模塊6 電力機(jī)車及EMU交流傳動系統(tǒng)分析《列車電力傳動與控制》教學(xué)課件

《列車電力傳動與控制》?精品課件合集第X章XXXX模塊6

電力機(jī)車及EMU交流傳動系統(tǒng)分析第6章電力機(jī)車及EMU交流傳動系統(tǒng)分析

6.1交流傳動發(fā)展現(xiàn)狀6.2“和諧”系列電力機(jī)車交流傳動系統(tǒng)分析6.3CRH系列EMU交流傳動系統(tǒng)分析2024/8/2246.1交流傳動發(fā)展現(xiàn)狀20世紀(jì)70年代初，交流傳動技術(shù)在DE2500型內(nèi)燃機(jī)車上應(yīng)用獲得成功，經(jīng)過了近十年的發(fā)展完善，于20世紀(jì)80年代初開始應(yīng)用于電力機(jī)車，并得到了快速發(fā)展。隨著大功率變流技術(shù)的發(fā)展、控制理論和微機(jī)控制技術(shù)的完善以及變頻器技術(shù)的不斷成熟，交流傳動技術(shù)取得了突破性的進(jìn)展，軌道列車電力傳動系統(tǒng)進(jìn)入了交流傳動時代。目前已有眾多型號的交流傳動電力機(jī)車、高速電動車組和交流傳動內(nèi)燃機(jī)車廣泛應(yīng)用于鐵路牽引，交-直-交流傳動技術(shù)已成為軌道列車電力傳動系統(tǒng)發(fā)展的主體，引領(lǐng)著電力傳動列車發(fā)展潮流。發(fā)達(dá)國家在上世紀(jì)90年代初就已完成了直流傳動向交流傳動系統(tǒng)的過渡與跨越，軌道列車牽引全面采用交流傳動2024/8/225技術(shù)，取得了可喜的業(yè)績。西門子、龐巴迪、阿爾斯通、GE等公司相繼開發(fā)了大量的干線交流傳動機(jī)車和電動車組，日本在1990年開始也陸續(xù)研制成功了交-直-交電力機(jī)車和新干線300、500、700、800系及E1、E2、E3、E4、E5系列的交-直-交高速電動車組。已投入商業(yè)運(yùn)行的交流傳動電力機(jī)車和電動車組充分展現(xiàn)了交流牽引傳動優(yōu)越的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，具有良好的牽引性能，電網(wǎng)功率因數(shù)高，功率大、運(yùn)行可靠，動態(tài)性能和粘著利用好。交流傳動技術(shù)正在軌道列車牽引傳動領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。6.1.1交流傳動電力機(jī)車技術(shù)的發(fā)展早在上個世紀(jì)70年代交流傳動技術(shù)開始應(yīng)用于交通運(yùn)輸系統(tǒng)以來，傳動技術(shù)和工藝技術(shù)的不斷進(jìn)步，新材料的不斷應(yīng)用，就電力機(jī)車而言，當(dāng)今國際機(jī)車制造行業(yè)形成了以Siemens、Alstom、Bomdardier

和東芝公司為代表的機(jī)車制造巨頭，陸續(xù)開發(fā)出當(dāng)代最先進(jìn)的交流傳動電力機(jī)車。交流傳動具有很多直流傳動無法比擬優(yōu)點(diǎn)，決定了交流傳動電力機(jī)車最終將取代直流傳動電力機(jī)車，交流傳動電力機(jī)車已成為現(xiàn)代鐵路運(yùn)輸業(yè)的主要動力型式。Siemens公司189系列、Alstom公司Prima系列、Bomdardier公司的TRAXX系列電力機(jī)車代表了當(dāng)代交流傳動電力機(jī)車的最高水平。具有代表性的交流傳動電力機(jī)車基本性能參數(shù)，如表6-1所示。典型交流傳動電力機(jī)車基本性能參數(shù)表6-1制造公司SiemensAlstomBombardier東芝技術(shù)平臺Eurosprinter36000PrimaTRAXX機(jī)車型號1016EG310018943600042700101185EH500用戶奧地利丹麥德國法國法國德國德國日本首付日期199919982003198920011997軸列式B0-B0C0-C0B0-B0B0-B0B0-B0B0-B0B0-B02(B0-B0)軸重t21.52221.522.522.5222216.8機(jī)車功率64006600640060004200640056004000單軸功率1600110016001500105016001400500最高速度km/h230140140（貨）230（客）220140220140110額定牽引力kN250400270（貨）250（客）252250變流元件GTOGTOIGBTGTOIGBTGTOGTOIGBT冷卻方式水冷水冷水冷水冷水冷水冷樹脂油風(fēng)冷微機(jī)系統(tǒng)SIBASSIBASSIBASAGATEAGATEMITRACMITRAC電機(jī)懸掛空心軸抱軸式抱軸式(貨)空心軸(客)架懸式抱軸式空心軸抱軸式抱軸式2024/8/2281.先進(jìn)電力機(jī)車的技術(shù)特征現(xiàn)代電力機(jī)車經(jīng)歷了開發(fā)期、發(fā)展期和成熟期，在研發(fā)平臺、變流器件、模塊化程度、網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)、冷卻方式等方面都有了很大進(jìn)展，已經(jīng)發(fā)展到了第三代，主要體現(xiàn)在：各知名公司很重視開發(fā)平臺的建設(shè),都已形成了各具特色的技術(shù)平臺。Siemens有Eurosprinter平臺，Alstom有Prima平臺，Bombardier有TRAXX平臺。各公司已完成第二代交流傳動機(jī)車(GTO)至第三代交流傳動機(jī)車(IGBT)的轉(zhuǎn)變。IGBT與GTO相比，具有控制方便，換流損耗小，供貨來源廣，價格便宜等特點(diǎn)，目前交流傳動電力機(jī)車將以IGBT變流器為主流。在微機(jī)控制與通信系統(tǒng)方面，Siemens有SIBAS系統(tǒng)，Alstom有AGATE系統(tǒng)，Bombardier有MITRAC系統(tǒng)，它們都在自己2024/8/229的平臺上進(jìn)行不斷地完善與發(fā)展。交流傳動電力機(jī)車的模塊化程度相當(dāng)高，除變流器和微機(jī)控制系統(tǒng)已充分實現(xiàn)了模塊化外，其他部件也在盡力實施模塊化、通用化和系列化，例如189型電力機(jī)車可通過更換轉(zhuǎn)向架實現(xiàn)客貨機(jī)車的通用。大功率變流機(jī)組的冷卻方式采用了高效且符合環(huán)保的水冷方式。歐洲機(jī)車網(wǎng)絡(luò)通訊控制，均采用了符合IEC61375標(biāo)準(zhǔn)的TCN系統(tǒng)。速度在200km/h以上的高速客運(yùn)電力機(jī)車轉(zhuǎn)向架，充分借鑒了動力集中式高速電動車組轉(zhuǎn)向架的成功經(jīng)驗，如德國ICE(Siemens)，TGV(Alstom)。在機(jī)械傳動方面，考慮到高速牽2024/8/2210引電動機(jī)軸承的壽命，電動機(jī)與齒輪箱實現(xiàn)一體化設(shè)計，取消電動機(jī)傳動端的端蓋與軸承。

2.“和諧”系列電力機(jī)車基本技術(shù)特征隨著鐵路跨越式發(fā)展，在“引進(jìn)、吸收消化、再創(chuàng)新”的技術(shù)政策指導(dǎo)下，以市場換技術(shù)，株洲、大連和大同機(jī)車公司積極與國外電力機(jī)車主要制造商合作，引進(jìn)技術(shù)，已簽署了多份技術(shù)合作引進(jìn)合同。鐵道部經(jīng)過三輪招標(biāo)，現(xiàn)與株洲、大連和大同機(jī)車公司簽訂了交流傳動干線貨運(yùn)電力機(jī)車采購合同，共計2800臺(組)，各合同正在進(jìn)入實施階段，預(yù)計在2011年底全部交付鐵道部相關(guān)鐵路局。通過合作、技術(shù)引進(jìn)，對于鐵路牽引動力制造業(yè)是一次難得的發(fā)展機(jī)遇，也是一次變革。這次引進(jìn)選擇國外同期先進(jìn)成2024/8/2211熟的車型作為原型車，所有引進(jìn)機(jī)車均采用先進(jìn)的交流傳動技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)。這對于提升我國鐵路運(yùn)輸裝備技術(shù)水平具有積極意義，為自主研發(fā)提供技術(shù)參考，也決定了我國鐵路牽引動力必然是要走交流傳動之路。

