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1、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,2,目 录1. HXD3C主/辅电源变换装置传动技术及系统构成 31.1 HXD3C主/辅电源变换装置传动技术 41.2 HXD3C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102.1 HXD3C主/辅电源变换装置主要电气设备技术特点112.2 HXD3C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143.1 HXD3C主/辅电源变换装置主要电气设备应用153.2 HXD3C主
2、/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 424.1 HXD3C型电力机车途中常见故障应急处理方法 434.2 HXD3C型电力机车途中常见故障案例 48,3,第一部分HXD3C主/辅电源变换装置传动技术及系统构成,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2380V可变 频率0.250Hz可变 输出2：230kVA 电压380V/50H
3、z三相规格：400010352050mm3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,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
4、变换装置传动技术,2）用途,6,1)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。,1.2 HXD3C主/辅电源变换装置系统构成,25kVac,1450Vac,399Vac,7,1.2 HXD3C主/辅电源变换装置系统构成
5、,2)电源变换电路的位置-原理图,8,1.2 HXD3C主/辅电源变换装置系统构成,3)牵引回路-原理图,9,每辆车两组APU辅助电源电路,1.2 HXD3C主/辅电源变换装置系统构成,4)辅助电源回路-原理图,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,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,2.1 HXD3C主/辅电源变换装置主
6、要电气设备技术特点,12,2)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,2.1 HXD3C主/辅电源变换装置主要电气设备技术特点,13,PWM（Pulse Width Modulation）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,2.2 HXD3C主/辅电源变换装置主要电气设备控制技术,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,15,1）装置正面分解图例,水冷系统,CI控制单元,风扇/加热盘,3.1HXD3C主/辅电源变换装
7、置主要电气设备应用,16,水冷系统,风冷系统,3.1HXD3C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,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,18,整流单元,CAPACITOREF332162EYQ0736CAP.
8、3200+3200FVOLT.3300VDCMASS 60kgnichicon,整流单元,逆变单元,逆变单元,DC 2800V,DC 2800V,505A,510A,CAPACITOREF332162EYQ0735CAP.1600FVOLT.3300VDCMASS 60kgnichicon,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,19,主电磁接触器（K）铭牌：TOSHIBAVACUUM CONTACTORTYPE:CM79-A1NO.:778123
9、6-G37DATE:SEP 2005MASS:18kg开断能力：1500VAC/1300A,变压器,整流单元,1450V/50Hz,充电接触器（AK）铭牌：TOSHIBAVACUUM CONTACTORTYPE:CM75-A2NO.:7781236-G37DATE:SEP 2005MASS: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、AK,20,整流器,入AC399V，50Hz,DC750V,逆变器,出 AC恒压恒频380V，50Hz AC变压变频(
10、2380V,0.250Hz),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,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
11、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,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。,KR1,AVR1,K 线圈,NF1,控制单元,P241,A102,114,100P,A04,1335,RY-CN2,RY-CN1,HBKR,3.1HXD3C主/辅电源变换装置主要电气设备应用,8）继电器单元,23,作用：由AVR14以及一个继电器盘组成。AVR为IGBT的门极触发电路
