交直交电力机车ppt课件

第五章第五章 交直交电力机车交直交电力机车 5.1 5.1 交直交电力机车工作原理交直交电力机车工作原理5.2 5.2 交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路5.3 5.3 交直交电力机车辅助电路交直交电力机车辅助电路5.4 5.4 交直交电力机车控制电路交直交电力机车控制电路第五章第五章 交直交电力机车交直交电力机车 5.1 交直交电力机车工作原理交直交电力机车工作原理55.1 交直交电力机车工作原理交直交电力机车工作原理 指交直交变流器供电、交流电机传动的电力机车。指交直交变流器供电、交流电机传动的电力机车。基本结构基本结构：电压型、电流型交直交变流器供电的异步电机系统。：电压型、电流型交直交变流器供电的异步电机系统。目前世界上一般都采用电压型。目前世界上一般都采用电压型。一、基本工作原理一、基本工作原理 常用电压型交直交变流器供电、三相异步电动机传动。常用电压型交直交变流器供电、三相异步电动机传动。原理框图原理框图：图：图5-15-1所示。所示。图图5-1 5-1 交直交电力机车原理图交直交电力机车原理图 5.1 交直交电力机车工作原理交直交电力机车工作原理 指交直交变流指交直交变流5.1 5.1 交直交电力机车工作原理交直交电力机车工作原理交直交电力机车工作原理交直交电力机车工作原理牵引变压器牵引变压器：将接触网：将接触网25kV25kV高压电降为适合牵引变流器及其他电高压电降为适合牵引变流器及其他电机、电器工作的电压。机、电器工作的电压。脉冲整流器脉冲整流器：牵引时整流，制动时逆变，故又叫：牵引时整流，制动时逆变，故又叫网侧变流器网侧变流器。直流中间环节直流中间环节：储能储能、滤谐波滤谐波。牵引逆变器牵引逆变器：牵引时，将：牵引时，将直流直流三相交流三相交流（VVVFVVVF）供给牵引电机；）供给牵引电机；制动时，将牵引电机发出的三相交流电（制动时，将牵引电机发出的三相交流电（VVVFVVVF）整流成直流供）整流成直流供给中间环节。亦称给中间环节。亦称电机侧变流器电机侧变流器。牵引电动机牵引电动机：三相交流鼠笼：三相交流鼠笼异步电机异步电机，一般，一般4 4极极电机，是电能与电机，是电能与机械能间转换的核心。机械能间转换的核心。二、主要特点二、主要特点1 1、异步电动机传动、异步电动机传动。无换向器，重量较轻、体积小，转向架簧。无换向器，重量较轻、体积小，转向架簧下重量下重量，过曲线时轮轨间侧压力，过曲线时轮轨间侧压力（高速列车重要）；合适（高速列车重要）；合适的悬挂方式，简化转向架结构。的悬挂方式，简化转向架结构。5.1 交直交电力机车工作原理牵引变压器：将接触网交直交电力机车工作原理牵引变压器：将接触网25k5.1 5.1 交直交电力机车工作原理交直交电力机车工作原理交直交电力机车工作原理交直交电力机车工作原理2 2、机车效率发挥较高、机车效率发挥较高。异步电机无换向器，高速行车效率高；。异步电机无换向器，高速行车效率高；空间利用好，使机车功率得以进一步提高。再生制动输出功空间利用好，使机车功率得以进一步提高。再生制动输出功率较大。率较大。3 3、牵引、制动特性优异、牵引、制动特性优异。异步电机机械稳定性好，有自然防空。异步电机机械稳定性好，有自然防空转、防滑性能，粘着利用好，利于加速，缩短起动时间。转、防滑性能，粘着利用好，利于加速，缩短起动时间。4 4、主线路简化、主线路简化。通过控制电路实现异步电机的正、反转及牵引、。通过控制电路实现异步电机的正、反转及牵引、制动转换，不需改变主线路。制动转换，不需改变主线路。5 5、功率系数接近、功率系数接近1 1。采用四象限整流器，使牵引变压器的牵引电。采用四象限整流器，使牵引变压器的牵引电流与电压同相位。同时，减少了电网的谐波污染。流与电压同相位。同时，减少了电网的谐波污染。6 6、再生制动、再生制动，节省能源。自身不耗损能源，同时节省了冷却风，节省能源。自身不耗损能源，同时节省了冷却风机的耗能，减小噪。机的耗能，减小噪。5.1 交直交电力机车工作原理交直交电力机车工作原理2、机车效率发挥较高。异步电、机车效率发挥较高。异步电5.2 5.2 交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路组成组成：牵引变压器、脉冲整流器、三相逆变器、异步电动机。：牵引变压器、脉冲整流器、三相逆变器、异步电动机。功能功能：电网馈给的电能：电网馈给的电能机车动能，牵引列车。机车动能，牵引列车。一、四象限整流器一、四象限整流器 能够在电压、电流平面上能够在电压、电流平面上四个象限四个象限中工作，故得名。因按中工作，故得名。因按斩波方式工作，也叫斩波方式工作，也叫脉冲整流脉冲整流器。（器。（网侧变流器网侧变流器）牵引时作为整流器牵引时作为整流器，从交流电网吸取与网压同相位的近似正弦波，从交流电网吸取与网压同相位的近似正弦波的交流电流，使电网的污染减到最小限度。的交流电流，使电网的污染减到最小限度。再生制动时作为逆变器再生制动时作为逆变器，将电能回馈给电网。，将电能回馈给电网。（一）基本原理与分类（一）基本原理与分类逆变逆变：整流的逆过程，将直流电变成交流电：整流的逆过程，将直流电变成交流电。5.2 交直交电力机车主电路组成：牵引变压器、脉冲整流器、交直交电力机车主电路组成：牵引变压器、脉冲整流器、5.2 5.2 交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路1、分类、分类 按交流负载分有有源逆变、无源逆变，按直流电源分有电按交流负载分有有源逆变、无源逆变，按直流电源分有电压型、电流型逆变电路。压型、电流型逆变电路。有源逆变有源逆变：交流侧接电网，直流电能经逆变器向交流电源：交流侧接电网，直流电能经逆变器向交流电源反馈反馈能能量，如量，如“交交-直直-交交”电力机车再生制动时脉冲整流器的逆变。电力机车再生制动时脉冲整流器的逆变。无源逆变无源逆变：交流侧接负载，直流电能通过逆变器向负载：交流侧接负载，直流电能通过逆变器向负载供电供电，如，如“交交-直直-交交”电力机车的逆变器。电力机车的逆变器。电压型脉冲整流器电压型脉冲整流器：直流侧直流侧滤波，由支撑电容滤波，由支撑电容Cd和吸收二次谐和吸收二次谐谐谐波电流的波电流的L L2 2C C2 2串联谐振串联谐振组成，组成，交流侧交流侧需需L LN N滤波器。