交流传动电力机车主变流器原理及功能介绍
HXD1型电力机车-电气原理
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四、电气原理图说明
电气原理图电气设备代码
电气设备代码前缀” -”字母代码，依据标准DIN EN 61346 －2，具体电气设备清单见ZL功能区，举例如下： A 装配、子装配 C 电容 E 杂项，如照明装置、加热装置 K 传感器，接触器 L 互感器 M 电机 S 开关，转换器 T 变压器 X 端子、插头、插座 „„
一、主电路原理
高压隔离开关
网侧主要部件介绍
额定电压： 25 kV 额定电流：400 A
短时耐受电流：8 kA,1s
机械寿命：20000次 驱动方式：手动
一、主电路原理
网侧主要部件介绍
高压电缆总成
形式：单T型
电缆截面积：95mm2 额定电压：25kV 正常工作电压：17.5 kV～31 kV
一、主电路原理
主传动系统
网侧受流原理
升单个受电弓的 网侧电路原理图
升双受电弓的 网侧电路原理图
一、主电ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ原理
网侧检测原理
网侧电路中的高压电压互感器、原边电流互感器和回流电流互感器 等测量器件，用于向机车控制系统、牵引控制单元和能耗表等提供网侧 电压和电流信号。能耗表用于显示机车从电网取得的电能和机车再生制 动向电网反馈的电能。
一、主电路原理
网侧主要部件介绍
高压电压互感器
形式：干式 一次额定电压：25kV 额定频率：50 Hz/60 Hz
二次额定电压：150V
准确级次：C1. 05级 额定输出容量：2×10VA 爬电距离：875mm
一、主电路原理
主断路器（含接地开关）
网侧主要部件介绍
主断路器技术参数
额定电压：25kV
主变压器为卧式变压器，主变压器和谐振电抗器安装在变压器油箱内，采用油循环强迫 风冷。主变压器设有压力释放阀。
变流器的原理
变流器的原理
一般用途变流器
由一个或多个电子开关器件和相关的元器件，与变压器、滤波器、换相辅助器件、控制器、保护和辅助部件（若有）组成的，用于改变一个或多个电气特性的电力变换用的工作单元。
整流
起交流变换成直流作用的变流器称为整流器，可以是不可控的或可控的。
逆变
逆变器起直流变换成交流的作用。
交流变流器
将给定电压、频率和相数的交流电变换成不同电压、频率和/或相数的交流电的变流器。
变频器
用于改变频率的变流器。
间接交流变流器（有直流环节变流器）
带中间直流环节的变流器。
直接交流变流器
无中间直流环节的变流器。
外部换相变流器
换相电压由交流电源、交流负载或变流器之外的其他交流源提供的变流器。
电网换相变流器
换相电压由交流输人提供的变流器。
自换相变流器
由变流器内部元件完成换相的变流器。
负载换相变流器
换相电压由交流负载提供的变流器。
电压源型交流/交流变流器
提供基本上不受负载值影响且输出电压可调的变流器。
电流源型交流/交流变流器
提供基本上不受负载值影响且输出电流可调的变流器。
主变压器原理
主变压器原理主变压器是电力系统中常见的一种变压器，它在电力传输和分配中起着至关重要的作用。
主变压器的原理是基于电磁感应的，通过变换电压和电流来实现电能的传输和分配。
在本文中，我们将深入探讨主变压器的原理及其工作过程。
首先，主变压器由铁芯和线圈组成。
铁芯是由硅钢片叠压而成，其目的是增加磁路的磁导率，从而提高变压器的效率。
线圈分为初级线圈和次级线圈，它们分别连接着电源和负载。
当交流电流通过初级线圈时，会在铁芯中产生磁场，这个磁场会穿过次级线圈，从而诱导出次级线圈中的电流。
这就是主变压器的工作原理。
其次，主变压器实现电压变换的原理是基于电磁感应定律。
根据电磁感应定律，当磁通量发生变化时，会在导体中产生感应电动势。
在主变压器中，当交流电流通过初级线圈时，会产生交变磁场，从而在次级线圈中诱导出相应的电压。
通过合适选择初级线圈和次级线圈的匝数比，可以实现电压的升降。
此外，主变压器还具有功率变换的功能。
根据功率守恒定律，功率在输入端和输出端是相等的。
