辅助变流器
HXD1C机车辅助变流器模式
HXD1C机车辅助变流器模式1. 引言HXD1C机车是中国铁路总公司研制的一种交流传动的电力机车，具有运输能力强、运行可靠等优点。
为了满足机车在不同运行条件下的需求，HXD1C机车采用了辅助变流器模式。
本文将介绍HXD1C机车辅助变流器模式的原理和应用。
2. 辅助变流器模式概述辅助变流器模式是指将机车牵引变流器中的一个或多个逆变桥用作辅助供电系统的一种工作模式。
在HXD1C机车中，辅助变流器模式主要用于为机车辅助设备供电，包括车内照明、暖风设备、通信设备等。
3. 辅助变流器模式原理HXD1C机车的牵引变流器是通过调节逆变桥的触发脉冲来控制交流电机的转矩和速度。
当机车处于牵引或再生制动模式时，逆变桥会接收来自主供电系统的电能，并将其转换为机车所需的交流电。
而在辅助变流器模式下，牵引变流器中的一个或多个逆变桥会被切换到辅助供电系统，以满足辅助设备的供电需求。
这种切换是通过控制系统中的逻辑电路和开关来实现的。
4. 辅助变流器模式应用辅助变流器模式在HXD1C机车中广泛应用于许多方面，包括：4.1 车内照明机车运行过程中，车内需要提供足够的照明，以确保驾驶员和乘客的安全。
辅助变流器模式可将逆变桥切换到辅助供电系统，为车内照明设备提供电力。
4.2 暖风设备在寒冷的季节里，机车内部的暖风设备对于驾驶员和乘客的舒适性至关重要。
辅助变流器模式可为暖风设备提供所需的电力。
通过切换逆变桥，机车可以通过辅助供电系统来驱动暖风设备。
4.3 通信设备HXD1C机车上还装备有各种通信设备，包括语音对讲机、无线电台等。
这些设备需要稳定的供电才能正常工作。
辅助变流器模式可以为这些通信设备提供所需的电力，确保通信畅通无阻。
4.4 其他辅助设备除了上述应用外，辅助变流器模式还可以为其他辅助设备提供电力，如车门控制系统、列车信息显示屏等。
5. 结论HXD1C机车辅助变流器模式是一种为辅助设备提供电力的工作模式。
通过切换机车牵引变流器中的逆变桥，可以将电能转换为所需的交流电，满足机车内部各种辅助设备的供电需求。
交流传动电力机车辅助变流器的原理及作用
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辅助变流器的设计
辅助变流器的设计HXD1C型6轴7 200 kW货运电力机车是用于干线铁路的大功率交流传动电力机车，该机车采用了具有完全自主知识产权的电气交流传动系统，结束了长期以来国内大功率交流传动电力机车电气系统核心技术被国外公司垄断并完全依靠进口的局面。
辅助变流器为HXD1C型电力机车电气系统的重要组成部分，每台机车配有2个辅助变流柜，为机车辅助负载提供三相交流电源。
正常工况下，2台辅助变流器都工作时, 一台为变频变压型（VVVF），一台为恒频恒压型（CVCF），互为冗余；当其中任意一台故障时，另一台只能工作于CVCF模式，为所有的辅助负载提供电源。
1.主电路及技术参数该辅助变流器采用单相桥式四象限整流＋两电平三相桥式逆变的主电路形式。
从机车牵引变压器辅助绕组获取单相交流电压，经四象限整流器转换为恒定直流电源，并通过支撑电容进行能量储存，然后由逆变器将恒定直流电源转换为三相PWM交流电，再通过LC 滤波器为机车辅助负载提供三相正弦交流电压。
在输入端、支撑电容端及输出端配置电压传感器，实现对输入电压、中间直流电压及三相输出电压的监视及保护；输入端及逆变器模块输出端配置电流传感器，实现对输入电流及输出电流的监视及保护。
图1是辅助变流器的主电路图。
矚慫润厲钐瘗睞枥庑赖。
辅助变流器的主要技术参数如下：额定容量248 kVA 额定输入电压单相交流470 +112.8V额定输入电流474 A 输入电压频率50 Hz输出电压CVCF（440±44）V2.总体结构辅助变流器的总体结构布置如图2所示。
柜体外形为立式长方体，外形尺寸为1 200 mm×1 050 mm×2 000 mm（长×宽×高）。
柜体外壳采用不锈钢材料制作，为全密封、整体散热结构，能满足IP54防护等级。
柜内发热部件采用强迫风冷的方式散热，风道入口装有防尘过滤网，使辅助变流器可用于环境较恶劣的场合。
柜体内部主要部件（如整流器模块、逆变器模块、支撑电容模块、控制单元等）采用模块化设计，便于安装、检修及维护。
CRH2动车组辅助变流器设计说明--解析
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二.APU介绍
