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1、1现代轨道车辆牵引传动与控制现代轨道车辆牵引传动与控制胡汉春胡汉春 西南交通大学机械工程学院西南交通大学机械工程学院2现代轨道车辆牵引传动与控制现代轨道车辆牵引传动与控制第六章 HXD电力机车交流传动系统3第一节 HXD1型大功率交流传 动电力机车电气系统第一节 HXD1型大功率交流传 动电力机车电气系统第一节 HXD1型大功率交流传动电力机车电气系统第一节 HXD1型大功率交流传动电力机车电气系统HXDl 型交流传动电力机车是由中国南车集团株洲电力机车有限公司与西门子公司合作，在西门子公司的型交流传动电力机车是由中国南车集团株洲电力机车有限公司与西门子公司合作，在西门子公司的“欧洲短跑手欧洲
2、短跑手”（Eurosprinter）机车平台上、结合）机车平台上、结合DJ1型机车在我国大秦线上的运用经验而研制的一种适用于中国干线铁路重载货运的新型机车。型机车在我国大秦线上的运用经验而研制的一种适用于中国干线铁路重载货运的新型机车。每台每台HXD1型机车由型机车由两节两节车组成，其网侧电路通过高压连接器相连，既可固定重联运用，也可解编后各自独立运用， 同时具有外重联功能。其主传动系统采用交车组成，其网侧电路通过高压连接器相连，既可固定重联运用，也可解编后各自独立运用， 同时具有外重联功能。其主传动系统采用交-直直-交形式，交形式，架控方式架控方式。结构上采用多种冗余设计措施，使得机车在主传
3、动部件发生严重故障时能保留。结构上采用多种冗余设计措施，使得机车在主传动部件发生严重故障时能保留34的牵引（电制动力），发生重大故障时能保持一半牵引（电制动力）。的牵引（电制动力），发生重大故障时能保持一半牵引（电制动力）。4HXDl型大功率交流传动电力机车HXDl型大功率交流传动电力机车第一节 HXD1型大功率交流传动电力机车电气系统第一节 HXD1型大功率交流传动电力机车电气系统5（一）主要技术参数及机车特性（一）主要技术参数及机车特性第一节 HXD1型大功率交流传动电力机车电气系统第一节 HXD1型大功率交流传动电力机车电气系统61、主要技术参数1、主要技术参数供电制式AC 25 kV,
4、 50 Hz供电制式AC 25 kV, 50 Hz轴式2（BO-BO）轴式2（BO-BO）一台机车整备质量292 t（加压车铁后最大达到 2100 t）一台机车整备质量292 t（加压车铁后最大达到 2100 t）当机车功率大于 10%额定功率时, 功率因数 0.97。当机车功率大于 10%额定功率时, 功率因数 0.97。在额定网压下, 在牵引工况下发挥持续额定功率时, 机车总效率0.85。在额定网压下, 在牵引工况下发挥持续额定功率时, 机车总效率0.85。额定牵引功率9 600 kW额定牵引功率9 600 kW最大起动牵引力700kN ( 23 t 轴重)； 760 kN ( 25 t
5、轴重)最大起动牵引力700kN ( 23 t 轴重)； 760 kN ( 25 t 轴重)持续牵引力494 kN ( 23 t 轴重)；532 kN ( 25 t 轴重)持续牵引力494 kN ( 23 t 轴重)；532 kN ( 25 t 轴重)额定速度70 km/h（23 t 轴重）；65 km/h（25 t 轴重）额定速度70 km/h（23 t 轴重）；65 km/h（25 t 轴重）最大速度120 km/h最大速度120 km/h电制动功率9 600 kW电制动功率9 600 kW最大电制动力461 kN最大电制动力461 kN电制动恒功率速度范围75120 km/h电制动恒功率速
