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《《《《牵引变流器牵引变流器牵引变流器牵引变流器》》》》第七章第七章第七章第七章7200kW7200kW7200kW7200kWHXD1CHXD1CHXD1CHXD1C电力机车电力机车电力机车电力机车牵引变流器牵引变流器牵引变流器牵引变流器-2-1.概述2-3-1.概述牵引变流器应用于7200kW六轴货运电力机车，机车轴式为C0-C0，每台机车配置两个牵引变流器，每个牵引变流器向一个转向架的三台牵引电机供电。牵引变流器采用IGBT作为开关器件，直流环节电压为DC1800V，采用水冷散热。牵引电机轴功率为1.2MW，牵引逆变器-牵引电机采用轴控方式。3-4-《大功率交流传动电力机车技术规范》IEC60571《铁道机车车辆电子装置》IEC60077《电气牵引设备规则》IEC61287《机车车辆用电力变流器》IEC60349《电力牵引-铁路机车车辆和公路车辆用旋转电机》IEC61133《电气牵引-机车车辆-电力机车车辆、电传动热力机车车辆制成后,投入使用前的试验方法》IEC61377《电力牵引-机车车辆-逆变器供电的交流电机及其控制的综合试验》EN50121-3-2：2000《电磁兼容性第3-2：机车车辆-电气设备》2、、、、引用标准与规范引用标准与规范引用标准与规范引用标准与规范-5-3.3.3.3.环境条件环境条件环境条件环境条件海拔高度≤2500m环境温度-25～+40℃相对湿度≤95%振动与冲击应能承受TB/T3058—2002中1类A级规定的振动和冲击安装位置能防风、沙、雨、雪的车厢内5-6-4.1电网供电条件电网供电条件电网供电条件电网供电条件电流制：单相交流50Hz额定电压：25kV电压最高值：29kV电压最低值：19kV瞬时电压最高值：31kV瞬时电压最低值：17.5kV4、、、、基本技术条件基本技术条件基本技术条件基本技术条件%功率发挥网压网压在网压在网压在网压在17.5kV～～～～31kV范围内范围内范围内范围内，，，，机车功率发挥情况曲线图机车功率发挥情况曲线图机车功率发挥情况曲线图机车功率发挥情况曲线图-7-4.基本技术条件4.2轮径新轮:1250mm半磨耗:1210mm4.3轴式C0-C04.4轴重轴重:23t加压车铁后轴重:25t4.5齿轮传动比106/17=6.23534.6电传动方式交-直-交传动7-8-4.基本技术条件4.7电力牵引性能机车轮周牵引功率（持续制）7200kW机车起动时粘着牵引力（0～5km/h速度范围内半磨耗的轮周平均牵引力）23t轴重时:≥520kN25t轴重时:≥570kN机车持续制牵引力：23t轴重时:≥370kN25t轴重时:≥400kN最高速度:120km/h最高试验速度（新轮）:132km/h恒功率速度范围:23t轴重时：70～120km/h25t轴重时：65～120km/h8-9-4.基本技术条件4.8再生制动性能电制动方式:再生制动机车轮周电制动功率（持续制）：7200kW机车最大制动力：23t轴重:≥370kN25t轴重:≥400kN9-10-4.基本技术条件HXD1C型电力机车牵引特性曲线10牵引特性曲线0100200300400500600020406080100120140速度(km/h)牵引力(kN)25t轴重23t轴重-11-4.基本技术条件HXD1C型电力机车制动特性曲线11制动特性曲线050100150200250300350400450020406080100120140速度(km/h)制动力(kN)25t轴重23t轴重-12-4.基本技术条件4.9功率因数当机车功率大于20%额定功率时，功率因数(λ)≥0.97，条件是接触网电压低于27.5kV。4.10效率机车在额定网压下，在牵引工况下发挥持续额定功率时，机车总效率≥0.854.11等效干扰电流等效干扰电流≤2.5A12-13-5.