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1、7200kW电力机车牵引变流器简介 编制 技术支持部 2009年04月02日 1 主要内容 一 7200kW货运电力机车简介 二 牵引变流器简介 三 主电路简介 四 控制电路简介 五 冷却系统简介 2 一 7200kW电力机车简介 7200kW的六轴货运电力机车以HXD1B大功率八轴 9600kW货运电力机车为技术基础 由株洲电力机车厂为主机厂协同众多协作单位研 制生产 时代电气提供其主要部件之 主变流器 网络控 制系统及辅助变流器等 全部采用国产化研发及 制造部件 3 7200kW电力机车简介 轨距1435mm 尺寸 22670 x3100 x4040 mm 轴式Co Co 轴无配重23t
2、轴加配重后 25t 牵引功率 7200kW 电制动功率 7200kW 机车最高运营速度120km h 最高试验速度132 2km h 4 22 5kV到30kV网压下 功率为7200kW 22 5kV到19kV 功率从7200kW线性减小到6080kW 7200kW电力机车简介 30kV到31kV 功 率从7200kW线性 减小到0 19kV到17 5kV 功率从6080kW线 性减小到0 机车功率发挥曲线图 5 7200kW电力机车简介 23t轴重时 520kN 25t轴重时 570kN 机车最大牵引力 6 7200kW电力机车简介 23t轴重时 370kN 25t轴重时 400kN 速度5
3、km h 0km h 时 制动力线性下 降到零 机车最大制动力 7 二 牵引变流器简介 额定输入电压 970V 50Hz 额定输入电流 3 1390A 中间电压 DC 1800V 额定输出电压 3AC 1375V 额定输出电流 3 598A 最大输出电流 3 814A 控制电压 DC 110V 辅助电源 三相440V 60Hz 外形尺寸 3100 1060 2000 mm 质量 2500kg 8 牵引变流器结构正面图 一重四象限 整流模块 一重逆变模块 二重四象限 整流模块 二重逆变模块 三重四象限 整流模块 三重逆变模块 热交换器 DCU控制装置T1同步变压器 VH1 VH3中间电压传感器
4、R1 R3充电电阻 KM3 KM1主接触器 K3 K1隔离开关 KM4 KM5充电开关 固定放电电阻 9 牵引变流器结构背面图 斩波电阻 RCH1 3 二次谐振回路电容器 C4 8 支撑电容 C1 2 风机 FAN1 2 10 主电路接口 库用接口电抗器 三相输出 单相输入 11 三 主电路图 12 主电路简介 每台机车包含两架牵引变流器 每台牵引变流器 向一个转向架的三台牵引电机供电 变流器主电路采用二电平三重四象限 PWM整流器 VVVF逆变器模式 每重四象限整流器和一个逆 变器组成一组供电单元 为一台牵引电机供电 轴控控制方式 每个主电路单元有独立的充电短接回路和固定放 电回路 三重四象
5、限互相错开一定的相位角度 有利于减 小对电网的谐波污染 降低直流回路的纹波 13 主电路简介 三个主电路单元的直流回路通过隔离开关 K1 K2 K3 并在一起 正常工作时隔离开关闭合 三个单元共用中间直流回路和二次谐振回路 当 其中任意一个主电路单元故障时 断开相应的隔 离开关和充电短接开关 将该故障单元切除 其 余两个单元正常工作 机车只损失1 6的动力 从 而将故障造成的影响降至最低 变流器具有库内动车功能 通过R S端子外接 DC600V库内电源输入变流器 经二极管整流 逆 变后输出三相VVVF电压驱动牵引电机 足以驱动 机车以约5km h的速度运行 14 主电路简介 四象限变流电路 四
6、象限变流器采取瞬态电流控制策略 使得中间 直流环节的电压保持恒定 并使变压器次边的功率因 数接近于1 1 电路构成 一个变流柜由三组相同的四象限变流器组成 每 组由1个充电电阻 1个充电接触器 1个短接接触器 1个输入电流传感器及1个四象限变流器构成 每个 臂由两个IGBT模块并联组成 2 工作原理 在牵引工况下进行交 直变换 为中间直流电路 提供电能 在再生制动工况时 对中间直流电路能量 进行直 交变换 将电能回馈给电网 15 主电路简介 中间直流电路 中间直流电路起能量储存 平衡及滤波的作用 1 电路构成 中间直流电路由中间电压支撑电容 二次滤波LC 谐振电路 中间电压传感器 接地保护电路
7、组成 2 工作原理 二次滤波电路 由二次滤波电抗器和二次滤波电 容器组成 谐振频率为100Hz 用于滤除四象限 PWM整流器输出的二次谐波电流 接地保护电路 由跨接在中间电路的两个串联电 阻和一个接地检测电压传感器组成 实施接地故 障的检测 16 主电路简介 PWM逆变电路 PWM逆变电路采用直接转矩控制策略 1 电路构成 一个变流柜由三组相同的PWM逆变器组成 每组由过压 斩波 直流放电 保护电路 1个PWM逆变器 2个输 出电流传感器构成 2 工作原理 过压斩波 直流放电 保护电路 由过压斩波管及斩 波电阻组成 当中间直流侧电压过高时 开通斩波电 路 将能量通过电阻以热能的方式消耗 牵引工
