动车组牵引变流器工作原理

摘 要

动车组牵引变流器作为牵引传动系统的关键部件，其性能质量直接关系到动率缎的安全正点运行。在动车组运用检修时。必须对牵引变流器发生的故障进行全面的故障分析，记录故障现象，找到排除方法，深入分析原因，制订预防措施，从而减少动车组牵引变流器故障率，提高故障判断处理效率，最终达到提高动车组运用质量的目的。

关键词：动车组；牵引变流器；故障分析；运用质量

I

目录

摘要 ....................................................................................................I 第2章动车组概况 ............................................................................... 3

2.1动车组的发展 ......................................................................... 3 2.2动车组故障分析 ....................................................

牵引变流器变流器工作原理

1，概述

交流异步电动机的同步转速与电源频率的关系:

⑴

变频调速就是利用电动机的同步转速随电机电源频率变化的特性，通过改变电动机的供电频率进行调速的方法。利用半导体功率开关器件如IGBT等变频装置构成变频电源对异步电动机进行调速。

同步转速随电源频率线性地变化，改变频率时的机械特性是一组平行的曲线，类似于直流电机电枢调压调速特性。因此，从性能上来讲，变频调速是交流电机最理想的调速方法。

异步电机电压U1与磁通Φ的关系：

⑵

有⑵式知，若

不变，

与

成反比，如果

下降，则

增加，使磁路过饱

和，励磁电流迅速上升，导致铁损增加，电机发热及效率下降，功率因数降低。如果调节

上升，则

减小，电磁转矩也就跟着减小，电机负载能力下降。由此可见，在

，即给电机提供变压变频电源，才可以获得较

的同时，还要协调地控制

好的调速性能。

由变压变频装置给笼型异步电机供电所组成的调速系统叫做变压变频调速系统，它可以分为转速开环恒压频比控制、转速闭环转差频率控制系统，可以满足一般要求的交流调速系统。若调速系统对

牵引变流器变流器工作原理

1，概述

交流异步电动机的同步转速与电源频率的关系:

⑴

变频调速就是利用电动机的同步转速随电机电源频率变化的特性，通过改变电动机的供电频率进行调速的方法。利用半导体功率开关器件如IGBT等变频装置构成变频电源对异步电动机进行调速。

同步转速随电源频率线性地变化，改变频率时的机械特性是一组平行的曲线，类似于直流电机电枢调压调速特性。因此，从性能上来讲，变频调速是交流电机最理想的调速方法。

异步电机电压U1与磁通Φ的关系：

⑵

有⑵式知，若

不变，

与

成反比，如果

下降，则

增加，使磁路过饱

和，励磁电流迅速上升，导致铁损增加，电机发热及效率下降，功率因数降低。如果调节

上升，则

减小，电磁转矩也就跟着减小，电机负载能力下降。由此可见，在

，即给电机提供变压变频电源，才可以获得较

的同时，还要协调地控制

好的调速性能。

由变压变频装置给笼型异步电机供电所组成的调速系统叫做变压变频调速系统，它可以分为转速开环恒压频比控制、转速闭环转差频率控制系统，可以满足一般要求的交流调速系统。若调速系统对

4 CRH3型动车组变流器系统分析

CRH3型动车组牵引变流器结构紧凑，牵引变流器设计成车下牵引箱，易于运用和检修的模块化结构。牵引变流器输入侧为四象限脉冲整流器(4QC)，2个4QC并联为一个共同的直流环节供电，中间电容区部分存储能量，输出平滑的直流电压。输出端为一个PWM逆变器，将直流环节电压转换成牵引系统所要求的变压变频三相电源驱动4个并联的异步牵引电机。列车工作在牵引状态时作为逆变器，将直流电转变成电压频率变化的三相交流电供给牵引电动机；列车处于再生制动时牵引电动机作为发电机运行，牵引逆变器工作于整流状态，将三相交流电转变成直流电，再由四相限整流器回馈电网。

4.1 牵引变流器主电路结构

CRH3型动车组牵引变流器采用电压型

2电平式电路，由脉冲整流器、中间

直流电路、逆变器构成。变压器牵引绕组AC1550V、50Hz交流电输入脉冲整流器。2电平PWM变频脉冲整流器采用IGBT元件，实现输出直流电压2600V～3000V定压控制、牵引变压器原边电压、电流、功率因数的控制，以及无接点控制装置保护。再生制动时，脉冲整流器接收滤波电容器输出的直流3000V电压，向牵引变压器供应AC1500V、50Hz交流电并返回电网。滤波电容器直流电

