7200kW电力机车牵引变流器
电力机车牵引变流器讲义课件
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。
牵引变流器产品介绍
16
精选课件
16
动车产品介绍
自主高速6500V水冷平台
项目
变流 器型 号
中间 电压
更高速度 TGA16 3500
等级试验
V
列车（
500km）
永磁高速 TGA28 3500
动车组
V
功率
2961K VA
2632K VA
11
精选课件
11
机车产品介绍
“和谐”系列货运电力机车
车型
系列 机车轴 机车功 设计速
式
率
度
HXD1
西门子
2（BO- 9600KW 120km/
BO）
h
HXD1B 西门子
CO-CO 9600KW 140km/ h
HXD1C 时代电气 CO-CO 7200KW 120km/ h
HXD2
阿尔斯通 2(BO- 10000K 120km/
0-2400V 输出电流：
350—497A
变流器数量
400台 80台 160台 360台 240台 1400台 7台 104台 54台 1374台 1084台 40台 6台 8台
PS：上述参数适用于所有表中车型
精选课件
19
动车产品介绍
四方中标动牵引变压器
输入电压 AC1900V 输入电流 2x814A 直流电压 3600V 输出电流 2x314A 电机功率 4x625kw 辅助容量 260kVA 冷却方式 强迫水冷
路特 流等级 等级 级
量
征
18 出口澳大利
DC160 1200 120km 台 亚
7200kW六轴车异步牵引电机
7.结构说明
8.维护及故障处理
2009年06月
7200kW六轴车异步牵引电机
1. 概述
21 世纪之前，我国机车牵引电机主要采用直 流电机。随着电力电子技术的发展，异步电 机在控制系统的支撑下具有了与直流电机媲 美的调速特性，异步电机还有比直流电机体 积小、功率大、效率高、恒功范围宽、维护 量小等优点，因此世界各国都在推广异步牵 引电机的运用， 20 世纪后期，西门子、庞巴 迪、三棱重工等国际大公司已广泛采用异步 电机作为铁路机车的牵引动力，进入 21 世纪 ，我国采用引进国际大公司异步传动技术的 方式，开始大力推广异步牵引电机的运用。 株洲南车电机股份有限公司
U
2009年06月
7200kW六轴车异步牵引电机
株洲南车电机股份有限公司
电流特性 600 550 500 450 400 350 300 250 200 0 500 1000 1500 2000 n(rpm) 2500 3000 3500 4000
I
2009年06月
7200kW六轴车异步牵引电机
6. 结构特征
株洲南车电机股份有限公司 横向安装的铜条鼠笼转子三相异步牵引电动 机专为不带电抗器的逆变器运行而设计，能
承受铁路车辆运行过程中遇到的冲击，满足
运用要求。符合IEC60349-2《铁路机车车辆
和公路车辆用旋转电动机
第2部分：电子变
流器供电的交流电动机》标准要求。
2009年06月
7200kW六轴车异步牵引电机
7200kW六轴车异步牵引电机
株洲南车电机股份有限公司
电机电压范围（线电压） 供电方式 逆变器型式 工作制 等效连续定额 额定电压 额定电流 额定频率
0～1419V 逆变器供电 VVVF电压型 连续 1225kW 1375V 598A 58.1Hz
和谐电3型专业知识
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。
晋升(增驾)HXD3型电力机车司机题库
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。
交直交型电力机车电气线路—交直交型电力机车主线路
网侧电路
1 网侧电路的组成 2 网侧电路的电流路径 3 网侧电路主要高压设备的功能 4 网侧电路的保护
1 网侧电路的组成
HXD3型电力机车网侧电路由受电弓AP1、AP2， 高压隔离开关QS1、QS2，高压电流互感器TA1，高 压电压互感器TV1，主断路器QF1，高压接地开关 QS10，避雷器F1，主变压器原边绕组AX，低压电流 互感器TA2 和回流装置EB1～6 等组成。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
3 牵引变压器
牵引变压器主要电气参数：
（1）原边绕组
（3）辅助绕组
额定容量/kVA ：8 900
额定容量/kVA ：600
额定电压/kV ：25
额定电压/V：470
额定电流/A ：356
额定电流/A ：2×638
（2）牵引绕组
