7200kW电力机车牵引变流器

主电路简介
三个主电路单元的直流回路通过隔离开关（K1、 K2、K3）并在一起，正常工作时隔离开关闭合， 三个单元共用中间直流回路和二次谐振回路。当 其中任意一个主电路单元故障时，断开相应的隔 离开关和充电接触器，将该故障单元切除，其余 两个单元正常工作，机车只损失1/6的动力，从而 将故障造成的影响降至最低。 变流器具有库内动车功能，通过R、S端子外接 DC600V库内电源输入变流器，经二极管整流、逆 变后输出三相VVVF电压驱动牵引电机。足以驱动 机车以约5km/h的速度运行。
32
KM4
2
KM5
2
KM6
2
K1
2
K2
2
K3
2
KM1
22
KM2
22
KM3
22
KM1
A2
KM2
A2
KM3
A2
110V－ － X93:22
110V+
变流器控制基本原理
DCU的控制可分为两层功能，上层的控制功能主 要由SMC通过对AMS总线的控制来实现，下层由网 侧变流器控制器（LCC）、牵引电机侧变流器控制 器（MCC）构成进行实时控制。 DCU控制原理：采用PWM调制实现四象限脉冲整 流器控制，采用直接转矩控制完成对异步牵引电 动机的精确转矩控制，实现完全微机化、数字化 的实时控制。DCU具有符合列车通信网络（TCN） IEC61375标准的MVB通信接口，对外与车辆总线相 连，与中央控制单元等形成控制与通信系统。DCU 内部则构成并行AMS总线。
DCU插件简介
电机信号（TE277-040000） 电机侧控制的外围板，对速度信号进行滤波处理、 二选一；并具有三重牵引逆变器输出过流保护、中 间直流电压过压保护、斩波过流保护、接地保护； 同时采集三个逆变器的IGBT元件工作状态并把故障 信息送给SMC板处理
DCU插件简介
LCC网侧控制（TE277-050000） 硬件与电机控制插件相同，对三重四 象限脉冲流整器的实控时制，完成同 步信号的锁相环处理
主电路简介
变流器主电路采用二电平三重四象限：PWM整流器 ＋VVVF逆变器模式，每重四象限整流器和一个逆 变器组成一组供电单元，为一台牵引电机供电， 轴控控制方式。 每个主电路单元有独立的充电短接回路和固定放 电回路。 三重四象限互相错开一定的相位角度，有利于减 小对电网的谐波污染，降低直流回路的纹波。
说明 短接接触器，以及充电接触器、充电电阻组成的预充电电路 四象限PWM整流器 含支撑电容器等的直流支撑回路，接地检测单元 含谐振电容器等谐振电路，谐振电抗器外设 PWM脉宽调制逆变器 含过压斩波电阻等的保护模块单元 牵引（传动）控制单元（TCU）及电压、电流、水压力、温度等传感 器等组成的控制和监视单元 含冷却风机、热交换器等部件的热交换器组件
主电路简介—PWM逆变电路 逆变电路 主电路简介
PWM逆变电路采用直接转矩控制策略 1、电路构成： 一个变流柜由三组相同的PWM逆变器组 成，每组由过压斩波（直流放电）保护电路、 1个PWM逆变器、2个输出电流传感器构成
2、工作原理
过压斩波（直流放电）保护电路：由 过压斩波管及斩波电阻组成。当中间 直流侧电压过高时，开通斩波电路， 将能量通过电阻以热能的方式消耗 牵引工况下进行直-交变换，把中间直 流电路能量转换成三相可变交流电供 给牵引电机使用；再生制动工况时把 牵引电机的三相电压经整流实现交-直 变换为中间直流电路提供电能
7200kW电力机车牵引变流器 7200kW电力机车牵引变流器
时代电气售后服务中心 2009年08月28日 2009年08月28日
主要内容
一、TGA9型牵引变流器概述 二、主电路简介 三、控制电路简介 四、冷却系统简介
TGA9型牵引变流器概述 一、 TGA9型牵引变流器概述
用途
TGA9型牵引变流器应用于机车轴式为C0-C0， 牵引电机轴功率为为1.2MW的7200kW六轴货运 电力机车。 其设计充分借鉴了时代电气之前对等开发 HXD1型电力机车牵引变流器样机的研制经验和 成熟技术，两者的核心部件如变流器模块的主 体结构完全相同。
外观图
每台机车配置两台牵引变流器。每台变流器作 为一台完整的组装设备，所有内部元器件安装 于一个柜体内。
柜门编号
