7200kW电力机车牵引变流器

电力机车牵引变流器讲义课件1. 引言电力机车作为现代铁路运输中的重要组成局部，其牵引变流器的设计和运行原理成为了工程师和技术人员的关注焦点。

本讲义课件将介绍电力机车牵引变流器的根本知识和工作原理，帮助读者了解和掌握这一关键装置。

2. 牵引系统概述牵引系统是电力机车的核心局部，负责提供动力和 traction 控制。

牵引变流器作为牵引系统的重要组成局部，将直流电源转换为可变频率和可变电压的交流电源，以满足不同负载和运行条件下的牵引力要求。

3. 牵引变流器的分类牵引变流器按照不同的拓扑结构和控制策略可以分为：逆变式、半控制式和全控制式牵引变流器。

本节将详细介绍各种类型的特点和应用场景，帮助读者全面了解牵引变流器的分类。

3.1 逆变式变流器逆变式变流器是最常用的牵引变流器，通过逆变电路将直流电源转换为可调制的交流电源，其输出波形可以通过调整开关频率和占空比来控制。

该种类型的变流器结构简单，运行可靠。

3.2 半控制式变流器半控制式变流器在逆变式的根底上增加了一些开关元件，以提供更多的控制自由度。

例如，在逆变桥中引入了逆并联三相桥，以实现对输出电流的片段控制，提高了系统的输出性能和稳定性。

3.3 全控制式变流器全控制式变流器是最灵巧和功能最强大的牵引变流器，通过控制所有开关元件的触发时刻和角度来实现对输出电流和电压的精确控制。

该种类型的变流器在特殊的工况下具有更好的调节性能和响应速度。

4. 牵引变流器的工作原理牵引变流器的工作原理是将输入的直流电源转换为可变频率和可变电压的交流电源，为电力机车的牵引系统提供所需的电力。

本节将分别介绍逆变式、半控制式和全控制式变流器的工作原理，并且附有相应的示意图和数学推导。

5. 牵引变流器的控制策略牵引变流器的控制策略直接影响着电力机车的牵引性能和能效。

本节将介绍常见的控制策略，包括感应电动机控制、直流电动机控制、矢量控制等，帮助读者了解这些策略的原理和应用。

6. 牵引变流器的故障诊断与维护牵引变流器作为电力机车的核心部件之一，其故障对电力机车的运行平安和稳定性具有重要影响。

一、填空题1.CHXD3型电力机车轴式为（co-co）。

2.HXD3型电力机车持续功率为（7200）kW。

3.为了防止司机可能产生的误操作，司控器调速手柄与换向手柄之间设有（机械联锁）装置。

4.DSA-200受电弓正常工作风压为（340-380）kPa。

5.主变压器设有（两个）个潜油泵，强迫变压器油进行循环冷却。

6.25t轴重的HXD3型电力机车持续制速度( 65 )km／h。

7.25t轴重的HXD3型电力机车起动牵引力为(570 )kN。

8.25t轴重的HXD3型电力机车恒功率速度围为( 65-120)km／h。

9.HXD3型电力机车电制动式为(再生制动)。

10.主电路主要由（网侧）、主变压器、主变流器及牵引电动机等电路组成。

11.牵引变流器输入回路过流故障，在3分钟连续发生两次，故障将被锁定，必须切断（CI）控制电源，才能恢复正常。

11.辅助变流器过载时，向微机控制系统发出跳开（主断）信号，该故障消除后10s能自动复位。

12.制动显示屏LCDM位于司机室操纵台，通过它可进行CCBⅡ系统（自检），故障查询等功能的选择和应用。

13.自动制动手柄位置包括运转位、初制动、全制动、抑制位、重联位、紧急位。

初制动和全制动之间是(常用)制动区。

14.HXD3型电力机车带载制动时，自阀制动后单阀应在运转位向(右)压，以缓解机车闸缸压力。

15.HXD3型电力机车换向手柄至于中立位，各辅机(停止)工作。

过（1）级以上时，机车“定速控制”状态自动解除。

17.ERCP发生故障时，自动由（16CP）和13CP来代替其功能。

18.HXD3型电力型机车采用IGBT（水冷）变流机组和1250kW大转矩异步牵引电动机。

19.HXD3型电力机车总体设计采用高度集成化、(模块化)的设计思路。

20.HXD3型电力机车采用带有中梁的、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。

21.HXD3型电力电力机车电传动系统采用（交直交）电传动式及轴控技术。

牵引变流器变流器工作原理牵引变流器（Traction Converter）是一种用于电力机车和列车的设备，用于将电网供电转换成适合牵引电机的电力。

牵引变流器的工作原理是将输入的电能进行变换和控制，以满足电机的工作要求并实现速度和转向的调节。

牵引变流器通常由以下几个主要部分组成：整流单元（Rectifier）、逆变单元（Inverter）、滤波单元（Filter）、控制单元（Control Unit）和保护单元（Protection Unit）。

