上，它有效解决了等效干扰电流、功率因数以及再生制动等对电力机车的要求。

从图1所示，该电路图与二极管桥式电路相比每个桥臂上都增加了一个可控电气元件。

该可控电气元件具有两个作用：（1）开关作用；（2）可以改变输出电流id的方向。

该电路能在输入电压不变的情况下改变输出电流的方向，即可使输入电压us和输入电流iN工作在四个象限。

由于电感Ls所吸收的无功功率来至直流电压侧，该四象限整流器能使这种功率的反馈成为可能。

该整流器还能得到正弦波的电网电流，能够达到对电流和功率因数的控制的目的。

该四象限的开关功能是在IGBT导通状态下，短接整流器的输入端，即整流器的输入电压us为零，当IGBT在关断状态下将直流电压接到交流侧使us=ud。

由于该四象限整流器采用PWM调制技术，不仅能实现控制网侧功率因数，还能够实现电能的双向传输。

在直流环节设置的电容C能够吸收由于电网电流和直流电压产生的高频分量。

图1HX D 3B 型机车微机网络控制系统拓扑结构HX D 3B 型交流传动电力机车网络控制系统付莹，李新，郝凤荣（中国北车集团大连机车车辆有限公司，辽宁大连116022）摘要：研究了HX D 3B 型机车网络控制系统的结构组成和特点，阐述了机车控制单元VCU 、牵引控制单元DCU 、网关TCN-GW 、微机显示单元DDU 的功能以及网络控制系统的主要控制功能。

关键词：电力机车；网络控制系统；结构组成；特点；通信网络中图分类号：U264.91+7文献标识码：A文章编号：1672-1187（2010）02-0021-04Network control system of type HX D 3B AC drive electric locomotiveFU Ying,LI Xin ，HAO Feng-rong（Dalian Locomotive and Rolling Stock Co.，Ltd.，CNR Group ，Dalian 116022，China ）Abstract ：This paper presents the configuration and the feature of the network control system of type HX D 3B AC drive electric locomotive.The function of locomotive control unit VCU,traction control unit DCU,gateway TCN-GW,display unit DDU and the main function of the network control system are described.Key words ：electric locomotive ；network control system ；configuration ；feature ；communication network研究开发收稿日期：2009-12-14作者简介：付莹，工程师，2003年毕业于大连铁道学院电气工程及其自动化专业，现从事电力机车电气设计工作。

《HXD3型电力机车》分章节部件总结及功能介绍第三章设备布置与通风系统一．概述：机车设备布置具有以下特点：（1）机车两端设有司机室，机械间采用中央走廊，设备布置在通道两侧，设备屏柜化，成套化，便于设备的安装和维护、检修。

（2）在机械间内，辅助设备按功能在两端分布布置；1端主要布置电气设备，2端主要布置空气管路设备，有利于缩短机车电气导线连接和空气管路连接，减少系统故障率，提高了系统的可靠性。

（3）机车电气传动的主要部件1台主变压器和2台牵引变流装置安装在机车的中心部位。

质量较大的主变压器用下悬式安装在车体下中心部位，牵引变流装置安装在机械室中央走廊的两侧。

（4）机车设置有同时对主变压器和牵引变流装置进行冷却的复合冷却器，冷却器上部设置轴流通风机进行独立通风冷却，2台复合冷却器靠近牵引变流器和主变压器安装，尽量缩短连接配管。

（5）机车以牵引变流装置和复合冷却器为整体单元布置在机车中心部位，有利于机车的重量分配。

（6）机车设置单独的轴流通风机对牵引电机进行冷却，冷却风道进风口设置在顶盖上，通风机安装在机车机械室地板支架上。

（7）牵引通风道内设有惯性滤尘器进行二次除尘，保证电机冷却空气的清洁度。

（8）机车顶盖设有换气口，有利于机车夏季的换气和冬季的保温。

二．司机室布置：司机室内设有操纵台、八灯显示器、司机座椅、端子柜、饮水机、紧急放风阀、灭火器、暖风机等设备。

司机室顶部设有空调装置（冷热）、风扇、头灯、司机室照明等设备。

司机室前窗采用电加热玻璃，窗外设有电动刮雨器，窗内设有电动遮阳帘，侧窗外设有机车后视镜。

（1）操纵台：操纵台是机车人机交换设备，司机通过操纵台上各装置发出控制机车指令，完成机车牵引、制动等各项工作，通过操纵台上各个仪表、显示器等观测机车运用状态。

（2）通风冷却系统：包括复合冷却通风冷却系统、牵引电动机通风冷却系统、辅助变流器通风冷却系统、司机室通风系统、卫生间通风系统、机车机械间通风系统。

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。