高速动车组牵引变流器热容量
高速动车组牵引变压器概述
之处， 本 文 主要 介 绍各 种 类 型 牵 引 变压 器 的 结构 、 特 点 以及 性 能 。 关键词 ： 动 车组 牵引变压 器； 结构 ； 性能
随着动车组 的速度不断提高 ， 对动车组牵 引性 能的要 求也越来 聚氨酸绝缘纸来实现 。 越高， 牵 引变压器是 动车组 的重要 组成部分 ， 其性能 的好 坏对 动车 变压器 的油冷却器选用整体铝制油冷却 器 ， 冷却 介质为难燃性 组 的运 行 有 着 重 大 影 响 。 的硅 油 ， 通过 硅油在绕组 间流动 可以带走大部分 的热 ， 为保 证 良好 １ 牵 引 变压 器 的 的作 用 的冷却效果 ， 通过油流继电器来监测流量 。油温采用 Ｐ Ｔ １ ０ ０温度传 受 电弓从接 触网接 收的 ２ ５ Ｋ Ｖ单相交 流电通过 主断路 器输入 感器检测警报温度设 定为 １ ３ ５±２． ５℃， 高于此值 时接点 闭合 ， 到牵 引变压器 的初级 侧绕组 ， 经过变 压器降压 ， 降低为合 适的 电压 车辆上 的指示灯点亮 。除用温度传感器 、 油流继电器实施状态监控 后给牵 引 ／ 辅 助电路供 电。在这个过程 中 ， 变压器 的正常运行 除需 外 ， 还采用金属波 纹管存油器 ， 避 免外界空气 与变压 器油 的直 接接 要常规的绕组 、 铁芯外 ， 我们还需要相应 的冷却 系统对其进 行降温 ， 触， 防止油质老化 。 为保证油箱 内压力值正常 ， 在油箱侧面安装 自动 保护诊断系统对变压器及其附件进行保护及控制。 因此牵 引变压器 复归型卸压阀 ， 其动作值设定 为 ０． １±０ ． ０ １ ５ ＭＰ ａ 。 基本组成结构就包括以下部分 ： 变压器主要技术参数 １ ． １ 变压器机芯 机芯作为变 压器 的主要组 成部分 ， 由绕组 、 铁 芯和引线装 置组 成。绕组一般由铜线组成 ， 根据不 同功 能分 为高压绕组和牵引绕组 两部分 ， 两绕组缠 绕在 同一个铁 芯柱上 ， 相互之 间通 过高等级 的绝 缘材 料绝 缘。铁芯一般 由高导磁 性材料硅做成 ， 为避 免材 料内部的 涡流损耗 ， 变压器铁芯均做成硅钢片叠加 的形式 。引线装 置负责将 ２ ． ２ Ｃ Ｒ Ｈ３型动 车组牵引变压器 高压 和牵 引绕组 引出到接线箱 内 ，以便与外部设备进行 电气连接 。 该牵 引变 压器 采用 芯式 结构 ， 卧放 于 ２ 、 ７车 车底 。其引入 １ 个 其 中输入侧采用 Ｔ型头结构 ， 输 出侧则采用接线端子结构 。 原边 ２ ５ Ｋ Ｖ高压绕组 ， 输 出 ４个 １ ５ ５ ０ Ｖ的牵引绕组 ， 绕组线 圈间绝 根据变压器 内部 绕组在铁 芯中布置方式 ，可 以分 为芯式 和壳 缘采用 Ｎ ｏ ｍｅ ｘ纸绝缘 。冷却系统的冷却 介质 为矿物质油 ， 介质最高 式， 因芯式变压器结 构简单 ， 且绕组 与铁芯间绝缘易处理 ， 因此 我国 温升 ６ ５ ％， 若 温升过高 ， 则可通 过温度传感器的检测 ， 列车 Ｔ Ｃ ＭＳ的 动车组 多采用 芯式结构 。 诊断 ， 最终关 闭变压器 。变压器的储油柜（ 膨胀油箱 ） 独立 固定在车 １ ． ２油箱 顶上 ， 它通 过管道和 电气连接器与整个油箱相连 。为保证矿物质油 变压器做为大 型部件均采用底架 吊装 结构形式 ， 因此对其外部 发生化学反应或电离 时能及时发现 ， 该变压器还安装 了双浮筒型瓦 油箱 结构强度有严 格要求 ， 以Ｃ Ｒ Ｈ ５牵 引变压器为 例 ， 要 求其油箱 斯继 电器进行监测。 能承受水平方 向 ３ ｇ 、 横向２ ｇ 、 垂直方 向 １ ｇ的冲击加速度。油箱均采 变 压 器 主 要 技术 参 数 用钢制油箱 。此外还布置 了储油柜 ， 以便补充变压器油箱油位 的变 化。 １ ． ３ 冷却 系统 ． 变压器 在动车组运行 中因为绕组线 圈及铁 芯的损耗会 产生大 量 的热 ， 这些 热量除 了会 造成能量 的损耗 降低效率外 ， 还会对 绝缘 材料的绝缘性产生影响 ， 降低变压器运行 的安全性 。 因此 ， 动车组牵 引变压器均要配备独立的冷却系统 ，根据不 同冷却方式性 能对 比， ２ ． ３ Ｃ Ｒ Ｈ ５型动车组牵 引变压器 我国动车组采用强迫油循环导向风冷 的方式 。主要组成包括 油泵 、 该牵引变压器 同样采用芯式卧放 的结构 ，安装 在 ３ ， ６车车底 。 冷却器 、 风机 以及 电机 。 其输出 ６个 １ ７ ７ ０ Ｖ的牵引绕组 ，绕组线 圈间绝缘采用 Ｎ ｏ ｍ ｅ ｘ 纸绝 １ ． ４保护诊断系统 缘。 冷却系统的冷却介质为燃点很高的 Ｅ ｓ ｔ ｅ ｒ 油。 变压器的储油柜安 为保 证变压器正常运行 ， 在变压器 的整体结 构中还安装了 以下 装 在油箱侧 面。除此之外 ， 变压器还包括 ４个 Ｐ Ｔ Ｉ Ｏ ０温度传感器 、 １ 部件 ： 温度传感器 、 油流监视器 、 油位探测器 、 硅胶干燥器 、 自复位型 个 过压 阀、 ３ 个油位传感器用以诊断变压器 的运行状态是否正常。 过压 阀 。 变压器主要技术参数 温度传感 器多采用 Ｐ Ｔ １ ０ ０铂 电阻温度传感器 ， 利 用铂 在不 同温 度等 级下 电阻值 的改变来 间接反应 油温的高低 ， 并通 过连接器 进行
CRH2A动车组牵引和制动工作原理及故障处理
CRH2A动车组牵引和制动工作原理及故障处理发表时间：2018-12-18T10:39:21.213Z 来源：《基层建设》2018年第33期作者：王闯刘祥刘毓喆陈宽[导读] 摘要：本文对CRH2A型动车组在载客运营及检修作业中牵引、制动系统的应用进行概述，并对CRH2A型动车组牵引、制动系统故障处理进行分析。
中国铁路济南局集团有限公司青岛动车段青岛动车所山东青岛 266111摘要：本文对CRH2A型动车组在载客运营及检修作业中牵引、制动系统的应用进行概述，并对CRH2A型动车组牵引、制动系统故障处理进行分析。
关键词：CRH2A型动车组；牵引系统；工作原理；故障处理1关于CRH2A型动车组牵引系统组成简介1.1牵引系统概述动车组分为2个动力单元：M1+M2，M3+M4。
动车组要求的弓网电压为25kV、50Hz的单相交流电，由受电弓从接触网受电、通过VCB与牵引变压器1次侧绕组连接。
每个动力单元车中各设一台牵引变压器、两台牵引变流装置及八台牵引电机。
牵引变流装置牵引运行时向牵引电动机供电，制动时将制动再生电能反馈回电网，在牵引及再生制动时向主电动机供应电力和制动时电力再生控制之外且具有保护功能。
牵引电动机使用3相鼠笼式感应电动机，轴端安装有速度传感器，检测转子频率，并将信息反馈给牵引变换装置、制动控制器。
1.2牵引系统关键部件简述（1）牵引变压器CRH2A型动车组牵引变压器具有2次绕组为2个独立绕组，每个绕组与一台牵引变流装置连接，使2次绕组具有高电抗和弱藕合性，确保牵引变换装置具有稳定运行的特性。
另外，为对应于每个2次绕组的增容，1次绕组配置了2个并联结构的线圈；为了减轻重量，1次，2次线圈采用了铝质线圈；1次绕组接地侧、2次绕组侧及3次绕组侧的绝缘套管采用了耐热环氧树脂将11根铜质中心导线注塑一体成形的端子板。
相对于3次绕组侧的一端子使用并引出了2根中心导线的特点。
3次绕组对应的电压、电流及容量值如下表：CRH2A型动车组牵引变压器具有壳式变压器结构，油箱分为上下两个部分。
动车组牵引变流器冷却系统冷却方式研究
