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HXD1C型机车牵引变流器及控制系统_图文

第3 4卷

第 6期 

电力机车与城轨车辆 
Elc r   o o t e e ti L c moi s& Ma s T a stV h ce   c v s  rn i e ils  

Vo. 4 No 6 13   .  

21年 1月 2   01 1 0日

N v 2 山 .0 1 o . 0 2 1 

H DC型机 车牵 引变流器及控 制系统  X  1   求  
饶 沛 南 , 中红 , 鹏 , 姚 李 陈燕 平 , 力 忻  
( 洲 南 车 时代 电 气股 份 有 限公 司 技 术 中心 , 南 株 洲 株 湖 420 ) 10 1 

摘  要 : 介绍 了 H oC型机 车牵引变流器及 控制系统 的技 术特点和 主要参 数 . X1 描述 了其结 构 , 阐述 了  牵引变流器功能模块及冷却系统的功 能原理  关键词 :电力机车 ; 引变流器 ; 牵 冷却 系统 ; 制系统  控
中 图分 类 号 : 203  U 6 .1 文献标识码 :   A 文 章 编 号 : 6 2 18 (0 10 — 04 0  17 — 17 2 1 )6 00 — 3

Tr cin c n e t ra d i   o to  y t m  ftp   a t   o v r   n   s c n r l se o y e HXD  lc mo ie o e t s 1 oo t   C  v
RAO  i n n, Pe - a YAO  h n - o g, IPe g, Z o g h n L   n CHEN  n p n XI L   Ya - i g, N  i ( e h oo yC ne , h z o   S Tme  lcrcC .Ld , h z o   1 0 1 C ia  T c n lg  e trZ u h uC R  i sE e t   o , t. u h u 4 2 0 , hn ) i Z
Ab t c : T i a e   e c ie   h   e h ia h r ce it s ma n p rmee s a d sr cu e f t ci n s r t h s p r d s r s t e tc nc l a a tr i , i  a a tr  n   t t r o  r t   a  p b  c sc u a o
c n e tr a d i   o to s se fr tpe HX。   o o t e tpr s ns t   u c in   n   rn ils o  r ci n o v re   n   t c nr l y tm  o  y   s 1 lc moi .I  e e t he f n t s a d p cp e   f ta t   C v o i o
c n e rmo u ea d c oi g s se   o v  ̄e   d l  n   o ln  y t m.

K y wo d e e t c lc moi e t cin c n e e ;c oi gs s m ;c nr l y tm  e   r s: lcr  o o t ; r t  o v  ̄ r o l  y t i v a o n e o t   se os

H oC型机 车是 南 车株 机 公 司设 计 的一种 新 型 重  X1

直接转 矩控 制方 式 ,具有 动态 响应 特性 优 良 、控 制 简 
介高效 、牵 引力 变化 平稳 等优点 。   3 结 构设 计特 点 。各 部件 采用 模块 化设计 , 有整  ) 具 体 结构 相对 简单 、 检修 维护 方便 等优 点 。  

载 货运 交 流传 动 电力 机 车 。该 型机 车采 用株 洲南 车 时  代 电气 股 份有 限公 司 开发 的 T A G 9型 I B G T水 冷 牵 引  变流 器 .该 型变 流器设 计 功率 36 0k .直接 驱动 3  0  W   台 1 0  W 异步 牵 引电机 。   0k 2 各种 试验 和实 际运用 情况 
表 明 ,G 9型 牵 引 变 流 器 完全 能 够满 足高 速 重 载 电  TA

4 冷却 系 统特 点 。牵 引 变 流器 冷却 采用 水 冷 却方  )
式 ,具有冷却 效率高 、体 积质量小 、维护方便等优 点 。  

力机 车牵 引 的需要 。  

2 牵 引 变 流 器 的 主 要 参 数 
变 流器 的主要 电气 和结 构参 数如表 1 示 。 所  

1 牵 引 变 流 器 的 主 要技 术特 点   
1 主 电路 特点 。牵 引变 流器 输 入端 为 三重 四象 限  ) 变 流器 ( 网侧 变 流器 )直 接 连 接 到主 变 压器 的 3个 牵  , 引绕 组输 出端 ; 引变流 器输 出端 为三 相逆 变器 ( 牵 电机  侧 变流 器 ) 直 接 与牵 引 电机 连 接 ; 间直 流环 节 包括  , 中
支 撑 电容 器 、 次谐 振 电路 、 压斩 波 电路 、 地 检测  二 过 接

