牵引系统工作原理及新技术的发展

牵引系统工作原理及新技术的发展一、高速动车组牵引传动系统和辅助供电系统

工作原理概述

二、新技术介绍

12/30/20232主要内容一、高速动车组牵引传动系统和辅助供电系统

工作原理概述12/30/20233

目前，在我国既有高速铁路上运营的动车组按照速度等级划分成350km/h速度等级和250km/h速度等级。其中，350km/h速度等级动车组包括：CRH3C、CRH380A、CRH380AL、CRH380B、CRH380BL、CRH380CL、CRH380D、CRH380DL高速动车组；250km/h速度等级的动车组包括：CRH1A、CRH1B、CRH1E、CRH2A、CRH2B、CRH2E、CRH5A。

速度等级生产厂家车型所属系列350km/h速度等级唐车股份CRH3C、CRH380BLCRH3系列长客股份CRH380B、CRH380BL、CRH380CLCRH3系列四方股份CRH380A、CRH380ALCRH2系列BSTCRH380DCRH1系列250km/h速度等级BSTCRH1A、CRH1B、CRH1ECRH1系列四方股份CRH2A、CRH2B、CRH2C、CRH2ECRH2系列长客股份CRH5ACRH5系列1既有动车组概述12/30/20234350公里动车组牵引传动系统技术指标CRH380ACRH380ALCRH3CCRH380BCRH380BLCRH380D生产厂四方股份唐车股份长客股份唐车股份长客股份BST动拖比6M+2T12M+4T4M+4T4M+4T8M+8T4M+4T牵引变压器线圈结构:牵引绕组2组、辅助绕组1组原边容量：3855kVA牵引绕组：3335kVA，1650V辅助绕组：520kVA，400V线圈结构:牵引绕组2组、辅助绕组1组原边容量：3855kVA牵引绕组：3335kVA，1650V辅助绕组：520kVA，400V线圈结构：牵引绕组4组原边容量：5600kVA；牵引绕组：4*1400kVA，1550V

线圈结构：牵引绕组4组原边容量：5848kVA；牵引绕组：4*1462kVA，1850V线圈结构：牵引绕组4组原边容量：5848kVA；牵引绕组：4*1462kVA，1850V线圈结构：牵引绕组4组原边容量：6048kVA牵引绕组：756kVA*8，966V

牵引变流器三电平电压型PWM变流器，采用3300V/1500AIGBT；输入参数：额定输入电压AC1650V，额定输入电流AC974A；中间电压：DC2800~3100V；输出参数：AC0~2300V，额定输出电流448A，频率范围：0~197Hz输出功率：1550kW三电平电压型PWM变流器，采用3300V/1500AIGBT；输入参数：额定输入电压AC1650V，额定输入电流AC974A；中间电压：DC2800~3100V输出参数：AC0~2300V，额定输出电流448A，频率范围：0~197Hz输出功率：1550kW两重两电平电压型PWM脉冲整流器+两电平电压型逆变器，采用6500V/600AIGBT双管并联；输入参数：额定输入电压AC1550V，最大基波输入电流AC950A；中间电压：DC2700V~3600V输出参数：AC0~2800V；频率范围：0~200Hz输出功率：2300kW两重两电平电压型PWM脉冲整流器+两电平电压型逆变器，采用6500V/600AIGBT双管并联；输入参数：额定输入电压AC1850V，最大基波输入电流AC950A；中间电压；DC2700V~3600V输出参数：AC0~2800V；频率范围：0~200Hz输出功率：2500kW两重两电平电压型PWM脉冲整流器+两电平电压型逆变器，采用6500V/600AIGBT双管并联；输入参数：额定输入电压AC1850V，最大基波输入电流AC950A；中间电压：DC2700V~3600V输出参数：AC0~2800V：频率范围：0~200Hz输出功率：2500kW两重两电平电压型PWM脉冲整流器+两电平电压型逆变器，采用3300V/1500AIGBT；输入参数：额定输入电压AC920V，额定输入电流AC800A；中间电压：DC1650~1800V输出参数：额定输出电压1287V，额定输出电流800A；频率范围：0~200Hz输出功率：2700kW传动比2.3792.3792.4292.4292.4292.436牵引电机额定功率：365kW额定电压：2000V额定电流：130A额定频率：140Hz额定转矩最高运用转速：6120rpm额定效率：94.8%