动车组牵引变流器冷却系统冷却方式研究文章介绍了动车组牵引变流器冷却系统构成和原理，对影响功率器件IGBT 的散热特性进行了分析，对自然冷却、强迫风冷、液体冷却、相变冷却几种冷却方式特点做了一一分析，说明采用相变冷却方式的优点，即高效率，均匀热表面温度，无局部过热点，可靠安全，适用于动车组牵引变流器的冷却。
标签：牵引变流器；冷却系统；冷却方式；相变冷却1 概述随着功率器件小型化、紧凑型发展要求，其功率密度不断增加，散热问题已就成为影响功率器可靠運行的主要因素。
在动车中，牵引变流器是牵引系统关键部件，主要实现电能与机械能转换。
而牵引变流器主要功率元件是IGBT。
IGBT 是高频的开、关功率元件，工作时要消耗电能，把电能转化为热能的形式。
通常流过IGBT的电流较大，IGBT的开、关频率也较高，故器件的发热量较大。
若产生的热量不能及时有效散掉，IGBT器件内部的结温将会超过允许值，IGBT 就可能损坏。
有关资料表明，电子元器件温度每升高2℃，可靠性下降10%，温升50℃时的寿命只有温升为25℃时的1/6，因此只有快速、及时的将产生的热量散走，才能保证IGBT的正常运行。
实践经验表明，牵引变流器冷却系统散热能力的好坏，直接影响到变流器性能和牵引系统安全稳定的工作。
由牛顿冷却公式[1]有：tw=+tf其中，Q-IGBT的热量；h-表面传热系数；S-IGBT与冷却散热基板接触的表面积；tw-IGBT与冷却散热基板接触的壁温；tf-冷却液体的温度。
当热量Q的下降时会引起tw的下降，但在IGBT产生的热量不会下降太多，所以使tw下降的方法在应用上有限。
表面积S的增加可以引起tw的下降，但是由于实际产品的重量和体积要求等限制，以及动车牵引系统自身需求使得表面积的S增大有限，使tw下降的空间被限制。
冷却液体的温度tf的降低可以引起tw的下降，但是冷却液体的温度tf的降低也受外界一些因素的影响。
表面传热系数h的提高可以引起tw的下降，一般不受其他条件的限制，可以有效的降低tw。
高速动车组牵引变流器研制
（2）自主设计牵引变流器箱体静强度试验。牵引变
表1 高速动车组牵引变流器主要技术参数
项目 冷却方式 冷却液流量/（L·min-1） 功率损耗/kW 额定功率下的效率 输入电压频率/Hz 额定输入电压 最大输入电流 中间电路电压/V 输出电压频率/Hz 输出电压范围 最大输出电流
领 装备 域 高速动车组牵引变流器研制
■ 李红 杨宁 金炜 程建华
摘 要：牵引变流器是高速动车组的核心部件，牵引变流器的自主研制具有重要而深远的意义。对高 速动车组牵引变流器研制成果进行梳理和总结，以牵引变流器设计平台为基础实现变流器的可靠设 计。从技术方案、箱体强度研究、热仿真分析、电气性能仿真、关键部件研制、控制单元软件设计、 牵引系统综合试验等方面进行平台到设计的详细介绍。自主研制的牵引变流器顺利完成型式试验并已 通过正线运营考核，验证了可靠性和可用性，提高了我国设计生产牵引变流器的能力，对推动我国高 速铁路发展发挥着重要的作用，同时也突显出其服务价值、经济价值与社会价值。 关键词：动车组；牵引变流器；开发平台；箱体强度；功率模块；仿真
利用牵引仿真计算平台开展牵引系统方案设计，包括ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ计算列车牵引功率、设计列车牵引制动特性及优化设计牵 引变压器、牵引变流器、牵引电机等方案。
3 电气性能仿真
牵引变流器电气部件选型及器件工作特性分析是变 流器设计的重要组成部分。为了对变流器电气特性进行研 究，搭建了变流器电气性能仿真平台。该平台可以仿真不 同车型牵引变流器的电气性能，对于校验并优化主电路电 气参数、器件自主选型具有现实的指导意义。
CRH380CL型高速动车组牵引冷却系统
CRH380CL型高速动车组牵引冷却系统作者：王华伟来源：《中国管理信息化》2016年第24期[摘要]本文介绍了CRH380CL型高速动车组牵引冷却系统的基本组成和主要技术参数，阐述了牵引冷却系统的设计和控制方法，最后通过试验对牵引冷却系统进行了验证。
[关键词]CRH380CL型高速动车组；牵引变流器；牵引冷却系统doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2016.24.054[中图分类号]U26 [文献标识码]A [文章编号]1673-0194（2016）24-00-020 引言CRH380CL型高速动车组是为我国时速300 km/h等级的高速铁路设计的车型。
该动车组以CRH380BL型高速动车组为基础，在保持编组及车体结构基本不变的前提下，最高设计运营时速由350 km/h提高到380 km/h，牵引系统的容量增大，牵引冷却系统的相应容量也应增大。
CRH380CL型高速动车组车下部件的结构及吊装与CRH380BL型高速动车组保持基本一致，而且车外噪声限值也要保持一致，这对牵引冷却系统的设计提出了更高的要求。
1 牵引冷却系统设计1.1 牵引冷却系统组成牵引系统冷却系统主要包括牵引变流器冷却系统和牵引电机冷却系统。
1.1.1 牵引变流器冷却系统CRH380CL型动车组为16辆编组，由8个动车和8个拖车组成，8个动车各装有一个牵引变流器。
牵引变流器冷却系统采用沸腾冷却强迫通风的方式，功率模块（IGBT）采用沸腾式冷却，并通过冷却风扇对散热片进行通风冷却。
如图1所示。
每个牵引变流器配置了3个交流440 V冷却风机，其中2个冷却风机对牵引变流器的整流器进行冷却，1个冷却风机对逆变器进行冷却，参数见表1。
1.1.2 牵引电动机冷却系统牵引电机由冷却风机进行强迫通风，冷却风机的电机为双速电机，以适应牵引电机在不同情况下对冷却风量的需求。
一个冷却风机对每个转向架上的两台牵引电机进行冷却，参数见表2。
CRH2 牵引系统(很详细)解读
第三章 牵引系统第一节 概 述主牵引系统主要由受电弓、牵引变压器、牵引变流器及牵引电机组成。
受电弓通过电网接入25kV 的高压交流电，输送给牵引变压器，降压成1500V 的交流电。
降压后的交流电再输入牵引变流器，通过一系列的处理，变成电压和频率均可控制的三相交流电，输送给牵引电机，通过电机的转动而牵引整个列车。
主牵引基本动力单元由1台牵引变压器、2台牵引变流器、8台牵引电机构成，1台牵引变流器驱动4台牵引电机。
四台牵引电机并联使用。
四台牵引电机特性差异控制在±5％以内，以便电流负荷分配均匀。
动车组有两个相对独立的主牵引动力单元。
正常情况下，两个牵引单元均工作。
当设备故障时，M 1车和M 2车可分别使用。
另外，整个基本单元可使用VCB 切除，不会影响其它单元工作。
一、系统原理主电路简图如图3-2所示，受电弓从接触网25kV 、50Hz 单相交流电源受电，通过主图 3-2 主电路简图牵引变压器 逆变器 滤波电容器 脉冲整流器脉冲整流器 滤波电容器 逆变器图 3-1 主牵引系统示意图断路器VCB连接到牵引变压器原边绕组上。
主电路开闭由VCB控制。
牵引变压器牵引绕组设两组，原边绕组电压25kV时，牵引绕组电压1500V。
主电路系统以M1车、M2车的两辆车为1个单元。
主电路系统原理参见图3-2主电路简图。
更详细的可参见附图中的《主电路接线图》。
二、系统布置主牵引系统车底电气设备布置参见图3-3。
2、6号车车下各设一台牵引变压器，而2号车（M2）、3号车（M1）、6号车（M2）、7号车（M1s）的车底下均悬挂一台牵引变流器，及车下转向架分别安装4台牵引电机。
