摘要：动车组高压牵引变频系统主要用于控制牵引电机的供电。其结构简单，包括整流器、直流平滑电路、逆变器、真空交流接触器等主电路电器、无触点控制装置、控制电源等控制电路电器。因此，动车组牵引变频系统的主要性能直接影响动车组的安全运行。
关键词：高压；牵引变频系统；动车组；应用
随着高速铁路的发展，对高速动车组的性能要求越来越高。牵引系统作为高速动车组的核心技术，在动车组性能优化中尤为重要。针对高速动车牵引系统中可能出现的问题，及时发现，及时解决，全面优化控制系统，尽量减少故障的可能性，更重要的是利用现有的网络技术资源对汽车系统进行网络化。
一、牵引变频系统的概述
动车组牵引变频系统主要用于控制四台牵引电机的供电。其结构简单。整流、直流平滑、逆变、真空交流接触器等主电路电器和无触点控制装置、控制电源等控制电路电器均采用箱型结构，减少了安装空间。同时采用铝合金框架，达到轻量化的目的。
动车组高压牵引变频系统动力单元集中布置。考虑到操作维护方便，采用模块化设计。动车组高压牵引变频系统配备有两个排气口的电动轴流风机，向动力装置的冷凝器提供空气。真空接触器、继电器、无触点控制装置集中布置，便于维修。例如，半导体冷却装置分为两个单元用于脉冲整流器和三个单元用于逆变器。此外，考虑到密封性和便于检查，采用钢板弹簧式手动夹紧装置。
半导体冷却装置、电风扇等大型装置采用下拆卸结构。小控制单元的各个部分可以采用不同厂家的产品。在维护和检查期间需要更换的控制单元有其独特的内部装置形式，但每个单元在结构和功能上都保证了其互换性。
电源通过VCB经受电弓单相交流25kV、50Hz的线电压与牵引变压器一次绕组连接。主电源由VCB开关。牵引主变二次侧两个牵引绕组励磁，产生1500V（一次侧25kV）电压，输入牵引变频系统整流器。
M1、M2车辆分别装有牵引变流器，牵引运行时为牵引电机供电，制动时为再生制动控制，并具有保护功能。此外，根据车辆信息控制装置的信息，对整流装置之间的载波进行相位差运算，以降低接触网电流的高次谐波。
牵引变频系统由单相交流电源至直流电源的整流部分、直流电流至三相交流电源的逆变部分和吸收电压波动获得直流恒定电压的直流平滑电路（滤波电容器）部分组成。整流器和逆变器采用三电结构，可精确控制电压。IGBT或IPW作为半导体器件的主电路，能够实现高速开关，减少交流电压波形的畸变，从而降低牵引电机和牵引变压器的电磁噪声和转矩波动。
二、整流器概述
整流部分输入为交流1500v，变压器二次绕组侧输出50hz电压，由单相三级PWM整流器和交流接触器K组成。
通过对无触点控制装置的控制，输出直流电压为2600-3000v恒压控制，牵引变压器一次绕组侧电压、电流的功率因数1控制和无触点控制装置具有保护功能。再生制动时，进行逆变改造，以滤波电容器dc3000v为输入，向牵引变压器一侧提供ac1500v、50Hz电源。使用交流接触器K作为输入侧的主电路闭合断路器。
（一）整流器三电平PWM控制的简述
三电平整流器将由滤波电容器对直流电压分压取得的三级(正:+Ed/2,零,负:-Ed/2)电压输出到交流(牵引变压器)侧。
三电平整流器的调制方式由U相调制波ymU(U相电压指令)、正侧载波和负侧载波(三角形波)的大小关系,得到作为三级PWM信号Gsw取得+1,0,-1的信号。(为降低谐波,V相调制波ymV(与U相为逆相位)和V相载波ycV的关系也是同样地、与ycU错开180°的相位。
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为降低接触网电流谐波,在同一单元内的M1车、M2车的两台整流器之间,将其载波相位错开-90°并且每个单元相位差也每隔-45°错开。
（二）逆变器简述
逆变器以滤波电容电压为输入，通过非接触式控制装置的控制信号输出电压和频率可变的三相交流电压，并控制四台并联感应电动机的转速和转矩。在再生制动条件下，用感应电动机的三相交流电作为输入，输出直流电压至滤波电容器侧。
感应电动机的控制采用矢量控制。转矩电流和励磁电流独立控制，实现了转矩控制的高精度、转矩响应的高速化，提高了电流控制性能。电路结构与整流器相同。
（三）直流滤波电容器工作机理
滤波电容器分别配置2台整流电源和3台逆变电源，总容量8000μF，滤波电容器接备用充电电路。当启动时，充电电阻部分通过内置变压器从辅助绕组开始充电，以防止当K闭合时过大的突然电流。当逆变器关闭时，它连接到CHK。充电后（大约1秒），CHK被切断，然后连接到K。
三、主变压器和牵引电机的简介
（一）主变压器简述
动车组牵引变压器的2次绕组为2个独立绕组,每个绕组与一台牵引变流装置连接,确保2次绕组的高电抗和弱藕合性,牵引变换装置具有能稳定运行的特性。另外,为对应于每个2次绕组的增容,1次绕组配置了2个并联结构的线圈。为了减轻重量,1次、2次线圈采用了铝质线圈。1次绕组接地侧、2次绕组侧及3次绕组侧的绝缘套管采用了耐热环氧树脂将11根铜质中心导线注塑一体成形的端子板。相对于3次绕组侧的一端子使用并引出了2根中心导线。
（二）牵引电机简述
（1）电机转子
动车组牵引电机作为车辆的一个组成部分，不仅在结构设计上追求轻量化，而且在维修上也追求简单化。转子为实心笼形，也适用于高速运行。为了保证转子滑转比，转子棒采用电阻系数大、强度足够的铜锌合金（紫铜）制成。为了减小运行过程中温升引起的热膨胀，采用电阻系数小的铜作为短路环。此外，为了应对高速旋转，在短路环周围还设置了扣环。
（2）电机定子
为了追求轻量化，定子架采用无框结构框架，连接板与铁芯连接，并设有转向架安装凸台和安装座。定子机座两侧采用铝合金铸件（铝支架）制造，进一步实现了定子机座的整体轻量化。铝合金支架的材料和板厚考虑了适应高速行驶的要求。另外，铝支架定子机座的安装部分通过加固提高了强度。为防止因铁铝热膨胀差引起的位错，框架一侧采用双组对方法进行组对。对于反向驱动侧的铝支架，由于需要强制风冷，在支架上部设有风道，在支架端面设有旋转检测箱。驱动采用上安装接线盒结构。
四、结论
交通运输系统作为工业化过程中具有重要地位的产业之一，其修建和运行情况关系到中国新型工业的方方面面，例如高新技术产业同传统产业的关系，发展经济和保护生态环境的关系等等。而随着城市化进程的发展，高速动车也在交通运输体系中发挥着不可替代的作用，更重要的是，牵引控制是高速动车组、重载列车的重点研究对象。动车组高压牵引变频系统是动车组的核心动力部件。科学、合理、实用地考虑其设计结构和工作机理，使其能够连续稳定运行。各部件采用模块化结构，各部件具有良好的通用性和互换性。确保动车组的安全可靠，保证牵引变频系统的安全运行。因此，动车组能够安全、稳定地运行。
参考文献
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[3]崔霆锐，宗立明，李熙.直线电机地铁车辆牵引系统国产化应用研究[J].电机与控制应用，2018（4）：64-69，92.
论文作者:王龙
论文发表刊物:《电力设备》2019年第20期
论文发表时间:2020/3/16
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