交直交型電力機(jī)車電氣線路-交直交型電力機(jī)車主線路

HXD1C型機(jī)車主電路概述主電路結(jié)構(gòu)1網(wǎng)側(cè)電路2牽引變壓器3牽引變流器4

機(jī)車主電路由網(wǎng)側(cè)電路、牽引變壓器、牽引變流器、牽引電機(jī)和庫(kù)內(nèi)動(dòng)車電路組成，如圖所示。

牽引變流器的3個(gè)四象限整流器通過隔離開關(guān)并聯(lián)后向3個(gè)電壓型PWM逆變器供電。每個(gè)牽引逆變器由牽引控制單元單獨(dú)控制，向3臺(tái)異步牽引電動(dòng)機(jī)供電，從而實(shí)現(xiàn)單軸獨(dú)立控制。制動(dòng)工況時(shí)，能量傳遞過程相反。主電路結(jié)構(gòu)1

主電路結(jié)構(gòu)1

網(wǎng)側(cè)電路2網(wǎng)側(cè)電路由受電弓1AP、2AP，車頂高壓隔離開關(guān)1QS、2QS，主斷路器QF（帶接地裝置）、避雷器1F、高壓電壓互感器TV、原邊電流互感器1TA、回流電流互感器2TA、接地裝置1E～6E和能耗表等組成，如圖6.2所示。

按功能的不同，網(wǎng)側(cè)電路可分為網(wǎng)側(cè)受流電路、網(wǎng)側(cè)檢測(cè)電路和網(wǎng)側(cè)保護(hù)電路。網(wǎng)側(cè)電路2牽引變壓器3

牽引變壓器是將25kV的接觸網(wǎng)電壓變換為電力機(jī)車所需的各種低電壓，以滿足電力機(jī)車各種電機(jī)電器的工作需要。HXD1C型機(jī)車采用臥式牽引變壓器，變壓器次邊設(shè)有6個(gè)牽引繞組和2個(gè)輔助繞組，并且有1個(gè)輔助繞組帶220V電壓抽頭。6個(gè)牽引繞組用于給兩臺(tái)變流器中的6個(gè)四象限整流器供電；2個(gè)輔助繞組用于給兩臺(tái)輔助變流器供電；220V抽頭用于給機(jī)車上的單相220V負(fù)載供電。牽引變壓器3牽引變壓器主要電氣參數(shù)：（1）原邊繞組

額定容量/kVA：8900

額定電壓/kV：25

額定電流/A：356（2）牽引繞組

額定輸出容量//kVA：6×1383

額定電壓/V：970

額定電流/A：6×1426

短路阻抗

：36%（-5%～10%）（3）輔助繞組

額定容量/kVA：600

額定電壓/V：470

額定電流/A：2×638

短路阻抗

：5%（4）諧振電抗器

電感值/mH：2×0.27(±10%)

額定電流/A：1620

最大電流/A：1800

頻率/Hz：100牽引變流器4

牽引變流器控制著牽引變壓器和牽引電動(dòng)機(jī)之間的能量傳輸，進(jìn)而控制牽引電動(dòng)機(jī)以獲得所期望的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。牽引變流器主要技術(shù)參數(shù)如下：中間直流電壓/V1800中間支撐電容/mF6×4.3諧振電容/mF6×1.566諧振電抗器電感/mH2×0.27(±10%)變流器效率＞0.975牽引變流器41.HXD3電力機(jī)車牽引特性控制曲線（23t軸重）電力機(jī)車特性及其特性曲線2.HXD3電力機(jī)車制動(dòng)特性控制曲線（23t軸重）電力機(jī)車特性及其特性曲線電路（課件）、部件（位置）圖片

電路分析HXD3型電力機(jī)車網(wǎng)側(cè)高壓電路受電弓QS1、QS2高壓隔離開關(guān)QS10高壓接地開關(guān)QF1真空斷路器F1避雷器QA1自動(dòng)開關(guān)EB1~EB6接地電刷列車控制和監(jiān)控系統(tǒng)電路（課件）、部件（位置）圖片

