CRH2型动车组牵引变流器

CRH2型动车组牵引变流器

CRH2型动车组牵引变流器(以下简称变流器)由单相三电平脉冲整流器、中间直流电路、三电平逆变器、真空交流接触器等主电路设备以及牵引控制装置、控制电源等控制设备组成。上述设备安装在1个箱体内，为减轻质量，箱框采用铝合金结构。每个动车设置一台牵引变流器，每台变流器驱动4台并联牵引电动机。牵引变流器主电路功能框图参见图7.23，脉冲整流器和逆变器主电路功率模块连接图参见图7.24。主电路功率开关通状态和输出相电压的关系参照表7.16。

牵引变压器牵引绕组输出的AC1500V、50Hz单相交流电.通过三电平PWM脉冲整流器变换为直流电，经中间直流回路将DC@@@@600～3000V(再生制动时稳定在3000V)的直流电输出给牵引逆变器，牵引逆变器输出电压、频率可调的三相交流电(电压为O～2300V，频率为O～220Hz)驱动牵引电动机。三电平逆变器采用异步调制、5脉冲、3脉冲和单脉冲相结合的控制方式。变流器取消了中间直流回路的二次滤波环节.牵引变压器不需设置二次滤波电抗器，使得二者质量均得到大幅度降低。

牵引变流器外形如图7.25，结构图如图7.26.外形尺寸如图7.27，内部接线图如图7.28，主要组成部件如表7.17。箱体中央位置配置脉冲整流器功率模块(2台)和逆变器功率模块(3台)。牵引，变流器靠列车侧面配置两台电动鼓风机(主鼓风机)，向功率模块冷却器送风。箱体内部集中设置真空接触器、继电器单元和牵引控制装置等，便于集中检杏。

7.5.1脉冲整流器工作原理和技术参数

7.5.1.1概述

动车组的脉冲整流器部分由单相三电平电压型PWM脉冲整流器和交流接触器K构成。可实现交流电网侧功率因数接近1；电网电流尽可能接近正弦，消除谐波，最大限度地提高电网的经济效益，减少电网对周围环境的电磁污染；在电网电压或负载发生变化时，能够维持中间直流电压的稳定，给电动机侧逆变器提供良好的工作条件。脉冲整流器还可以实现牵引、再生工况间快速平滑地转换，牵引时作为整流器，再生制动时作为逆变器。

牵引工况下，以牵引变压器牵引绕组的输出电压(AC1500V、50Hz)为输入，通过牵引控制装置的控制，实现输

出直流电压为2600～3000V(按速度范围变化可调)的定电压控制以及牵引变压器原边电压、电流单位功率因数的控制。此外，还可通过牵引控制装置实现保护功能。再生制动时脉冲整流器工作在逆变状态，以中间回路支撑电容器输出电压DC3000V为输入，向牵引变压器侧输出AC1500V，50Hz电压。交流接触器K控制输入侧主电路的接通、断开。

与传统两电平脉冲整流器相比，CRH2型动车组脉冲整流器具有以下优点：

(1)每一个功率器件所承受的关断电压仅为直流侧电压的一半。这样在相同的情况鼍下，直流电压可以提高1吖立，容量也可以提高l倍。

(2)在同样的开关频率及控制方式下，三电平脉冲整流器输出电压或电流的谐波大大小于两电平脉冲整流器，因此它的总的谐波失真THD也要远小于两电平脉冲整流器。

(3)三电平脉冲整流器输入侧的电流波形即使在开关频率很低时，也能保证一定的正弦度。

7.5.1.2工作原理

CRH2型动车组单相三电平PWM脉冲整流器的主电路如图7.29所示。LN和RN分别为牵引绕组的等效漏感和漏电阻，Ta1～Ta4，Tbl～Tb4，为额定值3300V，1200A的IGBT 或IPM，Da,D'a，Db，D'b为钳位二极管。C1和C2为直流侧两个支撑电容。

该电路的控制部分采用PWM调制方式，交流输入端的电压uab是用5电平的脉冲来等效的正弦波，这5个电平分别为Ud，Ud/2，0，-Ud/2，-Ud,uab中含有和正弦信号同频率且幅值成比例的基波分量以及和载波频率有关的高次谐波，而不含有低次谐波。输入端的电压‰波形如图7.30所示。由于牵引绕组漏感L。的滤波作用，高次谐波电压只会在交流侧电流iN产生很小的脉动，可以忽略，则脉冲整流器主电路可以等效为如图7.31所示电路。

在牵引绕组电压UN一定的情况下，IN的幅值和相位仅由Uab的幅值及其与UN的相位差来决定。改变基波的幅值和相位，就可以使IN与UN同相位或反相位。在牵引工况下，IN与UN的相位差为O°，该工况下的矢量图如图7.32(a)所示，此时Uab滞后UN；而对于再生制动工况，IN与UN的相位差为180°，该工况下的矢量图如图7.32(b)所示，此时Uab超前UN，电动机通过脉冲整流器向接触网反馈能量。这也就说明脉冲整流器可以实现能量正反两个方向的流动，既可运行在牵引状态，从牵引绕组向直流侧输送能量，也可以运行在再生制动状态，从直流侧向牵引变压器输送能量。

对于单相三电平脉冲整流器的工作原理再作如下说明。

为了便于分析，定义理想开关函数SA和SB如下：

由式(7.8)和(7.9)可将主电路等效为图7.33，每组桥臂可以等效为一个开关，该开关具有1、O、-1三种等效状态，两组桥臂有32=9种开关组合，则主电路有9种工作模式。开关状态及相应的电压值如表7.18所示。其中Uc1为直流侧支撑电容C1上的电压，Uc2为直流侧支撑电容C2上的电压。

表7.18工作状态及输出电压

工作状态V0(SA=1，SB＝1)：开关管Ta1，Ta2，Tb1和Tb2导通，Ta3，Ta4，Tb3和Tb4关断，网侧端电压uao＝UC1，ubo＝UC1和uab=0。如果网侧电源电压uN＞0。则网侧电流电源电压，电容C1和C2通过负载电流放电。

工作状态V1(SA＝1，SB＝0)：开关管Ta1，Tb2，Tb2和Tb3导通，Ta3，Ta4，Tb1和Tb4关断，网侧端Uao＝UC1，ubo=0和uab=UC1。如果正向电源电压“uN大于(或小于)直流侧电压Ud的一半，则网侧电流iN增大(或减小)；网侧电流对电容C1进行充电，而电容C2通过负载电流放电。

工作状态V2(SA＝1，SB＝-1)：开关管Ta1，Ta2，Tb3和Tb4导通，Ta3，Ta4,Tb1和Tb2关断，网侧端电压uao＝UC1，ubo＝-UC2和uab＝UC1＋UC2。正向网侧电流iN减小，正向网侧电流对电容C1和C2进行充电。

工作状态V3(SA＝0，SB＝1)：开关管Ta2，Ta3,Tb1和Tb2导通，Ta1,Ta4，Tb3和Tb4关断，网侧端电压uao＝O，ubo＝UC1和uab=-UC1。如果反向的电源电压uN大于(或小于)直流侧电压Ud的一半，则网侧电流iN减小(或增大)；反向网侧电流对电容C1进行充电，而电容C2通过负载电流放电。

工作状态V4(SA＝O，SB＝O)：开关管Ta2，Tb2和Tb3导通，Ta1，Ta4，Tb1和Tb2关断，网侧端电压uao＝O，ubo