4 CRH3型动车组变流器系统分析

CRH3型动车组牵引变流器结构紧凑，牵引变流器设计成车下牵引箱，易于运用和检修的模块化结构。牵引变流器输入侧为四象限脉冲整流器(4QC)，2个4QC并联为一个共同的直流环节供电，中间电容区部分存储能量，输出平滑的直流电压。输出端为一个PWM逆变器，将直流环节电压转换成牵引系统所要求的变压变频三相电源驱动4个并联的异步牵引电机。列车工作在牵引状态时作为逆变器，将直流电转变成电压频率变化的三相交流电供给牵引电动机；列车处于再生制动时牵引电动机作为发电机运行，牵引逆变器工作于整流状态，将三相交流电转变成直流电，再由四相限整流器回馈电网。

4.1 牵引变流器主电路结构

CRH3型动车组牵引变流器采用电压型

2电平式电路，由脉冲整流器、中间

直流电路、逆变器构成。变压器牵引绕组AC1550V、50Hz交流电输入脉冲整流器。2电平PWM变频脉冲整流器采用IGBT元件，实现输出直流电压2600V～3000V定压控制、牵引变压器原边电压、电流、功率因数的控制，以及无接点控制装置保护。再生制动时，脉冲整流器接收滤波电容器输出的直流3000V电压，向牵引变压器供应AC1500V、50Hz交流电并返回电网。滤波电容器直流电

第四章 牵引传动系统

第一节 动车组牵引传动方式

CRH2C型动车组采用交流传动系统，动车组由受电弓从接触网获得AC25kV/50Hz电源，通过牵引变压器、牵引变流器向牵引电机提供电压频率均可调节的三相交流电源（如图4-1所示）。

图4-1 牵引传动系统简图

一、牵引工况：受电弓将接触网AC25kV单相工频交流电，经过相关的高压电气设备传输给牵引变压器，牵引变压器降压输出1500V单相交流电供给牵引变流器，脉冲整流器将单相交流电变换成直流电，经中间直流电路将DC2600~3000V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源（电压：0~2300V；频率：0～220Hz）驱动牵引电机，牵引电机的转矩和转速通过齿轮变速箱传递给轮对驱动列车运行（如图4-2所示）。

图4-2 牵引工况传动简图

二、再生制动：一方面，通过控制牵引逆变器使牵引电机处于发电状态，牵引逆变器工作于整流状态，牵引电机发出的三相交流电被整定为直流电并对中间直流环节进行充电，使中间直流环节电压上升；另一方面，脉冲整流器工作于逆变状态，中间直流回路直流电源被逆变为单相交流电，该交流电通过真空断路器、受电弓等高压设备反馈给接触网，从而实现能量再生（如图4-

2 CRH3型动车组牵引与控制特性分析

2.1 CRH3动车组牵引系统组成部分

在CRH3动车组上装有四个完全相同且互相独立的动力单元。每一个动力单元有一个牵引变流器和一个控制单元，四个并联的牵引电动机以及一个制动电阻器单元。牵引零部件辅助设备所需的3相 AC 440V60Hz 电流由动车组的辅助变流器单元提供。每个基本的动力单元主要包含以下关键器件：

1. 主变压器。主变压器设计成单制式的变压器，额定电压为单相AC 25kV 50Hz。变压器被布置在动车组没有驱动的变压器车车底，并且每一个变压器的附近都布置有一套冷却系统。主变压器箱体是由钢板焊接的，主变压器箱安装在车下，主变压器采用强迫导向油循环风冷方式。主变压器的次级绕组为牵引变流器提供电能。它使用一个电气差动保护、冷却液流量计和电子温度计对主变压器进行监控和保护。

2. 牵引变流器。牵引变流器采用结构紧凑，易于运用和检修的模块化结构。在运用现场通过更换模块可方便更换和维修。牵引变流器由多重四象限变流器、直流电压中间环节和逆变器组成，牵引变流器的模块具有互换性。