3 牵 引 变 流 器 的 结构 
牵 引变 流 器作 为 一 台完 整 的组 装设 备 安装 在 机 械 

间 内, 变 流器 模 块 、 引 控 制 单 元 (C 、 路 接 触  由 牵 T U)线
器 和 预充 电单元 、 接地 检测 单元 、 谐振 电容 、 波 电阻 、 斩   冷却 系统 及 各 类 监视 控 制 传 感 器 组 成 ( 图 1 , 类  见 )各 部件 可 以方 便地 拆卸 。   斩 波 电阻 布置 在 变 流器侧 面 ,左侧 预 留 了检 修空  间 , 修 时可 以从侧 面取 出 。 检 谐振 电容 布置 在变 流器 背  部 , 修 时需要 将变 流器 吊出 , 检 但是 谐振 电容 一 般故 障 

电路 等 。开 关元 件 采用 33 0V 1 0    0   / 2 0A等 级 I B   G T元  件 , 术成 熟可 靠 。 技   2 控制 电路特 点 。变 流 器输 入 端采 用 四象 限 变 流  ) 器控 制方 式 ,具有 中 间直流 环节 电压稳 定 、功率 因数  接 近于 1 、能量 可 再生 等优 点 ;输 出端采 用 异步 电机 
收 稿 日期 : 0 1 0 — 2 21-60 

作 者 简 介 : 沛 南 ,0 0年 毕业 于 西南 交 通 大 学 电力 电子 与 电 传 动 专 业 , 学硕 士 , 从 事 牵 引 变 流 器 的 研 发 工作 。 饶 21 工 现   基 金 项 目 : 道 部 科 技 研 究 开 发 计 划 (0 90 6 A) 铁 2 0 J0 ~  





4. .  

饶沛南 等 ? X 1 H oC型机车牵引变流器及控制系统  2 1 年第 6 ?0  1 期 

率较低。其余部件均布置在变流路正面。  
表 1 变 流 器 的 主 要 电气 和 结 构 参 数   
项目   技 术 参 数 

4 牵 引变 流 器 电路 及 工 作 原 理   
牵 引变 流器 电路 原理 图见 图 2 其 功 能和 状态 参数  ,
均 由 T U监 控和 保 护 。机 车 在牵 引工 况 时 , 流 器将  C 变

主变 压器 次边 绕组上 的单 相交 流 电转变 成驱 动牵 引 电  机所 需 的变压 变频 三相 电 ; 制动工 况时 , 引电机 处 于  牵 发 电工况 , 流器将 电机 发 出的 电能反馈 给 电网 。 变   以第 一个 主 电路 单元 为 例 说 明变 流器 主 电路 的工 
作原 理 。牵 引变压器 牵 引绕组 a — 1 入 电压首 先经  lx 输 由 K 、 组 成 的充 电 回路 对 直 流 回路 的支 撑 电容  M4 R1

充 电 , 电完成后 闭合短接 接触器 K 。 引工况时单  充 M1 牵

相工频 电 网 电压 经 四象 限 P WM 整流 器整 流为 l 0 V   0   8
直流 电压 ,再 经逆变 器逆 变为 三相 V V V F电压供 给牵  引 电机 :再 生制 动工 况 时牵引 电机 发出 的三相 电压经  整流 、 逆变 后通 过牵 引变压 器 、 电弓反馈 回电 网。 电  受 抗 器 L 和 C ~ 8组成 二 次谐 振 回路 .用 于滤 除 四象  1 3C

限P WM 整 流器 输 出 的二 次 谐 波 电流 : c l为 过压 斩  Rh
波 电阻 .用 于直 流 回路 的过 电压 抑制 : 4为 固定放 电  R 电阻  用 于 将 支撑 电容 上 的电 压放 至 安全 电压 以下 :   R 、 9为直 流 分 压 电阻 , 点 接 地 , 于 变 流 器 主 电  8R 中 用

路接 地检测 。  

5 冷 却 系统 
如 图3所示 . 冷却 系统 由变流 器柜 内 的变 流器模 块 

水 冷板 、 内热 交换 器 、 路和 水冷 系统传 感器 以及变  柜 管
图 1 变 流 器前 视 图 

流器 柜外 的复合 冷却 塔组 成 。复合冷 却塔 包含 水冷 却 

图 2 变 流 器 电路 原 理 图  



5 - 

电力机车与城轨 车辆 ?0 1 2 1 年第 6期 

器 、 泵 、 膨 胀箱 、 网等 。 水 水 滤  

同步信 号 的锁相 环处 理 。 核心任 务 是 : 其 当电 网电压 在 


冷 却 系 统 的冷 却 介 质 为纯 水 和冷 却 剂 的混 合 物 。  
冷却 介质 由水泵 泵入 牵 引变 流器 内部 的变 流器模 块 和 
热交 换器 , 收热量 后经 出水 I蝶 阀进 入冷 却塔 , 通  吸 S l 再

