毕业设计CRH5牵引变流器原理障处理
XX届毕业设计务书
课题名称：crh5型动车组牵引变流器原理障分析
二指导教师：邵瑞
三设计容具体求
1课题概述
着国济断发展高速列车需求量越越铁路运输力需进―步提高掌握高速列车控制技术加快高速列车发展意义crh5型动车组作首批引进高速动车组系列课题求crh5型动车组变流器体交直交传动系统中四象限脉整流器中间稳压环节逆变环节工作原理进行详细分析需学生掌握牵引变流器电路结构组成部件性工作原理等分析常见障现象
通crh5型动车组电路结构组成部件性工作原理保护模式冗余设计情况分析巩固电力电子技术中整流逆变等相关基础知识掌握工作原理分析常见障培养学生综合运学基础理基础知识基技进行分析解决实际问题力学生掌握工程设计般程序方法完成电气工程技术员必须具备基力培养训练
2设计容求
（1）crh5型动车组基知识
（2）牵引变流器原理分析
（3）牵引变流器常见障分析
（4）求撰写毕业设计说明书
（5）理分析完整清楚
说明：组学分成三组
组负责牵引变流器整流部分电路分析
二组负责牵引变流器逆变环节分析
三组负责牵引变流器常见障分析
四设计参考书
1徐丽娟张莹．电力电子技术．高等教育出版社北京XX
2黄俊王兆安．电力电子变流技术．机械工业出版社北京1999
3黄济荣电力牵引交流传动控制[m]机械工业出版社1998
4张曙光crh5型动车组中国铁道出版社XX
5熊盛艳．crh5型动车组牵引变流器研究．西南交通学XX
五设计说明书求
1封面（宋体四号）
2目录
3容摘（200400字左右中英文）
4引言
5正文（设计方案较选择设计方案原理计算分析证设计结果说明特点）
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
第1周：资料准备阅解课题思路
第23周：设计求说明课题容辅导
第46周：进行毕业设计完成说明书初稿
第78周：第次检查解设计完成情况
第9周第二次检查设计完成情况作毕业答辩准备
第10周：毕业答辩综合成绩评定
七毕业设计答辩文求
1毕业设计答辩求
答辩前三天学生应时毕业设计说明书毕业文专题报告等必资料交指导老师审阅指导老师写出审阅意见
学生答辩时述部分应写出书面提纲容包括课题务目意义采原始资料参考文献设计基容方法成果结评价
答辩组质询课题关键问题质询课题密切相关基理设计计算方法实验方法测试方法鉴学生独立工作力创新力
2毕业设计文求
文字求：说明书求印（图纸外）手写文字通语言流畅排版合理错字允许抄袭
图纸求：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工程字书写
曲线图标求：曲线图表线路图程序框图示意图等准徒手画必须国家规定标准工程求绘制
摘
文首先介绍国外高速动车组概况crh5动车组参数求次围绕crh5牵引变流器结构功crh5牵引变流器整流原理crh5牵引逆变器工作原理进行详细介绍介绍crh5牵引变流器常见障分析处理方法
关键词：牵引变流器整流器逆变器
abstract
firstintroducedthegeneralsituationofhighspeedemusandcrh5emuparametersandrequirementsthenfocusedoncrh5tractionconverter＇sstructureandfunctionandcrh5tractiontractioninverterconverterrectificationprincipleandcrh5areintroducedinprinciplefinallycrh5commonfaultanalysisandtreatmentmethodoftractionconverter
keywordstractionconverterrectifierinverter
第1章国外高速动车组概况
11国外高速动车组概况
高速铁路世界铁路发展亮点铁路现代高新技术综合集成高速列车时高速铁路技术核心机车车辆现代化具体载体机械电子材料计算机控制等现代技术综合集成集中体现1964年10月1日世界第条高速铁路――日东海道新干线开通运营揭开世界铁路史新篇章着第列新干线光子号东京驶阪标志着世界真正意义高速列车诞生40余年发展形成日新干线法国tgv德国ice高速动车组代表三技术体系国动车组国实际需出发具技术特色推动世界铁路高速化发展起积极作
日式世界早开行高速动车组国家日计划修建东海道新干线时高速动车组设计已步展开0系新干线列车成世界早运行高速动车组着新干线网络断扩线路条件提高列车运行速度客舒适度降低列车环境影响相关企业研究机构0系100系200系100n系列车基础先开发300系400系500系700系n700系800系e1系e2系e3系e4系等干线列车win350300xstar21fasteche954系等试验列车二十余种新干线电动车组
设计初起日直坚持采动力分散作动车组发展模式外日新干线动车组特点注重新技术运动半动悬挂旋转涡流制动空气阻力制动灯技术均早运新干线动车组动车组轻量化车辆空气动力学设计水已走世界前列
作世界铁路运输发达国家早1955年3月29日法国酒创造电力机车牵引列车331kmh记录1967年5月高速度200kmhcc_6500型店里机车牵引客车实现商业运行然着社会发展20世纪70年代迅速发展公路航空运输法国铁路受前未击传统铁路越越适应现代深灰铁路旅客运输需时1964年日新干线建成投入运行激发法国铁路行积极性1967年起法国国营铁路公司（sncf）开始着手研究高速运输设计制造高速动车组方面法国首先尝试航空燃气涡轮发动机铁路动车组1969年11月法国研制成功第代etg型燃气轮动车组高试验速度达248kmh进步提高燃气轮动车组质量研制出第二代etg燃气轮动车组高试验速度260kmh配合巴黎――里昂建设高速铁路1972年研制高试验速度达381kmh第三代tgv001型燃气轮动车组1973年中东战争引起第次世界石油危机法国开始高速动车组技术政策转电力牵引率先欧洲实行速度环保意识充分利源高新技术济性进行综合考虑技术方针1973年法国研制出第列z7002电动组1976年开始法国开始着力研究交直交传动tgvatgvrtgv2ntgvtmst西班牙avetgvpbkatgvk等型号高速动车组中tgva325号车组1990年5月西洋线创造5153kmh轮轨系统高速行车世界纪录保持17年该记录次破XX年4月3日法国试验动车组v150创造5748kmh高速铁路试验速度新纪录年法国国家铁路已开始进行动力分散型电动车组研究alstom等设计新型动力分散动车组agv已投入试验运行
