《牵引变流器》PPT课件
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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》课件
采用先进的控制算法和智 能化技术，提高牵引变流 器的性能和稳定性。
3 新材料应用
使用新型材料提高牵引变 流器的散热性能，降低体 积和重量。
总结和展望
牵引变流器在轨道交通中的作用不可忽视。随着技术的不断发展，牵引变流 器将变得更加高效、智能化，并为未来的城市交通发展做出重要贡献。
《牵引变流器》PPT课件
本课件将介绍牵引变流器的概念、作用及其在轨道交通领域的应用案例。同 时讨论牵引变流器的主要构成部分、工作原理、优点和局限性，以及未来的 发展和趋势。
概念和作用
牵引变流器是一种在轨道交通中用于控制电力传输的装置。它将高压交流电转换为适合电动机使 用的电能，以提供动力。
电力传输
应用案例
牵引变流器在轨道交通领域有广泛应用，以下是一些具体案例：
高铁列车
牵引变流器用于控制高铁列车的 电力传输和驱动电动机，实现高 速运行。
地铁
地铁系统中的牵引变流器控制电 车的动力输入和制动效果，保证 安全运行。
有轨电车
有轨电车的牵引变流器将电能转 换为驱动电机所需的电能，实现 城市交通的便利与绿色出行。
工作原理
牵引变流器的工作原理可以简单概括为以下几个步骤：
1
采集
传感器采集轨道交通工具的运行状态和电力需求。
2
控制
控制电路根据采集到的信息，控制整流器和逆变器的工作，调节输出电流和电压。
3
转换
整流器将交流电转换为直流电，逆变器电动机，提供动力给轨道交通工具。
优点和局限性
优点
• 能量高效利用 • 灵活控制 • 减少环境污染 • 提高行驶安全性
局限性
• 成本较高 • 技术要求高 • 故障难以排查 • 受环境条件影响
3 新材料应用
使用新型材料提高牵引变 流器的散热性能，降低体 积和重量。
总结和展望
牵引变流器在轨道交通中的作用不可忽视。随着技术的不断发展，牵引变流 器将变得更加高效、智能化，并为未来的城市交通发展做出重要贡献。
《牵引变流器》PPT课件
本课件将介绍牵引变流器的概念、作用及其在轨道交通领域的应用案例。同 时讨论牵引变流器的主要构成部分、工作原理、优点和局限性，以及未来的 发展和趋势。
概念和作用
牵引变流器是一种在轨道交通中用于控制电力传输的装置。它将高压交流电转换为适合电动机使 用的电能，以提供动力。
电力传输
应用案例
牵引变流器在轨道交通领域有广泛应用，以下是一些具体案例：
高铁列车
牵引变流器用于控制高铁列车的 电力传输和驱动电动机，实现高 速运行。
地铁
地铁系统中的牵引变流器控制电 车的动力输入和制动效果，保证 安全运行。
有轨电车
有轨电车的牵引变流器将电能转 换为驱动电机所需的电能，实现 城市交通的便利与绿色出行。
工作原理
牵引变流器的工作原理可以简单概括为以下几个步骤：
1
采集
传感器采集轨道交通工具的运行状态和电力需求。
2
控制
控制电路根据采集到的信息，控制整流器和逆变器的工作，调节输出电流和电压。
3
转换
整流器将交流电转换为直流电，逆变器电动机，提供动力给轨道交通工具。
优点和局限性
优点
• 能量高效利用 • 灵活控制 • 减少环境污染 • 提高行驶安全性
局限性
• 成本较高 • 技术要求高 • 故障难以排查 • 受环境条件影响
第3章电力牵引交流传动与控制ppt课件
定子铁心及冲片示意图
（a）铜排转子
（b）铸铝转子
笼形式转子绕组
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篮球比赛是根据运动队在规定的比赛 时间里 得分多 少来决 定胜负 的，因 此，篮 球比赛 的计时 计分系 统是一 种得分 类型的 系统
定子三相绕组由三个彼 此独立的绕组组成，且每个 绕组又由若干线圈连接而成。 每个绕组即为一相，每相绕 组在空间相差120°电角度。 线圈由绝缘铜导线或绝缘铝 导线绕制。中、小型三相电 动机多采用圆漆包线，大、 中型三相电动机的定子线圈 则用较大截面的绝缘扁铜线 或扁铝线绕制后，再按一定 规律嵌入定子铁心槽内。定 子三相绕组的六个出线端都 引至接线盒上，一般首端分 别标为U1, V1, W1 ，末端分 别标为U2, V2, W2 。这六个 出线端在接线盒里的排列如 图所示。三相绕组可接成星 形或三角形。
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篮球比赛是根据运动队在规定的比赛 时间里 得分多 少来决 定胜负 的，因 此，篮 球比赛 的计时 计分系 统是一 种得分 类型的 系统