个 范 围内波动 时 , 中间直 流 电压 保持 恒定 , 保 电  使 确

机侧逆 变 器 的正 常 工作 ;在 电网侧 获得 一个 近 似正 弦 

的 电流 , 少对 周 围环境 的 电磁 干扰 ; 牵引 工 况和再  减 在
生工 况下 ,使供 电接 触 网或 主变压 器一 次侧 的功 率 因  数接 近于 1 。 .  0 3 电机侧 变流 器控 制器 ( C)  ) MC 。 MC C完成对 逆 变器 与交 流异 步 牵引 电机 的 实时控 

过 水 冷却 器与 外界 空气 进行热 交换 ,被 冷却 后 的冷却 
剂再 由水泵 泵 人牵 引变 流器 , 如此 循环 往复 。 却 系统  冷

还装 有温 度 、 压力等 传感 器 , 于冷 却 系统 的保护 。 用  
水  

卤( 口   圭 ) 蝶   出水 口传感器 
/ 
J  
被 冷却设备 

制 。通 过 高速 A D采 集控 制所 需 的直流 电压 、 变 电  / 逆
水冷 

流 等信号 , 生 逆变 控 制 P 产 WM 信 号 , 电机 电流 等 采  对 用 瞬时值 控制 。  
模 拟输 入 A   来 自 感器 的信  传 号取样 、比例 。   模拟输 入 B   来 自传感器的信  号取样 、比例。  

\  

进口 器 水传   感
甲 进 口阀   水 蝶1 . 1  
蒜  

水 

二 = )  

—V  

S C  M

图 3 冷 却 原 理 简 图 

AMS总线管理 、   主 电路的开关  逻辑等 

6 控 制 系统 
变 流器 控制 系统 主要 包 括 T U、 C 电压 电流 传 感器 、   水 温 水压 传感 器 、 冲分 配及 驱 动电路 , 主要控 制 功  脉 其
能 由 T U完成  C
6 1 T U 的主 要功能 特点  .   C

数字入出  数字开关量的  输入输 出  
M CC1  

逆变器 控制相 关  的信号处 理及  相关保 护 

通讯接 口  
T U 与 MVB总  C

完成直接转矩控  制 、过压斩波 、   黏着控制等功能 。  

线 的通讯接 口  
LCC 

完成锁相控制、 四  象限控制 等功能 
MC   C3

T U接 收 司机指 令 ,并 将 其转 化 为机 车 的运 行 工  C

M CC2  

况 。传动 控制 单元具 有 车辆 级控 制和变 流器 级控 制 的 
功能 。车辆 级 的控制 功 能是根 据 司机指 令完 成对 机 车 

完成直接转矩控  制 、过压斩波 、   黏着控制等功能。  

完成直接转矩控  过压斩波、霉   着控制的功能 


牵 引/ 动特性 控 制和 逻辑 控 制 , 现 对 主 电路 中接 触  制 实 器 的通 断控 制 和牵 引变 流器 的启/ 停控 制 , 计算 机 车所 
需 的牵引/ 电制动 力等 。 变流 器控 制级 的核 心任 务是 根  据 司机 指令 完成 对 四象 限整 流器 的实时 控制 、逆 变器  及 交 流异 步牵 引 电机 的实时控 制 、 黏着 利用控 制 , 同时  具 备 完整 的故 障保护 功 能 、模 块级 的故 障 自诊 断功 能  和一定 程度 的故障 自复位 功 能 。  
62 T .  CU 的配 置及控 制功 能 
脉冲转换   Il    脉冲转换   将P WM信号进行电压转换。  f P f 将 WM信号进行电压转换 
图 4 T U功 能 配 置 框 图    C

7 牵 引 变 流 器 的保 护 
为保 证 牵 引变 流器 安 全运 行 ,在 变 流器 内部设 置 

了多种 传感 器实 时监 测其 各部 件工 作状态 。检测 到 的  信 号送 给 T U进行采 集 和判 断并 及时采 取保 护措 施 。 C  
7 1 主 电路保 护  .

