动车组牵引传动系统-牵引变流器

一、技术参数动车组分为2个动力单元：M1+M2，M3+M4。动车组要求的弓网电压为25kV、50Hz的单相交流电，由受电弓从接触网受电、通过VCB与牵引变压器1次侧绕组连接。每个动力单元车中各设一台牵引变压器、两台牵引变流装置（包括整理器和逆变器）及八台牵引电机。安装在2、3、6、7号车的底盘一、技术参数本牵引变流装置其结构简洁，整流器、直流中间电路、逆变器、真空交流接触器等的主电路机器、无触点控制装置、控制电源等控制电路器具均安置在一个箱体内的一箱体构造，从而缩小了安装空间。同时由于采用铝制框架力求达到轻量化的目的。主变流器外形一、技术参数（1）形式：CI11。（2）脉冲整流器：单相电压3点式PWM脉冲整流器。（3）逆变器：3相电压3点式PWM逆变器。（4）额定参数输入：1285kVA(单相交流1500V，857A，50Hz)。中间直流电路：1296kW(直流3000V，432A)。输出：1475kVA(三相交流2300V，424A，0～220Hz)。效率：96％以上（在额定载荷条件下，除辅助电路外）。功率因数：97%以上（在额定载荷条件下，除辅助电路和控制电路外）。（5）开关频率脉冲整流器：1250Hz。逆变器：500～1000Hz。（6）冷却方式：液体沸腾冷却机械通风方式，冷媒为氟化碳(FX3250)。一、技术参数（7）主要构成

功能单元

主开关元件：IGBT或IPM。

滤波电容器：合计8000μF/装置。

脉冲整流器功率单元：2125μF/台×2台＝4250μF。

逆变器功率单元：1250μF/台×3台＝3750μF。

过压抑制可控硅单元：过压抑制可控硅栅级驱动电路、直流电压互感器(DCPT)。

充电单元：滤波电容器备用充电用接触器、变压器及整流器。

真空交流接触器。一、技术参数⑤．电阻器单元：过电压抑制电抗器、放电电阻器。

⑥．交流变流器单元：霍尔型电流传感器。

⑦．交流变压器单元：电压传感器。

⑧．无接点控制装置。

⑨．控制电源单元。

⑩．电动通风机：主电动通风机、辅助电动通风机(密闭室冷却用)。一、技术参数（8）接点控制装置

（9）脉冲整流器控制功能

主电路控制方式：3点式PWM方式。

脉冲整流器输出频率：50Hz。

直流电压：DC2600V～DC3000V(按速度范围变化可调)。

载波频率：1250Hz。

功率因数：97%以上。

控制功能：（1）发生直流电压模式；（2）电源相位同步控制；（3）PWM控制。一、技术参数1．基本工作原理

CRH2动车组采用TGA10A/CI11型牵引变流器，一个基本动力单元2个，全列4个，车下吊挂，液体沸腾冷却。主电路结构为三电平式，由脉冲整流器、中间直流电路及逆变器构成，不设网侧谐波滤波器和二次谐振滤波装置。控制采用PWM方式。随着牵引电机输出功率的变化，变流器的中间直流环节的电压在2600V到3000V变化，每一个牵引变流器采用矢量控制原理控制四台并联的牵引电机。功率元器件为3300/1200A等级的IGBT或者IPM，冷却介质为氟化碳，（FX3250）。二、CRH2型动车组主变流器结构原理2．牵引变流器组成及结构牵引变流器的外形如图所示外形尺寸L×W×H为3240×2400×650mm。主变流器外形二、CRH2型动车组主变流器结构原理

牵引变流器装置中心变频功率单元二台，逆变功率单元三台，使功率单元能够集中布置，图是主变流器内部结构图。

(a)主变流器打开检查罩的状态二、CRH2型动车组主变流器结构原理（b）主变流器外部接线图

为打开检查罩的状态二、CRH2型动车组主变流器结构原理

在牵引变流器功率单元车辆侧配置有两排气口的两轴电动通风机，向功率单元冷凝器送风。主变流器吸气侧外观二、CRH2型动车组主变流器结构原理主变流器拆下吸气过滤网的状态

牵引变流器的零部件，考虑到其操作和维修的方便，采用模块化设计。例如，半导体冷却装置分层变频器两台，逆变器三台的单元，分别具有互换性，图为牵引变流器箱外形尺寸及技术说明。

二、CRH2型动车组主变流器结构原理

主变换装置分别在M1、M2车上各装载一台，其除了在加速时向牵引电机供电和实施制动时的电力再生控制外，还有保护功能。牵引变流器内部设备布置二、CRH2型动车组主变流器结构原理

此外，将车辆信息控制装置的信息在换流器之间进行载波相位差运行，以减少接触网电流的高次谐波。车轴端装有速度传感器，用于主变换装置、制动控制装置的速度（旋转频率）的检出。

主变换装置由三个部分组成：①从单向交流得到的直流功率的整流器；②从直流电流得到三相交流的逆变器；③吸收脉冲电压得到直流电压的直流平滑电路（滤波电容）。二、CRH2型动车组主变流器结构原理CRH2牵引变流器内部接线图二、CRH2型动车组主变流器结构原理变流器单元的外形图二、CRH2型动车组主变流器结构原理

脉冲整流器功率模块外观参照图所示，中央为框架，上部为冷却通风部，用于配置冷凝器。冷却器下面为高压绝缘的IPM元件、箝位二极管和缓冲二极管(8\9\10)等元件单体。冷却器的沸腾容器作为接地。脉冲整流器外形结构图二、CRH2型动车组主变流器结构原理

利用PWM脉冲整流器可实现输入电压基波分量功率因数为1的运行状态，从而减小设备体积、降低电力消耗。此外，由于脉冲整流器、逆变器部采用三点式电路结构实现电压控制，主电路半导体元件采用高速开关的IPM减小了交流电压波形失真，可有效降低牵引电机和牵引变压器的力矩波动、电磁噪音。二、CRH2型动车组主变流器结构原理主电路元件导通状态和输出相电压的关系二、CRH2型动车组主变流器结构原理图3-36功率模块连接图二、CRH2型动车组主变流器结构原理