此次合作引進(jìn)的大功率干線電力機(jī)車的軸式為2(B0-B0)和C0-C0，軸功率為1200kW和1600kW兩種，機(jī)車功率為9600、7200kW，最高運(yùn)行速度為120km/h，供電制式為單相AC25kV、50Hz。“和諧”系列電力機(jī)車基本性能參數(shù)如表6-2所示。

2024/8/22122005年，株洲電力機(jī)車公司與西門子合作、大同機(jī)車公司與阿爾斯通合作，與鐵道部各簽署了180臺8軸機(jī)車的訂單，現(xiàn)被命名為HXD1/2（曾用名DJ4）；大連機(jī)車公司與東芝公司合作，與鐵道部各簽署了240臺6軸機(jī)車的訂單，被命名為“HXD3”(曾用名DJ3/SL1)。這批電力機(jī)車單軸功率1200kW，最高運(yùn)行速度120km/h，全部采用交流傳動、網(wǎng)絡(luò)控制等先進(jìn)技術(shù)。2007年，大連機(jī)車公司與龐巴迪公司合作、大同機(jī)車公司與阿爾斯通公司再次聯(lián)手，從鐵道部各拿到了500臺6軸大功率干線貨運(yùn)電力機(jī)車的訂單。鐵道部與株洲電力機(jī)車公司簽署了1200臺六軸交流傳動電力機(jī)車的采購協(xié)議，并當(dāng)場簽訂了500臺電力機(jī)車的采購合同。這批機(jī)車軸功率均為1600kW，最高運(yùn)行速度為120km/h，全部采用交流傳動、網(wǎng)絡(luò)控制等先進(jìn)技術(shù)。大同機(jī)車公司與阿爾斯通公司合作的這批機(jī)車，是在第一輪4軸機(jī)車合作基礎(chǔ)上的改進(jìn)型。

型號HXD1HXD1BHXD2HXD2BHXD3HXD3B合作公司西門子-株洲西門子-株洲阿爾斯通-大同阿爾斯通-大同東芝-大連龐巴迪-大連技術(shù)平臺EurosprinterPrimaPrimaTRAXX機(jī)車功率kW9600960010000960072009600軸列式2(B0-B0)C0-C02(B0-B0)C0-C0C0-C0C0-C0軸重t23/252523/252523/2525軸功率kW120016001250160012001600主變壓器kVA2×52802×5800900611622控制方式架控軸控軸控軸控軸控最大起動牽引力kN760760520/570570持續(xù)牽引力kN494/532514/554370/400506持續(xù)速度km/h70/6570/6570/6570/6568.2最高運(yùn)行速度km/h120120120120120120電氣制動方式再生制動再生制動再生制動再生制動再生制動再生制動電制動功率kW960096001000072009600最大電制動力kN461514370/400480最大電制范圍km/h5~755~76.6/70.615~65/755~72電制恒功范圍km/h75~12076.6/70.6~12070/65~12072~120功率因數(shù)≥0.97≥0.97≥0.98≥0.98≥0.98≥0.98“和諧”系列電力機(jī)車基本性能參數(shù)表6-2型號HXD1HXD1BHXD2HXD2BHXD3HXD3B合作公司西門子-株洲西門子-株洲阿爾斯通-大同阿爾斯通-大同東芝-大連龐巴迪-大連變流器(集成)變流元件IGBT-3300VIGBT-3300VIGBT-3300VIGBT-3300VIGBT-4500VIGBT-4500V輸入電壓AC970VAC950VAC1450V中間電壓DC1800VDC1800VDC1800~2100VDC1800~2100VDC2800VDC2800VL2-C2有有有有無有輸出電壓0~2027V0~1391V0~2150V輸出頻率0~116Hz0~220Hz0~120Hz開關(guān)頻率250Hz800Hz450Hz效率0.980.980.98輔助變流CVCF/VVVFCVCF/VVVFCVCF/VVVFCVCF/VVVFCVCF/VVVFCVCF/VVVF冷卻方式水冷水冷水冷水冷水+乙二醇水+乙二醇網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)SIBAS32-TCNSIBAS32-TCNAGATE3WORLDFIPTCMSMITRAC-TCN機(jī)車控制恒力恒速定速恒力恒速定速恒力恒速定速恒力恒速定速恒力準(zhǔn)恒速恒力準(zhǔn)恒速續(xù)表6--2

