牵引变流器技术培训-第6章 7200W(HXD1C)电力机车牵引变流器
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• 采用分布式的控制结构形式，即该DCU机箱置于变 流柜中，无边插的插箱，信号从各插件的前面板 输入/输出。
-36-
DCU的特点（二）
• 双重化身份：既是主变流器的控制系统， 同时也是机车网络的一个节点。
• 传动控制机箱自成系统，各电路插件分工 明确、各司其职，模块化程度高。
• DCU是电传动系统核心控制部分，接受列 车网络指令信号，控制主电路中的主断路 器和各接触器，输出变流器的控制脉冲。
28
-28-
7.总体设计
7.3变流器模块
变流器为模块化结构，包含6个变流器模块（3个整 流模块和3个逆变模块）。 变流器模块集成了IGBT元件、水冷散热器、温度传 感器、驱动组件、门控电源、脉冲分配单元、支撑 电容器、低感母排等部件。 四象限整流器模块与逆变器模块可以完全互换。
29
-29-
5.总体设计
-37-
谢谢!
-38-
《牵引变流器》
第七章 7200kW HXD1C电力机车 牵引变流器
1.概述
2
-2-
1.概述
牵引变流器应用于7200kW六轴货运电力机车， 机车轴式为C0-C0，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，直流环节 电压为DC1800V，采用水冷散热。牵引电机轴功率为 1.2MW，牵引逆变器-牵引电机采用轴控方式。
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:
路，用于滤除四象限PWM整流器输出的二次谐波电流。
22
-22-
6.技术说明
6.3电路组成
6.3.3过压抑制和快速放电 过压斩波电阻，用于直流回路的过电压抑制及
停机后的快速放电；固定放电电阻，用于快速放电 回路故障后将支撑电容上的电压放至安全电压以下。
23
-23-
6.技术说明
6.3电路组成ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
6.3.4接地检测 R12、R13为直流分压电阻，中点接地，用于变
重量：
约2500kg
17
-17-
6.技术说明 6.1主电路
一台7200kW六轴货运电力机车配置两台牵引变 流器（Ⅰ架和Ⅱ架），每台牵引变流器向一个转向 架的三台牵引电机供电。
变流器主电路由三重四象限PWM整流器和三个 VVVF逆变器组成。每重四象限PWM整流器和一个逆变 器组成一组独立的供电单元，为一台牵引电机供电。
≥370 kN
25t轴重时:
≥400 kN
最高速度:
120 km/h
最高试验速度（新轮）:
132 km/h
恒功率速度范围:
23t轴重时：
70～120 km/h
25t轴重时：
65～120 km/h
8
-8-
4.基本技术条件
4.8再生制动性能
电制动方式:
再生制动
机车轮周电制动功率（持续制）： 7200 kW
18
-18-
6.技术说明
6.2 主电路
M 3 M 3 M 3
M 3 M 3 M 3
19
-19-
6.技术说明
6.3电路组成
每个主电路单元有独立的充电短接回路和固定 放电回路，当其中任意一个主电路单元故障时（四 象限PWM整流器或逆变器），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，机车只损失部分的动力，从而将故障造 成的影响降至最低。
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
流器主电路接地检测；VH2、VH3和VH1为电压传感 器，分别用于检测变流器直流回路电压和半电压。
24
-24-
6.技术说明
6.3电路组成
6.3.5库内动车电路 库内动车时，外接DC600V库内电源通过R、S端
子输入变流器，经整流、逆变后输出三相VVVF电压 驱动牵引电机。
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-25-
7.总体设计
机车最大制动力： 23t轴重: 25t轴重:
≥ 370 kN ≥ 400 kN
9
-9-
4.基本技术条件
牵引力(kN)
牵引特性曲线 600
25t 轴重 500
23t轴重 400
300
200
100
0 0
20
40
60
80
100
120
140
速度 (km/h)
HXD1C型电力机车牵引特性曲线
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-10-
4.基本技术条件
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：
DC1800V 三相AC0～1404V 3×598A 3×814A ≤500Hz 直接转矩控制
制动力 (kN)
450 400 350 300 250 200 150 100 50
0 0
制动特性曲线 25t轴重 23t轴重
20
40
60
80
100
120
140
速度 (km/h)
HXD1C型电力机车制动特性曲线
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-11-
4.基本技术条件
4.9 功率因数 当机车功率大于20%额定功率时，功率因数( λ )
7.1外形尺寸及安装
变流器外形尺寸为3100mm×1060mm×2000mm（长× 宽×高），通过底部的螺孔固定在机车底架的C型轨 上，主电路接线端子位于柜体下侧，控制电源和辅 助电源插头位于柜体左侧。
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-26-
5.总体设计 6.2外形图
27
