HXD1C型电力机车牵引变流器电气原理分析与检修

2010届毕业设计说明书HXD1C型电力机车牵引变流器电气原理分析与检修专业系班级学生姓名指导老师完成日期2013届毕业设计任务书一、课题名称HXD1C型电力机车牵引变流器电气原理分析与使用维护二、指导老师：第1周至第10周进行三﹑设计内容与要求1．课题概述完成本课题的设计要求学生具有电路﹑电力电子变流技术﹑模拟电子与数字电子技术及工厂电气控制设备等方面的基础知识。

本课题与电力电子变流技术有着密切的关系，随着电力变流技术的飞速发展，越来越多的机车采用交流电机作为牵引源，交流机车牵引电机采用牵引变流器提供变压变频电源实现变频调速及牵引功率的调节。

变频调速易于实现电机车的平稳启动和调速运行，并具有能耗低、调速范围广、静态稳定性好等诸多优点。

通过本课题的设计，学生能够熟练掌握电力电子开关器件IGBT的特性及应用，深入理解电力电子变流技术在交传机车牵引电机调速领域的应用。

同时，通过对交传电力机车牵引变流器主电路与控制电路的分析,培养学生进行运用所学知识分析与解决实际问题的能力以及创新设计能力。

2．设计内容与要求1) 大功率交传机车主传动系统分析（1）主传动系统的结构及技术特点；（2）交传机车牵引电机的结构与工作原理，大功率交传机车牵引电机常用的调速方式与功率调节方式；（3）对交流机车牵引传动采用变频调速、调功与其它方式进行对比分析；2)TGA9型牵引变流器主电路分析（1）多重四象限整流电路工作原理分析：查阅相关技术资料，对牵引变流器常用的整流电路类型进行分析，重点对TGA9型多重四象限整流电路进行技术分析；（2)中间直流环节滤波电路的结构与电路分析，滤波电容预充电的方式；（3）PWM逆变器结构与工作原理分析；常用逆变开关器件的结构与工作原理，重点对IGBT的结构及集成驱动电路进行分析；3） TGA9型牵引变流器控制电路的设计与分析（1）掌握常用PWM芯片的结构与工作原理，根据电气原理图对PWM逆变控制电路进行分析；（2）牵引变流器过流、过压与温度保护电路的分析。

4）TGA9型牵引变流器的使用维护四、设计参考书[1] 周志敏等， IGBT和IPM及其应用电路，人民邮电出版社出版[2] 变频调速三相异步牵引电动机的设计[3] 徐立娟、张莹，电力电子技术，高等教育出版社[4] 王青松，三相电流型多电平整流器的研究，浙江大学硕士学位论文[5] 郭佳，电力机车辅助变流器三相逆变器的控制研究，北京交通大学硕士学位论文[6] 林渭勋，现代电力电子电路,浙江大学出版社五、设计说明书要求1．封面2．目录3．内容摘要（200－400字左右，中英文）4．引言5．正文（设计方案比较与选择、设计方案原理、计算、分析、论证，设计结果的说明及特点）6．结束语7．附录（参考文献、图纸、材料清单等）六、毕业设计进程安排1．第1周熟悉毕业设计具体任务，进行相关资料收集，了解设计原理，选定设计方案。

