动车组车体技术4电传动

1、Crh5-牵引传动系统 CRH5型动车组牵引系统使用交直交 传动方式，主要由受电弓、主断路器、牵 引变压器、牵引变流器及牵引电机组成。 受电弓通过电网接入25kV的高压交流电， 输送给牵引变压器，降压成1770V的交流 电。降压后的交流电再输入牵引变流器， 逆变成电压和频率均可控制的三相交流电， 输送给牵引电机牵引整个列车 Functions 功能 列车功能图案 CRH5型动车组牵引系统主变压器使用 油冷方式，牵引变流器使用成熟的IGBT技 术。异步牵引电机的功率为550kW，采用 体悬方式，由万向轴传递牵引力。动车组 有两个相对独立的主牵引系统单元，每个 牵引单元配备一套完整的集电、牵引及辅

2、 助系统，以实现所需的牵引和辅助电路冗 余，其中一个单元由3辆动车加1辆拖车构 成（M-M-T-M），另一个单元由2辆动车加 2辆拖车构成（T-T-M-M）。 每个动力单元的牵引设备都由下列设备组成： 1 高压电器单元具有受电设备、保护装置和主变压 器，安装在TTP和TTPB车上。1个主变压器，采 用强制油冷却。 2 第一牵引动力单元具有3个牵引/辅助变流器，第 二牵引动力单元具有2个牵引/辅助变流器，每台 牵引/辅助变流器驱动2台牵引电机。牵引/辅助变 流器获得可调节的直流电压，并驱动异步牵引电 机的牵引和再生制动。在过电分相时由于再生制 动短时停止工作，过渡的制动电阻器投入使用。 每辆动车

3、配置2台异步牵引电动机，底架悬挂，单 台电机设计持续功率可达到550kW，并且车轮的 直径差（在相同车轴上）接近3mm时也能够提供 500kW的负载。 3 一台牵引控制器，能够玩成如下的功能： 控制设备发送牵引/制动命令； 控制中间直流线电压和受电弓输入端的功率 因数； 控制电机牵引/制动转矩； 进行电力设备的保护； 对控制器本身进行自诊断； 4 安装在IM2和IMH车辆上的电气装置，如 100Hz谐振的制动器和瞬时电制动电阻。 牵引传动系统的性能 在正常负载条件下（定员载客）、平直线路、 车轮平均磨耗（即车轮直径为850mm）和 网压在22.5KV AC-29KV AC范围内电压时， 列车的

4、牵引性能如下： 1 平均启动加速度（040km/h） 0.50m/s 2 200km/h 时的剩余加速度 0.11m/s2 3 220km/h时的剩余加速度 0.09m/s2 4 250km/h时的剩余加速度 0.05m/s2 5 平均最大车轮-磨耗粘着系数 0.22 6 爬行坡度（100%牵引力） 30 7 在二个牵引变流器故障或一个牵引变压器故 障条件下(可获得60% 的牵引功率)的爬行坡 度27（连续运行） 30（以73km/h速 度运行25km）； 8 轮周处的最大牵引功率 5500kW； 9 轮周处的最大牵引力 302kN； 10 轮周处的最大制动功率 5785kW； 高压电路 高压

5、电器系统从高架接触线路采集 25kV电流，为牵引设备和其他设施提供动 力并进行高压系统的控制、检测和保护。 这些电路位于TTP和TTPB车上，由受电弓、 主断路器、避雷器、网端检测装置等组成 高压电路-受电弓 受电弓将接触网传送过来的能量引入到动 车组为列车提供电能。每列车组需要2个 DSA250受电弓，安装位置在TP车和TPB车 的车顶上。接触网和铁轨之间的距离最小 为5300mm，最大为6500mm，适用于 250km/h的运行速度 高压电路-高压断路器 主断路器与接地开关集成在一起形成一个部 件，起着切断主电路和主电路的接地保护作用。 断路器断路器(VCB) 电路断路器是按照标准 EN6