滤波器。5.2 交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路1、分类、分类5.2 5.2 交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路电流型脉冲整流器电流型脉冲整流器：直流侧直流侧由平波电感由平波电感L Ld d和抑制和抑制二次谐波二次谐波电压的电压的串联回路的串联回路的L L2 2C C2 2并联并联谐振组成（若直流侧允许谐振组成（若直流侧允许U Ud d中含一定的二中含一定的二次谐波分量脉动，可省去次谐波分量脉动，可省去L L2 2C C2 2），），交流侧交流侧需需C CN N滤波器。滤波器。注意注意：L LN N可以看作为电网或变压器的可以看作为电网或变压器的漏感漏感。图图5-2 5-2 滤波器结构滤波器结构（a a）电压型基本结构；（）电压型基本结构；（b b）电流型基本结构。）电流型基本结构。5.2 交直交电力机车主电路电流型脉冲整流器：直流侧由平波交直交电力机车主电路电流型脉冲整流器：直流侧由平波5.2 5.2 交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路 输入端输入端 （5-15-1）理想情况理想情况，所有元件均无损耗，则输入功率，所有元件均无损耗，则输入功率P PN N（t t）应应等于等于输出输出功率功率P Pd d，即，即 （5-25-2）可见，可见，电网的输入功率电网的输入功率P PN N（t t）以）以2 2倍于电网频率脉动倍于电网频率脉动。电压型电压型：输出电压：输出电压u ud d（t t）=U=Ud d恒定，其输出电流为恒定，其输出电流为 (5-3)(5-3)可见，可见，电压型输出电流电压型输出电流i id d（t t）也是以）也是以2 2倍于网频脉动倍于网频脉动。iN(t)id(t)uN(t)ud(t)图图5-3 5-3 理想脉冲整流器的输入与输出理想脉冲整流器的输入与输出2 2、原理、原理原理框图原理框图：5.2 交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路 输入端输入端 5.2 交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路电流型电流型:输出电流恒定输出电流恒定i id d（t t）=I=Id d恒定，其输出电压为恒定，其输出电压为 （5-45-4）可见，可见，电流型输出电流型输出u ud d（t t）亦以）亦以2 2倍于网频脉动倍于网频脉动。（二）电压型脉冲整流器（二）电压型脉冲整流器1 1、电路结构、电路结构（1 1）电路）电路图图5-4 5-4 电压型脉冲整流器电压型脉冲整流器ii5.2 交直交电力机车主电路电流型交直交电力机车主电路电流型:输出电流恒定输出电流恒定id（t5.2 5.2 交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路（2）说明）说明L LN N：滤波电感（或电网或变压器的漏感），消除：滤波电感（或电网或变压器的漏感），消除产生的高次谐波，产生的高次谐波，使使u uN N 、i iN N同相。同相。A A、B B短路短路（u uS S=0=0），），u uN N向向L LN N储存能量（整流时）。储存能量（整流时）。A A、B B开路开路，整流，整流，L LN N向直流环节释放能量，使向直流环节释放能量，使U Ud dU UNmNm；U Ud d向交向交流侧反馈或向流侧反馈或向L LN N反馈无功功率。反馈无功功率。T T1 1T T4 4：开关管（可关断晶闸管：开关管（可关断晶闸管GTOGTO），使），使u uS S=0=0、U Ud d向交流侧或向交流侧或L LN N反馈。反馈。D D1 1D D4 4：整流二极管。：整流二极管。L L2 2、C C2 2：谐振（二词）滤波，使直流电压、电流恒定。：谐振（二词）滤波，使直流电压、电流恒定。C Cd d：贮能，使：贮能，使U Ud dU UNmNm。u uN N（t t）：为正弦波网压。：为正弦波网压。5.2 交直交电力机车主电路（交直交电力机车主电路（2）说明）说明5.2 5.2 交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路U Ud d：脉冲整流器的恒定直流电压输出；：脉冲整流器的恒定直流电压输出；u us s（t t）：脉冲整流器的输入电压，是：脉冲整流器的输入电压，是SPWMSPWM控制下的脉冲波；控制下的脉冲波；i iN N（t t）：从电网流入脉冲整流器的电流。：从电网流入脉冲整流器的电流。注意注意：对四个：对四个GTOGTO元件进行合适的元件进行合适的SPWMSPWM控制，实现：控制，实现：v保持保持U Ud d恒定恒定。v使网流使网流i iN N（t t）与）与网压网压u uN N（t t）同相位）同相位；脉冲频率脉冲频率f fp p越高越高，网流，网流i iN N（t t）越接近正弦波）越接近正弦波。v反馈能量。反馈能量。2 2、工作原理、工作原理（1 1）常规整流）常规整流（D D1 1D D4 4)实现两相限整流，即：实现两相限整流，即：u us s、i iN N,-u,-us s、-i-iN N5.2 交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路Ud：脉冲整流器的恒定直流电：脉冲整流器的恒定直流电5.2 5.2 交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路（2 2）四象限整流）四象限整流 u uN N正半周，正半周，i iN N0 0，D D1 1、D D4 4可导通可导通区区：通通T T2 2（经（经D D4 4）或）或T T3 3（经（经D D1 1），则），则u us s=0=0（短路短路），），u uL L=u=uN N(u(uN N 向向L LN N贮能贮能）；）；同时通同时通T T2 2 、T T3 3，则，则D D1 1、D D4 4不通，有不通，有u uL L=u=uN N+U+Ud d，u us s=-U=-Ud d ，i i0 0 。