1編制：技術(shù)支持部2009年04月02日7200kW電力機(jī)車輔助變流器2一、輔助變流器簡介二、主電路工作原理說明三、輔助變流器對外接口四、控制電路構(gòu)成及單板功能五、動作條件六、安全規(guī)范及故障分析主要內(nèi)容3一、輔助變流器簡介電力機(jī)車輔助系統(tǒng)是電力機(jī)車的重要組成部分，主要包括輔助電源、輔助電機(jī)以及相應(yīng)的控制電路等部分。它的主要功能是保證電力機(jī)車主電路發(fā)揮其功率，確保機(jī)車正常運行。7200kW電力機(jī)車輔助系統(tǒng)工作在冗余模式,每臺配置兩臺輔助變流器（一臺為CVCF，一臺為VVVF），每臺輔助變流器由單獨的輔助繞組供電。主要負(fù)載：輔助變流器向通風(fēng)機(jī)組、空氣壓縮機(jī)組、空調(diào)、加熱器、蓄電池充電器、油泵、水泵等輔助設(shè)備。4型號TGF54額定輸入電壓AC470V（329V～582.8V）額定輸入頻率50Hz中間電壓DC850V效率≥94%控制電壓DC110V（77V～137.5V）外形尺寸1200×886×2000mm質(zhì)量1500kg輸出電壓諧波含量≤10%CVCFVVVF輸出電壓三相440V三相40～440V輸出頻率60Hz10Hz～60Hz額定容量248kVA248kVA額定輸出電流326A326A技術(shù)參數(shù)5電氣原理圖6三相負(fù)載7逆變模塊控制箱風(fēng)扇控制接口風(fēng)機(jī)自動開關(guān)輸出電壓傳感器風(fēng)機(jī)整流模塊控制箱中間電壓傳感器快熔輸入電流傳感器主接觸器充電接觸器KM1充電電阻濾波電容整柜布局（一）8風(fēng)道濾網(wǎng)輸出濾波電感輸入電抗器整柜布局（二）返回9二、主電路工作原理7200kW電力機(jī)車輔助變流器由輔助變壓器提供AC470V經(jīng)四象限進(jìn)行整流到DC850V，通過中間支撐環(huán)節(jié)后進(jìn)行逆變成三相AC440V電壓。為減小PWM波對輔助電機(jī)的不利影響，在逆變器的輸出端加輸出電壓濾波器。

主電路包含：輸入電路；整流電路；中間直流環(huán)節(jié)；逆變電路；濾波電路。10（一）輸入電路1、輸入隔離3、輸入電流監(jiān)測2、輸入電壓的監(jiān)視4、短路或過流保護(hù)111、儲能電感L2、四象限變流器模塊UR1。

包括模塊UR1采用兩電平單相橋式電壓型變流電路，功率開關(guān)器件為IGBT

，其作用：1)電網(wǎng)電壓在一個范圍內(nèi)波動時，使中間回路的直流電壓保持恒定，確保電機(jī)側(cè)逆變器的正常工作；2)同時在電網(wǎng)側(cè)要獲得一個近似正弦波的電流，減少對周圍環(huán)境的電磁干擾，在牽引工況和再生制動工況下，使供電接觸網(wǎng)或牽引變壓器一次側(cè)的功率因數(shù)可接近1。（二）整流電路12電抗器13整流模塊逆變模塊14作用：1、保持恒定的直流電壓。2、電容上并聯(lián)均壓電阻R5～R10,

使每組電容上的電壓基本相等，使用電壓傳感器SV2對中間電壓進(jìn)行監(jiān)視。3、電容兩端并聯(lián)接地保護(hù)裝置，通過對電容電壓的檢測比較實現(xiàn)接地保護(hù)功能。（三）中間直流環(huán)節(jié)母排整流器、逆變器模塊大容量電容組裝

C1、C215中間直流電容組件16（四）逆變電路

主要是逆變器模塊UA1，它采用兩電平三相橋式電壓型逆變路，功率開關(guān)器件為IGBT。作用：轉(zhuǎn)換為PWM波恒定直流電壓三相交流電壓17IGBT逆變器控制框圖18