6、0077-1和 EN60077-4标准设计的，一个基本动力单元1个， 并另设一个以便对两个受电弓进行隔离，全列共 计3个。主断路器为真空型，额定开断容量为 440MVA，额定电流为1000A，额定断路电流为 16000A，额定开断时间小于0.0250.06s，电磁 控制空气动作。该断路器满足如表7-3-1的基本参 数 。 高压电路 电极数 1个常开 绝缘参考电压25000 Vac 脉冲电压170 kV 连续标称电流1000 A 短路电流打开能力20 kA 控制电路形式电气 辅助触点数目4个常开4个常闭 标称电压1300V 标称电流 1000 A 高压电路 高压电路 断路器将列车高压电路从接触网

7、进行隔离切换。 电路断路器（DJ）的关闭是通过控制电磁铁和其 感应线圈动作来完成。电磁励磁是在切换之后 （由设备内部的一个接触器完成），给设备内的 电容充电大约1秒钟。打开电路断路器可以通过给 其感应线圈断电来完成。 关闭时：电磁铁向第2 个作动杆提供机械力。第2 个作动杆使用传动杆推动第1 个作动杆（比率为 3）。作用在真空断路器触点水平位置的力确保 VCB 可以断开。施加的力约为260kg，对于 9.1mm 触点间隙的关闭速度为0.5 m/s。 高压电路 打开时：当电磁铁断电时，复位弹簧将打 开主触点。打开速度约为0.55m/s。阻尼器 用于平稳打开，并可以避免真空断路器波 纹管的任何机械

8、损伤。 在每个阶段的过程中，辅助触点通过电气 接口向列车监控系统通报VCB 状态。如果 主触点被卡住，则一个辅助触点提供信息。 高压电路 接地开关接地开关 38KS型接地开关与22CBNG 型真空电路断 路器（VCB）集成在一起，并且接地开关安装 在真空电路断路器之前。短路耐压能力 40 kA 可持续100ms，总高度 580 mm(VCB 陶瓷绝缘 体)，重量 15 kg，手柄半径长度 191 mm，辅 助触点 10A电流。 一个基本动力单元1个，全列共计2个。与 主断路器组合在一起，安装在车顶，为便于安 全维护，接地开关装有联锁保护 高压电路 接触网 常位 接地开关 接地位 到车辆系统 高

9、压电路 接地开关是手动操作的，可将转轴旋转 90，接地杆可从其它位（在安全夹内） 转动到接地位。最关键的是：当车辆受电 弓升弓并带电时，或受电弓已升起但开关 仍处在接地位置时，不可操作接地开关。 因此，设计接地开关时将两个安全联锁机 构合为一体。接地开关配有一个联动钥匙 系统，3 个微动开关并成电气联锁装置，两 个用于监控输入钥匙的位置，其余用于监 控输出钥匙（作用轴）。 高压电路 浪涌避雷器 动车组安装有浪涌避雷器，一个基本动力单 元2个， 全列共计4个。 额定电压为31kV， 限制电压为107 kV，满足标准 EN60099-4。 浪涌避雷器上出现的故障（短路），由车 载诊断系统通过电流互

10、感器在相关断路器 打开的情况下读取 高压电路-集成仪表 集成测量仪包括电流、电压检测等部件， 由于仪表内中集成了所有测量组件，使系 统整体体积减小了，紧凑的设计简化了机 械和电子的安装，减少了实现相同功能所 必需的装置，在生产和运行阶段列车的管 理和维护更为简单 高压电路-集成仪表 集成测量仪是将过去需要由多个独立组件共同保障的多种功能整合 到一个一体装置中。该结构具有以下优点： 能量计需要较高的精度 更好的去耦元件 运行安全性能的提高 改进的LCC 较低的干扰 体积和重量的缩减 简化的安装 输出系统更简便的管理 借助于串行线，集成测量仪可以提供电流和电压的瞬时值。数字 格式为每一电压和电流信