额定功率：365kW额定电压：2000V额定电流：130A额定频率：140Hz额定转矩最高运用转速：6120rpm额定效率：94.8%

额定功率：562kW额定电压：2750V额定电流：135A额定转速：4100rpm额定转矩：1304Nm最高运用转速：5891rpm额定效率：94.7%最大转矩：3200Nm额定功率：587kW额定电压：2750V额定电流：144A额定转速：4100rpm额定转矩：1374Nm最高运用转速：5900rpm额定效率：94.7%最大转矩：3200Nm额定功率：587kW额定电压：2750V额定电流：144A额定转速：4100rpm额定转矩：1374Nm最高运用转速：5900rpm额定效率：94.7%最大转矩：3200Nm额定功率：630kW额定电压：1404V额定电流

：322A额定频率

：140Hz额定转矩

：2024Nm最高运用转速：5777r/min额定效率：94.7%最大转矩：3227Nm

2既有高速动车组牵引传动系统概述介绍12/30/20235

2既有高速动车组牵引传动系统概述介绍350公里动车组牵引传动系统典型结构介绍CRH380A与CRH380AL牵引传动系统CRH380ACRH380AL生产厂四方股份动拖比6M+2T12M+4T牵引变压器线圈结构:牵引绕组2组、辅助绕组1组原边容量：3855kVA牵引绕组：3335kVA，1650V辅助绕组：520kVA，400V线圈结构:牵引绕组2组、辅助绕组1组原边容量：3855kVA牵引绕组：3335kVA，1650V辅助绕组：520kVA，400V牵引变流器三电平电压型PWM变流器，采用3300V/1500AIGBT；输入参数：额定输入电压AC1650V，额定输入电流AC974A；中间电压：DC2800~3100V；输出参数：AC0~2300V，额定输出电流448A，频率范围：0~197Hz输出功率：1550kW三电平电压型PWM变流器，采用3300V/1500AIGBT；输入参数：额定输入电压AC1650V，额定输入电流AC974A；中间电压：DC2800~3100V输出参数：AC0~2300V，额定输出电流448A，频率范围：0~197Hz输出功率：1550kW传动比2.3792.379牵引电机额定功率：365kW额定电压：2000V额定电流：130A额定频率：140Hz额定转矩最高运用转速：6120rpm额定效率：94.8%

额定功率：365kW额定电压：2000V额定电流：130A额定频率：140Hz额定转矩最高运用转速：6120rpm额定效率：94.8%

12/30/20236

2既有高速动车组牵引传动系统概述介绍350公里动车组牵引传动系统典型结构介绍CRH3C牵引传动系统CRH3CCRH380BCRH380BL生产厂唐车股份长客股份唐车股份长客股份动拖比4M+4T4M+4T8M+8T牵引变压器线圈结构：牵引绕组4组原边容量：5600kVA；牵引绕组：4*1400kVA，1550V

线圈结构：牵引绕组4组原边容量：5848kVA；牵引绕组：4*1462kVA，1850V线圈结构：牵引绕组4组原边容量：5848kVA；牵引绕组：4*1462kVA，1850V牵引变流器两重两电平电压型PWM脉冲整流器+两电平电压型逆变器，采用6500V/600AIGBT双管并联；输入参数：额定输入电压AC1550V，最大基波输入电流AC950A；中间电压：DC2700V~3600V输出参数：AC0~2800V；频率范围：0~200Hz输出功率：2300kW两重两电平电压型PWM脉冲整流器+两电平电压型逆变器，采用6500V/600AIGBT双管并联；输入参数：额定输入电压AC1850V，最大基波输入电流AC950A；中间电压；DC2700V~3600V输出参数：AC0~2800V；频率范围：0~200Hz输出功率：2500kW两重两电平电压型PWM脉冲整流器+两电平电压型逆变器，采用6500V/600AIGBT双管并联；输入参数：额定输入电压AC1850V，最大基波输入电流AC950A；中间电压：DC2700V~3600V输出参数：AC0~2800V：频率范围：0~200Hz输出功率：2500kW传动比2.4292.4292.429牵引电机额定功率：562kW额定电压：2750V额定电流：135A额定转速：4100rpm额定转矩：1304Nm最高运用转速：5891rpm额定效率：94.7%最大转矩：3200Nm额定功率：587kW额定电压：2750V额定电流：144A额定转速：4100rpm额定转矩：1374Nm最高运用转速：5900rpm额定效率：94.7%最大转矩：3200Nm额定功率：587kW额定电压：2750V额定电流：144A额定转速：4100rpm额定转矩：1374Nm最高运用转速：5900rpm额定效率：94.7%最大转矩：3200Nm