技术参数5.1四象限脉冲整流器输入电压：3×AC970V额定输入电流：3×1390A最大输入电流：3×1544A13-14-5.技术参数5.2中间直流环节标称直流电压：DC1800V二次谐振电感：0.27mH二次谐振电容：9.39mF14-15-5.技术参数5.3VVVF逆变器标称输入电压：DC1800V输出电压：三相AC0～1404V额定输出电流：3×598A最大输出电流：3×814A开关频率：≤500Hz控制方式：直接转矩控制15-16-5.技术参数5.4冷却系统冷却方式：强迫水循环冷却水和添加剂体积比：44%/56%入水口温度：≤55℃出水口温度：≤61℃16-17-5.技术参数5.5变流器总体变流器效率：97.5%控制电压：DC110V（DC77～137.5V）外形尺寸：3100mm×1060mm×2000mm（长×宽×高）重量：约2500kg17-18-6.技术说明6.1主电路一台7200kW六轴货运电力机车配置两台牵引变流器（Ⅰ架和Ⅱ架），每台牵引变流器向一个转向架的三台牵引电机供电。变流器主电路由三重四象限PWM整流器和三个VVVF逆变器组成。每重四象限PWM整流器和一个逆变器组成一组独立的供电单元，为一台牵引电机供电。18-19-6.技术说明6.2主电路193M3M3M3M3MM3-20-6.技术说明6.3电路组成每个主电路单元有独立的充电短接回路和固定放电回路，当其中任意一个主电路单元故障时（四象限PWM整流器或逆变器），断开相应的隔离开关和充电短接开关，将该故障单元切除，其余两个单元正常工作，机车只损失部分的动力，从而将故障造成的影响降至最低。三重四象限互相错开一定的相位角度，减小对电网的谐波污染，降低直流回路的纹波。20-21-6.技术说明6.3电路组成6.3.1充电回路牵引变压器牵引绕组输入电压经由充点接触器、充电电阻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。21-22-6.技术说明6.3电路组成6.3.2滤波二次谐振电抗器、滤波电容组成二次谐振回路，用于滤除四象限PWM整流器输出的二次谐波电流。22-23-6.技术说明6.3电路组成6.3.3过压抑制和快速放电过压斩波电阻，用于直流回路的过电压抑制及停机后的快速放电；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。23-24-6.技术说明6.3电路组成6.3.4接地检测R12、R13为直流分压电阻，中点接地，用于变流器主电路接地检测；VH2、VH3和VH1为电压传感器，分别用于检测变流器直流回路电压和半电压。24-25-6.技术说明6.3电路组成6.3.5库内动车电路库内动车时，外接DC600V库内电源通过R、S端子输入变流器，经整流、逆变后输出三相VVVF电压驱动牵引电机。25-26-7.总体设计7.1外形尺寸及安装变流器外形尺寸为3100mm×1060mm×2000mm（长×宽×高），通过底部的螺孔固定在机车底架的C型轨上，主电路接线端子位于柜体下侧，控制电源和辅助电源插头位于柜体左侧。26-27-5.总体设计6.2外形图27-28-7.总体设计7.2变流器组成变流器为模块化结构，包含6个变流器模块（3个整流模块和3个逆变模块）、支撑电容器、传动控制单元（TCU）、接触器、充放电电阻、过压斩波电阻、电压电流传感器、冷却风机、热交换器等部件。28-29-7.总体设计7.3变流器模块变流器为模块化结构，包含6个变流器模块（3个整流模块和3个逆变模块）。变流器模块集成了IGBT元件、水冷散热器、温度传感器、驱动组件、门控电源、脉冲分配单元、支撑电容器、低感母排等部件。四象限整流器模块与逆变器模块可以完全互换。29-30-5.总体设计5.4冷却系统变流器模块采用水冷散热，冷却液由纯水和乙二醇按比例混合而成。水冷管路全部采用快速接头连接，方便快捷插拔，不需要排放冷却系统中的冷却液变流器安装有一个水-气热交换器，用于变流器柜体内部的空气循环与降温，防止出现局部过热点。斩波电阻冷却由底部两个小风机风冷。