减少接触网电流高次谐波，同一动车组内的M1车、M2车的2台换流器间其载波相位差-90°，每个动车组间相差-67.5°，按此来进行设定。动车组间的相位差依据并结状态也会变更。

(2)逆变器

逆变器以滤波电容电压输入，通过无接点控制装置的IGBT点弧控制信号，输出电压频率可变的三相交流电压，控制4台并联的感应电动机的速度、转矩。再生制动时，功能的进行顺变化，感应电动机输入发电的三相交流，向滤波电容输出直流电压。二、CRH2型动车组主变流器结构原理逆变部分的外形二、CRH2型动车组主变流器结构原理逆变器功率模块外观参照图所示。图

逆变器功率模块外形结构图二、CRH2型动车组主变流器结构原理

牵引变流器的零部件，考虑到其操作、维修方便，采用模块化设计。例如半导体冷却装置分成脉冲整流器用两台，逆变器用三台的单元，分别具有互换性。

控制装置分为无接点控制装置（控制逻辑部）、继电器单元、电源单元等。半导体冷却装置和电动通风机等大型装置采用下部拆装的结构。小型控制单元内的各零部件可以采用不同厂家的产品，维修和检查时需要更换的控制单元，其结构和功能必须具有互换性。二、CRH2型动车组主变流器结构原理（3）直流平滑电路部分中间电路主要由均压电阻、支撑电容器和过压保护电路构成，目的是获得直流恒压。中间直流电路如图3-39所示，支撑电容器5个并联，分别组装于各个功率模块内，两台脉冲整流器模块各装1个，3台逆变器模块也各装1个，合计容量8000μF。图3-39中间直流电路二、CRH2型动车组主变流器结构原理

滤波电容器在换流器功率单元有二组，在逆变器功率单元有三组，总共容量为8000μF。滤波电容与备用充电源相连接，启动时经过内有电阻分量的充电变压器，由三次电路进行初次充电，防止因K线接通时的过大的冲击电流。接通换向器时，接入CHK，充电（约1秒）后，CHK断开，K接通，如图所示。图3-40支撑电容器预备充电电路构成二、CRH2型动车组主变流器结构原理

此外，在中间直流电路上设置由电阻和半导体开关构成的过电压保护电路。为防止牵引变流器1次侧电源投入用接触器(K)投入时的过大冲击电流,在K投入前对支撑电容器进行充电。开始充电的时机是从终端装置输入换向器(reverser)投入信号的时候。以下表示从充电开始到K投入为止的流程。①换向器(reverser)投入②输出充电用接触器(CHK)投入③支撑电容器充电④充电用接触器(CHK)断开⑤K投入二、CRH2型动车组主变流器结构原理主变换装置的构成设备序号名称数量/每组备注１箱形框架１２换流器功率单元２３逆变器功率单元３４无接点控制装置(TCU)１５主鼓风机（ＣＩＢＭ１）１６辅助鼓风机（ＣＩＢＭ２、３）２７热交换器２８真空接触器１三、CRH2型动车组主变流器设备构成概要９电流检出器（ＡＣＣＴ）１10电流检出器（ＣＴＵ・ＣＴＶ・ＣＴＷ）３11耐压试验接插件１12充电单元１13接地电流检出（ＧＣＴ）单元１14抑制过电压晶闸管（ＯＶＴｈ）2包括DCPT单元15门用电源１16交流电压检出器（ＡＣＰＴ）１17继电器单元１18电阻器单元１19空气过滤器１式20检查面盖板３种三、CRH2型动车组主变流器设备构成概要牵引变流器的冷却系统牵引变流器的冷却系统由通过外气进行冷却的主冷却部和不导入外气进行冷却的密封室冷却部组成。冷却流程如图所示，主冷却风的流程用粗黑箭头表示，密封室内的冷却风的流程如“白箭头所示”，图是牵引变流器断面冷却风流向。三、CRH2型动车组主变流器设备构成概要

①主冷却风流向冷却风（外气）经空气过滤器过滤后分为两部分:

一部分经过热交换器（散热部）后被主鼓风机（CIBM1）吸入.

一部分直接被主鼓风机吸入。主鼓风机（CIBM1）送出的冷却风经过脉冲整流器功率模块冷凝器、逆变器功率模块冷凝器后，由排风管道排出。热交换器(散热部)空气过滤器主鼓风机(CIBM1)换流器功率单元（Ｕ相）排风管道逆变器功率单元（Ｗ相）逆变器功率单元（Ｕ相）逆变器功率单元（Ｖ相）换流器功率单元（Ｖ相）热交换器(散热部)排风管道冷却风：主冷却风的流向冷却风冷却风冷却风主变换装置三、CRH2型动车组主变流器设备构成概要②密封室内冷风的流程换流器功率单元(U･V相)密封室内冷风用的通风道逆变器功率单元(U･V･W相)热交换器(受热部)辅助鼓风机(CIBM2)辅助鼓风机(CIBM3)检查面侧机械室热交换器(受热部)循环循环：密封室内的冷却风流向图密封室