通過對先進(jìn)的交流傳動電力機(jī)車與“和諧”系列電力機(jī)車總體性能分析，不難發(fā)現(xiàn)：采用交流傳動控制、微機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制和現(xiàn)代轉(zhuǎn)向架技術(shù)已成為基本配置，是衡量現(xiàn)代電力機(jī)車主要技術(shù)標(biāo)志。交流傳動控制系統(tǒng)基本采用四象限變流器與異步牽引電動機(jī)的組合，變流器由網(wǎng)側(cè)兩電平的脈沖整流器、電壓型直流中間環(huán)節(jié)與負(fù)載側(cè)兩電平電壓型逆變器組成，輔助變流器集2024/8/2215成在主變流器上，冷卻方式一般為水冷，變流開關(guān)元件采用IGBT，一般選用3300V、1200A或4500V、900A系列?？刂葡到y(tǒng)采用基于TCN網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)形式，通過MVB車輛總線連接車上各相關(guān)設(shè)備，重聯(lián)機(jī)車之間采用WTB列車總線聯(lián)結(jié)，機(jī)車的牽引控制系統(tǒng)采用分布式網(wǎng)絡(luò)控制，由多微機(jī)組成，包括列車控制級、機(jī)車控制級和驅(qū)動控制級，還包括CCB-Ⅱ制動系統(tǒng)的微機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)及行車安全裝置的微機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)。牽引電動機(jī)軸功率基本為1200～1600kW，一般采用軸控方式，當(dāng)整臺機(jī)車各軸的輪徑差、軸重轉(zhuǎn)移及空轉(zhuǎn)等可能引起的負(fù)載分配不均勻時，均可以通過牽引變流器的控制進(jìn)行適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償，以實現(xiàn)最大限度地發(fā)揮機(jī)車牽引力。電氣制動采用再生制動，將制動能量通過變流器的變換回送到接觸網(wǎng)上去。2024/8/22166.1.2交流傳動電動車組技術(shù)的發(fā)展1964年10月1日，日本東海岸新干線的開通運(yùn)營，在世界鐵路運(yùn)輸史上寫下了光輝的一頁，開創(chuàng)了高速鐵路的新紀(jì)元。隨著高速列車投入運(yùn)行，其安全、快捷、舒適、節(jié)能、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)等到充分的體現(xiàn)，使曾一度被貶為“夕陽產(chǎn)業(yè)”的鐵路運(yùn)輸業(yè)由此得以重生。經(jīng)過四十余年的不懈努力，高速鐵路在運(yùn)輸領(lǐng)域激烈的競爭中獲得了應(yīng)有的地位。動車組技術(shù)隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，發(fā)生了巨大變化，在交流傳動、網(wǎng)絡(luò)控制、診斷技術(shù)及動力學(xué)等方面有了重大突破，在新工藝、新材料和信息技術(shù)的應(yīng)用方面也已取得了驕人的業(yè)績，相繼產(chǎn)生了各種類型的動車組，滿足了日益增長的客運(yùn)需求。動車組是城際、市郊鐵路實現(xiàn)小編組、高密度運(yùn)輸?shù)母咝?024/8/2217運(yùn)輸工具，以其編組靈活、方便、快捷、安全可靠、舒適為特點(diǎn)，備受世界各國鐵路運(yùn)輸和城市軌道交通運(yùn)輸?shù)那嗖A。目前，各國大城市近郊客運(yùn)基本上都傾向于采用動車組，向著地面鐵路與地下鐵道相結(jié)合，互相過軌，向統(tǒng)一的高速鐵路發(fā)展。動車使用比重日本最大，占87%，荷蘭、英國次之，分別占83%和61%。法國、德國分別占22%和12%。目前已開行200km/h以上高速列車的國家和地區(qū)有日本、法國、德國、英國、意大利、西班牙、芬蘭、瑞典、美國、俄羅斯、韓國、中國和臺灣地區(qū)。積極建設(shè)或規(guī)劃高速鐵路的國家有瑞士、奧地利、比利時、荷蘭、丹麥、加拿大、澳大利亞、阿根廷、沙特阿拉伯、巴西、印度和越南（越南國會已于2010年6月19日否決了高鐵計劃，主要是因為成本與收益問題）。截至目前，世界上已2024/8/2218新建高速鐵路已經(jīng)超過7000km，我國正在規(guī)劃建設(shè)的高速鐵路約有18000km。2008年初，阿根廷已授權(quán)阿爾斯通公司在拉丁美洲鋪設(shè)第一條新型高速鐵路軌道，這一線路建成后，從布宜諾斯艾利斯到科爾多瓦的行程將由現(xiàn)在的14個小時縮短到3個小時。沙特阿拉伯也開始了圣地麥加途經(jīng)吉達(dá)至麥地那的高速鐵路招標(biāo)項目。至今已掌握了300km/h及以上高速動車組制造技術(shù)的國家只有日本、法國、德國、韓國、中國等少數(shù)幾個國家。在高速動車組領(lǐng)域，真正掌握原創(chuàng)技術(shù)的國家只有日本、法國和德國，其水平代表著世界高速列車發(fā)展的技術(shù)水準(zhǔn)，已形成了三種不同的技術(shù)平臺。其他已開行或正在建設(shè)即將開通高速列車的國家和地區(qū)，其所采用的技術(shù)不外乎是這些技術(shù)平臺的引進(jìn)2024/8/2219和改良。我國正在引進(jìn)消化的基礎(chǔ)上，吸收先進(jìn)技術(shù)平臺之優(yōu)點(diǎn)，構(gòu)建自主創(chuàng)新的高速動車組研發(fā)平臺。動車組傳動系統(tǒng)作為列車牽引傳動系統(tǒng)的一個重要組成部分，自誕生至今，經(jīng)歷了交-直流傳動和交-直-交流傳動兩個階段，交-直-交流傳動已成為主流傳動方式。隨著電力電子技術(shù)、控制策略及控制手段的不斷進(jìn)步，已發(fā)展到了以IGBT元件為基礎(chǔ)、以矢量控制或直接轉(zhuǎn)矩控制為代表的新一代傳動系統(tǒng)。以IGBT為基礎(chǔ)的集成智能化元件正在快速發(fā)展中，變流元件的升級換代，直接導(dǎo)致了變流技術(shù)的變革，變流器正朝著集成化、緊湊化方向發(fā)展。在動力配置方面，一直存在著動力分散、動力集中兩種模式。速度200km/h等級的動車組，動力集中模式可以成為主要客運(yùn)動力模式之一。速度2024/8/2220在250～300km/h之間，兩種模式均可應(yīng)用，在速度300km/h及以上動力分散模式明顯優(yōu)于動力集中模式，有著獨(dú)特的優(yōu)越性。

1.交流傳動在高速動車組中的應(yīng)用交流傳動系統(tǒng)在新干線、TGV、ICE、G7、CRH等列車中得到了廣泛應(yīng)用，創(chuàng)造了許多驕人的業(yè)績。2007年4月3日，法國第二代高速動車組TGV-Est試驗列車V150最高運(yùn)行速度達(dá)到了574.8km/h，創(chuàng)造了新的輪軌列車試驗時速紀(jì)錄，該紀(jì)錄速度相當(dāng)于短程貨運(yùn)螺旋槳飛機(jī)的速度。2009年12月，我國武廣客運(yùn)專線開通，CRH3型動車組最高運(yùn)行速度達(dá)到了394.2km/h，創(chuàng)造了世界上最高運(yùn)營速度記錄。（1）新干線列車交流傳動系統(tǒng)發(fā)展2024/8/2221新干線動車組從300系開始均采用交流傳動，主要有300系、500系、700系、800系以及E1～E5/E6，最高運(yùn)營速度基本在285km/h左右。其中E5/E6于2009年12月開始試驗運(yùn)行，最高運(yùn)行速度為320km/h，是不久將來日本新干線運(yùn)行速度最高的列車，已預(yù)訂了59列，預(yù)計2011年將以疾風(fēng)號班次行駛于東北新干線的東京至新青森之間。1992年3月，300系動車組開始在日本首次投入營業(yè)運(yùn)行。300系動車組編組10M6T，最高速度達(dá)到270km/h。供電電流制式采用AC25kV/60Hz。變流器元件采用GTO器件，逆變器首次采用VVVF模式控制，三相異步電動機(jī)功率為300kW，軸重11.3噸，車體采取輕量化結(jié)構(gòu)與降低車外噪音的措施后，該車型成為高性能新干線車輛的基礎(chǔ)。2024/8/2222

500系為16輛全動車編組，最高時速300km/h。供電電流制式為AC25kV/60Hz，變流器元件采用GTO器件。1997年3月起，500系投入商業(yè)運(yùn)營，是新干線運(yùn)行速度最高的列車，運(yùn)行線路僅100km。為了降低沖入隧道時出現(xiàn)的微氣壓波，500系采用了長達(dá)15m的長車鼻、使用蜂窩板的近圓形車體結(jié)構(gòu)構(gòu)造、逆T型的低噪音翼型受電弓、半主動式振動控制裝置等大量的新技術(shù)。700系是JR東海公司作為300系的后繼車開發(fā)的，編組為12M4T，最高時速285km/h。供電制式為交流25kV/60Hz。變流器元件采用IGBT元器件，取代了以往的GTO元件。總功率13200千瓦的功率。700系列內(nèi)部寬敞舒適，是一款“豪華”車。700系車體材料采用大型中空鋁合金擠壓型材，型材中空內(nèi)部2024/8/2223填充著吸音、防震的復(fù)合材料，實現(xiàn)了客艙降噪。700T、N700均為700系的派生車型，700T現(xiàn)在臺灣高速鐵路系統(tǒng)運(yùn)營。N700頭車更修長，為JR東海道與JR西日本共同開發(fā)的第五代的新干線列車。預(yù)計運(yùn)行速度為300km/h，并加入傾斜列車(擺式列車)的設(shè)計。800系為6輛全動車編組，由2個對稱的動力單元組成。供電方式為AC25kV/60Hz，最高速度為260km/h。牽引電動機(jī)功率與700系相同(275kW)。新干線交流傳動EMU基本性能如表6-3所示。500系300系700系300系500系700系800系編組形式5(M+Tp+M’)+Tc4(M’+M1+Mp+M2)4(M1+M’+M2+T)2(M+M+M)最高速度km/h270300285260列車功率kW1200018240132006600單軸功率kW300285275275客座數(shù)(人)132311241323392主電路形式VVVFGTOVVVFGTOVVVFIGBTVVVFIPM電制動再生+渦流再生再生+渦流再生+渦流主要特征交流傳動雛形車最高運(yùn)營速度新型集成器件2+2座椅投入年代1992199720002004新干線交流傳動EMU800系800系800系基本參數(shù)編組3M+3M最高速度260km/h列車功率6600kW單軸功率275kW主電路IGBT/VVVF客座392人2024/8/2226E1系動車組是新干線第一款雙層列車，使用于上越新干線，供電制式為AC25kV/50Hz。列車為12輛編組，3(2M+2T)，最高運(yùn)行速度為240km/h。