即：。即：U Ud d向向L LN N反馈无功反馈无功。区区：通通T T2 2（经（经D D4 4）或）或T T3 3（经（经D D1 1），则），则u us s=0=0（短路短路），），u uL L=u=uN N(u(uN N 向向L LN N贮能贮能）；）；同时断同时断T T2 2 、T T3 3，则仅，则仅D D1 1、D D4 4通，有通，有u uL L=u=uN N-U-Ud d，u us s=U=Ud d，i i0 0。整流整流，交流，交流u uN N向直流侧传送能量向直流侧传送能量。5.2 交直交电力机车主电路（交直交电力机车主电路（2）四象限整流）四象限整流5.2 5.2 交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路u uN N负半周，负半周，i iN N0 0，D D3 3、D D2 2可导通可导通区区：通通T T1 1（经（经D D3 3）或）或T T4 4（经（经D D2 2），），则则u us s=0=0（短路短路），），u uL L=u=uN N(u(uN N 向向L LN N贮能）；贮能）；同时通同时通T T1 1 、T T4 4，则，则D D2 2、D D3 3断，有断，有u uL L=u=uN N-U-Ud d，u us s=U=Ud d，i i0 0 。即：即：U Ud d向向L LN N反馈无功反馈无功。区区：通通T T1 1（经（经D D3 3）或）或T T4 4（经（经D D2 2），），则则u us s=0=0（短路短路），），u uL L=u=uN N(u(uN N向向L LN N储储能），即同能），即同区；区；同时断同时断T T1 1、T T4 4，则仅，则仅D D2 2、D D3 3通，有通，有u uL L=u=uN N+U+Ud d，u us s=-U=-Ud d，i i0 0。整流整流，交流，交流u uN N向直流侧传送能量向直流侧传送能量。5.2 交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路uN负半周，负半周，iN0，D35.2 5.2 交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路可见可见：a a、区，均可区，均可u us s=0=0，即短路，即短路，相当于开关斩波；相当于开关斩波；b b、区，同一般整流，但间断有区，同一般整流，但间断有u us s=0=0，斩波式整流；斩波式整流；c c、区，直流向区，直流向L LN N反馈无功，反馈无功，斩波式反馈；斩波式反馈；d d、具有开关、整流、反馈三种功能。、具有开关、整流、反馈三种功能。（电压源型的开关作用是并的，电流型则是串的，（电压源型的开关作用是并的，电流型则是串的，L L贮能在直贮能在直流侧）流侧）5.2 交直交电力机车主电路可见：交直交电力机车主电路可见：5.2 5.2 交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路（3 3）再生制动时的能量反馈）再生制动时的能量反馈 u uN N正半周，正半周，i iN N00，D D2 2、D D3 3可导通可导通 通通T T1 1（经（经D D3 3）或）或T T4 4（经（经D D2 2），则），则u us s=0=0（短路短路），），u uL L=-u=-uN N(L(LN N续流续流）；）；同时通同时通T T1 1、T T4 4，则，则D D1 1、D D4 4断，有断，有u uL L=U=Ud d-u-uN N，u us s=U=Ud d，i0i00，D D1 1、D D4 4可导通可导通 通通T T2 2（经（经D D4 4）或）或T T3 3（经（经D D1 1），），则则u us s=0=0（短路短路），），u uL L=-u=-uN N(L(LN N续流续流）；）；同时通同时通T T2 2、T T3 3，则，则D D2 2、D D3 3断，有断，有u uL L=Ud+uN=Ud+uN，u us s=-U=-Ud d，i0i3kV3kV时，宜采用时，宜采用三点式三点式结构。结构。牵引工况牵引工况：逆变器把中间回路直流电压变成幅值和频率可调的三：逆变器把中间回路直流电压变成幅值和频率可调的三相交流电压，供给异步牵引电机。相交流电压，供给异步牵引电机。再生制动工况再生制动工况：控制异步牵引电动机工作在：控制异步牵引电动机工作在负的转差频率负的转差频率成成发电发电机状态机状态。（初期，在电网不能接受再生能量或网侧整流器故障，在无电（初期，在电网不能接受再生能量或网侧整流器故障，在无电流状态下转入电阻制动）流状态下转入电阻制动）5.2 交直交电力机车主电路四、单流制交流传动机车主电路交直交电力机车主电路四、单流制交流传动机车主电路5.2 5.2 交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路 目前世界各国广泛采用目前世界各国广泛采用15kV/H15kV/HZ Z或或25kV/5025kV/50（6060）H HZ Z单单相交流供电模式，前者主要在欧洲一些国家。相交流供电模式，前者主要在欧洲一些国家。（一）两点式（一）两点式GTOGTO主电路主电路1 1、原理电路、原理电路 MM图图5-27 5-27 两点式两点式GTOGTO变流器电路原理图变流器电路原理图T1T2T3T4D1D2D3D4L2C2Cd5.2 交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路 目前世界各国广泛目前世界各国广泛5.2 交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路2 2、常用电路形式、常用电路形式（1 1）主电路直流并联）主电路直流并联 图图5-28 5-28 两点式直流并联的主电路两点式直流并联的主电路5.2 交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路2、常用电路形式图、常用电路形式图5-28 5.2 5.2 交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路特点特点：两个主电路的直流并联。