6、度范围75120 km/h（一）主要技术参数及机车特性（一）主要技术参数及机车特性第一节 HXD1型大功率交流传动电力机车电气系统第一节 HXD1型大功率交流传动电力机车电气系统2、机车牵引/ 制动特性曲线2、机车牵引/ 制动特性曲线7200400500600700800F B（kN）406080100120140v（km/h）25t 轴重300200100023t 轴重再生制动持续牵引力9600 kW3、网压从17.531 kV变化时机车功率发挥曲线3、网压从17.531 kV变化时机车功率发挥曲线第一节 HXD1型大功率交流传动电力机车电气系统第一节 HXD1型大功率交流传动电力机车电气系
7、统干线铁路牵引供电网的额定电压为干线铁路牵引供电网的额定电压为25kV25kV，但在应用中网压是要波动的。因此机车电气系统允许在在一定的网压波动变化的范围内机车能正常发挥功率，当网压变化超过一定范围就要限制机车功率直至保护停机。，但在应用中网压是要波动的。因此机车电气系统允许在在一定的网压波动变化的范围内机车能正常发挥功率，当网压变化超过一定范围就要限制机车功率直至保护停机。817.506080100%22.52530 31kV4020网 压功 率 发 挥19（二）主电路（二）主电路第一节 HXD1型大功率交流传动电力机车电气系统第一节 HXD1型大功率交流传动电力机车电气系统1、主电路结构1
8、、主电路结构单节HXDl 型机车主变压器的原边通过受电弓、主断路器得电。主变压器次边有4个独立的牵引绕组分别向4个四象限脉冲整流器供电，每2个四象限脉冲整流器并联输出，共用一个中间直流电路，因此共有2个独立的中间直流电路。每个中间直流电路同时向2个电压型PWM逆变器（1个牵引逆变器和1个辅助逆变器）供电，每个牵引逆变器分别向一个转向架的2台异步牵引电动机供电，实现牵引电机架控。单节HXDl 型机车主变压器的原边通过受电弓、主断路器得电。主变压器次边有4个独立的牵引绕组分别向4个四象限脉冲整流器供电，每2个四象限脉冲整流器并联输出，共用一个中间直流电路，因此共有2个独立的中间直流电路。每个中间直
9、流电路同时向2个电压型PWM逆变器（1个牵引逆变器和1个辅助逆变器）供电，每个牵引逆变器分别向一个转向架的2台异步牵引电动机供电，实现牵引电机架控。再生制动的能量传递过程则相反，达到节能的效果。再生制动的能量传递过程则相反，达到节能的效果。机车辅助供电电源模块集成在牵引变流器中，使整车的部件数量得以减少, 从而降低整个系统的故障率。机车辅助供电电源模块集成在牵引变流器中，使整车的部件数量得以减少, 从而降低整个系统的故障率。主电路按其主要功能和电压等级可分为：主电路按其主要功能和电压等级可分为：网侧电路、四象限变流电路、中间直流电路、PWM逆变电路、保护电路网侧电路、四象限变流电路、中间直流电
10、路、PWM逆变电路、保护电路等几部分。等几部分。9（二）主电路（二）主电路第一节 HXD1型大功率交流传动电力机车电气系统第一节 HXD1型大功率交流传动电力机车电气系统 3 3变压器 3 3变压器AC 25kV 50HzPTGSW HVB Arr接第2节机车K1K21.11.22.12.23.13.24.24.1Q11Q12Q21Q224QCDCLinkPWMI辅助供电辅助供电3333主变流器1主变流器2R1R2123410图753 单节机车主电路结构图 1硬短路保护电路；2二次滤波LC谐振电路；3接地保护电路；4支撑电容；电流或电压传感器。（二）主电路（二）主电路第一节 HXD1型大功率交
11、流传动电力机车电气系统第一节 HXD1型大功率交流传动电力机车电气系统2、网侧电路2、网侧电路主要功能是由网侧获取电能，属于25 kV高压电路。每节机车网侧电路由一个受电弓、一个带高压接地装置（GSW）的主断路器（HVB）、一个避雷器（Arr）、一个高压电压传感器（PT）、一个高压电流传感器、一个高压隔离开关、主变压器原边、回流侧互感器和接地碳刷等组成。主要功能是由网侧获取电能，属于25 kV高压电路。每节机车网侧电路由一个受电弓、一个带高压接地装置（GSW）的主断路器（HVB）、一个避雷器（Arr）、一个高压电压传感器（PT）、一个高压电流传感器、一个高压隔离开关、主变压器原边、回流侧互感器