三相笼型异步电动机结构图
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篮球比赛是根据运动队在规定的比赛 时间里 得分多 少来决 定胜负 的，因 此，篮 球比赛 的计时 计分系 统是一 种得分 类型的 系统
功率场效应管（Power MOSFET） (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) 压控器件，输入阻抗高，开关速度高，损耗小 目前水平：200A/1000V
6
篮球比赛是根据运动队在规定的比赛 时间里 得分多 少来决 定胜负 的，因 此，篮 球比赛 的计时 计分系 统是一 种得分 类型的 系统
日本 1975 直流 80%，交流 20% 1985 直流 20%，交流 80%
第1讲 牵引供电系统PPT课件
牵引变电所的主要设备
AC220kV组合电器
SWJTU
OCS 2014.02.28
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牵引变电所的主要设备
AC25kV组合电器
SWJTU
OCS 2014.02.28
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牵引变电所的主要设备
控制柜
SWJTU
OCS 2014.02.28
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直流牵引供电系统
直流电传动
SWJTU
弓网系统的组成
SWJTU
OCS 2014.02.28
弓网系统是由相互作用相互依赖的受电弓和接触网结合而成的、具有向电力 牵引车辆输电功能的有机整体，又是它从属的牵引供电系统的组成部分。
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弓网系统的分类
接触网系统
SWJTU
OCS 2014.02.28
架空接触网系统
接触轨系统
架空接触网
架空接触轨
牵引 变电所
I 吸流变压器 I
I
I
吸流变压器
回流线 接触网
25kV I
I
I
I
钢轨
目标： ①长回路中钢轨电位降为0；②长回路磁场完全平衡，电磁干扰降至最低。
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牵引供电系统的供电方式
SWJTU
OCS 2014.02.28
带回流线的直接供电方式（TRNF） 回流线与接触网同杆架设，两组导线
之间有互感，部分电流由回流线回流。
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牵引供电系统电流制式
电流制式
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OCS 2014.02.28
DC：
750V 1.5kV 3.0kV
北京地铁等 上海、广州、成都等地铁 意大利、前苏联等
AC：
装用自主研发牵引变流器和网络控制系统的HXD1型机车总体介绍 ppt课件
装用自主研发牵引变流器和网络控制 系统的HXD1型机车总体介绍
Page 2
目录
概述 机车主要特点 技术参数 设备布置 子系统简介 机车主要屏柜 生活设施及新增设备
装用自主研发牵引变流器和网络控制系统的HXD1型电力机车
Page 3
装用自主研发牵引变流器和网络控制系统的HXD1型电力机车
装用自主研发牵引变流器和网络控制系统的HXD1型电力机车
架控方式
式
；变流器模块在HXD1C
型机车上有成熟应用
4 控制系统采用进口的 西门子SIBAS32系统
控制系统采用国产 DTECS 网络控制系统
在HXD1C型机车上有成 熟应用
5 车体纵向压缩载荷和拉 车体纵向压缩载荷为 伸载荷均为2500kN 3000kN，纵向拉伸载 荷为2500kN
车体强度提高
6 操纵台采用西门子传统 采用符合规范化司机室 全新司机室
压力释放阀
、有压力释放阀保护 器安全保护功能，在
HXD1B、HXD1C型机车
上有成熟应用
8
DC24V头灯
DC110V 2×50W 双 已在HXD1B、HXD1C型
氙气灯
机车成熟运用
9 紧急放风阀为按钮式， 安装在副司机侧窗下
10
无司机室风扇
紧急放风阀采用机械 式，安装在司机室后
墙。
安装司机室风扇
更符合运用习惯，已在 HXD1B、HXD1C型机车
辆限界》的要求
车钩中心线距轨面高度为(新轮) 880mm 10 mm
Page 18
机车主要技术参数
受电弓降下时距轨面高度
4690mm(新轮)