如 图 4所示 . C 的控 制可 分 为两 层 功能 . 层 的  TU 上 控 制 功 能 主要 由 S MC通 过 对 A MS总 线 的 控 制 来 实 

现 , 层 由四象 限变 流器 控 制器 ( C ) 牵 引 电机 侧 变  下 LC 、
流 器控 制器 ( C) 成进 行实 时控 制 。 MC 构  

牵 引 变 流 器 主 电 路具 有 如下 保 护 功 能 : ) 间 直  1中

流 回路过 压 、 压 保 护 ; ) 欠 2 四象 限 输 入过 流 保 护 ; ) 3 逆  变 、 波输 出过 流保护 ; ) 斩 4 电机 缺相 、 过热 保护 ; ) 回  5主 路接 地 保 护 ; )G T元 件故 障保 护 : ) 触 器 应答 故  6 IB 7接 障保护 。  
72 水 冷 系统 的保 护  _

1 上 层控 制 ( MC 。 ) S )  S MC完成 管理 A MS总 线 、车辆 逻 辑单 元 的控 制 ,   牵 引/ 动特 性控 制 , 障 的传递 及记 录等 功 能 。 制 故   2 四象 限变流 器控 制器 (C 。 ) L C)   L C用 于 三 重 四象 限变 流 器 的实 时控 制 ,并 完 成  C

在 变流器 柜 内水冷 系统 中 ,  

( 下转 第 2 8页)  

电力机 车与城轨车辆 ?0 1 2 1 年第 6期 
8 0 0  7 0 0   6 0 0 

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10 0  

lO 2  

10 4  

速度/( m?  ) k h  

速度/k ?。   (i h ) n

图 2 八 轴 车牵 引 、 动 特 性 曲 线  制
80 0 



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70 0 

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60 0 

重  
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薹o 3  o
20   0 lO O 
O  

如 O  O  0   O  ∞ O   O   O  O   ∞   O  加 :   2  

速 度 /(m ? 。) k h1 
 O  O  

速度 / k h ) (m? -  1
图 3 十 二 轴 车 牵 引 、 动 特 性 曲线    制

5 结束 语 
神华 铁路 下 属 各条 铁路 的线路 条 件 和牵 引定 数 各 
不相同, 导致 对机 车牵 引能 力 的要求各 不相 同 , 采用 动  力 单元 的概念 可 以根据 具体 需求 进行 灵活 配置 。满 足  不 同 的牵引 需求 。 同时每个 动力 单元 的机 械 、 电气部 件  基 本相 同 , 现 了模 块化 、 实 通用 化 , 降低 了机 车运 营 和 

参考文献 :  
[] 黄 济 荣. 1 电力 牵 引 交 流传 动 与 控 制[ . 京 : 械 工 业 出版 社 ,9 8 M]北 机 19 .     Il 李 2 扬 , 大 勇 , 晓 春 , . 功 率 重 载 电力 机 车 的 设 计 及 技 术 发  张 李 等 大

展[1电 力 机 车 与 城 轨 车 辆 ,0 9 2 . J . 20 ()   【】 廖 洪 涛 . 3 和谐 HX 1型 大 功 率 交 流 电力 机 车 概 述 [ _ 力 机 车 与 城  。 J电 ]
轨 车 辆 ,0 7 1. 20 ()  

【] 张 曙光 . D 电 力 机 车[ . 京 : 4 HX 1型 M】北 中国 铁 道 出 版 社 ,0 9  20 . 【] 李群 峰 , 5 樊运 新 , 新平 . X 1 彭 H DB型 大功 率 交 流传 动 电 力 机车 概 述 [. J  ]
电 力 机 车 与 城轨 车辆 ,0 1 1. 2 1()  

维 护成 本 。该 系列机 车 的成 功研 制将 大大 提高 神华 集 
团的运输 能 力 , 为神 华铁 路运输 的主型机 车 。 成  



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( 上接 第 6页 )   过低 、 超高保 护 。  

设置 了如 下保护 功 能 : ) 流器  1变

至 20 0 9年上线 以来 工作状 态 良好 , 无论 在技 术 性能还 

模 块过 热保 护 ; ) 2 变流 器水 温过 高保 护 ; ) 3 变流 器水 压 

是在 可靠 性等 方面 都达 到 了预期要 求 。  

8 结 束 语 
TA G 9型 牵 引 变 流 器 目前 已装 车配 备 近 10 0台  0   H I XuC型机 车 , 别运 用 于重 庆 机 务段 、 分 向塘 机 务 段 、  
株 洲 机务 段 、 兰州 机务 段 、 宁机 务 段 和 洛 阳机 务段 。 西  

参 考 文献 :  
【 l 】丁荣军


黄 济 荣 . 代 变 流 技 术 与 电气 传 动 【 . 京 : 学 出 版 社  现 M】北 科

20. 09  
[ 2 】荣智林.G 6 T A 型主辅一 体化IB 变流器【 机车电 GT J 】 . 传动, 1() 2 05 0  



28   -


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