11、号16 bites，并提供电流传感器指数的 线性化处理。然后，在没有降低精度的情况下，数字信号被连接 到IM_IO模块并被直接发送到能量计CU。 高压电路-集成仪表 由于光导纤维连接，所以 在25kV和LV之间有更 好的去耦性。这必然对安全性和EMC造成积极的 影响。而且，独立输出通道间更好的去耦性也对 EMC造成了正面影响。 运行安全性能的提高是基 于为每一个输出通道提供了单独的电源。 由于列车上表现出严重的电磁干扰，所以所有的 电缆都易发生耦合干扰。电子装置的输入状态能 把这些干扰转变成信号并能造成有害操作或者保 护障碍。采取所有能够降低这些干扰的措施和方 法，并且遵守了降低EMI（电磁干

12、扰）的准则。 一个降低干扰的好方法是通过电流信号发送信息。 电流信号通常不易受电磁场干扰。 高压电路-集成仪表 集成测量仪产生与线电流和线电压成正比 例的“电流模式”的独立信号，这些信号 发送到离信号源很远的不同装置上，且不 受干扰 高压电路 变压器 牵引变压器是动车组的重要组成部分，由 受电弓接收的能量通过主断路器供给牵引 变压器的初级绕组，将电压改变1,770V交 流，给牵引/辅助电路供电。 整个变压器含网侧高压套管共有14个接线 端子，总重7000kg，最大外形尺寸为 4124mm2465mm685mm 变压器 变压器 变压器内部除变压器的机芯外，还包括保证 变压器进行正常工作的冷却系统

13、、温检系统、 油流检测系统等。 变压器 变压器 中文名称数量 冷却器1 油泵2 油位指示器 1 压力释放装置1 开口铁心电流互感器1 电火花放电器 1 PT 100铂电阻2 36kV 630A高压HV端子1 低压牵引端子12 端子1 吸湿器1 变压器 主变压器采用车体下安装形式，主要包括 油箱及储油柜。它是一个钢制的焊接油箱。 油箱在真空充油过程中能够承受一定压力。 由于变压器要求大容量、小体积，同时还 承受运行方向纵向3g，横向2g加速度。因 此，对变压器油箱最主要的要求是应具有 足够的机械强度 变压器 几块不锈钢钢板焊接在箱壁上以切断高电流 端子的磁场效应。箱盖直接焊接到箱体上， 在箱盖上

14、有一个排气孔，在油箱的下部固 定有注油阀。油箱通过一个过压阀来保护。 打开过压阀时，通过一个内部连接管减少 溢油量，这个管位于箱盖下面。油箱喷涂 共有三层，50微米的环氧漆，中间层喷涂 50微米的聚亚胺酯，最后表面喷涂50微米 的聚亚胺酯。储油柜侧面放置变压器的一 侧 变压器（注意事项） 变压器在安装前，要检查空气干燥器里有没有油， 如果发现空气干燥器里没油，应当更换硅胶。变 压器与车体的安装通过8个螺栓连接。 CRH5动车组牵引变压器绝缘等级为F级，使用耐 热等级高的脂油，设计使用环境温度为 25 + 45，可以在- 40- + 80的温度下储存，但不 应当把充满油的变压器露天存放。变压器储

15、存场 地必须干燥，必须用塑料布把变压器罩起来。每 年，必须按IEC 61099标准要求分析所用变压器 油。 变压器 油位探测器利用光纤来检测膨胀油箱中的最低油 位。如果油位变得太低，就会自动断电，直到再 把它与电源连接起来才能恢复工作。 油位计位于储油柜上。该指示计用来显示油平面 的高度，它可以显示最低和最高油面位置，通过 观察上面的对应温度的印记即可了解。变压器要 100%地加满油，直至储油柜相应温度下的刻度。 在最低温度为-20C，最高温度为+120时，油位 计显示必须能够被看清。 变压器 在正常工作期间，每次接通变压器之后都要用油 位探测器来检查一下油位。如果列车及变压器较 长时间不使用