電路分析電路（課件）、部件（位置）圖片

電路分析結(jié)構(gòu)、整流過程、逆變過程

HXD3機(jī)車的四象限整流器1、矢量控制

控制策略為改善異步電機(jī)的動(dòng)態(tài)性能，產(chǎn)生了矢量控制理論。矢量控制即解偶控制或矢量變換控制。矢量控制主要是把三相異步電機(jī)等效為二相異步電機(jī)。矢量控制調(diào)速系統(tǒng)主要是對(duì)力矩與轉(zhuǎn)子磁通的控制。矢量控制逆變器分為電流型和電壓型。2、直接轉(zhuǎn)矩控制

控制策略

通過空間電壓矢量來(lái)控制定子磁鏈的旋轉(zhuǎn)速度，以改變定子磁鏈的平均旋轉(zhuǎn)速度的大小，從而改變轉(zhuǎn)差也即磁通角的大小來(lái)控制電磁轉(zhuǎn)矩。（1）若要增大電磁轉(zhuǎn)矩：施加正向有效空間電壓矢量—定子磁鏈的轉(zhuǎn)速大于轉(zhuǎn)子磁鏈—磁通角增大—轉(zhuǎn)矩增加。

（2）若要減小電磁轉(zhuǎn)矩：施加零電壓矢量—定子磁鏈就會(huì)停止轉(zhuǎn)動(dòng)—磁通角減小—轉(zhuǎn)矩減小。

迅速減小電磁轉(zhuǎn)矩：施加反向有效空間電壓矢量—定子磁鏈就會(huì)向反方向旋轉(zhuǎn)—磁通角迅速減小—從而使轉(zhuǎn)矩迅速減小。受電弓升不起(1)進(jìn)行“微機(jī)復(fù)位”后，繼續(xù)升弓。(2)查詢升弓封鎖條件，按照升弓條件界面的提示進(jìn)行操作。(3)處理無(wú)效時(shí)，進(jìn)行復(fù)位處理。2、主斷路器不閉合(1)將主斷扳鍵置“分”位，確認(rèn)主界面主斷路器圖標(biāo)由變?yōu)椤?2)調(diào)速手柄回零位，進(jìn)行“微機(jī)復(fù)位”后，閉合主斷路器。(3)查詢主斷路器閉合條件，按照主斷路器條件界面的提示進(jìn)行操作。(4)處理無(wú)效時(shí)，進(jìn)行“大復(fù)位”處理。交流機(jī)車應(yīng)急故障處理辦法HXD3型電力機(jī)車牽引變流器

HXD3型電力機(jī)車牽引變流器簡(jiǎn)介

1

HXD3型電力機(jī)車牽引變流器外形圖2HXD3型電力機(jī)車牽引變流器工作原理5

HXD3型電力機(jī)車牽引變流器冷卻系統(tǒng)

31、每臺(tái)機(jī)車裝有兩個(gè)變流器機(jī)箱，每一變流器機(jī)箱內(nèi)含有3組主變流器和一組輔助變流器。使其結(jié)構(gòu)緊湊，便于設(shè)備安裝。2、主變流器由四象限整流器、直流環(huán)節(jié)、逆變器組成。采用IGBT元件。主變流器的性能適應(yīng)貨運(yùn)機(jī)車大牽引力的特點(diǎn)。3、主變流器采用水冷技術(shù)，具有冷卻效果好、無(wú)污染、重量輕、結(jié)構(gòu)上維修方便等特點(diǎn)，是國(guó)際上流行的冷卻方式。HXD3型電力機(jī)車牽引變流器簡(jiǎn)介

1HXD3型電力機(jī)車牽引變流器簡(jiǎn)介

1開關(guān)元件：IGBT4500V-900A冷卻方式：水冷（純水＋乙二醇）四象限脈沖整流器額定輸入電壓：1450VAC輸入頻率：50Hz額定輸入電流：965A額定輸入容量：1280KVA中間電壓：2800V牽引逆變器輸出電壓：0～2150VAC（三相）輸出電流：0～520A額定輸出電壓：2000V額定輸出電流：382A輸出頻率：0～120Hz

