牵引传动及控制系统第一章项目四动车组牵引变流器主电路及原理

第一章

2025年4月1日牵引传动及控制系统项目四

动车组牵引变流器主电路及原理制冷装置的组成各模块简介主电路及工作原理2第一部分主电路及工作原理主电路及工作原理整流与逆变将交流电变换为直流电称为AC/DC变换，这种变换的功率流向是由电源传向负载，称之为整流。整流电路是利用二极管的单向导电性将正负变化的交流电压变为单向脉动电压的电路。在交流电源的作用下，整流二极管周期性地导通和截止，使负载得到脉动直流电。在电源的正半周，二极管导通，使负载上的电流与电压波形形状完全相同；在电源电压的负半周，二极管处于反向截止状态，承受电源负半周电压，负载电压几乎为零。主电路及工作原理整流与逆变把直流变为交流电力的交换称为逆变(Inverter)，用于逆变的装置称为逆变器，动车组上常见的逆变器为控制极可关断的晶闸管(GTO)和绝缘栅双极晶体管（IGBT）。逆变电路有源逆变：将直流电变成和电网同频率的交流电反送到电网中无源逆变：将直流电变成为某一频率或可变频率的交流电直接供负载使用主电路及工作原理整流与逆变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。主电路及工作原理主电路1短接接触器，以及充电接触器、充电电阻组成的预充电电路8电动隔离开关2四象限PWM整流器9含过压斩波电阻等的保护模块单元3含支撑电容器等的直流支撑回路10四象限输入电流传感器4接地检测单元11牵引逆变输出电流传感器5含谐振电容器等谐振电路，谐振电抗器外设12辅助逆变输出电压和电流传感器6PWM脉宽调制逆变7辅助逆变器主电路及工作原理牵引变压器牵引绕组输入电压首先经由KM3A、R1A~R2A组成的充电回路对直流回路的支撑电容充电，充电完成后闭合短接接触器KM1A。牵引工况时单相工频电网电压经四象限PWM整流器整流为3600V直流电压，再经逆变器逆变为三相VVVF电压供给牵引电机；再生制动工况时牵引电机发出的三相电压经整流、逆变后通过牵引变压器、受电弓反馈回电网。谐振电抗器L2A（集成在变压器内部）和谐振电容（C21A~C26A）组成二次谐振回路，用于滤除四象限PWM整流器输出的二次谐波电流，Rch1A~Rch2A为过压斩波电阻，用于直流回路的过电压抑制及停机后的快速放电，R5A~R10A为固定放电电阻，用于快速放电回路故障后将支撑电容上的电压放至安全电压以下；主电路主电路及工作原理LH1A～LH8A为电流传感器，分别用于检测变流器四象限输入电流、主逆变输出电流和斩波电流；QS1A~QS3A为隔离开关，正常工况下，主触头处于常闭状态，当某重牵引功率单元的变流器模块故障时，相应的隔离开关可以分断，对应的辅助触头将该重中间回路正负极短路。主电路9第二部分各模块简介主电路及工作原理传动控制单元（TCU）TCU的主要功能是完成对动力集中动车组的牵引/制动特性控制、逻辑控制、故障保护，实现对四象限整流器和牵引逆变器及交流异步牵引电机的实时控制、粘着利用控制，以满足车辆动力性能、故障运行、救援能力及实现预期的运行速度等。主电路及工作原理PWM整流模块四象限变流器和逆变器采用相同的变流器模块，可以完全互换，变流器模块集成了8个6500V/750A的IGBT元件、水冷散热器、温度传感器、门控单元、门控电源、脉冲分配单元、低感母排等部件。四象限整流器在牵引工况下进行交-直变换，将来自主变压器的单相交流输入电压转换为直流电压，为中间直流电路提供电能；在再生制动工况时，通过中间直流电路进行直-交变换，将电能回馈给电网。主电路及工作原理逆变器模块（VVVF）逆变模块在输出接线端U、V、W处提供一个变频变压（VVVF）的三相交流电源。A/INV1逆变器LH3A、LH4A电机电流传感器主电路及工作原理直流支撑电容每架直流支撑电容组由5×1mF电容器组成，分布装配在变流器内，（图中C11~C15电容），每个变