IGBT門極驅(qū)動板(GDU)分為整流器門極驅(qū)動板和逆變器門極驅(qū)動板，IGBT整流器門極驅(qū)動板與IGBT逆變器門極驅(qū)動板原理相同，整流器門極驅(qū)動板是兩相，逆變器門極驅(qū)動板是三相，整流器門極驅(qū)動板與逆變器門極驅(qū)動板相比，少了一路逆變相。

IGBT門極驅(qū)動板(GDU)原理19電源模塊整流模塊、逆變模塊使用輸入：DC110V;輸出：DC15V;功率：50W;TE003－42200020整流模塊驅(qū)動板21逆變模塊驅(qū)動板22門極附板23主要包括：濾波電感、濾波電容

將PWM波三相交流電壓濾成列車負(fù)載所需的三相正弦波形電壓，以保證輸出電壓的諧波含量滿足技術(shù)要求。濾波電感（FLT1）濾波電容（五）濾波電路返回24接電抗器AC輸入-1庫用電源AC輸入-2三相輸出接電抗器庫用電源控制線接口MVB通迅接口三、輔助變流器對外接口返回25DIOPOWERAIO4QSWRCPUMVB四、控制電路構(gòu)成及功能（1）控制插件布置26（2）控制原理圖27（3）控制電路功能程序邏輯控制和脈沖控制?？刂齐娐肪哂凶栽\斷及故障數(shù)據(jù)記錄功能，故障數(shù)據(jù)可通過RS232接口下載。采用DSP微機(jī)數(shù)字控制，采用PI電壓調(diào)節(jié)。具有與MVB總線網(wǎng)絡(luò)通信的功能，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)控制與監(jiān)視，并能在司機(jī)室顯示屏上顯示電源系統(tǒng)的狀態(tài)及故障情況。28（4）主要器件連接29數(shù)字量輸出環(huán)節(jié)：數(shù)字入出板共包含10路數(shù)字輸入/輸出通道。光電隔離轉(zhuǎn)換數(shù)字量輸入環(huán)節(jié)：（如：系統(tǒng)工作指令、復(fù)位指令、接觸器閉合反饋信號）系統(tǒng)管理單元能夠識別的隔離轉(zhuǎn)換（一）數(shù)字入出板（DIO）

110V的指令信號

高、低電平信號

高、低電平信號

110V信號向外提供系統(tǒng)的狀態(tài)30數(shù)字入出燈孔定義燈位亮燈含義●

1A黃燈變壓器電抗器風(fēng)機(jī)有反饋信號●

2A黃燈逆變器風(fēng)機(jī)有反饋信號●

3A黃燈逆變器中已經(jīng)收到K1反饋信號●

3B黃燈控制系統(tǒng)已發(fā)出了K1的閉合信號●

4A黃燈逆變器中已經(jīng)收到K2反饋信號●

4B黃燈控制系統(tǒng)已發(fā)出了K2的閉合信號●

6A黃燈機(jī)車主斷路器已閉合●

6B黃燈逆變器系統(tǒng)正常3111B常亮（綠色）正常工作37B常亮（紅色）中斷保護(hù)狀態(tài)，不工作。

開關(guān)電源板是一種具有原次邊隔離的多重開關(guān)電源，采用DC/DC變換。

DC輸入：110V

DC輸出：＋5V、±15V、±24V

為SIV控制單元提供控制電源，為IGBT變流模塊提供電源，為SIV柜體內(nèi)各種插件、傳感器提供電源。（二）開關(guān)電源板（POWER）32電源分配33輸出電壓保護(hù)參數(shù)額定電流脈動量＋5V欠壓：4.7V±2%過壓：5.3V±2%2.5A50mv＋15V欠壓：13.5V±2%過壓：16.5V±2%3A50mv-15V欠壓：13.5V±2%過壓：16.5V±2%1.5A50mv±24V欠壓：21.6V±4%過壓：27.2V±4%0.5A200mv開關(guān)電源保護(hù)參數(shù)34