受电弓工作高度满足
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机车主要特点
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目录
概述 机车主要特点 技术参数 设备布置 子系统简介 机车主要屏柜 生活设施及新增设备
装用自主研发牵引变流器和网络控制系统的HXD1型电力机车
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装用自主研发牵引变流器和网络控制系统的HXD1型电力机车
装用自主研发牵引变流器和网络控制系统的HXD1型电力机车
架控方式
式
；变流器模块在HXD1C
型机车上有成熟应用
4 控制系统采用进口的 西门子SIBAS32系统
控制系统采用国产 DTECS 网络控制系统
在HXD1C型机车上有成 熟应用
5 车体纵向压缩载荷和拉 车体纵向压缩载荷为 伸载荷均为2500kN 3000kN，纵向拉伸载 荷为2500kN
车体强度提高
6 操纵台采用西门子传统 采用符合规范化司机室 全新司机室
压力释放阀
、有压力释放阀保护 器安全保护功能，在
HXD1B、HXD1C型机车
上有成熟应用
8
DC24V头灯
DC110V 2×50W 双 已在HXD1B、HXD1C型
氙气灯
机车成熟运用
9 紧急放风阀为按钮式， 安装在副司机侧窗下
10
无司机室风扇
紧急放风阀采用机械 式，安装在司机室后
墙。
安装司机室风扇
更符合运用习惯，已在 HXD1B、HXD1C型机车
辆限界》的要求
车钩中心线距轨面高度为(新轮) 880mm 10 mm
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机车主要技术参数
受电弓降下时距轨面高度
4690mm(新轮)
受电弓工作高度满足
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机车主要特点
华东交通大学动车组牵引技术第6章牵引变流器
第6章 牵引变流器
第一节 电力电子元件
第6章 牵引变流器
第6章 牵引变流器
一、电力电子器件的分类
按照器件能够被控制的程度，分为以下三类：
半控型器件（Thyristor）
——通过控制信号可以控制其导通而不 能控制其关断。 全控型器件（IGBT,MOSFET)
——通过控制信号既可控制其导通又可 控制其关断，又称自关断器件。 不可控器件(Power Diode)
1-5
第6章 牵引变流器
（a）螺栓形； （b）平板形；
（c）晶闸管符号；
外形有螺栓型和平板型两种封装。（螺栓形一般自然冷却，平板型可 以水冷，功率较大）
有三个连接端。
螺栓型封装，通常螺栓是其阳极，能与散热器紧密 联接且安装方便。平板型晶闸管可由两个散热器将 其夹在中间。
第6章 牵引变流器
第6章 牵引变流器
电力MOSFET特点： 1、开关时间在10~100ns之间，工作频率可
达100KHZ，是主要电力电子器件中最高的。 2、场控器件，静态时几乎不需要输入电流，
只是开关过程中需要一定的功率，开关频率 越高，驱动功率越大。
第6章 牵引变流器
四、 绝缘栅双极晶体管
GTR（巨型晶体管，工作原理与三极管类似）的特点——双极型，电流驱 动，有电导调制效应，通流能力很强，开关速度较低，所需驱动功率大，驱动 电路复杂。
注：此处电流分配系数α是指集电极电流 与发射极电流的比值。（此值在管子处于 放大区时基本固定，不在放大区则会变化 ）
第6章 牵引变流器
2 晶闸管的基本特性
晶闸管正常工作时的特性总结如下： 承受反向电压时，不论门极是否有触发电 流，晶闸管都不会导通。 承受正向电压时，仅在门极有触发电流的 情况下晶闸管才能开通。 晶闸管一旦导通，门极就失去控制作用。 要使晶闸管关断，只能使晶闸管的电流降 到接近于零的某一数值以下 。
第一节 电力电子元件
第6章 牵引变流器
第6章 牵引变流器
一、电力电子器件的分类
按照器件能够被控制的程度，分为以下三类：
半控型器件（Thyristor）
——通过控制信号可以控制其导通而不 能控制其关断。 全控型器件（IGBT,MOSFET)
——通过控制信号既可控制其导通又可 控制其关断，又称自关断器件。 不可控器件(Power Diode)
1-5
第6章 牵引变流器
（a）螺栓形； （b）平板形；
（c）晶闸管符号；
外形有螺栓型和平板型两种封装。（螺栓形一般自然冷却，平板型可 以水冷，功率较大）
有三个连接端。
螺栓型封装，通常螺栓是其阳极，能与散热器紧密 联接且安装方便。平板型晶闸管可由两个散热器将 其夹在中间。