HXD3型電力機(jī)車牽引變流器外形圖2

HXD3型電力機(jī)車牽引變流器外形圖2

HXD3型電力機(jī)車牽引變流器冷卻系統(tǒng)

3強(qiáng)迫風(fēng)冷熱管冷卻水冷效率低中高噪聲噪聲大噪聲小、環(huán)保噪聲小、環(huán)保結(jié)構(gòu)重量簡(jiǎn)單、重量輕居中、重量居中復(fù)雜、重量重檢修維護(hù)簡(jiǎn)單簡(jiǎn)單較難HXD3型電力機(jī)車牽引變流器工作原理4

機(jī)車采用兩組主變流器UM1和UM2，每一組主變流器內(nèi)含有3個(gè)牽引變流器，它們分別由主變壓器的牽引繞組a1x1、a2x2、a3x3和a4x4、a5x5、a6x6供電，6組牽引變流器經(jīng)過整流逆變后，分別給牽引電動(dòng)機(jī)M1、M2、M3、M4、M5、M6供電。當(dāng)任何一組或幾組牽引變流器支路出現(xiàn)故障時(shí)，均可通過故障隔離開關(guān)進(jìn)行隔離，實(shí)現(xiàn)整車的冗余控制。牽引變流器主要由四象限整流器、中間直流電路和牽引逆變器幾部分組成，每一部分的基本結(jié)構(gòu)和工作原理如下：HXD3型電力機(jī)車牽引變流器工作原理4

當(dāng)中間電壓為零時(shí)，主變壓器的牽引繞組通過充電電阻向四象限整流器供電，給中間直流回路支撐電容充電。當(dāng)中間直流電壓達(dá)到2000V時(shí)，充電接觸器切除充電電阻，中間電路預(yù)充電完成。在逆變器工作之前，牽引繞組迅速向中間直流回路支撐電容充電，直至2800V。此時(shí)，牽引變流器起動(dòng)充電過程完成，逆變器可以投入工作。機(jī)車再生制動(dòng)時(shí)，逆變器工作在整流狀態(tài)，四象限整流器工作在逆變狀態(tài)，并通過中間直流回路向主變壓器牽引繞組饋電，將再生能量回饋至接觸網(wǎng)。HXD3型電力機(jī)車牽引變流器工作原理4HXD3型電力機(jī)車中間直流電路由中間電壓支撐電容、瞬時(shí)過電壓限制電路和主接地保護(hù)電路組成。中間電壓支撐電容主要起穩(wěn)定中間回路電壓，同時(shí)可對(duì)四象限脈沖整流器和逆變器產(chǎn)生的高次諧波進(jìn)行濾波。瞬時(shí)過電壓限制電路由IGBT和限流電阻組成。主接地保護(hù)電路由跨接在中間回路的兩個(gè)串聯(lián)電容和一個(gè)接地信號(hào)傳感器組成。每套機(jī)組分別含三套接地保護(hù)電路，可以分別對(duì)三個(gè)交直交牽引電路進(jìn)行監(jiān)測(cè)和保護(hù)，接地檢測(cè)信號(hào)送TCMS，進(jìn)行故障顯示，接地保護(hù)開關(guān)設(shè)在控制電器柜上，可進(jìn)行故障切換運(yùn)行。網(wǎng)側(cè)電路

網(wǎng)側(cè)電路的組成

1

網(wǎng)側(cè)電路的電流路徑2網(wǎng)側(cè)電路主要高壓設(shè)備的功能3網(wǎng)側(cè)電路的保護(hù)4

HXD3型電力機(jī)車網(wǎng)側(cè)電路由受電弓AP1、AP2，高壓隔離開關(guān)QS1、QS2，高壓電流互感器TA1，高壓電壓互感器TV1，主斷路器QF1，高壓接地開關(guān)QS10，避雷器F1，主變壓器原邊繞組AX，低壓電流互感器TA2和回流裝置EB1～6等組成。