16、，则这种检查油位的工作应至少6个 月进行一次。正常情况下油位必须和油位上的相 应温度刻度相同（偏差为+20/-0）。为了保 证检查结果真实，应使变压器保持水平。如果油 位低于其相应温度刻度，就应当对变压器进行检 查并向变压器里加油。但如果油位探测器检测到 油位太低，绕组可能低于实际油位而不在真空状 态下，此时需判断清楚方可补油。 变压器 第一次试运行之后3个月要进行第一次取油 样工作，以后年年如此。在取油样时应使 用干净和干燥的容器，这些容器内不得有 清洁液的残留物。在取油样之前应清扫一 次变压器上的排油阀。取样时需排出数升 油。取油后取样容器也要用油涮一涮。油 样必须避光。盛油瓶必须完全充满

17、油。可 用暗色玻璃制成的玻璃瓶，带有磨砂玻璃 塞。 变压器 空气干燥器大致要每3个月检查一次硅胶的 颜色变化。当有一半以上的硅胶变成无色 的（被水饱合），就应该更换它们。饱合 硅胶在130160条件下可以被烤干。虽 然经上述处理的硅胶可以再用，但这种干 燥方法对同一硅胶不得使用太多的次数。 这一段时间硅胶似乎就不那么有效了，可 能是由于时间太长混入灰尘所致。 高压设备箱 变压器控制 主变压器的控制，是由高压箱完成的。高压箱安 装在3号车和6号车车底下，其包括机电设备和传 感器来管理高压电路的，高压箱也可以进行牵引 变压器的保护，高压柜的功能: 将牵引/辅助变流器绝缘 管理变压器辅助设备 管理变

18、压器的保护系统 保证快速保护功能 保证向列车网络控制系统的远程输入/输出 高压箱内的设备主要包括： 变压器 1 2个具有微处理器的电子模块，称为牵引局部控 制器CLT，可以执行相关牵引变压器的防护功能 2 两极的隔离开关。在4号车上的动力关闭或被连 接到其他变压器的情况下，隔离开关打开。 3 6个单极的隔离接触器KSAZ11、KSAZ12、 KSAZ21、KSAZ22、KSAZ31、KSAZ32。如换 流器关断，相关的接触器打开。 变压器控制 系统具有两个CLT，以便实现系统的容余。每一个 CLT由以下部分构成： 1 一个24V/50W的供电单元与电池电路连接，给 CPU及相关的电子卡供电。

19、2一个+/-24V/20的供电单元与电池电路相连，给 TAP电流传感器供电。 3 2个（INDI-32）模块 4 2个USDR-16模块 5 1个A/D模块 6 1个PT100模块 7一个分路电阻模块 8 一个继电器模块 9一个CPU单元 10 一个MVB交互模块 局部控制器CLT具有如下的功能： 从变压器获得以下信息： 原电流（电流转换器） 油温（ 4 PT100） 油流量（两个油流量检测仪） 油位（低位有两个触点 + 用于预警的一个触点） 过压装置（一个触点） 管理变压器的下列辅助装置： 两个电机风扇（双速） 两个泵 保证对变压器的保护 作为列车网络控制系统的远程输入/输出工作 变压器控制

20、 变流箱 Auxiliary Switch辅助辅助 开关开关 Hearting switch Hearting开关开关 Electronic control unit电子控电子控 制单元制单元 LV connectors 低压连接低压连接 器器 Discharge resistors放电放电 电阻器电阻器 Cooling unit 冷却单元冷却单元 Chopper inductance换换 流器电感流器电感 MV Contatcors中压中压 接触器接触器 MV switches中压开中压开 关关 MV output中压中压 输出输出 Decoupling inductance退藕退藕 电感电

21、感 Line inductances 线路电感线路电感 MV connectors 中压连接器中压连接器 Electronic control unit 电子控制单元 Switches开关开关 Power module AUX辅助功辅助功 率模块率模块 MF transformers 变压器变压器 Power modules 功率模块功率模块 Current-voltage sensors sub-assembly 电流电压传电流电压传 感器分组件感器分组件 Additional capacitors 附加附加 电容器电容器 Terminal boards接线接线 盘盘 INPUT STAGE

22、:输入级 To convert the a.c. voltage of the transformer secondary windings into regulated d.c. voltage of the intermediate stage 将变压器二级绕组的交流电压转换成中间级的稳定直流电压 辅助变流 器 牵引逆变器 制动换流器 制动电阻器 Functions功能 INPUT STAGE:输入级 To convert the a.c. voltage of the transformer secondary windings into regulated d.c. voltage o