第6章 牵引变流器
第6章 牵引变流器
电力MOSFET特点： 1、开关时间在10~100ns之间，工作频率可
达100KHZ，是主要电力电子器件中最高的。 2、场控器件，静态时几乎不需要输入电流，
只是开关过程中需要一定的功率，开关频率 越高，驱动功率越大。
第6章 牵引变流器
四、 绝缘栅双极晶体管
GTR（巨型晶体管，工作原理与三极管类似）的特点——双极型，电流驱 动，有电导调制效应，通流能力很强，开关速度较低，所需驱动功率大，驱动 电路复杂。
注：此处电流分配系数α是指集电极电流 与发射极电流的比值。（此值在管子处于 放大区时基本固定，不在放大区则会变化 ）
第6章 牵引变流器
2 晶闸管的基本特性
晶闸管正常工作时的特性总结如下： 承受反向电压时，不论门极是否有触发电 流，晶闸管都不会导通。 承受正向电压时，仅在门极有触发电流的 情况下晶闸管才能开通。 晶闸管一旦导通，门极就失去控制作用。 要使晶闸管关断，只能使晶闸管的电流降 到接近于零的某一数值以下 。
牵引变流器PPT课件
•
牵引变流器采用电压型3点式电路，由脉冲整流器、中间直流电路、逆变器构成。模块具有互换性。
•
功率半导体采用：
•
IGBT或IPM：3300V、1200A。
• 钳位半导体：3300V、1200A。
第6页/共13页
控制方法
•
脉冲整流器部分：牵引变压器牵引绕组输出的
AC1500V、50Hz输入脉冲整流器。脉冲整流器由单相
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感谢您的观看！
第13页/共13页
•
（四）额定参数
•
1．输入：1285kVA (单相交流1500V，857A，50Hz)。
•
2．中间直流电路：1296kW (直流3000V，432A)。
•
3．输出：1475kVA (三相交流2300V，424A，0～220Hz)。
•
4．效率：96％以上（在额定载荷条件下，除辅助电路外）。
•
5．功率因数：97%以上（在额定载荷条件下，除辅助电路和控制电
较困难，所以迟迟不能在电力机车上广泛应用。 如今，随着电子技术和大功率晶闸管变流装置得到迅速的发展，采用三相交 流电机的先进电力机车和动车组应运而生。交—直—交电力机车或动车组从接触网上 引入的仍然是单相交流电，它首先把单相交流电整流成直流电，然后再把直流电逆变 成可以使频率变化的三相交流电供三相异步电动机使用。这种传动方式具有优良的牵
•
（4）逆变器功率单元：1250μF/台 × 3台＝3750μF 。
第9页/共13页
开关元器件IGBT
•
I G BT 的 开 关 作 用 是 通 过 施 加 正 向 栅 极 电 压 形 成 沟 道 ， 给 P N P 晶 体 管 提 供 基 极 电 流 ， 使 I G BT 导 通 。 反
kW电力机车牵引变流器.ppt
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。
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
30
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
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。
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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
30
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
牵引变流器
牵引变流器牵引变流器从负载来看可分为电压型和电流型两种。
由于电压型变流器相对于电流型变流器具有较大的优势，所以在交流传动领域大多采用电压型逆变器。
电压型变流器的驱动一般采用“四象限变流器＋中间直流电路＋电压型逆变器＋异步牵引电动机”的方式。
根据变流器输出交流侧相电压的可能取值可将电压型变流器分为两点式和三点式。
在交流传动领域，当中间电路直流电压kV kV U d 8.2~7.2>时，主电路中通常采用两点式结构；当kV U d 3>时，宜采用三点式结构。
下面将分别介绍两点式变流器和三点式变流器的工作原理。
一、两点式牵引变流器图3.1为两点式牵引变流器的一种典型电路。
它主要由两点式四象限脉冲整流器、中间直流电压回路和两点式PWM 逆变器组成，由牵引变压器的二次绕组供电。
图3.1 两点式变流器电路原理图逆变器把中间回路直流电压变成幅值和频率可调的三相交流电压，供给异步牵引电机。
