交直交型电力机车电气线路-交直交型电力机车主线路

HXD1C型机车主电路概述主电路结构1网侧电路2牵引变压器3牵引变流器4

机车主电路由网侧电路、牵引变压器、牵引变流器、牵引电机和库内动车电路组成，如图所示。

牵引变流器的3个四象限整流器通过隔离开关并联后向3个电压型PWM逆变器供电。每个牵引逆变器由牵引控制单元单独控制，向3台异步牵引电动机供电，从而实现单轴独立控制。制动工况时，能量传递过程相反。主电路结构1

主电路结构1

网侧电路2网侧电路由受电弓1AP、2AP，车顶高压隔离开关1QS、2QS，主断路器QF（带接地装置）、避雷器1F、高压电压互感器TV、原边电流互感器1TA、回流电流互感器2TA、接地装置1E～6E和能耗表等组成，如图6.2所示。

按功能的不同，网侧电路可分为网侧受流电路、网侧检测电路和网侧保护电路。网侧电路2牵引变压器3

牵引变压器是将25kV的接触网电压变换为电力机车所需的各种低电压，以满足电力机车各种电机电器的工作需要。HXD1C型机车采用卧式牵引变压器，变压器次边设有6个牵引绕组和2个辅助绕组，并且有1个辅助绕组带220V电压抽头。6个牵引绕组用于给两台变流器中的6个四象限整流器供电；2个辅助绕组用于给两台辅助变流器供电；220V抽头用于给机车上的单相220V负载供电。牵引变压器3牵引变压器主要电气参数：（1）原边绕组

额定容量/kVA：8900

额定电压/kV：25

额定电流/A：356（2）牵引绕组

额定输出容量//kVA：6×1383

额定电压/V：970

额定电流/A：6×1426

短路阻抗

：36%（-5%～10%）（3）辅助绕组

额定容量/kVA：600

额定电压/V：470

额定电流/A：2×638

短路阻抗

：5%（4）谐振电抗器

电感值/mH：2×0.27(±10%)

额定电流/A：1620

最大电流/A：1800

频率/Hz：100牵引变流器4

牵引变流器控制着牵引变压器和牵引电动机之间的能量传输，进而控制牵引电动机以获得所期望的转矩和转速。牵引变流器主要技术参数如下：中间直流电压/V1800中间支撑电容/mF6×4.3谐振电容/mF6×1.566谐振电抗器电感/mH2×0.27(±10%)变流器效率＞0.975牵引变流器41.HXD3电力机车牵引特性控制曲线（23t轴重）电力机车特性及其特性曲线2.HXD3电力机车制动特性控制曲线（23t轴重）电力机车特性及其特性曲线电路（课件）、部件（位置）图片

电路分析HXD3型电力机车网侧高压电路受电弓QS1、QS2高压隔离开关QS10高压接地开关QF1真空断路器F1避雷器QA1自动开关EB1~EB6接地电刷列车控制和监控系统电路（课件）、部件（位置）图片

电路分析电路（课件）、部件（位置）图片

电路分析结构、整流过程、逆变过程

HXD3机车的四象限整流器1、矢量控制

控制策略为改善异步电机的动态性能，产生了矢量控制理论。矢量控制即解偶控制或矢量变换控制。矢量控制主要是把三相异步电机等效为二相异步电机。矢量控制调速系统主要是对力矩与转子磁通的控制。矢量控制逆变器分为电流型和电压型。2、直接转矩控制

控制策略

通过空间电压矢量来控制定子磁链的旋转速度，以改变定子磁链的平均旋转速度的大小，从而改变转差也即磁通角的大小来控制电磁转矩。（1）若要增大电磁转矩：施加正向有效空间电压矢量—定子磁链的转速大于转子磁链—磁通角增大—转矩增加。

（2）若要减小电磁转矩：施加零电压矢量—定子磁链就会停止转动—磁通角减小—转矩减小。

迅速减小电磁转矩：施加反向有效空间电压矢量—定子磁链就会向反方向旋转—磁通角迅速减小—从而使转矩迅速减小。受电弓升不起(1)进行“微机复位”后，继续升弓。(2)查询升弓封锁条件，按照升弓条件界面的提示进行操作。(3)处理无效时，进行复位处理。2、主断路器不闭合(1)将主断扳键置“分”位，确认主界面主断路器图标由变为。(2)调速手柄回零位，进行“微机复位”后，闭合主断路器。(3)查询主断路器闭合条件，按照主断路器条件界面的提示进行操作。(4)处理无效时，进行“大复位”处理。交流机车应急故障处理办法HXD3型电力机车牵引变流器