继电器单元各种信号输出 ①ＡＲｆＫ闭合：ＡＰＵ的输入电压一旦被确立（ＡＣ２ ５０Ｖ以上）的话，由来自ＣＰＵ的指令，ＡＲｆＫＲ被 励磁（CN2插座的5脚即“101X”线得电），ＡＲｆＫ闭 合。在ＡＰＵ停止的时候，变频器、逆变器变为ＯＦＦ， ２０秒之后ＡＲｆＫ断开。 ②ＡＰＵ故障：ＡＰＵ发生重故障的情况下，通过来自Ｃ ＰＵ的指令，对ＡＰＵＦＡＵ进行励磁。常闭触点断开， CN1插座的10脚与16脚即M100线与M135线断开。常开 触点吸合，CN2插座的20脚即93C线得电。由此，向监视 器发出ＡＰＵ故障信号。 ③瞬间停电检测：ＡＰＵ的输出在停止的情况下，根据Ｃ ＰＵ的指令，向外部输出瞬间停电检测信号（CN2插座的 6脚即112G线得电）。（停电最短为０．５秒）
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一.概述
①额定电压 ②电压变动范围 使用条件 ①环境温度 输出电压种类和技术参数
类别 交流３相
输入电源参数
辅助变流器技术参数
ＡＣ４００Ｖ（５０Ｈｚ）单相 ＋２４％～－３１％（连续）， －２５～＋４０℃（外界温度）
交流单相
－３７％（１０分钟）
直流 （辅助整流器箱） ＡＣ２２０Ｖ １２ｋＶＡ 同左 同左 － ＤＣ１００Ｖ ５８ｋＷ ±１０％ － －
变压器TR1
电抗器ACL2
ACL1+ATr
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二.APU介绍
APU后端
APU前端
风机
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滤网15
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二.APU介绍
APU动作逻辑说明
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二.APU介绍
动作： APU启动： ①控制电源ＯＮ：ＣＶＤＲ继电器被励磁（继电器单元中）。（CN1插座的9脚与15脚 即M435线及M436线闭合）。 ②ＡＰＵ起动：控制电源闭合后，再闭合ＶＣＢ的话，ＡＰＵ的输入电压确立，ＡＰＵ 开始起动。 ＶＣＢ闭合后，控制电源再被闭合的话，ＡＰＵ的ＣＰＵ初期复位、然后起动开始。 ③ＤＣＨＫ的闭合：ＡＰＵ的输入电压一旦被确立（ＡＣ２５０Ｖ以上），通过来自Ｃ ＰＵ的指令，ＤＣＨＫＡＲ被励磁（继电器单元中） ，ＤCＨＫ主触头断开。 ④ＩＶＫ２的闭合：ＤＣＨＫ线圈吸合0.５秒后，由来自ＣＰＵ的指令，ＩＶＫ２ＡＲ 被励磁（继电器单元中）。IVK2闭合。 ⑤ＩＶＫ１的闭合：ＩＶＫ２被闭合开始１．５秒之后，由来自ＣＰＵ的指令，ＩＶＫ １ＡＲ被励磁（继电器单元中） 。ＩＶＫ１被闭合，IVK2断开，０．５秒后变频器 进行软起动。变频器的输出电压在达到DC７００Ｖ的时候，逆变器的输入电压被确 立，０．５秒之后逆变器进行软起动。 ⑥３ＰｈＭＫ的闭合：ＩＶＫ１闭合起０．５秒之后，由来自ＣＰＵ上的指令，ＡＰＵ ＫＡＲ被励磁（继电器单元中） ，３ＰｈＭＫ闭合。 ＡＰＵ停止： ＶＣＢ变为ＯＦＦ、如没有输入电压（ＡＣ２５０Ｖ未满），ＡＰＵ停止。变频器， 逆变器变为ＯＦＦ后，ＩＶＫ１、３ｐｈＭＫ在２０秒之后断开，ＤＣＨＫ２２秒之 后断开。
辅助变流器启动步骤
辅助变流器启动步骤针对辅助变流器的工作性质、组成、负载特性，辅助变流器启动必须确保主电路、控制系统和负载的安全。
在辅助变流器的正常启动之前，辅助变流器相应配置应准备好，辅助变流器状态良好，负载电路无故障或者已隔离故障部件。
辅助变流器的启动主要包括以下步骤：一、系统初始化系统初始化就是对辅助变流器状态进行自检，确保辅助变流器已做好了投入工作的准备。
闭合辅助变流器开关，通过辅助变流器柜体TI插头T1：6和T1：7将DC110V 控制电源施加，经过电源滤波组件RC1，将110V电压传送到开关电源板，控制箱开关电源插件启动，系统自检开始，CPU对各插件、传感器及模块同步信号进行检查，各插件工作正常、部件状态正常时，KM1中间接触器闭合，检查控制箱的各插件面板指示灯状态如下：◆确认模拟入出板上三个开关都打到正常位；◆DIO插件：2A灯亮逆变器风机开关闭合，5B灯亮辅助变流器正常，1A灯亮代表本台辅变为CVCF，1A灯灭代表本台辅变为VVVF；◆开关电源插件：11B绿灯亮开关电源板正常工作；◆四象限插件：1A、12AB、13AB闪动，10A亮，系统有有同步信号，无启动信号；27A灯亮同步信号正常。
◆逆变器插件：29B灯闪烁程序运行正常；30A,30B,31A慢闪逆变器R、S、T相脉冲指示灯；◆CPU插件：5B灯闪烁CPU板工作正常，6B灯亮控制体统与网络通信正常；◆控制箱风扇层正常运转；此时自检结束，辅助变流器已做好准备。
若辅助变流器存在故障，CPU板接受到故障信息，第一时间将终端KM1中间接触器线圈的110V电源信号，KM1断开。
自检结束，辅助变流器未做好准备。
故障信息通过网络通讯传送、显示及记录。
二、电路预充电系统初始化正常，机车升弓后网压同步信号传送给辅助变流器，通过同步变压器TB1，将100V的网压同步信号传送给模拟入出板和四象限板，之后送给CPU板，CPU板5A灯亮（有网压）。