短路阻抗 ：5%
额定输出容量//kVA ： 6×1 383 （4）谐振电抗器
0 0
6N 5N
4N 3N
2N
1N
20
40
7N 8N
9N
13N
10N
11N
12N
60
80
100
120
n 电力机车特性及其特性曲线
2. HXD3电力机车制动特性控制曲线（23t轴重）
600
500
400
300
200
100
0
0
20
40
60
80
100
120
n 电路分析
电路（课件）、部件（位置）图片
Ｐａｎｔｏｇｒａｐｈ
1 主电路结构
2 网侧电路
网侧电路由受电弓1AP、2AP，车顶高压隔离开关1QS、 2QS，主断路器QF（带接地装置）、避雷器1F、高压电压互感 器TV、原边电流互感器1TA、回流电流互感器2TA、接地装置 1E～6E和能耗表等组成，如图6.2所示。
7200kW电力机车辅助变流器
（4）主要器件连接
-29-
（一）数字入出板（DIO） 数字入出板（DIO）
数字入出板共包含10路数字输入 输出通道 路数字输入/输出通道 路数字输入 输出通道。 数字量输入环节：
光电隔离 110V的指令信号 转换 高、低电平信号
（如：系统工作指令、 复位指令、接触器闭 合反馈信号） 隔离 高、低电平信号 转换
-31-
（二）开关电源板（POWER） 开关电源板（POWER）
开关电源板是一种具有原次边隔离的 多重开关电源，采用DC/DC变换。 DC输入：110V DC输出：＋5V、±15V、±24V 为SIV控制单元提供控制电源，为 IGBT变流模块提供电源，为SIV柜体内各 种插件、传感器提供电源。 11B 常亮（绿色）正常工作 常亮（绿色） 37B 常亮（红色）中断保护状态，不工 常亮（红色）中断保护状态， 作。
逆变控制板灯孔定义
灯位 亮灯定义 ● 26A红灯 逆变器故障（表示正在往CPU板送 逆变器故障） ● 26B红灯 灯亮表示逆变器直流过压 ● 27A红灯 灯亮表示逆变器模块过载 ● 27B红灯 灯亮表示逆变器模块故障 ● 28A红灯 灯亮表示逆变器输出三相不平衡 ● 28B黄灯 灯亮表示逆变器门极释放，逆变器 开始工作 ● 29B黄灯 闪烁表示程序运行指示灯 ● 30A绿灯 逆变器R相脉冲指示灯 ● 30B绿灯 逆变器S相脉冲指示灯 ● 31A绿灯 逆变器T相脉冲指示灯
-15-
中间直流电容组件
-16-
中间直流放电电路
放电接触器
放电电阻
-17-
（四）逆变电路
• 主要是逆变器模块UA1，它采用两电平三 相桥式电压型逆变路，功率开关器件为IGBT。 作用： 作用：
恒定直流电压 转换为 PWM波 波 三相交流电压
HXD1C型电力机车牵引变流器-01
信号定义 （M1）PS+
2
3 4 5 22 23 24
XD6:14
XD6:13 XD6:25 汇流排 XD8:1 XD8:14 XD8:2
（M1）PS（M1）SIG+ （M1）SIGE (主变)PS+ (主变)PS1(主变)SIG+
3.功能配置 4.接口连接 X1插头
信号定义 110V+ 110V引脚 25 26 27 40 UN+ 41 终端 JCB/X1:1 JCB/X1:2 汇流排 JCB/X1:5 JCB/X1:6 信号定义 IF1+ IF1E IF2+ IF2-
XD14:1 主断禁示环线1 XD14:4 主断禁示环线2 XD13:1 主断状态(常开)
第一部分：产品介绍
1.产品说明
2.原理介绍
3.功能配置 4.接口连接 主变流器对外接口
X1～X3为42芯插座
X4为9芯插座(2个9芯 插座组合)
X5为6芯插座
第一部分：产品介绍
1.产品说明
引脚 1 2 3 4 5 终端 X93:1 X93:7
2.原理介绍
信号定义 110V+ 110V引脚 8 9 10 11 22 终端 X93:2 X93:8
电流检测板 一重四象限
一重逆变器
热交换器 三重逆变器 二重四象限 二重逆变器 隔离闸刀 充电接触器 主接触器 固定放电电阻 电抗器连接
充电电阻
库用接口
单相输入
三相输入
第一部分：产品介绍
1.产品说明
2.原理介绍
谐波抑制 电抗器
3.功能配置 4.接口连接 变流器结构(背面)
HXD1D型电力机车牵引变流器
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。
牵引变流器技术培训-第6章 7200W(HXD1C)电力机车牵引变流器
5.4冷却系统
变流器模块采用水冷散热，冷却液由纯水和乙二醇 按比例混合而成。
水冷管路全部采用快速接头连接，方便快捷插拔， 不需要排放冷却系统中的冷却液
变流器安装有一个水-气热交换器，用于变流器柜
