牵引辅助变流器技术方案说明书

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1、时速200公里动车组项目牵引辅助变流器技术方案说明书永济新时速电机电器有限责任公司2007年11月12日牵引辅助变流器技术方案说明书1项目来源与长客股份签订的 书时速200公里动车组项目-牵引辅助变流器采购意向2引用标准EN50207(2000)EN61373(1999)EN50121-1(1997)EN50121-3-2(2000)EN50124EN50125-1EN50153EN 50155EN 50163EN60077-1铁路应用机车车辆用电力变流器振动和冲击试验电磁兼容性-总则电磁兼容-车辆设备绝缘的协调性铁路应用铁路应用铁路应用铁路应用设备环境条件第1部分：车载设备车辆对于电气危险的

2、防护规范车辆用电气设备牵引系统的电力供应通用维护条件（TB/T1333.1-2002铁路应用 机车车辆电气设备第1部分：一般使用条件和通用规则）EN 60310铁路应用 车载牵引变压器和电感器3依据的技术规范AX00000064269牵引、方向、速度控制器技术规范（C版本）AY00000001332牵引、辅助系统技术要求（C版本）AY00000001333牵引、辅助系统技术描述（B版本）2442DT牵引辅助变流器技术描述4技术描述与主要技术参数按照AY1332、AY1333技术规范中描述的牵引特性、制动特性、辅助系统的 技术要求，对牵引辅助变流器的技术方案描述如下： 4.1概述在周围环境温度为

3、40C和接触网电压大于或等于22.5kV的条件下，每台牵 引辅助变流器能够同时给两台牵引电动机提供550kW的功率，满足动车组的电气 牵引和制动特性一再生制动（接触网吸收能量时）或电阻制动（过分相时）一以 及辅助系统供电。牵引辅助变流器主要包括：-2个四象限变流器（4QC1和4QC2）,给2个牵引逆变器和1个辅助变流器 供电。-2个三相逆变器（INV-TRAZ1和INV-TRAZ2）,每个给一个异步牵引电动机 供电。-2个制动斩波器（CHF1和CHF2）,当列车在过分相区制动时，能够将能量 消耗在制动电阻上。-1个辅助变流器（CH-INV AUX），给辅助负载提供400V AC和50Hz的电源

4、。-1个牵引控制单元（TCU），控制四象限变流器、制动斩波器和牵引逆变器 的IGBT，实现符合技术规范合同要求的动态性能的转矩和功率控制。-牵引控制单元通过电压和电流传感器监控牵引变流器工作状态，以调节 牵引电动机在牵引和电空制动时的输出转矩。-1个辅助控制单元（ACU），控制辅助变流器的IGBT，为辅助负载提供400V AC-50Hz三相交流电压。牵引辅助变流器的IGBT器件集成在5个功率模块中：-2个相同的四象限功率模块，每一个模块是一个四象限变流器，包含8 个600A的IGBT和相应的反并联二极管。-2个相同的逆变斩波功率模块，每一个模块是一个牵引逆变器和一个制 动斩波器，包含7个600

5、A的IGBT和相应反并联二极管。-第五个模块是辅助功率模块包括：-4个1200A IGBT，执行2个单相逆变器的功能。-2个600A IGBT和8个二极管，执行整流器和谐振的功能。-6个1200A IGBT和相应的反并联二极管，执行辅助逆变器的功能。4.2冷却系统通过安装在模块上的散热板内冷却剂（水和乙二醇混合物）的循环，实现 IGBT和二极管的冷却。冷却剂循环流入热交换器中时将热量释放到周围的环境 中。空气从车辆的侧边通过2个风扇流入热交换器，通过牵引服变流器下部的 风道喷到路基上。冷却系统是由以下部件组成的：-1个热交换器-1个泵-2个风扇-1个膨胀水箱还有以下附件：-2个快速接头-1个安