2．第2周至第3周完成交传机车主传动系统的结构与工作原理的分析。

3．第4周至6周完成对TGA9型牵引变流器控制电路的结构与工作原理的分析，查找资料完成牵引变流器的日常使用与维护。

4．第7至8周进行毕业设计论文初稿的撰写。

5．第9周完成论文初稿的编写。

6．第10周完成设计任务书。

7．准备毕业设计答辩。

七、毕业设计答辩及论文要求1．毕业设计答辩要求答辩前三天，每个学生应按时将毕业设计说明书或毕业论文、专题报告等必要资料交指导教师审阅，由指导教师写出审阅意见。

学生答辩时对自述部分应写出书面提纲，内容包括课题的任务、目的和意义，所采用的原始资料或参考文献、设计的基本内容和主要方法、成果结论和评价。

答辩小组质询课题的关键问题，质询与课题密切相关的基本理论、知识、设计与计算方法、实验方法、测试方法，鉴别学生独立工作能力、创新能力。

2．毕业设计论文要求文字要求:说明书要求打印(除图纸外)，不能手写。

文字通顺，语言流畅，排版合理，无错别字，不允许抄袭。

图纸要求:按工程制图标准制图，图面整洁，布局合理，线条粗细均匀，圆弧连接光滑，尺寸标注规范，文字注释必须使用工程字书写。

曲线图表要求：所有曲线、图表、线路图、程序框图、示意图等不准用徒手画，必须按国家规定的标准或工程要求绘制。

2012年6月摘要HXD1C型电力机车，运行稳定、可靠，能满足该型电力机车的运用要求，实现模块化，通用化，降低了机车运营和维护成本。

HXD1C型电力机车作为我国国产率最高的新型大功率机车，在现代化铁路运输起着无可替代的重要作用。

本毕业设计针对HXD1C型机车牵引变流器及控制系统的技术特点和主要参数,描述了其结构阐述了牵引变流器功能模块和功能原理。

对HXD1C型机车在运用中主变流器、制动系统、辅助系统等常见故障进行原因分析,并介绍相应的措施。

关键词：电力机车牵引变流器冷却系统控制系统电力机车常见故障应对措施。

AbstractHXD1C type electric locomotive, the operation is stable and reliable, and can satisfy the use of this type of electric locomotive requirements, realize modular, universal, reduce the locomotive operation and maintenance costs. HXD1C type electric locomotives in China GuoChanLv highest new type high power locomotive. In modern railway transportation plays an irreplaceable important role.The design specification for HXD1C locomotive traction converters and control systems technical characteristics and main parameters, describes its structure elaborated traction converter function module and function principle. HXD1C locomotive main converter, braking system, auxiliary systems and common faults in the use of reason analysis. And introduce appropriate measures。

Keywords:Electric locomotive Traction converter Cooling system Control system of electric locomotive Common faults; Measures目录第一章大功率交传机车主传动系统 (1)1.1 主传动系统的结构及技术特点 (1)1.2 交传机车牵引电机的结构. (2)1.3 大功率交传机车牵引电机常用的调速方式与功率调节方式. (2)第二章 TGA9型牵引变流器主电路分析 (6)2.1 牵引变流器的简介 (6)2.1.1 牵引变流器的主要技术特点 (7)2.1.2 牵引变流器的主要参数 (7)2.1.3 牵引变流器的结构 (7)2.2 多重四象限整流电路工作原理 (8)2.2.1四象限整流器 (9)2.2.2滤波电容的设计 (12)2.2.3滤波电容充电、放电过程 (12)2.3 中间直流环节滤波电路的结构与电路 (14)2.3.1中间支撑电容 (14)2.3.2谐振吸收回路 (14)2.3.3接地故障检测及固定放电电阻 (15)2.3.4斩波放电(直流放电)电路 (15)2.4 PWM逆变器结构及工作原理 (16)2.4.1 PWM逆变器结构。

(16)2.4.2 PWM逆变器原理。

(16)2.4.3 电压型PWM整流器间接电流控制 (18)2.5 常用PWM芯片工作原理 (19)2.6 脉宽调制逆变器 (20)2.7 逆变桥的换相过程 (21)2.8 三相逆变器的变频变压的原理分析 (22)2.8.1 基本工作方式——180°导电方式 (22)2.8.2 波形分析（图2.25） (22)2.9 IGBT的结构及集成驱动电路分析 (23)2.9.1 IGBT的结构 (23)2.9.2 IGBT集成驱动电路 (25)2.9.3 设计栅极驱动电路时，主要考虑的问题 (25)2.10牵引变流器过流、过压与温度保护电路. (26)第三章 TGA9型牵引变流器的使用维护 (28)3.1 牵引变流柜故障 (28)3.1.1 整流，逆变模块 (28)3.1.2 TCU控制箱插件板 (29)3.1.3 网络控制模块故障 (29)3.1.4 牵引变流器短接接触器 (29)3.2 制动系统 (30)3.3 车顶设备 (30)3.4 辅助系统 (30)心得体会 (32)参考文献 (33)第一章大功率交传机车主传动系统1.1 主传动系统的结构及技术特点交流传动技术是一门综合技术，但其本质的特点是牵引电机采用了交流异步电动机，其一系列的有点都是由此变现出来的。

与传统的直流传动机车相比，交流传动机车具有一些明显的优势1、结构简单交流传动采用的异步电动机除轴承外，没有其它摩擦部件，结构简单，使得其可靠性大大优于直流牵引电动机。

直流电动机由于受到换向和机械强度的限制，最高转速只能达25O0r/min 左右，而交流电机的转速可达4O00r/min以上。

所以，在同样功率的情况下，交流电机体积小，重量轻，从而改善了机车的动力学性能。

2、粘着性能好异步电动机具有很硬的机械特性，当某个轮对发生空转时，随着转速的升高，转矩很快降低，具有很强的恢复粘着能力。

空转发生时，转速上升值不大，这样，机车在同样的粘着重量下，可以发挥出更大的起动牵引力和持续牵引力。

异步电动机的工作点可以很方便地进行平滑调节，以实现最大可能的粘着利用，不会出现粘着中断的情况。

同时，通过各轴的单独控制，当某台电机发生空转时，可调节该台电机，这样能充分利用机车的粘着性能。

由于上述特性和良好的控制功能，交流传动系统的粘着系数可以利用得很高。

3、功率大，恒功率范围广现代交流传动机车最大轮周功率可达160OkW-18O0kW，制动功率可做到与额定牵引功率相等，恒功率速度比2.5-3。

牵引功率大导致牵引力大，而又由于粘着性能好，大的牵引力能充分发挥其牵引能力。

因此，交流传动机车有强的使用灵活性，它既可满足货运的大的起动牵引力要求，又可满足客运高速度的要求，做到客货机车通用，实现机车多拉快跑的目的。