23、f the intermediate stage 将变压器二级绕组的交流电压转换成中间级的稳定直流电压 Functions功能 TRACTION INVERTER STAGE:牵引逆变器级 To convert the d.c. voltage of the intermediate stage into a.c. voltage for the traction motors (amplitude and frequency regulation) 将中间级的直流电压转换成牵引电机使用的交流电压（振幅 和频率调节） Functions功能 TRACTION INVERTER STAGE:牵引

24、逆变器级 To convert the d.c. voltage of the intermediate stage into a.c. voltage for the traction motors (amplitude and frequency regulation) 将中间级的直流电压转换成牵引电机使用的交流电压（振幅 和频率调节） Functions 功能 AUXILIARY STAGE:辅助级 To convert the d.c. voltage of the intermediate stage into a.c. voltage for the train auxiliary

25、 loads (amplitude regulation 400V - 50Hz) 将中间级的直流电压转换成牵引辅助载荷使用的交流电压（振幅调节 400V - 50Hz） Functions功能 BRAKING CHOPPER STAGE:制动换流器级 1) To feed the auxiliary converter during phase separation sectors recovering energy from traction motors and feeding the intermediate stage (regulated voltage) 在分相区从牵引电机中恢复

26、能量以及向中间级馈电过程中向辅助变流器 馈电（稳压） Functions功能 BRAKING CHOPPER STAGE:制动换流器级： 2) To brake the train during phase separation sectors and dissipate the energy into braking rheostats. 在分相区对列车实施制动并将能量散耗到制动电阻器中 Functions功能 BRAKING CHOPPER STAGE:制动换流器级： 3) To limit/cut the over-voltage of the intermediate stage as

27、 safety function 限制/切断中间级的过电压，起到安全功能作用 Functions功能 COOLING SYSTEM 冷却系统 To collect and dissipate the losses (heat) of: 收集并耗散下列两项的热损 耗（热量） 4 Traction Power modules 牵引功率模块 1Auxiliary power module 辅助功率模块 INPUT STAGE: 输入级： Electrical scheme:电气图 INTERMEDIATE STAGE:中间级： Realised by means of a set of capaci

28、tors (9.01 mF) 通过一套电容器实现（9.01 mF) Components: 零部件 4Capacitors 电容器 1 mF 3Capacitor 电容器 1.67 mF 4 Discharge resistors 放电电阻器 15 kOhm 1Earthing switch 接地开关 Voltage regulation 电压调节 from 3.2 to 3.6 kV 从3.2 到 3.6 kV regulated by means of TCU (Traction Control Unit) 通过TCU (牵引控制单元)调节 INTERMEDIATE STAGE:中间级：

29、Electrical scheme: 电气图： TRACTION INVERTER STAGE: 牵引逆变器级： Realised by means of two INVERTERs 通过两个逆变器实现通过两个逆变器实现 Regulation of frequency and voltage 频率电压的调节 Components: 零部件 2Power modules 功率模块 4Current transducers 电流转换器 1Voltage tranducer 电压转换器 TRACTION INVERTER STAGE: 牵引逆变器级： Main characteristics: 主要

30、特性： Power module type:功率模块类型2 x 233VHP_INV_1R IGBT type: IGBT 类型 FZ600R65KF1_Eupec_5_24 Switching frequency: 转换频率see following table见下表 Parallel IGBT/Diode per Switch:每个开关的并联IGBT/二极管 1 INVERTERs number per DClink:每个 DClink 的逆变器数量 6 Motors number per INVERTER:每个逆变器的电机数量 1 TRACTION INVERTER STAGE:牵引逆变

31、器级： Electrical scheme:电气图： BRAKING CHOPPER STAGE: 制动换流器级： Realised by means of two CHOPPER converters 通过通过2个换流器的变流器实现个换流器的变流器实现 Components:零部件 2Power modules (use the same power modules of the traction inverter) 2 块功率模块（使用相同的牵引逆变器功率模块） 2Current transducers 2 个电流转换起器 BRAKING CHOPPER STAGE: 制动换流器级： Ma

