动车组牵引变流技术探讨

滕莉娜

（吉林铁道职业技术学院，吉林 吉林 132002）

动车组牵引变流器在整个牵引传动系统中起到了承前启后的作用，单相交流25KV高压电经过牵引变压器降压后，输入牵引变流器，在变流器内整流逆变，最终输出三相电压频率均可调的交流电牵引电机。在运行过程中，为了保证输的三相交流电稳定可靠，避免高次谐波的影响，在变流器中还增加了中间直流环节以及冷却模块，保证了变流器运行的安全可靠性。

1 牵引变流器结构组成

牵引变流器主要有整流模块、中间直流环节、逆变模块、冷却模块组成。

（1）整流模块。动车组牵引变流器考虑到使用环境及参数多采用三电平式脉冲整流的方式。整流器件多采用IGBT模块，每个IGBT模块都反向并联了一只续流二极管，这样就是给反向电压一个通路，保护管子不会被反向截止后的反向电压击穿。

（2）逆变模块。动车组牵引电机均采用三相交流异步电动机，并且采用了变频调速以便实现较宽的速度范围，这就需要牵引变流器具备逆变模块，在车辆处于牵引工况时，将得到的直流电逆变为电压和频率均可调的三相交流电供电机使用：同时，在车辆处于制动工况时，可以将电机的三相交流电进行整流以便回馈电网。动车组逆变模块多采用电压源型逆变模块，并且由于三电平式结构可以有效提高中间回路的直流电压，减少输出电压的谐波分量，降低损耗，因此，动车组牵引变流器多采用三电平式电压源型逆变模块。

（3）中间直流环节。中间直接环节的电压直接影响变流器性能的好坏，因此在实际使用对其要求较高。中间直流环节可以实现交-直-交变流系统电压的变换，并且为了保证中间电压的稳定性，中间电路增加了储能电容，为牵引电机的基波无功功率和高次谐波提供通路。

（4）冷却模块。变流器内部均采用IGBT模块实现，因此要求变流器必须具备良好的冷却模块。冷却模块性能要求体积小、效率高、重量轻、易于维护检修，并且不能污染环境。常用冷却方式包括风冷、沸腾冷却、油浸冷却、热管冷却。德国ICE采用了封腾冷却，将器件浸泡在冷却液中，上半部分为沸腾气体，利用气体沸腾将变压器热量吸收达到降温目的。日本新干线采用了热管冷却的方式，利用水或水溶液作为冷却介质在热管中循环，起到降温的作用。

和谐号动车组多采用热管冷却的方式，CRH5型车采用水和乙二醇的混合溶液作为冷却介质，而CRH380B型车则采用水和防冻剂的混合溶液。所需冷却剂的数量大约为20升。

2 牵引变流器的原理

牵引变流器的输入侧与变压器的输出侧相连，为了对整条线路进行控制，发生故障时隔离相应变流器，在两者之间增加单极断路器可以将变压器次级绕组与牵引变流器分离。在变流器输入侧安装了预充电单元（在接通期间）和两个并联4QC模块给中间直流环节电压回路供电。安装预充电单元可以防止突然接通变压器时，大电压大电流对整流模块的冲击，起到保护的作用。中间直流环节包括电容器、谐波电路、接地故障模块和保护模块。考虑到车辆在制动时，可能有电流回馈电网，为避免多余电能对电网的冲击，中间直流环节还与车顶的制动电阻相连，起保护作用。再经脉冲逆变器将中间直流环节电压能量传递至三相变频脉冲电压，给车下牵引电机供电，最终实现动力车辆的牵引。