广州地铁1号线车辆的牵引逆变器

２．太原机车车辆厂 技术质量部 山西 太原 ０３０００９
摘 要 主要介绍广州地铁１号线牵引逆变器的工作原理 技术参数 构成和有关器件的作用 运 用表明该逆变器稳定可靠 性能优良
关键词 牵引逆变器 技术参数 组成 作用 中图分类号 Ｕ２６６．２ Ｕ２３１ 文献标识码 Ａ 文章编号 １０００－１２８Ｘ（２００３）０１－００４２－０３
收稿日期 ２００２－０６－０７ 收修改稿日期 ２００２－１０－１５
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接转矩控制法控制Ｇ Ｔ Ｏ 的通断 即可进行牵引运行 停
车时 主电路支撑电容通过串联的５ 个充电电阻 Ｒ１ Ｒ５
可快速放电 主电路电容也可通过电容上并联的固定
电阻放电 但需耗时几分钟 当逆变器输出电压的基波
频率小于电机的转速时 逆变器将电机能量反馈到接
逆变器箱Ａ ２ Ｃ 区装有支撑电容及 其固定放电电阻Ａ３１ Ａ３２ Ｕ 和Ｖ 相模块 Ａ１１ Ａ１２ 相模块吸收电阻Ｒ１１ Ｒ２２ 以 及吸收模块Ａ２１ Ａ２２ 每个吸收模块有 ２ 个带有测量线圈的相电感和４ 块用于 测量相电流上升的电路板 逆变器箱 Ａ ２ Ｄ 区装有支撑电容及其固定放电电 阻Ａ３３ Ａ３４ Ｗ 相模块Ａ１３ 制动斩波模
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｉｎｖｅｒｔｅｒ； ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｐａｒａｍｅｔｅｒ； ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ； ｆｕｎｃｔｉｏｎ
Ｄ Ａ Ｓ Ｕ ６ 型牵引逆变器应用于广州地铁１ 号线的２ １ 型地铁列车上 该型列车从德国引进 为４ 动２ 拖形式 每节动车装有１ 台Ｄ Ａ Ｓ Ｕ ６ 型Ｖ Ｖ Ｖ Ｆ 牵引逆变器 电压型 逆变器 功率开关器件选用３ ０００ Ａ／４ ５００ Ｖ 的ＧＴＯ 元 件 牵引逆变器向每节动车的４ 台并联的牵引电机提供 电源 并可根据电网电压实现再生或电阻制动
网不能接收全部再生能量 即一部分制动能量被接触
网吸收 一部分由车辆的辅助设备吸收时 逆变器工作
于动力制动方式
Ｄ Ａ Ｓ Ｕ ６ 型逆变器的主要技术参数如下
标称网压 Ｕ Ｎ 网压变化范围 Ｕ
１ ５００ Ｖ １ ０００￣１ ８００ Ｖ
输入电流Ｉｉｎ 牵引最大直流电流 Ｉｄ ｍａｘ 制动最大直流电流 Ｉｂ ｍａｘ 输出电流 Ｉ Ａ
逆变器箱Ａ ２ Ｅ 区装有冷却风扇以及Ｇ Ｔ Ｏ 门控单元
散热器风速 Ｖ ａ
８ ｍ／ｓ
的供电电源
２ 逆变器的组成
牵引逆变器由滤波器箱 Ａ １ 和逆变器箱 Ａ ２ 组成（ 见 图１） ２ 箱端部紧靠车底 连接处对外为密封结构 冷却 风扇安装在逆变器箱内 冷却风先进入逆变器箱 通过 ２ 箱连接处进入滤波箱Ａ １ 再经过直流电抗器向下吹 出 ２ 箱连接处为柔性母线连接 通过它将直流电源从 滤波器箱传送到逆变器箱 逆变器的所有元器件安装 于滤波器箱的Ａ 和Ｂ 区及逆变器箱的Ｃ Ｄ Ｅ 区
结构可方便地组成逆变电路 制动斩波
电路和四象限电路 门控单元是Ｇ Ｔ Ｏ 可
靠工作的保证 它将控制单元传送来的
开关光信号转变为开关ＧＴＯ 的正负门极
电流 由于控制电路与主电路需要电隔