德国铁路历史悠久国家数欧洲国家样德国铁路20世纪60年代面公路航空运输带压力德国政治家欧洲国家更早认识铁路重性早1970年原联邦德国政府技术研究部开始组织未长途运输系统新技术研究发展高速铁路采磁悬浮技术轮轨技术问题德国旷日持久讨影响德国铁路高速化进程1973年1976年动工修建两条高速新线进展换慢知道20世纪80年代中期原联邦德国政府意识政策失误事法国tgv类车成功运营刺激着素高技术著称德国原联邦德国政府加快发展高速铁路步伐1982年8月联邦铁路投资1200万马克指ice试验型城际快车1985年2洞3拖ecev试验型高速电动车组试制成功年高试验速度达317kmh1988年5月icev型试验列车汉诺威――维尔兹堡间创造4069kmh高速动车组速度记录icev基础1985年12月联邦铁路确定ice设计务书1986年开始试制ice1型高速动车组1990年原东西德统德国政府决定修建柏林――汉诺威高速铁路事开始第二代ice高速动车组――ice2开发1996年改型动车组投入运德国1995年开始动工修建科隆――法兰克福高速铁路高运行速度提高300kmh线路坡度达千分四ice1ice2型列车已满足运行需德国铁路1994年工业界订购50列ice3型动力分散电动车组1997年投入运行外线路实现列车运行速度提高德国铁路开发ict型摆式动车组目前运行速度达350kmhice21型高速电动车组正研制中
日法国德国高速铁路成功验带动世界国家区高速铁路发展意利西班牙瑞典韩国国台湾区均已高速铁路投入运行值提采日法国德国技术外瑞典等国家通采摆式列车提高列车运行速度实现线路高速化取良效果动车组发展中车体结构转架动力设备断轻型化满足轴重减轻求注重通性电流制方式满足居国家区运营需制造商普遍关注问题摆式车体技术新型功率半导
体器件交流异步电动机传动广泛应更高速度等级动力分散布置成动车组步发展方
12国高速铁路概况
XX年国通引进消化吸收创新战略已完全掌握动车组列车总成车体转架牵引电机牵引变压器牵引变流器牵引控制列车网络控制制动系统等9关键技术10项配套技术实现跨越式发展年均增长率723动车组国产化程度已达75唐车长客青岛四方等承担着国crh2crh3crh5动车组生产务已成高速动车组制造龙头企业时项新技术唐车轨道客车制造厂建立300kmh高速动车组建模仿真系统通基prointerlinkplm三维设计台基autocadmechanical二维设计台等产品相关性进行设计程中分析计算投产产品设计初断调整投产产品设计缺陷提高企业产品性极提高设计效率提高企业设计制造创新力国引进消化吸收时速200300km动车组技术进步解决阻碍速度提高问题高速动车组基础理生产技术等方面进行创新成功生产出时速380km高速动车组具速度高运量节环保坐感舒适等诸优势综合性全球居领先位
XX年12月22日南车集团青岛四方机车车辆股份限公司制造首列时速300公里具知识产权国产高速动车组crh2300青岛线标志着国成世界第五设计制造出运营速度300kmh动车组国家crh2300高速动车组国外200kmh动车组技术台整合吸收基础创新根国铁路运输具体情况市场需求研发制造整体国产化超70列车采铝合金
车体车重量7千千克轻量化方面走世界前列时高速转架受电弓传动制动网络控制等技术方面取突破性进展体现国机车车辆行业技术员创新力
XX年5月28日中国北车长春轨道客车股份限公司具知识产权时速380km高速动车组谐号380a长春线XX年9月28日11时37分中国国产谐号crh380a高速动车组沪杭高铁杭州海试运行途中高时速达4166公里刷新世界高速铁路运营试验速度
13crh5动车组参数求
crh5动车技术参数表11示
第2章crh5牵引变流器原理
21牵引变流器结构功
牵引变流器ygn2q213（ay00000001050）系阿尔斯通技术引进国产化电动车组crh5变流装置部分两组四象限整流器（4qc）逆变器时组辅助逆变器组逆变器控制台568kw牵引电机辅助逆变器车载三相400v50hz电设备供电变流器功25kv50hz单相交流电压通牵引变压器降压输出单相ac1770v50hz电压四象限整流3600v中间直流电压逆变器输出电压频率调0～2808v三相交流电压控制台电机时辅助逆变器中间回路输入直流3600v电压斩波降压逆变输出三相400v50hz交流电压辅助系统设备供电变流器8组件台构成分两辅助组件台两牵引模块组件台两户组件台冷系统台电阻组件台8台通中央线槽连接形成整体实际外观图图21示
图21牵引变流器实际外观图
牵引变流器务牵引变压器二次侧1770vac单相交流电转变电压频率调三相交流电400vac50hz电源牵引电动机列车辅助系统供电包括部分：四象限脉整流器（4qc）中间直流电路制动斩波器牵引逆变器
211牵引变流器特性
（1）典型模块化结构8组件组成通紧固件连接
（2）牵引辅助变流器集成箱体中辅助回路输入电压中间直流环节
（3）冷方式采水冷强迫风冷
（4）车底安装防护等级ip54
（5）采新高压igbt（6500v600a）技术中间直流电压额定工况3600v
（6）采矢量控制技术种pwm模式优化调制
212牵引变流器结构
装置牵引整流逆变单元辅助逆变单元门控单元冷单元构成车辆底板总成起
（1）2四象限整流器（4qc）连2牵引逆变器1辅助逆变器供电
（2）2三相电压型两电逆变器分台异步牵引电动机供电
