电力机车牵引变流器电气原理分析与检修Word文档下载推荐.docx
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2．设计内容与要求
1）大功率交传机车主传动系统分析
（1）主传动系统的结构及技术特点；
（2）交传机车牵引电机的结构与工作原理，大功率交传机车牵引电机常用的调速方式与功率调节方式；
（3）对交流机车牵引传动采用变频调速、调功与其它方式进行对比分析；
2）TGA9型牵引变流器主电路分析
（1）多重四象限整流电路工作原理分析：
查阅相关技术资料，对牵引变流器常用的整流电路类型进行分析，重点对TGA9型多重四象限整流电路进行技术分析；
（2）中间直流环节滤波电路的结构与电路分析，滤波电容预充电的方式；
（3）PWM逆变器结构与工作原理分析；
常用逆变开关器件的结构与工作原理，重点对IGBT的结构及集成驱动电路进行分析；
3）TGA9型牵引变流器控制电路的设计与分析
（1）掌握常用PWM芯片的结构与工作原理，根据电气原理图对PWM逆变控制电路进行分析；
（2）牵引变流器过流、过压与温度保护电路的分析。
4）TGA9型牵引变流器的使用维护
四、设计参考书
[1]周志敏等，IGBT和IPM及其应用电路，人民邮电出版社出版
[2]变频调速三相异步牵引电动机的设计
[3]徐立娟、张莹，电力电子技术，高等教育出版社
[4]王青松，三相电流型多电平整流器的研究，浙江大学硕士学位论文
[5]郭佳，电力机车辅助变流器三相逆变器的控制研究，北京交通大学硕士学位论文
[6]林渭勋，现代电力电子电路,浙江大学出版社
五、设计说明书要求
1．封面
2．目录
3．内容摘要（200－400字左右，中英文）
4．引言
5．正文（设计方案比较与选择、设计方案原理、计算、分析、论证，设计结果的说明及特点）
6．结束语
7．附录（参考文献、图纸、材料清单等）
六、毕业设计进程安排
1．第1周熟悉毕业设计具体任务，进行相关资料收集，了解设计原理，选定设计方案。
2．第2周至第3周完成交传机车主传动系统的结构与工作原理的分析。
3．第4周至6周完成对TGA9型牵引变流器控制电路的结构与工作原理的分析，查找资料完成牵引变流器的日常使用与维护。
4．第7至8周进行毕业设计论文初稿的撰写。
5．第9周完成论文初稿的编写。
6．第10周完成设计任务书。
7．准备毕业设计答辩。
七、毕业设计答辩及论文要求
1．毕业设计答辩要求
答辩前三天，每个学生应按时将毕业设计说明书或毕业论文、专题报告等必要资料交指导教师审阅，由指导教师写出审阅意见。
学生答辩时对自述部分应写出书面提纲，内容包括课题的任务、目的和意义，所采用的原始资料或参考文献、设计的基本内容和主要方法、成果结论和评价。
答辩小组质询课题的关键问题，质询与课题密切相关的基本理论、知识、设计与计算方法、实验方法、测试方法，鉴别学生独立工作能力、创新能力。
2．毕业设计论文要求
文字要求:
说明书要求打印（除图纸外），不能手写。
文字通顺，语言流畅，排版合理，无错别字，不允许抄袭。
图纸要求:
按工程制图标准制图，图面整洁，布局合理，线条粗细均匀，圆弧连接光滑，尺寸标注规范，文字注释必须使用工程字书写。
曲线图表要求：
所有曲线、图表、线路图、程序框图、示意图等不准用徒手画，必须按国家规定的标准或工程要求绘制。
2012年6月
摘要
HXD1C型电力机车，运行稳定、可靠，能满足该型电力机车的运用要求，实现模块化，通用化，降低了机车运营和维护成本。
HXD1C型电力机车作为我国国产率最高的新型大功率机车，在现代化铁路运输起着无可替代的重要作用。
本毕业设计针对HXD1C型机车牵引变流器及控制系统的技术特点和主要参数,描述了其结构阐述了牵引变流器功能模块和功能原理。
对HXD1C型机车在运用中主变流器、制动系统、辅助系统等常见故障进行原因分析,并介绍相应的措施。
关键词：
电力机车牵引变流器冷却系统控制系统电力机车常见故障应对措施。
Abstract
HXD1Ctypeelectriclocomotive,theoperationisstableandreliable,andcansatisfytheuseofthistypeofelectriclocomotiverequirements,realizemodular,universal,reducethelocomotiveoperationandmaintenancecosts.HXD1CtypeelectriclocomotivesinChinaGuoChanLvhighestnewtypehighpowerlocomotive.Inmodernrailwaytransportationplaysanirreplaceableimportantrole.