-27-
7.总体设计
7.2变流器组成
变流器为模块化结构，包含6个变流器模块（3 个整流模块和3个逆变模块）、支撑电容器、传动控 制单元（TCU）、接触器、充放电电阻、过压斩波电 阻、电压电流传感器、冷却风机、热交换器等部件。
-4-
3.环境条件
海拔高度 环境温度 相对湿度 振动与冲击
安装位置 厢内
≤2500m -25～+40℃ ≤95% 应能承受TB/T 3058—2002 中1类A级规定的振动和冲击 能防风、沙、雨、雪的车
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-5-
4、基本技术条件
4.1电网供电条件 电流制： 额定电压： 电压最高值： 电压最低值： 瞬时电压最高值： 瞬时电压最低值：
传动控制单元（TCU）采用分布式的控制结构形式，机箱结构。机箱为 6U×84R标准机箱，置于变流器柜中。每个牵引变流器 1个TCU，一台车2 个TCU。
TCU根据司机指令完成对四象限脉冲整流器的实时控制、逆变器暨交流 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、 记录、模块级的故障自诊断和轻微故障的自复位功能。
DCU的主要控制功能
• 四象限整流控制 • 牵引变流系统的逻辑控制 • 牵引和制动的特性计算 • 直接转矩控制 • 粘着控制 • 变流系统的保护、故障记录、诊断 • 与多功能机车车辆总线MVB接口及通讯
-35-
DCU的特点（一）
• 采用四象限整流器控制软件、异步牵引电机直接 转矩控制软件、粘着控制软件实现完全微机化、 数字化的实时控制。通过通讯接口板对外联接MVB 总线，与中央控制单元联系起来，形成控制与通 讯系统，内部则借用单板机管理并行总线。实现 网络化、信息化控制。
对外联接MVB总线，将电传动系统与微机网络控制系统联系起来，形成 控制与通讯系统。
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-31-
传动控制单元（DCU）机箱
DCU机箱插件布置图
-33-
DCU的核心任务
交流传动控制系统（或称传动控制单 元，简称DCU（Drive Control Unit）的核心 任务是：根据司机指令完成牵引特性控制、 逆变器及交流异步牵引电动机的实时控制、 高性能粘着控制等，同时具备完整的故障保 护功能、模块级的故障自诊断功能和轻微故 障的自复位功能 。
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。
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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
3
-3-
2、引用标准与规范
《大功率交流传动电力机车技术规范》 IEC60571 《铁道机车车辆电子装置》 IEC60077 《电气牵引设备规则》 IEC61287 《机车车辆用电力变流器》 IEC60349 《电力牵引-铁路机车车辆和公路车辆用旋转 电机》 IEC61133 《电气牵引-机车车辆-电力机车车辆、电传 动热力机车车辆制成后,投入使用前的试验方法》 IEC61377 《电力牵引-机车车辆-逆变器供电的交流电 机及其控制的综合试验》 EN50121-3-2：2000 《电磁兼容性第3-2：机车车辆-电 气设备》
单相交流50Hz
25kV
%
29kV
19kV
31kV
功 率
发
17.5kV
挥
网压
网压在17.5kV～31 kV范围内，机车功率发挥情况曲线图
-6-
4.基本技术条件
4.2 轮径 新轮: 半磨耗:
4.3轴式 4.4轴重
轴重: 加压车铁后轴重: 4.5齿轮传动比 4.6电传动方式
1250mm 1210mm C0-C0
≥0.97，条件是接触网电压低于27.5kV。 4.10效率
机车在额定网压下，在牵引工况下发挥持续额 定功率时，机车总效率≥ 0.85 4.11等效干扰电流
等效干扰电流≤ 2.5A
12
-12-
5.技术参数
5.1四象限脉冲整流器
输入电压： 额定输入电流： 最大输入电流：
3×AC970V 3×1390A 3×1544A
15
-15-
5.技术参数
5.4冷却系统 冷却方式： 水和添加剂体积比： 入水口温度： 出水口温度：
强迫水循环冷却 44%/56% ≤55℃ ≤61℃
16
-16-
5.技术参数
5.5变流器总体
变流器效率：
97.5%
控制电压：
DC110V（DC77～137.5V）
外形尺寸： 3100mm×1060mm×2000mm（长×宽×高）
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DCU的特点（二）
• 双重化身份：既是主变流器的控制系统， 同时也是机车网络的一个节点。
• 传动控制机箱自成系统，各电路插件分工 明确、各司其职，模块化程度高。
• DCU是电传动系统核心控制部分，接受列 车网络指令信号，控制主电路中的主断路 器和各接触器，输出变流器的控制脉冲。
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7.总体设计
7.3变流器模块
变流器为模块化结构，包含6个变流器模块（3个整 流模块和3个逆变模块）。 变流器模块集成了IGBT元件、水冷散热器、温度传 感器、驱动组件、门控电源、脉冲分配单元、支撑 电容器、低感母排等部件。 四象限整流器模块与逆变器模块可以完全互换。
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5.总体设计
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谢谢!