E2系動車組行駛于東北新干線及長野新干線。E2系1000是東北新干線專用車輛，供電制式為AC25kV/50Hz專用。由于采用了低噪音型受電弓，廢除了受電弓罩，還采用了大窗戶，在外觀上與E2系有較大的變動。E2系1000為10輛編組，8M2T，定員814人。2001年投產(chǎn)，只生產(chǎn)了15列。E2-1000是CRH2的原型車。

E3系為6輛編組，4M2T，車體采用輕量化鋁合金構(gòu)造。E4系采用8輛編組，變流器元件采用IGBT器件，每一臺轉(zhuǎn)向架都是獨(dú)立的系統(tǒng)。E5系動車組是一款10輛編組的新干線列車，由JR東日本使用。設(shè)計最高速度為360km/h，最高運(yùn)行速度320km/h。預(yù)計2010年將會有三列車投入至東北新干線試運(yùn)營，大宮-宇都宮區(qū)間營運(yùn)時速275km/h,宇都宮-盛岡區(qū)間營運(yùn)時速300km/h，每天以疾風(fēng)號班次行駛往返2~3次。預(yù)計2012年末，宇都宮-盛岡區(qū)間營運(yùn)速度可達(dá)320km/h。E5系列車全長250m，頭車長27000mm，普通級列車座位距離由980mm加寬至1040mm，總載客人數(shù)731名。所有座席均設(shè)有閱讀燈，列車設(shè)有空氣凈化機(jī)，LED顯示器，一等車所有座席及普通等級列車的車窗位置均設(shè)有電源插座。每個車廂均裝設(shè)閉路電視，加強(qiáng)安保。

由此可見，新干線列車供電制式主要采用AC25kV/60Hz，只在少數(shù)地區(qū)采用AC25kV/50Hz供電，變流器主要采用VVVF控制，變流元件主要采用GTO或IGBT元件。

附件2E5系動車組JR東日本在2000年制定了發(fā)展戰(zhàn)略“ニューフロンティア21”，希望成為世界第一鐵路系統(tǒng)為基礎(chǔ)，以最高營運(yùn)速度360km/h為目標(biāo)。2002年公布“新干線高速化推進(jìn)項目”。隨即開發(fā)“Fastech360”新干線試驗車輛，在2005年開始實地試驗?？紤]成本、環(huán)境影響因素，確定E5系新型列車運(yùn)營速度為320km/h。E5系已預(yù)定59列。第一列車為S11編成，在兵庫縣制造，2009年5月24日運(yùn)抵仙臺港，于2009年6月15日開始在東北新干線上做更廣泛的測試，同年底開始試驗運(yùn)行，最高運(yùn)行速度為320km/h。

E5系車輛的外觀設(shè)計主要來源于試驗車輛Fastech360S,總體色調(diào)為上半綠，下半白，中間以“疾風(fēng)”粉色線條分割。10號車廂將被命名為“SuperGreenCar”（臨時），設(shè)有18個以2＋1方式布局的可電力調(diào)整的座椅，座椅間距比綠色車廂（一等車廂）1160mm更寬，達(dá)到1300mm。而列車仍有一個綠色車廂，設(shè)于9號車廂。

主要技術(shù)參數(shù)已預(yù)定10列590輛編組方式10輛編組（8M2T）營運(yùn)最高速度320km/h設(shè)計最高速度360km/h

載客量共731人、GreenCar55人、SuperGreenCar18人

全長250m頭車27000mm軌距1435mm

供電方式單相25kV50Hz保安裝置S-ATC

制造年份2009年編組3(T+M+M’+T）最高速度240km/h列車功率

9840kW單軸功率

410kW客座1133（人）主電路VVVFGTO電制動再生特征全雙層投入年代1994年E1系編組Tc+3(M+M’）+Tc最高速度275km/h列車功率

7200kW單軸功率

300kW客座579（人）主電路VVVFGTO電制動再生特征雙流制大坡道投入年代1998年E2系編組2(T+M+M’+T）最高速度240km/h列車功率

6720kW單軸功率

420kW客座817(重聯(lián)1634)主電路VVVFIGBT電制動再生特征全雙層大載客投入年代1998年E4系編組4M+T/4M+2T最高速度275km/h列車功率

4800kW單軸功率

300kW客座（人）主電路VVVFIGBT電制動再生特征全雙層投入年代1995年E3系編組8M2T最高速度320km/h列車功率

kW單軸功率kW客座731主電路VVVFIGBT電制動再生特征綠色環(huán)保投入年代2011年E5系2024/8/2230

（2）法國TGV列車交流傳動系統(tǒng)發(fā)展法國高速鐵路網(wǎng)供電制式采用DC1500V、AC25kV/50Hz。300km/h的新建高速鐵路總長1540公里，法國境內(nèi)的加來至馬賽區(qū)段是世界上超過1000公里的高速鐵路運(yùn)營線路之一。法國TGV列車經(jīng)歷了交-直流傳動、交-直-交流傳動階段。從第二代TGV開始采用交-直-交流傳動，牽引電動機(jī)采用了交流同步牽引電動機(jī)和異步牽引電動機(jī)。TGV技術(shù)具有連續(xù)性，鉸接式車體連接是最明顯的技術(shù)特征。TGV一直堅持動力集中配置模式，但從第三代開始采用動力分散模式，最高運(yùn)行速度為360km/h，命名為AGV（AutomotriceGrandeVitesse）。1990年北大西洋線(280km)開通，TGV第二代高速列車TGV-A以最高速度300km/h運(yùn)營，并于1990年5月創(chuàng)造了輪軌2024/8/2231交通世界最高試驗速度紀(jì)錄515.3km/h，這一紀(jì)錄一直保持到2007年4月3日。2007年4月3日13點(diǎn)(法國時間)，北京時間晚上7點(diǎn)，TGVEst高速列車在巴黎東南部的一段經(jīng)過特別加固的線路上，進(jìn)行了一次測試運(yùn)行。試驗列車V150超高速列車由阿爾斯通公司制造。V150之意為該試驗列車最低目標(biāo)速度達(dá)到150m/s，即540km/h，對最高速度沒有設(shè)置上限。試驗列車從剛竣工的東線鐵路(巴黎--斯特拉斯堡)264公里處起動，運(yùn)行10分鐘后，列車速度達(dá)到515.4km/h。行駛了73公里后，速度達(dá)到了574.8km/h，超過目標(biāo)時速34.8km，創(chuàng)造了新的輪軌列車試驗速度記錄。該紀(jì)錄速度相當(dāng)于短程貨運(yùn)螺旋槳飛機(jī)的速度。

V150V150技術(shù)參數(shù)總功率25000HP(18400kW)試驗網(wǎng)壓31kV試驗輪徑1092(正常920)

