1、17200kW7200kW電力機(jī)車牽引變流器簡(jiǎn)介電力機(jī)車牽引變流器簡(jiǎn)介編制：技術(shù)支持部編制：技術(shù)支持部 2009年04月02日2主要內(nèi)容主要內(nèi)容一、一、7200kW7200kW貨運(yùn)電力機(jī)車簡(jiǎn)介貨運(yùn)電力機(jī)車簡(jiǎn)介二、牽引變流器簡(jiǎn)介二、牽引變流器簡(jiǎn)介三、主電路簡(jiǎn)介三、主電路簡(jiǎn)介四、控制電路簡(jiǎn)介四、控制電路簡(jiǎn)介五、冷卻系統(tǒng)簡(jiǎn)介五、冷卻系統(tǒng)簡(jiǎn)介3一、一、7200kW7200kW電力機(jī)車簡(jiǎn)介電力機(jī)車簡(jiǎn)介 7200kW的六軸貨運(yùn)電力機(jī)車以HXD1B大功率八軸9600kW貨運(yùn)電力機(jī)車為技術(shù)基礎(chǔ)； 由株洲電力機(jī)車廠為主機(jī)廠協(xié)同眾多協(xié)作單位研制生產(chǎn)； 時(shí)代電氣提供其主要部件之：主變流器、網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)及輔助變流器等

2、，全部采用國(guó)產(chǎn)化研發(fā)及制造部件。47200kW7200kW電力機(jī)車簡(jiǎn)介電力機(jī)車簡(jiǎn)介軌距1435mm尺寸(22670 x3100 x4040)mm軸式Co-Co軸無(wú)配重23t軸加配重后 25t牽引功率7200kW 電制動(dòng)功率7200kW 機(jī)車最高運(yùn)營(yíng)速度120km/h最高試驗(yàn)速度1322km/h 522.5kV到30kV網(wǎng)壓下，功率為7200kW;22.5kV到19kV，功率從7200kW線性減小到6080kW7200kW7200kW電力機(jī)車簡(jiǎn)介電力機(jī)車簡(jiǎn)介 30kV到31kV功率從7200kW線性減小到0 19kV到17.5kV功率從6080kW線性減小到0機(jī)車功率發(fā)揮曲線圖67200kW72

3、00kW電力機(jī)車簡(jiǎn)介電力機(jī)車簡(jiǎn)介23t軸重時(shí)520kN25t軸重時(shí)570kN機(jī)車最大牽引力：機(jī)車最大牽引力：77200kW7200kW電力機(jī)車簡(jiǎn)介電力機(jī)車簡(jiǎn)介23t軸重時(shí)370kN25t軸重時(shí)400kN速度5km/h-0km/h時(shí)，制動(dòng)力線性下降到零機(jī)車最大制動(dòng)力：機(jī)車最大制動(dòng)力：8二、二、牽引變流器簡(jiǎn)介牽引變流器簡(jiǎn)介 額定輸入電壓：970V/50Hz 額定輸入電流：31390A 中間電壓： DC 1800V 額定輸出電壓： 3AC 1375V 額定輸出電流：3598A 最大輸出電流：3814A 控制電壓： DC 110V 輔助電源： 三相440V/60Hz 外形尺寸： (3100106020

4、00)mm 質(zhì)量： 2500kg9牽引變流器結(jié)構(gòu)正面圖牽引變流器結(jié)構(gòu)正面圖一重四象限整流模塊一重逆變模塊二重四象限整流模塊二重逆變模塊三重四象限整流模塊三重逆變模塊熱交換器DCU控制裝置T1同步變壓器VH1-VH3中間電壓傳感器R1-R3充電電阻KM3-KM1主接觸器K3-K1隔離開關(guān)KM4-KM5充電開關(guān)固定放電電阻10牽引變流器結(jié)構(gòu)背面圖牽引變流器結(jié)構(gòu)背面圖 斬波電阻（RCH1-3）二次諧振回路電容器 （C4-8） 支撐電容（C1-2）風(fēng)機(jī)（FAN1-2）11主電路接口庫(kù)用接口庫(kù)用接口電抗器電抗器三相輸出三相輸出單相輸入單相輸入12三、三、主電路圖主電路圖13主電路簡(jiǎn)介主電路簡(jiǎn)介 每臺(tái)機(jī)車