32、in characteristics: 主要特性： Power module type:功率模块类型2 x 233VHP_INV_1R IGBT type: IGBT类型 FZ600R65KF1_Eupec_5_24 Switching frequency:转换频率250Hz interlaced Parallel IGBT/Diode per Switch:每个开关的并联IGBT/二极管 1 BRAKING CHOPPER STAGE:制动换流器级： Electrical scheme:电气图： AUXILIARY CONVERTER STAGE: 辅助变流器级： Realised by m

33、eans of two stages converters 通过两级变流器实现 Components:零部件： 1Power modules 功率模块 2High Frequency transformers 高频变压器 1Input filter 输入滤波器 1Intermediate filter 中间滤波器 1Output filter (3-phases) 输出滤波器（3-相） AUXILIARY CONVERTER STAGE: 辅助变流器级： Main characteristics: 主要特性： Input Voltage输入电压：3000-4000 V Output Volta

34、ge输出电压:400V - 50Hz Chopper stage: 换流器级： Switching frequency转换频率:4kHz ZCS IGBT 1200A 3.3kV Inverter stage: 逆变器级： Switching frequency转换频率:2kHz IGBT 1400A 1.2kV AUXILIARY CONVERTER STAGE: 辅助变 流器级： Electrical scheme:电气图： AUXILIARY CONVERTER STAGE: 辅助变 流器级： Electrical scheme:电气图： COOLING SYSTEM:冷却系统： 通过冷

35、却混合剂从通过冷却混合剂从5块功率模块中采集热量并散块功率模块中采集热量并散 耗到强制水耗到强制水/空气冷却器上来实现空气冷却器上来实现 Components:零部件： “水”/空气冷却器 空气循环使用的电机风扇（两速） 水循环泵 连接到功率模块的水管 辅助装置 牵引和辅助控制单元： Realised by means of two UNITs 通过两个单元实现 Components: 零部件： 1T.C.U.AGATE 3 1A.C.U.AGATE AUX CABLING SUBGROUP: 组件布线 Realised by means of: 通过下述几项实现： Cables 电缆 Bus

36、-Bars 母排 Connectors 连接器 Three stages: 三级： High Voltage 高压 Medium Voltage中压 Low Voltage 低压 Traction High Voltage Cables 牵引高压电缆 Traction High Voltage Bus Bar 牵引高压母 排 Traction High Voltage Connectors牵引高压 连接器 Auxiliary High Voltage Cables 辅助高压电缆 Medium Voltage Cables 中压电缆 TCU主要功能： （1）功率图控制。 （2）牵引/制动需求管理

37、。 （3）冷却系统管理和监测。 （4）MVB总线处理。 （5）速度管理和车轮滑动/空转控制。 （6）从传感器上获取采集信号和电力电路的快速保护。 （7）两个独立的牵引逆变器控制。 （8）PMCF（四象限整流逆变器）控制。 （9）变阻斩波器控制。 （10）维修功能（自检，逆变器折算功率测试，数据记录，事件和故 障记录）,与WINSCOPE 工具的RS485通信。 速度 传感器 转换装置 Winscope 维修 电池电源 24VDC 工作传感器 4-20mA PT100 温度传感器 接口 门极驱动 Eurometer 传感器接口 50A VMD&CMD 传感器 电力电子电路 24V电源 电流信号 电压信号 24V电源 24V电源 4-20mA 24V电源 IGBT脉冲 IGBT状态 状态和诊断数据 命令数据 TX 数据 RX 数据 逻辑输出 逻辑输入 15V 电源 频率信号 电流信号 力需求控制力需求控制 变阻要求变阻要求 MVBMVB 接接 口口 低压控制信号低压控制信号 电机/制动电机/制动 正向/反向正向/反向 TE/ BE需求需求 获得的电力获得的电力 脉冲放大器脉冲放大器 和和 硬件禁止硬件禁止 使能使能 P_inv 速度测量速