首先，电能从电网输入整流单元，整流单元将交流电转换为直流电，并通过滤波单元进行滤波处理，以减少电流的纹波成分。

整流单元可以采用不同的拓扑结构，如单向整流桥、三相桥式整流等，根据不同的应用需求进行选择。

经过整流和滤波处理后，直流电被逆变单元转换为适合驱动电机的交流电。

逆变单元一般采用高频开关器件（如IGBT、MOSFET 等）来实现电能的逆变过程。

逆变单元通过控制开关器件的开关时间和频率，可以控制输出的电流和电压特性，实现对电机的速度和转向的调节。

为了保证电能的质量和稳定性，牵引变流器中要加入滤波单元。

滤波单元用于减少逆变输出产生的高频成分，以提高电流质量，并减少对电动机的干扰。

滤波单元通常由电感、电容和电阻等元件组成，可以通过调节滤波元件的参数来满足不同的滤波要求。

牵引变流器的控制单元起着核心作用，用于监测和控制整个系统的运行。

控制单元负责实时监测输入电压、输出电流、温度等参数，并根据预设的控制算法对整流和逆变单元进行精确的调节和控制。

控制单元还可以接收车辆的指令信号，实现对车辆的速度和转向的精确控制，并通过反馈系统进行闭环控制。

为了确保设备的安全运行，牵引变流器还需要加入保护单元。

保护单元通常采用电路保护器、过流保护器、过温保护器等来实现对整个系统的监测和保护。

一旦出现电流过大、温度过高等异常情况，保护单元会及时切断电路，以防止设备的损坏和事故的发生。

总结起来，牵引变流器通过整流、滤波、逆变和控制等过程，将电网供电转换为适合牵引电机的电力，并实现对车辆速度和转向的调节。

一、填空题HXD3型电力机车轴式为（C0-C0）。

HXD3型电力机车持续功率为（7200）kW。

为了防止司机可能产生的误操作，司控器调速手柄与换向手柄之间设有（机械联锁）装置。

DSA-200受电弓正常工作风压为（340～380）kPa 。

主变压器设有（两）个潜油泵，强迫变压器油进行循环冷却。

25t轴重的HXD3型电力机车持续制速度(65)km／h。

25t轴重的HXD3型电力机车起动牵引力为 (570)kN 。

25t轴重的HXD3型电力机车恒功率速度范围为(65～120)km／h 。

HXD3型电力机车电制动方式为(再生制动)。

主电路主要由（网侧）、主变压器、主变流器及牵引电动机等电路组成。

牵引变流器输入回路过流故障，在3分钟内连续发生两次，故障将被锁定，必须切断（CI）控制电源，才能恢复正常。

辅助变流器过载时，向微机控制系统发出跳开（主断）信号，该故障消除后10s内能自动复位。

制动显示屏LCDM位于司机室操纵台，通过它可进行CCBⅡ系统（自检），故障查询等功能的选择和应用。

自动制动手柄位置包括运转位、初制动、全制动、抑制位、重联位、紧急位。

初制动和全制动之间是(常用)制动区。

HXD3型电力机车带载制动时，自阀制动后单阀应在运转位向(右)压，以缓解机车闸缸压力。

HXD3型电力机车换向手柄至于中立位，各辅机(停止)工作。

HXD3型电力机车进入“定速控制”状态后，司机控制器调速手柄的级位变化超过（1）级以上时，机车“定速控制”状态自动解除。

ERCP发生故障时，自动由（16CP）和13CP来代替其功能。

HXD3型电力型机车采用IGBT水冷变流机组和1250kW大转矩(异步)牵引电动机。

HXD3型电力机车总体设计采用高度集成化、(模块化)的设计思路。

HXD3型电力机车采用带有中梁的、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。

