PE电力电子HXD1机车集成式驱动和辅助供电系统寇树仁(太原铁路局湖东电力机务段，山西大同037000)摘要HXo1机车为8轴交直交传动大功率重载机车，该车集中了西门子公司先进的机车制造技术，与以往的机车相比，其辅助供电系统和主电路系统更是集成在一体，优化了机车的设计制造。本文重点分析了HX1机车幸引变流柜的机械结构、各部件的功能及工作方式，以期让变频器制造商更为深入地了解这款机车的牵引变流器。关键词：电力机车；牵引变流器；辅助电源；IGBTIntegrated Traction and Auxiliary Power Supply System in HXDIElectric LocomotiveKou ShurenHudong Electric Locomotive Depot.,Datong.Shanxi 037000)Abstract This paper introduces the integrated traction and auxiliary power supply system inHXD1 8-axle electric locomotive,which contains Siemenz modern locomotive manufacturingtechnologies.It analyses the mechanical structures and the functions of each pars of traction converter.Itcan help inverter manufactures in China to make further research on HXD1 traction converter.Key words:electric locomotive;traction converter;auxiliary source;IGBT1引言2牵引变流器机械结构2004年底2005年初，中国铁路为进一步提高大HXD1机车牵引变流器通过外部主变压器与单秦运煤专线的运能，同时也为促进铁路装备技术的相25kV/50Hz交流接触网相连。网侧隔离开关控制现代化，同株洲电力机车有限公可一两门子联合体变乐器次边绕组与牵引变流器的连接。直流支撑何签订了180台(360节)采用欧洲技术的8轴大功率交路通过一个预允电单元（处于闭合状态）和两个并流传动电力机车一HXo1型电力机车，HXo型交流传联的四象限整流器模块（每个模块代表一个半桥）动电力机车是中国南车集团株洲电力机车有限公司供电。直流支撑回路内中包含有直流支撑电容、谐和西子公司合作开发的承载机车。每台HX01型机振回路、接地检测单元和保护模块。通过脉宽调制车由两节车组成，它的网侧电路通过高压连接器逆变器，直流支撑电压中的电能转换为变频变压的相连，既可固定重联运用，也可解编后各自独立运三相电，以提供给三相异步牵引电动机。图」为牵引用，同时具有外重联功能。其主传动系统采用交一变流器的外观图。直一交方式。结构上多种冗余设计措施的综合应用，使得机车在主传动部件发生严重故障时能保留34的牵引（电制动），发生重大故障时能保持一半牵引（电制动力）。智能化的保护措施能为机车提供完善的保护。本文将重点分析HX,1机车的主牵引变流器的图1HXo1机车牵引变流器外观机械及电气结构，以期让我闲的变频器制造商更为图2为变流器柜的止视图，从中可以看出最重要深入的了解这款机车的牵引变流器。2008年第7期电气技29PE电力电子部件的机械布置，牵引变流器作为一台完整的组装设32辅助电路备交货。一个柜体包含两个相互独立的变流器。牵引HX,1机车的辅助逆变器集成在牵引逆变器中，变流器的设计是安装在机械间内，基于这一原因，该同牵引回路共用电牵引绕组、四象限斩波器、中间直设备没有操作者控制和显示元件。牵引控制单元流电压环节以及其他装置，使整车的部件数量得以减(TCU)位于牵引变流器柜内部，中央控制单元(CCU少，从而降低整个系统的故障率，采用PWM控制。是安装在机械间内。原则上操作性和指示器元件必须每节HX,1机车的牵引逆变器中包含了两个辅靠近驾驶员布置，因此，其操作性和指示器元件设置助逆变器，每个逆变器通过1个变压器和滤波电容对在司机室内。输出电乐进行调压和滤波后，提供近似正弦波的三相交流电源。正常情况下，一个逆变器输出为变频变压方式(80440V,10~60Hz),根据实际需要给有变速要求的帝引电机风机和冷却塔风机供电：另一个恒频恒压输出3AC440V,60Hz给剩余的辅助设备，如水泵、变压器油泉、空调及主压缩机、蓄电池充电机、加热器等车载三相和单相230V,60Hz负载供电。