5、包含兩架牽引變流器，每臺(tái)牽引變流器向一個(gè)轉(zhuǎn)向架的三臺(tái)牽引電機(jī)供電。 變流器主電路采用二電平三重四象限：PWM整流器VVVF逆變器模式，每重四象限整流器和一個(gè)逆變器組成一組供電單元，為一臺(tái)牽引電機(jī)供電，軸控控制方式。 每個(gè)主電路單元有獨(dú)立的充電短接回路和固定放電回路。 三重四象限互相錯(cuò)開一定的相位角度，有利于減小對(duì)電網(wǎng)的諧波污染，降低直流回路的紋波。14主電路簡(jiǎn)介主電路簡(jiǎn)介 三個(gè)主電路單元的直流回路通過(guò)隔離開關(guān)（K1、K2、K3）并在一起，正常工作時(shí)隔離開關(guān)閉合，三個(gè)單元共用中間直流回路和二次諧振回路。當(dāng)其中任意一個(gè)主電路單元故障時(shí)，斷開相應(yīng)的隔離開關(guān)和充電短接開關(guān)，將該故障單元切除，其余兩個(gè)單

6、元正常工作，機(jī)車只損失1/6的動(dòng)力，從而將故障造成的影響降至最低。 變流器具有庫(kù)內(nèi)動(dòng)車功能，通過(guò)R、S端子外接DC600V庫(kù)內(nèi)電源輸入變流器，經(jīng)二極管整流、逆變后輸出三相VVVF電壓驅(qū)動(dòng)牽引電機(jī)。足以驅(qū)動(dòng)機(jī)車以約5km/h的速度運(yùn)行。15主電路簡(jiǎn)介主電路簡(jiǎn)介四象限變流電路 四象限變流器采取瞬態(tài)電流控制策略，使得中間直流環(huán)節(jié)的電壓保持恒定，并使變壓器次邊的功率因數(shù)接近于1。1、 電路構(gòu)成電路構(gòu)成 一個(gè)變流柜由三組相同的四象限變流器組成，每組由1個(gè)充電電阻、1個(gè)充電接觸器、1個(gè)短接接觸器、1個(gè)輸入電流傳感器及1個(gè)四象限變流器構(gòu)成(每個(gè)臂由兩個(gè)IGBT模塊并聯(lián)組成)。2、 工作原理工作原理 在牽引工

7、況下進(jìn)行交-直變換，為中間直流電路提供電能；在再生制動(dòng)工況時(shí)，對(duì)中間直流電路能量進(jìn)行直-交變換，將電能回饋給電網(wǎng)。16主電路簡(jiǎn)介主電路簡(jiǎn)介中間直流電路中間直流電路起能量?jī)?chǔ)存、平衡及濾波的作用1 1、電路構(gòu)成、電路構(gòu)成 中間直流電路由中間電壓支撐電容、二次濾波LC諧振電路、中間電壓傳感器、接地保護(hù)電路組成2 2、工作原理、工作原理 二次濾波電路：由二次濾波電抗器和二次濾波電容器組成。諧振頻率為100Hz，用于濾除四象限PWM整流器輸出的二次諧波電流 接地保護(hù)電路：由跨接在中間電路的兩個(gè)串聯(lián)電阻和一個(gè)接地檢測(cè)電壓傳感器組成。實(shí)施接地故障的檢測(cè)17主電路簡(jiǎn)介主電路簡(jiǎn)介PWM逆變電路PWM逆變電路采用

8、直接轉(zhuǎn)矩控制策略1 1、電路構(gòu)成、電路構(gòu)成 一個(gè)變流柜由三組相同的PWM逆變器組成，每組由過(guò)壓斬波（直流放電）保護(hù)電路、1個(gè)PWM逆變器、2個(gè)輸出電流傳感器構(gòu)成2 2、工作原理、工作原理過(guò)壓斬波（直流放電）保護(hù)電路：由過(guò)壓斬波管及斬波電阻組成。當(dāng)中間直流側(cè)電壓過(guò)高時(shí)，開通斬波電路，將能量通過(guò)電阻以熱能的方式消耗牽引工況下進(jìn)行直-交變換，把中間直流電路能量轉(zhuǎn)換成三相可變交流電供給牽引電機(jī)使用；再生制動(dòng)工況時(shí)把牽引電機(jī)的三相電壓經(jīng)整流實(shí)現(xiàn)交-直變換為中間直流電路提供電能18四、控制原理簡(jiǎn)介四、控制原理簡(jiǎn)介19變流器控制基本原理變流器控制基本原理DCU的控制可分為兩層功能，上層的控制功能主要由SMC