密封室内的冷却风没有从外界进入的循环风，而是通过热交换器释放热量。为使冷却风循环，使用了2台辅助鼓风机（CIBM2、3）。三、CRH2型动车组主变流器设备构成概要②密封室内冷风的流程换流器功率单元(U･V相)密封室内冷风用的通风道逆变器功率单元(U･V･W相)热交换器(受热部)辅助鼓风机(CIBM2)辅助鼓风机(CIBM3)检查面侧机械室热交换器(受热部)循环循环：密封室内的冷却风流向图密封室冷却器的流程有二种：一种是从CIBM2经由检查面侧的机器室，热交换器（受热部），另一种是由CIBM2经过密封室的冷却风管道，热交换器（受热部）实施的。三、CRH2型动车组主变流器设备构成概要②密封室内冷风的流程换流器功率单元(U･V相)密封室内冷风用的通风道逆变器功率单元(U･V･W相)热交换器(受热部)辅助鼓风机(CIBM2)辅助鼓风机(CIBM3)检查面侧机械室热交换器(受热部)循环循环：密封室内的冷却风流向图密封室通过热交换器散热的冷风，冷却换流器功率单元及逆变器功率单元的电子元件（门驱动器、滤波电容等），然后为辅助鼓风机（CIBM2|3）吸入进行循环。三、CRH2型动车组主变流器设备构成概要(5)主送风机送风机（MH1132—FK205型电动送风机）用作C111系主变换器的主冷却，在主变换装置内有1台。电动机使用单相笼形两轴感应电动机。送风机是用多翼型两扇类，由主鼓风机吸入的冷却风（外界空气）从2个口排出送风，冷却换流器功率单元及逆变器功率单元的冷凝器，图是主送风机的外形。主送风机三、CRH2型动车组主变流器设备构成概要②电动机本电动机是作为主鼓风机的驱动机相配合的，是全封闭，附有外扇脚的横向两轴型电动机。它是水平横向安装。送风机的翼片直接安装在电动机两轴端，电动机的冷却是通过自己的外扇风来实现，电容器另外设置在机械室内（检查面侧）。③送风机本送风机是使用多翼叶轮，安装在电动机的两侧，套管安装后，吸入口均使用铝材，以减轻重量。电动机和箱一起安装在安装台上。主鼓风机经8个防振橡胶安装在主变换装置上。三、CRH2型动车组主变流器设备构成概要辅助鼓风机（MH1130—201型号电动送风机）辅助鼓风机（MH1130—201型号电动送风机）用作C111型主变换装置的密封室的冷却，该装置用2台辅助鼓风机。图3-49是辅助电动鼓风机外形，电动机使用单相笼形感应电动机，送风机使用轴流型。由于辅助鼓风机是2台运转，使密封室内的空气循环通过热交换放热。

辅助电动鼓风三、CRH2型动车组主变流器设备构成概要①辅助鼓风机规格。②电动机本电动机的结构为全封闭型的，通常通过外扇冷却电机。本主变换装置为能够通过密封室内的循环达到冷却效果，去掉了外风扇，使之减轻重量，定子使用0.5mm厚的硅夕钢片，槽数为24个，线圈是使用脂亚氨基线，绝缘物使用诺曼克斯纸（聚酰胺绝缘材料商品名），是F类绝缘。转子是有高电阻的铝铸件，电容是另行设置在机械室内（检查面侧）。③送风机本送风机是斜流型，由罩叶片导轨、叶轮组成，电动机与罩一起装在安装台上。辅助鼓风机是通过4块防振橡胶安装在主变换装置的密封室内。三、CRH2型动车组主变流器设备构成概要热交换器热交换器用于藏有电子产品的密封室内的冷却，每个主变换装置有2台，冷却媒介不是氟的替代品，而是使用纯水，这是本热交换器的特征，在设计上充分考虑了环境因素。三、CRH2型动车组主变流器设备构成概要热交换器2动作原理本热交换器使用重力型加热管，在图4给出了热交换器的略图。封入的液体（纯水）通过从管壁吸热蒸发，形成蒸气流面向冷凝器部。这里蒸气被冷却成为液体，其时，通过冷凝热的释放进行热交换。三、CRH2型动车组主变流器设备构成概要热交换器3结构加热管使用铜管（表面镀锡），散热扇片使用铝（0.5T），以提高热交换器的性能和减轻重量。安装框使用SUS304（1.2T）。三、CRH2型动车组主变流器设备构成概要（8）无触点控制装置无触点控制装置具有如下功能：①变频器控制功能②逆变器控制功能③程序控制功能④维修、检查功能三、CRH2型动车组主变流器设备构成概要(b)无触点控制装置安装位置三、CRH2型动车组主变流器设备构成概要（一）电力牵引传动系统的结构变流器就是将一种直流或交流电变为另一种直流或交流电的供电设备。可以说变流器是各种变流装置的总称。对一个交-直-交电力传动系统，变流器将包括从整流器，中间直流环节，到逆变器及其控制系统。

说明：在许多场合下，同一个电力变换电路既可以作整流电路，又能作逆变电路，所以我们也称这样的电力变换装置为变流器。换言之，整流和逆变，交流和直流在变流器中是互相联系的，并在一定条件下可互相转化。电力牵引传动系统的结构及类型电力牵引传动系统的结构及类型接触网的单相交流电在牵引变压器中变换成所需大小的合适电压，经整流器整流后供给中间直流回路。中间直流回路起无功能量交换的作用，完成储能、能量变换、滤波的任务。通过牵引逆变器的逆变，将直流变换为交流牵引电机调速所需要的交流能量。工作过程中，控制装置接受司机控制器的控制指令，通过触发脉冲发生器控制整流器和逆变器中的电力电子器件，实现交-直-交的能量变换。牵引变流器的组成：整流器、中间直流环节、牵引逆变器、控制系统。电力牵引传动系统的结构及类型（二）电力牵引交流传动系统的类型1．根据中间直流环节储能元件的类型分类接触网的单相交流电在牵引变压器中变换成所需大小的合适电压，经整流器整流后供给中间直流回路。由于从单相交流接触网来的功率是以脉动形式提供给中间回路的，从传动特性来看，希望得到尽可能恒定的功率，从而得到尽可能恒定的转矩，因此，中间回路首先是一个能量存储和变换的装置，同时它又是一个滤波器，在平衡功率波动方面起着决定性的作用。电力牵引传动系统的结构及类型（二）电力牵引交流传动系统的类型1．根据中间直流环节储能元件的类型分类根据所选择的不同的储能元件，交流传动相应地分为两种基本系统：