其中4号车和6号车车顶均设受电弓、保护接地开关EGS、故障隔离开关一套，2号车和6号车的车下均设高压机器箱；2、3、4号车之间和5、6号车之间的车顶上设置高压电缆连接器，为了方便摘挂，在4、5号车之间的车顶上，设置了高压电缆用倾斜型电缆连接器。
CRH3C 型动车组牵引系统热容量研究
CRH3C 型动车组牵引系统热容量研究发表时间：2020-01-15T15:37:58.860Z 来源：《科学与技术》2019年17期作者：段阳春孙朋飞武振杰王新生郑茂新王伟[导读] 开展 CRH3C 型动车组牵引系统热容量研究，通过测试牵引变流器输出电参数，研究动车组牵引系统控制特性，建立系统的牵引系统动态行为研究基础数据。
摘要：开展 CRH3C 型动车组牵引系统热容量研究，通过测试牵引变流器输出电参数，研究动车组牵引系统控制特性，建立系统的牵引系统动态行为研究基础数据。
通过测试规定负载周期下动车组牵引系统关键部件的温升情况，对牵引传动系统能力及其冷却系统容量进行综合评估。
验证CRH3C型动车组牵引系统冷却系统是否满足动车组高速运行时的冷却要求。
关键字：CRH3C型动车组, 热容量, 冷却系统中图分类号：U266.2 文献标识码：A0 引言随着科技的进步，动车组运行速度提高，相应功耗增大，动车组散热问题成为当前面临主要问题之一，如果散热不好，严重时电气设备会过热损坏。
因此必须对动车组的热容量进行试验和分析，找出高速动车组牵引系统设备的升温参数随列车运行速度变化规律，为考核牵引系统设备安全性和使用寿命提供依据，并为新一代高速列车牵引系统开发以及高速列车运行综合仿真系统的研究提供准确、丰富和可靠的试验依据。
1 试验方案1.1牵引系统热容量试验用折返法进行试验，试验时选择100公里左右线路，要求线路限速350km/h以上，分别在以下三种情况下进行测试：1）满级位加速到330km/h后恒速运行，到达指定地点常用制动满级位停车后立折，反复运行直至牵引系统温升平衡，试验时间约2个小时；2）满级位加速到350km/h后恒速运行，到达指定地点常用制动满级位停车后立折，反复运行直至牵引系统温升平衡，试验时间约2个小时；3）切除部分动力单元，满级位加速起车，如平衡速度不超过动车组牵引功率限制点或线路限速，则持续运行，否则，到达一定速度后，电制满级减速直至速度下降至规定值后，再满级加速至规定值，整个运行过程中尽量确保6车持续满功率运行，到达指定地点后常用制动满级位停车后立即折返。
4 CRH3型动车组变流器系统分析
4 CRH3型动车组变流器系统分析4crh3型动车组变流器系统分析4crh3动车组变流器系统分析crh3型动车组牵引变流器结构紧凑，牵引变流器设计成车下牵引箱，易于运用和检修的模块化结构。
牵引变流器输入侧为四象限脉冲整流器(4qc)，2个4qc并联为一个共同的直流环节供电，中间电容区部分存储能量，输出平滑的直流电压。
输出端为一个pwm逆变器，将直流环节电压转换成牵引系统所要求的变压变频三相电源驱动4个并联的异步牵引电机。
列车工作在牵引状态时作为逆变器，将直流电转变成电压频率变化的三相交流电供给牵引电动机；列车处于再生制动时牵引电动机作为发电机运行，牵引逆变器工作于整流状态，将三相交流电转变成直流电，再由四相限整流器回馈电网。
4.1牵引变流器主电路结构crh3型动车组牵引变流器采用电压型2电平电路，由脉冲整流器和中间电路组成直流电路、逆变器构成。
变压器牵引绕组ac1550v、50hz交流电输入脉冲整流器。
2电平pwm变频脉冲整流器采用igbt元件，实现输出直流电压2600v～3000v定压控制、牵引变压器原边电压、电流、功率因数的控制，以及无接点控制装置保护。
再生制动时，脉冲整流器接收滤波电容器输出的直流3000v电压，向牵引变压器供应ac1500v、50hz交流电并返回电网。
滤波电容器直流电压输入逆变器，根据igbt控制信号，输出变频变压的三相交流电，对4台并联的牵引电机进行转速、转矩控制。
再生制动时逆变器控制在功能上按正向程序转换，感应电机发出三相交流电，逆变器向滤波电容器输出直流电压。
牵引电机采用直接转矩控制方式，使转矩控制反应高速化，提高了系统动态响应性能。
CRH3动车组由8辆车组成，动力配置为4m+4T（M为动车，t为拖车），其中两辆相邻的动车组为一个基本动力单元。
每个动力装置都有一个独立的牵引传动系统。
受电弓真空断路器牵引变流器牵引电机逆变器滤波电容器脉冲整流器脉冲整流器牵引变流器滤波电容器逆变器牵引电机x4x4牵引变压器图4.1 CRH3动车组牵引传动系统crh3牵引传动系统组成原理图如图4.1所示，在动车组中装有4个完全相同且互相独立的动力单元，每个独立的动力单元都相同，其电路如图4.2所示。
CRH2型动车组牵引传动概述
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。
CRH5牵引辅助变流器介绍
LED显示器
BAT
SEB
OFF RUN
24
LED显示器
LED
Status 状态
Label 标签
Color 颜色
1
15V Power supply OK 15V供应功率OK
BAT
Green
2
DSP – FPGA bus activity DSP-FPGA总线状态
RUN Yellow (blinking)
30
功能描述
• AGATE控制AUX3(ACU)电子架提供以下功能:
1. 连接到牵引变流器 DC线路 的两个斩波器输入调整计算程序的处理. (两个斩波器用共同调节器)
2. 三相逆变器调整计算程序的处理
3. 通过MVB总线接收TCMS控制功能。
28
AA3 interface connectors: AA3 接口连接器：
J14
Connector DB-9 连接器
Connector DIN 41612 9 48 pins Type E
Connector POSITRONIC 30 pins Size 16
P8
AA3 internal connectors:
输入电压
3000 Vcc
输出电压
400Vac - 50Hz
斩波器阶段
开关频率 4kHz
IGBT
1200A 3.3kV
逆变器阶段
开关频率 2kHz
IGBT
1400A 1.2kV
4
开关阶段, 原理图
辅助电路
5
斩波阶段
6
T1阶段中斩波器的操作
7
T2阶段中斩波器的操作
8
T3阶段中开关的操作
CRH380B高寒型动车组牵引变流器冷却单元功率测试
CRH380B高寒型动车组牵引变流器冷却单元功率测试马昭钰【摘要】根据工业散热器热交换原理特性，建立了冷却系统功率测试平台，基于热量交换公式，设计出一套能够实际测量动车组牵引变流器冷却单元冷却功率的试验平台。
研究冷却系统不同工况下的影响，进而提出了一种准确的冷却功率计算方法。
将此方法应用于某动车组牵引变流器冷却单元实际功率的测量中，结果表明实际测量值能够满足车辆运行的需要，可广泛应用于动车组牵引变流冷却单元散热功率的测量。