6、全阀-1个分离通风装置-1个水填充系统-1个温度传感器-1个压力传感器冷却系统的每一个部件均能容易的在变流器下部进行检修与维护操作。冷却剂液面指示能够通过车厢旁边显示；压力传感器和温度传感器是提供 控制和调节冷却系统的信号。冷却管路的温度控制标准是由TCU依照文件中描述所控制的。4.2.1泵的参数电压380V AC 50Hz三相电压变化范围380V AC10%电压失真10%TCU实时检测和监控泵的工作状态。4.2.2电机风扇参数电机风扇为双速电机风扇，其功能是提供通过热交换器的空气流。低速运 行的目的是牵引/辅助变流器工作在减功工况下（例如，到站停车时），减少噪声。牵引/辅助变流器电机风扇是由

7、TCU控制的。电动机风扇主要技术参数：电压380V AC 50Hz三相电压变化范围380V AC10%电压失真10%4.3四象限变流器输入阶段是由2个IGBT四象限变流器组成的，在电制动工况下能将电能反 馈给接触网。由牵引变压器的2个次边绕组提供电压，控制并稳定中间直流电压 达到要求值。两个四象限变流器，相位差为180，能够从接触网吸收功率因素接近1 的电流（或者在电制动期间提供电流）。每个IGBT功率模块是由相同的模式组成的全控桥电路。这两个全控桥的输 出是并联的，能将牵引变压器次边单相交流电压（ 1770Vac）转换为稳定直流电 压。主要技术参数：类型：强迫关断两个全控桥并联连接功率半导体

8、器件：600A/6500V IGBT包括反并联的二极管，模块绝缘电压 9.5kV冷却液：水和乙二醇混合溶液输入电压：2X 1770V AC输出电压：3200-3700V DCIGBTX 作频率：250Hz4.4牵引逆变器三相逆变器是把中间直流电压变换为三相交流电压供给相应的异步牵引电 动机。电压值和频率根据牵引电动机的转速而进行调节变化；逆变器能进行从电 气牵引到电气制动的转换。主要技术参数：类型：两级三相逆变器功率半导体器件：600A /6500V IGBT包括反并联的二极管，模块绝缘电压9.5kV冷却液 ：水和乙二醇混合溶液输出电压102808V4.5制动斩波器当列车处于过分相电区时，制动

9、斩波器能将电气制动期间的反馈能量在制 动电阻上消耗。主要技术参数：功率半导体器件：600A/6500V IGBT包括反并联的二极管，模块绝缘电压 9.5kV半导体冷却液：水和乙二醇混合溶液最大输出电压：2X522.1kW工作频率：250Hz4.6辅助变流器辅助变流器与牵引变流器一起安装在列车的第1、2、4、7和8车的下方，直 接从牵引变流器的中间直流回路获得输入电源。辅助变流器是采用IGBT的双级结构，从电路角度看,包含：-一个单极线路隔离开关（KAUX）。-一个输入滤波器。-两个单相逆变器。-两个高频变压器。-两个全波整流桥。-一个中间滤波器。-一个三相辅助逆变器。-一个输出滤波器。-一个可

10、以减少中间电源的电磁噪声干扰的EMI滤波器。-一个如果辅助逆变器发生故障而使它与三相线隔离的输出遥控开关 （TLU）。-一个辅助控制单元（ACU）。-一个在变流器内将三相线接地的手动隔离开关（SMT400）。4.6.1输入滤波器LC型的滤波器通过隔离开关KAUX与牵引逆变器并联接在中间直流回路上， 由一个 200 MH 电抗器（LAUX）和 4 个 120 呻电容器（CAI11, CAI12, CAI21 和 CAI22）。输入滤波器容量的方式是当电源电压变化而输入到2个单相逆变器的输入 电压有限的；此外，一个电压传感器（TV3）时时测量输入滤波器的电压，为了 辅助变流器工作在事先规定的变化范