合主断路器，ACU接受到网络传送的启动信号，SV1电压传感器对输入电压进行检测，确定输入电压无异常之后，辅助变流器开始启动。
HXD3型电力机车辅助电路分析
HXD3型电力机车辅助电路分析HX D3型电力机车辅助电路分析电力机车辅助系统是机车的重要组成部分，其作用是为机车牵引及制动系统提供保障，包括通风、冷却系统、压缩机及空调等。
辅助变流系统为机车辅助系统提供三相交流电源，属于机车自用电部分。
辅助变流系统的性能好坏，直接关系到机车能否正常运行。
HX D3型电力机车的辅助电路由辅助变流器供电电路、110 V充电电源模块电路、辅助加热装置电路和辅助电路的保护电路四部分组成。
辅助电路如图1所示。
1．辅助变流器供电电路HX D3型电力机车辅助变流系统采用两电平式的交-直-交流变流器，将来自于主变压器辅助绕组的单相交流电能变换为三相PWM电压输出，通过滤波电感和滤波电容的平波整形作用，获得准三相正弦波电压，供给辅助电动机驱动辅助装置运转。
由此可见，辅助变流器供电电路主要由辅助变流器、滤波装置和负载电路三部分组成。
（1）辅助变流器HX D3型电力机车设有两套辅助变流器UA11、UA12。
在正常情况下辅助变流器UA11、UA12全部工作，基本上以50％的额定容量工作，辅助变流器UA11工作在VVVF方式，辅助变流器UA12工作在CVCF方式，分别为机车辅助电动机供电。
当某一套辅助变流器发生故障时，不需要切除任何辅助电动机，另一套辅助变流器即可承担机车全部的辅助电动机负载。
此时，该辅助变流器按照CVCF方式工作，确保机车辅助电动机供电系统的可靠性。
两套辅助变流器UA11、UA12分别同两套主变流器安装在一起，组成功率变流柜。
辅助变流器（APU）单独采用强制风冷方式。
图1 HX D3型电力机车辅助电路原理图辅助变流器由四象限脉冲整流器、中间直流回路和两电平式PWM 逆变器组成，变流元件采用IGBT元件。
辅助变流器UA11、UA12的脉冲整流器由主变压器二次侧3U1-3V1和3U2-3V2线圈供电，将单相交流电转换为恒定电压的直流电，供给逆变器单元将其转换为三相交流电，对辅助电动机分类供电。
辅助变流器IGBT的工作原理
辅助变流器IGBT的工作原理
辅助变流器的整流器模块及逆变器模块均采用了IGBT元件并联技术，即每个桥臂上2个IGBT元件并联。
IGBT元件并联技术的关键是优化其并联的静态特性及动态特性：通过IGBT元件的合理布局及对称布线，获得良好的静态并联特性；通过IGBT元件的选型、参数的一致性、门极驱动技术的优化，获得良好的动态并联特性。
辅助变流器的整流器、逆变器模块包含散热器、IGBT元件、复合低感母排、驱动单元以及温度检测单元、电源模块等，是功能独立的高度集成功能模块。
辅助变流器接线图
由于开关元件的di /dt在其快速关断过程中很大，会产生较大的尖峰过电压（其值为Δu=Ls(di/dt)，式中Ls为线路中杂散电感与元器件上分布电感的总和），对开关元件极为不利。
在选用无感或低感元器件后，主电路的电感就取决于元器件的连接形式[3]。
在对元器件合理布局的基础上，辅助变流器中模块与中间直流环节支撑电容的连接采用了低电感复合母排技术，大大降低了主电路上的分布电感，有效地抑制了尖峰过电压Δu，保证IGBT元件运行于安全工作区。
辅助变流器是机车电气系统及通风系统的重要组成部分，采用车
外进风、车内排风的通风方式，承担着为机械间供风的任务。
通过合理的风道设计以及大量的风道实验验证，该辅助电源在结构上较好地解决了散热、柜体密封和快速检修等各项关键技术，同时也保证了机车运行时对风量的需求。
考虑到冬季低温时机械间的温度，在风道设计时，留有进风调节口，在冬季工作时可以通过调节进风口状态，实现部分车内进风，以调节机械间温度。
目前，该辅助变流器已批量装于HXD1C型电力机车上，运行稳定、可靠，能满足该型电力机车的运用要求。
CRH5牵引辅助变流器介绍
LED显示器
BAT
SEB
OFF RUN
24
LED显示器
LED
Status 状态
Label 标签
Color 颜色
1
15V Power supply OK 15V供应功率OK
BAT
Green
2
DSP – FPGA bus activity DSP-FPGA总线状态
RUN Yellow (blinking)
30
功能描述
• AGATE控制AUX3(ACU)电子架提供以下功能:
1. 连接到牵引变流器 DC线路 的两个斩波器输入调整计算程序的处理. (两个斩波器用共同调节器)
2. 三相逆变器调整计算程序的处理
3. 通过MVB总线接收TCMS控制功能。
28
AA3 interface connectors: AA3 接口连接器：
J14
Connector DB-9 连接器