即两个脉冲整流向同一直流供电：两个主电路的直流并联。即两个脉冲整流向同一直流供电（N=2）；而直流向两个逆变器供电，各带一台电机。）；而直流向两个逆变器供电，各带一台电机。N个脉冲整流器并联个脉冲整流器并联：载波载波按相互按相互位移位移360/2N进行控制（如进行控制（如N=4，相邻位移，相邻位移45），），可大大可大大提高提高牵引变压器原边或接触网的牵引变压器原边或接触网的等效开关频率等效开关频率。如：。如：当脉冲整流器一相（一个桥臂）的开关频率为当脉冲整流器一相（一个桥臂）的开关频率为 时，时，4重脉冲整流器并联（重脉冲整流器并联（8个臂）工作的等效开关频率为个臂）工作的等效开关频率为1 464Hz；而采用；而采用GTO晶闸管组成的晶闸管组成的6重脉冲整流器的电力机车重脉冲整流器的电力机车上，等效开关频率可达上，等效开关频率可达3 000Hz。优点优点：降低谐波电流降低谐波电流，使电网的，使电网的功率系数接近功率系数接近1。5.2 交直交电力机车主电路特点：两个主电路的直流并联。交直交电力机车主电路特点：两个主电路的直流并联。5.2 交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路（2）整流输出并、逆变输出并（二电机）整流输出并、逆变输出并（二电机）图图5-29 整流输出并、逆变输出并整流输出并、逆变输出并 5.2 交直交电力机车主电路（交直交电力机车主电路（2）整流输出并、逆变输出并）整流输出并、逆变输出并5.2 5.2 交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路特点特点：两个整流向同一直流供电（脉冲整流器互移一定角度），一两个整流向同一直流供电（脉冲整流器互移一定角度），一个逆变器向两台电机供电。个逆变器向两台电机供电。两整流并联，优点同前（减少机车对接触网的不利影响）。两整流并联，优点同前（减少机车对接触网的不利影响）。应用：适于轴功率较小的电力机车。应用：适于轴功率较小的电力机车。一转向架两电机由同一逆变器供电，叫一转向架两电机由同一逆变器供电，叫转向架组合供电转向架组合供电，二电二电机电气上彼此连接，利于防单轴空转机电气上彼此连接，利于防单轴空转。注意注意：若一逆变接一台电机，则叫若一逆变接一台电机，则叫独立供电独立供电。对一转向架的两。对一转向架的两逆变器，有逆变器，有组合控制组合控制（一套电子装置对两逆变器同时控制）、（一套电子装置对两逆变器同时控制）、独立控制独立控制（相反）。（相反）。独立控制的独立供电，能实现独立控制的独立供电，能实现轴控轴控，即，即能据一轴的运行状态能据一轴的运行状态任意调节任意调节该轴的转矩和转速。该轴的转矩和转速。中间直流中间直流U Ud d在在3.5kV3.5kV或更或更高高要用要用4.5kV4.5kV的的GTOGTO晶闸管，则应晶闸管，则应选择选择三点式电路三点式电路。5.2 交直交电力机车主电路特点：交直交电力机车主电路特点：5.2 5.2 交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路3 3、CRHCRH1 1主电路主电路 该动车组由该动车组由青岛四方一庞巴迪一鲍尔铁路运输设备有限公青岛四方一庞巴迪一鲍尔铁路运输设备有限公司（司（BSPBSP）（后称青岛四方庞巴迪铁路运输设备有限公司（后称青岛四方庞巴迪铁路运输设备有限公司(BSTBST)）提供，国外合作伙伴是）提供，国外合作伙伴是庞巴迪庞巴迪（总部加拿大）运输瑞（总部加拿大）运输瑞典典ABAB（BTBT）。）。BSPBSP动车组以庞巴迪公司为瑞典国家铁路和地方动车组以庞巴迪公司为瑞典国家铁路和地方铁路开发的铁路开发的“ReginaRegina”动车组为原型经改变设计而成的。动车组为原型经改变设计而成的。ReginaRegina动车组为动力分散型动车组，最高运营速度动车组为动力分散型动车组，最高运营速度180180200km200kmh h，轨距，轨距 1435mm1435mm，车宽，车宽3450mm3450mm，编组为，编组为2 23 3节车厢节车厢，用于网压用于网压E15kVE15kV的供电区域。庞巴迪公司自的供电区域。庞巴迪公司自19981998年年1212月至月至20032003年底相继获得了瑞典国铁和地方铁路公司等用户运营商的年底相继获得了瑞典国铁和地方铁路公司等用户运营商的总共总共7070列列152152辆的订单。辆的订单。引进后作了改进（略）。引进后作了改进（略）。5.2 交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路3、CRH1主电路主电路5.2 5.2 交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路（1 1）CRHCRH1 1动车组工作原理及基本单元动车组工作原理及基本单元工作原理工作原理：受电弓从接触网接受：受电弓从接触网接受25KV 50Hz25KV 50Hz高压交流电能，经安高压交流电能，经安装在车底架上的主变压器降成装在车底架上的主变压器降成900V 50Hz900V 50Hz交流电，再经脉冲整交流电，再经脉冲整流成流成1650V DC1650V DC直流电能，然后经逆变器转换成变频变压的三直流电能，然后经逆变器转换成变频变压的三相交流电送给牵引电机，将电能转换成牵引列车的机械能。相交流电送给牵引电机，将电能转换成牵引列车的机械能。M3TbMc1M1Tp1Mc2M2Tp2TBU3TBU3TBU1TBU1TBU2TBU2图图5-30 CRH15-30 CRH1动车组基本单元动车组基本单元5.2 交直交电力机车主电路（交直交电力机车主电路（1）CRH1动车组工作原理动车组工作原理5.2 5.2 交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路CRH1ACRH1A：由图知，：由图知，8 8辆编组，辆编组，5 5动动3 3拖拖（5M3T5M3T），由），由两个两个2 2动动1 1拖拖单元单元和和一个一个1 1动动1 1拖拖单元组成。单元组成。轴重不超轴重不超1616吨，总功率吨，总功率53005300千瓦千瓦，车车体体为为不锈钢不锈钢焊接结构。焊接结构。时速时速200200公里公里，最大，最大250250公里。