ThedesignspecificationforHXD1Clocomotivetractionconvertersandcontrolsystemstechnicalcharacteristicsandmainparameters,describesitsstructureelaboratedtractionconverterfunctionmoduleandfunctionprinciple.HXD1Clocomotivemainconverter,brakingsystem,auxiliarysystemsandcommonfaultsintheuseofreasonanalysis.Andintroduceappropriatemeasures。
Keywords:
ElectriclocomotiveTractionconverterCoolingsystemControlsystemofelectriclocomotiveCommonfaults;
Measures
TOC\o"
1-3"
\h\z\uHYPERLINK\l"
_Toc342223891"
第一章大功率交传机车主传动系统PAGEREF_Toc342223891\h1
HYPERLINK\l"
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1.1主传动系统的结构及技术特点PAGEREF_Toc342223892\h1
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1.2交传机车牵引电机的结构.PAGEREF_Toc342223893\h2
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1.3大功率交传机车牵引电机常用的调速方式与功率调节方式.PAGEREF_Toc342223894\h2
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第二章TGA9型牵引变流器主电路分析PAGEREF_Toc342223895\h6
_Toc342223896"
2.1牵引变流器的简介PAGEREF_Toc342223896\h6
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2.1.1牵引变流器的主要技术特点PAGEREF_Toc342223897\h7
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2.1.2牵引变流器的主要参数PAGEREF_Toc342223898\h7
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2.1.3牵引变流器的结构PAGEREF_Toc342223899\h7
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2.2多重四象限整流电路工作原理PAGEREF_Toc342223900\h8
_Toc342223901"
2.2.1四象限整流器PAGEREF_Toc342223901\h9
_Toc342223902"
2.2.2滤波电容的设计PAGEREF_Toc342223902\h12
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2.2.3滤波电容充电、放电过程PAGEREF_Toc342223903\h12
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2.3中间直流环节滤波电路的结构与电路PAGEREF_Toc342223904\h14
_Toc342223905"
2.3.1中间支撑电容PAGEREF_Toc342223905\h14
_Toc342223906"
2.3.2谐振吸收回路PAGEREF_Toc342223906\h14
_Toc342223907"
2.3.3接地故障检测及固定放电电阻PAGEREF_Toc342223907\h15
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2.3.4斩波放电（直流放电）电路PAGEREF_Toc342223908\h15
_Toc342223909"
2.4PWM逆变器结构及工作原理PAGEREF_Toc342223909\h16
_Toc342223910"
2.4.1PWM逆变器结构。
PAGEREF_Toc342223910\h16
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2.4.2PWM逆变器原理。
PAGEREF_Toc342223911\h16
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2.4.3电压型PWM整流器间接电流控制PAGEREF_Toc342223912\h18
_Toc342223913"
2.5常用PWM芯片工作原理PAGEREF_Toc342223913\h19
_Toc342223914"
2.6脉宽调制逆变器PAGEREF_Toc342223914\h20
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2.7逆变桥的换相过程PAGEREF_Toc342223915\h21
_Toc342223916"
2.8三相逆变器的变频变压的原理分析PAGEREF_Toc342223916\h22
_Toc342223917"
2.8.1基本工作方式——180°
导电方式PAGEREF_Toc342223917\h22
_Toc342223918"
2.8.2波形分析（图2.25）PAGEREF_Toc342223918\h22
_Toc342223919"
2.9IGBT的结构及集成驱动电路分析PAGEREF_Toc342223919\h23