%According to the industrial radiator heat exchange principle,a cooling system power testing platform which can actually measure the cooling power of EMU traction converter is established based on the heat exchange formula.A precise method to calculate the cooling power is presented by analyzing the cooling system under different conditions.The method is applied to measuring the actual power of the cooling system of the particular EMU traction converter.The result shows that the actual measured value can meet the requirement of vehicles and the method can be widely used in the cooling power measure-ment of the cooling system of EMU traction converter.【期刊名称】《兰州交通大学学报》【年(卷),期】2014(000)006【总页数】3页(P145-147)【关键词】牵引变流器;冷却单元;散热【作者】马昭钰【作者单位】长春轨道客车股份有限公司铁路客车开发部，吉林长春 130062【正文语种】中文【中图分类】U269近年来随着高铁的发展，车辆的速度变得越来越快，给人们带来了便捷、舒适的旅程.因为随着车辆速度的增加，牵引系统的功率变得越来越大，大功率牵引部件的散热就成为了设计者不得不考虑的问题.随着列车速度的增加，列车表面负压急剧增加，空气流量减少，致使冷却风机工作效率将会下降，严重时会影响牵引变流器的散热.所以必须设计出一套大功率、可靠性强的冷却系统，以满足列车在高速运行时的散热需求.1 冷却单元工作原理CRH380B高寒动车组为4M4T编组形式，在每个动车上设有一个牵引变流器，每个牵引变流器配有一个冷却单元.冷却单元的冷却方式为水循环冷却，冷却液为乙二醇与去离子水的混合液，高寒动车组中牵引变流器冷却液中乙二醇与去离子水比例为56%：44%.冷却单元吊装在车体上紧靠牵引变流器.牵引变流器冷却单元工作原理为冷却介质由水泵泵往主变流器外的热交换器，冷却介质经由热交换器冷却后流回主变流器，流入并行连接的牵引变流器所有的功率模块，与功率模块的散热板进行热量交换；然后由泵泵出，再由水泵泵往热交换器，如此循环往复［1］.此外在冷却单元内还有膨胀水箱、压力传感器、温度传感器等保护和检查装置.依据牵引变流器冷却单元的工作原理，整个牵引变流器冷却系统的性能主要取决于热交换器散热的效果.高寒动车组冷却循环系统效果图如图1所示.图1 CRH380B高寒车牵引变流器冷却单元循环散热效果图Fig.1 The circulating cooling effect diagram of cooling unit of CRH380BLTT Traction converters 2 试验研究2.1 试验台搭建冷却单元试验台主要有以下几个部分组成，待测冷却单元，冷却液加热源，体积流量测量设备，上位机，压力传感器，温度传感器等.试验原理是通过冷却单元自身循环带动整个循环散热系统工作，将冷却单元流出的冷却液进行加热，经过一套热源装置使冷却液升温，来模拟牵引变流器所产生的热量，通过冷却单元散热器将热量通过冷却风机散发到空气中去［2］.冷却液循环试验如图2所示.试验中所用的各主要测试仪器及设备见表1所示.图2 冷却单元冷却液循环试验Fig.2 Coolant circulating test of cooling unit 冷却单元的散热量是根据牵引变流器在不同工况下能够产生最大热量的多少来最终确定［3］.按照CRH380B高寒车牵引变流器在最高时速时产生的热量，以及在实际运行中散热效率和列车运行负压带来的影响等综合分析后，得出此冷却系统的冷却功率在海拔1 500m处工作时应不小于67kW，67kW是冷却系统能否满足实际要求的一个重要依据［4］.数据处理系统包括数据采集、信号处理及数据分析系统［5］，如图3所示.表1 测量仪器与设备Tab.1 Measuring instruments and equipment设备名称型号测量范围精度数量温度传感器 PT100 0～100℃ ±0.8℃ 8热电偶 K -40～100℃±0.8℃ 18流速计 MAG60 25l／s ±0.5% 1差压计 P903VG 0～10bar ≤1% 2风速计 Testo435 0～20m·s-12% 1图3 数据处理系统Fig.3 Data processing system2.2 冷却单元冷却效率计算CRH380B高寒车牵引变流器冷却单元功率测试的理论依据为单位时间内由冷却液所带走的热量为冷却单元的功率，即：由式（2）可以推导出：由式（2）和式（3）可以得出：其中：Q为冷却液散发热量；P为冷却单元功率；Cl为冷却液的比热；ρl为冷却液密度；Ml为冷却液质量；ΔT为进出口液体温度差；v为冷却液流速.由式（4）可知，要实现冷却单元功率的测量就需要冷却液的比热、密度、流速及进出口温度差值.因此需要在冷却单元的进出口处，设有温度传感器.冷却液密度随温度增高而变小，实际密度将根据通用乙二醇冷却液密度表进行准确选取，以确保试验的准确性.在循环的管路里设有流速计，并将数据及时送入上位机.2.3 散热功率试验试验的理论基础并不是很复杂，然而在实际的操作中，影响到试验的准确性还有其他因素［6］.如：冷却液的密度随温度的增高而改变、冷却液的比热随温度增高而改变、空气密度、空气温度.此外列车在实际运行中产生的负压，污染等因素都是影响到冷却单元性能的重要因素［7-8］.尤其是列车在高速运行时产生的负压有时严重影响新风的进气量，从而影响冷却效果.鉴于此为了让冷却单元能够更接近真实情况，本试验采用了3种不同工况.工况1：300 Pa外压，无污染；工况2：350Pa外压，10%污染；工况3：700Pa外压，10%污染；模拟污染等级则采用遮挡进风口面积的比例来选取，进风口被遮挡的面积越多则表明污染越严重，在本次试验中采用方法是使用胶条对进风口过滤器进行粘贴遮挡的办法.具体试验结果如表2所示.表2 不同工况下的冷却功率试验结果Tab.2 The test result of cooling power under different conditions试验次数1 2 3进风口温度／℃27.93 23.46 26.3冷却液入口温度／℃ 51.47 46.64 47.63冷却液出口温度／℃ 44.18 39.4841.39平均温度／℃ 47.83 43.06 44.51冷却液体积流量／s-1 3.29 3.28 3.3冷却液密度／（kg·m-3） 1 059 1 062 1 060比热容／（J·（kgK）-1） 3 515 3 500 3 510海拔1 500m下实际功率／kW 76 74 71试验结果表明无论是哪种工况下，冷却单元的冷却功率都高于要求的67kW，故此冷却单元能够满足CRH380B高寒车牵引变流器所需的散热功率.3 结论本文结合CRH380B高寒型动车组牵引传动系统热特性，研制出牵引变流器热冷却单元测试平台，对各种不同运行条件下牵引变流器冷却系统的功率进行了准确的测量.测试结果表明：CRH380B高寒型高速动车组在复杂条件下，牵引变流器的冷却系统能够满足动车组以300km·h-1持续运行的要求.【相关文献】［1］刘建强，郑琼林，郭超勇，等.高速动车组牵引变流器热容量［J］.电工技术学报，2011，26（10）：205-210.［2］郭晓燕，张波，黄金.城铁列车牵引系统集成设计技术研究［J］.铁道机车车辆，2013，33（3）：56-62.［3］董焕彬，林范坤，陈乐恒.CRH3型高速动车组牵引变流器冷却系统试验研究［J］.电力机车与城轨车辆，2012，35（6）：28-30.［4］王业峰，白军，梁雪.牵引变流器中IGBT的水冷实验研究［J］.甘肃科技，2011，27（23）：51-53.［5］刘俊杰.交流传动八轴9600kW货运机车冷却系统研究［J］.内燃机车，2013（6）：1-4. ［6］董雪婷，黄超.大功率交流传动电力机车牵引特性分析［J］.兰州交通大学学报，2010，29（1）：90-94.［7］邓学寿，肖石.高速动车组牵引传动跟踪测试系统的研究与应用［J］.机车电传动，2011（6）：13-16.［8］王晶，孔丽君，刘俊杰，等.高速动车组冷却单元故障模式分析及预防［J］.内燃机车，2013（6）：22-25.。
