HXD3型交流传动电力机车

HXD3型交流传动电力机车构造、结构组成、技术性能、主要特点,HXD3型电力机车主要特点,1、轴式为C0-C0，电传动系统为交直交传动，采用IGBT水冷变流机组，1250kW大转矩异步牵引电动机，具有起动（持续）牵引力大、恒功率速度范围宽、粘着性能好、功率因数高等特点。,HXD3型电力机车主要特点,2、辅助电气系统采用2组辅助变流器，能分别提供VVVF和CVCF三相辅助电源，对辅助机组进行分类供电。该系统冗余性强，一组辅助变流器故障后可以由另一组辅助变流器对全部辅助机组供电。,HXD3型电力机车主要特点,3、采用微机网络控制系统，实现了逻辑控制、自诊断功能，而且实现了机车的网络重联功能。,HXD3型电力机车主要特点,4、总体设计采用高度集成化、模块化的设计思路，电气屏柜和各种辅助机组分功能斜对称布置在中间走廊的两侧；采用了规范化司机室，有利于机车的安全运行。,HXD3型电力机车主要特点,5、采用带有中梁的、整体承载的框架式车体结构，有利于提高车体的强度和刚度。,HXD3型电力机车主要特点,6、转向架采用滚动抱轴承半悬挂结构，二系采用高圆螺旋弹簧；采用整体轴箱、推挽式低位牵引杆等技术。,HXD3型电力机车主要特点,7、采用下悬式安装方式的一体化多绕组（全去耦）变压器，具有高阻抗、重量轻等特点，并采用强迫导向油循环风冷技术。,HXD3型电力机车主要特点,8、采用独立通风冷却技术。牵引电机采用由顶盖百叶窗进风的独立通风冷却方式；主变流器水冷和主变压器油冷采用水、油复合式铝板冷却器，由车顶直接进风冷却；辅助变流器也采用车外进风冷却的方式；另外还考虑了司机室的换气和机械间的微正压。,HXD3型电力机车主要特点,9、采用了集成化气路的空气制动系统，具有空电制动功能。机械制动采用轮盘制动。,HXD3型电力机车主要特点,10、采用了新型的模式空气干燥器，有利于压缩空气的干燥，减少制动系统阀件的故障率。,机车主要技术性能指标,1、工作电源电流制单相交流50Hz额定电压25kV在22.5kV31kV之间时，机车能发挥额定功率，在22.5kV17.5kV和17.5kV17.2kV范围内机车功率按不同斜率线性下降，在17.2kV时功率为零；在31kV31.3kV范围内机车功率线性下降至零。,机车主要技术性能指标,2、牵引性能参数电传动方式交直交传动持续功率7200kW机车速度：持续制速度70km/h（23t轴重）65km/h（25t轴重）最高速度120km/h起动牵引力520kN（23t轴重）570kN（25t轴重）持续牵引力（半磨耗轮）370kN（23t轴重）400kN（25t轴重）恒功率速度范围65km/h120km/h（25t轴重）70km/h120km/h（23t轴重）,机车主要技术性能指标,3、动力制动性能参数电制动方式再生制动电制动功率7200kW（70km/h120km/h）（23t轴重）7200kW（65km/h120km/h）（25t轴重）最大电制动力370kN（15km/h70km/h）（23t轴重）400kN（15km/h65km/h）（25t轴重）,机车主要技术性能指标,4、主要结构尺寸轨距1435mm轴式C0-C0机车总重138t%t（23t轴重）150t%t（25t轴重）轴重23+2t机车前、后车钩中心距20846mm车体底架长度19630mm车体宽度3100mm车体高度4100mm（新轮）,机车主要技术性能指标,4、主要结构尺寸机车全轴距14700mm转向架固定轴距2250+2000mm车轮直径1250mm（新轮）1200mm（半磨耗）1150mm（全磨耗）受电弓落下时，滑板顶面距轨面高度477530mm受电弓滑板距轨面的工作范围52006500mm车钩中心线距轨面高度（新轮）88010mm排障器距轨面高度11010mm,机车主要技术性能指标,5、功率因数当机车发挥10%及以上额定功率时0.98,额定工况的调制度。