2024/8/2233法國新一代320km/h的雙層列車已經(jīng)投入運(yùn)營，將逐步在法國路網(wǎng)上普及。正在研制的下一代高速列車的時速為330~350km/h。列車防護(hù)設(shè)備有了新的改進(jìn)，安裝在新一代列車頭車上的防護(hù)設(shè)備，可以吸收6MJ以上的能量。AGV列車在繼承TGV傳統(tǒng)技術(shù)的基礎(chǔ)上，采用了動力分散模式，商業(yè)運(yùn)行時速可達(dá)360km/h。車廂內(nèi)創(chuàng)新的多單元設(shè)計讓乘客有更多的空間。更加注重節(jié)能環(huán)保，采用許多新技術(shù)減少噪音污染，使用可重復(fù)利用的高級材料，采用再生制動將制動能量回饋到電網(wǎng)并循環(huán)利用，配備能夠了減少列車能耗的永磁體同步牽引電動機(jī)（比目前列車耗能低15%）。假如換算成石油消耗量，AGV乘客的人均能源消耗僅相當(dāng)于公共汽車的三分之一，小客車的八分之一，飛機(jī)的十五分之2024/8/2234一。AGV（自動高速列車）的設(shè)計靈感源于戰(zhàn)斗機(jī)，在重要性和創(chuàng)新方面可以跟空中客車A380相比，是目前世界上速度最快、空間最寬敞、最環(huán)保的列車。2024/8/2235附件1：1000公里以上高速列車持續(xù)運(yùn)行體驗2001年5月26日，受法國國家鐵路的邀請，上百名法國和外國記者登上法國TGV531高速列車，下午16：30準(zhǔn)時從法國北部城市加來出發(fā)，服務(wù)員發(fā)給每人一個秒表和一份表格，讓記者記下運(yùn)行時間和速度。列車行駛7分鐘后，已提速至330km/h，此后一直保持在300km/h左右。約過了1小時30分鐘，列車已運(yùn)行了533km,過了里昂，很快進(jìn)入瓦朗司—馬賽250km的新建線路，即地中海線后，時速一直保持在350km/h，最高時速達(dá)到366.6km/h。于當(dāng)日20點(diǎn)以前安全駛進(jìn)法國南部城市馬賽的圣-夏爾車站，全程用時3小時29分47秒，完成了從北到南縱貫法國本土1067.2km的行程。平均旅行速度達(dá)到306.36km/h,從而創(chuàng)造了世界軌道列車1000km以上連續(xù)行駛和1000km行駛速度最快的兩項紀(jì)錄。此次創(chuàng)紀(jì)錄運(yùn)行的目的是試驗持續(xù)高速運(yùn)行。(記錄在0912被CRH3在武廣線打破）

該列車在技術(shù)上完美無缺，未出現(xiàn)變壓器、牽引電動機(jī)、甚至減速齒輪過熱現(xiàn)象，受電弓及轉(zhuǎn)向架也未出現(xiàn)任何問題。阿爾斯通運(yùn)輸公司總裁MichelMoreau總結(jié)說：“這些列車可能已經(jīng)運(yùn)行了20年，此次紀(jì)錄表明，TGV列車代表的不是過去，而是將來”。這兩項新紀(jì)錄的誕生又一次表明：法國高速鐵路的技術(shù)正在日臻完善和成熟。TGV-PSETGV-ATGV-RTGV—PSETGV—A/TGV--R編組M+Tm+6T+Tm+MM+10/8T+M最高速度km/h270300列車功率kW68008800電動機(jī)功率kW1100客座（人）368485/377動車轉(zhuǎn)向架64拖車轉(zhuǎn)向架711/9主電路相控調(diào)壓交流同步驅(qū)動(GTO)電制動電阻制動電阻制動特征雛形車高速、延伸機(jī)型投入年代19811988/1993TGV-EURO型號TGV—EUROTGV—PBKATGV—2NAGV編組M+Tm+16T+Tm+MM+8T+MM+8T+M6M+3T最高速度km/h300300360列車功率kW13200880088007920客座(人)794377545359動車轉(zhuǎn)向架64412拖車轉(zhuǎn)向架1899主電路交流異步驅(qū)動(GTO)交流同步驅(qū)動交流同步電制動再生制動電阻制動特征大編組、三流制小編組、國際聯(lián)運(yùn)雙層、雙流制、噪音小投入年代19931996.122006TGV-TMSTAGV法國AGVTGV-2N法國TGV的技術(shù)特征2024/8/2240

（3）德國ICE交流傳動列車發(fā)展德國現(xiàn)代高速鐵路于1982年7月開始動工興建。德國現(xiàn)代高速列車一開始就采用交流異步電動機(jī)驅(qū)動，一直堅持動力集中配置模式，變流器元件經(jīng)歷了快速晶閘管、GTO和IGBT三個階段，相應(yīng)的動車組也相繼發(fā)展到了三代。從ICE3開始，放棄了動力集中模式，采用動力分散模式。ICE1、ICE2采用15kV/16(2/3)Hz供電制式。ICE3供電制式分單流制和多流制，單流制主要在國內(nèi)運(yùn)營，最高速度達(dá)300km/h。多流制供電車型主要參與國際運(yùn)輸，在交流供電下最高運(yùn)營速度為300km/h，直流供電下最高速度達(dá)220km/h。ICE3變流器元件采用了GTO和IGBT兩種，早期車型采用GTO元件，改進(jìn)、派生車型主要以IGBT元件為主。為西班牙生產(chǎn)的Velaro-E為8輛編組,4動4拖。設(shè)計時速350公里，運(yùn)營時速350公里,代表了西門子最先進(jìn)的動車組技術(shù)，也是國際上運(yùn)營速度最高的動車組之一。CRH3型動車組就是以此車為原型車。ICE3ICE2ICE1型號ICE1ICE2ICE3編組M+12T+MM+6T+Tc2(Mc+Tp+M+T)最高速度km/h280280330列車功率kW960050008000單軸功率kW12001250500客座（人）669393404最大軸重t/編組長度m19.5/35819.5/205.417/200動力轉(zhuǎn)向架428主電路交流異步電動機(jī)驅(qū)動電制動再生制動投入年代1991199620002024/8/2243（4）CRH系列動車組2004年以來，鐵道部先后分別與BSP公司、四方客車、唐山客車、長春客車公司簽訂了動車組采購合同。這次中標(biāo)方除BSP公司外，均由我國公司與外方公司聯(lián)合，采取合作引進(jìn)的方式，共同合作生產(chǎn)動車組，逐步提高國產(chǎn)化率。四方客車公司與川崎重工、唐山客車公司與西門子、長春客車公司與阿爾斯通公司合作。本次共引進(jìn)了四種不同技術(shù)平臺的動車組,均采用交流傳動，變流器為四象限變流器，變流元件均采用IGBT元件，牽引電動機(jī)均為異步牽引電動機(jī)，控制采用WTB、MVB兩級網(wǎng)絡(luò)控制。由于各原型車技術(shù)平臺不同,在技術(shù)特征上存在著一定的差異，這四種動組車在國內(nèi)被分別命名為CRH1、CRH2、CRH3、2024/8/2244CRH5。CRH1、CRH2、CRH5最高運(yùn)行速度均為200km/h，CRH3最高運(yùn)行速度為350km/h。CRH1、CRH2、CRH5型動車組自2007年4月18日第六次大提速投入運(yùn)營，已在一些繁忙干線及客運(yùn)專線上開行了200km/h的動車組，緩解了客運(yùn)壓力。CRH3型動車組已于2008年8月1日在京津城際鐵路投入運(yùn)行，方便了京津兩地的人員往來，2009年12月26日在武廣客運(yùn)專線上投入運(yùn)營，將武漢-廣州間旅行時間縮短到3小時左右，2010年7月1日在滬寧高鐵再創(chuàng)“奇跡”。CRH系列動車組基本性能如表6-6所示。車型CRH1CRH2CRH3CRH5原型車ReginaE2-1000Velaro-ESM3編組型式8輛編組，可兩編組連掛運(yùn)行動力配置2×(2M+1T)+(1M+1T)4M+4T4M+4T(3M+1T)+(2M+2T)車種一等車、二等車、酒吧座車合造車定員(人)670610556622運(yùn)營速度(km/h)200200300200試驗速度(km/h)250250330250牽引功率(kW)5300480088005500車體型式不銹鋼車體大型中空型材鋁合金車體轉(zhuǎn)向架H型無搖枕、轉(zhuǎn)臂式定位、空氣彈簧軸重(t)≤16≤14≤17≤17(動)/16(拖)受流電壓制式AC25kV-50Hz牽引電機(jī)功率kW265300562550制動方式直通式電空制動+再生制動輔助供電制式3AC380V50HzDC110VDC100V、3AC400V單相AC100V/220V3AC440VDC110V3AC380V50HzDC24V列車網(wǎng)絡(luò)控制車載分布式計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)CRH系列動車組基本性能表6-62024/8/22476.2“和諧”系列電力機(jī)車交流傳動系統(tǒng)分析“和諧”系列電力機(jī)車已有六種車型，來自于四個不同技術(shù)平臺，按照軸功率分為1200kW和1600kW兩個類別，按照軸列式分為2（B0-B0）和C0-C0兩種，機(jī)車功率為7200、9600kW。采用交流傳動牽引系統(tǒng)、分布網(wǎng)絡(luò)式控制，主變流器采用集成水冷IGBT機(jī)組。6.2.1HXD1、HXD2型電力機(jī)車交流傳動系統(tǒng)HXD1型電力機(jī)車技術(shù)來自于西門子的Eurosprinter技術(shù)平臺，HXD2型電力機(jī)車技術(shù)源自于阿爾斯通的Prima平臺。HXD1、HXD2型為8軸雙節(jié)機(jī)車，代表世界重載快速貨運(yùn)領(lǐng)域的先進(jìn)水平。HXD1、HXD2型大功率電力機(jī)車采用交流傳動牽引系統(tǒng)，主變流器采用水冷IGBT機(jī)組。HXD1、HXD2型2024/8/2248大功率電力機(jī)車是由兩節(jié)完全相同的四軸電力機(jī)車通過內(nèi)重聯(lián)環(huán)節(jié)連接組成的八軸重載貨運(yùn)電力機(jī)車，采用分布網(wǎng)絡(luò)式控制，總功率為9600kW，單節(jié)軸式為B0-B0，軸重為23t/25t（可調(diào)），可滿足2萬噸重載列車的牽引。每節(jié)車設(shè)有一個司機(jī)室，為一完整系統(tǒng)。1.HXD1、HXD2型電力機(jī)車變流器HXD1、HXD2型電力機(jī)車變流器采用集成結(jié)構(gòu)，將主變流器和輔助變流器集成在一起。主變流器采用兩電平變流器，變流元件采用額定電壓為3300V的IGBT變流模塊，中間直流電壓為1800V，采用LC諧振電路消除2倍頻諧波電流。（1）HXD1型電力機(jī)車變流器HXD1采用架控方式，每節(jié)機(jī)車有一套完整的電力傳動系2024/8/2249統(tǒng)，該系統(tǒng)由一臺主變壓器、二套脈沖變流器組成。主變壓器擁有一個原邊繞組、四個副邊牽引繞組和兩個二次諧振電抗器。脈沖變流器由四象限斬波器(4QC)、獨(dú)立的中間電壓直流環(huán)節(jié)和脈寬調(diào)制逆變器組成。每臺轉(zhuǎn)向架上的二臺三相感應(yīng)電動機(jī)作為一組負(fù)載，由一個脈寬調(diào)制逆變器供電。兩路中間直流環(huán)節(jié)相互獨(dú)立，整車牽引力有75%的冗余，從而提高機(jī)車的可利用率。中間直流電路環(huán)節(jié)還連接有2倍頻諧波吸收電路，過壓保護(hù)電路、接地檢測電路。采用再生制動時能量反饋回電網(wǎng)，達(dá)到節(jié)能的效果。四象限斬波器和脈寬調(diào)制逆變器采用SiemensAG、A&D生產(chǎn)的水冷IGBT模塊，模塊型號為SIBACBBSP1500WL，模塊電壓等級為3.3kV。四象限變流器與逆變器的IGBT模塊允許互換。每節(jié)機(jī)車有1個變流HXD1機(jī)車主傳動系統(tǒng)主要部件受電弓真空主斷路器接地開關(guān)高壓隔離開關(guān)避雷器高壓連接器主變壓器原邊電壓互感器原邊電流互感器車頂穿墻套管主變流器牽引電動機(jī)2024/8/2252器柜，每柜含2個主變流單元（2組四象限整流器+1組主逆變器）和1個輔助逆變單元。HXD1型電力機(jī)車主變流器技術(shù)參數(shù)： 額定輸入電壓Ratedinputvoltage： 970V/50Hz額定輸入電流Ratedinputcurrent： 1510A額定輸入頻率ratedinputfrequency：