12、和接地碳刷等组成。两节机车间网侧电路通过高压连接器相连，这使得同台机车仅使用一个受电弓便可实现整台机车的供电。两节机车间网侧电路通过高压连接器相连，这使得同台机车仅使用一个受电弓便可实现整台机车的供电。11（二）主电路（二）主电路第一节 HXD1型大功率交流传动电力机车电气系统第一节 HXD1型大功率交流传动电力机车电气系统2、网侧电路2、网侧电路受电弓 （A节车）受电弓 （B节车）真空 主断路器真空 主断路器主变压器主变压器A节车B节车高压隔离开关高压隔离开关 高压连接器图754 网侧电路原理图12（1）网侧受流过程（1）网侧受流过程第一节 HXD1型大功率交流传动电力机车电气系统第一节 H
13、XD1型大功率交流传动电力机车电气系统13（a）升起单弓模式（a）升起单弓模式 本节机车（如A节车）：接触网电流通过受电弓，经本节主断路器， 通过本节的主变压器的原边绕组高压端子给本节电路供电，再由本节的主 变压器原边低压端子经接地碳刷、轮对、钢轨，返回变电所。本节机车（如A节车）：接触网电流通过受电弓，经本节主断路器， 通过本节的主变压器的原边绕组高压端子给本节电路供电，再由本节的主 变压器原边低压端子经接地碳刷、轮对、钢轨，返回变电所。 他节机车（如B节车）：在本节机车主断路器闭合后通过本节机车高 压隔离开关，经高压连接器、他节机车高压隔离开关，由他节机车的主变 压器的原边绕组高压端子给他
14、节电路供电，再由他节的主变压器原边低压 端子经接地碳刷、轮对、钢轨，返回变电所。他节机车（如B节车）：在本节机车主断路器闭合后通过本节机车高 压隔离开关，经高压连接器、他节机车高压隔离开关，由他节机车的主变 压器的原边绕组高压端子给他节电路供电，再由他节的主变压器原边低压 端子经接地碳刷、轮对、钢轨，返回变电所。（b）升起双弓模式（b）升起双弓模式 在此模式下两节机车中至少要有一节机车的在此模式下两节机车中至少要有一节机车的高压隔离开关处于断开位 置高压隔离开关处于断开位 置，两节机车的受电弓及主断路器分别控制各自机车电路的供电。此时， 接触网电流通过受电弓，经主断路器，通过机车的主变压器的原
15、边绕组高 压端子给机车电路供电，再由机车的主变压器原边低压端子经接地碳刷、 轮对、钢轨，返回变电所。，两节机车的受电弓及主断路器分别控制各自机车电路的供电。此时， 接触网电流通过受电弓，经主断路器，通过机车的主变压器的原边绕组高 压端子给机车电路供电，再由机车的主变压器原边低压端子经接地碳刷、 轮对、钢轨，返回变电所。（2）网侧电路保护（2）网侧电路保护第一节 HXD1型大功率交流传动电力机车电气系统第一节 HXD1型大功率交流传动电力机车电气系统14（a）网侧短路保护（a）网侧短路保护 当流经高压电流互感器的电流超过整定值时，主断路器将进行分断保护。当流经高压电流互感器的电流超过整定值时，主
16、断路器将进行分断保护。 （b）网侧过压保护（b）网侧过压保护 网侧装有避雷器，主要用于抑制操作过电压及运行时的雷击过电压。网侧装有避雷器，主要用于抑制操作过电压及运行时的雷击过电压。 （c）网压监测保护（c）网压监测保护 通过高压电压互感器的检测，在网压15 kV或32 kV的情况下，主断路器将进行分断，保护主电路相关设备的正常工作。通过高压电压互感器的检测，在网压15 kV或32 kV的情况下，主断路器将进行分断，保护主电路相关设备的正常工作。 （d）网侧过流保护（d）网侧过流保护通过高压电流互感器的检测，在电流超过整定值时，主断路器将分断保护。通过高压电流互感器的检测，在电流超过整定值时，主断路器将分断保护。（e）原边接地保护（e）原边接地保护 检测原边电流和回流电流的差值，当大于整定值时，判定为原边接地，主断路器进行分断保护。检测原边电流和回流电流的差值，当大于整定值时，判定为原边接地，主断路器进行分断保护。 （f）主变压器次边