离 门控单元的隔离变压器绝缘强度为 １０ ｋＶ 可在３ ｋＶ情况下正常工作 门极开 通电流的大小应与Ｇ Ｔ Ｏ 的温度相适应 当温度很低时 开通电流需从 ４ Ａ 升至 ８ Ａ 以防止功率器件的损坏 所以 门 极通态电流最大上升率为４０ Ａ／ｍｓ 门极
逆变器箱内的逆变电路的作用是将直流输入变为 频率和电压可变的三相交流电 驱动牵引电机 另外 逆变器箱内的斩波电路在再生工况时进行斩波 将再 生能量消耗在制动电阻上 逆变电路原理图见图２ 主
与所关断的电流大小相关 门极断态电 流上升率为－６０ Ａ／ｍｓ 电感为１３０ ｎＨ 相 电感可以限制负载电流的上升率 每个相电感为５ Ｈ 根据主电路电容电压 在Ｇ Ｔ Ｏ 开通时 可以将电流限制 在１００￣１８０ Ａ／ ｓ 相模块有２ 个吸收电阻 每个吸收电 阻由２ 个１．６ 的电阻并联组成 阻值为０．８ 功率为 １ ｋＷ 每个逆变桥臂或者制动斩波模块的功率为２ ｋＷ 模块还有４ 个温度开关 用于元件的超温保护 每台Ｄ Ａ Ｓ Ｕ ６ 逆变器有一轴流风机 风机供电为 ４００ Ｖ／５０ Ｈｚ ２ ８５０ ｒ／ｍｉｎ 静态风压为１ ７００ Ｐａ时 风量为 ２ ５２０ ｍ３ 能够有效地将逆变器开通和关断所产生的热 量带走 保证散热器温度不超过８５ 功率器件工作在 规定结温内 另外 ＤＡＳＵ６ 逆变器还装有各种保护用传 感器和开关 可以完成欠电压 过电压 过载 短路 缺 相 制动电流过载 模块温度超限 电容压力超限 无 冷却风压和电抗器温度超限等保护 门极单元还可以 提供换相失败 脉冲频率超限保护信号 这些保护功能 保证了逆变器安全可靠地工作
逆变器由驱动控制单元（ Ｄ Ｃ Ｕ ） 和逆变器保护单元 （ＵＮＡＳ）控制 控制和保护单元安装于动车的车厢内 控 制单元和Ｇ Ｔ Ｏ 门极控制单元间的触发和反馈信号采用 光纤传输 光纤传输可提高信号抗干扰能力 又有隔离 作用 其他信号以电信号方式传输
１ 逆变器工作原理及主要技术参数
ＤＡＳＵ６ 型逆变器有牵引 再生制动 电阻制动和动 力制动４ 种工作方式 其工作原理是当列车启动时 逆 变器箱主电路电容Ａ３１ Ａ３４ 通过串联的５ 个充电电阻 Ｒ１ Ｒ５ 充电 在预充电结束后 主电路支撑电容电压达 到网压时 滤波器箱中的直流接触器 Ｋ １ 闭合 预充电 电路被Ｋ １ 短接 预充电电流接触器断开 系统通过直
Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｗｏｒｋｉｎｇ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ， Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ， ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎｓ ａｎｄ ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ ｏｆ ｒｅｌａｔｉｖｅ ｄｅｖｉｃｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｔｒａｃｔｉｏｎ ｉｎｖｅｒｔｅｒ ｆｏｒ ｔｈｅ ｖｅｈｉｃｌｅ ｏｆ Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ Ｍｅｔｒｏ Ｌｉｎｅ １ ａｒｅ ｓｅｔ ｆｏｒｔｈ． Ｔｈｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｉｎｖｅｒｔｅｒ ｉｓ ｓｔａｂｌｅ， ｒｅｌｉａｂｌｅ ａｎｄ ｅｘｃｅｌｌｅｎｔ ｉｎ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓ．