在起动范围内，逆变器按脉宽调制模式进行控制，当逆变器输出达到规定值时，转入方波模式。
有时，在逆变器和异步牵引电机之间串入平波电抗器，用以抑制起动过程电动机电流中的谐波分量，改善转矩脉动状况，并减少损耗。
起动完成后，通过接触器把它短接。
当机车进行再生制动时，整个系统的工作原理及方式没有发生什么变化，主电路结构也不发生任何变化。
为了使牵引电动机能够进入发电机状态，控制系统应使异步牵引电动机工作在负的转差频率。
在交流传动电力机车发展的初期，为保证电气制动的可靠性和安全性，还装有制动电阻和转换开关。
如果电网不能接受再生能量或网侧整流器故障，应立即在无电流状态下接入制动电阻。
1.两点式四象限脉冲整流器及中间储能环节1) 两点式四象限脉冲整流器在交流传动领域，网侧变流器现大多采用四象限脉冲整流器，它具有以下优点：(1)能量可以双向流动；(2)从电网侧吸收的电流为正弦波；(3)功率因数可到达1；(4)减低了接触网的等效干扰电流，减少对通讯的干扰；(5)可以保证中间回路直流电压在允许偏差内。
《电力机车控制》教学课件—04交流传动技术
异步牵引电动机的牵引性能主要取决于逆变器的控制。提高逆变器的 开关频率，采用磁场定向控制和直接转矩控制等高动态性能控制技术，有 利于提高异步电动机的牵引性能。牵引逆变器一般采用电压型，按照输出 特性，分为六阶波形和PWM型。PWM型按输出电平数目的不同分为两电 平(两点式）和三电平（三点式）两种。以目前普遍使用的两电平式电路为 例进行分析。
2 牵引变流器组成 2．直流中间环节
中间环节（DC-Link）为支撑电容和二次滤波环节， 根据直流中间环节的不同牵引变流器可分为电压型和电流型 两种。电压型变流器储能元件采用电容，向逆变器输出的是 恒定的直流电压，相当于电压源。电流型变流器储能元件采 用电感，向逆变器输出的是恒定的直流电流，相当于电流源。 电压型变流器转矩脉动小，对电网的反作用力也小，适合于 大功率的干线机车。电流型变流器可以为同步电动机供电或 在一些城市轨道交通运输中使用。
3 三相逆变电路
3 三相逆变电路
三相逆变电路采用PWM控制技术，电路中VT1～VT6各元件每隔 60°轮换导通。其导通顺序为：VT1、VT2、VT3→VT2、VT3、 VT4→VT3、VT4、VT5→VT4、VT5、VT6→VT5、VT6、 VT1→VT6、VT1、VT2。在每一时刻都有三个开关元件同时导通。
交流机车控制策略
一、机车牵引控制特性 牵引运行三个区域：
二、不同控制方式下的牵引特性 1. CRH5型动车组
二、不同控制方式下的牵引特性 2. CRH2、CRH3、CRH5型动车组
二、不同控制方式下的牵引特性 3. HXD1、HXD2型电力机车
二、不同控制方式下的牵引特性 4. HXD3型电力机车
上图为两电平电压型四象限脉冲整流器构成原理图， 其中，RF为主变压牵引绕组电阻，LF为主变压器牵引绕组 漏电抗，Cd为支撑电容，L2、C2为谐振电感和电容。
2 牵引变流器组成 2．直流中间环节
中间环节（DC-Link）为支撑电容和二次滤波环节， 根据直流中间环节的不同牵引变流器可分为电压型和电流型 两种。电压型变流器储能元件采用电容，向逆变器输出的是 恒定的直流电压，相当于电压源。电流型变流器储能元件采 用电感，向逆变器输出的是恒定的直流电流，相当于电流源。 电压型变流器转矩脉动小，对电网的反作用力也小，适合于 大功率的干线机车。电流型变流器可以为同步电动机供电或 在一些城市轨道交通运输中使用。
3 三相逆变电路
3 三相逆变电路
三相逆变电路采用PWM控制技术，电路中VT1～VT6各元件每隔 60°轮换导通。其导通顺序为：VT1、VT2、VT3→VT2、VT3、 VT4→VT3、VT4、VT5→VT4、VT5、VT6→VT5、VT6、 VT1→VT6、VT1、VT2。在每一时刻都有三个开关元件同时导通。
交流机车控制策略
一、机车牵引控制特性 牵引运行三个区域：
二、不同控制方式下的牵引特性 1. CRH5型动车组
二、不同控制方式下的牵引特性 2. CRH2、CRH3、CRH5型动车组
二、不同控制方式下的牵引特性 3. HXD1、HXD2型电力机车
二、不同控制方式下的牵引特性 4. HXD3型电力机车
上图为两电平电压型四象限脉冲整流器构成原理图， 其中，RF为主变压牵引绕组电阻，LF为主变压器牵引绕组 漏电抗，Cd为支撑电容，L2、C2为谐振电感和电容。
动车课件第二章牵引传动系统
第一节牵引供电系统基本构成
❖ 每个动力单元的牵引设备都由下列设备组成： （1）高压电器单元具有受电设备、保护装置和主变压器，安装在TP和TPB车上。主变压器