公里。20042004年订年订单。单。5.2 交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路CRH1A：由图知，：由图知，8辆编组辆编组5.2 5.2 交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路CRH1BCRH1B：1616节节车大编组车大编组座车座车，10M6T10M6T。20072007年订单。年订单。CRH1ECRH1E：1616节节车大编组车大编组卧铺卧铺动车组，动车组，10M6T10M6T。20072007年订单。年订单。CRH380DCRH380D：运行时速：运行时速350km/h350km/h，最高，最高380km/h380km/h；短编组动车为；短编组动车为CRH380D CRH380D，1616节大编组叫节大编组叫CRH380DLCRH380DL。20092009年订单。年订单。5.2 交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路CRH1B：16节车大编组座节车大编组座5.2 交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路（2 2）CRHCRH1 1能量传递示意图能量传递示意图 图示为图示为单元单元1 1、2 2（图（图5-305-30中的中的TBUTBU1 1、TBUTBU2 2）的）的能量传递与转换过程示意能量传递与转换过程示意图，而中间单元图，而中间单元TBUTBU3 3少一少一半逆变器及电机（参见图半逆变器及电机（参见图5-315-31）。）。（3 3）牵引传动系统主电路）牵引传动系统主电路 主电路框架，如图主电路框架，如图5-5-3232所示。所示。图图5-31 CRH15-31 CRH1能量传递与转换过程示意图能量传递与转换过程示意图5.2 交直交电力机车主电路（交直交电力机车主电路（2）CRH1能量传递示意图能量传递示意图5.2 5.2 交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路电路图电路图：图图5-32 CRH15-32 CRH1的主电路框架的主电路框架 5.2 交直交电力机车主电路电路图：图交直交电力机车主电路电路图：图5-32 CRH5.2 5.2 交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路一节车的主电路一节车的主电路：图图5-33 5-33 一节车主电路一节车主电路5.2 交直交电力机车主电路一节车的主电路：图交直交电力机车主电路一节车的主电路：图5-33 5.2 5.2 交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路 由图由图5-335-33知，知，CRH1CRH1为图为图5-295-29所示电路形式，即整流输出并、所示电路形式，即整流输出并、逆变输出并（二电机）。逆变输出并（二电机）。动动车车组组有有三三个个相相对对独独立立的的主主牵牵引引系系统统并并行行工工作作，当当一一个个牵牵引系统故障时，可以自动切断故障源，列车继续运行。引系统故障时，可以自动切断故障源，列车继续运行。动动车车组组采采用用8 8辆辆编编组组，5 5动动3 3拖拖，3 3个个动动力力单单元元（两两个个2 2动动1 1拖拖、一个一个1 1动动1 1拖）。拖）。动动力力单单元元组组成成：网网测测高高压压电电气气设设备备、1 1个个牵牵引引变变压压器器、l l或或2 2个个牵牵引变流器、引变流器、4 4或或8 8台三相交流异步牵引电动机台三相交流异步牵引电动机等组成。等组成。列列车车有有2 2个个受受电电弓弓、3 3个个牵牵引引变变压压器器、5 5个个牵牵引引变变流流器器、2020台台牵引电动机牵引电动机。5.2 交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路 由图由图5-33知，知，C5.2 5.2 交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路（4 4）网侧高压电气设备）网侧高压电气设备组成组成：受电弓、主断路器、避雷器、电压和电流互感器、接地开：受电弓、主断路器、避雷器、电压和电流互感器、接地开关等。关等。4 4、HXD3BHXD3B机车主电路机车主电路 HXD3HXD3型机车型机车：2004 2004 年年10 10 月月27 27 日，日，大连大连机车车辆有限公司与机车车辆有限公司与东东芝芝公司共同获铁道部公司共同获铁道部60 60 台大功率交流传动货运电力机车的合台大功率交流传动货运电力机车的合同，该批机车由同，该批机车由4 4台进口机车，台进口机车，1212台散件进口机车和台散件进口机车和4444台国产台国产化机车组成，并由东芝向大连机车车辆有限公司进行技术转化机车组成，并由东芝向大连机车车辆有限公司进行技术转让。让。（HXD1HXD1株洲厂，控制系统采用西门子技术，株洲厂，控制系统采用西门子技术，IGBTIGBT、2 2（B0-B0B0-B0），），1 1万万kWkW，四组整流，四组整流;HXD2HXD2大同与阿尔斯通联合开发，大同与阿尔斯通联合开发，IGBTIGBT、2 2（B0-B0B0-B0），），1 1万万kW kW，四组整流），四组整流）5.2 交直交电力机车主电路（交直交电力机车主电路（4）网侧高压电气设备）网侧高压电气设备5.2 5.2 交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路 特点特点：C C0 0-C-C0 0轴式，轴式，交直交交直交传动，采用传动，采用IGBT IGBT 水冷水冷变流机组，变流机组，1200kW1200kW大转矩异步牵引大转矩异步牵引电动机电动机（整车（整车7200kW7200kW），具有起动），具有起动（持续）牵引力大、恒功率速度范围宽、粘着性能好、功率（持续）牵引力大、恒功率速度范围宽、粘着性能好、功率因数高等特点。因数高等特点。