CRH3型动车组牵引变流器冷却系统RAMS分析
CRH3型动车组牵引变流器冷却系统RAMS分析文章阐述了CRH3型动车组项IJ牵引变流器冷却系统的系统安全性与系统可靠性、可用性以及可维修性(RAMS)的要求，LI的是确保冷却系统的系统保证工作能够与车辆厂保持同步开展，以保证列车的正常运行。
标签：CRH3型动车组；牵引变流器冷却系统；RAMS；可靠性框图(RBD)前gCRH3电动车组在运行过程中，牵引变流器会产生大量的热损耗，而牵引变流器冷却系统的作用就是能够及时将这些热量带走，足见其地位的重要性，因此对其安全性、可靠性、可用性以及可维修性的分析验证，也就变得尤为关键。
1系统概述电网提供25kv单相工频高压电、高压电经网侧髙压电气设备传递给牵引变压器，牵引变压器将高圧电降压后的单相丄频电流输出给牵引变流器，牵引变流器将输入电流进行整流、滤波和逆变，输出可调频、调压的三相交流电，驱动三相交流异步牵引电机转动，带动车轮转动、列车运行。
在这个能量转化和动力传递过程中，牵引变圧器、牵引变流器和牵引电机的电气元件在工作中会产生热损耗，引起电气元件温度上升，如果温度超出元件所能承受的范围，变压器、变流器和电机等将不能正常工作，其至可能会使电气元件产生绝缘失效、着火等危险。
因此,必须采用合适的冷却系统将变压器、变流器和电机工作时产生的热量带走, 这样才能保证牵引变压器、牵引变流器和牵引电机正常工作，从而保证机车安全运行。
以16予车厢的动车组长编组为例，牵引变流器冷却系统共8个，分别悬挂在动力车厢EC01、VC03. IC06、IC08> BC09、IC11、IC14、EC16 的车底。
如图1所示。
图1牵引变流器冷却系统在列车上的分布牵引变流器冷却系统构成及原理：CRH3高速电动车组牵引变流器冷却系统为水冷却系统。
山以下主要部件构成：水冷基板、冷却装置.膨胀水箱、水泵、过滤器、传感器、各种控制阀门及管路等，其中冷却装置山空气过滤器、散热器、风机组、安装箱体等部件组成。
牵引变流器元器件参数计算及选型方法
5 牵引变流器元器件参数计算及选型方法CRH 3型动车组牵引传动系统主电路图如图4.1所示，主要由四象限脉冲整流器、直流中间环节和逆变器部分组成，牵引变流器的模块具有互换性。
变流器采用两电平技术，使变流器的开关管数目减少，向模块化、简洁化方向发展。
CRH 3型动车组脉冲整流器采用瞬态电流控制，由于电平数较三电平整流器少，因此在直流环节加入了LC 滤波电路，以减小谐波含量。
牵引逆变器采用直接转矩控制策略，并由两电平SVPWM 调制器调制输出开关信号来控制逆变器。
牵引变流器元器件设计选型时，首先进行元器件的基本参数计算，再根据元器件的特性和工程经验选择合适的产品，最后通过仿真和试验来验证和修正参数。
本章主要对牵引变流器中关键元器件的参数计算及选型方法进行说明。
5.1 四象限整流器基本参数的计算方法所谓四象限整流器是指在牵引工况以及制动工况时，电压U 和电流I 间的相位角可已通过脉宽方式调节。
通过对电压和电流间的相位角的控制，牵引电动机能够在电压U 和电流I 组成的全部四个象限内工作，从而实现能量的双向流动。
四象限整流器的输入电压计算公式如下:NU =)1(22p dX U N +⋅（5-1）式中d U —直流电压N —调制比 p X —牵引变压器短路阻抗根据式（4-1），可算得一个N U 值，再考虑30kV 高网压时的电压修正(K=25/30)，最终算出的输入电压N U 。
四象限整流器输入电流计算公式如下:NI =ληη⋅⋅⋅21N U P （5-2）式中 P —牵引电机输出功率 N U —输入电压1η—牵引电机效率2η—牵引变流器效率λ—牵引变流器输入功率因数根据式（4-2），可算得输入电流N I 、和最大输入电流max N I四象限整流器技术参数四象限整流器的输入频率：50HZ ；标称额定关断电压：6.5kV四象限整流器的输入功率:牵引工况：约 2 ⨯1430 KW ；制动工况：约 2 ⨯900 KW ；半导体器件：IGBT四象限整流器安装位置车下防护等级：IP54冷却介质：根据EN 60529冷却液含有防冻剂的软化净化水标准选择标准：IEC 61287；EN 603105.2 牵引逆变器基本参数的计算方法牵引逆变器的输入电压即牵引变流器的中间直流回路电压d U 。
高速动车组牵引变流器功率模块可靠性评估
文章编号：１００８－７８４２（２０２０）０３－０００７－０４高速动车组牵引变流器功率模块可靠性评估宋术全１，３，张艺驰２，王 骁１，３，徐小明１，３，葛兴来２（１ 中国铁道科学研究院集团有限公司 机车车辆研究所，北京１０００８１；２ 西南交通大学 电气工程学院，成都６１００３１；３ 北京纵横机电科技有限公司，北京１０００９４）摘 要 功率模块作为高速动车组牵引变流器的重要组成部件，对其可靠性进行有效地评估具有重要的实际意义。
针对目前研究过度依赖浴盆曲线并将功率模块的失效分布多指定为指数分布的问题，文中利用Ａｎｄｅｒｓｏｎ Ｄａｒｌｉｎｇ检验和Ｐ值对失效数据进行合理地统计分析，选择合适的失效分布函数；同时针对现场数据的有效性，给出相关的筛选和统计准则。
根据武广线、京沪线不同车型的功率模块失效信息，利用提出的数据处理准则和分布检验方法，对其功率模块进行评估。
最后利用评估结果，为动车组的维修以及后期的优化升级提供依据。
关键词 功率模块；可靠性评估；Ａｎｄｅｒｓｏｎ Ｄａｒｌｉｎｇ检验；Ｐ值中图分类号：Ｕ２６６．２．３＋６ 文献标志码：Ａ ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００８－７８４２．２０２０．０３．０２ 绝缘栅双极晶体管（ＩｎｓｕｌａｔｅｄＧａｔｅＢｉｐｏｌａｒＴｒａｎ ｓｉｓｔｏｒ，ＩＧＢＴ）在各个领域的功率变换器中已广泛应用，如铁路牵引、新能源发电系统、电动汽车等。
相关的工业统计表明，功率模块是功率变换器中最薄弱的元件之一，占变换器系统故障的２０％以上［１］，动车组牵引运行工况复杂多变，功率模块的故障率更高。
功率模块的初期成本占设备总成本的比例较低，但在动车组的整个生命周期内，功率模块需要多次更换和维修，造成了较高运营维护成本。
因此，研究适用于功率模块的故障数据分析和可靠性评估方法对动车组的安全运行、部件维修更换以及升级具有重要意义。
目前，国内针对功率模块统计分析研究的文章较少，并且依赖浴盆曲线多认为功率模块的故障分布服从指数分布［２］，但文献［３］说明指数分布即使与部分实例相符合，也具有一定的误导性。