电压型系统和电流型系统相应地，把有关的交-直-交变流器称为

电压型变流器和电流型变流器目前，我国CRH系列动车组（包括地铁列车）均采用电压源逆变器。电力牵引传动系统的结构及类型电压型变流器：电容器用作中间回路的储能器它接受向中间回路供给的瞬时电流与从中间回路取用的瞬时电流之差，并使电压保持恒定。作为逆变器的电源，在其输入端提供一个实际上恒定不变的电压。电压源逆变器：逆变器的端电压不随负载变化。对于单电动机传动或多电动机传动都同样适用。电力牵引传动系统的结构及类型但是低的内阻抗使得时间常数也很小，在逆变器端子上出现的任何短路，都会使短路电流迅速上升，很难通过一般方法加以消除，必须采用快速熔断器或采取特殊的保护措施。我国CRH系列动车组（包括地铁列车）均采用电压源逆变器。电力牵引传动系统的结构及类型电流型变流器：采用电抗器作为中间回路储能器它吸收波动形式的差电压，保持中间回路的电流强度恒定。由于这个作为逆变器电源的中间回路具有很大的内阻抗，逆变器输入端的电流在负载变化时保持恒定。这种逆变器称为电流源逆变器。但是，电流源逆变器的端电压明显地随负载变化，如果用来向多台并联的电动机供电，那么其中任何一台电动机负载的变化都会影响到其他电动机的工作。所以，电流源逆变器对于多电动机传动系统来说是不适用的。电力牵引传动系统的结构及类型2．根据交流牵引电动机的类型分类电流型变流器供电的同步电动机或笼型异步电动机系统；电压型变流器供电的笼型异步电动机系统。1.绝缘试验绝缘电阻测量方法及绝缘耐压试验方法如下所述。准备车辆呈无加压状态VCB设在“关”位控制电源NFB(CICN1～2)在“关”位将主变换装置内的耐压试验接插件(面向检查左侧盖(密闭室)内)插入“测试”位置,这样使下述的高压部充电部发生短路。1501-1501a–1502-1502a–501-501A-502-511A-512A-513A-520-521一、牵引变流器测试方法在主变换装置内的控制电路配线中，要卸开以下接插件：无接点控制装置（右侧密封室）的全部接插件（不包括光缆接插件）共12个。全部电源的接插件（右侧密封室、左侧深处）5个。OVTh单元接插件（中央密封室、中间正面）1个。仪表接插件（控制电路用）的所有针脚全部短路。短路仪表端子台TB11（3次电路用）的全部端子（8点）。735A-785A-716-766-717-767-718-768断开GS。一、牵引变流器测试方法测量绝缘电阻测量高压导电部与控制电路（1501—40）间的绝缘电阻（用1000V兆欧表测量）。测量高压导电部与箱形框架1501-E（接地板）间的绝缘电阻（用1000V兆欧表测量）。测量3次电路与箱形框架（735A-E）间的绝缘电阻（用500V兆欧表测量）。测量控制电阻与箱形框架（40-E）间的绝缘电阻（用500V兆欧表测量）。一、牵引变流器测试方法绝缘耐压试验在高压导电部与控制电路（1501-40）间，施加AC4500V持续1分钟。在高压导电部与箱形框架（1501-E）间，施加AC4500V持续1分钟。辅助电路与箱形框架（735A-E）间，施加AC1800V持续1分钟。控制电路与箱形框架（40-E）间，施加AC1200V持续1分钟。①（c）—（h）项复位（耐压试验接插件插在“平常”位置。一、牵引变流器测试方法2.空档试验空档试验只设为无加压空档，不实施加压空档，在判断主变换装置内车辆加压（VCB接通，接触网变压器（3次）侧有电压（包括延长供电），主变换直流装置有电压等的场合，即使操作空档，主变换装置不实施空档动作。空档试验方法如下所述：空档时，主变换装置内的接触器只有K动作，CHK不动作。将VCB“切断”接通CIBMN1,2,3、MMBMN1,2、BMK（与通常的现车动作相一致）接入空档指令一、牵引变流器测试方法3.车上试验车上试验实施方法、规定值根据车辆信息控制装置传来的指令，司机台能够对主变换装置进行动作试验，作为主变换装置，操作空档只有在无加压的情况下能实施。试验项目由二部分组成。确认接点接通等时序试验，确认保护动作设定值的保护动作试验。详细的试验项目、规定值等内容参见表8-9-8-2。一、牵引变流器测试方法表车上的试验项目及规定值No.试验项目小项目判断值1前进加速10档K接通时间直流电压图形电机电注图形K开路时间0.5sec以下2600V±10%544A±10%

0.5sec以下2前进加速1档K接通时间直流电压图形电机电图形K开路时间0.5sec以下2600V±10%164A±10%

0.5sec以下3前进再生制动K接通时间直流电压图形电机电注图形K开路时间0.5sec以下3000V±10%168～616A±10%(ﾌ根据制动指令)