Connector DIN 41612 9 48 pins Type E
Connector POSITRONIC 30 pins Size 16
P8
AA3 internal connectors:
输入电压
3000 Vcc
输出电压
400Vac - 50Hz
斩波器阶段
开关频率 4kHz
IGBT
1200A 3.3kV
逆变器阶段
开关频率 2kHz
IGBT
1400A 1.2kV
4
开关阶段, 原理图
辅助电路
5
斩波阶段
6
T1阶段中斩波器的操作
7
T2阶段中斩波器的操作
8
T3阶段中开关的操作
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输入电压 采样
输出电流 检测
输出电流 调整
输出电流 采样
频率调整
输出频率
f
T0
Ud TM
U0
输出电压
TN
R
80C196KC HSO输出
S
T
输出电压 检测
输出电压 调整
输出电压 采样
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IGBT门极驱动板(GDU)原理
IGBT门极驱动板(GDU)分为整流器门极驱动板和逆变
器门极驱动板，IGBT整流器门极驱动板与IGBT逆变器门极
• HXD1C机车辅助变流器由主变压器提供AC470V经四象限 进行整流到DC850V，通过中间支撑环节后进行逆变成 三相AC440V电压。
• 为减小PWM波对辅助电机的不利影响，在逆变器的输出 端加输出电压滤波器。
• 主电路包含：输入电路；整流电路； • 中间直流环节； • 逆变电路；滤波电路。
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主电路原理图
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三相负载
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控制箱风扇 控制箱 控制接口
中间电压传感器 充电接触器
主接触器 快熔
输入电流传感器 滤波电容
整柜布局（一）
逆变模块 整流模块
KM1 充电电阻
风机 风机自动开关 输出电压传感器
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输出滤波电感 输入电抗器
整柜布局（二）
风道滤网
返回
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二、主电路工作原理
±24VDC
电源板
模拟入出板
整流控制板 逆变控制板
CPU板
MVB板
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（一）数字入出板（DIO）
数字入出板共包含10路数字输入/输出通道。
数字量输入环节：
光电隔离 110V的指令信号
转换
输出电压 输出频率 额定容量 额定输出电流
技术参数
TGF54 AC470V （329V～582.8V） 50 Hz DC850V ≥94% DC110V （77V～137.5V） 1200×886×2000mm 1500kg ≤10%
CVCF 三相440V 60Hz 248kVA 326A
VVVF 三相40～440V 10Hz～60Hz 248kVA 326A
驱动板原理相同，整流器门极驱动板是两相，逆变器门极
驱动板是三相，整流器门极驱动板与逆变器门极驱动板相
比，少了一路逆变相。
IGBT
电源电路
门
极
脉冲分配电路
脉冲分配
驱
组件门极驱动
门极驱动控制
动
板
保护电路
故障检测和保护
组成部分
实现功能
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电源模块
• 整流模块、逆变模块使 用
• 输入：DC110V; • 输出：DC15V; • 功率：50W; • TE003－422000
（一）输入电路
1、输入隔离 2、输入电压的监视 3、输入电流监测 4、短路或过流保护
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（二）整流电路
包括
1、储能电感L 2、四象限变流器模块UR1。
模块UR1采用两电平单相桥式电压型变流电路， 功率开关器件为IGBT ，其作用：
1)电网电压在一个范围内波动时，使中间回路的 直流电压保持恒定，确保电机侧逆变器的正常工作；
接电抗器 库用电源
三相输出
返回
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四、控制电路构成及功能
• （1）控制插件布置
DIO POWER AIO 4QS WR CPU MVB