網(wǎng)側(cè)電路的組成

1

接觸網(wǎng)電流通過受電弓AP1或AP2進(jìn)入機(jī)車，經(jīng)高壓隔離開關(guān)QS1或QS2和主斷路器QF1，通過高壓電流互感器TA1進(jìn)入車內(nèi)，經(jīng)25kV高壓電纜與主變壓器原邊1U端子相連，經(jīng)過主變壓器原邊，從1V端子流出，通過6個(gè)并聯(lián)的回流裝置EB1～EB6，從輪對(duì)回流至鋼軌。

網(wǎng)側(cè)電路的電流路徑21.受電弓AP1、AP2采用DSA200型受電弓。弓內(nèi)裝有自動(dòng)降弓裝置，當(dāng)弓網(wǎng)故障時(shí)，可自動(dòng)降弓保護(hù)。2．高壓隔離開關(guān)QS1、QS2采用2臺(tái)BT25.04型高壓隔離開關(guān)，該開關(guān)是采用電空控制方式進(jìn)行轉(zhuǎn)換的。當(dāng)一臺(tái)受電弓發(fā)生故障接地時(shí)，可通過控制電器柜上的隔離開關(guān)SA96，將其打至對(duì)應(yīng)隔離位，通過TCMS發(fā)出指令來(lái)控制相應(yīng)的電空閥，實(shí)現(xiàn)高壓隔離開關(guān)的開閉操作，以切除故障的受電弓，同時(shí)使用另一臺(tái)受電弓維持機(jī)車正常運(yùn)行，減少機(jī)破，提高機(jī)車運(yùn)用可靠性。網(wǎng)側(cè)電路主要高壓設(shè)備的功能3

3．主斷路器QF1采用1臺(tái)BVACN99.205型真空斷路器。該斷路器除接通和開斷機(jī)車的總電源外，還能在主電路發(fā)生過流、接地、零壓等故障時(shí)，起最后一級(jí)保護(hù)作用。

4．避雷器F1避雷器F1接在主斷路器QF1和高壓電流互感器TA1之間，用以抑制操作過電壓及雷擊過電壓。網(wǎng)側(cè)電路主要高壓設(shè)備的功能3

5．高壓接地開關(guān)QS10機(jī)車通過設(shè)置高壓接地開關(guān)QS10，來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)車的高壓安全互鎖。高壓接地開關(guān)QS10上配有1把藍(lán)色鑰匙和2把黃色鑰匙，其中藍(lán)色鑰匙用于控制受電弓的升弓氣路，黃色鑰匙用于打開機(jī)械室天窗或高壓電器柜門，通過它們與接地開關(guān)的連鎖控制，實(shí)現(xiàn)HXD3型電力機(jī)車的高壓電氣安全互鎖功能。機(jī)車需要打開頂蓋天窗或電器柜門進(jìn)行檢修時(shí)，首先斷開主斷路器并降弓，然后將空氣管路柜上的藍(lán)色鑰匙旋轉(zhuǎn)拔除，以切斷升弓氣路；將藍(lán)色鑰匙插入接地開關(guān)QS10并向右旋轉(zhuǎn)至“接地位”，保證車頂設(shè)備可靠接地；旋轉(zhuǎn)黃色鑰匙并將其拔出，之后便可打開天窗或高壓電器柜門，從而實(shí)現(xiàn)了機(jī)車高壓安全保護(hù)。網(wǎng)側(cè)電路主要高壓設(shè)備的功能31、主變壓器牽引繞組過流保護(hù)在每組牽引變流器的輸入回路中，設(shè)有1個(gè)輸入電流互感器ACCT，起控制和監(jiān)視變流器充電電流及牽引繞組短路電流的作用，其動(dòng)作保護(hù)值為1960A。保護(hù)發(fā)生時(shí)，四象限脈沖整流器和逆變器的門極均被封鎖，輸入回路中的工作接觸器斷開，同時(shí)向微機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)出跳主斷信號(hào)，通過復(fù)位開關(guān)可進(jìn)行恢復(fù)。若這種故障在3min內(nèi)連續(xù)發(fā)生兩次，故障將被鎖定，必須切斷CI控制電源，才能恢復(fù)正常。網(wǎng)側(cè)電路的保護(hù)42、原邊電壓保護(hù)：當(dāng)原邊網(wǎng)壓高于32KV且持續(xù)１0ms或者是高于3５KV且持續(xù)１ms時(shí)，CI保護(hù)，四象限脈沖整流器和逆變器的門極均被封鎖，輸入回路中的工作接觸器斷開，同時(shí)向微機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)原邊過壓的信息。當(dāng)原邊網(wǎng)壓低于１６KV且持續(xù)１０ms時(shí)，ＣＩ保護(hù)，四象限脈沖整流器和逆變器的門極均被封鎖，輸入回路中的工作接觸器斷開，同時(shí)向微機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)原邊欠壓的信息。網(wǎng)側(cè)電路的保護(hù)4Page