0.5sec以下一、牵引变流器测试方法42次过流1IS1OC1(+)2300A±10%52次过流2IS2OC1(-)-2300A±10%62次过流3IS1OC2(+)2700A±10%72次过流4IS1OC2(-)-2700A±10%8直流过电压1VDOV13400V±10%9直流过电压2VDOV21700V±10%10直流过电压3VDOV31900V±10%11电机过电流1MMOC1U(+)1400A±10%12电机过电流2MMOC1V(+)1400A±10%一、牵引变流器测试方法13电机过电流3MMOC1W(+)1400A±10%14电机过电流4MMOC1U(-)-1400A±10%15电机过电流5MMOC1V(-)-1400A±10%16电机过电流6MMOC1W(-)-1400A±10%17电机过电流7MMOC2U(+)1800A±10%18电机过电流8MMOC2V(+)1800A±10%19电机过电流9MMOC2W(+)1800A±10%20电机过电流10MMOC2U(-)-1800A±10%21电机过电流11MMOC2V(-)-1800A±10%22电机过电流12MMOC2W(-)-1800A±10%232次侧接地1GD1(+)3±1A242次侧接地2GD1(-)-3±1A一、牵引变流器测试方法（一）检查项目（注）检查周期、双日：双日检查、转向架：转向架检查、月检：月检查、大：大修。①装置整体No.项目检查判断标准处理１外观检查有无外伤、有无盖损伤、安装状态如何无异常有损伤要修理２衬垫有无损伤老化（检查面盖、底盖、主鼓风机出口永久变形３ｍｍ以下有弹性有损伤及永久变形者更换３通电部松动否，有无加热痕迹无异常增加坚固力有加热痕迹、有异常者要更换４导电棒有否损伤、绝缘有否老化、固定状态是否良好无异常有松动要紧固，有异常者要更换二、牵引变流器保养与检查No.项目检查判断标准处理５电线有否老化、损伤、固定状态是否良好无异常有松动要紧固，有异常者要更换６端部有否松动，焊点、压接部有无损伤、老化无异常增加紧固力修理异常者更换７光缆有无污损无异常损伤甚者更换８光缆衰减量衰减量３ｄＢ以下更换９装置内污损无污损吹气式清扫10内含器件（单元）有无损伤变色无异常有异常者要修理、更换二、牵引变流器保养与检查②功率单元No.检查项目判定标准处理１滤波电容器连接端子有否松动盒子是否膨胀无异常盒膨胀（单侧）换流器：10mm以下逆变器：７mm以下增加紧固力（8.5～7.5N･m）盒子膨胀甚者要更换２本体安装部衬垫有无损伤、老化永久变形３mm以下要有弹性损伤及永久变形者要更换３冷却器的冷凝部的堵塞、污损情况记录堵塞、脏污程度，反映在维修标准的设定中吹风清扫。此外，堵塞、脏污等用清扫方法不能完全去掉时要更换※功率单元温度上升时，必须进行清扫４门驱动印刷电路板表面、光接插件有无污损无污损用吸引方式清扫(操作同无接点控制装置项)５主电路导体棒绝缘处理部有否损伤老化，及其固定状态无异常绝缘处理部损伤及老化甚者更换增加坚固力（较规定的紧固力矩为高）二、牵引变流器保养与检查③鼓风机（主鼓风机、辅助鼓风机）No.检查项目判定标准处理１外观检查紧固部有无松动，有无损伤、变形无异常增加紧固力视需要进行分解检查２有无异常振动、异常噪声无异常视需要进行分解检查３检查防振橡胶有无龟裂、裂纹、老化无龟裂、裂纹，推荐硬度无异常更换（推荐更换周期：２次大修后）４清扫翼轮无污损鼓风机整体用吹风清扫，叶轮用布擦抹清扫５轴承无异常更换（不超过６年范围，更换周期可延长）二、牵引变流器保养与检查（二）更换元件更换元件如下表所示。此外，本表所示的更换周期是“标准”，还有必要考察开始使用后的实际情况来判断。

No.使用部位更换元件更换周期备注１检查面的盖板底盖板垫衬Ａ每2次4级修有损伤永久变形严重２主鼓风机引出口垫衬Ｂ每2次4级修３主鼓风机防振橡胶每2次4级修公司推荐更换周期：厂修期４轴承每2次4级修不超过６年内，可延长更换周期５辅助鼓风机防振橡胶每2次4级修公司推荐更换周期：厂修期６轴承每2次4级修不超过６年内，可延长更换周期7真空接触器真空断流器每3次4级修根据断流次数二、牵引变流器保养与检查No.使用部位更换元件更换周期备注13功率单元电源Ｃ每2次4级修有损伤永久变形严重14门印刷电路板推荐10年根据电解电容寿命15密封剂─卸下功率单元时16空气过滤器空气过滤器每1次4级修17充电单元内电磁接触器１０年18过电压抑制晶闸管单元内门印刷电路板推荐10年根据电解电容寿命二、牵引变流器保养与检查1．拆卸与安装（1）主变换装置的拆卸、安装要领－拆卸外部配线①从端子台拆卸主电路配线；②从端子台拆卸交流口的出线；③从外部接地座卸下接地线；④卸下控制电路仪表接插件；⑤从无接点控制装置卸下仪表光缆。

卸光缆时一定要注意对光缆的施力、扭曲。此外，为使光缆端部及无接点控制装置光接插件的防尘，使用专用盖加以保护。二、牵引变流器保养与检查（三）变流器装置的移动如图所示那样，预先设定挡板，使负重得到均匀负担，卸下装置的螺栓，将负载移至升降机上来移动装置二、牵引变流器保养与检查

采用吊车装置的场合，如图所示那样，安装吊杆，用4支点的钢丝绳将装置吊起。

图装置的吊起状态二、牵引变流器保养与检查（四）功率单元的拆卸①首先在功率单元下面准备了升降机，支撑功率单元。其次，在升降机与功率单元间放入能沿枕木方向移动的活动台。②M12螺栓：换流器部分16个×2单元=32个、逆变器部分12×3单元=36个，使用长度为500mm以上的套筒板手。③升降机降下，从主体中取出功率单元。二、牵引变流器保养与检查维修项目：牵引变流器检查及清洁

适用车型CRH2A统型版本V5.2（宁）修程二级检修周期6万公里/60天车厢号02、03、06、07车供电条件无电、有电作业人员2名地勤机械师作业时间30分钟/辆三、牵引变流器二级检修项目1.作业人员须按规定穿戴劳保用品。2.作业前接触网断电，挂接地杆，动车组放电完成，10分钟后方可开始作业。3.禁止触摸发热部件,不得损坏热交换器。人员分工：1号主要负责车组状态确认、变流器检查；2号主要负责变流器清洗。详细分工见作业步骤。三、牵引变流器二级检修项目牵引变流器检查及清洁一、作业条件无电二、作业工具基本工具；棘轮扳手；扭矩扳手；毛刷；高压风管三、牵引变流器二级检修项目三、作业内容及步骤