30-31-7.总体设计7.5传动控制单元传动控制单元（TCU）采用分布式的控制结构形式，机箱结构。机箱为6U×84R标准机箱，置于变流器柜中。每个牵引变流器1个TCU，一台车2个TCU。TCU根据司机指令完成对四象限脉冲整流器的实时控制、逆变器暨交流异步牵引电机的实时控制、粘着利用控制，同时具备完整的故障保护、记录、模块级的故障自诊断和轻微故障的自复位功能。对外联接MVB总线，将电传动系统与微机网络控制系统联系起来，形成控制与通讯系统。31传动控制单元传动控制单元传动控制单元传动控制单元（（（（DCU））））机箱机箱机箱机箱-33-DCU机箱插件布置图机箱插件布置图机箱插件布置图机箱插件布置图DCU的核心任务的核心任务的核心任务的核心任务交流传动控制系统交流传动控制系统交流传动控制系统交流传动控制系统（（（（或称传动控制单或称传动控制单或称传动控制单或称传动控制单元元元元，，，，简称简称简称简称DCU（（（（DriveControlUnit））））的核心的核心的核心的核心任务是任务是任务是任务是：：：：根据司机指令完成牵引特性控制根据司机指令完成牵引特性控制根据司机指令完成牵引特性控制根据司机指令完成牵引特性控制、、、、逆变器及逆变器及逆变器及逆变器及交流交流交流交流异步牵引电动机的实时控制异步牵引电动机的实时控制异步牵引电动机的实时控制异步牵引电动机的实时控制、、、、高性能粘着控制等高性能粘着控制等高性能粘着控制等高性能粘着控制等，，，，同时具备完整的故障保同时具备完整的故障保同时具备完整的故障保同时具备完整的故障保护功能护功能护功能护功能、、、、模块级的故障自诊断功能和轻微故模块级的故障自诊断功能和轻微故模块级的故障自诊断功能和轻微故模块级的故障自诊断功能和轻微故障的自复位功能障的自复位功能障的自复位功能障的自复位功能。。。。-35-DCU的主要控制功能的主要控制功能的主要控制功能的主要控制功能•四象限整流控制四象限整流控制四象限整流控制四象限整流控制•牵引变流系统的逻辑控制牵引变流系统的逻辑控制牵引变流系统的逻辑控制牵引变流系统的逻辑控制•牵引和制动的特性计算牵引和制动的特性计算牵引和制动的特性计算牵引和制动的特性计算•直接转矩控制直接转矩控制直接转矩控制直接转矩控制•粘着控制粘着控制粘着控制粘着控制•变流系统的保护变流系统的保护变流系统的保护变流系统的保护、、、、故障记录故障记录故障记录故障记录、、、、诊断诊断诊断诊断•与多功能机车车辆总线与多功能机车车辆总线与多功能机车车辆总线与多功能机车车辆总线MVB接口及通讯接口及通讯接口及通讯接口及通讯-36-•采用四象限整流器控制软件采用四象限整流器控制软件采用四象限整流器控制软件采用四象限整流器控制软件、、、、异步牵引电机直接异步牵引电机直接异步牵引电机直接异步牵引电机直接转矩控制软件转矩控制软件转矩控制软件转矩控制软件、、、、粘着控制软件实现完全微机化粘着控制软件实现完全微机化粘着控制软件实现完全微机化粘着控制软件实现完全微机化、、、、数字化的实时控制数字化的实时控制数字化的实时控制数字化的实时控制。。。。通过通讯接口板对外联接通过通讯接口板对外联接通过通讯接口板对外联接通过通讯接口板对外联接MVBMVBMVBMVB总线总线总线总线，，，，与中央控制单元联系起来与中央控制单元联系起来与中央控制单元联系起来与中央控制单元联系起来，，，，形成控制与通形成控制与通形成控制与通形成控制与通讯系统讯系统讯系统讯系统，，，，内部则借用单板机管理并行总线内部则借用单板机管理并行总线内部则借用单板机管理并行总线内部则借用单板机管理并行总线。。。。实现实现实现实现网络化网络化网络化网络化、、、、信息化控制信息化控制信息化控制信息化控制。。。。•采用分布式的控制结构形式采用分布式的控制结构形式采用分布式的控制结构形式采用分布式的控制结构形式，，，，即该即该即该即该DCUDCUDCUDCU机箱置于变机箱置于变机箱置于变机箱置于变流柜中流柜中流柜中流柜中，，，，无边插的插箱无