采用强制油冷却。 （2）第一牵引动力单元具有3个牵引/辅助变流器，第二牵引动力单元具有2个牵引/辅助
变流器，每台牵引/辅助变流器驱动2台牵引电机。牵引/辅助变流器获得可调节的（直 流改为交流）电压，并驱动异步牵引电机的牵引和再生制动。每辆动车配置2台异步牵 引电机，底架悬挂，单台电机设计持续功率可达到550kW，并且车轮的直径差（在相同 车轴上）接近3mm时也能够提供500kW的负载。 （3）牵引控制器TCU能够完成如下的功能
控制设备发送牵引/制动命令； 控制中间直流线电压和受电弓输入端的功率因数； 控制电机牵引/制动转矩； 进行电力设备的保护； 对控制器本身进行自诊断； （4）安装在M2和MH车辆上的电气装置。
（三）牵引/电制动特性
第一节牵引供电系统基本构成
（三）牵引/电制动特性
❖ 在正常负载条件下（定员载客）、平直线路、车轮平均磨耗（即车轮直径为850mm）和网压在 22.5KV AC-29KV AC范围内时，列车的牵引性能如下：
第二节牵引供电系统控制原理
❖ 牵引变流器的控制基于牵引控制单元TCU。四象限整流器控制计算是基于PWM：正弦波 形与接触网频率锁定，调整幅值和相位，以保持直流环节为DC3600V，调节网侧电流和 电压之间的相位差，使其接近于零，相位控制由牵引变压器的高阻抗特性完成，这样 可以将电网电流谐波减少至最低程度。牵引逆变器控制算法基于“现场导向控制（矢 量控制）”，将直流连接电压、相电流和速度作为输入数据，调节参数为转矩和磁通 。TCU使用四种不同的PWM（异步和同步交叉、计算角度和方波）驱动IGBT。
电力机车牵引变流器讲义课件(ppt 56页)
严谨的作风 合作的态度 舒心的服务 祝您工作愉快
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
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
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KM1
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DCU－XD14
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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
牵引变流器
牵引系统示意图
采用直流串励电动机的最大优点是调速简
单，只要改变电动机的端电压，就能很方便地 在较大范围内实现对机车的调速。但是这种电 机由于带有整流子，使制造和维修很复杂，体 积也较大。而交流牵引电动机（即三相异步电 动机）在制造、性能、功能、体积、重量、成 本、及可靠性等方面远比整流子电机优越得多 。但由于调速比较困难，所以迟迟不能在电力
机车上广泛应用。
如今，随着电子技术和大功率晶闸管变流
装置得到迅速的发展，采用三相交流电机的先 进电力机车和动车组应运而生。交—直—交电 力机车或动车组从接触网上引入的仍然是单相 交流电，它首先把单相交流电整流成直流电，
牵引变流器的基本构造
• 动车组设有四个牵引变流器，分别在2 号、3号、6号和7号车下。两个牵引变流器 为一组，由一个牵引变压器提供电源。牵 引变流器与牵引变压器一样，用螺栓悬挂 于车下。
• 5．功率因数：97%以上。
• 6．控制功能：（1）发生直流电压模式；（2）电 源相位同步控制；（3）PWM控制
为无接点控制装置（控制逻辑部）、继电器单元、电源单
元等。
电路及功率半导体
• 牵引变流器采用电压型3点式电路，由 脉冲整流器、中间直流电路、逆变器构成。 模块具有互换性。
• 功率半导体采用： • IGBT或IPM：3300V、1200A。 • 钳位半导体：3300V、1200A。
控制方法
•
脉冲整流器部分：牵引变压器牵引绕组输出的
另外，主电路的输入通过交流接触器K实施。
• 逆变器部分：输入滤波电容器电压，依据无接点控制装置 （IGBT元件）控制信号，输出变频变压的三相交流电对4 台并联的电机进行速度、扭矩控制。再生制动时牵引电机 发出三相交流电，向滤波电容器输出直流电压。牵引电机 控制采用矢量控制方式，独立控制扭矩电流和励磁电流， 以使扭矩控制高精度化、反应高速化，提高电流控制性能。
电力牵引变流器 PPT
3、相控整流调压的缺点： 交直型整流机车的最大缺点之一是功率因
数较低和谐波分量较高。 ＃功率因数低，系统的利用率低，引起电
网压降，引起无功损耗。电网压降与负载 的无功功率大小成正比。 ＃谐波电流对通讯造成干扰，引起继电保 护误动作。