作者简介 胡引娥 １９６５－ 女 １ ９ ８ ８ 年毕业于西南交 通大学电传动及控制专 业 工程师 现从事地铁 车辆技术管理工作
Ｔｒａｃｔｉｏｎ ｉｎｖｅｒｔｅｒ ｏｆ ｔｈｅ ｖｅｈｉｃｌｅ ｆｏｒ Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ Ｍｅｔｒｏ Ｌｉｎｅ １
ＨＵ Ｙｉｎ－ｅ１， ＣＨＥＮＧ Ｙｏｕ－ｐｉｎｇ２ （１． Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ， Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ Ｍｅｔｒｏ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ， Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ， Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ ５１０３８０， Ｃｈｉｎａ； ２． Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｑｕａｌｉｔｙ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ， Ｔａｉｙｕａｎ Ｌｏｃｏｍｏｔｉｖｅ ＆ Ｒｏｌｌｉｎｇ Ｓｔｏｃｋ Ｗｏｒｋｓ， Ｔａｉｙｕａｎ， Ｓｈａｎｘｉ ０３０００９， Ｃｈｉｎａ）
１ ０８０ Ａ ２ ９００ Ａ ０￣１ ０５０ Ｖ ０￣１１２ Ｈｚ ４５０ Ｈｚ ２５０ Ｈｚ 三相交流３８０ Ｖ ５０ Ｈｚ 直流１１０ Ｖ 强迫风冷
块Ａ １ ４ 模块吸收电阻Ｒ ３ １ Ｒ ４ ２ 以及吸收模块Ａ ２ ３ Ａ２４ 逆变器箱Ａ２Ｄ 区还装有输出电压传感器Ｕ１ Ｕ２
Ｕ Ｖ Ｗ 相模块Ａ１１ Ａ１２ Ａ１３ 以及斩波模块Ａ１４ 中 有ＧＴＯ Ｖ１ Ｖ２ 快速恢复二极管Ｖ３ Ｖ４ 吸收二极管Ｖ５ Ｖ６ Ｖ１ Ｖ２ 的门控单元 ３ 个电容集成的吸收电容以及相 模块和制动斩波模块的输出电流传感器 Ｕ １ 每个模块 的功率器件都安装在２ 个散热器之间 并由一个卡子固 定 使冷却风从２ 侧散热器通过
电路的电感为１３０ ｎＨ 关断电流的能力
图３ 逆变器箱Ａ ２ 电路构成
压 Ｖ１ 为极性反向保护二极管 当电压源逆变器或输出 端短路时 由于主电路中存在电感 电感中的能量将向 电容反向充电 此时Ｖ１ 导通 可保护电压源逆变器 Ｕ３ 为主电路电流传感器 直流支撑电容Ｃ １ 为１ ． ６ ５ ｍ Ｆ ＤＡＳＵ６ 型逆变器可根据实际运行情况需要选择安装４ ６ 个电容 每个电容带有一个过压开关 当电容内部压 力超限时 可通过联锁电路向控制单元提供超压信号 产生保护动作 电容上并联的电阻Ｒ １ 为电容的放电电 阻 这个１００ ｋ 的电阻可使单个电容在 ８ ｍｉｎ 内完成放 电 在逆变器脉冲封锁或最大电流时 电容短时电压可 达到２ ５５０ Ｖ 如果电容不经充电电阻突然充电 电压可 能达到３ ４５０ Ｖ 在正常情况下 电容电压被斩波模块限 制到２ １００ Ｖ
４８０ Ａ ６９２ Ａ １ １７１ Ａ ７２０ Ａ
