動車組牽引變流技術探討

滕莉娜

（吉林鐵道職業技術學院，吉林 吉林 132002）

動車組牽引變流器在整個牽引傳動系統中起到了承前啟后的作用，單相交流25KV高壓電經過牽引變壓器降壓后，輸入牽引變流器，在變流器內整流逆變，最終輸出三相電壓頻率均可調的交流電牽引電機。在運行過程中，為了保證輸的三相交流電穩定可靠，避免高次諧波的影響，在變流器中還增加了中間直流環節以及冷卻模塊，保證了變流器運行的安全可靠性。

1 牽引變流器結構組成

牽引變流器主要有整流模塊、中間直流環節、逆變模塊、冷卻模塊組成。

（1）整流模塊。動車組牽引變流器考慮到使用環境及參數多采用三電平式脈沖整流的方式。整流器件多采用IGBT模塊，每個IGBT模塊都反向并聯了一只續流二極管，這樣就是給反向電壓一個通路，保護管子不會被反向截止后的反向電壓擊穿。

（2）逆變模塊。動車組牽引電機均采用三相交流異步電動機，并且采用了變頻調速以便實現較寬的速度范圍，這就需要牽引變流器具備逆變模塊，在車輛處于牽引工況時，將得到的直流電逆變為電壓和頻率均可調的三相交流電供電機使用：同時，在車輛處于制動工況時，可以將電機的三相交流電進行整流以便回饋電網。動車組逆變模塊多采用電壓源型逆變模塊，并且由于三電平式結構可以有效提高中間回路的直流電壓，減少輸出電壓的諧波分量，降低損耗，因此，動車組牽引變流器多采用三電平式電壓源型逆變模塊。

（3）中間直流環節。中間直接環節的電壓直接影響變流器性能的好壞，因此在實際使用對其要求較高。中間直流環節可以實現交-直-交變流系統電壓的變換，并且為了保證中間電壓的穩定性，中間電路增加了儲能電容，為牽引電機的基波無功功率和高次諧波提供通路。

（4）冷卻模塊。變流器內部均采用IGBT模塊實現，因此要求變流器必須具備良好的冷卻模塊。冷卻模塊性能要求體積小、效率高、重量輕、易于維護檢修，并且不能污染環境。常用冷卻方式包括風冷、沸騰冷卻、油浸冷卻、熱管冷卻。德國ICE采用了封騰冷卻，將器件浸泡在冷卻液中，上半部分為沸騰氣體，利用氣體沸騰將變壓器熱量吸收達到降溫目的。日本新干線采用了熱管冷卻的方式，利用水或水溶液作為冷卻介質在熱管中循環，起到降溫的作用。

和諧號動車組多采用熱管冷卻的方式，CRH5型車采用水和乙二醇的混合溶液作為冷卻介質，而CRH380B型車則采用水和防凍劑的混合溶液。所需冷卻劑的數量大約為20升。

2 牽引變流器的原理

牽引變流器的輸入側與變壓器的輸出側相連，為了對整條線路進行控制，發生故障時隔離相應變流器，在兩者之間增加單極斷路器可以將變壓器次級繞組與牽引變流器分離。在變流器輸入側安裝了預充電單元（在接通期間）和兩個并聯4QC模塊給中間直流環節電壓回路供電。安裝預充電單元可以防止突然接通變壓器時，大電壓大電流對整流模塊的沖擊，起到保護的作用。中間直流環節包括電容器、諧波電路、接地故障模塊和保護模塊。考慮到車輛在制動時，可能有電流回饋電網，為避免多余電能對電網的沖擊，中間直流環節還與車頂的制動電阻相連，起保護作用。再經脈沖逆變器將中間直流環節電壓能量傳遞至三相變頻脈沖電壓，給車下牽引電機供電，最終實現動力車輛的牽引。