_Toc342223920"
2.9.1IGBT的结构PAGEREF_Toc342223920\h23
_Toc342223921"
2.9.2IGBT集成驱动电路PAGEREF_Toc342223921\h25
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2.9.3设计栅极驱动电路时，主要考虑的问题PAGEREF_Toc342223922\h25
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2.10牵引变流器过流、过压与温度保护电路.PAGEREF_Toc342223923\h26
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第三章TGA9型牵引变流器的使用维护PAGEREF_Toc342223924\h28
_Toc342223925"
3.1牵引变流柜故障PAGEREF_Toc342223925\h28
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3.1.1整流，逆变模块PAGEREF_Toc342223926\h28
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3.1.2TCU控制箱插件板PAGEREF_Toc342223927\h29
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3.1.3网络控制模块故障PAGEREF_Toc342223928\h29
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3.1.4牵引变流器短接接触器PAGEREF_Toc342223929\h29
_Toc342223930"
3.2制动系统PAGEREF_Toc342223930\h30
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3.3车顶设备PAGEREF_Toc342223931\h30
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3.4辅助系统PAGEREF_Toc342223932\h30
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心得体会PAGEREF_Toc342223933\h32
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参考文献PAGEREF_Toc342223934\h33
第一章大功率交传机车主传动系统
1.1主传动系统的结构及技术特点
交流传动技术是一门综合技术，但其本质的特点是牵引电机采用了交流异步电动机，其一系列的有点都是由此变现出来的。
与传统的直流传动机车相比，交流传动机车具有一些明显的优势
1、结构简单
交流传动采用的异步电动机除轴承外，没有其它摩擦部件，结构简单，使得其可靠性大大优于直流牵引电动机。
直流电动机由于受到换向和机械强度的限制，最高转速只能达25O0r/min左右，而交流电机的转速可达4O00r/min以上。
所以，在同样功率的情况下，交流电机体积小，重量轻，从而改善了机车的动力学性能。
2、粘着性能好
异步电动机具有很硬的机械特性，当某个轮对发生空转时，随着转速的升高，转矩很快降低，具有很强的恢复粘着能力。
空转发生时，转速上升值不大，这样，机车在同样的粘着重量下，可以发挥出更大的起动牵引力和持续牵引力。
异步电动机的工作点可以很方便地进行平滑调节，以实现最大可能的粘着利用，不会出现粘着中断的情况。
同时，通过各轴的单独控制，当某台电机发生空转时，可调节该台电机，这样能充分利用机车的粘着性能。
由于上述特性和良好的控制功能，交流传动系统的粘着系数可以利用得很高。
3、功率大，恒功率范围广
现代交流传动机车最大轮周功率可达160OkW-18O0kW，制动功率可做到与额定牵引功率相等，恒功率速度比2.5-3。
牵引功率大导致牵引力大，而又由于粘着性能好，大的牵引力能充分发挥其牵引能力。
因此，交流传动机车有强的使用灵活性，它既可满足货运的大的起动牵引力要求，又可满足客运高速度的要求，做到客货机车通用，实现机车多拉快跑的目的。
4、可靠性高且维修简便
异步电动机无换向器、无电刷装置;
密封性好，防潮、防尘、防雪性能好;
全部电气部件均是绝缘的，且所用绝缘材料均为H级或F级，绝缘性能好，耐热性能好。
因此故障率低，可靠性高。
同时，交流传动机车的电气主回路，取消了方向转换开关、工况转换开关等故障率较高的大电器，机车控制都是通过微机控制完成，主传动系统的可靠性很高，维修量很小，且检修简便，维修费用大大降低。
5、动力性能与制动性能好
异步电动机体积小、重量轻，同时采用特殊的悬挂装置，簧下重量小，有较高的曲线通过能力，对轨面的冲击力小。
可在广阔的速度范围内实现电制动，甚至可以制动到零，制动功率大。
一部分电制动的能量可用于其它辅助设备。
1.2交传机车牵引电机的结构.
电动机运行的三相异步电机。
三相异步电动机转子的转速低于旋转磁场的转速，转子绕组因与磁场间存在着相对运动而感生电动势和电流，并与磁场相互作用产生电磁转矩，实现能量变换。
图1.1电动机外观图
电动机有两大部分组成：
定子和转子
定子：
定子是电动机静止不动的部分。
定子由定子铁芯、定子绕组和机座三部分组成
转子：
电机中的旋转部件。
转子由转子铁心和转子绕组组成：
1、转子铁心：
和定子铁心一样，既是电动机磁路的一部分，又能安放转子绕组。
2、转子绕组：
有笼型和绕线型两种。
（1）笼型绕组：
导体用铜条或铝条，两头用端环联接。
结构可靠简单，但是转子电阻固定。
（2）绕线型转子：
接成星型的三相绕组通过滑环与外电路联接，便于串入电阻改善电动机的运行性能。
1.3大功率交传机车牵引电机常用的调速方式与功率调节方式.