,，,额定工况的功率和角度,机车主要技术性能指标,6、等效干扰电流（JP）额定功率时，机车在持续制牵引工况下，在距牵引变电所10km处测量2.5A,机车主要技术性能指标,7、额定网压下，在牵引工况发挥持续功率时的机车总效率0.85,机车主要技术性能指标,8、机车微机控制功能机车预备的顺序逻辑综合控制机车牵引力和制动力控制机车空电联合制动控制机车主、辅电路过流、过压、欠压、接地等保护控制机车空转/滑行保护控制机车重联控制机车轴重转移补偿控制机车定速控制停车状态下，微机控制系统自诊断功能行驶过程中对被控对象进行实时在线监测诊断功能故障信息的记录、保存和显示功能故障记录的转储功能,机车主要技术性能指标,9、机车动力学性能机车能以5km/h速度安全通过半径为125m的曲线，并应能在半径250m的曲线上进行正常摘挂作业。机车动力学其它性能、参数符合TB/T2360-1993的有关要求。,机车主要技术性能指标,10、机车单机以120km/h速度于平直道上施行紧急空气制动时，最大制动距离800m（23t轴重）900m（25t轴重）,机车特性控制,1、机车牵引特性机车的牵引、制动控制采用恒牵引力（制动力）、准恒速特性控制方式。牵引特性控制要求：采用恒牵引力、准恒速特性控制；牵引控制司机控制器手柄为13级，级间能平滑调节；每级牵引力变化设定为F80kN；,机车特性控制,控制要求：1）23时的牵引力计算（1）基本公式：扭矩值（kN）=换级触点号*80kN（2）最大扭矩值速度10公里/小时扭矩值（kN）=52010公里/小时速度70公里/小时扭矩值（kN）=544.8（2.48*速度（公里/小时）速度70公里/小时扭矩值（kN）=25970/速度（公里/小时）,机车特性控制,控制要求：1）23时的牵引力计算（3）缩减扭矩值扭矩值（kN）=（640*换级触点号）（64*速度（公里/小时）计算结果为负时，视为0kN。（4）输出扭矩值（传输到CI的扭矩值）以上（1）（3）中，最小值成为输出扭矩值。,机车特性控制,大功率交流传动电力机车牵引特性控制曲线（23t轴重）,机车特性控制,2）25时的牵引扭矩计算（1）基本公式：扭矩值（kN）=换级触点号*80kN（2）最大扭矩值速度10公里/小时扭矩值（kN）=57010公里/小时速度65公里/小时扭矩值（kN）=600.9（3.09*速度（公里/小时）速度65公里/小时扭矩值（kN）=26000/速度（公里/小时）,机车特性控制,2）25时的牵引扭矩计算（3）缩减扭矩值扭矩值（kN）=（640*换级触点号）（64*速度（公里/小时）计算结果为负时，视为0kN。（4）输出扭矩值（传输到CI的扭矩值）上文（1）（3）中，最小值成为输出扭矩值。,机车特性控制,大功率交流传动电力机车牵引特性控制曲线（25t轴重）,机车特性控制,2、制动特性制动特性控制要求采用准恒速特性控制；制动控制司机控制器手柄为12级，级间能平滑调节；每级速度变化V=10km/h；,机车特性控制,控制要求：23时的制动扭矩计算（1）速度70公里/小时换级触点为1N输出扭矩值（kN）=（33.7*速度（公里/小时）134.8换级触点在1N以外输出扭矩值（kN）=（33.7*速度（公里/小时）（337*（换级触点号-1）计算结果为负时，视为0kN。计算结果超过370kN时，视为370kN。,机车特性控制,23时的制动扭矩计算（2）速度70公里/小时a）最大扭矩值扭矩值（kN）=25970/速度（公里/小时）b）缩减扭矩值换级触点为1N输出扭矩值（kN）=（33.7*速度（公里/小时）134.8换级触点在1N以外输出扭矩值（kN）=（33.7*速度（公里/小时）（337*（换级触点号1）计算结果为负时，视为0kN。计算结果超过370kN时，视为370kN。C）输出扭矩值在上文“a”和“b”中，最小值成为输出扭矩值。