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（2）控制原理图
辅辅辅辅辅
辅辅辅辅辅 I GBT信 信
信信信信信信信信信
信信信信信 信信信信信信信
辅辅辅辅
信信信信信 信信信信信信信
信信信信信 信信信信信信信信信信
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中间直流电容组件
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中间直流放电电路
放电接触器 放电电阻
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（四）逆变电路
•
主要是逆变器模块UA1，它采用两电平三
相桥式电压型逆变路，功率开关器件为IGBT。
作用：
恒定直流电压
转换为 三相交流电压 PWM波
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IGBT逆变器控制框图
频率给定
频率采样
输入电压 检测
输入电压 调整
➢ HXD1C机车辅助系统工作在冗余模式,每台配置两台 辅助变流器（一台为CVCF，一台为VVVF），每台辅 助变流器由单独的辅助绕组供电。
➢ 主要负载：辅助变流器向通风机组、空气压缩机组、 空调、加热器、蓄电池充电器、油泵、水泵等辅助 设备。
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型号 额定输入电压 额定输入频率 中间电压 效率 控制电压 外形尺寸 质量 输出电压谐波含量
柜体器件
风机信号
充电接触器 （K2）
主接触器 （K1）
三相输出电压 （SV4、SV5、SV6）
接地保护 （SV3）
直流电压 （SV7、SV8）
输入电压传感器 （SV1）
输入电流传感器 （SC1）
同步信号 （TB1）
整流器模块
中间电压 （SV2）
逆变器模块
（4）主要器件连接 控制箱插件
数字入出板
＋5VDC ±15VDC
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门极附板
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（五）滤波电路
主要包括：滤波电感、滤波电容
将PWM波三相交流电压滤成 列车负载所需的三相正弦波形电 压，以保证输出电压的谐波含量 满足技术要求。
滤波电容
滤波电感 （FLT1）
返回
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接电抗器
三、辅助变流器对外 接口
控制线接口
MVB通迅接口
AC输入-1
库用电源
AC输入-2
2)在电网侧要获得一个近似正弦波的电流，减少 对周围环境的电磁干扰，在牵引工况和再生制动工况 下，使供电接触网或牵引变压器一次侧的功率因数可 接近1。
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电抗器
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逆变模块 整流模块
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（三）中间直流环节
大容量电容组装 C1、C2 母 排
整流器、 逆变器模块
作用：
1、保持恒定的直流电压。 2、电容上并联均压电阻R5～R10, 使每组电容上的电压基本相等，使 用电压传感器SV2对中间电压进行 监视。 3、电容两端并联接地保护装置， 通过对电容电压的检测比较实现接 地保护功能。
7200kW机车辅助变流器
时代电气售后服务中心 2009年08月28日
主要内容
一、辅助变流器简介 二、主电路工作原理说明 三、辅助变流器对外接口 四、控制电路构成及单板功能 五、动作条件 六、安全规范及故障分析
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一、辅助变流器简介
➢ 电力机车辅助系统是电力机车的重要组成部分，主 要包括辅助电源、辅助电机以及相应的控制电路等 部分。它的主要功能是保证电力机车主电路发挥其 功率，确保机车正常运行。
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（3）控制电路功能
• 程序逻辑控制和脉冲控制。 • 控制电路具有自诊断及故障数据记录功能，
故障数据可通过RS232接口下载。 • 采用DSP微机数字控制，采用PI电压调节室显示屏上显示 电源系统的状态及故障情况。
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