3. 牵引电机。动车组总共由16个牵引电机驱动，位于动力转向架上。牵引电机按高速列车的特殊要求而设计。具有坚固的结构，优化重

2 CRH3型动车组牵引与控制特性分析

2.1 CRH3动车组牵引系统组成部分

在CRH3动车组上装有四个完全相同且互相独立的动力单元。每一个动力单元有一个牵引变流器和一个控制单元，四个并联的牵引电动机以及一个制动电阻器单元。牵引零部件辅助设备所需的3相 AC 440V60Hz 电流由动车组的辅助变流器单元提供。每个基本的动力单元主要包含以下关键器件：

1. 主变压器。主变压器设计成单制式的变压器，额定电压为单相AC 25kV 50Hz。变压器被布置在动车组没有驱动的变压器车车底，并且每一个变压器的附近都布置有一套冷却系统。主变压器箱体是由钢板焊接的，主变压器箱安装在车下，主变压器采用强迫导向油循环风冷方式。主变压器的次级绕组为牵引变流器提供电能。它使用一个电气差动保护、冷却液流量计和电子温度计对主变压器进行监控和保护。

2. 牵引变流器。牵引变流器采用结构紧凑，易于运用和检修的模块化结构。在运用现场通过更换模块可方便更换和维修。牵引变流器由多重四象限变流器、直流电压中间环节和逆变器组成，牵引变流器的模块具有互换性。

3. 牵引电机。动车组总共由16个牵引电机驱动，位于动力转向架上。牵引电机按高速列车的特殊要求而设计。具有坚固的结构，优化重

2 CRH3型动车组牵引与控制特性分析

2.1 CRH3动车组牵引系统组成部分

在CRH3动车组上装有四个完全相同且互相独立的动力单元。每一个动力单元有一个牵引变流器和一个控制单元，四个并联的牵引电动机以及一个制动电阻器单元。牵引零部件辅助设备所需的3相 AC 440V60Hz 电流由动车组的辅助变流器单元提供。每个基本的动力单元主要包含以下关键器件：

1. 主变压器。主变压器设计成单制式的变压器，额定电压为单相AC 25kV 50Hz。变压器被布置在动车组没有驱动的变压器车车底，并且每一个变压器的附近都布置有一套冷却系统。主变压器箱体是由钢板焊接的，主变压器箱安装在车下，主变压器采用强迫导向油循环风冷方式。主变压器的次级绕组为牵引变流器提供电能。它使用一个电气差动保护、冷却液流量计和电子温度计对主变压器进行监控和保护。

2. 牵引变流器。牵引变流器采用结构紧凑，易于运用和检修的模块化结构。在运用现场通过更换模块可方便更换和维修。牵引变流器由多重四象限变流器、直流电压中间环节和逆变器组成，牵引变流器的模块具有互换性。

3. 牵引电机。动车组总共由16个牵引电机驱动，位于动力转向架上。牵引电机按高速列车的特殊要求而设计。具有坚固的结构，优化重

2 CRH3型动车组牵引与控制特性分析

2.1 CRH3动车组牵引系统组成部分

在CRH3动车组上装有四个完全相同且互相独立的动力单元。每一个动力单元有一个牵引变流器和一个控制单元，四个并联的牵引电动机以及一个制动电阻器单元。牵引零部件辅助设备所需的3相 AC 440V60Hz 电流由动车组的辅助变流器单元提供。每个基本的动力单元主要包含以下关键器件：

1. 主变压器。主变压器设计成单制式的变压器，额定电压为单相AC 25kV 50Hz。变压器被布置在动车组没有驱动的变压器车车底，并且每一个变压器的附近都布置有一套冷却系统。主变压器箱体是由钢板焊接的，主变压器箱安装在车下，主变压器采用强迫导向油循环风冷方式。主变压器的次级绕组为牵引变流器提供电能。它使用一个电气差动保护、冷却液流量计和电子温度计对主变压器进行监控和保护。

2. 牵引变流器。牵引变流器采用结构紧凑，易于运用和检修的模块化结构。在运用现场通过更换模块可方便更换和维修。牵引变流器由多重四象限变流器、直流电压中间环节和逆变器组成，牵引变流器的模块具有互换性。

3. 牵引电机。动车组总共由16个牵引电机驱动，位于动力转向架上。牵引电机按高速列车的特殊要求而设计。具有坚固的结构，优化重