《电力机车辅助变流器》
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。
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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。
辅助变流器
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
辅助变流器.
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技术参数
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 AC470V 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
f
T0
输入电压 检测 输入电压 调整 输入电压 采样
R
Ud TM U0
输出电压
80C196KC HSO输出
S
输出电流 检测
输出电流 调整
输出电流 采样
TN
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 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。
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
7200kW电力机车辅助变流器
（4）主要器件连接
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（一）数字入出板（DIO） 数字入出板（DIO）
数字入出板共包含10路数字输入 输出通道 路数字输入/输出通道 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 高、低电平信号
（如：系统工作指令、 复位指令、接触器闭 合反馈信号） 隔离 高、低电平信号 转换
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（二）开关电源板（POWER） 开关电源板（POWER）
开关电源板是一种具有原次边隔离的 多重开关电源，采用DC/DC变换。 DC输入：110V DC输出：＋5V、±15V、±24V 为SIV控制单元提供控制电源，为 IGBT变流模块提供电源，为SIV柜体内各 种插件、传感器提供电源。 11B 常亮（绿色）正常工作 常亮（绿色） 37B 常亮（红色）中断保护状态，不工 常亮（红色）中断保护状态， 作。
逆变控制板灯孔定义
灯位 亮灯定义 ● 26A红灯 逆变器故障（表示正在往CPU板送 逆变器故障） ● 26B红灯 灯亮表示逆变器直流过压 ● 27A红灯 灯亮表示逆变器模块过载 ● 27B红灯 灯亮表示逆变器模块故障 ● 28A红灯 灯亮表示逆变器输出三相不平衡 ● 28B黄灯 灯亮表示逆变器门极释放，逆变器 开始工作 ● 29B黄灯 闪烁表示程序运行指示灯 ● 30A绿灯 逆变器R相脉冲指示灯 ● 30B绿灯 逆变器S相脉冲指示灯 ● 31A绿灯 逆变器T相脉冲指示灯
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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： 作用：
恒定直流电压 转换为 PWM波 波 三相交流电压
电力机车辅助变流器的研究与设计
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《 冶金自动化》 &..> 年 5(
为 !" #$ % & ； 逆变器 ’! 单元驱动一台变压器风 机（ 或变压器油泵电机） 和二台制动风机， 功率为 () #$ * () #$ % & + )& #$； 逆变器 ’, 单元驱动一 台压缩机， 功率为 !" #$。机车另一端辅助变流器 的负载分配情况与此完全相同。 ! - "# 变流器电路结构 辅助变流器由前级变流器（ 网侧变流器） 和后 级变流器（ 电机侧变流器） 组成， 前级变流器是一 台相控整流器（ 容量 !.. #/0 ） ， 后级变流器由三 台容量等同的逆变器（ 容量 (.. #/0 % ! ） 单元组 成。一般按照辅机的类别和工况来分配和组合负 载， 并将这些负载分配到不同的逆变器单元中。 前级变流器采用单相相控整流器， 开关器件 用晶闸管； 电路结构为单相半控桥， 电路原理如图 & 所示。后级变流器的每个逆变器均为三相桥式 逆变器， 所用开关器件为 1234， 其原理如图 ! 所 示。
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弦波滤波器， 目的是将逆变器输出的 5D$E 波滤 成准正弦波。所定义的准正弦波的概念是： 波形 瞬间电压上升 近似于正弦波， 谐波含量小于 , A ， 率（ F! " F# 值） 小于 &.. /， 电压波形上叠加的尖峰 值 $ G# 小于 &.. /。这样的波形可以满足机车辅助 所用普通异步电动机非特殊设计的运行要求， 对 于机车辅机既可以充分发挥其额定功率， 又可以
电力机车辅助变流器的研究与设计
张全柱! ， 邓永红" ， 潘玉民" ， 史雪明!
（ ! 北京交通大学 电气工程学院， 北京 !###$$ ； " 华北科技学院） 摘要： 分析了国产电力机车由劈相机驱动辅机供电存在的问题， 针对这些问题， 提出了使用静止式交直交变流 器实现机车辅助供电的方案， 成功地研制了交直交变流器系统完成电力机车辅助电机供电。 关键词： 电力机车； 辅助变流器； 辅助电机； %&’( 控制
辅助变流器
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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
亮灯定义 灯亮表示控制系统正处于复位状态 灯亮表示逆变器部分出现故障 灯亮表示整流器部分出现故障 灯亮表示主回路部分出现故障 灯亮表示网压不在正常范围内 灯亮表示控制系统发出整流器工作信号 灯亮表示控制系统发出逆变器工作信号 灯亮表示有网压 灯周期性闪烁表示CPU 板工作正常
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（七）通讯接口板（MVB）
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
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。
HXD2型电力机车辅助变流器介绍和常见故障处理
HXD2型电力机车辅助变流器介绍和常见故障处理摘要：本文针对HXD2大功率电力机车辅助变流器（简称辅变）原理、组成和辅助变流柜柜体布局进行了详细介绍，并分析了辅变故障机理和运行中常见的故障类别及处理方法。
关键词：HXD2 辅助变流器原理和组成故障处理1 引言HXD2型电力机车是干线货运用八轴大功率交流电传动电力机车。
由原中国北车集团大同电力机车有限责任公司与法国阿尔斯通交通运输股份有限公司联合开发。
从2006年到2008年，分三个阶段总共交付180台机车，编号为HXD20001-HXD20180，全部配属原太原铁路局湖东机务段，运行于大秦铁路、同蒲线及宁可线，牵引重载货运列车[1]。
辅助变流器是交流传动电力机车必不可少的、重要组成部分，主要为机车辅助负载提供三相或单相交流电源，或为充电机提供供电电源。
辅变故障的解决对机车能否正常运行至关重要。
2 辅助变流器HXD2型电力机车共有A、B两节，每节机车包含1台辅助变流柜，是由两组辅助变流器、一组充电机电路和一组 AC220V 电路组成，其中辅助变流器一组为定频输出，另一组为变频输出。
定频输出为泵类等不需要变频功能的负载供电，输出为 380Vac(50Hz)；变频输出为风机类需要变频功能的负载供电,三种输出方式380Vac(50Hz)、304Vac(40Hz)和 190Vac(25Hz)。
2.1 辅助变流器组成两组变流器硬件电路和器件参数完全相同，主要由输入电路，中间电路和输出电路组成。
输入电路主要由输入熔断器（CC（ENT）CVS）、电压传感器（CA（U-ENT）CVS）、电压检测器（IT（DC）FI-CVS）、滤波电阻（R-FI（ENT）CVS、滤波电容（CAP-FI（ENT）CVS）、放电电阻R（DC）FI（ENT）CVS、电流传感器（CA（I-IT）CVS）、斩波模块（PAN-HC-CVS）和滤波电抗器（SF-FI（IT）CVS）等组成；中间电路主要由电压传感器（CA（U-IT）CVS）、电压检测器（IT（DC）FI-CVS）和过压保护模块（PAN-ECR-CVS）组成；输出电路主要由逆变模块（PAN-OND-CVS）、输出滤波电抗器（SF-FI-OND-CVS）、输出电流互感器（TFI-ONDR-CVS、TFI-ONDS-CVS、TFI-ONDT-CVS）、输出电压传感器（CA（U-380）CVS）、输出接触器和故障切换接触器组成[2]。