2既有高速动车组牵引传动系统概述介绍350公里动车组牵引传动系统典型结构介绍CRH3C牵引传动系统12/30/2023712/30/20238

2既有高速动车组牵引传动系统概述介绍350公里动车组牵引传动系统典型结构介绍CRH380D牵引传动系统CRH380D生产厂BST动拖比4M+4T牵引变压器线圈结构：牵引绕组4组原边容量：6048kVA牵引绕组：756kVA*8，966V

牵引变流器两重两电平电压型PWM脉冲整流器+两电平电压型逆变器，采用3300V/1500AIGBT；输入参数：额定输入电压AC920V，额定输入电流AC800A；中间电压：DC1650~1800V输出参数：额定输出电压1287V，额定输出电流800A；频率范围：0~200Hz输出功率：2700kW传动比2.436牵引电机额定功率：630kW额定电压：1404V额定电流

：322A额定频率

：140Hz额定转矩

：2024Nm最高运用转速：5777r/min额定效率：94.7%最大转矩：3227Nm12/30/20239

3既有高速动车组辅助供电系统概述介绍350公里动车组辅助变流器技术指标车型CRH380ACRH380ALCRH3CCRH380BCRH380BLCRH380D生产厂四方股份唐车股份长客股份唐车股份长客股份BST结构形式牵引变流器和辅助变流器主辅分离单独成箱的结构方式动力单元供电模式牵引变压器辅助绕组供电牵引变流器中间直流环节供电牵引变流器中间直流环节供电辅助变流器电路结构：变压器隔离+单相逆变器+直流环节+三相逆变器，电路型式：两电平。容量：123kVA；输入电压：1AC400V；输出电压：3AC400V；输出频率：50Hz；冷却方式：强迫风冷；输出模式：每台辅助变流器单独输出供电方式。电路结构：直交逆变器+变压器隔离，电路型式：两电平。容量：单辅变流器：160kVA；双辅变流器：2*160kVA；输入电压：DC2700~3600

V；输出电压：3AC440V；输出频率：60Hz；冷却方式：强迫风冷；输出模式：每台辅助变流器输出向整列车交流母线并网供电方式。

电路结构：直交逆变器+变压器隔离，电路型式：两电平。容量：200kVA；输入电压：DC1650

V；输出电压：3AC400/230V；输出频率：50Hz；冷却方式：水冷；输出模式：每台辅助变流器输出向整列车交流母线并网供电方式。

冗余模式整列车没有交流供电网，故障情况下依靠扩展供电接触器实现冗余供电。冗余模式：扩展供电。并网供电。并网供电。12/30/202310

3既有高速动车组辅助供电系统概述介绍350公里动车组辅助供电系统典型结构介绍CRH380A辅助供电系统车型CRH380ACRH380AL生产厂四方股份结构形式牵引变流器和辅助变流器主辅分离单独成箱的结构方式供电模式牵引变压器辅助绕组供电辅助变流器电路结构：变压器隔离+单相逆变器+直流环节+三相逆变器，电路型式：两电平。容量：123kVA；输入电压：1AC400V；输出电压：3AC400V；输出频率：50Hz；冷却方式：强迫风冷；输出模式：每台辅助变流器单独输出供电方式。冗余模式整列车没有交流供电网，故障情况下依靠扩展供电接触器实现冗余供电。冗余模式：扩展供电。12/30/202311

3既有高速动车组辅助供电系统概述介绍350公里动车组辅助供电系统典型结构介绍CRH3C辅助供电系统车型CRH3C/380B/KL生产厂唐车股份/长客结构形式牵引变流器和辅助变流器主辅分离单独成箱的结构方式供电模式牵引变流器中间直流环节供电辅助变流器电路结构：直交逆变器+变压器隔离，电路型式：两电平。容量：单辅变流器：160kVA；双辅变流器：2*160kVA；输入电压：DC2700~3600

