鐵道機車專業(yè)教學資源庫武漢鐵路職業(yè)技術學院主講：黃秀川《高速動車組技術》課程武漢鐵路職業(yè)技術學院黃秀川CRH系列動車組牽引變流器目錄CONTENTS01CRH系列牽引變流器的性能參數(shù)02CRH系列動車組牽引變流器03CRH380D系列動車組牽引變流器04CRH2/CRH380A系列動車組牽引變流器05CRH3/CRH380B系列動車組牽引變流器06CRH5型動車組牽引變流器CRH系列動車組牽引變流器的性能參數(shù)牽引變流器的功能是進行電能轉(zhuǎn)換，以滿足牽引列車及牽引控制對電能形式的需要。目前國內(nèi)運行的動車組的牽引變流器的性能見表5-4-3。表5-4-3國內(nèi)運行動車組的牽引變流器性能參數(shù)參數(shù)CRH1CRH2/CRH380ACRH3/CRH380B/CRH380CCRH5CRH380D技術特點輸人二重化控制，輔助系統(tǒng)由整流器供電輸人單重化控制，輔助系統(tǒng)由變壓器輔助繞組供電輸入二重化控制、輔助系統(tǒng)由整流器供電輸入二重化控制，輔助系統(tǒng)由整流器供電輸人二重化控制、輔助系統(tǒng)由整流器供電電路結構二電平控制方式三電平控制方式二電平控制方式二電平控制方式二電平控制方式IGBT規(guī)格參數(shù)3300V1500A3300V1200A/1500A6500V600A6500V、600A3300V、1500A四象限整流器輸入電壓2x900V1500V/1658V2x1550V/1850V/I350V1770x2V4x964V輸人電流2x800A875A/974A2x985A/2x985A/2x974A2x495A4x900A中間直流環(huán)節(jié)額定電壓1650V3000V/31003600V/3600V/2650V3600V1650V二次濾波參數(shù)電容：9.22mF電感：2.473mH一電容：4.42mF電感：603μH一電容：12mF電感：207μH支撐電容一8.75mF3.0mF

18.7mF逆變器電機控制方式架控車控車控/車控/架控軸控架控輸出電壓1287V2300V2800V/2800V/2066V2808V1400V額定輸出電流800A424A/448A880A/880A/808A211A780A輸出頻率175Hz240Hz/205Hz200/200/196.5Hz161Hz200Hz最大尺寸(mm）長28303100297856012x1580寬180024003071/3071/460023302098高450650699.5641631質(zhì)量（kg）本體12651900/1800218032003822濾波箱1350一一一一冷卻單元一一960一一CRH1系列動車組牽引變流器1.內(nèi)部電路結構CRH1系列動車組是交—直一交電力牽引列車，牽引變流器首先將來自受電弓的單相交流電轉(zhuǎn)換成直流電，這功能由整流器模塊（也叫整流器模塊，簡稱LCM）實現(xiàn)；該直流電又被逆變器模塊（也叫逆變器模塊，簡稱MCM）轉(zhuǎn)換成三相交流電供給三相交流異步牽引電動機，通過對整流器和逆變器的控制實現(xiàn)列車的牽引、調(diào)速及制動等主功能。牽引變流器的內(nèi)部電路結構圖如圖5-4-15所示。CRH1系列動車組牽引變流器主要由以下部分組成：（1）變流器箱：包括整流器模塊、逆變器模塊、輔助變流器模塊、水冷單元及接觸器設備；（2）濾波箱：包括中間直流環(huán)節(jié)二次諧波濾波設備，預充電設備及輔助變流器模塊輸出側(cè)的濾波設備。牽引變流器的功能是進行電能轉(zhuǎn)換，以滿足牽引列車及牽引控制對電能形式的需要。CRH1型動車組是交一直一交電力牽引列車，牽引變流器首先將來自受電弓的單相交流電轉(zhuǎn)換成直流電，這一功能由脈沖整流器模塊（LCM）實現(xiàn)；該直流電又被逆變器模塊（MCM）轉(zhuǎn)換成三相交流電供給三相交流異步牽引電動機，通過對LCM和MCM的控制實現(xiàn)列車的牽引調(diào)速及制動等主功能。