50Hz中間電壓Intermediatevoltage： DC1800V額定輸出電壓Ratedoutputvoltage： 3AC1285V額定輸出電流Ratedoutputcurrent： 1260A最大輸出電流Max.outputcurrent： 1628A效率efficiency： 98%控制電壓controlvoltage： DC110V外形尺寸dimension：

3750mmx1060mmx2000mm(LxWxH)質(zhì)量weight： 約approx3400kg每臺機(jī)車使用數(shù)量quantityusedforeachlocomotive：

2主變流器元件模塊技術(shù)參數(shù)：型號SIBACBBSP1500WL額定電壓Ratedvoltage： 1800V額定電流Ratedcurrent： 2000A最大電流Max.current： 3800A使用溫度operatingtemperature： -40°C

+50°C每臺機(jī)車使用數(shù)量quantityusedforeachlocomotive:28制造廠商Manufacturer：

SiemensAG,A&D

HXD1采用中間直流環(huán)節(jié)供電，經(jīng)輔助逆變器和輔助變壓器變?yōu)?AC440V、60Hz，供給輔機(jī)使用。主變壓器無單獨(dú)的輔助繞組，輔助系統(tǒng)的PWM逆變電源集成在牽引逆變器中。輔助系統(tǒng)提供CVCF、VVVF兩種三相交流電源，供給不同的負(fù)載。牽引電動機(jī)、牽引變流器、主變壓器通風(fēng)量根據(jù)實際需要自動調(diào)節(jié)，達(dá)到節(jié)能之目的。輔助電源輸出電壓等級為2024/8/2254三相交流 3AC440V60Hz三相交流 3AC80V～440V10～60Hz三相交流 3AC230V60Hz

單相交流

1AC230V60Hz為改善輔助電源品質(zhì)，增加了輔助變壓器及濾波環(huán)節(jié)。三相交流輔助供電采用冗余設(shè)計，兩個輔助逆變器輸出可進(jìn)行轉(zhuǎn)換。當(dāng)一個輔助逆變器模塊出現(xiàn)故障，另一個將承擔(dān)所有負(fù)載。此時所有輔助設(shè)備都以恒頻恒壓方式工作。負(fù)載的重新配置重組將自動進(jìn)行，并通過顯示器通知司機(jī)。過分相區(qū)時輔助電源無間斷，改善輔助電機(jī)工作條件、改善司乘環(huán)境?？刂齐娫床捎枚嗄K組合電源，具有高冗余度。2024/8/2255（2）HXD2型電力機(jī)車變流器HXD2采用軸控方式，每節(jié)機(jī)車有四套相互獨(dú)立的牽引變流器，每套電路驅(qū)動一根傳動軸，實現(xiàn)機(jī)車的軸控方式。每套牽引變流電路由四象限整流器、中間直流電路、三相逆變電路組成。功率元件采用IGBT，水冷方式，通過FIP網(wǎng)絡(luò)與控制電路交換信息。每節(jié)機(jī)車有2個變流器柜，每柜含2個主變流單元，輔助變流器含在主變流柜內(nèi)。

HXD2型電力機(jī)車牽引變流器主要技術(shù)參數(shù)：功率元件IGBT(3300V/1200A)冷卻方式水冷效率98％脈沖整流器技術(shù)參數(shù)額定輸入電壓AC900V額定輸入電流1660A2024/8/2256額定輸出電壓DC1800V最大輸出電壓DC2100V中間直流電壓DC1800V中間支撐電容3×3mF/2400V/480A二次濾波電容2×2.5mF/2700V/365A二次濾波電抗器0.507mh諧振電流680A(峰值電流962A)諧振頻率100Hz逆變器技術(shù)參數(shù)輸入電壓DC1800V輸出電壓3相0～1390V(AC)