HXD3型电力机车牵引变流器简介

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HXD3型电力机车牵引变流器外形图2HXD3型电力机车牵引变流器工作原理5

HXD3型电力机车牵引变流器冷却系统

31、每台机车装有两个变流器机箱，每一变流器机箱内含有3组主变流器和一组辅助变流器。使其结构紧凑，便于设备安装。2、主变流器由四象限整流器、直流环节、逆变器组成。采用IGBT元件。主变流器的性能适应货运机车大牵引力的特点。3、主变流器采用水冷技术，具有冷却效果好、无污染、重量轻、结构上维修方便等特点，是国际上流行的冷却方式。HXD3型电力机车牵引变流器简介

1HXD3型电力机车牵引变流器简介

1开关元件：IGBT4500V-900A冷却方式：水冷（纯水＋乙二醇）四象限脉冲整流器额定输入电压：1450VAC输入频率：50Hz额定输入电流：965A额定输入容量：1280KVA中间电压：2800V牵引逆变器输出电压：0～2150VAC（三相）输出电流：0～520A额定输出电压：2000V额定输出电流：382A输出频率：0～120Hz

HXD3型电力机车牵引变流器外形图2

HXD3型电力机车牵引变流器外形图2

HXD3型电力机车牵引变流器冷却系统

3强迫风冷热管冷却水冷效率低中高噪声噪声大噪声小、环保噪声小、环保结构重量简单、重量轻居中、重量居中复杂、重量重检修维护简单简单较难HXD3型电力机车牵引变流器工作原理4

机车采用两组主变流器UM1和UM2，每一组主变流器内含有3个牵引变流器，它们分别由主变压器的牵引绕组a1x1、a2x2、a3x3和a4x4、a5x5、a6x6供电，6组牵引变流器经过整流逆变后，分别给牵引电动机M1、M2、M3、M4、M5、M6供电。当任何一组或几组牵引变流器支路出现故障时，均可通过故障隔离开关进行隔离，实现整车的冗余控制。牵引变流器主要由四象限整流器、中间直流电路和牵引逆变器几部分组成，每一部分的基本结构和工作原理如下：HXD3型电力机车牵引变流器工作原理4

当中间电压为零时，主变压器的牵引绕组通过充电电阻向四象限整流器供电，给中间直流回路支撑电容充电。当中间直流电压达到2000V时，充电接触器切除充电电阻，中间电路预充电完成。在逆变器工作之前，牵引绕组迅速向中间直流回路支撑电容充电，直至2800V。此时，牵引变流器起动充电过程完成，逆变器可以投入工作。机车再生制动时，逆变器工作在整流状态，四象限整流器工作在逆变状态，并通过中间直流回路向主变压器牵引绕组馈电，将再生能量回馈至接触网。HXD3型电力机车牵引变流器工作原理4HXD3型电力机车中间直流电路由中间电压支撑电容、瞬时过电压限制电路和主接地保护电路组成。中间电压支撑电容主要起稳定中间回路电压，同时可对四象限脉冲整流器和逆变器产生的高次谐波进行滤波。瞬时过电压限制电路由IGBT和限流电阻组成。主接地保护电路由跨接在中间回路的两个串联电容和一个接地信号传感器组成。每套机组分别含三套接地保护电路，可以分别对三个交直交牵引电路进行监测和保护，接地检测信号送TCMS，进行故障显示，接地保护开关设在控制电器柜上，可进行故障切换运行。网侧电路

网侧电路的组成

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网侧电路的电流路径2网侧电路主要高压设备的功能3网侧电路的保护4

HXD3型电力机车网侧电路由受电弓AP1、AP2，高压隔离开关QS1、QS2，高压电流互感器TA1，高压电压互感器TV1，主断路器QF1，高压接地开关QS10，避雷器F1，主变压器原边绕组AX，低压电流互感器TA2和回流装置EB1～6等组成。