9、通過(guò)對(duì)AMS總線的控制來(lái)實(shí)現(xiàn)，下層由網(wǎng)側(cè)變流器控制器（LCC）、牽引電機(jī)側(cè)變流器控制器（MCC）構(gòu)成進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。DCU控制原理：采用PWM調(diào)制實(shí)現(xiàn)四象限脈沖整流器控制，采用直接轉(zhuǎn)矩控制完成對(duì)異步牽引電動(dòng)機(jī)的精確轉(zhuǎn)矩控制，實(shí)現(xiàn)完全微機(jī)化、數(shù)字化的實(shí)時(shí)控制。DCU具有符合列車通信網(wǎng)絡(luò)（TCN）IEC61375標(biāo)準(zhǔn)的MVB通信接口，對(duì)外與車輛總線相連，與中央控制單元等形成控制與通信系統(tǒng)。DCU內(nèi)部則構(gòu)成并行AMS總線。20傳動(dòng)控制單元傳動(dòng)控制單元DCUDCU 傳動(dòng)控制單元（DCU），采用時(shí)代電氣自主研發(fā)的“異步電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制”軟件和“交流傳動(dòng)模塊化設(shè)計(jì)”硬件。是在消化吸收HXD1電力機(jī)車技術(shù)基

10、礎(chǔ)上加以修改和完善的。 DCU的主要功能是完成對(duì)機(jī)車的牽引/制動(dòng)特性控制、邏輯控制、故障保護(hù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)四象限整流器和牽引逆變器及交流異步牽引電機(jī)的實(shí)時(shí)控制、粘著利用控制，以滿足車輛動(dòng)力性能、故障運(yùn)行、救援能力及實(shí)現(xiàn)預(yù)期的運(yùn)行速度等。特性控制電 機(jī) 包 絡(luò) 線解鎖邏輯短 接 接 觸 器 通 /斷充 電 接 觸 器 通 /斷轉(zhuǎn) 矩 給 定啟 機(jī)司 機(jī) 指 令21傳動(dòng)控制單元傳動(dòng)控制單元DCUDCU DCU通過(guò)MVB網(wǎng)絡(luò)接收司機(jī)指令，將司機(jī)指令轉(zhuǎn)化為機(jī)車的運(yùn)行工況。 DCU具有機(jī)車級(jí)控制和變流器級(jí)控制的功能。 機(jī)車級(jí)的控制功能是根據(jù)司機(jī)指令完成對(duì)機(jī)車牽引/制動(dòng)特性控制和邏輯控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)主電路中接觸器的

11、通斷控制和牽引變流器的啟/停控制，計(jì)算列車所需的牽引/電制動(dòng)力等，如下圖所示。22傳動(dòng)控制單元的車輛級(jí)控制功能框圖傳動(dòng)控制單元的車輛級(jí)控制功能框圖23變變流流器器控控制制級(jí)級(jí)變流器控制級(jí)的核心任務(wù)變流器控制級(jí)的核心任務(wù)對(duì)整流器的實(shí)時(shí)控制穩(wěn)定中間電壓對(duì)逆變器及交流異步牽引電機(jī)的實(shí)時(shí)控制粘著利用控制同時(shí)具備完整的故障保護(hù)功能模塊級(jí)的故障自診斷功能一定程度的故障自排除功能24DCUDCU插件簡(jiǎn)介插件簡(jiǎn)介MCC開關(guān)電源開關(guān)電源SMC網(wǎng)側(cè)信號(hào)網(wǎng)側(cè)信號(hào)電機(jī)信號(hào)電機(jī)信號(hào)通訊接口通訊接口數(shù)字入出數(shù)字入出模擬輸入模擬輸入B脈沖分配脈沖分配模擬輸入模擬輸入ALCC25控制接口控制接口26DCUDCU插件簡(jiǎn)介插件簡(jiǎn)