輸出電流620A(基波)最大輸出電流1900A

輸出頻率0～141Hz2024/8/2257HXD2輔助變流器采用2、3軸主變流器中間直流環(huán)節(jié)供電，提供DC1800V電源，通過降壓斬波器將其變換為DC504V，經(jīng)過濾波環(huán)節(jié)，由輔助逆變器變換為3AC380V，通過輔助變流電抗器濾波后供給輔機(jī)使用。每節(jié)機(jī)車具有兩套輔助變流裝置，其中一套為CVCF，主要為泵類負(fù)載供電；一套為VVVF，主要為風(fēng)機(jī)類負(fù)載供電。每套輔助變流器包括降壓斬波器、電壓型逆變器、中間直流電路。兩套輔助變流器具有冗余功能，當(dāng)其中一套輔助變流器發(fā)生故障時，其負(fù)載可自動轉(zhuǎn)至另一套輔助變流器上，機(jī)車仍能保持滿功率正常運(yùn)行。機(jī)車輔助電源為三相交流380V/50Hz，額定功率150kW，采用由IGBT元件組成的輔助逆變機(jī)組，機(jī)車控制電源為直流110V。輔助變流器技術(shù)參數(shù)：降壓斬波器額定輸入電壓DC1800±5%額定輸出電壓DC540V功率元件IGBT1200A/3300V額定功率150kW三相交流(固定頻率)輸出AC380V±5％頻率50Hz±2%額定容量135kVA峰值容量230kVA三相交流(可變頻率)輸出

AC190V±5％/25HzAC304V±5％/40HzAC380V±5％/50Hz額定容量135kVA充電機(jī)輸出直流輸出DC112.5V±1％(在25℃時)

逆變頻率10kHz

額定功率14kW

效率90%(在額定條件下)

冷卻方式帶有空氣濾清器的強(qiáng)迫風(fēng)冷2024/8/22592.網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)HXD1采用SIBAS微機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)采用TCN列車總線結(jié)構(gòu)，每節(jié)車內(nèi)部采用MVB車輛總線，兩節(jié)機(jī)車間采用WTB列車總線。HXD2采用PRIMAFIP微機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)。（1）HXD1型電力機(jī)車控制系統(tǒng)HXD1型電力機(jī)車控制系統(tǒng)是基于西門子鐵路自動化系統(tǒng)SIBAS32和TCN列車通訊網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的成熟產(chǎn)品，每節(jié)車內(nèi)由MVB總線把所有的SIBAS系統(tǒng)、分散動力設(shè)備(Locotrol)和制動控制單元(CCBII)連接在一起。制動系統(tǒng)的顯示屏和制動控制單元由其內(nèi)部的總線系統(tǒng)連接。整個系統(tǒng)集成了機(jī)車重要的開環(huán)/閉環(huán)控制及故障診斷功能，結(jié)構(gòu)清晰，部件可靠耐用。2024/8/2260HXD1型電力機(jī)車控制系統(tǒng)由CCU、TCU、I/O、和MMI等幾部分組成。CCU中央控制單元就是管理機(jī)車控制系統(tǒng)，車輛控制系統(tǒng)中更高級的控制與監(jiān)控功能由CCU直接執(zhí)行;TCU牽引控制單元負(fù)責(zé)電力牽引設(shè)備的開環(huán)－閉環(huán)控制，同時集成了對PWM輔助逆變器的控制。I/O離散式輸入輸出系統(tǒng)減少了車輛配線的數(shù)量，從而提高了機(jī)車控制與診斷系統(tǒng)的性能。對于不直接與MVB連接的設(shè)備和部件,它們發(fā)出的信號可以被離散地檢測和控制；MMI列車司機(jī)的人機(jī)界面由一個顯示器組成，該顯示器是SIBAS控制與鐵道車輛診斷設(shè)備的人機(jī)界面，為司機(jī)提供功能檢測信息或機(jī)車故障信息，并提供可能的解決措施。HXD1型電力機(jī)車控制系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖6-2所示。

CCUTCU2024/8/2263HXD1型電力機(jī)車控制系統(tǒng)能夠?qū)C(jī)車各部分進(jìn)行控制，可完成如下控制功能：具有恒力矩、恒速和定速控制功能；機(jī)車重聯(lián)控制；主斷路器自動閉合功能，實現(xiàn)兩節(jié)機(jī)車控制系統(tǒng)互相轉(zhuǎn)換功能；空轉(zhuǎn)、滑行保護(hù),粘著利用控制；軸重轉(zhuǎn)移補(bǔ)償控制；牽引電機(jī)在牽引和制動條件下的最大電流限制控制；機(jī)車運(yùn)行參數(shù)顯示和記憶功能；機(jī)車故障檢測、故障診斷、故障處理提示的顯示和記憶功能，微機(jī)轉(zhuǎn)儲功能；自動過電分相控制。2024/8/2264（2）HXD2型電力機(jī)車控制系統(tǒng)HXD2型電力機(jī)車采用PRIMAFIP微機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)控制結(jié)構(gòu)如圖6-3所示?？刂葡到y(tǒng)由主處理單元MPU、遠(yuǎn)程輸入/輸出單元RIOM、顯示單元DDU、牽引控制單元TCU、制動控制單元BCU、LOCOTROL系統(tǒng)等組成，F(xiàn)IP車輛網(wǎng)具有如下功能為RIOM、DDU、BCU、ACU、TCU裝置設(shè)定參數(shù)；MPU和其它裝置之間的周期性數(shù)據(jù)交換；出于維護(hù)目的，MPU和其它裝置之間的非周期性數(shù)據(jù)交換；日期和時間的局域網(wǎng)分發(fā)；管理連接在網(wǎng)絡(luò)上的單元初始化；監(jiān)控列車網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；向所有預(yù)定用戶傳送時間和日期；各節(jié)車之間的周期性數(shù)據(jù)交換。2024/8/2266主處理單元MPU與遠(yuǎn)程輸入/輸出單元RIOM、顯示單元DDU結(jié)合，共同對機(jī)車輔助裝置及輔助系統(tǒng)進(jìn)行管理與監(jiān)控，主要完成以下功能：進(jìn)入運(yùn)營及運(yùn)營維持的操作主壓縮機(jī)和輔助壓縮機(jī)管理撒沙和輪緣潤滑管理機(jī)械間通風(fēng)、空調(diào)接口火警檢測管理制動系統(tǒng)與BCU接口重聯(lián)單元操作日期時間和各種運(yùn)行計數(shù)器的管理維護(hù)及試驗?zāi)Ｊ焦芾頇C(jī)車子系統(tǒng)的監(jiān)控人機(jī)接口幫助故障排查MPULDMRDTEOCU主處理單元MPU和牽引控制單元TCU一起主要完成牽引控制功能，對動力主回路中各部件實施管理與控制，主要功能為