V；输出电压：3AC440V；输出频率：60Hz；冷却方式：强迫风冷；输出模式：每台辅助变流器输出向整列车交流母线并网供电方式。

冗余模式并网供电。12/30/202312

3既有高速动车组辅助供电系统概述介绍350公里动车组辅助供电系统典型结构介绍CRH380D辅助供电系统车型CRH380D生产厂BST结构形式动力单元供电模式牵引变流器中间直流环节供电辅助变流器电路结构：直交逆变器+变压器隔离，电路型式：两电平。容量：200kVA；输入电压：DC1650

V；输出电压：3AC400/230V；输出频率：50Hz；冷却方式：水冷；输出模式：每台辅助变流器输出向整列车交流母线并网供电方式。

冗余模式并网供电。二、新技术介绍

（一）、中国标准动车组介绍

1、

中国标准动车组研制背景

（1）、引进平台的多样化CRH1、CRH2、CRH3、CRH5四种17种型号

（2）、运用维护的不便

一个段多种车型，不同的维修设备

（3）、消化吸收再创新能力的提高

自2006年开始引进原型动车组，到目前的自主创新动车组

（4）、国情及走出去的需要

中国自主的动车组；出口国外的动车组

（5）、中国标准动车组技术条件制定2014年1月（4-5）启动，铁科院牵头2014年9月（5—6）通过评审，确定放方案12/30/202313（6）、造车阶段2014年6月主机厂开始方案设计，结合统型进行施工设计2014年8月—2015年4月主机厂进行造车实施阶段2015年（5—6）月厂内调试阶段（7）、铁科院环形线调试阶段

2015年（7—8）月环铁调试及160km/h以下整车部分型式试验（8）、大西线试验

2015年9月—2016年10月160km/h以上整车部分型式试验及运用考核（9）、运用考核评审2016年（10—12）月总结运用考核经验并评审12/30/2023142、铁科院动车组牵引、辅助变流器的发展情况（1）、完整的设计流程12/30/202315自主牵引和辅助变流器设计流程与设计方案自主牵引变流器设计流程自主知识产权牵引变流器主要研制工作包括箱体自主研制、热仿真分析、电气性能仿真、关键部件—控制器、牵引功率模块、短路模块和直流电压传感器以及自主牵引变流器的研制和试验验证。12/30/202316自主牵引和辅助变流器设计流程与设计方案自主辅助变流器设计流程自主知识产权辅助变流器主要研制工作：箱体自主研制、热仿真分析、电气性能仿真、关键部件—控制器、功率模块、变压器、交直流电压传感器以及自主辅助变流器的研制和试验验证。12/30/202317（2）、研发手段的建设

变流器部件的强度计算、热仿真计算、电气部件仿真平台、控制软件仿真平台、IGBT试验台、IGBT功率模块试验台、变流器例行及型式试验台、牵引系统仿真平台及高速铁路系统试验国家工程试验室——高速动车组交流传动试验室。12/30/202318（3）、自主牵引变流器、辅助变流器的研制12/30/20231912/30/202320

（4）

时速350公里中国标准动车组项目介绍项目背景12/30/202321指导文件（总体技术条件）12/30/202322设计原则12/30/202323关键技术12/30/202324（1）

时速350公里中国标准动车组设计方案3、北车高速动车组牵引传动系统和辅助供电系统

概述12/30/202325主要技术指标12/30/202326（1）

时速350公里中国标准动车组设计方案系统组成12/30/202327设备布置01/08车头车拖车12/30/202328（1）

时速350公里中国标准动车组设计方案牵引设备布置12/30/202329（1）

时速350公里中国标准动车组设计方案牵引设备布置12/30/202330（1）

时速350公里中国标准动车组设计方案牵引设备布置1、8号车车下设备布置12/30/202331（1）

时速350公里中国标准动车组设计方案美工方案12/30/202332（1）

时速350公里中国标准动车组设计方案12/30/202333（2）

时速350公里中国标准动车组牵引系统方案介绍特性参数（牵引系统技术条件）12/30/202334牵引特性12/30/202335制动特性12/30/202336牵引指令设置网压适应特性12/30/202337过分相-发电功能12/30/202338救援回送功能12/30/202339（3）