12、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COR13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,24,DCPT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：INPUT IMPEDAME 2.5kINPUT CURRENT 10mAINPUT VOLAGE 25VOUT PUT 10V/2kISOLAION VOLTAGE AC 10kV,过压保护,中间电容,DC,DCPT铭牌：INPUT IMPEDAME 5kINPU
13、T CURRENT 5mAINPUT VOLAGE 25VOUT PUT 10V/10kISOLAION VOLTAGE AC 5.5kV,3.1HXD3C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,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：OUT PUT: 24V 2.1AIN PUT: DC 70V135V,3.1HXD3C主/辅电源变换装置主要电气设备应用,11） APU的塑壳断路
14、器和自动电压调节器,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,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,27,中间电容,电压检出,OVR单元,过压保护回路的限流电阻。,DC 2800V,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，
15、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,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：由串连的分压电阻与串联的稳压电容并联，再由中性点引线经限流电阻接地。使用电流传感器可以检测到交流输入侧、直流侧以及三相交流输出侧的接地短路故障电流。,3.1HXD3C主/辅电
16、源变换装置主要电气设备应用,14） GR单元,29,功能简介：NF单元是由NF1和NF2，以及同步变压器T1、VDT构成。T1是（CI）的同步变压器。输入端为网线电压经过电压互感器PT后的AC100V电压，输出端为通往CI 控制单元的AC5V电压信号。VDT是（APU）的同步变压器。输入端为网线电压经过电压互感器PT后的AC100V电压，输出端为通往APU控制单元的AC15V电压信号。NF1是主变换（CI）的DC110V电源的滤波单元。NF2是辅助 变换（APU）的DC110V电源的滤波单元。,3.1HXD3C主/辅电源变换装置主要电气设备应用,15） NF单元,30,P- FH1,2,3分别
17、放置在3个CI 控制单元下方。,P- HT6,7分别放置在APU逆变、整流单元体下方。,P- HT1,3分别放置在OVRe单元和APU控制单元下方。,放置在APU整流器单元的右侧。冷却APU逆变单元和整流单元室。,作用：风扇：冷却控制单元。加热电阻：低温起动的时候，预热控制单元。,P- HT2 放置在DCPT单元下方。,P- HT4 放置在 单元下方。,3.1HXD3C主/辅电源变换装置主要电气设备应用,16）风扇加热盘,31,流量计、阀门等,水箱,水泵,大连帝国水泵：CANNED MOTOR PUMPTYPE: F41-217C4HEAD:20m350Hz 380VOUTPUT:3.0kWA
18、MP.8.0A.LOCK AMP.27APOLE:2 INS.CLASS:C,冷却液（LIQUID)：乙二醇55纯水45溶液200L,强制风冷：用来冷却APU的IGBT。,3.1HXD3C主/辅电源变换装置主要电气设备应用,17）风冷水冷系统,32,CI端子台,3组电源输入接口（从变压器二次测）,3组电源输出端口（至3台牵引电机）,1450V/50Hz,交流变压变频,辅助接口,电源输出接口,2380V/0.250Hz,电源输入接口,399V/50Hz,APU端子台,3.1HXD3C主/辅电源变换装置主要电气设备应用,18）APUCI端子台,33,注：HXD3与HXD3C电力机车电源装置的区别,
19、追加APU输出反馈回路,区别1：辅助电源（APU）追加反馈加回路,34,注：HXD3与HXD3C电力机车电源装置的区别,区别2：装置箱盖不同,HXD3,HXD3C,35,1）维护保养项目1,3.2HXD3C主/辅电源变换装置主要电气设备维护保养,36,1）维护保养项目2,3.2HXD3C主/辅电源变换装置主要电气设备维护保养,37,1）维护保养项目3,3.2HXD3C主/辅电源变换装置主要电气设备维护保养,38,1）维护保养项目4,3.2HXD3C主/辅电源变换装置主要电气设备维护保养,39,1）维护保养项目5,3.2HXD3C主/辅电源变换装置主要电气设备维护保养,40,1）维护保养项目6,
20、3.2HXD3C主/辅电源变换装置主要电气设备维护保养,41,1）维护保养项目7,3.2HXD3C主/辅电源变换装置主要电气设备维护保养,42,2）易损件1,3.2HXD3C主/辅电源变换装置主要电气设备维护保养,43,一般零件的寿命受工作时间(使用频率)和运转环境(温度.湿度.灰尘.振动等)影响。以上的更换周期为预测安全性所作的基准，请活用。日常检查、定期检查请根据规定进行。以上推荐的更换周期是大体推测。日常检查、定期检查时发现异常情况时，请速更换。作成零件更换记录表，请记入零件的更换日期并妥善保管。更换后的零件 根据有关资源再利用以及环境污染保护条例或贵公司规定进行处理。不明情况时请及时联