高速动车组概述动车组牵引供电要求
高速动车组概述动车组牵引供电要求
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因此，当动车组负荷电流为I时，由接触网和正馈线供 给的电流为0.5I，另外的负荷电流由自耦变压器感应电流 供给。
这种供电方式的牵引网阻抗很小，电压损失小，电能损 耗低，供电能力大，供电距离长，可达40～50km。
由于牵引负荷电流在接触网和正馈线中的方向相反，因 而对邻近的通信线路干扰很小。
高速动车组概述动车组牵引供电要求
1
动车组牵引供电要求
第一节 动车组供电 第二节 高速接触网 第三节 高速受电弓
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第一节 动车组供电
一、供电方式 二、牵引变电所
动车组牵引供电系统的组成
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动车组牵引供电系统
牵引变电所
保证质量良好并不 间断地向动车组供 电
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（1）将电力系统的电能变换成适合动车1组8 使用的电能。
在牵引变电所内装设有牵引变压器（也称 主变压器），将电力系统的高压（一般为 110kV或220kV）降为27.5kV或 2×27.5kV（自 耦变压器供电方式），以单相电馈送给接触网， 供动车组使用。国外有些国家的电气化铁路采 用的是直流制式，或是低频（16 2/3Hz）交流 制式，因此，还需要将交流电整流成直流电， 或将工频变换成16 2/3Hz，这些变换工作都由 牵引变电所来完成。
3．复链形悬挂
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结构特点：承力索和接触导线之间加了一根辅 助承力索
性能特点：接触网的张力大，弹性均匀，安装 调整复杂、抗风能力强
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4. 各国对以上三种悬挂形式有不同的认识和侧3重9 ， 根据各自的国情发展自己的悬挂形式。
牵引变流器干式电容设计
牵引变流器干式电容设计1. 简介牵引变流器是电力 traction 系统中的重要组成部分，用于将电网供电转换为适合驱动牵引电动机的电能。
干式电容是牵引变流器中的一个关键元件，其设计和选用对变流器的性能起着重要影响。
本文将介绍牵引变流器干式电容的设计原理、选型方法，并探讨一些常见问题和解决方案。
2. 设计原理牵引变流器干式电容的主要设计原理是确保其具备以下特点：2.1 高电容值干式电容作为电力系统中的补偿元件，需要具备较高的电容值，以实现对电网的有功和无功功率的补偿。
牵引变流器在工作过程中需要处理大量的功率，因此，牵引变流器干式电容的电容值应设计为较大值，以满足系统的功率需求。
2.2 高工作电压牵引变流器通常工作在较高电压下，因此，干式电容需要能够承受高电压的工作环境，以确保系统的稳定性和安全性。
设计中应考虑到变流器的额定电流和额定电压，选择适当的电容工作电压等级。
2.3 低损耗为了提高系统的效率和降低能耗，牵引变流器干式电容应具备较低的损耗。
损耗主要包括电容本身的损耗和电容与其他元件之间的损耗。
在设计中应考虑到电容材料的选择、谐振电路的配置和电容的散热等因素，以降低损耗，提高系统效率。
3. 选型方法选用合适的干式电容对牵引变流器的性能具有重要影响。
以下是一些常用的选型方法：3.1 电容值选择根据牵引变流器的工作条件和功率需求，选择合适的电容值。
一般情况下，可以通过计算得到所需的电容值，或参考类似工程项目的经验值。
3.2 电容工作电压等级选择根据牵引变流器的额定电压，选择合适的电容工作电压等级。
应保证选用的电容工作电压等级大于变流器的额定电压。
3.3 电容材料选择干式电容的材料选择也是设计过程中的重要考虑因素。
根据工作环境和散热条件选择合适的电容材料，如高温环境下可选用耐高温材料。
3.4 散热设计对于牵引变流器干式电容而言，散热设计尤为重要。
应合理设计电容的散热结构，以保证其在工作过程中的温度控制在合理范围内。
CRH2型动车组牵引变流器
CRH2型动车组牵引变流器CRH2型动车组牵引变流器(以下简称变流器)由单相三电平脉冲整流器、中间直流电路、三电平逆变器、真空交流接触器等主电路设备以及牵引控制装置、控制电源等控制设备组成。
上述设备安装在1个箱体内，为减轻质量，箱框采用铝合金结构。
每个动车设置一台牵引变流器，每台变流器驱动4台并联牵引电动机。
牵引变流器主电路功能框图参见图7.23，脉冲整流器和逆变器主电路功率模块连接图参见图7.24。
主电路功率开关通状态和输出相电压的关系参照表7.16。
牵引变压器牵引绕组输出的AC1500V、50Hz单相交流电.通过三电平PWM脉冲整流器变换为直流电，经中间直流回路将DC@@@@600～3000V(再生制动时稳定在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(电压为O～2300V，频率为O～220Hz)驱动牵引电动机。
三电平逆变器采用异步调制、5脉冲、3脉冲和单脉冲相结合的控制方式。
变流器取消了中间直流回路的二次滤波环节.牵引变压器不需设置二次滤波电抗器，使得二者质量均得到大幅度降低。
牵引变流器外形如图7.25，结构图如图7.26.外形尺寸如图7.27，内部接线图如图7.28，主要组成部件如表7.17。
箱体中央位置配置脉冲整流器功率模块(2台)和逆变器功率模块(3台)。
牵引，变流器靠列车侧面配置两台电动鼓风机(主鼓风机)，向功率模块冷却器送风。
箱体内部集中设置真空接触器、继电器单元和牵引控制装置等，便于集中检杏。
7.5.1脉冲整流器工作原理和技术参数7.5.1.1概述动车组的脉冲整流器部分由单相三电平电压型PWM脉冲整流器和交流接触器K构成。
可实现交流电网侧功率因数接近1；电网电流尽可能接近正弦，消除谐波，最大限度地提高电网的经济效益，减少电网对周围环境的电磁污染；在电网电压或负载发生变化时，能够维持中间直流电压的稳定，给电动机侧逆变器提供良好的工作条件。
脉冲整流器还可以实现牵引、再生工况间快速平滑地转换，牵引时作为整流器，再生制动时作为逆变器。
#高速动车组牵引变流器热容量(2010-11-09,目前高速动车组牵引变流器绝大部分采用全封闭循环)
2011年10月电工技术学报Vol.26 No. 10 第26卷第10期TRANSACTIONS OF CHINA ELECTROTECHNICAL SOCIETY Oct. 2011高速动车组牵引变流器热容量刘建强郑琼林郭超勇游小杰（北京交通大学电气工程学院北京 100044）摘要在分析高速动车组牵引变流器冷却系统结构及工作原理的基础上，利用ANSYS软件构建了冷却系统中空气—水热交换器的有限元仿真模型，对热交换器温度场及空气流场进行了仿真研究；为了验证更高运行速度下高速动车组牵引变流器冷却系统能否满足散热需求，设计并搭建了牵引变流器热容量测试平台，利用该测试平台在武广客运专线对CRH3型高速动车组牵引变流器温升参数及冷却系统通风量进行了动态测试研究。
试验结果表明在高速运行工况下，牵引变流器冷却系统进风量将减小，但CRH3型高速动车组牵引变流器冷却系统仍然能满足动车组以330km/h高速持续运行的要求，试验测试结果验证了仿真结果的正确性。