网侧电路的组成

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接触网电流通过受电弓AP1或AP2进入机车，经高压隔离开关QS1或QS2和主断路器QF1，通过高压电流互感器TA1进入车内，经25kV高压电缆与主变压器原边1U端子相连，经过主变压器原边，从1V端子流出，通过6个并联的回流装置EB1～EB6，从轮对回流至钢轨。

网侧电路的电流路径21.受电弓AP1、AP2采用DSA200型受电弓。弓内装有自动降弓装置，当弓网故障时，可自动降弓保护。2．高压隔离开关QS1、QS2采用2台BT25.04型高压隔离开关，该开关是采用电空控制方式进行转换的。当一台受电弓发生故障接地时，可通过控制电器柜上的隔离开关SA96，将其打至对应隔离位，通过TCMS发出指令来控制相应的电空阀，实现高压隔离开关的开闭操作，以切除故障的受电弓，同时使用另一台受电弓维持机车正常运行，减少机破，提高机车运用可靠性。网侧电路主要高压设备的功能3

3．主断路器QF1采用1台BVACN99.205型真空断路器。该断路器除接通和开断机车的总电源外，还能在主电路发生过流、接地、零压等故障时，起最后一级保护作用。

4．避雷器F1避雷器F1接在主断路器QF1和高压电流互感器TA1之间，用以抑制操作过电压及雷击过电压。网侧电路主要高压设备的功能3

5．高压接地开关QS10机车通过设置高压接地开关QS10，来实现机车的高压安全互锁。高压接地开关QS10上配有1把蓝色钥匙和2把黄色钥匙，其中蓝色钥匙用于控制受电弓的升弓气路，黄色钥匙用于打开机械室天窗或高压电器柜门，通过它们与接地开关的连锁控制，实现HXD3型电力机车的高压电气安全互锁功能。机车需要打开顶盖天窗或电器柜门进行检修时，首先断开主断路器并降弓，然后将空气管路柜上的蓝色钥匙旋转拔除，以切断升弓气路；将蓝色钥匙插入接地开关QS10并向右旋转至“接地位”，保证车顶设备可靠接地；旋转黄色钥匙并将其拔出，之后便可打开天窗或高压电器柜门，从而实现了机车高压安全保护。网侧电路主要高压设备的功能31、主变压器牵引绕组过流保护在每组牵引变流器的输入回路中，设有1个输入电流互感器ACCT，起控制和监视变流器充电电流及牵引绕组短路电流的作用，其动作保护值为1960A。保护发生时，四象限脉冲整流器和逆变器的门极均被封锁，输入回路中的工作接触器断开，同时向微机控制系统发出跳主断信号，通过复位开关可进行恢复。若这种故障在3min内连续发生两次，故障将被锁定，必须切断CI控制电源，才能恢复正常。网侧电路的保护42、原边电压保护：当原边网压高于32KV且持续１0ms或者是高于3５KV且持续１ms时，CI保护，四象限脉冲整流器和逆变器的门极均被封锁，输入回路中的工作接触器断开，同时向微机控制系统发原边过压的信息。当原边网压低于１６KV且持续１０ms时，ＣＩ保护，四象限脉冲整流器和逆变器的门极均被封锁，输入回路中的工作接触器断开，同时向微机控制系统发原边欠压的信息。网侧电路的保护4Page

37第一部分牵引变流器概述第二部分牵引变流器主要技术参数目录第三部分牵引变流器方案介绍第四部分牵引变流器模块介绍牵引变流器TCU（传动控制单元）第五部分Page

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新型八轴大功率交流传动电力机车牵引变流器是在HXD1C交流传动电力机车牵引变流器的平台上进行优化设计，用于满足八轴9600KW交流传动电力机车设计要求。牵引变流器适用于八轴9600KW交流传动电力机车，机车轴式为B0-B0固定重联，采用主辅一体化设计。每台机车配置两个牵引变流器，每个牵引变流器向两个转向架的四台牵引电机供电。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。牵引变流器中集成一个辅助变流器为辅助设备供电，额定输出容量为120kVA，最大输出容量240kVA。牵引变流器采用IGBT作为开关器件，直流环节电压为1800VDC，采用水冷散热。

第一部分：牵引变流器概述图17200KW牵引变流器Page

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第二部分：牵引变流器主要技术参数牵引变流器主要参数额定输入电压2×AC970V输入电压范围697V～1203V额定输入频率50Hz额定输出电压2×3AC1375V额定输出电流2×3AC598A直流回路电压