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《牵引变流器》
第七章 7200kW HXD1C电力机车 牵引变流器
1.概述
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1.概述
牵引变流器应用于7200kW六轴货运电力机车， 机车轴式为C0-C0，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，直流环节 电压为DC1800V，采用水冷散热。牵引电机轴功率为 1.2MW，牵引逆变器-牵引电机采用轴控方式。
23 t 25 t 106/17=6.2353 交-直-交传动
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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:
路，用于滤除四象限PWM整流器输出的二次谐波电流。
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-22-
6.技术说明
6.3电路组成
6.3.3过压抑制和快速放电 过压斩波电阻，用于直流回路的过电压抑制及
停机后的快速放电；固定放电电阻，用于快速放电 回路故障后将支撑电容上的电压放至安全电压以下。
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6.技术说明
6.3电路组成ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
6.3.4接地检测 R12、R13为直流分压电阻，中点接地，用于变
重量：
约2500kg
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6.技术说明 6.1主电路
一台7200kW六轴货运电力机车配置两台牵引变 流器（Ⅰ架和Ⅱ架），每台牵引变流器向一个转向 架的三台牵引电机供电。
变流器主电路由三重四象限PWM整流器和三个 VVVF逆变器组成。每重四象限PWM整流器和一个逆变 器组成一组独立的供电单元，为一台牵引电机供电。
≥370 kN
25t轴重时:
≥400 kN
最高速度:
120 km/h
最高试验速度（新轮）:
132 km/h
恒功率速度范围:
23t轴重时：
70～120 km/h
25t轴重时：
65～120 km/h
8
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4.基本技术条件
4.8再生制动性能
电制动方式:
再生制动
机车轮周电制动功率（持续制）： 7200 kW
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6.技术说明
6.2 主电路
M 3 M 3 M 3
M 3 M 3 M 3
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6.技术说明
6.3电路组成
每个主电路单元有独立的充电短接回路和固定 放电回路，当其中任意一个主电路单元故障时（四 象限PWM整流器或逆变器），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，机车只损失部分的动力，从而将故障造 成的影响降至最低。
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。
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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
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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
流器主电路接地检测；VH2、VH3和VH1为电压传感 器，分别用于检测变流器直流回路电压和半电压。
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6.技术说明
6.3电路组成
6.3.5库内动车电路 库内动车时，外接DC600V库内电源通过R、S端
子输入变流器，经整流、逆变后输出三相VVVF电压 驱动牵引电机。
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7.总体设计
机车最大制动力： 23t轴重: 25t轴重:
≥ 370 kN ≥ 400 kN
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4.基本技术条件
牵引力(kN)
牵引特性曲线 600
25t 轴重 500
23t轴重 400
300
200
100
0 0
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100
120
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速度 (km/h)
HXD1C型电力机车牵引特性曲线
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4.基本技术条件
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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
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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：
DC1800V 三相AC0～1404V 3×598A 3×814A ≤500Hz 直接转矩控制
制动力 (kN)
450 400 350 300 250 200 150 100 50
0 0
制动特性曲线 25t轴重 23t轴重
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80