（3）2制动斩波器列车处分相区时消耗负载量(制动阶段中动)
（4）1辅助逆变器辅助设备提供400v50hz交流电压
（5）1牵引控制单元（tcu）控制四象限整流器制动斩波器牵引逆变器igbt开关获满足车辆牵引制动性求控制
（6）1辅助控制单元（acu）控制辅助逆变器igbt开关获400v50hz三相交流电压
装置分通气部分密封部分需散热冷系统变压器滤波电抗器电阻器进行绝缘隔离安装通气部必进行绝缘防止污损部分安装密封部
辅助组件1包括辅助功率模块辅助控制单元（acu）高频变压器接口插座辅助组件2包括斩波电感滤波器中压端子板隔离开关保护开关组件牵引组件1牵引组件2结构基相四象限整流模块逆变模块支撑电容水冷回路接口组成户组件2中间直流滤波电容器端子板传感器组件组成户组件1牵引控制单元（tcu）电压电流传感器组件接开关辅助隔离开关高压隔离开关组成冷组件水冷散热器风扇风道水泵膨胀箱组成电阻组件放电电阻辅助滤波器组成组件构成位置图22
图22牵引变流器组件构成位置
213变流器技术参数电路原理图
（1）四象限变流器
额定输入电压：1770v(ac)额定输出电压：3600v(dc)
额定输出电流：540a元件：igbt（6500v600a）
（2）中间直流环节
支撑电容：901mf中间直流电压：3200v－3600v
（3）逆变器
额定输入电压：3600v额定输出电压：2462v
额定输出电流：161a额定输出频率：84hz
元件：igbt（6500v600a）
（4）外形重量防护等级
重量：3100kg防护等级：ip54工作环境温度：－25℃～＋40℃
图23牵引变流器电路原理图
22crh5牵引变流器整流原理
图24整流器电路拓扑图
crh5牵引变流器采两电电路拓扑结构图24示通合理设计支撑电容值取消二次谐波滤波装置利牵引变压器绕组等效电感代整流器交流侧连接电感牵引工况脉整流器牵引变压器二次测输出1770v单相交流电变换成直流电中间直流电路3200~3600v直流电输出牵引逆变器牵引逆变器输出电压频率调三相交流电源(电压0~2080v频率0~180hz)驱动牵引电机
牵引电机转矩转速通齿轮变速箱万轴传递轮驱动列车运行制动工况进行回馈制动时通控制牵引逆变器牵引电机处发电状态发出三相交流电传送处整流状态牵引逆变器中间直流回路稳压处逆变工况脉整流器变单相交流电该交流电通真空断路器受电弓等高压设备反馈接触网实现量生列车处分相区速度低时便启耗制动时通控制斩波器量消耗制动电阻器
221四象限整流器（4qc）基工作原理
图25四象限整流器原理图
四象限整流器原理图25示变压器次级绕组提供两组单相交流电源1770v接线端子10x01a（10x02a）电流传感器ta2（ta1）分进入四象限变流器模块4qca（4qcb）igbtpwm脉宽调制转换3600vdc变流器负载牵引状态运行时脉宽调制电流相位频率网压致提供矢量控制逆变器电源输入变流器负载制动状态运行时脉宽调制电流相位网压反相频率网压致实现中间电路剩余量回馈电网保持中间电路电压稳定采pwm技术实现变压器次级绕组电压电流相位功率数接1
222四象限整流器基技术参数
额定输入电压（变压器次级）：2×1770v(ac)
非永久电压（相额定输入电压）：+24
输入永久电压变化范围（相额定输入电压）：24+16
瞬间电压（相额定输入电压）：30
输入网压频率：50hz
额定输出电压：3600v(dc)（中间回路电压）
输出电压变化范围：3200v～3700v
额定输出电流：540a
igbt开关频率：250hz
223四象限整流器（4qc）结构
牵引辅助变流器两组四象限整流器组电流传感器四象限模块组成四象限模块igbt（具反相联二级）采双联冷液采水乙二酸溶液四象限模块冷方式采水循环强迫式风冷方式四象限模块安装图22示
23逆变器工作原理
逆变器部分作通igbt序导通关断直流电变换电压频率调三相交流电简称vvvf采新型高压igbt（6500v600a）元件直流输入电压dc3600v模块化设计逆变器功率模块组成包括8igbt中6组成2电3相逆变器1作斩波器1栅极发射极短路作二极外形图26示
图26逆变模块外型图
crh5牵引变流器逆变部分采两电电路结构三相鼠笼式异步电机等效星型连接称感性负载列车运行牵引工况时两三相半桥逆变器直流电压环节
供电分两台异步电机提供幅值频率调三相电压根电机牵引特性控制igbt通断调节输出电压幅值频率完成dcac变换回馈制动工况牵引逆变器处整流状态利电机三相绕组漏感构成电压型pwm整流器电机运行速度较高时反二极续流作实现生运行电机较低速度运行时利逆变器升压斩波等效模式实现生运行原理图图27示
图27逆变器电路原理图
图27示三相逆变器电路6带功反馈二极igbt组成igbt反联二极电路工作方式图28示
图28逆变器开关原理图
电路工作时开关s1~s6序导通需电压波形够驱动逆变器需tcu发出控制脉脉通安装功率模块驱动电路逆变器工作该逆变器控制采矢量控制方式
231牵引逆变器工作模式
crh5牵引变流器逆变部分采两电电路结构图29示三相鼠笼式异步电机等效星型连接称感性负载三相逆变器电路6带功反馈二极全控开关构成认三单相半桥逆变器电路组合构成控制三半桥间次相差三分周期
图29三相180度电压型逆变电路图
桥臂两功率器件相互换流180导通型三相逆变器时刻电路中总三器件
导通实际应中采先断通原插入死区时间防止桥臂两器件时导通kt表示控器件导通数kd表示二极导通数ktkd3逆变器感性负载工作模式：
图210逆变器开关状态编码图
第模式kt3kd0(假定桥中t1t6t3导通)电路中控器件导通负载直流电源获量
第二模式kt2kd1(假定桥中t1t6d3导通)方面电源t1t2负载输送电方面t1d3导通ab两相负载t1d3构成闭合回路流环流
第三模式kt1kd2(假定桥中t1d6d3导通)方面负载t1d3形成闭合回路产生环流方面负载量d2d3反馈直流侧