时速350公里中国标准动车组牵引系统主要部件牵引变压器12/30/202340（3）

时速350公里中国标准动车组牵引系统主要部件牵引变压器12/30/202341牵引变流器（3）

时速350公里中国标准动车组牵引系统主要部件12/30/202342牵引变流器主要技术参数（3）

时速350公里中国标准动车组牵引系统主要部件12/30/202343牵引变流器12/30/202344牵引变流器时速350公里中国标准动车组牵引变流器箱体主要技术指标：

变流器长/mm变流器宽/mm变流器高/mm安装轴径/mm重量/kg29003068720φ482280牵引变流器箱体主要尺寸机箱材料材料位置屈服强度(MPa)适用温度(C。)Q345E矩形管材、箱体吊座345-4009CuPCrNi-A热轧板材345-40牵引变流器箱体机箱材料特性12/30/20234512/30/202346牵引变流器12/30/202347牵引变流器牵引控制单元硬件由25块18类板卡组成。12/30/202348牵引变流器12/30/202349冷却单元12/30/202350冷却单元12/30/202351牵引电机（3）

时速350公里中国标准动车组牵引系统主要部件12/30/202352牵引电机冷却风机（3）

时速350公里中国标准动车组牵引系统主要部件12/30/202353（4）

时速350公里中国标准动车组牵引系统和部件设计验证设计验证部件例行试验部件型式试验牵引系统联调试验整车型式试验12/30/202354（4）

时速350公里中国标准动车组牵引系统和部件设计验证地面联调试验12/30/202355（4）

时速350公里中国标准动车组牵引系统和部件设计验证地面联调试验12/30/202356辅助供电系统设计方案（辅助供电系统技术条件）（5）

时速350公里中国标准动车组辅助供电系统设计方案12/30/202357辅助供电系统设计方案12/30/202358辅助供电系统设计方案12/30/202359功能及性能参数12/30/202360功能及性能参数12/30/202361功能及性能参数12/30/202362功能及性能参数12/30/202363功能及性能参数12/30/202364主要部件介绍辅助变流器主要技术参数12/30/202365主要部件介绍时速350公里中国标准动车组辅助变流器箱体主要技术指标：

变流器长/mm变流器宽/mm变流器高/mm安装轴径/mm重量/kg30682200720φ481750辅助变流器箱体主要尺寸机箱材料材料位置屈服强度(MPa)适用温度(C。)Q345E矩形管材、箱体吊座345-4009CuPCrNi-A热轧板材345-40牵引和辅助变流器箱体机箱材料特性12/30/20236612/30/202367辅助变流器主电路结构12/30/202368辅助变流器试验方案序号检验项目型式试验例行试验序号检验项目型式试验例行试验1外观检查√√18冲击和振动试验√-2验证尺寸和公差√√19电磁兼容试验√-3称重√-20网压跳变试验√-4标识检查√√21供电短时中断试验√-5冷却系统性能试验√-22输出均流试验√-6泄漏试验√√23输出特性试验√双方协商确定7绝缘电阻试验√√24启动和重新启动试验√双方协商确定8介电试验√√25短路试验√双方协商确定9机械、电气保护和测量设备的试验√√26验证电压和频率范围√双方协商确定10轻载试验√√27额定负载试验√双方协商确定11防护等级试验√-28过载能力试验√双方协商确定12换流试验（最大电流试验）√-29负载中断试验√双方协商确定13噪声测量√-30高温试验√-14温升试验√-31低温试验√-15功率损耗测定√-32湿热试验√-16负载突变试验√双方协商确定33盐雾试验双方协商确定-17安全性要求检查√双方协商确定34吊座无损探伤检查双方协商确定√

辅助变流器应具备的试验。12/30/202369主要部件介绍充电机主要性能指标12/30/202370主要部件介绍充电机主要性能指标12/30/202371

主要部件介绍蓄电池主要性能指标12/30/202372（5）

辅助供电系统和部件设计验证设计验证12/30/2023734、南车高速动车组牵引传动系统和辅助供电系统概述（1）

设计输入12/30/202374（2）

动车组顶层技术指标12/30/202375（2）

动车组顶层技术指标12/30/202376（2）

动车组顶层技术指标12/30/202377动车组设计12/30/202378动车组设计12/30/202379车下设备12/30/202380车下设备12/30/202381车下设备12/30/202382（3）

动车组系统配置12/30/202383（3）

动车组系统配置