在国内首次对高速动车组牵引变流器热容量进行了实车测试研究，为新一代时速380km/h高速动车组的设计奠定了一定的理论和实践基础。
关键词：高速动车组牵引变流器流量测量温升中图分类号：TK414.2；TM922.32Thermal Capacity of Traction Converter ofHigh Speed Electric Multiple UnitsLiu Jianqiang Trillion Q. Zheng Guo Chaoyong You Xiaojie（Beijing Jiaotong University Beijing 100044 China）Abstract Based on the structure parameter and operating principle of the cooling system of traction converter for high-speed electric multiple units (EMUs), a finite element model of air heat exchanger is built. Then the simulation including temperature field and fluid field is done. In order to verify the ability of the cooling system, a thermal capacity test rig for the traction converter is built.With the test rig, the temperature rise of traction converter and supply air volume of cooling system are measured in Wu-Guang high speed railway. The results show that when the high speed EMUs running in high speed, the supply air volume of cooling system will decrease, and the cooling system of traction converter for CRH3 EMUs can meet the requirements when the train continuous running in 330km/h.The simulated results are verified by the test results. The test and investigation on the thermal capacity of traction converter for high speed EMUs are firstly developed in China which makes a contribution to the design of the new generation high speed EMUs.Keywords：High-speed electric multiple units, traction converter, flow measurement, temperature rise1引言随着京津城际铁路和武广客运专线的开通运营，我国高速铁路的建设进入了高速发展期。
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2011年10月电工技术学报Vol.26 No. 10 第26卷第10期TRANSACTIONS OF CHINA ELECTROTECHNICAL SOCIETY Oct. 2011高速动车组牵引变流器热容量刘建强郑琼林郭超勇游小杰（北京交通大学电气工程学院北京 100044）摘要在分析高速动车组牵引变流器冷却系统结构及工作原理的基础上，利用ANSYS软件构建了冷却系统中空气—水热交换器的有限元仿真模型，对热交换器温度场及空气流场进行了仿真研究；为了验证更高运行速度下高速动车组牵引变流器冷却系统能否满足散热需求，设计并搭建了牵引变流器热容量测试平台，利用该测试平台在武广客运专线对CRH3型高速动车组牵引变流器温升参数及冷却系统通风量进行了动态测试研究。
试验结果表明在高速运行工况下，牵引变流器冷却系统进风量将减小，但CRH3型高速动车组牵引变流器冷却系统仍然能满足动车组以330km/h高速持续运行的要求，试验测试结果验证了仿真结果的正确性。
在国内首次对高速动车组牵引变流器热容量进行了实车测试研究，为新一代时速380km/h高速动车组的设计奠定了一定的理论和实践基础。
关键词：高速动车组牵引变流器流量测量温升中图分类号：TK414.2；TM922.32Thermal Capacity of Traction Converter ofHigh Speed Electric Multiple UnitsLiu Jianqiang Trillion Q. Zheng Guo Chaoyong You Xiaojie（Beijing Jiaotong University Beijing 100044 China）Abstract Based on the structure parameter and operating principle of the cooling system of traction converter for high-speed electric multiple units (EMUs), a finite element model of air heat exchanger is built. Then the simulation including temperature field and fluid field is done. In order to verify the ability of the cooling system, a thermal capacity test rig for the traction converter is built.With the test rig, the temperature rise of traction converter and supply air volume of cooling system are measured in Wu-Guang high speed railway. The results show that when the high speed EMUs running in high speed, the supply air volume of cooling system will decrease, and the cooling system of traction converter for CRH3 EMUs can meet the requirements when the train continuous running in 330km/h.The simulated results are verified by the test results. The test and investigation on the thermal capacity of traction converter for high speed EMUs are firstly developed in China which makes a contribution to the design of the new generation high speed EMUs.Keywords：High-speed electric multiple units, traction converter, flow measurement, temperature rise1引言随着京津城际铁路和武广客运专线的开通运营，我国高速铁路的建设进入了高速发展期。