第四模式kt0kd3(假定桥中d3d2d5导通)时负载中量二极反馈直流侧三相两电逆变桥中假定桥臂导通1桥臂导通0三相半桥两电逆变器存1001100100110011011110008种工作状态图210负载接半桥输出间逆变电路输出线电压两半桥间电压差
图211三相电压型逆变电路工作波形图
图211知波形相相位差1200负负载接半桥输出间逆变电路输出线电压两半桥间电压差
24中间回路基工作原理
图212中间回路原理图
中间回路原理图212中示中间回路四象限脉整流器负载端逆变器间联结纽带支撑电容cdc电容器放电电阻器rdc附加电容cris放电电阻rris接开关smt组成支撑电容cdc功包含点：
（1）四象限脉整流器逆变器交换功功率谐波功率
（2）异步电机交换功功率
（3）四象限电抗器交换功功率
（4）支撑中间回路电压保持稳定
采单相脉整流技术牵引辅助变流器中间回路势必存二次谐波果增加二次吸收回路势必增加变流器体积成该变流器掉二次吸收回路增直流侧支撑电容值达减少二次谐波电压目电容参数选择首先列出计算中间电容需参数：
电机输出功率：5641kw电机效率：0935
逆变器效率：098辅助功率：520kw
中间回路电压：3200v
：逆变器输入功率：564109350986156kw
第3章crh5牵引变流器常见障分析
31牵引变流器常见障
牵引变流器典型模拟电路复杂电子电路常见障电流障电压障欠电压障热障载障等等引起障发生原较复杂电流障短路接负载负载突变加减速时间设定太短转矩提升量设定合理变频器部障谐波干扰等引起电压障电源电压高制动力矩足中间回路直流电压高加减速时间设定太短电动机突然甩负载负载惯性载波频率设定合适等引起欠电压障电源电压偏低电源断相电源系统中启动电流负载启动变流器部障等引起变流器热障负载环境温度高散热片吸附灰尘太冷风扇工作正常散热片堵塞变流器部障引起变流器载电动机载障负载变流器容量太电子热继电器保护设定值太变流器部障等引起外接线错误参数设定错误变流器容量太负载变流器电动机身障等引起电动机正常运行障
牵引变流器障发生性质分永久性障偶发性障永久性障指某种原引起障现象直持续例电力电子器件损坏引起电路通断功丧失保险丝熔断造成缺相等偶发性障指种障现象时发生时消失例元件虚焊接触件接触良引起电路异常外界干扰信号引起控制逻辑混乱
牵引变流器障障发生部位分输入级障部障输出级障输入级障包括受电弓断路器变压器障输出级障指牵引电机障部障指变流器身障分直流环节障(整流器中间直流环节障)逆变器障控制系统障
文研究变流器部逆变器障障模式六类：
①功率半导体开关元件基极驱动电路障(f1)
②功率半导体开关元件短路障(f2)
③功率半导体开关元件间歇性短路障(f3)
④逆变桥臂两开关元件短路障(f4)
⑤逆变桥臂两开关元件断路障(f5)
⑥源元件失效障(f6)
逆变器开关元件通常独立基极驱动电路驱动驱动电路障通常表现驱动电源失效元件击穿开路造成障f1障特性控制极击穿断路开关元件断路障f2开关元件反击穿引起桥臂绝缘破坏接元件两端rc吸收回路短路造成种较严重障会造成元件发生破坏需强调避免逆变器桥臂直通障发生逆变器相应保护措施发生开关元件短路障时系统保护电路会强行关断桥臂开关元件时该桥臂开关元件直导通文献称障相桥臂僵持障障f3控制电路元件性变差电磁兼容性差(例电路激)导致开关元件基极驱动出现障会逆变器电压输出波形变差引起元件载障f4产生原例桥臂功率元件互锁延迟时间太dvdt漏栅极间产生转移电流造成误导通等元件短路造成元件开关应力增致短路破坏障f5基极电路障引起障f6表现电容击穿漏气爆炸电感饱电阻器烧断等现象会直接造成逆变器失效
逆变器中功率半导体器件控制电路易发生障薄弱环节性问题直没充分解决统计825控制系统失效源元件障igbt二极损坏功率器件障分直通障开路障障直通时会快烧坏功率器件表现开路障研究功率器件开路障基反映障现象进行准确定位确保机车运行安全
假定时两功率桥臂发生障功率器件开路障模式牵引辅助变流器障诊断处理结合tcutcms障信息进行分析判断面介绍易发生障部件诊断保护值
32易发生障部件诊断保护值
四象限变流器流保护（ta1ta2）
电流＞1100a（峰值）时4qc流障4qcinv制动斩波器暂停工作电流＜950a（峰值）时流障消4qcinv制动斩波器复位90秒瞬时出现5次流障者次流时间超5秒钟变流器出现永久流障牵引封锁根障检查障部件检查电流传感器否障电气接线否存接触良现象
中间直流环节电压保护
电压＞42kv时电压保护4qcinv制动斩波器暂停工作电压＜4kv时电压障消4qcinv制动斩波器复位90秒瞬时出现5次压障者次电压时间超5秒钟变流器出现永久流障牵引封锁
泄漏电流保护（ta3）
电流＞200at＞1sec时电流障断路器跳闸保护变流器停止工作牵引封锁需查找接障
牵引逆变器电流保护
相电流＞700a时流保护inv暂停工作电流＜595a时流障消inv复位90秒瞬时出现5次流障者次流时间超5秒钟inv封锁牵引封锁制动斩波封锁
第4章结束语
文撰写程中特感谢指导老师邵瑞精心指导时感谢厌烦帮助文进行修改改进没邵老师帮助没天篇文三年学历苦涩快乐中学会许专业知识完成毕业设计里感谢班李燕老师谢谢三年中发展付出辛劳求回报私奉献精神感动感谢学冯超写文程中予素材感谢完成篇文程中提供热情帮助然感谢学三年老师坚实专业知识时感谢篇文涉位学者文引数位学者研究文献果没位学者研究成果帮助启发难完成篇文写作学术界前辈致敬
参考文献
[1]杨显进等crh5牵引变流器研究西南交通学：硕士研究文XX
[2]刘玲等牵引变流器障诊断研究西南交通学：硕士研究文XX
[3]熊盛艳等crh5型动车组牵引变流器研究西南交通学：硕士研究文XX
[4]张曙光等crh5型动车组北京：中国铁道出版社XX
[5]徐丽娟张莹．电力电子技术．高等教育出版社北京XX
[6]黄俊王兆安．电力电子变流技术．机械工业出版社北京1999
[7]黄济荣电力牵引交流传动控制[m]机械工业出版社1998[8]http
[9]http
[10]裴建红高速动车组牵引变流器电路设计
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XX届毕业设计务书