12、介開關(guān)電源開關(guān)電源 為機(jī)箱提供+5V、15V、 24V，為機(jī)箱內(nèi)各插件、風(fēng)扇層、電流、電壓傳感器、速度傳感器等提供電源數(shù)字入出數(shù)字入出 20路110V數(shù)字量輸入，12路數(shù)字量輸出SMCSMC 完成管理AMS總線，車輛邏輯單元的控制；牽引/制動(dòng)特性控制；故障的記錄及傳遞等功能通信接口通信接口 為DCU提供MVB通信接口，對(duì)內(nèi)通過(guò)雙口RAM連接AMS總線，對(duì)外連接車輛MVB總線27DCUDCU插件簡(jiǎn)介插件簡(jiǎn)介 MCC(MCC(電機(jī)控制電機(jī)控制) ) MCC采用直接轉(zhuǎn)矩控制，對(duì)電機(jī)電流等采用瞬時(shí)值控制，通過(guò)高速A/D采集控制所需的直流電壓、逆變電流等信號(hào)，產(chǎn)生逆變控制PWM信號(hào) 電機(jī)信號(hào)電機(jī)信號(hào) 電

13、機(jī)側(cè)控制的外圍板，對(duì)速度信號(hào)進(jìn)行濾波處理、二選一；并具有三重牽引逆變器輸出過(guò)流保護(hù)、中間直流電壓過(guò)壓保護(hù)、斬波過(guò)流保護(hù)、接地保護(hù)；同時(shí)采集三個(gè)逆變器的IGBT元件工作狀態(tài)并把故障信息送給SMC板處理28DCUDCU插件簡(jiǎn)介插件簡(jiǎn)介 LCC(LCC(網(wǎng)側(cè)控制網(wǎng)側(cè)控制) ) 硬件與電機(jī)控制插件相同，對(duì)三重四象限脈沖流整器的實(shí)控時(shí)制，完成同步信號(hào)的鎖相環(huán)處理 網(wǎng)側(cè)信號(hào)網(wǎng)側(cè)信號(hào) 網(wǎng)側(cè)控制的外圍板，對(duì)網(wǎng)壓同步信號(hào)、輸入電流信號(hào)、主電路接地保護(hù)信號(hào)、中間直流電壓；對(duì)原邊電流，同時(shí)采集四象限變流器IGBT元件工作狀態(tài)并把故障信息送給SMC板處理29DCUDCU插件簡(jiǎn)介插件簡(jiǎn)介 模擬輸入模擬輸入A A、B B

14、 每塊插件有18路模擬量處理通道,對(duì)逆變器輸出電流；或斬波支路電流，直流電壓、主回路接地檢測(cè)電壓Ud3；變壓器原邊電流、4QS輸入電流；電機(jī)溫度、水溫、水壓等信號(hào)采集 脈沖分配脈沖分配 將MCC發(fā)出的PWM信號(hào)由5V轉(zhuǎn)換到24V輸出，接收模塊脈沖分配來(lái)的元件狀態(tài)、故障保護(hù)的24V信號(hào)，轉(zhuǎn)換成5V信號(hào)，送電機(jī)信號(hào)插件保護(hù)30保護(hù)要求保護(hù)要求 要求能夠?qū)υ呺娏鳌⑺南笙掭斎腚娏鳌⒃吔拥亍⒅虚g電壓過(guò)壓、中間回路接地、逆變電流過(guò)流進(jìn)行硬件級(jí)保護(hù)，以確保嚴(yán)重故障的保護(hù)快速、有效； 要求能夠?qū)佑|器故障、模塊過(guò)熱、電機(jī)超溫、原邊電壓過(guò)欠壓、變流器冷卻水溫、變壓器冷卻油溫進(jìn)行軟件級(jí)保護(hù)，以保證整體電氣系統(tǒng)工作在穩(wěn)定可靠的環(huán)境中。31五、五、冷卻系統(tǒng)組成冷卻系統(tǒng)組成壓力傳感器溫度傳感器熱交換器模塊冷卻32牽引變流器水流圖牽引變流器水流圖33冷卻系統(tǒng)簡(jiǎn)介冷卻系