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目录第一章HXD2型电力机车及电传动系统第二章HXD2主变流器的原理第三章主变流器技术特点第四章主变流器的控制第五章技术引进国产化创新发展第一章HXD2型电力机车及电传动系统第一节交流传动电力机车•HXD2系列型交流传动货运电力机车包含HXD2、HXD2B、HXD2C等型号；•HXD2型电力机车为四轴机车为基础，采用双机并联牵引形成八轴机车，牵引功率10000千瓦；•HXD2B是六轴式电力机车，牵引功率9600千瓦•HXD2C是六轴式电力机车，牵引功率7200千瓦•HXD2系列型交流传动货运电力机车主传动系统均采用了交流控制技术，采用网络控制技术完成整车的信息共享和智能控制；•HXD2系列型电力机车采用单轴独立控制技术；变流器驱动单元选择二合一或者三合一结构；•HXD2系列型电力机车交流传动系统和牵引变流器充分考虑了大功率货运电力机车的实际需要，采用先进、成熟、可靠的技术，按照标准化、系列化、模块化、信息化的总体要求进行全新设计第二节电力机车电传动系统原理电力机车电传动系统原理第三节电力机车牵引制动特性•机车牵引恒功率范围•23T轴重70~120km/h•25T轴重70~120km/h第四节、电力机车电传动系统特点•输入整流：单位功率因数功率可逆变换•无触点换向•异步电动机的优点：体积、转速、可靠性•粘着控制性能•恒功范围•新技术、新材料、新器件的综合应用•可控整流与四象限整流的比较第五节三种车型电传动系统的差别•原型车技术的不同PRIMA4000PRIMA6000HXD3•牵引功率的差别1250×8=100001600×6=96001200×6=7200•变流器结构的差别结构差别推广应用性第六节三种车型电传动系统的差别•中间直流电压的差别DC1800VDC3750VDC2800V•功率器件选型差别3300V/1200A6500V/600A4500V/900A•中间电路的差别二次谐波的形成二次谐波的处理第七节三种车型电传动系统的差别•牵引电机的差别相同的安装尺寸和外型HXD2电机结构与参数HXD2B电机结构与参数HXD2C电机结构与参数•辅助电路的差别电路结构的不同输入参数的不同第八节电力机车电传动系统的设计根据机车技术条件的总体要求，考虑供电制式、速度等级、编组方式、最大坡度、启动加速度、加速时间、持续加速度、加速度余度、轮径、安装方式等，顺序进行：•选择机车电传动方式•设计计算机车总体牵引特性•选择牵引电机的结构•确定主变流器的中间电压、输入参数、输出参数•确定牵引电机的参数•确定主变压器的参数•确定主开关的参数电力机车总体牵引特性第九节电传动系统的配置选择•根据使用要求，HXD2系列机车交流传动系统的配置形式包括：•1、BOBO，4800KW•2、BOBO，6400KW•3、COCO，7200KW•4、COCO，9600KW•5、2（BOBO），9600KW•6、2（B0B0），12800KW第二章主变流器的原理第一节HXD2电力机车主变流器参数输入额定电压：AC950V输入额定电流：1650A中间直流电压：DC1800V输出额定电压：3×AC1390V输出额定电流：620A功率器件选型：3300V×1200A冷却方式：水冷式第二节HXD2B电力机车主变流器参数•输入额定电压：AC2100V•输入额定电流：1000A•中间直流电压：DC3750V•输出额定电压：3×AC2900V•输出额定电流：390A•功率器件选型：6500V×600A•冷却方式：水冷式第三节HXD2C电力机车主变流器参数•输入额定电压：AC1450V•输入额定电流：927A•中间直流电压：DC2800V•输出额定电压：3×AC2150V•输出额定电流：380A•功率器件选型：4500V×900A•冷却方式：水冷式第四节主变流器配置方式牵引电传动系统的关键设备第五节机车主变流器的原理第六节PWM整流器与传统的整流器相比，PWM整流器不仅获得了可控的AC/DC变换性能，而且可实现网侧单位功率因数和正弦波电流控制，甚至能使电能双向传输。一般称电能可双向传输的PWM整流器为可逆PWM整流器。由于可逆的PWM整流器不仅体现出PWMAC/DC变流特性（整流），而且还可呈现出PWMDC/AC变流特性（有源逆变），因而确切地说，可逆PWM整流器实际上是一种新型的可四象限运行的变流器。