因此，通过主变压器可以实现电压升高而电流降低，或者电压降低而电流升高。
这对于电力传输和分配来说非常重要，可以减小电流的损耗，提高输电效率。
最后，需要注意的是主变压器的工作过程中会产生一定的损耗。
主要包括铁芯损耗和铜损耗。
铁芯损耗是由于铁芯在交变磁场中产生的涡流和焦耳热导致的，而铜损耗则是由于线圈中电流通过导线时产生的电阻导致的。
因此，在设计主变压器时需要考虑如何减小这些损耗，以提高变压器的效率和稳定性。
综上所述，主变压器是电力系统中不可或缺的设备，其原理基于电磁感应，通过变换电压和电流来实现电能的传输和分配。
了解主变压器的原理对于电力系统的设计和运行具有重要意义，希望本文能为读者提供一定的帮助。
HXD3电力机车常用问题
HXD3电力机车常用问题1、HXD3电力机车的电器线路由哪些组成部分？答：HXD3型交流传动货运电力机车的电气线路主要由主电路、辅助电路、控制电路、行车安全综合信息监控系统电路和空气管路系统电路组成。
2、机车主电路由哪些部分组成？答：机车主电路主要由网侧电路、主变压器、主变流器及牵引电动机等组成。
3、HXD3型电力机车受电弓AP1、AP2的型号和优点是什么？答：采用DSA200型受电弓。
装有自动降弓装置，当弓网故障时，可自动降弓保护。
4、高压电压互感器TV1的作用是什么？答：采用干式高压电压互感器，其次边输出通过保护用的自动开关QA1，分别送到主变流器UM1和主变流器UM2的控制单元，作为主变流器控制的同步信号使用，还可为原边电压的检测和电度表的计量提供电压输入，其变比为25000V/100V。
5、机车主断路器QF1的作用是什么？答：采用1台BV AC N99.205型真空断路器。
该断路器除接通和开断机车的总电源外，还能在主电路发生过流、接地、零压等故障时，起最后一级保护作用。
6、避雷器F1安装位置及作用是什么？答：避雷器F1接在主断路器QF1和高压电流互感器TA1之间，用以抑制操作过电压及雷击过电压。
7、高压电流互感器TA1的作用是什么？答：高压电流互感器TA1主要用作短路电流的检测，是保护用互感器，用以驱动过电流继电器KC1动作，因而对其饱和度有较高要求，对其检测精度要求比测量用互感器低。
8、低压电流互感器TA2的作用是什么？答：低压电流互感器TA2是为电度表的计量提供电流输入，为机车微机控制系统提供原边电流信号，用于原边电流显示，属于测量用互感器，要求有较高的测量精度。
9、为什么要有回流装置EB1-6?答：回流装置保证网侧向钢轨的回流用，同时保护机车轮对轴承不受电蚀，保证机车可靠接地。
10、简述原边过流继电器KC1的保护电路原理。
答：当机车发生原边过流故障时，原边过流继电器KC1动作，其联锁触点信号送入TCMS，跳开主断路器，实施故障保护。
HXD1C机车详细介绍
等效干扰电流（Jp） 机车在满功率牵引工况下，距牵引变电所10km处测量， 接触网每公里0.83Ω，6522 ≤2.5A
机车电传动型式：采用“交-直-交”电传动形式。电源侧 采用四象限斩波整流器，电机侧采用变压变频式逆变器，
向三相异步牵引电动机供电。每个电机由各自的逆变器供 电（轴控）。
1轴到2轴 2轴到3轴
2250 mm 2000 mm
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总体设计说明
机车主要尺寸
车钩中心线距轨面高度为(新轮)
880 10 mm
受电弓降下时受电弓滑板距轨面高度 ≤4750mm (新轮)
在牵引时，受电弓滑板距轨面工作高度 5200 ～6500mm
齿轮箱底面最低点距轨面高度不小于（新轮）120 mm
机车排障器距轨面高度：
100（+10 0）mm
转向架扫石器距轨面高度
30 mm
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总体设计说明
主要技术参数
机车轮周牵引功率（持续制） 机车轮周电制动功率（持续制）
≥7200 kW ≥7200 kW
机车起动牵引力（0～5 km/h速度范围内半磨耗的轮周平 均牵引力，干燥无油轨面）
