有关动车组高压牵引变频系统的研究

有关动车组高压牵引变频系统的研究

王辉

中国铁路北京局集团有限公司天津动车客车段

摘要:动车组牵引电机电源主要由高压牵引变频系统提供，该系统主要由主电路电器和控制电路电器两部分组成，主电路由整流器、直流平滑电路、逆变器、真空交流接触器接部分构成，控制电路电器由无触点控制装置和控制电源两部分构成。高压牵引变频系统的正常工作对动车安全运行非常重要。本文针对动车组高压牵引变频系统结构和原理进行分析，为提高动车组运行安全性提供参考依据。

关键词:动车组;高压;牵引变频系统

1 引言

动车因为速度快、安全性高、舒适度高等特点而成为当代人青睐的一种出行方式，目前已经成为我国主要运输资源之一。根据统计，截止到2018年底，我国拥有的高铁运输线路已经超过了2.9万公里，可以说全世界超过三分之二的高铁运输线路都在中国。青岛四方厂、民春客车厂、唐山客车公司是我国几家重要高铁制造商，2004年和2005年这几家企业分别从加拿大、日本、法国和德国引进先进技术，开发研制了我CRH1型、CRH2型、CRH3型、CRH5型高速动车组。2016年，我国研制出拥有完全只是产权的标准动车组，其交汇速度创下新的世界纪录。

动车组牵引电机电源主要由高压牵引变频系统提供，该系统主要由主电路电器和控制电路电器两部分组成，主电路由整流器、直流平滑电路、逆变器、真空交流接触器接部分构成，控制电路电器由无触点控制装置和控制电源两部分构成。高压牵引变频系统的正常工作对动车安全运行非常重要。本文针对动车组高压牵引变频系统结构和原理进行分析，为提高动车组运行安全性提供参考依据。

2牵引变频系统的构成与工作原理

动车组牵引变频系统的主体功能就是为牵引电机提供电源，其结构主要分为可以产生电流的主电路电器和控制电路的控制电器两部分构成，两部分集中安装在一个箱体内，所占空间比较小，铝制框架大大减少了机器重量，结构非常简洁。其构成如图1所示。

图1 牵引系统构成图

动车组高压牵引变频系统的功率单元设置在集中位置，设计为模块形式，操作、维修都非常便捷。因为该部分在工作中会产生大量热量，动车组高压牵引变频系统设置了电动轴式流式通风机，便于向功率单元输送空气，达到降温目的。电路控制电器的真空接触器、继电器单元和无接点控制装置三个部分也集中安装，检查维修方便。另外设置两台脉冲整流器用于半导体冷却，以及三台单元的逆变器。结构上选择板簧式手动型紧固装置，极大方便检修。

半导体冷却装置和电动通风机两个部分体积较大，设计为下部拆装形式。小型零部件采用可独立更换的单元组合形式，一个部分需要更换不影响其它部分。而每个独立的单元都既有结构和功能的完整性。

整个系统的电源由受电弓将单相交流25kV ,50Hz的线电压，通过VCB与牵引变压器的一次侧绕组相连接。VCB主要起控制主电路开闭作用。牵引主变压器二次侧的两个牵引绕组在25kV一次侧绕组磁力作用下能够分别感应出1500V的电压，同时可以将其输送到整流器部分。

M1车和M2车上都安装了一台独立牵引变流器，可以为车辆提供牵引动力和制动动力，以及安全保护动力。信息控制装置能够采集车辆各部分信息，并以此为参数控制整流器间载波的相位差运行，这一控制功能能够减少接触网电流产生的高次谐波的干扰。

牵引变频系统主体部分由整流器、逆变器、直流平滑电路三部分构成。整流器中单相交流电转变为直流电力，逆变器中电流由直流电转变为交流电，直流平滑电路能够通过吸收电压波动得到直流电压。整流器和逆变器设计都为三电式结构，电压控制比较精密。半导体原件是主要电路，因此采用了r能高速开闭的IGBT或IPW，可以有效避免交流电压波形失真问题，从而使牵引电机和牵引变压器电磁噪声及转矩波动都有效减少。

2.1整流器简述

整流器分为单相三级PWM整流器和交流接触器K两部分组成，变压器二次绕组侧产生并输出的AC1500V, 50Hz电压即为整流器中输出电流。

无触点控制装置的(IGBT元件)具有电流控制功能，能够将整流器中输出电流控制在2600一3000V定电压，将牵引变压器1次绕组侧的电压电流功率因数控制为1，同保护无触点控制装置，如果车辆进行再生制动能够实现DC3000V电流到AC1500V、50H电流的逆变换，为牵引变压器一侧绕组提供动力。

2.2逆变器简述

逆变器能够通过无触点控制装置进行电流逆转变，滤波电容器中电压经过逆变器后变为三相交流电压，同时完成四台并联感应电机速度和扭矩的控制工作。当车辆进行再生制动时，逆变器可以将三相交流点转变为直流电压并将其输送到滤波电容器。

感应电机主要采用矢量控制形式对扭矩电流和励磁电流进行高精度控制，提高扭矩响应的速度及电流控制性能。逆变器采用3点式电路结构。

2.3直流滤波电容器工作机制

滤波电容器由两台整流器功率单元和三台逆变器功率单元两个部分构成，容量合计是8000μF。车辆各部分充电电路都连接在过滤电容器上，启动之后时充电电阻部分首先开始充电，可以防止K闭合产生强大电流。逆变器闭合之后再将CHK连接，充电1秒钟左右之后关闭CHK再将K接通。

3结语

动车组高压牵引变频系统对于动车组来说至关重要，是动车组动力主要来源。对其结构和工作机制进行科学设计，能够保证动车组充足的动力和更高的安全性能。因此该系统设计结构选择模块式，不同模块结构和功能独立且可以互换，从而保证动车组安全稳定运行状态。

参考文献

[1]中国铁道科学研究院机车车辆研究所五大产业(2), 动车组牵引系统系列产品[J]. 铁路技术创新, 2009(03):57-59.

[2]罗昭强, 尚大为, 韩东宁. 复兴号动车组牵引系统参数分析[J]. 大连交通大学学报, 2019, 40(02):116-119.