牵引变流器结构正面图
DCU控制装置 T1同步变压器 VH1-VH3中间电压传感器
三重四象限 整流模块
热交换器
一重四象限 整流模块
一重逆变模块
KM4-KM5充电接触器 三重逆变模块 K3-K1隔离开关 KM3-KM1主接触器 R1-R3充电电阻 二重四象限 整流模块 二重逆变模块
DCU插件简介
网侧信号（TE277-050000） 网侧控制的外围板，对网压同步信号、输入电流信 号、主电路接地保护信号、中间直流电压；对原边 电流，同时采集四象限变流器IGBT元件工作状态并 把故障信息送给SMC板处理
DCU插件简介
模拟输入A（TE277-060000） 模拟输入B（TE277-080000） 每块插件有18路模拟量处理通道,对逆变器输 出电流；斩波支路电流，直流电压、主回路接 地检测电压Ud3；变压器原边电流、4QS输入电 流；电机温度、水温、水压等信号采集
1 1
KM4 KM1
4 14
KM5 KM2
4 14
KM6 KM3
4 14
A1
A1
A1
KM4
A2 21 A1
KM5
A2 21 A1
KM6
A2 21 13 A1 13 13 31 31 31 1 1 1
1
B1
J1
Baidu NhomakorabeaA2
B2
J2
A2
B3
J3
14 A2
J1
14 A1
J2
14 A1
J3
A1
KM1
32
KM2
32
KM3
功能
每台牵引变流器向一个转向架的三台牵引电 机供电。 为了获得所期望的电动机转矩和转速，变流器 根据要求来调节电动机接线端的电流和电压波形 ，完成电源（主回路）和牵引电动机之间的能量 传输，实现对机车牵引、再生制动等持续控制。
工作原理
牵引变流器输入端与主变压器的次边牵引绕 组相连，通过接触器分/合。 变流器通过四象限整流器将单相交流电压转 变为稳定的中间直流电压。 中间直流回路设有支撑电容、二次谐振电容 、接地检测单元、固定放电电阻和斩波电阻 等。 中间电压经过PWM逆变器转换成频率和电压 可变的三相电源供给异步牵引电机。
固定放电电阻
牵引变流器结构背面图
风机 （FAN1-2） 斩波电阻 （RCH1-3）
二次谐振回路电容器 （C3-8）
主电路接口
单相输入 三相输出
库用接口
电抗器
柜体正视图
A相 相 X51 4QS3 (变流器模块) 变 IBBM120S2 B相 相 C相 相 D相 相 T1 VH1 VH2 VH3 D相 相 A相 相 4QS1 (变流器模块) 变 IBBM120S2 X12 X21 INV1 (变流器模块) 变 IBBM120S2 B相 相 C相 相 D相 相
三、控制原理简介
接触器逻辑图
X93:D 110V+
DCU－XD13 －
2 充电1 8 短接1 4 充电2 10 短接2 6 充电3 12 短接3
3 13 3 13 3 13
DCU－XD14 －
6 短 短接1状态 7 短 短接2状态 8 充电1状态 短 短接3状态 3 4 充电2状态 5 充电3状态 12 隔离 开关1状态 13 隔离开 开关2状态 14 隔离开 开关3状态
传动控制单元DCU 传动控制单元
传动控制单元（DCU），采用时代电气自主研 发的“异步电动机直接转矩控制”软件和 “交流传动模块化设计”硬件。是在消化吸 收HXD1电力机车技术基础上加以修改和完善 的。
DCU主要功能 主要功能
完成对机车的牵引/制动特性控制、逻 辑控制、故障保护，实现对四象限整流器 和牵引逆变器及交流异步牵引电机的实时 控制、粘着利用控制，以满足车辆动力性 能、故障运行、救援能力及实现预期的运 行速度等。
热交换器组件 （FAN3） ）
C相 相 B相 相 A相 相
X62
X31
X42
UTBL
充 电 电 阻 单 元
K M 4
K M 5
K M 6
K3 K2 K1 XP
B1
B3 B2
固定放电电阻组件 （DCHRS） ）
LH9
LH6
J1 J2 J3 KM3 KM2 KM1
XN
XC1
XC2
二、主电路图
序号 1 2 3 4 5 6 7 8
主电路简介—中间直流电路 主电路简介 中间直流电路