HXD3BHXD3B型机车型机车：德国德国庞巴迪技术庞巴迪技术，20072007年年2 2月月1111日，大连机车车辆日，大连机车车辆有限公司与铁道部在北京签订了有限公司与铁道部在北京签订了500 500 台台大功率交流传动大功率交流传动9600kW9600kW 六轴货运电力机车采购合同六轴货运电力机车采购合同。按照合同规定，首台。按照合同规定，首台机车将于机车将于2008 2008 年底落成，年底落成，20092009年交付年交付4949台，至台，至20112011年完成全年完成全部部500500台机车的交付。台机车的交付。特点特点：C C0 0-C-C0 0 轴式，轴式，交直交交直交传动，主电路有传动，主电路有3 3 组组大功率水冷大功率水冷IGBTIGBT牵引牵引变流器变流器，1632kW 1632kW 大转矩异步牵引大转矩异步牵引电动机电动机，具有起动（持，具有起动（持续）牵引力大、恒功率速度范围宽、粘着性能好、功率因数续）牵引力大、恒功率速度范围宽、粘着性能好、功率因数高等特点。在每组牵引变流器内集成一台由中间直流回路供高等特点。在每组牵引变流器内集成一台由中间直流回路供电的辅助逆变器。电的辅助逆变器。5.2 交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路 特点：特点：C0-C0轴式，交直轴式，交直5.2 5.2 交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路图图5-34 HXD3B5-34 HXD3B型牵引回路电路图型牵引回路电路图5.2 交直交电力机车主电路图交直交电力机车主电路图5-34 HXD3B型牵型牵5.2 5.2 交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路主电路主电路：主电路的组成见：主电路的组成见5-34所示，原理同图所示，原理同图5-28所示电路。所示电路。IGBT IGBT冷却方式：水冷、水冷却方式：水冷、水-乙二醇的混合液（乙二醇的混合液（47475353）5 5、HXHXD D1C1C大功率电力机车主电路大功率电力机车主电路特点特点：三相异步电动机三相异步电动机直接转矩控制直接转矩控制（HXHXD D1 1、HXHXD D1B1B西门子技术，采西门子技术，采用矢量控制），实现恒力矩、准恒速特性控制牵引，恒力矩特用矢量控制），实现恒力矩、准恒速特性控制牵引，恒力矩特性控制再生制动。性控制再生制动。IGBTIGBT水冷水冷变流器。变流器。1225kw1225kw大力矩异步电动机，大力矩异步电动机，轴控轴控。下悬式安装一体化多绕组下悬式安装一体化多绕组变压器变压器，有高阻抗、重量轻特点。，有高阻抗、重量轻特点。机车起动牵引力大、风功率范围宽、粘着性能好、功率因数机车起动牵引力大、风功率范围宽、粘着性能好、功率因数高、谐波含量少。高、谐波含量少。再生制动。再生制动。5.2 交直交电力机车主电路主电路：主电路的组成见交直交电力机车主电路主电路：主电路的组成见5-35.2 5.2 交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路主电路原理图主电路原理图图图5-35 HXD1C主电路主电路简介简介：主电路主电路属属5-285-28所示所示类型电路类型电路。牵引绕组牵引绕组额压额压970V970V，中间中间直流直流额压额压1800V1800V。有有两台牵引变流器两台牵引变流器。每台牵引变流器内每台牵引变流器内有有3 3个四象限脉冲整流个四象限脉冲整流器器，组成组成三重整流三重整流，其，其输出输出由隔离器（故障时由隔离器（故障时可隔离故障整流器）可隔离故障整流器）并并联联共直流中间环节共直流中间环节；有；有3 3个逆变器个逆变器，分别，分别向向3 3台台牵引牵引电机供电电机供电，实现，实现轴轴控控。5.2 交直交电力机车主电路主电路原理图图交直交电力机车主电路主电路原理图图5-35 H5.2 5.2 交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路6 6、HXHXD D3C3C大功率电力机车主电路大功率电力机车主电路电路电路：图图5-36 5-36 主电路图主电路图5.2 交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路6、HXD3C大功率电力机车大功率电力机车5.2 5.2 交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路简介简介：牵引绕组牵引绕组额压额压1450V1450V，中间中间直流直流额压额压2800V2800V。机车有机车有两台牵引变流器两台牵引变流器。变流器变流器6 6组组，其调制波相位一致，而，其调制波相位一致，而载波相位依次相差载波相位依次相差3030，达到消除谐波的目的，保证等效干扰电流，达到消除谐波的目的，保证等效干扰电流J Jp p2.5A2.5A。中间中间直流环节直流环节无二次滤波电路无二次滤波电路，由逆变器软件控制来消除，由逆变器软件控制来消除二次谐波电压的影响，大幅抑制牵引电机电流脉动和转矩脉二次谐波电压的影响，大幅抑制牵引电机电流脉动和转矩脉动现象。动现象。逆变器逆变器输出额压输出额压2150V2150V、频率、频率0 0120Hz120Hz。5.2 交直交电力机车主电路简介：交直交电力机车主电路简介：5.2 5.2 交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路7 7、HXHXD D电力机车主电路的比较电力机车主电路的比较5.2 交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路7、HXD电力机车主电路的比电力机车主电路的比5.2 5.2 交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路主要的异同点主要的异同点：相同点相同点：均为均为二电平二电平的的 “PWMPWM整流整流+VVVF+VVVF逆变逆变”中间直流环节不同不同点中间直流环节不同不同点：HXHXD D1 1、HXHXD D1B1B、HXHXD D1C1C变流柜（对应一个转向架）的变流柜（对应一个转向架）的中间直流中间直流环节并联环节并联，共用共用中间直流电路和中间直流电路和二次谐振电路二次谐振电路，见图，见图5-375-37所所示；示；HXHXD D2 2、HXHXD D3 3型则型则中间直流环节是独立的中间直流环节是独立的，且，且HXHXD D3 3无二次谐振无二次谐振电路电路，见图，见图5-385-38所示。