HXD3C主电源变换装置

HXD3C主/辅电源变换装置教育资料1主/辅电源变换装置大连东芝机车电气设备有限公司2010年12月郭伟HXD3C型交流传动电力机车用HXD3C主/辅电源变换装置教育资料2目录1.HXD3C主/辅电源变换装置传动技术及系统构成………………………………………31.1HXD3C主/辅电源变换装置传动技术……………………………………………………41.2HXD3C主/辅电源变换装置系统构成……………………………………………………62.HXD3C主/辅电源变换装置主要电气设备技术特点及控制技术………………………102.1HXD3C主/辅电源变换装置主要电气设备技术特点……………………………………112.2HXD3C主/辅电源变换装置主要电气设备控制技术……………………………………133.HXD3C主/辅电源变换装置主要电气设备应用及维护保养……………………………143.1HXD3C主/辅电源变换装置主要电气设备应用…………………………………………153.2HXD3C主/辅电源变换装置主要电气设备维护保养……………………………………334.HXD3C型电力机车途中常见故障应急处理方法及案例………………………………424.1HXD3C型电力机车途中常见故障应急处理方法………………………………………434.2HXD3C型电力机车途中常见故障案例…………………………………………………48HXD3C主/辅电源变换装置教育资料3第一部分HXD3C主/辅电源变换装置传动技术及系统构成HXD3C主/辅电源变换装置教育资料4主变流器：额定输入电压：单相1450V/50Hz额定输入电流：927A中间电压：DC2800V额定输出电压：三相2150V额定输出电流：380A效率：≥98％辅助电源：输入电压：单相AC399V输出1：230kVA电压2～380V可变频率0.2～50Hz可变输出2：230kVA电压380V/50Hz三相规格：4000×1035×2050mm3质量：约3900千克1.1HXD3C主/辅电源变换装置传动技术1）参数介绍HXD3C主/辅电源变换装置教育资料5主牵引变流器CI：为牵引电机提供三相的变频变压电源。由PWM整流器，直流电路滤波电容，PWM逆变器，真空接触器等的主电路部分和无接点控制单元等的控制电路部分构成的装置。根据车辆的速度，通过矢量控制，精确快速地控制牵引电机的转矩和转速。辅助电源APU：每辆车需要2组APU，APU1为主电动机风机和复合冷却风机提供VVVF电源，APU2为其它辅助电气设备提供CVCF电源。当某一APU出现故障时，另一台APU满负载投入，以CVCF控制方式提供电能。1.1HXD3C主/辅电源变换装置传动技术2）用途HXD3C主/辅电源变换装置教育资料61)电源变换电路的位置-模块图接触网受电弓保护装置变压器充电限流电路整流模块中间电容充电限流电路整流模块中间电容逆变模块牵引电机车轮轨道滤波电路辅助回路设备逆变模块主牵引变流回路辅助电源回路主牵引变流器从机车的主变压器二次侧获得6个1450V/50Hz的独立电源，并采用单轴独立控制方式，组成6组交直交传动回路(每3组构成一个CI装置)，分别为6台主牵引电动机提供可变电压可变频率的电源。1.2HXD3C主/辅电源变换装置系统构成25kVac1450Vac399VacHXD3C主/辅电源变换装置教育资料71.2HXD3C主/辅电源变换装置系统构成2)电源变换电路的位置-原理图HXD3C主/辅电源变换装置教育资料8电磁开关整流单元中间电路逆变单元变压器牵引电机~1450VDC2800VDC2800V~2150VAC变压变频1.2HXD3C主/辅电源变换装置系统构成3)牵引回路-原理图HXD3C主/辅电源变换装置教育资料9每辆车两组APU辅助电源电路变压器滤波电路~399VDC750VAC变压变频或AC恒压恒频电磁开关整流单元中间电路逆变单元辅助电机1.2HXD3C主/辅电源变换装置系统构成4)辅助电源回路-原理图HXD3C主/辅电源变换装置教育资料10第二部分HXD3C主/辅电源变换装置主要电气设备技术特点及控制技术HXD3C主/辅电源变换装置教育资料11★IGBT的四象限整流和逆变，对牵引和制动实行连续控制。