辅助逆变器的输出如图4所示。图2HX,1牵引变流器柜正视图3牵引变流器电气结构3.1主电路每节机车有一套完整的电传动系统，该系统由一7台拥有1个原边绕组、4个牵引绕组和2个2次谐振电抗器的主变压器，通过4个四象限斩波器(4QC)向两个独立的中间直流电压环节充电。每台转向架上的2台三相异步电动机作为一组负载，由连接在中间直流环节中的一个脉宽调制逆变器供电。因为两路中问直流环图4机车辅助系统结构示意图节相互独立，所以整台机车牵引力有75%的冗余，从三相交流辅助供电采用了冗余设计，一旦一个而提高了机车的可利用率。中间直流环节还连接有谐辅助逆变器出现故障，另一个将承担所有负载。此波吸收电路、过压保护电路和接地检测电路。机车采时所有辅助设备都以恒频恒压方式工作。负载的重用再生制动。再生制动时机能量反馈问电网，达到组将自动进行，并通过显示器通知司机。节能的效果。四象限斩波器和脉宽调制逆变器采用水4牵引变流器主要部件冷GBT模块。HXo牵引变流器主、辅路示意图见图3。4.1断路器和预充电单元在变卡器每个次边绕组和四象限整流器单相输入之间，都使用了-个斯断路器（图5）。断路器用于控制牵引变流器与主变压器的通断。例如，如果牵引变流器出现故障，就可以通过分断断路器将故障牵引变流器隔离，而与变压器相连的其他工作部件(如其他牵引变流器)就不会受到影响。只有在无电流的状态下，该输入断路器才可以断开。当主断PE电力电子经供电接触网频率分配的IGBT开关顿率决定每个周期的脉冲数量，脉冲频率越高，电流值能越精确地追踪参考电流值。4.3直流支撑电容直流攴撑电容作为能量存储单元，其作用是对图5输入电路（用于一个四象限整流器）直流支撑问路的电米进行滤波和缓冲。因为在短时预充电单元以并联方式连接到输入断路器。预间内能量的输入和能茧的输出不对等，因而必须在充电单元由一个预充电接触器和一个电阻器组成。中间直流支撑同路设置文撑电容。当牵引变流器投入运行时，首先，通过预充电单元4.4谐振吸收回路对直流支撑电容进行充电，然后闭合输入断路器。谐振吸收山路是一个谐振电路，包含有电容器这样就减小了大的电流冲，否则，如果输入电压和外部电抗器（不安装在上变流器柜内部），其任突然加载到未充电的支撑电容组上，将会导致瞬间务是过滤直流支撑回路中的双倍基频输入电压的波峰值电流。当直流支撑电压达到大于理论最终电压纹分量。它作为一个串联的谐振电路工作，其谐振值的95%后，输入断路器才可以切换至闭合状态。频率调整到双倍基频。为了保证谐振频率的精确，4.2四象限整流器(4QC)谐振电容器分为固定的基础电容器和电容值可以调在每一子变流器中，有两个并联的四象限整流节的电容器。器（图6）。一个四象限整流器由两个相位模块（半4.5脉宽调节逆变器桥)组成。四象限整流器的用途是将来自主变压器脉冲逆变器由三相模块组成。逆变器在输出接的单相交流输入电k转换为直流电压以供给直流支线端U,V,W处提供一个变频变压的三相交流电源撑回路。四象限整流器(4QC)这一术诱表示的是(图8)在牵引工况以及制动工况下，电压UsT和电流I问的相位角是完全可调节的。通过对电压和电流间的相位角的挖制，能够获得全部四个操作的象限。A5图8脉宽调制逆变器电路图4.6控制与监视设备每一个独立的子变流器都有一个专]的TCU图6四象限整流器原理图(牵引控制单元)。每一个变流器柜外面都有一个1GBT是电子开关元件，其开通和关断的频率CCU(中央控制单元)。相对较高。下面举例说明整流器从无电流的状态开始的上作过程。如果在正半波时，S2或S3两个5结论IGBT开关中的一个处于开通状态，变压器次边绕HX,1机车牵引变流柜的机械及电气结构设计，与组处于短路状态，电流开始上升。此时，如果原来我闲以往的直流传动机车及交流机车相比，结构更为开通的晶体管关断，由于变压器的稀电感，电流不紧凑，功能更为集中。对该款牵引变流器的消化吸收，能被中断。电流通过IGBT开关S1或S4的续流二尤疑能够提高我因自主研发牵引变流器的科研能力。极管流入直流支撑问路并缓慢降低。利用这一原理，电流就可以闱绕一个参考值上下波动且cOs中和直参考文献流支撩电压值能保持在要求的范围内（图7）。力机车与城轨车辆，2007.(1).力机车电传动系统.电力机车与城轨车辆，2007，(1)图7四象限整流器的电流/电压波形寇树仁，男，工程师，现从事电力机车运用与维护，2008年第7期电气技术131