1.3大功率交流传动机车牵引电机常用的调速方式与功率调节方式
已知异步电动机的转速n
（1-1）
从上式可见，改变供电频率f2电动机的极对数p及转差率s均可太到改变转速的目的。
从调速的本质来看，不同的调速方式无非是改变交流电动机的同步转速或不改变同步转两种。
在生产机械中广泛使用不改变同步转速的调速方法有绕线式电动机的转子串电阻调速、斩波调速、串级调速以及应用电磁转差离合器、液力偶合器、油膜离合器等调速。
改变同步转速的有改变定子极对数的多速电动机，改变定子电压、频率的变频调速有能无换向电动机调速等。
从调速时的能耗观点来看，有高效调速方法与低效调速方法两种：
高效调速指时转差率不变，因此无转差损耗，如多速电动机、变频调速以及能将转差损耗回收的调速方法（如串级调速等）。
有转差损耗的调速方法属低效调速，如转子串电阻调速方法，能量就损耗在转子回路中；
电磁离合器的调速方法，能量损耗在离合器线圈中；
液力偶合器调速，能量损耗在液力偶合器的油中。
一般来说转差损耗随调速范围扩大而增加，如果调速范围不大，能量损耗是很小的。
1变频调速
在保证电动机变频时磁通不变，该方式通过调节电源频率实现无极调速；
变频调速方式又分交——交与交——直——交两大类型，而后一种类型又分为电压源型与电流源型。
2串级调速
该方式针对绕线转子异步电动机转子串入一个反电动势进而达到调速的目的。
串级调速有电子串级和电机串级两种方式。
电子串级方式由整流器、电抗滤波器和有源滤波器组成。
转子中的转差功率通过整流器整流、电抗滤波后，由晶闸管变换装置装换为工频交流电，经逆变变压器馈送给电网，或馈送给电动机定子变成为附加的电磁功率，此方式称为内反馈方式。
电机串级调速方式则采用附加的直流电动机将转差功率变为机械能，馈送给主电动机（机械串级），或通过异步电动机转变为工频电馈送给电网，该方式目前又被内反馈式取代的趋势。
串级调速可以将差功率收回，整体效率高。
但该方式如采用开环的方式，电动机机械特性较软，且仅适用于绕线转子异步电动机。
3双馈电动机调速
双馈电动机调速就是对绕线转子异步电动机的定子馈入恒压（额定电压）恒频（工频）电源、转子馈入变压频电源的特殊型串级调速。
该方式的容量在国内已达到2400KW，国外已达到几十兆瓦。
该方式既可次同步调速，有可以超同步调速；
但缺点是仅适应于绕线转子异步电动机
4变极调速
该调速方式通过改变定子绕组的接法去改变极对数，进而实现有级调速；
若对高电压大功率电动机进行调速，对所采用的转换开关的要求比较高，一般采用油浸式或真空式开关。
5变阻调速
该方式通过在绕线转子异步电动机的转子回路中串入可变电阻，以改变电流，降低输出转柜，即加大转差的方法实现调速。
该方式调速范围小，一般为50%~100%；
为满足大功率调速的要求，且所串电阻一般为液体电阻或调速用频敏电阻。
6液力偶合器调速
这是一种中间环节的调速装置，它以笼型电动机为原动机，以液体（油）为工质，由泵轮和涡轮组成。
泵轮由原动机驱动，带动工质油旋转，油所产生的动能和压油的动能和压力，从而改变泵轮与涡轮的转差，实现液力偶合无极调速。
其功过原理如图1.2示。
图1.2液压偶合器工作原理
液力偶合器从结构上可以分为进口调节式、出口调节式和进出口调节式三种类型，国内系列化产生的液力偶合器功率范围为50~6300KW，调速范围为10%~90%，调速比为4:
1或5:
1，适合于3000r/min以下的大功率风机、泵类负载。
缺点是：
液力偶合器使用得电动机与负载之间没有直接连接，当液力偶合器出现故障时，没法切换为工频运行;
油、水泵系统维修率高额定功率的15%。
表1.1各种调速方法的比较
第二章TGA9型牵引变流器主电路分析
2.1牵引变流器的简介
电力机车交流牵引传动系统主要包括各高压设备、主变压器、牵引变流器、牵引电机及相应控制系统。
其中，牵引变流器是电力机车传动级控制的核心部件，其功能是实现将工频电网中交流电通过变频变压控制，变换为适合于交流电力机车运行要求及频率可变的交流电。
图2.1所示。
是我国自行研制的交流传动干线货运机车的牵引变流器。
图2.1牵引变流器外观图
牵引变流器参数
额定输入电压：
970/50HZ
额定输入电流：
3*1390A
中间电压：
DC1800V
额定输出电压：
3AC1375V
额定输出电流:
3*598A
最大输出电流:
3*814A
控制电压DC110V
辅助电源：
三相440/60HZ
外形尺寸：
（3100*1060*2000）mm
质量：
2500kg
该牵引变流器主电路采用交一直一交结构，由电源侧整流器和电机侧逆变器两部分组成，中间直流电路采用大容量支撑电容储能的电压型结构，保证了两侧变流器（整流和逆变）能够在互不干扰的情况下工作。
整流器采用四象限整流
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