课题名称：crh5型动车组牵引变流器原理障分析
二指导教师：邵瑞
三设计容具体求
1课题概述
着国济断发展高速列车需求量越越铁路运输力需进―步提高掌握高速列车控制技术加快高速列车发展意义crh5型动车组作首批引进高速动车组系列课题求crh5型动车组变流器体交直交传动系统中四象限脉整流器中间稳压环节逆变环节工作原理进行详细分析需学生掌握牵引变流器电路结构组成部件性工作原理等分析常见障现象
通crh5型动车组电路结构组成部件性工作原理保护模式冗余设计情况分析巩固电力电子技术中整流逆变等相关基础知识掌握工作原理分析常见障培养学生综合运学基础理基础知识基技进行分析解决实际问题力学生掌握工程设计般程序方法完成电气工程技术员必须具备基力培养训练
2设计容求
（1）crh5型动车组基知识
（2）牵引变流器原理分析
（3）牵引变流器常见障分析
（4）求撰写毕业设计说明书
（5）理分析完整清楚
说明：组学分成三组
组负责牵引变流器整流部分电路分析
二组负责牵引变流器逆变环节分析
三组负责牵引变流器常见障分析
四设计参考书
1徐丽娟张莹．电力电子技术．高等教育出版社北京XX
2黄俊王兆安．电力电子变流技术．机械工业出版社北京1999
3黄济荣电力牵引交流传动控制[m]机械工业出版社1998
4张曙光crh5型动车组中国铁道出版社XX
5熊盛艳．crh5型动车组牵引变流器研究．西南交通学XX
五设计说明书求
1封面（宋体四号）
2目录
3容摘（200400字左右中英文）
4引言
5正文（设计方案较选择设计方案原理计算分析证设计结果说明特点）
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
第1周：资料准备阅解课题思路
第23周：设计求说明课题容辅导
第46周：进行毕业设计完成说明书初稿
第78周：第次检查解设计完成情况
第9周第二次检查设计完成情况作毕业答辩准备
第10周：毕业答辩综合成绩评定
七毕业设计答辩文求
1毕业设计答辩求
答辩前三天学生应时毕业设计说明书毕业文专题报告等必资料交指导老师审阅指导老师写出审阅意见
学生答辩时述部分应写出书面提纲容包括课题务目意义采原始资料参考文献设计基容方法成果结评价
答辩组质询课题关键问题质询课题密切相关基理设计计算方法实验方法测试方法鉴学生独立工作力创新力
2毕业设计文求
文字求：说明书求印（图纸外）手写文字通语言流畅排版合理错字允许抄袭
图纸求：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工程字书写
曲线图标求：曲线图表线路图程序框图示意图等准徒手画必须国家规定标准工程求绘制
摘
文首先介绍国外高速动车组概况crh5动车组参数求次围绕crh5牵引变流器结构功crh5牵引变流器整流原理crh5牵引逆变器工作原理进行详细介绍介绍crh5牵引变流器常见障分析处理方法
关键词：牵引变流器整流器逆变器
abstract
firstintroducedthegeneralsituationofhighspeedemusandcrh5emuparametersandrequirementsthenfocusedoncrh5tractionconverter＇sstructureandfunctionandcrh5tractiontractioninverterconverterrectificationprincipleandcrh5areintroducedinprinciplefinallycrh5commonfaultanalysisandtreatmentmethodoftractionconverter
keywordstractionconverterrectifierinverter
第1章国外高速动车组概况
11国外高速动车组概况
高速铁路世界铁路发展亮点铁路现代高新技术综合集成高速列车时高速铁路技术核心机车车辆现代化具体载体机械电子材料计算机控制等现代技术综合集成集中体现1964年10月1日世界第条高速铁路――日东海道新干线开通运营揭开世界铁路史新篇章着第列新干线光子号东京驶阪标志着世界真正意义高速列车诞生40余年发展形成日新干线法国tgv德国ice高速动车组代表三技术体系国动车组国实际需出发具技术特色推动世界铁路高速化发展起积极作
日式世界早开行高速动车组国家日计划修建东海道新干线时高速动车组设计已步展开0系新干线列车成世界早运行高速动车组着新干线网络断扩线路条件提高列车运行速度客舒适度降低列车环境影响相关企业研究机构0系100系200系100n系列车基础先开发300系400系500系700系n700系800系e1系e2系e3系e4系等干线列车win350300xstar21fasteche954系等试验列车二十余种新干线电动车组
设计初起日直坚持采动力分散作动车组发展模式外日新干线动车组特点注重新技术运动半动悬挂旋转涡流制动空气阻力制动灯技术均早运新干线动车组动车组轻量化车辆空气动力学设计水已走世界前列
作世界铁路运输发达国家早1955年3月29日法国酒创造电力机车牵引列车331kmh记录1967年5月高速度200kmhcc_6500型店里机车牵引客车实现商业运行然着社会发展20世纪70年代迅速发展公路航空运输法国铁路受前未击传统铁路越越适应现代深灰铁路旅客运输需时1964年日新干线建成投入运行激发法国铁路行积极性1967年起法国国营铁路公司（sncf）开始着手研究高速运输设计制造高速动车组方面法国首先尝试航空燃气涡轮发动机铁路动车组1969年11月法国研制成功第代etg型燃气轮动车组高试验速度达248kmh进步提高燃气轮动车组质量研制出第二代etg燃气轮动车组高试验速度260kmh配合巴黎――里昂建设高速铁路1972年研制高试验速度达381kmh第三代tgv001型燃气轮动车组1973年中东战争引起第次世界石油危机法国开始高速动车组技术政策转电力牵引率先欧洲实行速度环保意识充分利源高新技术济性进行综合考虑技术方针1973年法国研制出第列z7002电动组1976年开始法国开始着力研究交直交传动tgvatgvrtgv2ntgvtmst西班牙avetgvpbkatgvk等型号高速动车组中tgva325号车组1990年5月西洋线创造5153kmh轮轨系统高速行车世界纪录保持17年该记录次破XX年4月3日法国试验动车组v150创造5748kmh高速铁路试验速度新纪录年法国国家铁路已开始进行动力分散型电动车组研究alstom等设计新型动力分散动车组agv已投入试验运行