低噪音，省电力。★可靠的保护电路和保护装置。★高性能的电气元件能承受短时冲击。★模块化设计便于故障检出和故障排除。★科学布线，降低电磁干扰，保证电磁兼容。★同日本东芝完全相同的生产工具与操作规范。1)特性简介2.1HXD3C主/辅电源变换装置主要电气设备技术特点HXD3C主/辅电源变换装置教育资料122)优点★主辅一体化结构★强制水循环冷却★大容量、高效率★模块化、低噪音2.1HXD3C主/辅电源变换装置主要电气设备技术特点HXD3C主/辅电源变换装置教育资料13PWM（PulseWidthModulation）控制——脉冲宽度调制技术，通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得所需要波形（含形状和幅值）。即通过PWM控制技术，来达到变压变频控制地目的。PWM控制技术2.2HXD3C主/辅电源变换装置主要电气设备控制技术HXD3C主/辅电源变换装置教育资料14第三部分HXD3主/辅电源变换装置主要电气设备应用及维护保养HXD3C主/辅电源变换装置教育资料151）装置正面分解图例3.1HXD3C主/辅电源变换装置主要电气设备应用HXD3C主/辅电源变换装置教育资料163.1HXD3C主/辅电源变换装置主要电气设备应用2）装置背面分解图例HXD3C主/辅电源变换装置教育资料17通过对四象限整流器中开关素子IGBT的PWM控制，将由变压器二次侧绕组引出的1450V/50Hz的交流电压整流为DC2800V电压。逆变电路是由U、V、W三相逆变单元构成的。将PWM整流单元输出的直流电转换为交流电来驱动牵引电机。通过改变逆变电路的输出电压和输出频率来控制牵引电机的转矩和转速。3.1HXD3C主/辅电源变换装置主要电气设备应用2）整流器单元\逆变器单元3）整流器单元\逆变器单元HXD3C主/辅电源变换装置教育资料18整流单元CAPACITOREF332162EYQ0736CAP.3200+3200μFVOLT.3300VDCMASS60kgnichicon整流单元逆变单元逆变单元DC2800VDC2800V505A510ACAPACITOREF332162EYQ0735CAP.1600μFVOLT.3300VDCMASS60kgnichicon滤波电容:减小中间直流电压的脉动，使其更加平稳。接地电容:除了具备滤波电容功用外，还能提供主回路接地故障检测的中性点。3.1HXD3C主/辅电源变换装置主要电气设备应用4）中间电容HXD3C主/辅电源变换装置教育资料19主电磁接触器（K）铭牌：TOSHIBAVACUUMCONTACTORTYPE:CM79-A1NO.:7781236-G37DATE:SEP2005MASS:18kg开断能力：1500VAC/1300A变压器整流单元~1450V/50Hz充电接触器（AK）铭牌：TOSHIBAVACUUMCONTACTORTYPE:CM75-A2NO.:7781236-G37DATE:SEP2005MASS:18kg开断能力：1500VAC/600A功能简介：主真空接触器（K），充电接触器（AK）是CI主回路输入端接触器。3.1HXD3C主/辅电源变换装置主要电气设备应用5）真空接触器K、AKHXD3C主/辅电源变换装置教育资料20整流器入AC399V，50HzDC750V逆变器出①AC恒压恒频380V，50Hz②AC变压变频(2~380V,0.2~50Hz)3.1HXD3C主/辅电源变换装置主要电气设备应用6）APU整流、逆变单元HXD3C主/辅电源变换装置教育资料21指令序列控制：负责管理整个主变换装置的动作，进行保护检测运算、接触器控制运算、对整流器以及逆变器的控制指令运算以及TCMS的通信控制运算。