HXD3型电力电力机车电传动系统采用（交直交）电传动方式及轴控技术。

HXD1D型电力机车牵引变流器作者：周会刘浩平陈湘来源：《环球市场》2018年第09期摘要：本文介绍了HXDID型电力机车牵引变流器的工作原理、主电路、关键技术及总体结构。

试验表明，该变流器的技术性能能满足大功率电力机车交流传动牵引和辅助供电的要求。

关键词：电力机车；牵引变流器；试验验证近年来交流传动电力机车大功率牵引变流器正在往大功率水冷IGBT技术和主辅一体化集成技术的方向发展，将电力机车牵引用变流器和辅助用变流器集成为一体设计[1]。

HXD1D型客运电力机车，由中车株洲电力机车有限公司立项开发的新型交流传动客运电力机车，可直接替换如SS9、SS9G型等直流传动机车实现交直牵引到交直交牵引的转换。

整车功率达到7200kW，最大时速160km/h。

机车牵引力大大提高，完全满足准高速机车牵引要求。

一、牵引变流器的工作原理该机车轴式为co-co，牵引变流器采用主辅一体化设计，每台机车配置两个牵引变流器，每个牵引变流器向一个转向架的三台牵引电机供电。

牵引变流器采用IGBT作为开关器件，水冷散热方式。

牵引电机轴功率为1200kW，牵引逆变器一牵引电机采用轴控方式[2]。

牵引变流器中集成一个辅助变流器为辅助设备供电，额定输出容量为160kVA，冗余模式下最大输出容量320kVA。

图1为变流器的主电路原理图。

下面以主电路的第一个功能单元来说明牵引变流器主电路的工作原理。

牵引变压器牵引绕组a1-x1输人电压首先经由KM4、R1组成的充电回路对直流回路的支撑电容充电，充电完成后闭合短接接触器KM1。

牵引工况时单相工频电网电压经四象限PWM 整流器整流为直流电压，再经逆变器逆变为三相VVVF电压供给牵引电机；再生制动工况时牵引电机发出的三相电压经整流、逆变后通过牵引变压器、受电弓反馈回电网。

辅变模块从中间直流回路取电，经变压器后输出三相AC440V电压，给车上的辅助设备供电。

二、变流器关键技术（一）变流器总体结构变流器总体采用模块化设计理念，包含变流器模块、支撑电容器、传动控制单元（TCU）；接触器、电阻、传感器、冷却风机、热交换器等部件。

机车变流器的工作特点
机车变流器是电力机车上的关键部件之一，其主要作用是将交流电转换为直流电，为电力机车的牵引电动机提供动力。

机车变流器的工作特点如下：
1. 高效率：机车变流器需要将大量电能转换为电能，因此其效率对整个电力机车的性能至关重要。

目前的机车变流器通常采用IGBT等高效功率器件，其效率可达到98%以上。

2. 高功率密度：机车变流器需要在机车上安装，因此其体积和重量受到限制。

为了满足这一要求，机车变流器需要具有高功率密度，即在较小的体积内提供足够的输出功率。

3. 高可靠性：机车变流器需要在高速、高温、高振动等恶劣环境下工作，因此其可靠性是至关重要的。

为了确保其可靠性，机车变流器通常采用多重保护措施，如过流保护、过压保护、过温保护等。

4. 灵活性：机车变流器需要根据不同的机车型号和运行条件进行设计和调整。

为了满足这一要求，机车变流器通常具有灵活的控制功能，如可编程控制、自适应控制等。

5. 安全性：机车变流器需要在机车上安全可靠地运行，因此其安全性是至关重要的。

为了确保其安全性，机车变流器需要符合相关的安全标准和规范，如EN50121-1等。

总之，机车变流器需要在高效率、高功率密度、高可靠
性、灵活性和安全性等方面具备优异的性能，以满足机车牵引动力的需求。