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速度 (km/h)
HXD1C型电力机车制动特性曲线
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4.基本技术条件
4.9 功率因数 当机车功率大于20%额定功率时，功率因数( λ )
7.1外形尺寸及安装
变流器外形尺寸为3100mm×1060mm×2000mm（长× 宽×高），通过底部的螺孔固定在机车底架的C型轨 上，主电路接线端子位于柜体下侧，控制电源和辅 助电源插头位于柜体左侧。
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5.总体设计 6.2外形图
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7.总体设计
7.2变流器组成
变流器为模块化结构，包含6个变流器模块（3 个整流模块和3个逆变模块）、支撑电容器、传动控 制单元（TCU）、接触器、充放电电阻、过压斩波电 阻、电压电流传感器、冷却风机、热交换器等部件。
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3.环境条件
海拔高度 环境温度 相对湿度 振动与冲击
安装位置 厢内
≤2500m -25～+40℃ ≤95% 应能承受TB/T 3058—2002 中1类A级规定的振动和冲击 能防风、沙、雨、雪的车
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4、基本技术条件
4.1电网供电条件 电流制： 额定电压： 电压最高值： 电压最低值： 瞬时电压最高值： 瞬时电压最低值：
传动控制单元（TCU）采用分布式的控制结构形式，机箱结构。机箱为 6U×84R标准机箱，置于变流器柜中。每个牵引变流器 1个TCU，一台车2 个TCU。
TCU根据司机指令完成对四象限脉冲整流器的实时控制、逆变器暨交流 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、 记录、模块级的故障自诊断和轻微故障的自复位功能。
DCU的主要控制功能
• 四象限整流控制 • 牵引变流系统的逻辑控制 • 牵引和制动的特性计算 • 直接转矩控制 • 粘着控制 • 变流系统的保护、故障记录、诊断 • 与多功能机车车辆总线MVB接口及通讯
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DCU的特点（一）
• 采用四象限整流器控制软件、异步牵引电机直接 转矩控制软件、粘着控制软件实现完全微机化、 数字化的实时控制。通过通讯接口板对外联接MVB 总线，与中央控制单元联系起来，形成控制与通 讯系统，内部则借用单板机管理并行总线。实现 网络化、信息化控制。
对外联接MVB总线，将电传动系统与微机网络控制系统联系起来，形成 控制与通讯系统。
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传动控制单元（DCU）机箱
DCU机箱插件布置图
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DCU的核心任务
交流传动控制系统（或称传动控制单 元，简称DCU（Drive Control Unit）的核心 任务是：根据司机指令完成牵引特性控制、 逆变器及交流异步牵引电动机的实时控制、 高性能粘着控制等，同时具备完整的故障保 护功能、模块级的故障自诊断功能和轻微故 障的自复位功能 。
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。
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7.总体设计
7.5传动控制单元
3
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2、引用标准与规范
《大功率交流传动电力机车技术规范》 IEC60571 《铁道机车车辆电子装置》 IEC60077 《电气牵引设备规则》 IEC61287 《机车车辆用电力变流器》 IEC60349 《电力牵引-铁路机车车辆和公路车辆用旋转 电机》 IEC61133 《电气牵引-机车车辆-电力机车车辆、电传 动热力机车车辆制成后,投入使用前的试验方法》 IEC61377 《电力牵引-机车车辆-逆变器供电的交流电 机及其控制的综合试验》 EN50121-3-2：2000 《电磁兼容性第3-2：机车车辆-电 气设备》
单相交流50Hz
25kV
%
29kV
19kV
31kV
功 率
发
17.5kV
挥
网压
网压在17.5kV～31 kV范围内，机车功率发挥情况曲线图
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4.基本技术条件
4.2 轮径 新轮: 半磨耗:
4.3轴式 4.4轴重
轴重: 加压车铁后轴重: 4.5齿轮传动比 4.6电传动方式
1250mm 1210mm C0-C0
≥0.97，条件是接触网电压低于27.5kV。 4.10效率
机车在额定网压下，在牵引工况下发挥持续额 定功率时，机车总效率≥ 0.85 4.11等效干扰电流
等效干扰电流≤ 2.5A
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5.技术参数
5.1四象限脉冲整流器
输入电压： 额定输入电流： 最大输入电流：
3×AC970V 3×1390A 3×1544A
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5.技术参数
5.4冷却系统 冷却方式： 水和添加剂体积比： 入水口温度： 出水口温度：
强迫水循环冷却 44%/56% ≤55℃ ≤61℃
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5.技术参数
5.5变流器总体
变流器效率：
97.5%
控制电压：
DC110V（DC77～137.5V）
外形尺寸： 3100mm×1060mm×2000mm（长×宽×高）