,机车特性控制,大功率交流传动电力机车制动特性控制曲线（23t轴重）,机车特性控制,25时的制动扭矩计算（1）速度65公里/小时换级触点为1N输出扭矩值（kN）=（36.4*速度（公里/小时）145.6换级触点在1N以外输出扭矩值（kN）=（36.4*速度（公里/小时）（364*（换级触点号-1）计算结果为负时，视为0kN。计算结果超过400kN时，视为400kN。,机车特性控制,25时的制动扭矩计算（2）速度65公里/小时a）最大扭矩值扭矩值（kN）=26000/速度（公里/小时）b）缩减扭矩值换级触点为1N输出扭矩值（kN）=（36.4*速度（公里/小时）145.6换级触点在1N以外输出扭矩值（kN）=（36.4*速度（公里/小时）（364*（换级触点号-1）计算结果为负时，视为0kN。计算结果超过400kN时，视为400kN。C）输出扭矩值在上文“a”和“b”中，最小值成为输出扭矩值。,机车特性控制,大功率交流传动电力机车制动特性控制曲线（25t轴重）,机车设备布置,机车外形图,1END司机室,2END司机室,顶盖上装置,机械室,底板下装置,机车设备布置,机车设备布置在机车的两端各设有一个司机室，两个司机室的中间是机械室。在机械室内设有600mm宽的中央通道，在通道左右两侧设有主变流装置、通风机、压缩机等设备。在车体下设有2台3轴的转向架及主变压器，在顶盖上设有高压电器。车内设备布置以平面斜对称布置为主，设备成套安装，有利于机车的重量分配和机车的制造、检修和部件的互换等。,机车设备布置,机车主要部件分布图,机车设备布置,机车设备布置,机车设备布置,1、司机室设备布置司机室内设有操纵台、八灯显示器、司机座椅、端子柜、热水器、紧急放风阀、灭火器等设备。司机室顶部设有空调装置(冷热)、风扇、头灯、司机室照明等设备。司机室前窗采用电加热玻璃，窗外设有电动刮雨器，窗内设有电动遮阳帘；侧窗外设有机车后视镜。在操纵台上设有TCMS显示器、ATP显示器、压力组合模块、司机控制器、制动控制器、扳键开关组、制动装置显示器、冰箱、暖风机、脚炉和膝炉。,机车设备布置,机车设备布置,2、机械室设备布置1端设备室紧邻1端司机室，内部布置有主电动机通风机、更衣箱、卫生间、蓄电池充电装置、蓄电池柜、滤波装置、微机及监控柜（TCMS1V;2U1;2V1;2U2;2V2;2U3;2V3;2U4;2V4;2U5;2V5;2U6;2V6;3U1;3V1;3U2;3V2空载电流0.26%空载损耗2600W负载损耗224kW总重量13000kg,机车主要部件介绍,8、变流装置每台机车装有两台变流装置，每台变流装置内含有三组牵引变流器和一组辅助变流器，使其结构紧凑，便于设备安装。牵引变流器采用强制循环水冷方式。这种方式具有冷却效果好、无污染、重量轻、结构上维修方便等特点。冷却液采用亚乙基二醇纯水溶液，确保在40时不冻结。另外，牵引变流器的冷却液和主变压器（Mtr）的冷却油经过复合冷却器循环，依靠复合冷却器风机进行强制风冷。,机车主要部件介绍,8、变流装置每组牵引变流器由一个四象限和一个逆变器组成。整流器单元使用了模块化IGBT元件，采用脉宽调制（PWM）方式、两点式电压型，通过高次谐波整流和错开各组控制载波的相位，从而降低高次谐波和提高功率因数。逆变器单元同整流器单元一样使用模块化IGBT元件、实现单元的标准化。通过采用IGBT元件和32bit高速演算控制装置的配合，采用矢量控制方式，来实现电机转矩的控制，达到快速响应，提高粘着利用率和实现空转滑行保护控制。,机车主要部件介绍,8、变流装置辅助变流器是辅助电动机供电电路的核心。APU向牵引通风机电机和压缩机电机等辅助机器供给三相交流电，具有变压变频（VVVF）控制和恒压恒频（CVCF）两种控制方式。两台复合冷却器风机和六台牵引通风机电机为了确保适应机车状况的冷却风量和降低运转声音，按照VVVF控制模式进行设定。APU通过使用IGBT的PWM整流器单元把从主变压器三次线圈供电的交流电转换为恒定电压的直流电，再供给由IGBT构成的逆变器单元，通过逆变器转换为三相交流。