第１期 胡引娥 程有平 广州地铁１号线车辆的牵引逆变器
最大输出电流 ＩＡ ｍａｘ 最大关断电流 Ｉ ｍａｘ 输出电压 Ｕ Ａ 输出频率 ｆＡ 最大脉冲频率 ｆｐ 制动斩波脉冲频率 ｆ ｂ 风扇电源 Ｕ １ 控制电源 Ｕ ２ 冷却方式
图１ 滤波箱 Ａ １ 和逆变箱 Ａ ２ 组成
滤波器箱的Ａ 区装有差动电流传感器Ｕ ４ 谐波吸 收电容Ｃ１１ Ｃ２５ 及放电电阻Ｒ１ Ｒ３ 另外 还装有模块 Ａ１０ 模块Ａ１０ 上装有网压传感器 Ａ１０ Ｕ１ 电容电压传 感器Ａ１０ Ｕ２ 网侧极性反向保护二极管Ａ１０ Ａ３ 充电 熔断器Ａ１０ Ｆ１ 充电接触器Ａ１０ Ｋ３ 放电接触器Ａ１０ Ｋ４ 充放电电阻Ａ１０ Ｒ１ Ｒ５ 支撑电容极性反向保护 二极管Ａ１０ Ａ２ 还装有可选用支撑电容Ａ３１ Ａ３２ 用 于抑制直流侧的谐振 滤波器箱的Ｂ 区 冷却风道中装有直流电抗器Ｌ１ 接触器 Ｋ １ 电流传感器Ｕ ３ 装于滤波器箱的Ｂ 区 但与逆变器冷却风道隔离
触网 逆变器工作于再生制动方式 当所产生的能量不
能被网上其他车辆或者车载设备（ 辅助电源 风冷单元
等） 消耗时 逆变器把这部分能量反馈到电容 电容电
压上升 当电容电压达到设定的最大值时 控制单元就
触发晶闸管 Ａ１４ Ｖ１ 接通制动电阻 制动电阻把 ４ 台牵
引电机所产生的制动能量转化成热能消耗掉 当接触
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３ 逆变器电路分析
逆变器电路分为滤波器箱和逆变器箱２ 大部分 滤 波电路主要完成对谐波的抑制和主电路电容的充 放 电功能 其原理图见图 ２ 差动电流传感器Ｕ ４ 用于接地 检测 差动电流传感器有１ Ａ 和５ ０ Ａ ２ 个电流差监测阀 值 如果电流差超过了对应的阀值 封锁逆变电路Ｇ Ｔ Ｏ 触发脉冲 继电器动作 如果电流差下降到阀值以下 继电器断开 如果逆变器主电路接地或电机接地 则可 产生５０ Ａ 的电流差 继电器闭合 联锁的保护信号将车 辆的高速断路器断开 起到接地保护作用 滤波电容 Ｃ２１ Ｃ２５ 和滤波电抗器Ｌ１ 形成了一个抑制谐波的滤波 电路 可以有效地吸收逆变器所产生的高频谐波 减小 对控制电路及列车通信的干扰 滤波电抗器Ｌ １ 为空心 电抗器 设计额定电流为 ８００ Ａ 当逆变器发生短路时 可短时通过８ ｋＡ 的电流 Ａ １ ０ 为滤波器箱的电阻模块 电阻Ｒ１ Ｒ５ 均为１２ 可对主电路支撑电容进行快速 充放电 直流接触器 Ｋ１ 的额定分断能力为 ８００ Ａ 其作 用是完成列车在正常情况下通断主电路功能 当逆变 器主电路或输出发生短路时 此接触器仍保持闭合 车 辆的高速断路器完成分断过电流的功能 每当主电路 电流超过１ ２００ Ａ 时 分断主电路的功能由高速断路器 完成 主电路电容充电时 Ｋ ３ 闭合 充电完成后Ｋ １ 闭 合 Ｋ３ 断开 放电时Ｋ１ Ｋ３ 断开 Ｋ４ 闭合 Ｋ１ Ｋ３ Ｋ４ 的 控制电路是联锁的
电压传感器Ｕ １ 和Ｕ ２ 用于测量网压和支撑电容电
图２ 滤波器箱Ａ １ 电路构成 ４３
机 车 电 传 动 ２００３年
２ ０ ０ ３ 年第 １ 期 ２００３ 年 １ 月 １０ 日
机车电传动 ＥＬＥＣＴＲＩＣ ＤＲＩＶＥ ＦＯＲ ＬＯＣＯＭＯＴＩＶＥＳ
１， ２００３ Ｊａｎ．１０， ２００３
城 市
广州地铁 １ 号线车辆的牵引逆变器
轨
道
胡引娥１ 程有平２
车
辆
１．广州地下铁道总公司 运营事业总部 广东 广州 ５１０３８０