1.准备工作①插入主控钥匙,升起受电弓。②打开主司机左侧下方柜门，按下EGCS进行放电处理，1分钟后右旋保护接地切除按钮，断开EGS。③降下受电弓。④确认动车组状态。1号位确认动车组停放制动已施加，受电弓已降下，接触网已断电，接地杆已挂，动车组放电已结束，安全号志已设置。三、牵引变流器二级检修项目牵引变流器检查及清洁2.1开启裙底板①拆卸牵引变流器相对应位置的裙板和底板，清理裙板和底板。确认进、出风格栅无变形、裂纹；裙板、底板表面无灰尘及杂物。三、牵引变流器二级检修项目2.2.检查牵引变流器①检查牵引变流器外观状态和安装状态；

确认牵引变流器外观状态良好，悬挂部件安装状态良好，固定螺栓无松动，防松标记清晰。②配线管路检查；

确认配线管路无损伤、碰磨、变色，接线紧固，密封泥无脱落，密封良好。③检查变流器本体盖板锁闭状态；目视确认锁闭到位、无松动。三、牵引变流器二级检修项目2.3.变流器滤网清洁①拆下变流器滤网；目视确认滤网无变形。将变流器滤网搬运回滤网清洗间进行清洗②用刷子清理散热器表面吸附物并用高压风管对变流器内部进行吹尘处理；目视确认吹出空气无明显灰尘。（对散热出风口、散热进风口、鼓风机吹灰）三、牵引变流器二级检修项目2.4变流器过滤网安装安装变流器过滤网。确认安装状态良好。2.5裙底板安装安装相应裙板或底板。确认安装紧固、无松动，螺栓齐全，裙板螺栓扭矩为15N.m(2A)/25N.m(380A)。三、牵引变流器二级检修项目2.6标记涂打及作业确认(1) 自检后在底板处涂打“人”字标记及检修日期。(2) 互检确认作业后涂打“一”字标记。(3) 质检员对最终作业结果进行确认，确认良好后涂打“口”字标记。作业结束，对裙底板的安装状态确认。三、牵引变流器二级检修项目3.通电检查检查牵引变流器冷却风机工作状态确认牵引变流器及其冷却风机工作状态良好，风机无异音。4.完工确认(1)确认随身工具齐全，无遗失。(2)确认作业工具齐全，作业现场无工具遗留。(3)确认完毕，携带作业工具，撤离作业现场。(4)汇报组长，本项目作业完毕。三、牵引变流器二级检修项目维修项目：牵引变流器裙板滤网清洁适用车型CRH2A/CRH380A版本V4.1修程二级检修周期3万公里/30天车厢号02、03、06、07车/02、03、04、05、06、07车供电条件无电作业人员2名地勤机械师作业时间30/20分钟/辆三、牵引变流器二级检修项目1.作业人员须按规定穿戴劳保用品。2.作业前接触网断电，挂接地杆，动车组放电完成，10分钟后方可开始作业。3.禁止触摸发热部件,不得损坏热交换器。4.作业中防止滤网磕碰、损伤。5.应安装充分干燥的滤网。三、牵引变流器二级检修项目1.准备工作①确认接触网断电；②确认动车组放电作业完毕。③确认动车组停放制动已施加，受电弓已降下，接触网已断电，接地杆已挂，安全号志已设置。2.1开启裙板用裙板专用钥匙开启牵引变流器滤网对应处的裙板。首先打开两侧裙板锁、再开启中间锁；注意确认裙板安全吊带作用良好，格栅无变形。牵引变流器滤网更换三、牵引变流器二级检修项目2.2取出滤网①用套筒扳手松开滤网安装螺栓；②依次将旧滤网从安装槽中取出；取出过程中注意防止滤网变形。③将旧滤网按规定放置到指定地方。不得在现场进行清洁作业。④检查进风口侧的换热器，有积污时对其进行清洁。⑤清除过滤网周边底板上的灰尘、杂物。⑥检查过滤网，如有框架变形无法使用的更换新过滤网。三、牵引变流器二级检修项目2.3除尘(1) 用1500～2000W吸尘器对各过滤器框架及网进行彻底除尘；如除尘效果不好时用中性清洗剂溶液清洗。(2) 滤网清洗干净后，放料架晾干或用高压风吹干。三、牵引变流器二级检修项目2.4安装滤网①依次将滤网安装到安装槽中；注意确认滤网干燥、干净、无变形；②紧固滤网固定螺栓；目视确认滤网安装良好。三、牵引变流器二级检修项目2.5.恢复裙板①检查活动裙板锁闭机构和安全吊带状态良好，不良时进行检修。②安装好活动裙板吊带，再将活动裙板锁闭到位。③确认裙板锁闭状态良好，安装螺栓，用棘轮扳手和13mm套筒预紧螺栓，并使用扭矩扳手用15N.m\13.5N.m紧固螺栓。三、牵引变流器二级检修项目3.完工确认(1)确认随身工具齐全，无遗失。(2)确认作业工具齐全，作业现场无工具遗留。(3)确认完毕，携带作业工具，撤离作业现场。三、牵引变流器二级检修项目逆变技术基础■什么是逆变？为什么要逆变？

◆逆变（invertion）：把直流电转变成交流电的过程。◆逆变电路：把直流电逆变成交流电的电路。

☞当交流侧和电网连结时，为有源逆变电路。☞变流电路的交流侧不与电网联接，而直接接到负载，即把直流电逆变为某一频率或可调频率的交流电供给负载，称为无源逆变。◆对于可控整流电路，满足一定条件就可工作于有源逆变，其电路形式未变，只是电路工作条件转变。既工作在整流状态又工作在逆变状态，称为变流电路。逆变电路的基本工作原理■基本的工作原理◆S1~S4是桥式电路的4个臂，由电力电子器件及辅助电路组成。