受電弓和斷路器的控制高壓電路結(jié)構(gòu)、主變壓器管理驅(qū)動指令管理、速度控制要求操作牽機(jī)入庫操作、牽引連接器管理車軸命令管理整流器控制與監(jiān)督管理逆變器控制與監(jiān)督管理異步牽引電動機(jī)的控制防空轉(zhuǎn)/防滑行管理再生制動與空氣制動的接口主變流器冷卻與通風(fēng)管理功率測試管理TUC單元為軸控方式，每軸有一TUC控制單元。2024/8/2269主處理單元MPU和輔助控制單元ACU共同作用，完成輔助斬波器控制、輔助逆變器控制（分配AC380V）、蓄電池充電機(jī)控制和輔助電流接觸器控制。每個ACU單元管理一個獨(dú)立的輔助電路輸出，分為定頻和變頻。當(dāng)一路輔助單元出現(xiàn)故障時，另一路可為降級狀態(tài)工作，可同時帶兩組負(fù)載工作。LOCOTROL系統(tǒng)是分布在多臺機(jī)車組中的動力分布式控制系統(tǒng)，通過電臺的無線傳輸達(dá)到多臺機(jī)車同步操控的功能。采用LOCOTROL分布式機(jī)車控制技術(shù)，延伸列車長度來實現(xiàn)重載運(yùn)輸，滿足不斷增長的年運(yùn)輸量。LOCOTROL系統(tǒng)集成了電氣控制系統(tǒng)、機(jī)車空氣制動系統(tǒng)、車輛空氣制動系統(tǒng)的控制功能。LOCOTROL系統(tǒng)可以對分布在一列組合列車中的多臺機(jī)車組通過無線電臺進(jìn)行同步聯(lián)控。具體配置為一個主控機(jī)2024/8/2270車組和多個從控機(jī)車組，主控機(jī)車即司機(jī)執(zhí)行并發(fā)送指令的機(jī)車，從控機(jī)車通過無線電臺傳輸接收主控機(jī)車發(fā)送來的指令，并跟隨主控機(jī)車執(zhí)行相應(yīng)的指令，完成相應(yīng)的控制功能，同時反饋信息給主控機(jī)車。位于列車最前端的機(jī)車為主控機(jī)車，其他機(jī)車為從控機(jī)車。壓力表模塊通訊模塊速度監(jiān)控模塊照明單元?dú)夂蚩刂茊卧苿涌刂茊卧?024/8/22736.2.2HXD3系列電力機(jī)車交流傳動系統(tǒng)HXD3系列電力機(jī)車由HXD3和HXD3B組成，分別來自于東芝公司和龐巴迪公司兩個不同的技術(shù)平臺，軸功率采用1200、1600kW，軸列式均為C0-C0，采用軸控方式。HXD3型電力機(jī)車是大連機(jī)車公司與東芝公司合作引進(jìn)的交流傳動六軸大功率干線貨運(yùn)機(jī)車，軸功率為1200kW，最高運(yùn)行速度為120km/h，能夠滿足牽引5000噸以上列車的需要，是第六次大提速中貨運(yùn)主型機(jī)車，已在鄭州局、成都局、蘭州局等投入運(yùn)營。HXD3型電力機(jī)車采用了當(dāng)今世界最先進(jìn)的交流傳動技術(shù)，變流器采用IGBT和軸控技術(shù)，機(jī)車功率因數(shù)達(dá)到0.98以上。動力制動采用再生制動，節(jié)能效果顯著。起動粘著系數(shù)可達(dá)到0.45。2024/8/2274HXD3B型電力機(jī)車是大連機(jī)車公司與龐巴迪公司合作引進(jìn)的交流傳動六軸干線貨運(yùn)電力機(jī)車，C0-C0軸式，軸功率為1600kW，采用大功率水冷IGBT變流器，最高運(yùn)行速度為120km/h。牽引變流器由三組IGBT水冷變流器組成，每組變流器內(nèi)集成一臺由中間直流回路供電的輔助變流器，分別提供2組VVVF和1組CVCF三相輔助電源，對輔助機(jī)組進(jìn)行分類供電，該系統(tǒng)冗余性強(qiáng)，在機(jī)車通過分相區(qū)時輔助系統(tǒng)可以維持供電。采用單軸控制技術(shù)，實現(xiàn)對1632kW大轉(zhuǎn)矩異步牽引電動機(jī)的控制，具有起動（持續(xù)）牽引力大、恒功率速度范圍寬、粘著性能好、功率因數(shù)高等特點(diǎn)。機(jī)車控制系統(tǒng)采用分布式微機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了邏輯控制、自診斷功能。采用基于TCN網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)形式，通過TCN車輛總線連接2024/8/2275各相關(guān)設(shè)備，重聯(lián)機(jī)車之間采用WTB列車總線聯(lián)接，實現(xiàn)了機(jī)車的網(wǎng)絡(luò)重聯(lián)功能。HXD3B型電力機(jī)車是目前世界上單機(jī)功率最大、技術(shù)水平高、性能指標(biāo)先進(jìn)的交流傳動電力機(jī)車。HXD3系列電力機(jī)車交流傳動系統(tǒng)除軸功率不同外基本相同，變流器都采用IGBT元件構(gòu)成的兩電平電路，采用矢量控制模式對牽引電動機(jī)轉(zhuǎn)矩進(jìn)行控制，使異步牽引電動機(jī)具有快速反應(yīng)的動態(tài)性能，實現(xiàn)了對機(jī)車每臺牽引電動機(jī)的獨(dú)立控制。但也存在一些差異，主要體現(xiàn)在中間直流環(huán)節(jié)中對2倍頻諧波的處理方式不同，HXD3B型電力機(jī)車沿用歐美技術(shù)風(fēng)格，采用LC諧振電路，而HXD3型電力機(jī)車傳承日本技術(shù)傳統(tǒng)，取消LC諧振電路，改用軟件控制逆變器的方式進(jìn)行2倍頻諧波消除，具有一定的特色。2024/8/2276下面將以HXD3型電力機(jī)車為樣本，圍繞主電路、輔助電路和控制電路對其交流傳動系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)分析。6.2.3HXD3型電力機(jī)車主電路分析主電路由原邊網(wǎng)側(cè)電路、主變壓器、牽引變流器、牽引電動機(jī)、主電路保護(hù)電路及庫內(nèi)動車電路等組成。HXD3型電力機(jī)車主電路原理如圖6-4所示。1.原邊網(wǎng)側(cè)電路網(wǎng)側(cè)電路由二臺受電弓AP1、AP2、二臺高壓隔離開關(guān)QS1、QS2、一臺高壓電流互感器TA1、一臺高壓電壓互感器TV1、一臺主斷路器QF1、一臺高壓接地開關(guān)QS10、一臺避雷器F1、主變壓器原邊繞組1U-1V、一個低壓電流互感器TA2和接地回流裝置EB1～6等組成。接觸網(wǎng)電流通過受電弓AP1或AP2引入機(jī)車，經(jīng)高壓隔離開關(guān)QS1或QS2和主斷路器QF1,通過大A端子進(jìn)入車內(nèi)，經(jīng)25kV高壓電纜由車內(nèi)至車下,穿過TA1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,穿過TA2與車體“地”相連，通過6個并聯(lián)的接地裝置EB1～EB6從輪對流向鋼軌，最后沿著鋼軌及回流線流入牽引變電所變壓器中性點(diǎn)，形成網(wǎng)側(cè)高壓電路的閉合回路。真空斷路器VCB型號BVACN99.21500額定電壓30kV額定電流750A最大工作電壓31kV額定分?jǐn)嗳萘?40MVA最大分?jǐn)嚯娏?6kA輔助觸點(diǎn)數(shù)5固有分閘時間25～60ms工作壓力450～1000kPa高壓電流互感器高壓電亞互感器高壓隔離開關(guān)避雷器高壓電亞互感器型號GSEFB25FGR025kV/100V輸入電壓25kV/50Hz輸出電壓 100V額定容量 30VA

二次最大電流4A精度 1.0級耐壓170kV(沖擊)

70kV(工頻)重量 約58kg型號BB-S400A/5A電流變換比 400A/5A額定頻率 50Hz額定容量 25VA

精度 3.0級一次過電流倍數(shù) 40倍重量 約35Kg避雷器型號RVLQB-38.5LY形無間隙氧化鋅避雷器額定電壓 38.5kV標(biāo)稱放電電流下殘余電壓（在10kA時）110kV放電電流 10kA外套材料陶瓷（1）電能計量電路通過采集原邊低壓電流互感器TA2和高壓電壓互感器TV1提供的電流和電壓信號來實現(xiàn)電能的計量。電能計量選用了愛爾斯特(ELSTER)公司生產(chǎn)的智能型電度表，可用于機(jī)車牽引、再生電能的計量,電度表設(shè)有屏顯窗口和切換按鈕，通過按鈕切換，可以進(jìn)入不同的狀態(tài)模式(滾動模式、標(biāo)準(zhǔn)模式、ABL模式)，進(jìn)行信息量的查詢，電度表既可查詢近期每天的電能消耗及能量的反饋，還可查詢當(dāng)時的原邊電壓、電流及功率因數(shù)等。2024/8/2281（2）高壓電氣連鎖保護(hù)電路司乘人員上、下頂蓋時要打開或關(guān)閉機(jī)械室天窗，或者對高壓電器進(jìn)行檢查時需要打開柜門，為了確保安全，設(shè)置了高壓互鎖功能。高壓接地開關(guān)QS10上配有一把藍(lán)色鑰匙和兩把黃色鑰匙，其中藍(lán)色鑰匙可以控制受電弓的升弓氣路，黃色鑰匙可以打開機(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，實現(xiàn)機(jī)車的高壓電氣安全互鎖功能。