第三章 电力牵引变流器
一、单相半波可控整流电路(Single Phase Half Wave
第三章 电力牵引变流器
第三章 电力牵引变流器
（2）整流输出电压 U d
ud
2U2 sin wt2np 2U2 sin wt2np
t
p
2np p
t 2np
2p
Ud
1
p
p
0
ud
dwt
1
p
p
0
2U 2
sin wtdwt
2
p
2 U2
2U 2
2p
(1
cosa )
0.45U 2
1
cosa
2
(3-1)
VT的a 移相范围为180
通过控制触发脉冲的相位来控制直流输出电压 大小的方式称为相位控制方式，简称相控方式。
第三章 电力牵引变流器
2、带阻感负载的工作情况
u 2
阻感负载的特点：电感 b)
0
wt
p
2p
wt
1
u
对电流变化有抗拒作用， g
续流二极管
当u2过零变负时，VDR导通，ud a)
为零，VT承受反压关断。 u2
L储存的能量保证了电流id在L-R- b) uOd wt1
wt
VDR回路中流通，此过程通常称 c) O
数较低和谐波分量较高。 ＃功率因数低，系统的利用率低，引起电
网压降，引起无功损耗。电网压降与负载 的无功功率大小成正比。 ＃谐波电流对通讯造成干扰，引起继电保 护误动作。
第三章 电力牵引变流器
一、单相半波可控整流电路(Single Phase Half Wave
第三章 电力牵引变流器
第三章 电力牵引变流器
（2）整流输出电压 U d
ud
2U2 sin wt2np 2U2 sin wt2np
t
p
2np p
t 2np
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Ud
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p
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1
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2U 2
sin wtdwt
2
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2 U2
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cosa )
0.45U 2
1
cosa
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(3-1)
VT的a 移相范围为180
通过控制触发脉冲的相位来控制直流输出电压 大小的方式称为相位控制方式，简称相控方式。
第三章 电力牵引变流器
2、带阻感负载的工作情况
u 2
阻感负载的特点：电感 b)
0
wt
p
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1
u
对电流变化有抗拒作用， g
续流二极管
当u2过零变负时，VDR导通，ud a)
为零，VT承受反压关断。 u2
L储存的能量保证了电流id在L-R- b) uOd wt1
wt
VDR回路中流通，此过程通常称 c) O
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精选ppt
11
电压型交直交变流器 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
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保持电压稳定
放掉过高电压 12
三相VVVF逆变器工作原理（两点式）
三相VVVF逆变器由三个桥臂组成， 由于钳位电容的作用 当上桥臂开通时，就输出中间电压的正1/2； 当下桥臂开通时，就精选输ppt出中间电压的负1/2。 13
制交流电动机转矩、转速和牵引、制动状
态的目的。
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14
三相VVVF逆变器工作原理(三点式)
精选ppt
15
三相VVVF逆变器工作原理(三点式)
三点式交直交逆变器与两点式逆变器相比，每个 桥臂上都多了一倍的开关元器件，还多了两钳位 二极管，各桥臂间多了一根中间零电位线。
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16
三相VVVF逆变器工作原理(三点式)
精选ppt
17
三电平逆变器的优点
与二点式变流器相比,三点式逆变器有两个突出优