CRH1系列動車組牽引變流器圖5-4-15CRH1系列動車組牽引變流器主回路圖1-主變壓器；2-充電電路；3-整流器模塊；4整流器；5中點接地和接地故障檢測單元；6一逆變器模塊；7-過壓保護電路；8-逆變器；9-輔助變流器；10一直流母線接地開關；CRH1系列動車組牽引變流器2.外形圖變流器箱和濾波器箱外形結構圖如圖5-4-16和圖5-4-1圖5-4-16變流器箱外形圖1-逆變器；2-整流器；3-輔助變流器；4-熱交換器；5-直流母線接地開關；6一內(nèi)部風扇CRH1系列動車組牽引變流器圖5-4-17濾波器箱外形圖1-二次諧波電感；2-三相濾波電容；3-三相濾波電感；4-三相變壓器；5-二次諧波電容；6-內(nèi)部風扇CRH1系列動車組牽引變流器3.牽引變流器各單元構成（1）整流器整流器單元（LCM）將主變壓器次邊繞組的交流電壓轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的直流電壓，將接觸網(wǎng)的電能通過主變壓器輸送給直流環(huán)節(jié)。并能夠反向輸電，從直流環(huán)節(jié)向接觸網(wǎng)饋電，用于再生制動工況。電能轉(zhuǎn)換采用帶有微處理器控制邏輯電路的IGBT。兩個網(wǎng)側(cè)回路構成一個四象限整流器模塊。每個整流器的交流側(cè)同主變壓器次邊繞組連接。在直流側(cè)，兩個整流器應并聯(lián)。整流器對主變壓器次邊電壓和相對于接觸網(wǎng)電壓的相角進行控制，即對接觸網(wǎng)和列車之間的有功功率和無功功率都進行控制，且受電弓處的功率因數(shù)應接近于1.0。一個整流器單元包括四個相同的相，其中兩個相構成一個網(wǎng)側(cè)電路。每一個相有上下兩個IGBT，各為高壓/高電流型式。IGBT作為開關，由各自的門極驅(qū)動單元（GDU）控制。這種情況下，IGBT將主變壓器次邊繞組交流電壓交替地同直流環(huán)節(jié)的DC＋和DC－的接線端連接。GDU的主要任務是開關IGBT。當供電系統(tǒng)出現(xiàn)故障或IGBT出現(xiàn)短路/過流時，GDU可將IGBT斷開。GDU還可檢測其自身的電源，同時通過光纖向控制器傳輸信號，使系統(tǒng)具有較高的抗電氣干擾能力。IGBT可將直流環(huán)節(jié)的電壓控制在額定電壓值。在短時功率較高的運行中，直流環(huán)節(jié)的電壓可以提高。兩個整流器的IGBT采用移相控制，以減少接觸網(wǎng)電流中的諧波。通過主變壓器較高阻抗的濾波作用將進一步減少接觸網(wǎng)電流中的諧波。采用基于微處理器的控制單元（DCU）對LCM進行控制。每個LCM裝設一個電源裝置，將蓄電池電壓轉(zhuǎn)換成合適的電壓供LCM的電子控制設備和控制電路用。CRH1系列動車組牽引變流器（2）逆變器逆變器單元（MCM）的任務是將直流環(huán)節(jié)電壓轉(zhuǎn)換成三相可變電壓和可變頻率（VVVF）的電壓，供牽引電機使用。電能轉(zhuǎn)換應采用帶有微處理器控制邏輯電路的IGBT。每個MCM應包括四個IGBT部分。在MCM中，其中的三部分用于變流器，另一個用于過電壓斬波器。MCM向牽引電機提供可變電壓和可變順率（VVVF）的電源。在再生制動過程中，電能反向輸送、從電機（作為發(fā)電機工作）通過LCM向接觸網(wǎng)饋電。在網(wǎng)壓失電時，如經(jīng)過相分段時，MCM通過實施較低水平的再生制動來保持直流環(huán)節(jié)的電壓。這樣，牽引電機會保持其勵磁，提高牽引系統(tǒng)的反應時間，同時，ACM還能夠控制和保持輔助電源的電壓。變流器采用空間矢量調(diào)制法控制。為了在牽引電機額定轉(zhuǎn)速以上增加輸出功率，采用方波調(diào)制法。調(diào)整變流器的開關頻率以避開信號系統(tǒng)的安全臨界頻率。