德国铁路历史悠久国家数欧洲国家样德国铁路20世纪60年代面公路航空运输带压力德国政治家欧洲国家更早认识铁路重性早1970年原联邦德国政府技术研究部开始组织未长途运输系统新技术研究发展高速铁路采磁悬浮技术轮轨技术问题德国旷日持久讨影响德国铁路高速化进程1973年1976年动工修建两条高速新线进展换慢知道20世纪80年代中期原联邦德国政府意识政策失误事法国tgv类车成功运营刺激着素高技术著称德国原联邦德国政府加快发展高速铁路步伐1982年8月联邦铁路投资1200万马克指ice试验型城际快车1985年2洞3拖ecev试验型高速电动车组试制成功年高试验速度达317kmh1988年5月icev型试验列车汉诺威――维尔兹堡间创造4069kmh高速动车组速度记录icev基础1985年12月联邦铁路确定ice设计务书1986年开始试制ice1型高速动车组1990年原东西德统德国政府决定修建柏林――汉诺威高速铁路事开始第二代ice高速动车组――ice2开发1996年改型动车组投入运德国1995年开始动工修建科隆――法兰克福高速铁路高运行速度提高300kmh线路坡度达千分四ice1ice2型列车已满足运行需德国铁路1994年工业界订购50列ice3型动力分散电动车组1997年投入运行外线路实现列车运行速度提高德国铁路开发ict型摆式动车组目前运行速度达350kmhice21型高速电动车组正研制中
日法国德国高速铁路成功验带动世界国家区高速铁路发展意利西班牙瑞典韩国国台湾区均已高速铁路投入运行值提采日法国德国技术外瑞典等国家通采摆式列车提高列车运行速度实现线路高速化取良效果动车组发展中车体结构转架动力设备断轻型化满足轴重减轻求注重通性电流制方式满足居国家区运营需制造商普遍关注问题摆式车体技术新型功率半导
体器件交流异步电动机传动广泛应更高速度等级动力分散布置成动车组步发展方
12国高速铁路概况
XX年国通引进消化吸收创新战略已完全掌握动车组列车总成车体转架牵引电机牵引变压器牵引变流器牵引控制列车网络控制制动系统等9关键技术10项配套技术实现跨越式发展年均增长率723动车组国产化程度已达75唐车长客青岛四方等承担着国crh2crh3crh5动车组生产务已成高速动车组制造龙头企业时项新技术唐车轨道客车制造厂建立300kmh高速动车组建模仿真系统通基prointerlinkplm三维设计台基autocadmechanical二维设计台等产品相关性进行设计程中分析计算投产产品设计初断调整投产产品设计缺陷提高企业产品性极提高设计效率提高企业设计制造创新力国引进消化吸收时速200300km动车组技术进步解决阻碍速度提高问题高速动车组基础理生产技术等方面进行创新成功生产出时速380km高速动车组具速度高运量节环保坐感舒适等诸优势综合性全球居领先位
XX年12月22日南车集团青岛四方机车车辆股份限公司制造首列时速300公里具知识产权国产高速动车组crh2300青岛线标志着国成世界第五设计制造出运营速度300kmh动车组国家crh2300高速动车组国外200kmh动车组技术台整合吸收基础创新根国铁路运输具体情况市场需求研发制造整体国产化超70列车采铝合金
车体车重量7千千克轻量化方面走世界前列时高速转架受电弓传动制动网络控制等技术方面取突破性进展体现国机车车辆行业技术员创新力
XX年5月28日中国北车长春轨道客车股份限公司具知识产权时速380km高速动车组谐号380a长春线XX年9月28日11时37分中国国产谐号crh380a高速动车组沪杭高铁杭州海试运行途中高时速达4166公里刷新世界高速铁路运营试验速度
13crh5动车组参数求
crh5动车技术参数表11示
第2章crh5牵引变流器原理
21牵引变流器结构功
牵引变流器ygn2q213（ay00000001050）系阿尔斯通技术引进国产化电动车组crh5变流装置部分两组四象限整流器（4qc）逆变器时组辅助逆变器组逆变器控制台568kw牵引电机辅助逆变器车载三相400v50hz电设备供电变流器功25kv50hz单相交流电压通牵引变压器降压输出单相ac1770v50hz电压四象限整流3600v中间直流电压逆变器输出电压频率调0～2808v三相交流电压控制台电机时辅助逆变器中间回路输入直流3600v电压斩波降压逆变输出三相400v50hz交流电压辅助系统设备供电变流器8组件台构成分两辅助组件台两牵引模块组件台两户组件台冷系统台电阻组件台8台通中央线槽连接形成整体实际外观图图21示
图21牵引变流器实际外观图
牵引变流器务牵引变压器二次侧1770vac单相交流电转变电压频率调三相交流电400vac50hz电源牵引电动机列车辅助系统供电包括部分：四象限脉整流器（4qc）中间直流电路制动斩波器牵引逆变器
211牵引变流器特性
（1）典型模块化结构8组件组成通紧固件连接
（2）牵引辅助变流器集成箱体中辅助回路输入电压中间直流环节
（3）冷方式采水冷强迫风冷
（4）车底安装防护等级ip54
（5）采新高压igbt（6500v600a）技术中间直流电压额定工况3600v
（6）采矢量控制技术种pwm模式优化调制
212牵引变流器结构
装置牵引整流逆变单元辅助逆变单元门控单元冷单元构成车辆底板总成起
（1）2四象限整流器（4qc）连2牵引逆变器1辅助逆变器供电
（2）2三相电压型两电逆变器分台异步牵引电动机供电
（3）2制动斩波器列车处分相区时消耗负载量(制动阶段中动)