8、况下进行直 交变换 把中间直流电路能量转 换成三相可变交流电供给牵引电机使用 再生制动工 况时把牵引电机的三相电压经整流实现交 直变换为 中间直流电路提供电能 17 四 控制原理简介 18 变流器控制基本原理 DCU的控制可分为两层功能 上层的控制功能主 要由SMC通过对AMS总线的控制来实现 下层由网 侧变流器控制器 LCC 牵引电机侧变流器控制 器 MCC 构成进行实时控制 DCU控制原理 采用PWM调制实现四象限脉冲整 流器控制 采用直接转矩控制完成对异步牵引电 动机的精确转矩控制 实现完全微机化 数字化 的实时控制 DCU具有符合列车通信网络 TCN IEC61375标准的MVB通信接
9、口 对外与车辆总线相 连 与中央控制单元等形成控制与通信系统 DCU 内部则构成并行AMS总线 19 传动控制单元DCU 传动控制单元 DCU 采用时代电气自主研发的 异步电动机直接转矩控制 软件和 交流传动模块 化设计 硬件 是在消化吸收HXD1电力机车技术基 础上加以修改和完善的 DCU的主要功能是完成对机车 的牵引 制动特性控制 逻辑 控制 故障保护 实现对四 象限整流器和牵引逆变器及 交流异步牵引电机的实时控 制 粘着利用控制 以满足 车辆动力性能 故障运行 救援能力及实现预期的运行 速度等 20 传动控制单元DCU DCU通过MVB网络接收司机指令 将司机指令转 化为机车的运行工况
10、DCU具有机车级控制和变流器级控制的功能 机车级的控制功能是根据司机指令完成对机车 牵引 制动特性控制和逻辑控制 实现对主电路中 接触器的通断控制和牵引变流器的启 停控制 计 算列车所需的牵引 电制动力等 如下图所示 21 传动控制单元的车辆级控制功能框图 22 变 流 器 控 制 级 变流器控制级的核心任务 对整流器的实时控制 稳定中间电压 对逆变器及交流异步牵引电机的实时控制 粘着利用控制 同时具备完整的故障保护功能 模块级的故障自诊断功能 一定程度的故障自排除功能 23 DCU插件简介 MCC 开关电电源SMC网侧侧信号电电机信号通讯讯接口数字入出 模拟输拟输入B 脉冲分配模拟输拟输 入
11、ALCC 24 控制接口 25 DCU插件简介 开关电源 为机箱提供 5V 15V 24V 为机箱内各插件 风扇 层 电流 电压传感器 速度传感器等提供电源 数字入出 20路110V数字量输入 12路数字量输出 SMC 完成管理AMS总线 车辆逻辑单元的控制 牵引 制动特 性控制 故障的记录及传递等功能 通信接口 为DCU提供MVB通信接口 对内通过双口RAM连接AMS总线 对外连接车辆MVB总线 26 DCU插件简介 MCC 电机控制 MCC采用直接转矩控制 对电机电流等采用瞬时 值控制 通过高速A D采集控制所需的直流电压 逆变电流等信号 产生逆变控制PWM信号 电机信号 电机侧控制的外围
12、板 对速度信号进行滤波处理 二选一 并具有三重牵引逆变器输出过流保护 中间直流电压过压保护 斩波过流保护 接地 保护 同时采集三个逆变器的IGBT元件工作状态 并把故障信息送给SMC板处理 27 DCU插件简介 LCC 网侧控制 硬件与电机控制插件相同 对三重四象限脉冲 流整器的实控时制 完成同步信号的锁相环处理 网侧信号 网侧控制的外围板 对网压同步信号 输入电 流信号 主电路接地保护信号 中间直流电压 对原边电流 同时采集四象限变流器IGBT元件工 作状态并把故障信息送给SMC板处理 28 DCU插件简介 模拟输入A B 每块插件有18路模拟量处理通道 对逆变器输出 电流 或斩波支路电流
13、直流电压 主回路接地 检测电压Ud3 变压器原边电流 4QS输入电流 电机温度 水温 水压等信号采集 脉冲分配 将MCC发出的PWM信号由5V转换到24V输出 接收 模块脉冲分配来的元件状态 故障保护的24V信 号 转换成5V信号 送电机信号插件保护 29 保护要求 要求能够对原边电流 四象限输入电流 原边 接地 中间电压过压 中间回路接地 逆变电流 过流进行硬件级保护 以确保严重故障的保护快 速 有效 要求能够对接触器故障 模块过热 电机超温 原边电压过欠压 变流器冷却水温 变压器冷 却油温进行软件级保护 以保证整体电气系统工 作在稳定可靠的环境中 30 五 冷却系统组成 压力传感器 温度传感器 热交换器 模块冷却 31 牵引变流器水流图 32 冷却系统简介 主变流器冷却方式 强迫水循环冷却 通过加 入添加剂乙二醇以适合 40 C的环境工作 模块入口水温 55 C 模块出口水温 61 C 散热功率 80kW 冷却水流量 286 L min 斩波电阻底部安装有两个小风机 从变流器柜 体左下方吸风 通过柜体顶部排出 对斩波电 阻进行冷却 33 严谨的作风 合作的态度 舒心的服务 售后服务中心祝您工作愉快 衷心感谢谢各位 长长期对对售后服务务工作的大力支持 34