變流器應采用1kHz范圍內(nèi)的開關頻率，以降低變流器三相輸出電壓的諧波含量，從面使牽引電機內(nèi)的能量損失和力矩波動降到最低。直流環(huán)節(jié)的電容和IGBT單元采用多股的母線相連，使導線電感較低。過壓斬波器具有過壓保護功能（OVP），防止直流環(huán)節(jié)電壓過高。變流器停機后，還可用于直流環(huán)節(jié)的放電。采用基于微處理器的驅(qū)動控制單元對MCM進行控制。CRH1系列動車組牽引變流器直流環(huán)節(jié)電路的原理圖如圖5-4-18所示。其作用一方面作為四個變流器（LCM、ACM和兩個MCM）的直流電源，另一方面起到能量緩沖作用。圖5-4-18直流環(huán)節(jié)原理圖1-直流母線阻容電路；2-次級諧波濾波電路；3-接地檢測；4-接地開關CRH1系列動車組牽引變流器中點接地電路由四個電阻串聯(lián)（圖5-4-18中3僅示意簡圖）后與兩個電容并聯(lián)形成，取其中間電位點接地，這樣做可以限制DC環(huán)節(jié)和電機上的電壓值，當DC環(huán)節(jié)充滿電時，其對地電壓減小為一半，此外中點接地還提供了快速檢測接地故障的途徑。接地保護電路由兩個串聯(lián)電阻和過電流檢測裝置組成，連接到中點接地電路的四個電阻中間，該電路可探測DC環(huán)節(jié)的任何接地故障，包括工作過程中主變壓器的牽引繞組接地、牽引電機定子繞組接地、輔助變壓器的原邊繞組接地等。接地保護電路的兩個電阻中點構成了一個電氣中點，當該點與中點地之間的電壓達到一定值時表明有接地故障發(fā)生，這一故障通過繼電器觸點輸出給LCM控制計算機。接地故障會導致LCM失活，其負載電路斷開。（4）冷卻系統(tǒng)冷卻是變流器箱的一個重要部分，列車的牽引動力都是通過變流器轉(zhuǎn)換和傳輸?shù)?，盡管靜止變流器的效率很高，但由于轉(zhuǎn)換和傳輸?shù)墓β屎艽?，因此能量損失還是很大的，而且功率器件的體積又比較小，自身散熱的能力很低，因此冷卻系統(tǒng)顯得非常重要，沒有冷卻，變流器是無法工作的。對于冷卻系統(tǒng)，一方面要進行有效的冷卻，另一方面又要不斷檢測冷卻系統(tǒng)是否故障、變流器溫度是否過高，一旦冷卻系統(tǒng)出現(xiàn)故障或變流器溫度過高，就通過MVB發(fā)出故障信息，通過TCMS進行相應故障顯示與保護。牽引變流器的冷卻方式為水冷和風冷，水冷是指有冷卻水管通入變流器箱內(nèi)，冷卻水通過水泵強制循環(huán)，循環(huán)水流經(jīng)外部的散熱片時被冷卻，三個外部風扇又在冷卻散熱片，加強散熱效果；風冷是指變流器箱內(nèi)部的強制循環(huán)空氣冷卻方式，一個內(nèi)部風扇強迫內(nèi)部空氣循環(huán)以加強內(nèi)部空氣與冷卻水管的熱交換，冷卻原理如圖5-4-19所示。CRH1系列動車組牽引變流器圖5-4-19牽引變流器水冷原理圖CRH1系列動車組牽引變流器冷卻系統(tǒng)結構如圖5-4-20所示。圖5-4-20變流器的水冷部件1-外部風扇；2-熱交換器；3-排氣口；4-接觸器單元；5-泵CRH380D型動車組牽引變流器1.概述CRH380D型動車組變流器單元是CRH、Regina等具有成熟運用經(jīng)驗的變流器基礎上結合CRH380D型動車組的具體設計要求研制開發(fā)的，其電氣原理拓撲結構與CRH1A型動車組基本一致，CRH380D型動車組牽引變流器單元的原理框圖如圖5-4-21所示。圖5-4-21牽引變流器內(nèi)部原理框圖1-整流器模塊；2-逆變器模塊；3-過壓保護電路；4-輔助變流器；5-直流母線接地開關CRH380D型動車組牽引變流器圖5-4-21為CRH380D型動車組牽引變流器的原理框圖，其內(nèi)部結構與CRH1A動車組基本相同，采用主輔一體化設計，包括四個獨立的箱體：（1）LM1箱體：包括一個整流器模塊（LCM）部分、一個逆變器模塊（MCM）部分及帶電容單元的中間部分；（2）LM2箱體：包括一個整流器模塊（LCM）部分、一個逆變器模塊（MCM）部分及帶電感單元的中間部分；（3）冷卻單元箱體：包括冷卻風機、水泵膨脹水箱及熱交換器；（4）AE箱體：包含一個輔助變流器模塊部分，電子單元部分及帶主變壓器單元的中間部分。