（4）1辅助逆变器辅助设备提供400v50hz交流电压
（5）1牵引控制单元（tcu）控制四象限整流器制动斩波器牵引逆变器igbt开关获满足车辆牵引制动性求控制
（6）1辅助控制单元（acu）控制辅助逆变器igbt开关获400v50hz三相交流电压
装置分通气部分密封部分需散热冷系统变压器滤波电抗器电阻器进行绝缘隔离安装通气部必进行绝缘防止污损部分安装密封部
辅助组件1包括辅助功率模块辅助控制单元（acu）高频变压器接口插座辅助组件2包括斩波电感滤波器中压端子板隔离开关保护开关组件牵引组件1牵引组件2结构基相四象限整流模块逆变模块支撑电容水冷回路接口组成户组件2中间直流滤波电容器端子板传感器组件组成户组件1牵引控制单元（tcu）电压电流传感器组件接开关辅助隔离开关高压隔离开关组成冷组件水冷散热器风扇风道水泵膨胀箱组成电阻组件放电电阻辅助滤波器组成组件构成位置图22
图22牵引变流器组件构成位置
213变流器技术参数电路原理图
（1）四象限变流器
额定输入电压：1770v(ac)额定输出电压：3600v(dc)
额定输出电流：540a元件：igbt（6500v600a）
（2）中间直流环节
支撑电容：901mf中间直流电压：3200v－3600v
（3）逆变器
额定输入电压：3600v额定输出电压：2462v
额定输出电流：161a额定输出频率：84hz
元件：igbt（6500v600a）
（4）外形重量防护等级
重量：3100kg防护等级：ip54工作环境温度：－25℃～＋40℃
图23牵引变流器电路原理图
22crh5牵引变流器整流原理
图24整流器电路拓扑图
crh5牵引变流器采两电电路拓扑结构图24示通合理设计支撑电容值取消二次谐波滤波装置利牵引变压器绕组等效电感代整流器交流侧连接电感牵引工况脉整流器牵引变压器二次测输出1770v单相交流电变换成直流电中间直流电路3200~3600v直流电输出牵引逆变器牵引逆变器输出电压频率调三相交流电源(电压0~2080v频率0~180hz)驱动牵引电机
牵引电机转矩转速通齿轮变速箱万轴传递轮驱动列车运行制动工况进行回馈制动时通控制牵引逆变器牵引电机处发电状态发出三相交流电传送处整流状态牵引逆变器中间直流回路稳压处逆变工况脉整流器变单相交流电该交流电通真空断路器受电弓等高压设备反馈接触网实现量生列车处分相区速度低时便启耗制动时通控制斩波器量消耗制动电阻器
221四象限整流器（4qc）基工作原理
图25四象限整流器原理图
四象限整流器原理图25示变压器次级绕组提供两组单相交流电源1770v接线端子10x01a（10x02a）电流传感器ta2（ta1）分进入四象限变流器模块4qca（4qcb）igbtpwm脉宽调制转换3600vdc变流器负载牵引状态运行时脉宽调制电流相位频率网压致提供矢量控制逆变器电源输入变流器负载制动状态运行时脉宽调制电流相位网压反相频率网压致实现中间电路剩余量回馈电网保持中间电路电压稳定采pwm技术实现变压器次级绕组电压电流相位功率数接1
222四象限整流器基技术参数
额定输入电压（变压器次级）：2×1770v(ac)
非永久电压（相额定输入电压）：+24
输入永久电压变化范围（相额定输入电压）：24+16
瞬间电压（相额定输入电压）：30
输入网压频率：50hz
额定输出电压：3600v(dc)（中间回路电压）
输出电压变化范围：3200v～3700v
额定输出电流：540a
igbt开关频率：250hz
223四象限整流器（4qc）结构
牵引辅助变流器两组四象限整流器组电流传感器四象限模块组成四象限模块igbt（具反相联二级）采双联冷液采水乙二酸溶液四象限模块冷方式采水循环强迫式风冷方式四象限模块安装图22示
23逆变器工作原理
逆变器部分作通igbt序导通关断直流电变换电压频率调三相交流电简称vvvf采新型高压igbt（6500v600a）元件直流输入电压dc3600v模块化设计逆变器功率模块组成包括8igbt中6组成2电3相逆变器1作斩波器1栅极发射极短路作二极外形图26示
图26逆变模块外型图
crh5牵引变流器逆变部分采两电电路结构三相鼠笼式异步电机等效星型连接称感性负载列车运行牵引工况时两三相半桥逆变器直流电压环节
供电分两台异步电机提供幅值频率调三相电压根电机牵引特性控制igbt通断调节输出电压幅值频率完成dcac变换回馈制动工况牵引逆变器处整流状态利电机三相绕组漏感构成电压型pwm整流器电机运行速度较高时反二极续流作实现生运行电机较低速度运行时利逆变器升压斩波等效模式实现生运行原理图图27示
图27逆变器电路原理图
图27示三相逆变器电路6带功反馈二极igbt组成igbt反联二极电路工作方式图28示
图28逆变器开关原理图
电路工作时开关s1~s6序导通需电压波形够驱动逆变器需tcu发出控制脉脉通安装功率模块驱动电路逆变器工作该逆变器控制采矢量控制方式
231牵引逆变器工作模式
crh5牵引变流器逆变部分采两电电路结构图29示三相鼠笼式异步电机等效星型连接称感性负载三相逆变器电路6带功反馈二极全控开关构成认三单相半桥逆变器电路组合构成控制三半桥间次相差三分周期
图29三相180度电压型逆变电路图
桥臂两功率器件相互换流180导通型三相逆变器时刻电路中总三器件
导通实际应中采先断通原插入死区时间防止桥臂两器件时导通kt表示控器件导通数kd表示二极导通数ktkd3逆变器感性负载工作模式：
图210逆变器开关状态编码图
第模式kt3kd0(假定桥中t1t6t3导通)电路中控器件导通负载直流电源获量
第二模式kt2kd1(假定桥中t1t6d3导通)方面电源t1t2负载输送电方面t1d3导通ab两相负载t1d3构成闭合回路流环流
第三模式kt1kd2(假定桥中t1d6d3导通)方面负载t1d3形成闭合回路产生环流方面负载量d2d3反馈直流侧
第四模式kt0kd3(假定桥中d3d2d5导通)时负载中量二极反馈直流侧三相两电逆变桥中假定桥臂导通1桥臂导通0三相半桥两电逆变器存1001100100110011011110008种工作状态图210负载接半桥输出间逆变电路输出线电压两半桥间电压差
