武丛 蔺磊

摘要：随着我国经济水平以及科学技术的不断提升，当前我国交通基础设施的建设正在日趋完善。为提升民众出行的便捷性，我国加大对动车系统的建设力度，并不断在原有基础上进行优化。本文将结合当前动车的发展情况，详细介绍高压牵引变频系统在动车组的应用，在动车组中，高压牵引变频系统通常包括以下部分：如直流平滑电路、整流器、真空交流接触器等等，并结合这些部分在高压牵引并频系统中所发挥的功能，对动车组牵引变频系统进行细致的研究。

关键词：高压牵引;变频系统;动车组;应用

0  引言

目前随着动车组列车的发展，动车组已经成为我国铁路运输以及客运专线的重要资源之一。根据准确的数据资料，截至2018年底，我国高铁运营里程已超过2.9万公里，而且每年还在大幅度增长。我国高铁里程总数已超全球的三分之二，我国是世界上高铁运营里程数量最多的国家，并且我国所自行研发的，拥有自主产权的动车组，其交汇速度已经创造出全新的世界纪录。

当然，我国动车组取得的如此瞩目的成绩，必然离不开其内部给中元器件紧密的结合，高压牵引变频系统就是主要之一，该系统从整体上来看结构简单、功能强大，且性能稳定。所以，可以为动车提供基础的运行保障。以下将详细介绍高压牵引变频系统的各项组成部分以及其功能。

1  高压牵引变频系统的工作方式

目前我国所使用的动车组，主要依靠其内部的高压牵引变频系统，通过该系统可以控制4台牵引电机电源，使其产生源源不断的牵引力。从整体结构上来看，该系统结构简单。因，为系统中所包含的整流器、直流平滑电路、逆变器、真空交流接触器等主要电器[1]。以及系统所使用到的无触点控制装置系统的主要控制电源等相关的控制电路电气，全部被安置于同一个箱体。在实际安装过程中，有效节约安装空间。同时，箱体的主要结构是由铝制材料组合而成，所以在整体重量方面较轻，实现轻量化的设计要求，便于施工人员的安装操作。

在高压牵引变频系统中，各个功率单元设计分布的较为集中。主要是考虑到模块化的集中布置，可以为高压牵引变频系统的后期维修和维护提供便捷。

在动车组的高压牵引变频系统中，设计人员通常会为其配置具有兩排气口的通风机。而这种通风机最好是选择电动轴流式安装方式。因为电动轴流式通风机，可以满足系统运行的通风需求，可以向功率单元冷凝器送风。该系统中的继电器、接触器采取集中式分布，这有利于维修工人的后期检修。另外，考虑到该系统的密封性和后期维修的便捷，建议采用板簧式手动型夹紧装置。

除考虑小型元器件的分布方式以外，还应考虑到动车组中高压牵引变频系统中的大型器件。比如半导体冷却装置，以及电动通风机。为方便后期的检修，可以通过下部拆装的结构，来实现大型装置的分布。在实际安装过程中，系统中的不同组成单元结构，可以使用不同厂家的产品。在后期的检修过程中。如果必须对某一控制单元进行更换。那么必须要保证个单元在其结构以及功能性方面具备互换性。

动车车主的高压牵引变频系统的供电电源，主要为单项交流电。其具体的数值为25kV、50Hz。受电弓将单向交流电通过VCB与牵引变压器的一次侧绕组相连接，而实现电源的供应。主电路电源的输送主要通过VCB来操控。在牵引主变压器二次侧的两个牵引绕组，分别在一次侧绕组的励磁作用下感应出1500V（1次侧为25kV时）的电压，并输入牵引变频系统的整流器部分。

如图1牵引系统构成图所示，M1和M2两车上各自分别装有牵引变流器。在动车组运行过程中，牵引变流器，可以向牵引电机提供电力。当动车发生制动操作时，可以进行再生制动控制，实现对系统的电流保护功能。除此之外，当动车组传递给该系统信息时，牵引变流器可以调节整流器的载波相位差，降低接触网电流的高次谐波。

高压牵引变频系统由三个部分组成：一是单项交流电变为直流电的整流器部分;二是直流电变为三相交流的逆变器部分;三是吸收电压波动获得直流电压的直流平滑电路部分。在以上结构中，整流器与逆变器均采用三电式结构，这样可以实现对电压的准确控制。主电路部分对于半导体元器件的选择主要采用IGBT，这样可疑有效减弱电影压波形的失真，进而降低牵引电机牵引变压器的电磁噪声和转矩波动。

2  高压牵引变频系统的主要结构设计

2.1 整流器

整流器部分由输入电压、单相PWM整流器以及交流接触器构成。通过系统中的无触点控制结构。整流器可以输出2600到3000V的直流电压，并且牵引变压器一次绕组侧电压电流的功率因数控制为1。在进行再生制动过程中，整流器可以实现逆变换。将滤波电容器的直流电作为输入，进而向牵引变压器一侧提供1500V的交流电压[2]。而整流器结构中，的交流接触器作为输入测主电路闭合切换开关，可以实现对主电路的开关控制。