四個箱體之間通過母排和通風管道連接，構成牽引變流器單元。整流器單元（LCM）的任務是將主變壓器次邊繞組的交流電壓轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的直流電壓，逆變器模塊（MCM）是將直流環(huán)節(jié)電壓轉(zhuǎn)換成三相可變電壓和可變頻率（VVVF）的電壓，供牽引電機使用。輔助變流器模塊（ACM）為三相兩電平IGRT逆變器，產(chǎn)生所需要的三相輸出電壓。2.外形結構根據(jù)變流器的部件數(shù)量、輸出功率、功率損失等情況，并結合CRH380D型底架設備的安裝概念，變流器安裝在4個獨立安裝的箱體中，分別安裝于車體安裝梁上。具體如圖5-4-22所示。CRH380D型動車組牽引變流器圖5-4-22變流器箱體布置CRH380D型動車組牽引變流器為在確保變流器箱體結構強度、變流器內(nèi)部件可維護性的同時，降低變流器重量，變流器系統(tǒng)采用了大模塊套小模塊的全模塊化設計，具體如圖5-4-23所示。圖5-4-23變流器內(nèi)模塊布置CRH380D型動車組牽引變流器3.技術特點（1）整流器變流器控制采用多重化的交錯PWM調(diào)制技術，成倍提高IGBT等效開關頻率的同時，大大抑制了網(wǎng)側(cè)諧波干擾電流，使得主變壓器不再需要專門的濾波繞組。每個整流器模塊均布置有充電回路，實現(xiàn)了充電電路的冗余功能。為了適應大電流通斷要求，整流器LCM的相橋臂均為IGBT大功率器件雙管并聯(lián)。采用先進的直流電壓跟蹤和空間矢量脈寬調(diào)制技術，不論負載和網(wǎng)壓的變化，都能最大限度維持直流電壓的穩(wěn)定和保證網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)始終為1。（2）逆變器逆變器軟件實現(xiàn)了對電機轉(zhuǎn)矩和磁通的最佳動態(tài)控制。運行時按電機轉(zhuǎn)速高低分成兩個區(qū)域采用不同控制策略，可有效抑制弓網(wǎng)接觸不良時產(chǎn)生的受流不穩(wěn)定對電機運行的干擾、有效實施防空轉(zhuǎn)/防滑行控制及精確控制備用制動。（3）中間直流電路直流環(huán)節(jié)的任務是穩(wěn)定整流器的輸出電壓，為連接在其后的逆變器單元供電。直流環(huán)節(jié)由并聯(lián)的電容器組成，在每個整流器和逆變器中各有一部分，在二次諧波濾波電路中也有一部分。直流環(huán)節(jié)額定電壓為DCI650V。CRH380D型動車組牽引變流器（4）冷卻系統(tǒng)說明及參數(shù)變流器冷卻模塊采用獨特設計，兩個冷卻機組模塊集成在一個冷卻單元大模塊內(nèi)，它們分成平行兩路彼此獨立地對各大模塊及其子模塊提供冷卻，包括變流器模塊的水冷和磁性元件的風冷，保證了冷卻效果和提高了冷卻系統(tǒng)故障冗余度。4個箱體之間連接有冷卻水管、冷卻風道。具體冷卻系統(tǒng)布置如圖5-4-24所示。圖5-4-24CRH380D型動車組冷卻系統(tǒng)原理圖CRH2/CRH380A系列動車組牽引變流器1.概述CRH2系列動車組每個牽引單元包含2個牽引變流器，通過車體的吊掛結構，安裝在每節(jié)動車的車下。作為牽引系統(tǒng)的核心，每個牽引變流器驅(qū)動每節(jié)動車的兩個轉(zhuǎn)向架上共4臺牽引電機，同時，牽引變流器通過檢測主變壓器牽引電機的工作狀態(tài)，在牽引設備發(fā)生故障時，為牽引系統(tǒng)提供保護并將故障信息傳輸至網(wǎng)絡控制系統(tǒng)，為司乘人員提供必要的信息。2.