21、系。更换的零件必须使用指定的零件。,2）易损件2,3.2HXD3C主/辅电源变换装置主要电气设备维护保养,44,第四部分HXD3C型电力机车途中常见故障应急处理方法及案例,45,为保证乘务人员准确、及时处理HXD3型电力机车途中故障，以下是HXD3型电力机车途中常见故障应急处理方法，同时在故障处理前应注意以下事项： 1、故障处理前，必须将主手柄及换向手柄回“0”位，断开主断路器。 2、机车在运行途中断开下列开关或断路器均会造成机车惩罚制动： 电钥匙SA49(50) 微机控制1、2自动开关QA41（42） 电空制动自动开关QA55 司机控制1、2自动开关QA43(44) 机车控制自动开关QA45
22、 蓄电池自动开关QA61 3、人为断开上述开关后，再重新闭合需要间隔30秒以上（10秒就没有问题了，30秒以上OK） 4、确认需要断开蓄电池自动开关QA61之前，应正确处理好监控装置的操作。,4.1HXD3C型电力机车途中常见故障应急处理方法,1）注意事项,46,一、主断合不上处理方法：1、检查总风缸或控制（辅助）风缸压力应大于500650kPa。（受电弓能升起，主断合不上，使用辅助压缩机继续打风）；2、检查司机控制器手柄处于“0”位；3、检查主断供风塞门U94（受电弓控制单元上）应在开位。4、检查两端司机室操纵台上的紧急按钮SA103（104）应在弹起位。（紧急按钮有按压复位和旋转复位两种）
23、5、半自动过分相按钮SB67（68）在正常弹起位。6、自动过分相装置试验按钮(自复式)在正常弹起位。7、检查CI试验开关SA75（电器控制柜上）在正常位。,1）故障一,4.1HXD3C型电力机车途中常见故障应急处理方法,47,二、提牵引主手柄，无牵引力处理方法：1、确认各风机启动完毕（换向后，风机启动）。2、确认停车制动在缓解位，制动缸压力小于15Okpa时操纵台停车制动红色指示灯应熄灭。 3、确认制动系统CCB-II显示屏不显示动力切除状态。 4、监控未发出卸载信号。 5、通过TCMS显示屏查看机车部件的状态，发现异常，到低压电器柜检查对应的自动开关是否处于闭合位。6、过完分相，主断已闭合，
24、提牵引手柄，无牵引力，可以回牵引手柄到“0”位，重新在提，并注意手柄的级位与机车速度之间的关系。7、确认升弓合主断是在合电钥匙之后操作的。,1）故障二,4.1HXD3C型电力机车途中常见故障应急处理方法,48,三、主变流器CI故障现象：跳主断，故障显示灯亮，微机可能显示主接地、牵引电机过流、主变压器牵引绕组过流、中间回路过电压、网压异常等信息。处理方法：1、将司控器手柄回“0”位，按操纵台“复位”按钮，再合主断提手柄试验。此时注意TCMS提示的内容，包括故障信息和电机牵引力情况。2、如合不上主断，或提手柄后就跳主断，应根据提示隔离相应的主变流器，然后再合主断试验牵引。隔离操作需要在微机屏上手触
25、进行。隔离切除后，机车损失部分动力。注：当故障严重时，在司机室有可能听到机械间里有很大的“放炮”声音，并可能有冒烟现象，司机室微机屏显示相应的主变流器故障。四、主回路接地故障现象：跳主断，故障显示灯亮，微机显示故障信息处理方法：1、主手柄和换向手柄回“0”位，按下操纵台上的“SB61”复位按钮进行复位，正常后继续运行。2、若又动作，通过TCMS显示屏将故障的CI切除后维持运行。,1）故障三、四,4.1HXD3C型电力机车途中常见故障应急处理方法,49,五、辅助变流器APU故障现象：跳主断，故障显示灯亮，微机显示辅助变流器输入过流、辅助回路过载、中间回路过电压、辅助回路接地等故障信息处理方法：1
26、、主手柄和换向手柄回0位，10秒后重合主断，故障消失后继续运行。2、辅助变流器有二组，当一组出现故障，微机会自动转换。此时通过微机显示屏查看信息，辅助电源画面，KM20应闭合。（KM20变为緑色）3、若微机转换异常，可以手触显示屏“开放”故障的一组辅助变流器，让TCMS切除转换；也可以断合低压电器柜上的辅助变流器自动开关QA47进行复位转换（2分钟内连续发生多次，该辅助变流器将被锁死，必须切断辅助变流器控制电源断路器QA47后重新闭合方可解锁。）。3、若还不能正常转换，需要停车降弓，断开蓄电池总电源30秒以上进行复位。 注：当切除一组辅助变流器后，牵引风机将全速运转，只有一台空压机投入工作。六
27、、水泵故障1、将主手柄和换向手柄回0位，断电、降弓后重新升弓合主断，若能恢复正常则继续运行。2、若无效，利用TCMS显示屏切除相应的3台CI维持运行。,1）故障五,4.1HXD3C型电力机车途中常见故障应急处理方法,50,事例A：误报装置故障某日#168运行途中机破显示屏报APU2-C接地;APU2-C不动;APU2-C传送异常;APU2-I传送异常;APU1-I传送异常;APU1-C传送异常后调查发现当LV柜上QA74开关合上后，就会出现上述故障，最后确定为QA74开关上一条导线破损所致。事例B：散热故障某日#114在运行途中报APU温度过高故障。对APU散热片进行清扫后投入使用。事例C：间
28、接装置故障某日#097APU2-C接地，不动、APU2 DF熔断、DC110V运转停止、APU1-C接地，不动故障。检查发现PSU2功率单元体IGBT击穿，更换后高压实验一切正常，故障消失。,4.2HXD3C型电力机车途中常见故障案例,2）案例ABC,51,事例D：非装置故障某日#176报“DC110V运转停止”，APU1，2的DF熔断，PSU严重馈电，近剩60V左右，判断PSU故障导致APU1，2的DF熔断。更换DF熔断器。事例E：接地故障某日#239CI6接地、逆变故障。将CI5和CI6的电机主回路线对调，CI6接地故障转移到CI5，TCMS显示器报CI5接地故障。调查结果为电机接地。,2）案例DE,4.2HXD3C型电力机车途中常见故障案例,52,以上谢谢！东芝：郭 伟,
