铁道机车专业教学资源库—知识点2.19：掌握HXD3型电力机车主变流器电路结构学校名称：武汉铁路职业技术学院主讲：张哲
掌握HXD3型电力机车主变流器电路结构机车采用两组主变流器UMl、UM2,分别由主变压器的牵引绕组2U1?2V6供电，主变流器再分别给牵引电动机Ml、M2、M3和M4、M5、M6供电。当任何一组或几组牵引变流器支路出现故障时，均可通过故障隔离开关进行隔离。两套主变流器的电路完全相同，以下就主变流器UM1的电路进行说明。
02/任务二主变流器电路工作原理01/任务一主变流器电路构成目录content
主变流器电路构成任务一
主变流器电路构成主变流器UM1电路如图1所示，又称牵引变流器，其内部可以看成由3个独立的“整流一中间电路一逆变”环节构成。每组牵引变流器分别有2个接触器、1个输入电流互感器、1个充电电阻、1个四象限整流器、中间电路、1个PWM逆变器、2个输出电流互感器等组成。机车6组牵引变流器的主电路和控制电路相对独立，分别为6个牵引电动机提供交流变频电源。当其中一组或几组发生故障时，可通过TCMS微机显示屏，利用触摸开关将故障的牵引变流器切除，剩余单元仍可继续工作，实现整车的冗余控制。
主变流器电路构成图1、三组牵引变流器的工作原理
主变流器电路工作原理任务二
主变流器电路工作原理01预充电电路02四象限整流器电路03中间直流电路
主变流器电路工作原理1、预充电电路四象限整流器的负载为直流回路支撑电容，我们知道电容器上的电压不能突变，在接人电路瞬间，相当于短路。当四象限整流器接通牵引变压器二次侧绕组时，如果没有限流电阻，电路将通过四象限整流器中的二极管与电容连接，会形成很大的电流冲击。预充电电路的目的在于减小这种电流冲击。预充电电路由接触器AK1、K1和限流电阻组成。当中间电压为零时，先合上接触器AK1，牵引变压器的牵引绕组通过充电电阻向四象限整流器供电，给中间直流回路支撑电容充电。当中间直流电压达到2000V时，合上接触器K1，再断开充电接触器AK1，在切除充电电阻的同时，继续向中间电路充电，直至中间直流回路电压达到2800V。此时，牵引变流器预充电过程完成，PWM逆变器才允许投人工作，向牵引电机供电。
主变流器电路工作原理2、四象限整流器电路四象限整流器电路如图2-2-31所示，其并不局限于整流功能，同时还是一个逆变器。在牵引工况时，它是一个整流器，将电网的交流电变成直流电；当机车在再生制动工况下工作时，异步牵引电机工作在发电机状态，这时四象限整流器变成逆变器，将电能回馈给电网。但无论是牵引还是再生制动，都要求电流和电压在正反两个方向工作，相当于坐标的四个象限上工作，故称为四象限整流器。四象限整流器是一个脉宽调制变流器，将电源的交流电压通过脉冲宽度控制，控制中间直流电压的幅值和流人变流器的交流电流的相位，并使交流电流的波形尽量接近正弦形。这样，使得交流侧的基波电压和基波电流的相位差接近于零，即使相移系数等于1,同时限制了谐波电流分量，也就提高了电流畸变系数。因此与相控整流器比较，四象限整流器有很高的功率系数，谐波电流含量也小得多。由于牵引变压器牵引绕组的短路电压达到40%,所以整流器的交流侧有较大的电抗。由于电抗的储能作用，四象限整流器又是一个升压整流器，将牵引绕组1450V的交流电压整流后变为2800V直流电压。
主变流器电路工作原理3、中间直流电路中间直流电路如图2所示，由中间电压支撑电容、瞬时过电压限制电路、中间电压测量电路和主接地保护电路组成。HXDa型电力机车采用的是电压型逆变器，为了稳定中间回路电压，并联了大量的支撑电容，同时它还对四象限脉冲整流器和逆变器产生的高次谐波电流进行滤波。当牵引电机工作时，由电容器上取得电能，相当于电容器处于放电状态，同时四象限整流器对电容器充电。为了保持中间电压在2800V,就必须有中间电压测量电路。通过电压传感器对牵引变流器中间回路的电压进行监测，并对四象限脉冲整流器进行控制，保证牵引变流器的中间电压维持在正常许用值范围内。瞬时过电压限制电路由IGBT和限流电阻组成。当中间电压测量电路检测到中间直流电压异常时，瞬时过电压限制电路的IGBT将导通，直流回路能量经限流电阻放电和释放，以消除过电压。过电压最容易发生于机车空转、滑行或者受电弓跳弓引起的网压中断等情况。主接地保护电路由跨接在中间回路的两个串联电容和一个接地信号传感器组成。每台主变流器含有三套独立的接地保护电路，可以分别对3组牵引变流器进行接地监测和保护。接地检测信息送至TCMS，可以实现故障显示。可以通过接地故障转换开关，实施对接保护的隔离。
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