牽引變流器原理與結構CRH2系列動車組牽引變流器（以下簡稱變流器）由單相三電平脈沖整流器、中間直流電路、三電平逆變器、預充電回路等主電路設備以及牽引控制裝置、控制電源等控制設備組成。上述設備安裝在1個箱體內(nèi)，為減輕重量，箱框采用鋁合金結構。每個動車設置一臺牽引變流器，每臺變流器驅(qū)動4臺并聯(lián)牽引電機。牽引變流器主電路原理參見圖5-4-25。圖5-4-25CRH2系列動車組牽引變流器電氣原理圖注：上部從左到右分別為脈沖整流器、中間直流回路、三電平逆變器，下部為預充電回路。CRH2/CRH380A系列動車組牽引變流器CRH2系列動車組主變壓器牽引繞組輸出的AC1500V、50Hz單相交流電，通過三電平PWM脈沖整流器變換為直流電，經(jīng)中間直流回路將DC2600-3000V（再生制動時穩(wěn)定在3000V）的直流電輸出給牽引逆變器，牽引逆變器輸出電壓、頻率可調(diào)的三相交流電（電壓為0～2300V，頻率為0～220Hz）驅(qū)動牽引電機。根據(jù)動車組牽引特性的要求，隨著動車組車速的逐步升高，三電平逆變器分別采用異步調(diào)制、5脈沖、3脈沖和單脈沖相結合的控制方式。變流器取消了中間直流回路的二次濾波環(huán)節(jié)，主變壓器不需設置二次濾波電抗器，使得二者重量均得到大幅度降低。牽引變流器控制側(cè)設備布置如圖5-4-26所示，底面設備布置如圖5-4-27所示，進風側(cè)設備圖如圖5-4-28所示。箱體中央位置配置脈沖整流器功率模塊（2臺）和逆變器功率模塊（3臺）。牽引變流器靠列車側(cè)面配置兩臺電動鼓風機（主鼓風機），向功率模塊冷卻器送風。箱體內(nèi)部集中設置真空接觸器、繼電器單元和牽引控制裝置等，便于集中檢查。圖5-4-26牽引安流器設備布置圖（控制側(cè)）1-耐壓單元；2-充電單元；3-接地檢測單元；4-過壓保護單元；CRH2/CRH380A系列動車組牽引變流器圖5-4-27牽引安流器設備布置圖（底面）5-門極電源；6-交流過壓檢測單元；7-繼電器單元；8-牽引控制箱1-整流模塊；2-逆變模塊；3-輔助風機；4-電阻單元

圖5-4-28牽引安器進風側(cè)部件分布示意圖（拆除濾網(wǎng)）CRH2/CRH380A系列動車組牽引變流器3.主電路及原理CRH2/CRH380A/CRH380AL型動車組牽引變流器由三電平整流器回路、三電平逆變器回路及中間直流回路組成。（1）三電平整流回路三電平整流電路將主變壓器二次側(cè)輸出的交流電整流成直流電壓后對中間直流回路支撐電容充電。通過控制IGBT功率模塊的PWM控制，將中間回路上下兩極支撐電容直流電壓分壓取得的3級（正：＋Ed/2，零，負：－Ed/2）電壓。（2）三電平逆變器逆變器將濾波電容器電壓作為輸人，通過無觸點控制裝置的（IGBT元件）控制信號輸出可變電壓/頻率的3相交流電壓，控制4臺并聯(lián)連接的感應電機的速度、扭矩。再生制動工況時，以感應電機發(fā)出的3相交流電作為輸人，向濾波電容器側(cè)輸出直流電壓。感應電機的控制采用矢量控制方式，獨立控制扭矩電流及勵磁電流來達到扭矩控制的高精度化、扭矩響應的高速化、提高電流控制性能。電路構成與整流器相同，采用3點式結構。（3）中間直流電路部分中間回路主要功能為儲能和穩(wěn)壓的作用。CRH2/CRH380A型動車組中間回路分立設置了2臺整流器功率單元、3臺逆變器功率單元的濾波電容器，合計容量為8000uF。為了對中間回路狀態(tài)進行監(jiān)測，在中間直流回路上配置了充電單元、接地電流檢測單元、過壓抑制單元和電阻器單元。CRH2/CRH380A系列動車組牽引變流器4）充電單元此單元由充電變壓器、二極管電橋、電磁接觸器構成，濾波電容器備用充電電路結構見圖5-4-29。圖5-4-29濾波電容器備用充電電路結構隨著駕駛臺逆變器的投人和電磁接觸器動作，從3次繞組通過充電變壓器和二極管電橋?qū)V波電容器進行初期充電。充電變壓器為充電電阻一體形結構，將3次繞組的電壓AC400升至2100V，由二極管電橋整流后對濾波電容器進行充電。