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车顶设备布置
总体设计说明
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总体设计说明
司机室设备布置
整个司机室布置满足UIC651的要求 司机室及司机台的设计大量借鉴了HXD1B型机车的布置方案和成熟部件
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总体设计说明
机械间设备布置
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总体设计说明
车下设备布置
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总体设计说明
车体顶盖距轨面高
4040 mm
司机室尾部距车钩中心距离
HXD2B电力机车主变流器工作原理浅析
＝．主变流柜的构造及基本参数
１、 主 变 流 柜 的 构 造
主变流 器箱体 为立体 式结构 ，按 功能单 元区分进 行模块化 结构设 计 ，分 为轴 １单 元 、轴２单元和 散热冷 却单元 ，每个轴 单元的 四象限整 流器与 逆变器 为整体集 成 ，结 构紧凑 。主变流 器功率 容量大 ，功率模 块 采用复合母 排结构和 高压ＩＧＢＴ元件 ，高压斩波 与逆变集成 为一个模 块 ，主变 流器包 含两个 功能和 结构完全 一致 的轴 单元 ，每个轴 单元 由 两 个 四象限整流 模块和 一个逆变 模块组 成 ，各 为一 台牵 引 电机 提供交 流 电源 ，四象 限整流器 中问有 二次滤波 回路 。主变流 器功率模 块采用 水 冷技术对ＩＧＢＴ元件进行 散热 。水冷 系统采用模块 化、简统化 设计 ， 整 个系统 由两个 完全相 同独立 的冷却单 元组成 ，分别为 两套轴 单元变 流 功率模块进 行散热冷 却，两个冷 却单元只有风机 是公用 的。
04 HXD1B型大功率交流传动电力机车电气线路说明书
中国南车集团株洲电力机车有限公司设计文件HXD1B型大功率交流传动电力机车电气线路说明书更改单编号 版本0.1编 制 日 期 审 核 日 期 批 准 日 期 付金 2012-10-81概述HXD1B型大功率交流传动电力机车电气系统由主电路系统、辅助电路系统、控制电路系统以及微机通讯控制系统组成。
机车的主电路系统由主变压器原边电路以及主变压器次变牵引电路组成。
受电弓从接触网接受AC25kV, 50Hz电源，经高压隔离开关，主断路器输入主变压器，原边电流经轴端接地装置返回大地。
主变压器原边电路设有避雷器、高压电压互感器、高压电流互感器、回流电流互感器。
其中一个高压电压信号输入能耗表，另一个输入TCU；其中一个高压电流信号输入能耗表，另一个输入TCU；回流电流信号输入TCU；机车的微机控制系统对原边具有过压、欠压、过流的检测和保护功能、变压器原边具有差动保护功能。
主变压器的4个次边绕组给两个主变流器供电，主变流器采用6.5 kV 电压等级的IGBT变流元件，给6个牵引电机提供变频变压交流电源，牵引电机采用三相交流异步电机，具有过压、过流、接地保护功能。
辅助电源系统由主变流器的辅助逆变器提供电源，主变流器1的辅助逆变器模块通过辅助变压器1给变压变频负载提供3AC80…440V，10…60Hz的电源，滤波后的电压波形为近似正弦波，谐波含量不大于5％。
主变流器2的辅助逆变器通过辅助变压器2给定压定频负载提供3AC440V， 60Hz的电源，滤波后的电压波形为近似正弦波，谐波含量不大于5％。
辅助逆变器采用6.5kV IGBT 元件。
通过库内供电插座插可给负载的库内试验和机车的库内动车提供库内3AC380V，50Hz电源。
通过配置相应的接触器的分合，可实现辅助电路的冗余。
用负载的三相断路器对负载进行过流保护。
辅助逆变器检测电压，具有过压保护功能。
辅助逆变器对辅助变压器的温度进行检测，具有供超温保护功能。
接地检测装置对辅助电路进行接地检测。