37第一部分牽引變流器概述第二部分牽引變流器主要技術(shù)參數(shù)目錄第三部分牽引變流器方案介紹第四部分牽引變流器模塊介紹牽引變流器TCU（傳動(dòng)控制單元）第五部分Page

38

新型八軸大功率交流傳動(dòng)電力機(jī)車牽引變流器是在HXD1C交流傳動(dòng)電力機(jī)車牽引變流器的平臺(tái)上進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，用于滿足八軸9600KW交流傳動(dòng)電力機(jī)車設(shè)計(jì)要求。牽引變流器適用于八軸9600KW交流傳動(dòng)電力機(jī)車，機(jī)車軸式為B0-B0固定重聯(lián)，采用主輔一體化設(shè)計(jì)。每臺(tái)機(jī)車配置兩個(gè)牽引變流器，每個(gè)牽引變流器向兩個(gè)轉(zhuǎn)向架的四臺(tái)牽引電機(jī)供電。牽引電機(jī)軸功率為1.2MW，牽引逆變器-牽引電機(jī)采用軸控方式。牽引變流器中集成一個(gè)輔助變流器為輔助設(shè)備供電，額定輸出容量為120kVA，最大輸出容量240kVA。牽引變流器采用IGBT作為開關(guān)器件，直流環(huán)節(jié)電壓為1800VDC，采用水冷散熱。

第一部分：牽引變流器概述圖17200KW牽引變流器Page

39

第二部分：牽引變流器主要技術(shù)參數(shù)牽引變流器主要參數(shù)額定輸入電壓2×AC970V輸入電壓范圍697V～1203V額定輸入頻率50Hz額定輸出電壓2×3AC1375V額定輸出電流2×3AC598A直流回路電壓

1800V主變流機(jī)組的效率≥98%控制電壓DC110V（77V～138V輔助變流器主要參數(shù)標(biāo)稱輸出電壓3AC440V×1.73持續(xù)運(yùn)行標(biāo)稱輸出（正常/冗余模式）

2×100A/1×182Arms短時(shí)運(yùn)行標(biāo)稱輸出（正常/冗余模式）2×200A/1×320ArmsIGBT-開關(guān)頻率（最大）780HzPage

40

第三部分：牽引變流器方案介紹圖2變流器主電路圖

變流器主電路采用二電平四象限PWM整流器+VVVF逆變器+輔助變流器模式。兩重四象限PWM整流器和兩個(gè)VVVF逆變器，每?jī)芍厮南笙轕WM整流器和兩個(gè)逆變器組成一個(gè)獨(dú)立的供電單元，為兩臺(tái)牽引電機(jī)供電。兩個(gè)單元共用直流回路和二次諧振回路。每個(gè)主電路單元有獨(dú)立的充電短接回路、固定放電回路。當(dāng)其中一個(gè)逆變器單元故障時(shí)，通過控制將逆變單元接觸，機(jī)車只損失1/8的動(dòng)力；當(dāng)四象限整流器故障時(shí)，通過斷開相應(yīng)的隔離開關(guān)盒充電短接開關(guān)（如第一個(gè)單元故障時(shí)，斷開接觸器K1、KM1、KM4），將該故障單元切除，其余兩個(gè)單元正常工作。機(jī)車只損失1/4的動(dòng)力，從而將故障造成的影響降至最低。第三部分：牽引變流器方案介紹Page