主要有輸入電壓和電流信號，直流回路電壓信號，SIV輸出電壓電流信號和溫度信號等，并且在AIO面板上提供插孔來檢測經(jīng)過處理的模擬信號。特定比例變換4QS板WR板CPU板AD通道參與保護(hù)和控制(三)模擬入出板(AIO)傳感器、互感器送來的模擬信號控制系統(tǒng)能采用的低電壓信號3516A復(fù)位開關(guān)：按下此開關(guān)后，整個系統(tǒng)的工作狀態(tài)都重新設(shè)置，系統(tǒng)重新開始工作。（SIV有AC470輸入電壓時，不要按下此按鈕）●16B紅燈：此燈亮表示控制系統(tǒng)正處于復(fù)位狀態(tài)S1開關(guān)：啟動開關(guān)。當(dāng)輔助電源逆變器柜有輸入電壓且無故障時，S1打在實驗位，逆變器柜正常啟動S2開關(guān)：預(yù)留開關(guān)(SIV運行時打在“正常“位置，朝向向下)S3開關(guān)：預(yù)留開關(guān)(SIV運行時打在“正?！拔恢?，朝向向下)模擬入出面板說明36孔位檢測信號換算比例8A輸出電壓UuAC1V：AC100V8B輸出電壓UvAC1V：AC100V9A輸出電壓UwAC1V：AC100V11A輸出電流IuAC1V：AC100V11B輸出電流IsAC1V：AC80A12A輸出電流ItAC1V：AC80A14A中間電壓的一半值DC5V：DC375V14B中間電壓的值DC5V：DC750V15A輸出電壓有效值DC5.4V：AC400V模擬入出燈孔定義37主要功能：

實現(xiàn)SIV網(wǎng)側(cè)四象限變流器的瞬時電流控制；它可以控制整流器輸出側(cè)直流電壓恒定為850V，且同時實現(xiàn)輸入電流正弦化、功率因數(shù)近似為1的優(yōu)良性能；對電網(wǎng)電壓信號進(jìn)行濾波，整流，放大等處理，以形成網(wǎng)壓瞬時值、有效值、網(wǎng)壓同步信號；對四象限輸入電流信號進(jìn)行濾波，整流，放大等處理，以形成電流瞬時值、有效值、電流同步信號、過流信號；對中間直流電壓進(jìn)行低通濾波，放大等處理以形成直流電壓值、過壓信號；當(dāng)四象限整流器部分出現(xiàn)IGBT組件故障時進(jìn)行組件故障保護(hù)。（四）四象限板(4QS)38四象限板亮孔定義C6711指示燈F2812指示燈紅位亮燈定義●26A紅燈網(wǎng)側(cè)電流峰值過流●26B紅燈中間電壓過壓●27A紅燈同步信號正?！?7B紅燈整流器模塊故障●28A紅燈逆變器模塊故障●28B紅燈模塊報網(wǎng)側(cè)電流峰值過流●29A紅燈脈沖使能正常則亮39主要功能：應(yīng)用空間矢量脈寬調(diào)制技術(shù)向逆變器模塊提供DC-AC變換調(diào)制脈沖，并通過輸出端電壓傳感器采樣實現(xiàn)對輸出電壓的閉環(huán)控制，使輸出電壓優(yōu)越穩(wěn)定。同時完成逆變器模塊故障，輸出過流，輸出三相不平衡保護(hù)功能等保護(hù)功能。（五）逆變器控制板（WR）40燈位亮燈定義●26A紅燈逆變器故障（表示正在往CPU板送逆變器故障）●26B紅燈燈亮表示逆變器直流過壓●

27A紅燈燈亮表示逆變器模塊過載●

27B紅燈燈亮表示逆變器模塊故障●28A紅燈燈亮表示逆變器輸出三相不平衡●

28B黃燈燈亮表示逆變器門極釋放，逆變器開始工作●29B黃燈閃爍表示程序運行指示燈●30A綠燈逆變器R相脈沖指示燈●30B綠燈逆變器S相脈沖指示燈●31A綠燈逆變器T相脈沖指示燈逆變控制板燈孔定義41CPU板主要功能：