逆變器閉合時接人預充電接觸器（圖5-4-29中CHK），充電（約1s）后CHK切斷，然后接通牽引變流器輸人回路。CRH2/CRH380A系列動車組牽引變流器（5）過壓抑制可控硅單元（OVTh單元）過壓抑制可控硅單元由可控硅、緩沖電阻器、緩沖電容器、門極驅(qū)動電路板、直流電壓傳感器等構成。濾波電容器過壓檢測時，在接觸網(wǎng)無電或牽引變流器故障后被切除等情況下將開通可控硅裝置，具有使中間支撐電容器放電的功能。直流電壓傳感器用于濾波電容器的電壓檢測，配置2臺傳感器用于上下橋臂電壓檢測。由串聯(lián)的電阻器對牽引電路電壓進行分壓，以牽引電路電壓的換算，其比為2000V/10V。（6）冷卻結構工作原理圖5-4-30表示冷卻風的流向。

圖5-4-30冷卻風的流向CRH2/CRH380A系列動車組牽引變流器冷卻風（外部空氣）通過濾網(wǎng)后經(jīng)過熱交換器（散熱部分）由牽引送風機（CIBM1）吸人。牽引送風機（CIBM1）吹出的冷卻風通過整流器功率單元的冷凝器、逆變器功率單元的冷凝器由排氣管道排出。CRH3/CRH380B系列動車組牽引變流器1.概述CRH3型動車組共有4臺牽引變流器，CRH380BL/CRH380CL系列動車組共有8臺牽引變流器，其功能是進行再生轉(zhuǎn)換，以滿足牽引列車及牽引控制對電能形式的需要。牽引變流器的外形如圖5-4-31所示，主要組成如下：圖5-4-31CRH3型動車組牽引變流器外形圖CRH3/CRH380B系列動車組牽引變流器（1）2個四象限整流器（4QC）并聯(lián)，給1個牽引逆變器供電；（2）1個三相電壓型兩電平逆變器，給4臺異步牽引電動機供電；（3）1個牽引控制單元（TCU），控制四象限斬波器、牽引逆變器的IGBT開關，以獲得滿足車輛牽引/制動性能要求的控制；（4）裝置分通氣部分和密封部分，把需要散熱的冷卻系統(tǒng)安裝在通氣部分；把有必要進行絕緣防止污損的部分安裝在密封部分；（5）冷卻系統(tǒng)布置在變流箱的旁邊；（6）具有完善的故障保護功能。圖5-4-32給出了一個牽引變流器模塊構成框圖，牽引變流器的功率器件為IGBT（絕緣柵雙極晶體管），控制裝置以微處理器為核心，可方便靈活地實現(xiàn)功率轉(zhuǎn)換與保護，也可實現(xiàn)再生電氣制動。圖5-4-32牽引變流器框圖1-線路開關預充電裝置；2-四象限斬波器4QC；3-中間直流環(huán)節(jié)；4-接地檢測裝置；5-脈寬調(diào)制逆變器PWM；6-輔助供電輸人線路CRH3/CRH380B系列動車組牽引變流器2.牽引變流器結構在圖5-4-33中可以看出牽引變流器中的基本部件配置。牽引變流器冷卻系統(tǒng)主要包括冷卻液、入口過濾器、污垢粗過濾器、冷卻模塊、冷卻風扇、離心管道水泵、精過濾器、膨脹水箱、入口和出口溫度傳感器和壓力傳感器、入口閥和出口閥、帶法蘭的不銹鋼波紋管、通氣管以及串聯(lián)諧振電感，冷卻單元中填充的冷卻液為水和防凍液的混合物，體積比為56%/44%其外形如圖5-4-34所示。圖5-4-33牽引變流器內(nèi)部配置CRH3/CRH380B系列動車組牽引變流器牽引變流器硬件結構（1）線路斷路器和預充電裝置線路斷路器和預充電裝置電路圖如圖5-4-35所示。線路斷路器位于變流器和變壓器每個牽引繞組的輸人控制器之間。此線路斷路器有兩個極，以便每個變流器的兩個四象限斬波器可以一起開關。預充電單元以并聯(lián)的形式連接到斷路器上。預充電單元由預充電接觸器和電阻器構成。在變流器投人運行時，變流器的DC鏈路電容器先在預充電單元上充電，然后線路斷路器閉合。這可降低如果輸人電壓突然接到空的電容器上導致的較大瞬間峰值電流。圖5-4-35線路斷路器和預充電裝置電路圖CRH3/CRH380B系列動車組牽引變流器（2）四象限整流器（4QC）四象限整流器從電氣上可分為兩個子系統(tǒng)由兩個完全相同AC-DC變流器構成。這兩個子系統(tǒng)均由內(nèi)部計算機監(jiān)督控制，因此需要測量4QC內(nèi)部的溫度、電流和電壓等參數(shù)。