到2012年我国将建成高速铁路7000km，同时作为首条连接我国最大两个城市群的高速客运通道—京沪高速铁路，将在2011年率先建成并投入运营。
京沪高速铁路为我国的高速动车组提供了一个广阔的舞台，同时也提出了更高的要求（最高运营速度380km/h）。
国家863计划资助项目（2009AA110303）。
收稿日期 2010-11-09 改稿日期 2011-03-10206 电工技术学报 2011年10月牵引传动系统作为高速动车组的核心系统直接关系到动车组的运行状态，而牵引传动系统能否可靠工作很大程度上又依赖于其冷却系统的性能[1]。
在冷却系统工作过程中，为了加快热量的散发，通常采用冷却风机来加大空气对流速度，提高散热效率。
而高速动车组随着列车运行速度的增大，列车表面负压将加大，这将导致新风难以从变流器及牵引电机冷却系统的风道入口处进入，此时风机所需压头增加，流量减少，情况严重时，牵引变流器及牵引电机会因过热而损坏。
此外高速动车组在高速通过隧道过程中也会造成列车表面压力的剧烈波动，这也将导致冷却风机运行环境的突变，从而对牵引变流器及牵引电机的散热性能造成影响。
运用于京沪高速铁路的新一代高速动车组运营速度将达到380km/h，这对牵引变流器冷却系统单元提出了更高的要求。
本论文首先针对CRH3型高速动车组牵引变流器冷却系统的结构特点，构建了空气—水热交换器温度场及空气流场的有限元仿真模型，并对热交换器散热性能进行了仿真分析。
同时设计并构建了牵引变流器热容量测试平台，利用所构建的测试平台对牵引变流器温升及冷却系统通风量进行了实车测试研究，仿真及实车测试结果为新一代高速动车组牵引变流器冷却系统的设计提供了重要参考依据。
2牵引变流器冷却系统流场及温度场仿真研究2.1牵引变流器冷却系统结构目前大功率变流器的冷却方式有风冷、油冷和水冷这三种，其中水冷方式散热效率最高，且没有采用油冷所可能带来的污染和易燃问题，所以应用范围最广。
高速动车组牵引变流器绝大部分采用全封闭循环纯水冷却系统，其结构如图1所示。
冷却系统由膨胀水箱、水泵、水—空气热交换器、冷却模块、管路等组成，冷却介质为乙二醇与高纯水混合物。
图1 牵引变流器冷却系统结构示意图Fig.1 Structure diagram of coolingsystem of traction converter牵引变流器冷却系统工作原理为冷却介质由水泵泵往主变流器外的热交换器，部分冷却介质从热交换器流到膨胀水箱，剩余部分冷却介质经由热交换器冷却后流回主变流器，流入并联连接的八个相构件模块，与功率器件进行热量交换；然后由泵泵出，再由水泵泵往热交换器，如此循环往复。
依据牵引变流器冷却系统的工作原理，整个牵引变流器冷却系统性能主要取决于热交换器散热的效果。
2.2冷却系统热交换器流场及温度场分析以CRH3型高速动车组为研究对象，其牵引变流器冷却系统热交换器的结构示意图如图2所示。
整个热交换器中共有37根矩形散热管路，x轴正方向为空气流入方向，z轴负方向为冷却液流动方向。
冷却液通过矩形散热管路的过程中与空气进行热交换，从而将热量散发出去。
图2 CRH3型动车组变流器冷却系统热交换器结构示意图Fig.2 Structure diagram of air heat exchangerin CRH3 EMUs鉴于热交换器结构的对称性，在仿真模型中，同时仿真3根散热管，而中间那根散热管最接近实际情况下散热器管的工作状态，故分析中间管的流场、温度场分布情况即可[2-8]。
有限元模型如图3所示，在仿真中设置进风口空气速度为7.6m/s，空气的流动方向为x轴正方向，设置冷却液进出口压力差为80kPa，冷却液的流动方向为z轴负方向。
冷却液进口初始温度为48℃（321K），空气入口温度图3 剖分后的散热管模型Fig.3 The mesh of FEA model第26卷第10期刘建强等 高速动车组牵引变流器热容量 207为37℃（310K ）。
仿真所得流场矢量图如图4所示，整个散热管路的温度场如图5所示。
散热管路冷却液进口处温度分布云图如图6所示。
图4 部分流场矢量图 Fig.4Vector diagram of flow field图5 散热管路温度分布示意图Fig.5 The temperature distribution of temperaturefield of air heat exchanger图6 散热管冷却液进口处温度分布示意图 Fig.6 The entry section temperature distribution oftemperature field由节点温度分布云图可以明显的看到在冷却液流动方向即z 轴负方向上，冷却液温度逐渐降低。
根据长方形散热管中各个区域流体速度和温度分布特性，结合式（1）～式（3）可以近似计算得出整个长方形散热管路的散热功率[9-10]。
Q =Cm ΔT （1）m =ρvAt （2） ΔT =T 1−T 2 （3）式中 Q —冷却液散发热量；C —冷却液的比热容； m —冷却液质量；ΔT —冷却液入口和出口温差； v —冷却液流速； t —时间；A —散热管横截面面积； T 1，T 2—入口和出口处冷却液温度。
当进风口空气流速为7.6m/s ，空气入口温度为37℃，冷却液进口初始温度为48℃时，单根散热管的散热功率为1304.796W 。
下表针对冷却气体以不同速度、不同温度通过热交换器的情况以及不同冷却液温度的情况，对热交换器单根散热管路的散热功率进行了比较分析。
从表的计算结果可以看出：随着进风口空气流速的增大，散热管路的散热功率也将增大；在一定的空气流速下，随着进风口空气与冷却液温差的增加，散热管路的散热功率将增大。
仿真结果表明，在高温运行环境条件下，通过提高牵引变流器冷却系统进风口风速增大通风量可以提高冷却系统的散热功率，从而确保牵引变流器的正常工作。
表 不同风速和温度条件下单根散热管散热功率分析 Tab. The heat emission power of heat exchanger in different air speed and temperature conditions空气流速/（m/s ）进风口空气 温度/℃散热管进入端 冷却液温度/℃散热功率/W4.7 37 48 577.975 4.64 29 45.7 830.413 11.4 37 48 2148.28 7.6 24 48 2815.4397.6 3748 1304.7963 牵引变流器热容量测试平台3.1 风量测量方法在CRH3型高速动车组牵引变流器冷却系统中，由于风机实际安装位置及风机前后管道形状、尺寸不满足风机流量测量标准的要求，必须提出适合实车测量风机风速、风量的方法，并对这一方法进行标定。