所示。5.2 交直交电力机车主电路主要的异同点：交直交电力机车主电路主要的异同点：5.2 5.2 交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路HXHXD D1 1主电路主电路HXHXD D1B1B主电路主电路HXHXD D1C1C主电路主电路图图5-37 HX5-37 HXD D1 1三种主电路三种主电路5.2 交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路HXD1主电路主电路HXD1B主电主电5.2 5.2 交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路HXHXD D2 2主电路主电路HXHXD D3 3主电路主电路图图5-38 HX5-38 HXD D2 2、HXHXD D3 3主电路主电路5.2 交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路HXD2主电路主电路HXD3主电路主电路5.2 5.2 交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路（1 1）中间直流环节差异比较）中间直流环节差异比较优点优点：最大资源共享，：最大资源共享，如共用二次谐振电路、如共用二次谐振电路、接地检测电路、固定放接地检测电路、固定放电电路等。电电路等。HXHXD D1 1、HXHXD D1B1B：二重整流并联二重整流并联一个直流环节一个直流环节HXHXD D1C1C：三重整流并联：三重整流并联一个直流环节一个直流环节HXHXD D2 2、XHXHD D2 2：（整流、逆变）中间直流环节独立（整流、逆变）中间直流环节独立优点优点：方便使用及故障：方便使用及故障排查，发现故障便于进排查，发现故障便于进行故障隔离。行故障隔离。设计选择设计选择：首先推荐中间直流环节首先推荐中间直流环节独立独立，因便于使用、故障排查与隔离。，因便于使用、故障排查与隔离。若要实现若要实现变流器主辅一体化变流器主辅一体化，建议使用中间直流环节，建议使用中间直流环节并联并联，因为并联的四象限整流可共同分担辅助变流器所需的能量。因为并联的四象限整流可共同分担辅助变流器所需的能量。若考虑若考虑降低成本、压缩体积降低成本、压缩体积，亦建议中间直流环节，亦建议中间直流环节并联并联。5.2 交直交电力机车主电路（交直交电力机车主电路（1）中间直流环节差异比较优）中间直流环节差异比较优5.2 5.2 交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路（2 2）二次谐振电路比较）二次谐振电路比较中间直流环节中间直流环节：有有LCLC谐振滤波谐振滤波；在中间电压波动允许范围内可；在中间电压波动允许范围内可无无LCLC谐振滤波谐振滤波。若若无无LCLC，则由扩大支撑电容值来抑制纹波电压幅值，或优化逆，则由扩大支撑电容值来抑制纹波电压幅值，或优化逆变器控制策略来减小中间电压纹波对逆变器输出的影响。变器控制策略来减小中间电压纹波对逆变器输出的影响。HXHXD D1 1、HXHXD D1B1B、HXHXD D1C1CHXHXD D2 2有有LCLC谐振滤波谐振滤波HXHXD D3 3无无LCLC谐振滤波谐振滤波控制策略控制策略来消除来消除纹波电压纹波电压优点优点：电路简：电路简洁、降低成本洁、降低成本注意注意：CRH2CRH2、CRH5CRH5动车组动车组无无LCLC谐振滤波谐振滤波。目前，目前，欧洲车型欧洲车型多多采用采用LCLC谐振滤波谐振滤波。缺点缺点：L L与与C C参数配对困参数配对困难、器件占用空间大难、器件占用空间大5.2 交直交电力机车主电路（交直交电力机车主电路（2）二次谐振电路比较）二次谐振电路比较HXD5.2 5.2 交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路（二）三点式（二）三点式（IGBTIGBT器件）主电路器件）主电路1 1、原理电路、原理电路图图5-39 5-39 三点式变流器电路原理图三点式变流器电路原理图V11MMV12V41V42V22V32V31D11D12D42D41D51D61D52D62V21D21D22D32D31Cd1Cd2 开关管用开关管用IGBT，逆变器二极管牵引时续流、再生制动时反，逆变器二极管牵引时续流、再生制动时反馈能量。馈能量。5.2 交直交电力机车主电路（二）三点式（交直交电力机车主电路（二）三点式（IGBT器件）器件）5.2 交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路2 2、常用电路形式、常用电路形式图图5-40 5-40 三点式变流器电力机车主电路三点式变流器电力机车主电路 5.2 交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路2、常用电路形式图、常用电路形式图5-40 5.2 5.2 交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路3 3、CRHCRH2 2主电路主电路 动车组由南车动车组由南车四方机车车辆股份有限公司四方机车车辆股份有限公司与日本合作伙伴与日本合作伙伴川崎重工川崎重工提供，原型车为日本新干线提供，原型车为日本新干线E2E210001000型动车组。型动车组。动车组采用动车组采用8 8辆编组辆编组，4 4动动4 4拖拖，由，由两个动力单元两个动力单元组成。每组成。每个动力单元由个动力单元由2 2个动车和个动车和 2 2个拖车（个拖车（T-M T-M M-TM-T）组成。）组成。图图5-41 CRH25-41 CRH2编组结构图编组结构图（1 1）CRHCRH2 2动车组牵引系统的组成动车组牵引系统的组成 接触网接触网25kV25kV、50Hz50Hz单相交流经受电弓通过单相交流经受电弓通过VCBVCB（主断路器主断路器）接入牵引变压器，牵引变压器接入牵引变压器，牵引变压器次边次边设有设有2 2个线圈个线圈，电压均为，电压均为1500V 1500V。