該斬波器在牽引工況可以將交流轉(zhuǎn)化為直流，在實施再生制動時將直流轉(zhuǎn)換為交流反饋回電網(wǎng)。四象限斬波器簡圖如圖5-4-36所示。圖5-4-36四象限斬波器簡圖CRH3/CRH380B系列動車組牽引變流器四象限斬波器的任務是通過將各種單相輸人電壓轉(zhuǎn)變?yōu)镈C鏈路的直流電壓，控制主鏈路和DC鏈路之間的能量流。四象限斬波器表示在牽引及制動時，電壓UST和電流IN之間的相角是可以自由調(diào)整的。通過電壓和電流之間相角的控制，可以獲得四個運行象限。為實現(xiàn)將變壓器中的電流偏離正半波運行期間的電感LN，兩個開關中的一個I2或I3（正半波，I1或I4用于負半波）將接通。這樣，變壓器次級線圈將短接，獲得期望的電流值，將阻塞IGBT。由于變壓器偏離電纜，不能中斷電流。通過單向二極管D1和D4（正半個周期，負半個周期為D2或D3），電流流入DC鏈路電容器并緩慢衰減（直到UD＞UN）。同時，DC鏈路將充電。通過此原則，電流可以在參考值附近驅(qū)動，并且由此cosφ和DC鏈路電壓可以保持在期望的范圍內(nèi)。此后，此程序再次開始，但是將輪流使用半橋以平衡熱負載?？梢酝ㄟ^改變占空因數(shù)達到電流和電壓之間的相位偏移。通過這樣，可以將電流的Irms值、功率因數(shù)（cosφ）及DC鏈路電壓調(diào)整至期望值。通過線路頻率分開的IGBT開關頻率導致每個時間的脈沖數(shù)量（例如每半個周期為5個脈沖）。脈沖數(shù)量越高，電流值越精確，越能趕上電流的參考值。四象限斬波器電流和電壓波形如圖5-4-37所示。圖5-4-37四象限斬波器電流和電壓波形圖CRH3/CRH380B系列動車組牽引變流器圖5-4-37四象限斬波器電流和電壓波形圖（3）逆變器三相橋式逆變器的原理如圖5-4-38所示，將DC電能變成可控的三相對稱交流電源，在電制動時又能反過來把牽引電機發(fā)出來的三相交流電變成直流電壓，對牽馬電機進行牽引與制動控制，其功率模塊為IGBT。IGBT的開關由門電路驅(qū)動單元驅(qū)動，門電路驅(qū)動單元根據(jù)TCU的指令接通和斷開IGBT。圖5-4-38三相逆變器原理圖CRH3/CRH380B系列動車組牽引變流器通過選擇IGBT開關狀態(tài)以便在電機繞組中獲得正弦電流?？梢酝ㄟ^時鐘脈沖運行IGBT降低輸出電壓的RMS值。在整塊運行中的脈寬調(diào)制逆變器電壓如圖5-4-39所示，在時鐘脈沖運行的PWM逆變器電壓如圖5-4-40所示。圖5-4-39在方波運行中的脈寬調(diào)制逆變器圖5-4-40在PWM運行的逆變器在制動運行期間，電機軸上的扭矩方向與旋轉(zhuǎn)方向相反。電壓和電流有較大的相偏移。通過提供基本電壓，脈沖逆變能加強電壓和電流之間的此相偏移。制動運行期間的電壓和電流相位如圖5-4-41所示。CRH3/CRH380B系列動車組牽引變流器在制動運行期間，電機軸上的扭矩方向與旋轉(zhuǎn)方向相反。電壓和電流有較大的相偏移。通過提供基本電壓，脈沖逆變能加強電壓和電流之間的此相偏移。制動運行期間的電壓和電流相位如圖5-4-41所示。圖5-4-41制動運行期間的電壓和電流相位CRH3/CRH380B系列動車組牽引變流器（4）中間電路中間電路包括：一個帶串聯(lián)諧振電路的中間電壓電路、一個過壓限制器、接地故障檢測模塊、限壓電阻器等。過壓限制器用于減少牽引中間電路的過壓情況，防止對牽引電路的功率半導體造成損壞。每個變流器的DC鏈路電容由4×0.75mF電容器構成，總共3mF。電池的DC鏈路電容器電路示意如圖5-4-42所示。圖5-4-42電池的DC鏈路電容器諧波吸收器如圖5-4-43所示。諧波吸收器是諧振電路，由電容器和一個外部扼流圈構成（不在牽引變流器的內(nèi)側(cè)）。它分兩次過濾由輸人電壓導致的DC鏈路中的波動。電容電池的諧波吸收器共有C＝4.5mF的電容值。高阻值電阻并聯(lián)到變流器的DC鏈路電容中，這些高阻值電阻有在限定的時間內(nèi)給電容放電的任務。