11、围内。4.6.2高频降压变流器这是辅助变流器的第一阶段，它的组成：-两个单相逆变器。-两个高频变压器（4kHz）。-两个全波整流桥。-一个中间滤波器，由1mH的电抗器（LAUC）和980 UF的电容（CADC）组 成，工作频率（8kHz）是高频变压器的二倍。降压变流器的主要任务是：-转换600Vdc的输入电压以满足辅助逆变器的需要。-通过高频变压器（TR1-TR2）保证输入电压和辅助逆变器的电源之间的电 气隔离。4.6.3 辅助逆变器辅助变流器的第二阶段是辅助逆变器，采用1950Hz的开关频率的PWM技术， 是由3对IGBT和相应的反并联二极管组成；每对IGBT组成一个三相变流器的一 相。辅助

12、逆变器的主要任务是将输入直流电压（600V DC）转换为三相+中性400V AC -50Hz的交流电压，供给中压负载使用。一个LC三相输出滤波器限制输出电压谐波的干扰；该滤波器是由电抗器 LU1、LU2和LU3以及三相电容器CU1、CU2和CU3组成。中性线穿过星星连接的输出电容器的中心。控制和保护是由电压传感器的逆变输出开关（TLU）和相位电流传感器进行。4.6.4 EMI滤波器为了减少辅助变流器的电磁噪声干扰，在中压电源和低压电源使用滤波器。 4.6.5辅助控制单元（ACU）带微处理器的ACU，通过给IGBT相应的指令驱动辅助变流器和根据检测输 入电压和电流驱动相应的电气机械部件，并产生输

13、出电压和电流。通过相应的电压、电流传感器读取参数。逆变器IGBT的调节使输入电流接近正弦波形式，可显著提高输入功率因数。此外，控制器有电气保护功能，在下面模式时停止辅助交换器：-在下面情况下临时停止：电源电压浪涌超过允许值；过载或短路；过热。-在下面情况下永久停止：三相输出的缺乏一相；变流器外部的400Vac线路重复短路；内部短路。辅助控制器与列车逻辑之间的通信通过MVB串口连接。4.6.6输出开关TLU单稳态的四极开关电器，可控制相应的三相线路（R-S-T-N）；它是由ACU 控制；当辅助逆变器产生充足的电压时，开关闭合；当低于预测值时，开关断开。输出开关TLU处于“闭合”状态2秒后，其状态

14、由列车逻辑来控制。在模 拟的模式控制重载的引入，防止电流重叠。这样变流器可能因为功率过载而导致 辅助变流器停止。4.6.7接地开关SMT400三极转换开关，允许辅助变流器隔离开关把车辆相应的三相线路和变流器 接地三相线路隔开，目的确保变流器内部的维护操作安全，列车的其它车辆的变 流器应通过400V的车间插座供电。4.6.8主要技术参数辅助变流器通过2个斩波器和一个高频去耦变压器将中间直流电压转为一 合适的电压供给辅助逆变器，给辅助系统的负载提供400Vac的电压。辅助变流器技术参数：类型功率半导体器件：两级 3300V-1200A IGBT单相逆变器，模块绝缘电压9.5kV半导体的冷却液：输出

15、电压：输出持续功率：1700V-600A IGBT整流器的谐振部分1200V-1200A IGBT 辅助逆变器水和乙二醇溶液400V AC 50Hz300kVA cos 6=0.8 周围环境温度为+45C4.7牵引控制单元（TCU）参考文件2359DT牵引控制单元的技术规范。5外形结构与接口5.1结构特点牵引辅助变流器采用模块化结构设计，车下吊装。将牵引变流器和辅助变 流器集成在同一箱体中，结构紧凑（外形如图1所示）。主要布局包括辅助1平 台、辅助2平台、牵引平台、冷却系统平台、用户1平台、用户2平台、电阻平 台、中央线槽（如图2所示）。图1牵引辅助变流器外形图图2布局图5.2 接口安装位置:在1、2、4、7和8车辆的下方安装箱体材料：机械防护等级:功率电气连接:电气信号连接:钢电气连接区域为IP65螺栓连接连接器永济新时速电机电器有限责任公司2007年11月12日