PWM整流器波形可控整流及PWM整流第七节中间回路中间电容和二次电容复合母排和耗能电阻TMx325kV50Hz1.5kVDCAuxiliaries第八节输出逆变器1、原理：根据交流牵引电机的特点,完成恒转矩调节、恒功率调节。针对机车的有级调节，则包括不同级位下的转矩限制；针对机车的恒速调节，则包括不同级位不同定速段的转矩限制。2、输出波形：3、控制方式：矢量控制、优化控制和全波控制4、关联影响：牵引电机的效率和绝缘第九节辅助电传动系统介绍第三章主变流器的关键技术第一节网络技术HXD2电力机车控制网络选择阿尔斯通成熟的机车网络FIP网络，FIP网络在欧洲属于一种应用比较广泛的工业网络技术，阿尔斯通在工业FIP网络的基础上，结合机车网络技术协议标准，形成自主的机车用网络体系。从应用选择来看，各种技术引进车型的网络选择均不同。1.1网络系统构成1.2网络产品1、中央计算机2、司机操纵与显示系统3、远程数据采集系统4、网络节点5、数据通讯协议与通讯软件6、过程记录与故障诊断系统第二节功率模块HXD2电力机车主变流器选择PALIX功率模块,属于阿尔斯通技术成熟且广泛使用的功率模块,使用3300V/1200A等级的IGBT;选择1800V中间电压.使用效果:故障原因分析:第三节复合冷却塔复合冷却塔属于铁道部十大配套技术之一.HXD2电力机车复合冷却塔与HXD1、HXD3电力机车在结构上完全不同，分体式结构使HXD2变流器在功能上自成一体，便于独立地应用开发。HXD1、HXD3复合冷却示意图第四节二次谐波吸收回路4.1二次谐波的产生：采用四象限PWM整流技术完成的电力机车单相整流，必然伴随着二次脉动成分，这些能量将对直流中间回路形成影响，也会形成牵引电机的转矩脉动，所以必须进行处理。四象限整流器的功率输入：))2cos(1()sin(2)sin(2tIUtItUiuPNNNNNNNωωω−=×=×=4.2、二次谐波的处理硬件LC吸收回路----HXD1、HXD2技术软件处理--------------HXD3处理技术第五节制动系统HXD2电力机车选择法维莱制动系统HXD1选择克诺尔制动系统HXD3选择克诺尔制动系统两种制动系统和机车网络控制系统的连接方式和信息交换方式有区别第四章主变流器的控制分析第一节基本控制方式•1.1VVVF和CVCF•机车牵引中的VVVF控制•机车牵引中的CVCF控制•1.2PWM技术•所谓PWM技术就是利用半导体器件的开通和关断把直流电压变成一定形状的电压脉冲序列，实现变频、变压并有效地控制和消除谐波的一门技术。•1.3PWM的分类•正弦PWM•电压正弦PWM•电流正弦PWM•磁通正弦PWM•优化PWM•谐波消除PWM•效率最优PWM•随机PWM1.4电压正弦PWM:电压利用率低，谐波大，适应于小功率1.5磁通正弦PWM：SVPWM•由输出电压正弦到电机磁链的理想控制•提高电压利用率•输出电压增加零序分量，不适用于重联工况下的控制优化PWM是根据某一特定目标将所有工作频率范围内的开关角预先计算好，然后通过查表或其它方式输出，形成PWM波形的方式.适应于驱动电机的大功率变流器----低开关频率----高电压利用率第二节优化PWM的实现•优化PWM之一：特定谐波消除法•优化PWM之二：系统效率最优•IEC60349-3:1995•电力牵引铁路机车车辆和公路车辆用旋转电机第3部分：用损耗总和法来确定变流器供电的交流电动机的总损耗•交流电机的模型R-L模型•数值模型确定后,利用专用软件的全过程搜索查优,确定可能的结果并进行试验验证.•优化PWM之三：随机PWM如果在PWM控制中导通位置或开关频率以随机方式改变，输出电压就成为一个宽而均匀的连续频谱,某些幅值较大的谐波被有效拟制,这就是随机PWM的基本原理.•高频调制时一定范围内随机改变载波的频率，使输出波形的谐波强度不变，但谐波频率成带状分布，降低系统噪音．第三节技术分析第五章技术引进国产化创新发展第一节技术引进国产化1、国产化的目的2、国产化的风险3、国产化的程序4、国产化的过程第二节关键技术的国产化1、交流传动系统设计技术2、变流器仿真设计与计算3、功率模块的设计与计算4、电子产品的设计制造技术5、软件技术第三节技术引进的创新应用1、技术创新的需求2、技术的创新思路3、制造企业的优势和基础3、制造企业与运行部门的合作