整流器控制：根据网线电压、输入电流以及直流电压信号，对整流器进行PWM运算控制，确保输出直流电压稳定。逆变器控制：根据直流电压、输出电流、主电动机转速以及扭矩指令，对逆变器进行PWM运算控制。控制功能包含：指令序列控制，整流器控制，逆变器控制。功能简介：控制单元主要分为接口部分和控制运算部分，从外部传输进来的信号经过接口部分传送到控制运算部分，进行处理。然后，根据控制运算的结果，经过接口部分，对外部进行相应的控制。3.1HXD3C主/辅电源变换装置主要电气设备应用7）CI\APU控制单元HXD3C主/辅电源变换装置教育资料22功能简介：主变换电源（CI）部分控制回路中使用的各中间继电器所构成的单元。主要功能是将CI控制单元输出的控制信号，通过各个继电器，实现各级控制。KR1AVR1K线圈NF1控制单元P241A102114100PA041335RY-CN2RY-CN1HBKR3.1HXD3C主/辅电源变换装置主要电气设备应用8）继电器单元HXD3C主/辅电源变换装置教育资料23作用：由AVR1~4以及一个继电器盘组成。AVR为IGBT的门极触发电路提供可靠的AC50V驱动电源，以及提供控制设备需要的24V电源；继电器盘上的COR1~3是控制CI开放的继电器。3.1HXD3C主/辅电源变换装置主要电气设备应用9）I/F单元HXD3C主/辅电源变换装置教育资料24DCPT单元由DCPT以及分压电阻组成。实时检测中间电压，按变换比将输出模拟电压信号接入控制单元，正确反映主回路直流电压。DCPT铭牌：INPUTIMPEDAME2.5kΩINPUTCURRENT10mAINPUTVOLAGE25VOUTPUT10V/2kΩISOLAIONVOLTAGEAC10kV过压保护中间电容DC1324RiRLINOUTDCPT铭牌：INPUTIMPEDAME5kΩINPUTCURRENT5mAINPUTVOLAGE25VOUTPUT10V/10kΩISOLAIONVOLTAGEAC5.5kV3.1HXD3C主/辅电源变换装置主要电气设备应用10）DCPT电压检出器单元HXD3C主/辅电源变换装置教育资料25功能简介：此部分由塑壳断路器（BM），塑壳断路器（PUMP），电源单元AVR5构成。BM是APU冷却风机回路的电源开关。PUMP是水泵回路的电源开关。AVR5在控制回路中，为APU室的冷却风扇提供DC24V驱动电源。铭牌：OUTPUT:24V2.1AINPUT:DC70V~135V3.1HXD3C主/辅电源变换装置主要电气设备应用11）APU的塑壳断路器和自动电压调节器HXD3C主/辅电源变换装置教育资料26功能简介：此部分由主电磁接触器（K），充电接触器（AK），交流熔断器（AF），直流熔断器（DF），以及中间继电器（KBMC）构成。K，AK是APU主回路输入端接触器。AF是APU主回路输入端的限流用熔断器。DF是APU中间直流回路与蓄电池充电器（PSU）回路之间的限流熔断器。KBMC是AK的中间继电器。~399V/50Hz变压器整流单元(585)(584)，(583)滤波电容DC750V逆变单元PSUDF(705)(705D)(712)3.1HXD3C主/辅电源变换装置主要电气设备应用12）APU电磁接触器与熔断器HXD3C主/辅电源变换装置教育资料27中间电容电压检出OVR单元过压保护回路的限流电阻。DC2800V放电电阻DCHR单元功能简介：放电电阻DCHR单元的主要功能是：车辆停止运行，主变换装置停止工作后，通过该电阻（DCHR）把滤波电容器的剩余电力消耗掉。整流单元过压保护单元瞬时过电压限制电路由IGBT可控素子及限流电阻组成。当电压传感器检测到中间电路过电压时，使IGBT导通，通过限流电阻构成放电回路，以降低电压，保护电路元件。OVTR单元3.1HXD3C主/辅电源变换装置主要电气设备应用13）过压保护放电电阻HXD3C主/辅电源变换装置教育资料28本单元是中性点接地及其检测回路的组成部分。中性点接地及其检测回路原理：由