电力机车工作原理
电力机车工作原理电力机车是一种使用电力驱动的铁路机车，它通过电能转换为机械能，驱动车辆行驶。
下面将详细介绍电力机车的工作原理。
1. 电力系统电力机车的核心是电力系统，它由电源、牵引变流器和牵引电动机组成。
电源可以是接触网、第三轨或者电池。
接触网或者第三轨将电能传输到机车上，电池则储存电能。
牵引变流器将直流电转换为交流电，以供牵引电动机使用。
牵引电动机是电力机车的主要动力装置，它将电能转换为机械能，驱动车辆行驶。
2. 牵引系统牵引系统由牵引电动机、传动装置和车轮组成。
牵引电动机是电力机车的动力来源，它通过传动装置将转速和扭矩传递给车轮，从而驱动车辆行驶。
传动装置通常采用齿轮传动或者链条传动。
车轮与铁轨之间的磨擦力将车辆推动前进。
3. 制动系统电力机车的制动系统主要包括电阻制动和空气制动。
电阻制动通过将牵引电动机转为发机电，将电能转化为热能散发出去，从而减速或者停车。
空气制动通过压缩空气产生制动力，使车辆减速或者停车。
电力机车通常采用电阻制动和空气制动的组合，以实现更好的制动效果。
4. 控制系统电力机车的控制系统用于控制牵引、制动和车辆的其他操作。
控制系统通常包括司机室内的控制台和车辆上的信号传输系统。
司机可以通过控制台上的按钮、手柄或者脚踏板来控制机车的运行状态。
信号传输系统将司机的指令传递给牵引变流器和制动系统，实现对机车的远程控制。
5. 辅助系统电力机车还配备了各种辅助系统，以满足车辆的其他需求。
例如，冷却系统用于冷却牵引电动机和电力系统的其他部件，保持其正常工作温度。
供电系统用于为车辆提供电能，例如为车内照明、空调和其他电子设备供电。
辅助系统的设计和配置根据机车的使用环境和需求而有所不同。
总结：电力机车的工作原理是通过电能转换为机械能，驱动车辆行驶。
它由电力系统、牵引系统、制动系统、控制系统和辅助系统组成。
电力机车是现代铁路运输的重要组成部份，具有环保、高效和可靠的特点，被广泛应用于各个国家的铁路系统中。
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交流传动电力机车主变流器原理及功能介绍
摘要：本文详细介绍大功率交流传动电力机车主变流器的电路原理、结构特点、工作方式、理论基础、安全保护方法与实施情况。
关键词：交流传动；机车主变流器；四象限整流器、PWM逆变器。
一、引子
大功率交流传动电力机车主变流器是机车交流传动系统的核心构成。
在正常
的牵引/制动工况下，主变流器内的牵引控制单元接收司机控制指令，控制各变流器单元实现电源从工频、高压不可控单相交流电源到三相可控变压、变频的交流
电源的转化，拖动异步牵引电动机，实现对牵引电机的控制。
二、主变流器的电路原理
大功率交流传动电力机车采用交—直—交电传动方式，主变压器的次边牵引
绕组向主变流器中的四象限脉冲整流器供电，实现电源从交流到直流的转换；四
象限脉冲整流器输出形成一个中间直流电路，变流器直流环节实现二次谐波吸收、直流储能、各种保护；中间直流电路向电压型牵引逆变器供电，实现直流到3相
交流的VVVF变换，拖动一台异步牵引电动机，实现机车牵引电机轴控方式。
牵
引时能量从电网流向电机，电能转化为机械能；制动时过程相反，机械能转化为
电能回馈电网。
主变流器内部设置有向加热装置提供交流电源的接口，使机车电
传动系统可以根据需求进行合理配置。
主变流器电路原理如上图1所示，按照功能可分为：四象限变流电路（输入
电路）、中间直流电路、VVVF逆变电路（输出电路）。
2.1四象限变流器
2.1.1 四象限变流器电路构成
如图1所示，四象限变流器通过主变压器的牵引绕组得电，每组四象限变流
电路由1个充电电阻、1个预充电接触器、一个主接触器及1个四象限变流器构成，四象限脉冲整流器由一个功率模块单元构成，其每一臂IGBT模块组成。
四象限变流器将交流电变换成直流电向中间回路供电。
2.1.2 四象限变流器工作原理
正常情况下，主变流器刚启动工作时，中间电压为零，所以首先开始预充电，此时主接触器断开，预充电接触器闭合，四象限以自然整流方式向中间回路电容
