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摘要：动车组牵引变流器具有非常重要的地位，进行牵引变流器的自主研发将会带来深远的影响。本文就进行了变流器研制的阐述，而且研制的变流器已经完成试验通过运行考核，这也表明研制的变流器具备较高的实用性，可应用于高速动车。这对提升我国铁路发展水平，推动铁路快速发展有着积极的影响。
关键词：高速动车组；牵引变流器；开发
牵引变流器与动车组的性能、安全运行状况有着直接的联系，一旦牵引变流器出现故障将要耗费大量的财力进行维护，这样也就影响了高速动车组的运营。所以要进行牵引变流器的自主研发，这对保证动车运营与推动动车发展有着长远的影响。
1 牵引变流器工作原理
牵引变流器包含两个四象限斩波器即4QC、一个制动斩波器BC、一个牵引控制单元TCU、一个脉宽调制逆变器PWMI以及一个直流回路[1]。其中直流回路可向动车变流器进行电量的提供，这样变流器可向动车的供电系统以及牵引冷却装置等设备供电。某些受电弓中断的情况下，其可通过再生制动的方式向动车辅助变流器进行供电。在主电路上，包括线路滤波电抗器、中间支撑电容、输入及预充电电路、功率模块、热管散热器、制动斩波器等[2]。牵引变流器的研制属于严谨的过程，这包括设计、组装、试验、检验等等。
2 牵引控制单元软件设计
牵引变流器在控制器上采用的机箱结构为9u标准，前面板为控制箱对外的连接线，背板为控制箱内连接线[3]。牵引变流器的控制单元能够进行变流器的控制、检测以及保护。牵引变流器的控制单元可同时进行两个逆变器单元的控制，所以采用主从结构的两块控制板。牵引变流器主要进行控制的设备是TCU，在设备性能方面，各种指标都会受到软件设计的影响，这样进行软件开发平台的设计很有必要[4]。牵引控制单元需要具备基于硬件的软件平台，这样易于进行操作。设计的牵引控制单元可支持图形化编程，这样软件编程可实现模块化，从而易于进行编程，具备良好的可移植性与可读性。实物仿真平台的设计也十分重要，这是提供控制单元逻辑控制策略分析的重要保证。在这一平台上，其硬件回路搭载半实物仿真平台，这样可更加快速的进行仿真，无论是在线上还是线下，这都可快速进行，这样更加方便。
图 1 牵引变流器
3 牵引变流器热仿真分析及参数计算
牵引变流器功率非常大，这样其在运行过程中会产生大量的热，这样可能会给设备的可靠性带来一定的影响。在产品设计过程中热设计属于非常重要的指标，这样可提升设备的可靠性。牵引变流器电子器件的发热与牵引变流器的箱体结构有着一定的关系，所以要涉及好牵引变流器箱体。可在设计初期进行建模，然后通过有限元模型分析计算，仿真出可靠的箱体方案。这种设计方案在很大的程度上节省了时间与成本，而且还提供了直观、可控的设计方案。这也使得牵引变流器方案可通过几何建模、迭代仿真等热分析。通过分析仿真的结果，这种方案可使样机满足仿真初期设计。牵引变流器可见图1，牵引变流器内部温度场可见图2。
图 2 牵引变流器内部器件温度场
IGBT选取需要进行参数计算，其在逆变侧选取上要按照牵引变流器以及牵引电机技术参数进行功率器件等级计算。电压等级UCES=UDmax×1.5，这样计算出电网波动输入最大电压值为900V。然后通过Icmax=（最大输出功率× ×波纹系数）/（逆变器效率×VAC× ），经计算得出电流容量大概为1200A左右。根据电压电流可选取IGBT半导体器件。在制动斩波侧，电流要根据斩波工作特点进行确定，即Icmax=（最高电圧×1.5）/R，1.5为安全余量，这样可计算得到峰值电流。然后通过计算可得到逆变侧热管散热器基本要求可见表1，斩波侧热管散热器基本参数可见表2。
4 试验验证
牵引变流器在设计完成之后要进行试验，这样可分析出实际情况下牵引变流器的问题，从而方便进行优化。牵引传动综合实验台可进行牵引系统的联调试验以及控制装置研究试验等，这可使牵引检测更加系统、直观。设计的牵引变流器样机通过了型式试验，并且完成了牵引系统地面联调试验。这也表明了设计的可行性与有效性。其中地面联调试验采用异步电机背靠背、交流能量互馈的技术方案。被试机组处于满级牵引，调节陪试机组速度，由速度等间隔增加，在每一速度点陪试与被试机组背靠背平衡后，测试每一个速度点的牵引电机输出转矩和交流器直流输入侧的电压、电流、转速和功率。然后通过对比试验结果和仿真曲线，发现变流器性能达到了设计上的要求。
5 结束语
进行我国动车组牵引变流器的制造可推动我国高速动车组牵引系统技术进步以及系统创新。牵引变流器的设计、研发不仅具有良好的社会效益，还可有效提升高速动车组的可靠性、安全性。
参考文献：
[1]罗向阳，陈建峰，尚林岳，et al.基于Stateflow的地铁永磁牵引变流器控制逻辑的实现[J].铁道机车与动车，2018，537（11）：5+23-26.
[2]吴冬华，孙传铭.基于永磁电机牵引系统高速动车组的研制[J].机车电传动，2019，266（01）：41-45.
[3]潘晓明，肖石，罗邝.高速动车组牵引供电系统对外射频建模仿真分析[J].电力机车与城轨车辆，2017（02）：5-8.
[4]高吉磊，郑雪洋，马驰，et al.高速动车组牵引传动系统软件开发平台的设计与优化[J].铁道机车车辆，2017（02）：42-46.
论文作者:卢伟,侯稳泰,高强
论文发表刊物:《基层建设》2019年第23期
论文发表时间:2019/11/11
标签：变流器论文; 车组论文; 单元论文; 斩波器论文; 电流论文; 永磁论文; 系统论文; 《基层建设》2019年第23期论文;