5.2 交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路3、CRH2主电路图主电路图5-415.2 5.2 交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路动力单元组成动力单元组成 1 1台台牵引牵引变压器变压器、2 2台变流装置台变流装置（C/IC/I）、）、8 8台牵引电机台牵引电机。1 1台变流装置控制台变流装置控制4 4台牵引电机台牵引电机。见图。见图5-425-42所示。所示。图图5-42 CRH25-42 CRH2动力单元组成动力单元组成5.2 交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路动力单元组成图动力单元组成图5-42 5.2 5.2 交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路牵引传动主电路牵引传动主电路图图5-43 CRH25-43 CRH2主电路系统主电路系统5.2 交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路牵引传动主电路图牵引传动主电路图5-43 5.2 5.2 交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路由图可见：由由图可见：由4 4号车号车（或者（或者6 6号车号车）的）的受电弓受电弓受电，通过受电，通过车顶车顶上的上的特高压导线特高压导线，经由，经由VCBVCB后被送到后被送到2 2号号、6 6号号车的车的主变压器主变压器。注意：注意：车顶车顶装有保护装有保护接地接地装置（装置（EGSEGS），运行中需紧急让），运行中需紧急让变电所区间内的所有车辆停车时，让其动作，使架线接地短变电所区间内的所有车辆停车时，让其动作，使架线接地短路。路。EGSEGS的操作必须按照铁道部的规定执行的操作必须按照铁道部的规定执行。（2 2）CRHCRH2 2牵引传动系统主电路设备牵引传动系统主电路设备高压电器设备高压电器设备作用作用：完成从接触网到牵引变压器的供电。：完成从接触网到牵引变压器的供电。组组成成：受受电电弓弓、主主断断路路器器、避避雷雷器器、电电流流互互感感器器、接接地地保保护护开开关关等。等。5.2 交直交电力机车主电路由图可见：由交直交电力机车主电路由图可见：由4号车（或者号车（或者6号号5.2 5.2 交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路牵引变压器牵引变压器 一个基本动力单元一个基本动力单元1 1个，全列共计个，全列共计2 2个。个。TM210TM210型牵引变压器型牵引变压器：壳式结构、车体下吊挂、油循环强迫风冷。：壳式结构、车体下吊挂、油循环强迫风冷。具有具有1 1个原边绕组（个原边绕组（25kV25kV，3060kVA3060kVA）、）、2 2个牵引绕组（个牵引绕组（1500V1500V，21285kVA21285kVA），一个辅助绕组（），一个辅助绕组（400V400V，490kVA490kVA）。）。牵引变流器牵引变流器 一个基本动力单元一个基本动力单元2 2个，全列共计个，全列共计4 4个。个。CI11CI11型型牵牵引引变变流流器器：电电压压型型3 3电电平平，由由脉脉冲冲整整流流器器、中中间间直直流流电电路路、逆逆变变器器构构成成，无无2 2次次谐谐振振滤滤波波装装置置和和网网侧侧谐谐波波滤滤波波器器，采采用用PWMPWM方式控制。方式控制。中中间间直直流流电电压压为为2600V2600V3000V3000V（额额定定2800V2800V，随随牵牵引引电电机机输出功率进行调整）。输出功率进行调整）。5.2 交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路牵引变压器牵引变压器5.2 5.2 交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路 牵引牵引逆变器逆变器输出电压输出电压0 02300V2300V、频率、频率0 0220Hz220Hz，供三相交，供三相交流异步牵引电动机。流异步牵引电动机。注意注意：变流器采用：变流器采用车下吊挂、液体沸腾冷却车下吊挂、液体沸腾冷却方式。方式。采用采用矢量控制矢量控制，1 1个变流器个变流器控制控制4 4台台并联的牵引并联的牵引电机电机。牵引电机牵引电机 MT205MT205型牵引电机，为型牵引电机，为4 4极极三相鼠笼式三相鼠笼式异步电机。异步电机。采采用用架架悬悬、强强迫迫风风冷冷方方式式，通通过过弹弹性性齿齿型型联联轴轴节节连连接接传传动动齿轮。齿轮。每每节节动动力力车车4 4台台电电机机（并并联联），一一个个动动力力单单元元8 8台台，全全列列共共计计1616台。台。5.2 交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路 牵引逆变器输出电牵引逆变器输出电5.2 5.2 交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路（3 3）CRHCRH2 2牵引传动系统主电路牵引传动系统主电路一个单元主电路简图一个单元主电路简图图图5-44 CRH5-44 CRH2 2动车组主电路简图动车组主电路简图 5.2 交直交电力机车主电路（交直交电力机车主电路（3）CRH2牵引传动系统主牵引传动系统主5.2 5.2 交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路图图5-45 CRH25-45 CRH2主电路主电路5.2 交直交电力机车主电路图交直交电力机车主电路图5-45 CRH2主电路主电路5.2 5.2 交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路交直交电力机车主电路接接触触网网25kV25kV、50Hz50Hz单单相相交交流流电电，经经受受电电弓弓通通过过主主断断路路器器VCBVCB接接牵引牵引变压器变压器。牵牵引引变变压压器器