實現(xiàn)SIV系統(tǒng)運行的邏輯動作控制功能，系統(tǒng)故障診斷、保護(hù)及記錄功能，通過LED可以顯示系統(tǒng)輸入、輸出電壓、電流等模擬量和故障診斷代碼，具有RS232接口，可以通過配套的故障分析軟件下載故障信息。

（六）CPU板(CPU)42燈位亮燈定義●1A紅燈燈亮表示控制系統(tǒng)正處于復(fù)位狀態(tài)●2A紅燈燈亮表示逆變器部分出現(xiàn)故障●2B紅燈燈亮表示整流器部分出現(xiàn)故障●3A紅燈燈亮表示主回路部分出現(xiàn)故障●3B紅燈燈亮表示網(wǎng)壓不在正常范圍內(nèi)●4A黃燈燈亮表示控制系統(tǒng)發(fā)出整流器工作信號●4B黃燈燈亮表示控制系統(tǒng)發(fā)出逆變器工作信號●5A黃燈燈亮表示有網(wǎng)壓●

5B黃燈燈周期性閃爍表示CPU板工作正常CPU板(CPU)燈孔定義43

7200kW機(jī)車輔助變流器具備MVB接口，通過MVB總線與CCU交換信息，并可以通過總線進(jìn)行控制。MVB接口（七）通訊接口板（MVB）返回44（一）啟動條件

滿足以下全部條件時，輔助電源則正常啟動：五、動作條件及步驟啟動指令有DC110V控制電源接收到網(wǎng)絡(luò)的啟動命令或者無網(wǎng)絡(luò)通訊時模擬入出板S1開關(guān)打在實驗狀態(tài)（開關(guān)朝上）正常啟動輔助電源無故障主斷閉合,輸入電壓滿足要求45(二)啟動步驟接入后斷開加上控制電壓充電接觸器K2R1R2中間電容短接接觸器K1（系統(tǒng)初始化）K2斷開1S后整流器脈沖門極釋放逆變器脈沖門極釋放46正常停機(jī)動作（一）、正常停機(jī)條件

出現(xiàn)一下任意一個條件，輔助電源則停機(jī):主斷斷開或者無輸入電壓；收到網(wǎng)絡(luò)發(fā)送的停機(jī)指令或者無網(wǎng)絡(luò)時模擬入出插件S1開關(guān)打在正常狀態(tài)（開關(guān)朝下）（二）、正常停機(jī)步驟停止整流器門極釋放；停止逆變器門極釋放，斷K1。47故障動作輕故障輔助變流器停止工作后，自動重啟動。輕故障發(fā)生后60秒時間內(nèi)，監(jiān)視是否有連續(xù)輕微故障發(fā)生。若未發(fā)生，則中止監(jiān)視，繼續(xù)正常工作。輕微故障動作:

斷開K1,K2，停止整流器門極釋放及逆變器門極釋放。輕故障消失后，重新啟動SIV，并開始60S故障監(jiān)視,若60S內(nèi)無連續(xù)故障發(fā)生，中止監(jiān)視，繼續(xù)正常工作，否則視為重大故障。重故障輔助變流器停止工作，不自動重啟動；由司機(jī)室SIV控制電源復(fù)位重啟動。重大故障動作:

斷開K1,K2，停止整流器門極釋放及逆變器門極釋放。只有對控制電源復(fù)位才重新啟動。返回48六、安全規(guī)范在進(jìn)行作業(yè)之前，必須按照下述原則采取安全措施：1、斷開高壓輸入電源。2、可靠防止在作業(yè)過程中再次接入高壓輸入電源。3、中間直流電容器放電到DC36V以下需要10分鐘。在確定無中間電壓后，方可從事作業(yè)。4、用高電壓檢測儀器確認(rèn)中間直流電容放電