1800V主变流机组的效率≥98%控制电压DC110V（77V～138V辅助变流器主要参数标称输出电压3AC440V×1.73持续运行标称输出（正常/冗余模式）

2×100A/1×182Arms短时运行标称输出（正常/冗余模式）2×200A/1×320ArmsIGBT-开关频率（最大）780HzPage

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第三部分：牵引变流器方案介绍图2变流器主电路图

变流器主电路采用二电平四象限PWM整流器+VVVF逆变器+辅助变流器模式。两重四象限PWM整流器和两个VVVF逆变器，每两重四象限PWM整流器和两个逆变器组成一个独立的供电单元，为两台牵引电机供电。两个单元共用直流回路和二次谐振回路。每个主电路单元有独立的充电短接回路、固定放电回路。当其中一个逆变器单元故障时，通过控制将逆变单元接触，机车只损失1/8的动力；当四象限整流器故障时，通过断开相应的隔离开关盒充电短接开关（如第一个单元故障时，断开接触器K1、KM1、KM4），将该故障单元切除，其余两个单元正常工作。机车只损失1/4的动力，从而将故障造成的影响降至最低。第三部分：牵引变流器方案介绍Page

41图3变流器柜内部布置图变流器内部基本为左右对称结构，在变流柜前室左右各有4台主变流器模块（其中2台整流，2台逆变，可互换），1台辅变模块，1台TCU；变流器柜前室中间有短接接触器4个，内部热交换器及风机1套；变流器柜前室下部为变流器主电缆接线端子座，前室下部左右侧有接触器组件A/B各一套（包含充电接触器、充电电阻、接地检测电阻、辅变输出接触器）；另外前室还有6个电压传感器，16个电流传感器，1个中间继电器组件等部件。变流器柜后室中上部放置2台斩波电阻，中下部放置8个二次滤波电容，靠墙布置有水冷却系主水管；另有4个电流传感器等部件。变流器冷却系统的冷却水由外部供给，冷却水从柜体左侧的阀进出（下进上出），模块和冷却系统水路连接采用快速接头。对外控制接线的矩形连接器在柜体左侧。第三部分：牵引变流器方案介绍Page

42图4变流器柜布置图1－电流传感器（U12、U13）

2－辅变模块（UF）3－电压传感器（U3、U4、U5）

4－控制变压器（T1）5－传动控制单元（DCU）

6－短接接触器（KM1、KM2）7－内部热交换器

8－滤波组件（X91、X92、X93）9－中间继电器组件

10－主变模块（UM、UN、UP、UN）11－充电接触器（KM3）

12－接地检测电阻（R2、R3）13－斩波电阻组件（Rch1A、Rch2A、Rch1B、Rch2B）

14－辅变输出端子（UF、VF、WF）15－主变输出端子（U1、V1、W1/U2、V2、W216－电流传感器（U1C、U2C）17－变流器输入端子

18－二次滤波电抗器接线端子19－电流传感器（U7、U8、U10、U11）Page

43主变流器模块介绍：

第四部分：牵引变流器模块介绍四象限脉冲整流器额定电压（电压范围）2×1AC970V（679V～1203V）牵引工况最大输入电流2×1640Arms制动工况最大输入电流2×1280Arms输入频率50HzIGBT元件最高开关频率350HzVVVF逆变器牵引/制动基波输出频率0Hz～116Hz牵引工况标称输出电流2×3AC598Arms制动工况标称输出电流2×3AC522ArmsIGBT元件最高开关频率500Hz第四部分：牵引变流器模块介绍Page

44图5变流器主变模块图6变流器辅变变模块

变流器模块是变流器的核心部件，电路上包括了IGBT元件、IGBT驱动电路、驱动电源、脉冲分配电路。牵引变流器模块一般由四个IGBT桥臂组成。正常工作时，脉冲分配板将TCU发出的触发信号经过死区处理、最小脉宽处理后转变为光信号发送给IGBT驱动电路，IGBT驱动电路将接收的光信号转变为适合IGBT驱动的电信号控制IGBT的通断；IGBT驱动电路包含故障检测、处理及反馈电路，一旦IGBT出现过流或短路故障，能及时关断IGBT元件，并将故障状态反馈给脉冲分配板，脉冲分配板接到故障后立即封锁整个模块（对逆变器模块来说，斩波相不受影响），同时将故障状态反馈给