,机车主要部件介绍,8、变流装置辅助变流器（APU）单独采用强制风冷方式。机车共设有两套辅助变流器UA11、UA12。在正常情况下辅助变流器UA11、UA12全部工作，基本上以50%的额定容量工作，辅助变流器UA11工作在VVVF方式，辅助变流器UA12工作在CVCF方式，分别为机车辅助电动机供电。当某一套辅助变流器发生故障时，不需要切除任何辅助电动机，另一套辅助变流器可以承担机车全部的辅助电动机负载。此时，该辅助变流器按照CVCF方式工作，从而确保机车辅助电动机供电系统的可靠性。,机车主要部件介绍,1、C/I说明(1)网压额定值AC25KV50Hz变动范围AC19KV29KV动作范围AC17.2KV31KV(2)主回路方式整流器2点式调制单相电压型PWM整流器逆变器2点式调制三相电压型VVVF逆变器(3)主回路输入单相1450V965A50Hz3组2机车(4)PWM线路电压DC2800V(5)主回路输出额定值AC2150V390A3相VVVF最大AC2150V520A3相VVVF(6)效率0.98以上(额定输出功率时),机车主要部件介绍,2、APU说明(1)APU构成整流器单元1台+逆变器单元1台2组机车(2)主回路输入单相399V50Hz(3)主回路输出CVCF230KVA380V50Hzp.f.=0.85VVVF230KVA380V50Hzp.f.=0.85频率可变范围0.250Hz电压可变范围2380V,机车主要部件介绍,机车主要部件介绍,9、复合冷却器复合冷却器的型号为FL220，复合型全铝合金板翅式高效冷却结构，上部为水散热器，用于冷却变流器，下部为油散热器，用于冷却主变压器。全铝合金板翅式结构的油冷却器，具有每单位容积的传热面积大，性能优良，体积小，重量轻的优点。空气冷却复合冷却器时，会在冷却器芯子的波纹形散热片上积留灰尘，灰尘过厚将影响散热效果，因此，在每一次中修时，均需要清洗冷却器芯子。在堵塞严重时应进行水洗或用水蒸气进行清洗。,机车主要部件介绍,10、复合冷却器通风机组用于冷却HXD3型电力机车主变压器和主变流器，安装在机械室内。冷却风从顶盖的通风窗进入，再进入通风机中，然后由通风机通过通风道送出冷却风对复合冷却器进行冷却，最后从车底排到大气中。,机车主要部件介绍,性能指标,机车主要部件介绍,11、牵引电动机,）型号SEA-107/YJ85A型）方式种类三相鼠笼式感应电动机极数4极通风方式强制通风方式）额定数据,机车主要部件介绍,参数指标：绝缘种类Class200绝缘电压1500V耐压1分钟3240V（新造时5400V）最高使用转数2662rpm（120km/h，车轮径1150mm）最高试验转数3195rpm总重量2600kg齿轮比4.81（101/21）,机车主要部件介绍,12、牵引通风机组本机器是冷却HXD3型电力机车主电动机的，安装在机械室内的。其构造为，冷却风从顶盖的通风窗处进入，再送入通风机中，然后由通风机通过通风道将冷却风送入主电动机中进行冷却，最后排到大气中。,机车主要部件介绍,表11-1性能及额定值,机车主要部件介绍,13、滤波柜滤波柜内安装的设备，是辅助逆变器系统的滤波电感、电容。交流滤波器是和变流装置内的APU逆变器及APU整流器共用的变换装置，通过交流电抗器和电容器，将从APU输出PWM波形整形成准正弦电压波形。,机车主要部件介绍,14.操纵台,1面板；2制动显示屏；3监控显示屏；4多功能状态组合模块；5计点灯；6微机显示屏；7压力仪表模块；8柜体；9冰箱；10烟灰缸；11重联电话；12电源插座；13万转开关；14按钮；15电空制动控制器；16扳键开关组；17司机控制器。,机车主要部件介绍,S640U-B司机控制器外形结构示意图,S460W-B扳钮开关组外形结构示意图,机车主要部件介绍,15.电器控制柜,正面上部配置自动开关（MCCB）和万转开关（SW）类、电压表。蓄电池电压表的左端配置蓄电池用的自动开关（MCCB），辅助压缩机起动按钮。主变换装置、辅助电源装置用的接地开关和配