中间直流电路起能量储存、平衡及滤波的作用 1、电路构成 中间直流电路由中间电压支撑电容、二次滤波LC 谐振电路、中间电压传感器、接地保护电路组成 2、工作原理 二次滤波电路：由二次滤波电抗器和二次滤波电容器 组成。谐振频率为100Hz，用于滤除四象限PWM整 流器输出的二次谐波电流 接地保护电路：由跨接在中间电路的两个串联电阻和 一个接地检测电压传感器组成。实施接地故障的 检测
传动控制单元的车辆级控制功能框图
司机指令
电机包络线
变流器控制级的核心任务
变 流 器 控 制 级
对整流器的实时控制 稳定中间电压 对逆变器及交流异步牵引电机的实时控制 粘着利用控制 同时具备完整的故障保护功能 模块级的故障自诊断功能 一定程度的故障自排除功能
DCU插件简介
MCC
脉冲分配
模拟输入A 模拟输入
DCU主要功能 主要功能
DCU通过MVB网络接收司机指令，将司机指令 转化为机车的运行工况。 DCU具有机车级控制和变流器级控制的功能。 机车级的控制功能是根据司机指令完成对机 车牵引/制动特性控制和逻辑控制，实现对主电路 中接触器的通断控制和牵引变流器的启/停控制， 计算列车所需的牵引/电制动力等，如下图所示。
主电路简介—变流器模块 主电路简介 变流器模块
四象限变流电路
四象限变流器采取瞬态电流控制策略，使得中间 直流环节的电压保持恒定，并使变压器次边的功率因 数接近于1。 1、 电路构成 一个变流柜由三组相同的四象限变流器组成，每 组由1个充电电阻、1个充电接触器、1个短接接触器、 1个输入电流传感器及1个四象限变流器构成(每个臂 由两个IGBT模块并联组成)。 2、 工作原理 在牵引工况下进行交-直变换，为中间直流电路 提供电能；在再生制动工况时，对中间直流电路能量 进行直-交变换，将电能回馈给电网。
牵引变流器参数
额定输入电压： 额定输入电流： 中间电压： 额定输出电压： 额定输出电流： 最大输出电流： 控制电压： 辅助电源： 外形尺寸： 质量： 970V/50Hz 3×1390A DC 1800V 3AC 1375V 3×598A 3×814A DC 110V 三相440V/60Hz (3100×1060×2000)mm 2500kg
传动控制单元
C相 相 B相 相 A相 相
X52
X11
X22
A相 相 X61 INV3 (变流器模块) 变 IBBM120S2 B相 相 C相 相 D相 相
LH12
D相 相
A相 相 4QS2 (变流器模块) 变 IBBM120S2 X32 X41 INV2 (变流器模块) 变 IBBM120S2 B相 相 C相 相 D相 相
DCU插件简介
SMC（TE277-030000） 完成管理AMS总线，车辆逻辑单元的控制； 牵引/制动特性控制；故障的记录及传递等 功能
DCU插件简介
通信接口（ZS826A-443-000） 为DCU提供MVB通信接口，对内通过双口RAM连接 AMS总线，对外连接车辆MVB总线
DCU插件简介
MCC电机控制（TE277-010000） MCC采用直接转矩控制，对电机电流等采用 瞬时值控制，通过高速A/D采集控制所需的 直流电压、逆变电流等信号，产生逆变控制 PWM信号
模拟输入B 模拟输入B
网侧信号
LCC 电机信号
通讯接口
SMC
数字入出
开关电源
控制接口
DCU插件简介
开关电源（TE283-000000） 为机箱提供+5V、±15V、 ±24V，为机箱内 各插件、风扇层、电流、电压传感器、速度 传感器等提供电源
DCU插件简介
数字入出（TE213-090000） 20路110V数字量输入，12路数字量输出
DCU插件简介
脉冲分配（TE277-070000） 将MCC发出的PWM信号由5V转换到24V输出，接 收模块脉冲分配来的元件状态、故障保护的24V 信号，转换成5V信号，送电机信号插件保护
保护要求
• 要求能够对原边电流、四象限输入电流、原边 接地、中间电压过压、中间回路接地、逆变电流 过流进行硬件级保护，以确保严重故障的保护快 速、有效； • 要求能够对接触器故障、模块过热、电机超温、 原边电压过欠压、变流器冷却水温、变压器冷却 油温进行软件级保护，以保证整体电气系统工作 在稳定可靠的环境中。