充电，预充电电阻的作用在于限制充电电流。
中间回路电压上升一定阀值后充电
完成，主接触器闭合，充电接触器断开并切除预充电电阻。
四象限变流器采取瞬
态电流控制方式实现中间电路电压的稳定，同时实现变压器次边的功率因素接近
于1。
2.2中间直流电路
2.2.1 中间直流回路构成
中间直流电路由中间电压支撑电容、二次滤波LC谐振电路，能耗电路、放
电保护电路和接地保护电路组成。
2.2.2 二次滤波电路
二次滤波电路由二次滤波电抗器L和二次滤波电容器C组成谐振电路，谐振
频率为100Hz，谐振电抗器置于主变压器中，谐振电容器置于主变流器中。
2.2.3 能耗电路
中间直流环节并联有耗能电阻，利用逆变器功率模块中一个富余的桥臂实现
斩波放电耗能控制。
当电力机车进入电制动工况，主变流器完成能量回馈；如果
四现象馈网能量小于牵引逆变器回馈能量，会造成中间电压升高，此时主变流器启动中间保护回路进行放电耗能；如果中间回路继续上升至设定安全阀值，则判定为主变流器故障，机车会自动切除主接触器以避免故障扩大。
2.2.4 放电保护电路
中间直流支撑电容及二次滤波电容均装有硬短接放电保护电路，当机车入库停车或停车维修时，关断主接触器使变流器断电，此时放电保护电路使中间回路电容在设定的时间范围内放电至安全值以内。
2.3 牵引逆变器
2.3.1 牵引逆变器电路
电力机车每台牵引电机由一个PWM逆变器单独供电，实现牵引电机轴控。
牵引逆变器主电路由两个功率模块组成，配置输出电流传感器，完成直流向交流的控制变换、机车制动时能量回馈、IGBT的散热及保护。
2.3.2 牵引逆变器控制原理
PWM逆变电路采用磁场定向控制策略，此策略是一种基于动态模型按转子磁链定向的矢量控制技术，通过对定子电流的励磁分量和转矩分量的解耦控制，达到分别控制电机磁链和转矩，实现快速响应的目的。
通过正弦脉宽调制技术控制PWM变流器的输出，根据电机特性曲线要求优化变流器的输出特性。
使得在牵引和制动工况下，对牵引电动机的电流最大值限制进行控制。
2.4主变流器的保护
主变流器内部两个不同的单元完全独立设置，且高压电路、低压控制电路、冷却风道各自分区隔离，同时高压区封闭且设置安全锁，只有满足一定条件下才能开锁，打开高压区，这是主要的安全操作设计。
2.4.1 过压保护
在直流回路电压大于整定值时，首先触发中间放电保护；如果中间电压继续上升或长时间触发中间放电保护，则判定出现故障，断开主接触器，切断一个牵引单元，防止故障扩散。
2.4.2过流保护
在主变流器的输入和输出侧有电流传感器，在短路和其它故障情况下，在达到最大电流设定值时自动封锁相关的模块触发脉冲，完成设定的逻辑保护动作并通过网络实现信息共享。
2.4.3 接地保护
中间回路负端设置有接地保护电路，由一个接地电流传感器实现牵引电机、中间回路等接地现象的检测并反馈回控制单元。
如果主变流器控制单元判定出现接地故障，则断开主接触器，同时封锁四象限和牵引逆变器的触发脉冲。
2.4.4 能耗电路过流保护
在能耗电路中装有电流传感器，当检测到过流状态时，断开主接触器，同时封锁四象限和牵引逆变器的触发脉冲。
2.4.5 防烟火保护
主变流器内部配置安全防火装置，出现火灾时自动实现保护，属于安全运用性设计。
四、冷却系统的工作原理
水冷却系统的原理如图2所示。
变流器功率模块中功率元器件产生的热量通过功率模块中的冷却基板与循环流过功率模块的水冷却液进行热量交换，水泵作为水冷却液的循环动力，将进行过热量交换的冷却液通过水分配器的进水口抽入
到空气-水热交换器中，然后从水分配器的出水口将水冷却液抽回到水泵，依次不断循环。
为了达到更好的冷却效果，热交换器通过其上方的冷却风机进行强制风冷。
冷却系统中压力传感器用于检测水冷却液的压力和泵的旋转方向，当水冷却
液的压力超出系统要求的范围或泵的旋转方向错误时，压力传感器输出故障信号
进行保护；温度传感器用于检测水冷却液的温度，当温度超出系统要求的范围时，温度传感器输出故障信号进行保护。
参考文献：
[1]黄济荣.电力牵引交流传动与控制，北京：机械工业出版社，1998.。