体内部的空气循环与降温，防止出现局部过热点。
30
斩波电阻冷却由底部两个小风机风冷。
-30-
7.总体设计
7.5传动控制单元
三重四象限互相错开一定的相位角度，减小对 电网的谐波污染，降低直流回路的纹波。
20
-20-
6.技术说明
6.3电路组成
6.3.1充电回路 牵引变压器牵引绕组输入电压经由充点接触器、充
电电阻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。
21
-21-
6.技术说明 6.3电路组成
6.3.2滤波 二次谐振电抗器、滤波电容组成二次谐振回
23 t 25 t 106/17=6.2353 交-直-交传动
7
-7-
4.基本技术条件
4.7 电力牵引性能
机车轮周牵引功率（持续制）
7200 kW
机车起动时粘着牵引力（0～5 km/h速度范围内半磨耗的轮周平均牵引
力）
23t轴重时:
≥520 kN
25t轴重时:
≥570 kN
机车持续制牵引力：
23t轴重时:
13
-13-
5.技术参数
5.2中间直流环节 标称直流电压： 二次谐振电感： 二次谐振电容：
DC1800V 0.27mH 9.39mF
14
-14-
5.技术参数
5.3 VVVF逆变器 标称输入电压： 输出电压： 额定输出电流： 最大输出电流： 开关频率： 控制方式：
kW电力机车牵引变流器.ppt
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。
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。
13
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 离开关和充电短接开关，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。
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
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五、冷却系统组成
温度传感器
模块冷却 热交换器
压力传感器
31
牵引变流器水流图
出水方向
32
进水方向
冷却系统简介
主变流器冷却方式：强迫水循环冷却(通过加 入添加剂乙二醇以适合–40°C的环境工作)
模块入口水温：≤ +55°C 模块出口水温：≤ +61°C
散热功率：80kW 冷却水流量：286 L/min 斩波电阻底部安装有两个小风机，从变流器柜
电力机车控制-牵引变流器组成及原理
牵引变@流@器@组@成@及@原理
牵引变流器组成及原理
1 牵引变流器的功能及特点 2 牵引变流器组成 3 电压型四象限脉冲整流器 4 中间直流电路 5 电压型逆变器
1 牵引变流器的功能及特点 1.基本功能
牵引变流器是交流传动电力机车的核心部件之一，用于直 流和交流之间进行电能的变换。为了满足机车启动、调速和制 动的需求，要求牵引变流器能够四象限运行。牵引变流器的基 本功能是将来自接触网的交（直）流电压，变换为频率、幅值 可调的三相交流电压，供给交流牵引电动机，将电能转换为机 械能，在轮轨间产生牵引力，驱动列车前进。
电流路径：Uf -Rf -Lf -VD1 -直流环节-VD4 - Uf 此时，Ud =Uf + ULf来自2）当Uf<0时(自行分析）
3 电压型四象限脉冲整流器
3、逆变状态 两电平电路工作在全控桥电路，即由VT1 VT2 VT3 VT4
组成。 正半周：直流环节-VT3-Uf -Rf-Lf-VT2-直流环节 负半周：直流环节-VT1-Lf-Rf-Uf -VT4-直流环节
2 牵引变流器组成 在交-直-交传动系统中，牵引变流器主要由四象限脉冲 整流器（4qc）、直流中间环节（DC-Link）和逆变器（PWMI） 组成。典型的两电平牵引变流器电路如下图所示。
2 牵引变流器组成
1．整流器单元 电源侧变流器采用四象限脉冲整流器（4qc），构成
交-直变换部分，通过PWM斩波控制方式，可以调节从接触网 输入的电流相位，使机车所取的电流波形接近于正弦波形， 并能在宽广的负载范围内使机车功率因数接近于1，等效谐波 电流减小，有利于提高机车功率因数，降低谐波干扰。此外， 四象限脉冲整流器能方便的实现牵引和再生制动的能量转换， 可取得显著地节能效果。
HXD1C机车详细的介绍
总体设计说明
功率发挥曲线
%
功 率 发 挥
网压
Page 11
总体设计说明
• 轨距: 1435 mm • 轴式: Co-Co • 机车整备重量:
无配重： 138 +3-1% t 加配重后：150 +1-3% t • 轴荷重: 无配重： 23 t 加配重后： 25 t
机车可以从23 t轴重转换成25 t，也可以从 Page 2152 t轴重转换成23t，机车交车时轴重为
➢ 辅助电路：机车辅助电路采用独立的辅助逆变 器供电，辅助变流器分别由恒频恒压变流器 （CVCF）与变频变压变流器（VVVF）两个 模块构成。
➢ 控制网络：机车采用微机控制系统，实现网络 化、模块化，使机车控制系统具有控制、诊断、
Pag监e 5测、传输、显示和存储功能，控制网络符合
主要特点 总体设计说明
总体设计说明
• 机车动力学性能 机车动力学性能试验最高试验速度： 132±2km/h 线路最小曲线半径为300±20m，其它试验线路和试验测量工况方 面j均满足 TB/T2360 。
• 机车能以5 km/h速度安全通过R=125m的曲线。机车能够通过 R=500的竖曲线，并能在R=250m的曲线上进行正常摘挂作业。
Page 6
总体设计说明
二
环境条件
Page 7
环境条件 总体设计说明
• 用途：铁路干线用机车。 • 机车在下列条件下，能按机车额定功率正常工作。 • 海拔高度：不超过2500 m • 在海拔高于1400m、环境温度接近+40℃、连续在最大功率状态下运
行时可能出现功率限制。 • 环境温度（遮荫处）：-25℃ ~+40℃
kW
电力机车牵引变流器讲义课件(ppt 56页)
原边接地
判断原边接地原理： 原边电流和回流电流
的差值大于50A，并时间 ＞2S 应急处理方法：
若为某架检测电路故障 时，应甩开故障架中电流检 测板中的X2插头，切除故障架原边保 护。
变流器库内动车功能
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。
J1
14 A1
KM1
13
J2
14 A1
KM2
13
J3
14 A1
KM3
A2
A2
A2
X93:22
110V－
DCU－XD14
6 78
3 4 5 12 13 14
31 31 31
1
1
1
KM1 KM2 KM3 KM4 KM5 KM6
32 32 32
2
2
2
1
1
1
K1 K2 K3
2
2
2
110V+
第一部分：产品介绍
第一部分：产品介绍
1.产品说明 2.原理介绍 3.功能配置 4.接口连接
第一部分：产品介绍
1.产品说明 2.原理介绍 3.功能配置 4.接口连接
第一部分：产品介绍
1.产品说明 2.原理介绍 3.功能配置 4.接口连接
充电1 短接1 充电2 短接2 充电3 短接 3 短接1状态 短接2状态 短接3状态 充电1状态 充电2状态 充电3状态 隔离开关1状态 隔离开关2状态 隔离开关3状态
UTBL
充
电
电
阻 单
KM3 KM2 KM1
HXD1C型电力机车牵引变流器
1块开关电源板（1）
冷却风扇层组成。
Page 28
第一部分：产品介绍
1.产品说明 2.原理介绍 3.功能配置 4.接口连接 TCU控制单元
MCC 脉冲分配 模拟输入A 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
Page 29
第一部分：产品介绍
1.产品说明 2.原理介绍 3.功能配置 4.接口连接 保护要求
Page 5
第一部分：产品介绍
1.产品说明 2.原理介绍 3.功能配置 4.接口连接 中间直流电路
中间直流电路由支撑电容、中间电压传感器、固定放电电阻、二次 滤波LC谐振电路和接地保护电路组成。电路主要作用：能量储存、平衡 及滤波、无功功率交换、主电路接地保护等作品介绍
D相
A相
INV3
B相
X61 (变流器模块)
IBBM120S2 C相
X62
D相
热交换器组件 （FAN3）
LH12
UTBL
充
电
电
阻 单
KM3 KM2 KM1
元
KKK MMM 456
J1 J2 J3
K3 K2 K1
B1 B3 B2
D相
C相
4QS2
(变流器模块) X32
B相 IBBM120S2
A相
X31
A相
4 XD6:25 （M1）SIG- 11 XD6:24 （M2）SIG- 18 XD6:23 （M3）SIG-
5 汇流排
E
12 汇流排
E
19 汇流排
Page 12
第一部分：产品介绍
充电1 短接1 充电2 短接2 充电3 短接 3 短接1状态 短接2状态 短接3状态 充电1状态 充电2状态 充电3状态 隔离开关1状态 隔离开关2状态 隔离开关3状态
牵引变流器
电压型交直交变流器 中间环节的作用
