HXD 1C型電力機(jī)車四象限整流器工作過程

尹鳳偉

（吉林鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院，吉林 吉林 132002）

HXD 1C型電力機(jī)車四象限整流器工作過程

尹鳳偉

（吉林鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院，吉林 吉林 132002）

HXD1C型電力機(jī)車交流牽引傳動(dòng)系統(tǒng)主要包括各高壓設(shè)備、主變壓器、牽引變流器、牽引電機(jī)及相應(yīng)控制系統(tǒng)。其中，牽引變流器是電力機(jī)車傳動(dòng)級(jí)控制的核心部件，其功能是實(shí)現(xiàn)將工頻電網(wǎng)中25kV的交流電通過變頻變壓控制，變換為適合于交流電力機(jī)車運(yùn)行要求及頻率可變的交流電。

牽引變流器；電力機(jī)車；四象限整流器

牽引變流器主電路采用交——直——交結(jié)構(gòu)，由電源側(cè)整流器和電機(jī)側(cè)逆變器兩部分組成，中間直流電路采用大容量支撐電容儲(chǔ)能的電壓型結(jié)構(gòu)，保證了兩側(cè)變流器（整流和逆變）能夠在互不干擾的情況下工作。整流器采用四象限整流器，有利于提高機(jī)車的功率因素，減少諧波電流分量。逆變器采用單軸控制，當(dāng)某一軸出現(xiàn)故障時(shí)，可以將其隔離，只損失部分牽引力，有利于機(jī)車運(yùn)用。中間直流回路連接有二次諧振電路、過壓保護(hù)電路和接地檢測(cè)電路等。此外，控制系統(tǒng)還采用了直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)、再生制動(dòng)技術(shù)、TCN網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等先進(jìn)的控制技術(shù)。

1 多重四象限整流電路

牽引變流器的功能和狀態(tài)參數(shù)均由TCU監(jiān)控和保護(hù)。機(jī)車在牽引工況時(shí)，變流器將主變壓器次邊繞組上的單相交流電轉(zhuǎn)變成驅(qū)動(dòng)牽引電機(jī)所需的變壓變頻三相電。制動(dòng)工況時(shí)，牽引電機(jī)處于發(fā)電工況，變流器將電機(jī)發(fā)出的電能反饋給電網(wǎng)。以第一個(gè)主電路單元為例說明變流器主電路的工作原理。牽引變壓器牽引繞組a1原x1輸入電壓首先經(jīng)由KM4 R1組成的充電回路對(duì)直流回路的支撐電容充電，充電完成后閉合短接接觸器KM1牽引工況時(shí)單相工頻電網(wǎng)電壓經(jīng)四象限PWM整流器整流為1800V直流電壓。再經(jīng)逆變器逆變?yōu)槿郪VVF電壓供給牽引電機(jī)，再生制動(dòng)工況時(shí)牽引電機(jī)發(fā)出的三相電壓經(jīng)整流，逆變后通過牽引變壓器，受電弓反饋回電網(wǎng)，電抗器L1和C3～C8組成二次諧振回路。用于濾除四象限PWM整流器輸出的二次諧波電流RCH1為過壓斬波電阻，用于直流回路的過電壓抑制R4用于將支撐電容上的電壓放至安全電壓以下；R8、R9為直流分壓電阻、中點(diǎn)接地，用于變流器主電路接地檢。

2 四象限整流器工作過程

在牽引變流器中，四象限整流器設(shè)計(jì)成變流器模塊的形式。變流器模塊（以下簡(jiǎn)稱模塊）集成了IGBT元件、水冷散熱器、溫度傳感器、門控單元、門控電源、脈沖分配單元、支撐電容器、低感母排等部件。模塊上IGBT元件之間及與支撐電容的連接使用低感母排，減少了線路上的雜散電感，省去了吸收電路，使電路更為簡(jiǎn)潔可靠。脈沖分配單元與門控單元間的信號(hào)傳輸通過光纖實(shí)現(xiàn)，解決了高壓隔離問題，提高了模塊的抗干擾性能。四象限整流器在牽引工況下進(jìn)行交——直變換，將來自牽引變壓器的單相交流輸入電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓，為中間電路提供電能；在再生制動(dòng)工況時(shí)，通過中間直流電路進(jìn)行直——交變換，將電能回饋電網(wǎng)。

四象限整流器是在牽引工況及制動(dòng)工況下，電壓和電流間的相位角完全是可調(diào)節(jié)的。通過對(duì)電壓和電流間的相位角控制，能夠在全部四象限內(nèi)工作，從而實(shí)現(xiàn)能量的雙向流動(dòng)，如圖1所示。

圖1 四象整流電路圖原理

采用IGBT作為開關(guān)器件的四象限整流器，由高運(yùn)算粗粒能力的DSP產(chǎn)生PWM脈沖進(jìn)行控制。當(dāng)電機(jī)工作在電動(dòng)狀態(tài)的時(shí)候，整流控制單元控制整流側(cè)IGBT的開關(guān)和通斷。IGBT的開通與斷開與輸入電抗器共同作用產(chǎn)生了與輸入電壓相位一致的正彈性弦電流波形，這樣就消除了二極管整流產(chǎn)生的諧波。使功率因數(shù)高達(dá)99%，消除了對(duì)電網(wǎng)的諧波污染。此時(shí)能量從電網(wǎng)經(jīng)由整流回路和逆流回路向電機(jī)、變流器工作在第一，第三象限。輸入電壓和輸入電流波形如圖2所示。

W orking Process of Four Quadrant Rectifier of Rype HXD1C Locomotive

YIN Feng-wei
（Jilin Railway Vocational and Technical College，Jilin，Jilin 132002，China）

Type HXD1C locomotive ac traction drive systemmainly includeshigh voltage equipment，main transformer，traction converter，traction motor and the corresponding control system.Among them，the traction inverter is the core component of electric locomotive transmission level control，whose function is to realize the 25kv ac power grid of power frequency through frequency conversion variable pressure control，transformed intoalternating currentsuitable for ACelectric locomotive operation requirementsand variable frequency.

traction converters；electric locomotive；fourquadrant rectifier

TM46

A

2095-980X（2016）11-0026-01

2016-10-088

尹鳳偉（1986-），女，講師，主要研究方向：電力機(jī)車和動(dòng)車組。