负载a)b)tS1S2S3S4iouoUduoiot1t2◆当开关S1、S4闭合，S2、S3断开时，负载电压uo为正；当开关S1、S4断开，S2、S3闭合时，uo为负，这样就把直流电变成了交流电。

◆改变两组开关的切换频率，即可改变输出交流电的频率。

◆电阻负载时，负载电流io和uo的波形相同，相位也相同。

◆阻感负载时，io相位滞后于uo，波形也不同。图4-1逆变电路及其波形举例

牵引逆变器可以分成电压源型和电流源型两种，为同步电机供电的大多采用电流源型逆变器，为异步电机供电的大多采用电压源型逆变器。我国高速列车全部采用电压源型逆变器。根据输出电平数的不同，电压源型牵引逆变器又可分为两电平和三电平两种。在交流传动领域，当中间电路直流电压Ud>(2.7~2.8)kV时，主电路中通常采用两点式结构；当Ud>3kV时，宜采用三点式结构。

逆变电路的基本工作原理逆变电路的基本工作原理三点式逆变器与二点式逆变器定义与区别

二点式逆变器是指每相交流输出电压相对于直流输入电压只有两种取值可能——电压正端或负端（或两种电平）。多点式逆变器是指交流输出电压相对于直流输入电压有多种电平可取，其中三点式逆变器是多点式中最简单又最有实用意义的一种电路，其交流输出电压对直流输入电压的三种取值，一般为电压的正端、负端与中间的零端。逆变电路的基本工作原理二点式逆变器拓扑图三点式逆变器拓扑图

逆变电路的基本工作原理两电平牵引逆变器主电路构成及工作模式共有T1T2T3，T2T3T4，T3T4T5，T4T5T6，T5T6T1，T6T1T2，T1T3T5和T2T4T6导通23=8种工作状态，从而获得三相对称输出电压波形。

逆变电路的基本工作原理逆变电路的基本工作原理三电平牵引逆变器主电路结构及工作状态逆变电路的基本工作原理

交流传动系统的变流装置是将交流电转变为调频调压的三相交流电，这种大功率的牵引变流器不同于应用在一般工业领域中的变流器，它的技术特点可以归纳为如下几点：1．调速范围宽根据列车速度的要求，变流器调频范围从0.4Hz到200Hz以上，而且调频要连续平稳，无冲击。2．控制特性复杂一般高速列车的牵引性能由恒转矩区、恒功率区及自然特性区组成，并且要求启动转矩大，恒功区宽。牵引变流器用电力电子器件3．有良好的稳态控制特性和快速动态响应特性电力机车或者动车由弓网获得能量，通过轮轨传递牵引力。空转、打滑、跳弓离线及网压波动等均能引起功率的急剧变化，牵引变流器应该能够适应这种负载及外界环境的急剧变化。4．输出电压波形质量好为了减少谐波分量对牵引电机谐波热损耗和转矩脉动影响，输出波形应尽量接近正弦波。由交流电网供电时，应使功率因数尽可能的接近1，电网电流波形接近正弦波，从而降低对供电系统的影响和对外界的干扰。牵引变流器用电力电子器件5．牵引与再生制动频繁，能量双向流动。

6．效率高，利用率高，可靠性高。

7．由于安装在车上，对重量、体积和耐振动性能要求严格。

8．有利于安装，调速及维修。牵引变流器用电力电子器件

实现对电能的高效变换和控制的一门技术，它包括电压、电流、频率和波形方面的变换，是电力、电子及控制三大电气工程技术领域之间的交叉学科，与现代控制理论、材料科学、电机工程及微电子技术等诸多领域密切相关。

电力电子器件是列车牵引变流器的基础与核心，电力电子器件的性能直接决定了牵引变流器的性能指标。其发展经历了两个重要阶段，即以SCR为代表的传统半控型电力电子时代，和以IGBT为代表的全控型自关断现代电力电子器件时代。牵引变流器用电力电子器件◆电力电子技术具体地说，电力电子技术就是使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术。

☞电力电子器件是电力电子技术的基础。

☞变流技术则是电力电子技术的核心。

输入输出

交流（AC）

直流（DC）

直流（DC）整流

直流斩波

交流（AC）交流电力控制变频、变相逆变

表

电力变换的种类牵引变流器用电力电子器件■电力电子技术的应用范围

◆一般工业☞工业中大量应用各种交直流电动机，都是用电力电子装置进行调速的。一些对调速性能要求不高的大型鼓风机等近年来也采用了变频装置，以达到节能的目的。避免调速电机起动时的电流冲击的软起动装置。☞电化学工业大量使用直流电源，电解铝、电解食盐水等都需要大容量整流电源。电镀装置也需要整流电源☞电力电子技术还大量用于冶金工业中的高频或中频感应加热电源淬火电源及直流电弧炉电源等场合。牵引变流器用电力电子器件◆交通运输☞电气化铁道：电气机车中的直流机车中采用整流装置，交流机车采用变频装置。直流斩波器也广泛用于铁道车辆。在未来的磁悬浮列车中，电力电子技术更是一项关键技术。除牵引电机传动外，车辆中的各种辅助电源也都离不开电力电子技术。

☞电动汽车：电机依靠电力电子装置进行电力变换和驱动控制，其蓄电池的充电也离不开电力电子装置。一台高级汽车中需要许多控制电机，它们也要靠变频器和斩波器驱动并控制。

☞飞机、船舶和电梯都离不开电力电子技术。牵引变流器用电力电子器件◆家用电器☞电力电子照明电源体积小、发光效率高、可节省大量能源，正在逐步取代传统的白炽灯和日光灯。