41圖3變流器柜內(nèi)部布置圖變流器內(nèi)部基本為左右對(duì)稱結(jié)構(gòu)，在變流柜前室左右各有4臺(tái)主變流器模塊（其中2臺(tái)整流，2臺(tái)逆變，可互換），1臺(tái)輔變模塊，1臺(tái)TCU；變流器柜前室中間有短接接觸器4個(gè)，內(nèi)部熱交換器及風(fēng)機(jī)1套；變流器柜前室下部為變流器主電纜接線端子座，前室下部左右側(cè)有接觸器組件A/B各一套（包含充電接觸器、充電電阻、接地檢測(cè)電阻、輔變輸出接觸器）；另外前室還有6個(gè)電壓傳感器，16個(gè)電流傳感器，1個(gè)中間繼電器組件等部件。變流器柜后室中上部放置2臺(tái)斬波電阻，中下部放置8個(gè)二次濾波電容，靠墻布置有水冷卻系主水管；另有4個(gè)電流傳感器等部件。變流器冷卻系統(tǒng)的冷卻水由外部供給，冷卻水從柜體左側(cè)的閥進(jìn)出（下進(jìn)上出），模塊和冷卻系統(tǒng)水路連接采用快速接頭。對(duì)外控制接線的矩形連接器在柜體左側(cè)。第三部分：牽引變流器方案介紹Page

42圖4變流器柜布置圖1－電流傳感器（U12、U13）

2－輔變模塊（UF）3－電壓傳感器（U3、U4、U5）

4－控制變壓器（T1）5－傳動(dòng)控制單元（DCU）

6－短接接觸器（KM1、KM2）7－內(nèi)部熱交換器

8－濾波組件（X91、X92、X93）9－中間繼電器組件

10－主變模塊（UM、UN、UP、UN）11－充電接觸器（KM3）

12－接地檢測(cè)電阻（R2、R3）13－斬波電阻組件（Rch1A、Rch2A、Rch1B、Rch2B）

14－輔變輸出端子（UF、VF、WF）15－主變輸出端子（U1、V1、W1/U2、V2、W216－電流傳感器（U1C、U2C）17－變流器輸入端子

18－二次濾波電抗器接線端子19－電流傳感器（U7、U8、U10、U11）Page

43主變流器模塊介紹：

第四部分：牽引變流器模塊介紹四象限脈沖整流器額定電壓（電壓范圍）2×1AC970V（679V～1203V）牽引工況最大輸入電流2×1640Arms制動(dòng)工況最大輸入電流2×1280Arms輸入頻率50HzIGBT元件最高開關(guān)頻率350HzVVVF逆變器牽引/制動(dòng)基波輸出頻率0Hz～116Hz牽引工況標(biāo)稱輸出電流2×3AC598Arms制動(dòng)工況標(biāo)稱輸出電流2×3AC522ArmsIGBT元件最高開關(guān)頻率500Hz第四部分：牽引變流器模塊介紹Page

44圖5變流器主變模塊圖6變流器輔變變模塊

變流器模塊是變流器的核心部件，電路上包括了IGBT元件、IGBT驅(qū)動(dòng)電路、驅(qū)動(dòng)電源、脈沖分配電路。牽引變流器模塊一般由四個(gè)IGBT橋臂組成。正常工作時(shí)，脈沖分配板將TCU發(fā)出的觸發(fā)信號(hào)經(jīng)過死區(qū)處理、最小脈寬處理后轉(zhuǎn)變?yōu)楣庑盘?hào)發(fā)送給IGBT驅(qū)動(dòng)電路，IGBT驅(qū)動(dòng)電路將接收的光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)檫m合IGBT驅(qū)動(dòng)的電信號(hào)控制IGBT的通斷；IGBT驅(qū)動(dòng)電路包含故障檢測(cè)、處理及反饋電路，一旦IGBT出現(xiàn)過流或短路故障，能及時(shí)關(guān)斷IGBT元件，并將故障狀態(tài)反饋給脈沖分配板，脈沖分配板接到故障后立即封鎖整個(gè)模塊（對(duì)逆變器模塊來(lái)說(shuō)，斬波相不受影響），同時(shí)將故障狀態(tài)反饋給