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。

2.2 逆变器

逆变器的正常工作，需要低压输入。而提供给逆变器电压的主要结构为滤波电容器。逆变器，通过无触点控制装置的控制信号输出的可变电压，实现对感应电机速度、扭矩等因素的控制。再生制动时，逆变器可以一感应电机输入的三相交流电输入电压，并且向滤波电容器测输出直流电。

对此在该系统方案的设计过程中，如果需要对感应电机发起控制作用，则必须采用矢量控制方法。因为矢量控制方法，可以对扭矩电流进行独立的控制，借此提高对扭矩的控制精度，提升感应电机的电流控制性能。

2.3 直流滤波电容器

在高压牵引变频系统中，滤波电容器主要包含两个组成部分。在这两个组成部分中，其一是由两台整流器所以组成的功率单元，其二是由三台逆变器所组成的功率单元。以上部分可以为该系统提供8000μF的容量。为防止电路开闭时电流过大引起电路受损，通常设计人员会为滤波电容器配备相应的备用电路。当电路开启时，充电电阻内部所设置的变压器，可以有效避免电路开关所引起的电流过大。逆变器闭合时，接入CHK，充电一秒后CHK切断，然后接通主电路开关。

3  主变压器和牵引电机简介

3.1 主变压器简述

在本文中的动车组，高压牵引变频系统中，动车组内部的牵引变压器两次绕组行为，均为独立绕组。每个绕组与一台牵引变流装置相连，这样可以确保，在进行绕组过程中，的高电抗和弱耦合性。为整个系统提供较为稳定的安全性。另外，对应主变压器两次独立绕组所产生的增容，需要为每一次的绕组，配置两个并联结构的线圈。面对结构的轻质化，设计人员需要减轻绕组线圈的整体重量，所以对于主变压器的两个独立绕组均使用铝制线圈。并且一次绕组接地侧、两次绕组侧以及三次绕组侧的绝缘套管，均使用耐热环氧树脂以及铜质中心导线所构成的一体形端子板[3]。

3.2 牵引电机简述

3.2.1 电子转子

高压牵引变频系统中的牵引电机，是整个系统的重要组成部分。在进行牵引电机的设计过程中，除了要保证整体结构的轻量化，还要在此基础上实现牵引电机后期保养的便捷化。所以，在设计牵引电机结构时，通常将转子以鼠笼结构固定，这种固定方式不仅可以为整个系统的运行提供良好的稳定性，同时也有利于转子的高速运转。那么在转子高速运轉中，如何确保转差率，这就需要相关工作人员采用合理的方法。例如，可以使用电阻系数较大的转子导条，或使用更高强度的导条材质，如铜锌合金结构。同时为了尽量避免转子在高速运转的过程中，与空气摩擦生热而产生明显的热膨胀现象，应该使用电阻系数较小的纯铜来设计短路环。

3.2.2 电机定子

在整个高压牵引变频系统的设计过程，需要保证每一个组成部分都遵循轻量化原则。所以，进行电机定子结构的设计过程中，设计人员对于定子框，采用以连接板连接铁心的无框架结构框。并同时，在电机定子结构中，配备相应的转向架和安装座。定子框两侧的部件，主要以铝合金材质为主。进一步提升结构的轻量化要求。铝托架的定子框安装部分，应该要提升相应的强度，比如在安装过程中通过加强筋来提高定子框强度。在实际系统运行过程中，面对运行环境温度的上升，以及不同材质各自特性的不同。铁材质与铝材质所具有的热膨胀系数不同，所以面对温度变化时，以这两种材质为主的结构会因膨胀程度不同，而产生错位。此时，必须对热膨胀进行充分的考虑，采用双重装配方式，来避免热膨胀为系统所带来的错位问题。反驱动侧的铝托架，出于采用强制风冷方式的需要，采用在托架上部设置风道，在托架端面安装转动检测器箱的构造。在驱动采用上部安装端子箱的构造。

4  结束语

综上所述，在我国动车车组所取得的成绩，离不开高压牵引变频系统的支持。该系统所具有的优势，此系统有效的提升了机车运行效率。同时采取的模块化结构，提高了元器件的通用性和互换性，便于工作人员的检修，在最大程度上保证动车组的安全及可靠。相关工作人员面对现代社会形势的变化，需进一步优化高压牵引变频系统，促进我国动车组系统的长远发展。

参考文献：

[1]侯静，周海军.浅析高压牵引变频系统在动车组中的应用[J].变频器世界，2019（5）：83-86.

[2]王振威.关于处理CRH380A型动车组牵引变流器故障1（代码004）的学习[J].科技风，2018（19）.

[3]张振宇.动车组牵引电机故障分析及诊断[J].内燃机与配件，2019（14）.