☞空调、电视机、音响设备、家用计算机，不少洗衣机、电冰箱、微波炉等电器也应用了电力电子技术。◆其它☞航天飞行器中的各种电子仪器需要电源，载人航天器也离不开各种电源，这些都必需采用电力电子技术。☞抽水储能发电站的大型电动机需要用电力电子技术来起动和调速。超导储能是未来的一种储能方式，它需要强大的直流电源供电，这也离不开电力电子技术。牵引变流器用电力电子器件总之，电力电子技术的应用越来越广，其地位也越来越重要。

☞新能源、可再生能源发电需要用电力电子技术来缓冲能量和改善电能质量。当需要和电力系统联网时，更离不开电力电子技术。☞核聚变反应堆在产生强大磁场和注入能量时，需要大容量的脉冲电源，这种电源就是电力电子装置。科学实验或某些特殊场合，常需要一些特种电源。牵引变流器用电力电子器件■电力电子器件的特征

◆处理电功率的大小（承受电压和电流的能力）一般都远大于处理信息的电子器件，是其最重要的参数，◆为了减小本身的损耗，提高效率，一般都工作在开关状态。◆由信息电子电路来控制,而且需要驱动电路。

◆自身的功率损耗通常仍远大于信息电子器件，在其工作时一般都需要安装散热器。

牵引变流器用电力电子器件■电力电子器件实际应用：由控制电路、驱动电路和以电力电子器件为核心的主电路组成一个系统。

电气隔离图

电力电子器件在实际应用中的系统组成牵引变流器用电力电子器件■按照能够被控制电路信号所控制的程度◆半控型器件

☞器件的关断由其在主电路中承受的电压和电流决定☞主要是指晶闸管（Thyristor）及其大部分派生器件。◆全控型器件☞通过控制信号既可以控制其导通、关断。☞目前最常用的是

IGBT和PowerMOSFET。

◆不可控器件☞电力二极管（PowerDiode）☞不能用控制信号来控制其通断。牵引变流器用电力电子器件典型全控型器件■门极可关断晶闸管在晶闸管问世后不久出现。■20世纪80年代以来，电力电子技术进入了一个崭新时代。■典型代表——门极可关断晶闸管、电力晶体管、电力场效应晶体管、绝缘栅双极晶体管。电力MOSFETIGBT单管及模块牵引变流器用电力电子器件牵引变流器用电力电子器件（一）绝缘栅双极晶体管IGBT1．IGBT简介复合型电力电子器件IGBT是绝缘栅双极晶体管的简称。它综合了电力电子器件GTR的安全工作区宽、电流密度高、导通压降低和电力电子器件MOSFET输入阻抗高、驱动功率小、驱动电路简单、开关速度快、热稳定性好的优点，因而发展很快，应用领域正在不断扩展中。◆IGBT的特性和参数特点可以总结如下：

☞开关速度高，开关损耗小。

☞在相同电压和电流定额的情况下，IGBT的安全工作区比GTR大，而且具有耐脉冲电流冲击的能力。

☞通态压降比VDMOSFET低，特别是在电流较大的区域。

☞输入阻抗高，其输入特性与电力MOSFET类似。☞与电力MOSFET和GTR相比，IGBT的耐压和通流能力还可以进一步提高，同时保持开关频率高的特点。牵引变流器用电力电子器件牵引变流器用电力电子器件（一）绝缘栅双极晶体管IGBT

(1)工作原理。IGBT是以金属氧化层半导体场效晶体管为驱动元件、GTR为主导元件的达林顿电路结构器件。它相当于一个由场效应管MOSFET驱动的厚基区GTR。IGBT的控制原理与MOSFET基本相同，IGBT的开通和关断受栅极控制，N沟道型IGBT的栅极上加正偏置电压，并且数值上大于开启电压时，IGBT内的MOSFET的漏极与源极之间因此感应产生一条N型导电沟道，使MOSFET导通，从而使IGBT导通。反之，如在N沟道型IGBT上加反偏置电压，它内部的MOSFET漏源极间不能感生导电沟道，IGBT就截止。牵引变流器用电力电子器件（一）绝缘栅双极晶体管IGBT

(2)IGBT的栅极驱动电路。对IGBT栅极驱动电路的基本要求可归纳为下列几点：提供适当的正向和反向输出电压，使IGBT能可靠地开通和关断；提供足够大的瞬时功率或瞬时电流，使IGBT能及时迅速建立栅控电场而导通；输入、输出延迟时间尽可能小，以提高工作频率；输入、输出电气隔离性能足够高，使信号电路与栅极驱动电路绝缘；具有灵敏的过电流保护能力。■晶闸管（Thyristor）是晶体闸流管的简称，又称作可控硅整流器（SiliconControlledRectifier——SCR），以前被简称为可控硅。■1956年美国贝尔实验室（BellLaboratories）发明了晶闸管，1957年美国通用电气公司（GeneralElectric）开发出了世界上第一只晶闸管产品，并于1958年使其商业化。■其承受的电压和电流容量仍然是目前电力电子器件中最高，而且工作可靠，因此在大容量的应用场合仍然具有比较重要的地位。晶闸管及模块牵引变流器用电力电子器件■晶闸管的结构◆从外形上来看，晶闸管也主要有螺栓型和平板型两种封装结构。◆引出阳极A、阴极K和门极（控制端）G三个联接端。◆内部是PNPN四层半导体结构。

图2-7晶闸管的外形、结构和电气图形符号

a)外形b)结构c)电气图形符号

牵引变流器用电力电子器件■静态特性

◆正常工作时的特性

☞当晶闸管承受反向电压时，不论门极是否有触发电流，晶闸管都不会导通。

☞当晶闸管承受正向电压时，仅在门极有触发电流的情况下晶闸管才能开通。

☞晶闸管一旦导通，门极就失去控制作用，不论门极触发电流是否还存在，晶闸管都保持导通