点,即主管耐压降低一半和输出波形好。
精选ppt
18
三相VVVF逆变器工作原理
当机车要进而制动状态时，电动机就成了 发电机，逆变器就成了整流器，其整流的 工作原理和上面讲的相同；同时，原来的 四象限整流器就成了逆变器，相工网回馈 50Hz的电能。
4.真空交流接触器
5.电阻单元 过载电压抑制电阻･放电电阻
6.交流电压传感器
霍尔型CT
7.交流电流传感器
ACPT
8.无触点控制装置
9.控制电源单元
10.电动送风机
主电动通风机･辅助电动通风机(密闭室冷却用)
精选ppt
22
IGBT
• 简介 • 原理 • 导通 • 关断 • 反向阻断 • 正向阻断 • 闩锁 • 正向导通特性 • 动态特性
（2）滤波电容器
合计：8000μF/装置
（甲）整流器功率单元 2125μＦ/台 × 2台 ＝ 4250μＦ
（乙）逆变器功率单元 1250μＦ/台 × 3台 ＝ 3750μＦ
2. 过压抑制可控硅单元 过压抑制可控硅栅级驱动电路･直流变压器(DCPT)
3.充电单元
滤波电容器预充电用接触器･变压器･整流器
三相VVVF逆变器工作原理（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。
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
精选ppt
5
动车组牵引变流器概要
上述设备整合于１只箱体中，减小了总装空间， 箱框采用铝制结构，减轻了重量。安装于牵引电 机搭载车地板下面。
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6
动车组牵引变流器概要
200公里动车组牵引变流器为４台牵 引电机电源的控制设备。
它由脉冲整流器、中间直流电路、逆
变器、真空交流接触器等主电路设备
动车072班动车组车体技术 第九组
李相瑶
马挺超
郑晨
丁灵俊
熊炜
朱文清
王剑
精选ppt
1
高速列车牵引技术之
牵引变流器(CI)
精选ppt
2
精选ppt
3
电压型交直交变流器一般
都包含有三个部分：
四象限脉冲整流器
电压型的中间直流环节
精选ppt
VVVF逆变器
4
牵引变流器（CI）介绍
形式: 单相电压3点式PWM整流＋3相电压3点式VVVF逆变 输入：1285kVA (单相交流1500V，857A，50Hz) 中间直流电路：1296kW (直流3000V，432A) 输出：1475kVA (三相交流2300V，424A，0～220Hz) 体积：3100×2400×650 mm 重量：1900 kg
其输出就不再是正负1/2中间
电压两种了，而是正负中间
电压和零。此时我们再来分析输
出的相电压时，就发现它不再是
一个方波组而是一个阶梯波了。
假如我们的逆变器不是三点式而
是四点甚至更多，那么输出的相
电压的阶梯波的阶梯数就会更多，当这和阶梯增加到无穷 多个时，就成了正弦波了。
三点式逆变器的一个突出特点就是输出波形更好。此外， 由于三点式逆变器比两点式逆变器每个桥臂多一倍的开关 元器件，所以桥臂开通是，元器件承受的电压也只有两点 式的一半。
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10
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。
精选ppt
23
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。
这就是为什么变压器的次边电压等级低于中间回 路，却能向中间回路充电的原因。
这样做虽然增加了控制难度，但却比相控整流对 电网的不利影响要小的多，更重要的是可以方便 的实现回馈制动。
精选ppt
19
变流器用电源单元
凝结器 滤波电容
缓冲电路
IGBT(IPM)
分层母线
精选ppt
20
逆变器用电源单元
凝结器
门极接口电路 滤波电容
IGBT(IPM) 缓冲电路
精选ppt
21
牵引变流器主要构成
主要构成
1.功率单元
（1）主开关元件IGBT或者IPM(因形式不同其使用的元件数量亦不同)
和无触点控制装置、控制电源等控制
电路设备和风机等冷却装置构成。
精选ppt
7
精选ppt
8
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。
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9
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。