图211三相电压型逆变电路工作波形图
图211知波形相相位差1200负负载接半桥输出间逆变电路输出线电压两半桥间电压差
24中间回路基工作原理
图212中间回路原理图
中间回路原理图212中示中间回路四象限脉整流器负载端逆变器间联结纽带支撑电容cdc电容器放电电阻器rdc附加电容cris放电电阻rris接开关smt组成支撑电容cdc功包含点：
（1）四象限脉整流器逆变器交换功功率谐波功率
（2）异步电机交换功功率
（3）四象限电抗器交换功功率
（4）支撑中间回路电压保持稳定
采单相脉整流技术牵引辅助变流器中间回路势必存二次谐波果增加二次吸收回路势必增加变流器体积成该变流器掉二次吸收回路增直流侧支撑电容值达减少二次谐波电压目电容参数选择首先列出计算中间电容需参数：
电机输出功率：5641kw电机效率：0935
逆变器效率：098辅助功率：520kw
中间回路电压：3200v
：逆变器输入功率：564109350986156kw
第3章crh5牵引变流器常见障分析
31牵引变流器常见障
牵引变流器典型模拟电路复杂电子电路常见障电流障电压障欠电压障热障载障等等引起障发生原较复杂电流障短路接负载负载突变加减速时间设定太短转矩提升量设定合理变频器部障谐波干扰等引起电压障电源电压高制动力矩足中间回路直流电压高加减速时间设定太短电动机突然甩负载负载惯性载波频率设定合适等引起欠电压障电源电压偏低电源断相电源系统中启动电流负载启动变流器部障等引起变流器热障负载环境温度高散热片吸附灰尘太冷风扇工作正常散热片堵塞变流器部障引起变流器载电动机载障负载变流器容量太电子热继电器保护设定值太变流器部障等引起外接线错误参数设定错误变流器容量太负载变流器电动机身障等引起电动机正常运行障
牵引变流器障发生性质分永久性障偶发性障永久性障指某种原引起障现象直持续例电力电子器件损坏引起电路通断功丧失保险丝熔断造成缺相等偶发性障指种障现象时发生时消失例元件虚焊接触件接触良引起电路异常外界干扰信号引起控制逻辑混乱
牵引变流器障障发生部位分输入级障部障输出级障输入级障包括受电弓断路器变压器障输出级障指牵引电机障部障指变流器身障分直流环节障(整流器中间直流环节障)逆变器障控制系统障
文研究变流器部逆变器障障模式六类：
①功率半导体开关元件基极驱动电路障(f1)
②功率半导体开关元件短路障(f2)
③功率半导体开关元件间歇性短路障(f3)
④逆变桥臂两开关元件短路障(f4)
⑤逆变桥臂两开关元件断路障(f5)
⑥源元件失效障(f6)
逆变器开关元件通常独立基极驱动电路驱动驱动电路障通常表现驱动电源失效元件击穿开路造成障f1障特性控制极击穿断路开关元件断路障f2开关元件反击穿引起桥臂绝缘破坏接元件两端rc吸收回路短路造成种较严重障会造成元件发生破坏需强调避免逆变器桥臂直通障发生逆变器相应保护措施发生开关元件短路障时系统保护电路会强行关断桥臂开关元件时该桥臂开关元件直导通文献称障相桥臂僵持障障f3控制电路元件性变差电磁兼容性差(例电路激)导致开关元件基极驱动出现障会逆变器电压输出波形变差引起元件载障f4产生原例桥臂功率元件互锁延迟时间太dvdt漏栅极间产生转移电流造成误导通等元件短路造成元件开关应力增致短路破坏障f5基极电路障引起障f6表现电容击穿漏气爆炸电感饱电阻器烧断等现象会直接造成逆变器失效
逆变器中功率半导体器件控制电路易发生障薄弱环节性问题直没充分解决统计825控制系统失效源元件障igbt二极损坏功率器件障分直通障开路障障直通时会快烧坏功率器件表现开路障研究功率器件开路障基反映障现象进行准确定位确保机车运行安全
假定时两功率桥臂发生障功率器件开路障模式牵引辅助变流器障诊断处理结合tcutcms障信息进行分析判断面介绍易发生障部件诊断保护值
32易发生障部件诊断保护值
四象限变流器流保护（ta1ta2）
电流＞1100a（峰值）时4qc流障4qcinv制动斩波器暂停工作电流＜950a（峰值）时流障消4qcinv制动斩波器复位90秒瞬时出现5次流障者次流时间超5秒钟变流器出现永久流障牵引封锁根障检查障部件检查电流传感器否障电气接线否存接触良现象
中间直流环节电压保护
电压＞42kv时电压保护4qcinv制动斩波器暂停工作电压＜4kv时电压障消4qcinv制动斩波器复位90秒瞬时出现5次压障者次电压时间超5秒钟变流器出现永久流障牵引封锁
泄漏电流保护（ta3）
电流＞200at＞1sec时电流障断路器跳闸保护变流器停止工作牵引封锁需查找接障
牵引逆变器电流保护
相电流＞700a时流保护inv暂停工作电流＜595a时流障消inv复位90秒瞬时出现5次流障者次流时间超5秒钟inv封锁牵引封锁制动斩波封锁
第4章结束语
文撰写程中特感谢指导老师邵瑞精心指导时感谢厌烦帮助文进行修改改进没邵老师帮助没天篇文三年学历苦涩快乐中学会许专业知识完成毕业设计里感谢班李燕老师谢谢三年中发展付出辛劳求回报私奉献精神感动感谢学冯超写文程中予素材感谢完成篇文程中提供热情帮助然感谢学三年老师坚实专业知识时感谢篇文涉位学者文引数位学者研究文献果没位学者研究成果帮助启发难完成篇文写作学术界前辈致敬
参考文献
[1]杨显进等crh5牵引变流器研究西南交通学：硕士研究文XX
[2]刘玲等牵引变流器障诊断研究西南交通学：硕士研究文XX
[3]熊盛艳等crh5型动车组牵引变流器研究西南交通学：硕士研究文XX
[4]张曙光等crh5型动车组北京：中国铁道出版社XX
[5]徐丽娟张莹．电力电子技术．高等教育出版社北京XX
[6]黄俊王兆安．电力电子变流技术．机械工业出版社北京1999
[7]黄济荣电力牵引交流传动控制[m]机械工业出版社1998[8]http
[9]http
[10]裴建红高速动车组牵引变流器电路设计
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