电压型中间直流回路除了保证中间电压的基本恒 定以外，还有以下两个功能，一个是利用C2和L1 组成的二次谐振回路消除100Hz的二次谐波；二 是保持中间电压的恒定，这个功能包括两个部分， 一个是由C1组成的支撑电容组，用来保持中间电 压的稳定，使的中间回路对于逆变器部分相当于 是一个恒压源，二是有CHOP模块和R2组成的过 压斩波模块，当中间电压过高时，斩波模块开通， 将过高的中间电压通过放掉。
四象限脉冲整流器工作原理
做为四象限脉冲整流器，首先，对其牵引变 压器是有一定要求的。它必须具有比较大的 漏抗。所以，我们可以理解为在牵引变压器 里集成了一个大的电抗器。
四象限脉冲整流器工作原理
电源短接回路开通时，牵引变压器内的电流没有 经过负载，直接从变压器的正极流入负极，相当 于讲电源短接了。此时变压器内的能量向电抗器 内转移，即流过电抗器的电流越能来越大。
交替开通三相的上、下桥臂，就可以得到 三组方波组，这三组相电压方波叠加，就 形成了互差120°的方波组线电压。
这个方波组通过傅立叶公式展开，得到的 基波就时一个正弦波。
我们可以通过控制逆变器开关元器件的开 通角度和时间，来控制这三个线电压的电 压、频率和三者之间的相序。从而达到控 制交流电动机转矩、转速和牵引、制动状 态的目的。
电压型交直交变流器电压型交直交变流器中间环节的作用中间环节的作用中间环节的作用消除二次谐波保持电压恒定保持电压稳定放掉过高电压三相三相vvvfvvvf逆变器工作原理逆变器工作原理两点式两点式交替开通三相的上下桥臂就可以得到三组方波组这三组相电压方波叠加就形成了互差120的方波组线电压
牵引变流器
精品jing
当控制相应的开关元器件关断时，电抗器两端就 感应出一个很高的电压，这个电压和变压器的电 压叠加起来，通过整流回路向中间回路充电。
机车变流器的工作特点
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。
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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
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
A2
B2
J2
A2
B3
J3
14 A2
J1
14 A1
J2
14 A1
J3
A1
KM1
32
KM2
32
KM3
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
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。
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
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。
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
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。
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
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
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。
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。
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。
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。
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。
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
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
C相 相 B相 相 A相 相
X52
X11
Байду номын сангаас
X22
A相 相 X61 INV3 (变流器模块) 变 IBBM120S2 B相 相 C相 相 D相 相