圖5-4-43諧波吸收器CRH3/CRH380B系列動車組牽引變流器接地故障檢測由分壓器、帶準勢絕緣和評估電路的差動放大器構成。連續(xù)放電電阻分成99kΩ：34kΩ比的兩個部分。電阻器的中央抽頭接地，一個濾波電容器并聯(lián)到下部部件中。在出現(xiàn)接地故障時，測量電壓改變，從而相關的TCU指出接地故障。圖5-4-44為簡化的接地故障記錄電路圖。動車組配有4個限壓電阻器。每個限壓電阻器分配給一個動力裝置。限壓電阻器位于中間車的車頂。限壓電阻器專用于保護牽引功率轉(zhuǎn)換器，以防過壓。功率轉(zhuǎn)換器出現(xiàn)故障時，電阻器可以保證使中間電路以規(guī)定方式安全放電。一旦接觸網(wǎng)不能再保證電氣制動能的吸收，轉(zhuǎn)換器即將電氣制動能轉(zhuǎn)換為熱能。圖5-4-44簡化的接地故障記錄電器圖CRH5型動車組牽引變流器1.概述CRH5型動車組采用交流—直流—交流牽引系統(tǒng)驅(qū)動列車運行，全車分為兩個牽引單元。其中第一個牽引單元由三節(jié)動車組成，第二個牽引單元由兩節(jié)動車組成。牽引變流器可在25kV/50Hz的網(wǎng)壓供電下輸出額定功率，確保列車牽引系統(tǒng)、再生制動系統(tǒng)或電阻制動系統(tǒng)、輔助電源供電正常工作。安裝在4號車上的牽引變流器，在正常情況下由第一單元的牽引變壓器供電，在第一牽引單元的變壓器故障或第二單元中有1個或者2個牽引變流器發(fā)生故障無法工作時，將配置到第二單元，由第二單元的牽引變壓器供電。這樣的配置將確保在列車發(fā)生牽引系統(tǒng)故障時，全車的牽引系統(tǒng)仍可發(fā)揮60%的有效功率。每個牽引電動機由一個獨立的變流器模塊供電，電動機安裝在1、2、4、7、8號車廂的2軸和3軸上。輔助變流器與牽引逆變器是并聯(lián)，它與牽引牽引變流器集成在同一個箱體中。圖5-4-45第一動力牽引系統(tǒng)電路示意圖CRH5型動車組牽引變流器圖5-4-46第二動力牽引系統(tǒng)電路示意圖CRH5型動車組牽引變流器2.牽引/輔助變流器結構CRH5型動車組的一套變流裝置（牽引/輔助變流器YGN2Q213）中有：兩組四象限整流器（4QC）、兩組逆變器、一組牽引控制裝置、一組輔助逆變器、冷卻系統(tǒng)構成，每一組逆變器控制一臺564kW牽引電機，輔助逆變器向車載三相400V/50Hz用電設備供電。變流器的主要功能是將25kV/50Hz的單相交流電壓通過牽引變壓器降壓后，輸出單相AC1770V/50Hz的電壓，經(jīng)四象限整流得到3600V的中間直流電壓，再經(jīng)逆變器逆變后輸出電壓頻率可調(diào)的0～2808V的三相交流電壓來控制每臺電機；同時輔助逆變器從中間回路輸人直流3600V電壓經(jīng)斬波降壓逆變后輸出三相400V/50Hz的交流電壓，為輔助系統(tǒng)的設備供電。變流器由8個組件構成，它們分別是兩個輔助組件、兩個牽引模塊組件、兩個用戶組件、一個冷卻系統(tǒng)和一個電阻組件，8個組件通過中央線槽連接形成一個整體。如圖5-4-47所示。圖5-4-47CRH5型動車組牽引變流器外形圖CRH5型動車組牽引變流器牽引變流器與車輛底板總成在一起，內(nèi)部組成與功能如下：（1）2個四象限整流器（4QC）并聯(lián)，給2個牽引逆變器和1個輔助逆變器供電；（2）2個三相電壓型兩電平逆變器，分別給一臺異步牽引電動機供電；（3）2個制動斬波器，當列車處于過分相區(qū)時，消耗來自負載的能量（制動階段中的動能）；（4）1個輔助逆變器，給輔助設備提供400V/50Hz的交流電壓；（5）1個牽引控制單元（TCU），控制四象限整流器、制動斬波器.牽引逆變器的IGBT開關，以獲得滿足車輛牽引/制動性能要求的控制；（6）1個輔助控制單元（ACU），控制輔助逆變器的IGBT開關，以獲得400V/50Hz的三相交流電壓。輔助組件1主要包括輔助功率模塊輔助控制單