CRH3牵引传动

第7章 牵引传动

目 录

7 牵引传动 . ................................................................................. 1

7.1 7.2

7.2.1

概要 . ......................................................... 3

牵引传动系统 ................................................... 4

概述 .................................................................4

7.2.2主电路构成 .........................................................4

7.3

7.3.1 7.3.2 7.3.3 7.3.4 7.3.5 7.3.6 7.3.7

高压电器 . ...................................................... 8

概要 .................................................................8 受电弓 . ........................................................... 11 高压断路器..................................................... 15 防雷击装置..................................................... 19 网端检测装置 ................................................. 20 能量消耗计..................................................... 22 高压电缆 ........................................................ 23

牵引变压器 . ................................................... 24

7.4

7.4.1 7.4.2

概述 ............................................................... 25 牵引变压器特点和技术参数 . ........................... 25

牵引变流器 . ................................................... 28

7.5

7.5.1 7.5.2 7.5.3 7.5.4 7.5.5

概述 ............................................................... 28 四象限整流器工作原理和技术参数 ................. 30 逆变器工作原理和技术参数 . ........................... 30 中间电路的特点和技术参数 . ........................... 31 牵引控制单元 (TCU)...................................... 32

7.6

7.6.1 7.6.2 7.6.3

牵引电机 . ..................................................... 34

牵引电机概述 ................................................. 34 牵引电机的特点和技术参数 . ........................... 34 牵引电机的结构.............................................. 35

7.1 概要

CRH3动车组为8辆编组，其中1、3、6、8号车为动车，2、4、5、7号车拖车，牵引传动系统采用交-直-交的传动方式，每列动车组的牵引系统由两个牵引单元组成，1、2、3、4为一个动力单元，5、6、7、8为一个动力单元。如图7-1-1。

图7-1-1牵引传动系统的布置

一个牵引单元的牵引主电路设备主要由1个受电弓、1个牵引变压器、2个牵引变流器和8个牵引电机和2个牵引控制单元（TCU ）组成。每个牵引电机带有一套机械传动装置包括齿轮箱、联轴节。

每辆动车组都由两个对称的牵引单元组成，它们用一根车顶线（高压线）相连。动车组牵引系统的组件分布在以下车上，它们对称地位于两个牵引单元中。 • EC01 / EC08

- 牵引变流器 (TC)，带冷却装置 (CLT) - 牵引电动机 (TM) 和齿轮装置 • TC02 / TC07

- 变压器 (TF)，带冷却装置 (CLF) • IC03 / IC06

- 牵引变流器 (TC)，带冷却装置 (CLT) - 牵引电动机 (TM) 和齿轮装置 • BC04 / FC05 限压电阻器 (RMUB )

7.2

7.2. 1

牵引传动系统

概述

牵引传动装置采用交－直－交传动，采用AC25kV 接触网供电。每列动车组都由两组互相对称的牵引单元组成，它们之间用车顶电缆连接起来。一列车的牵引功率为8800kW 。 7.2.2主电路构成 7.2.2.1 主电路的构成

主电路主要由网侧高压电器、牵引变压器、牵引变流器和牵引电动机等组成。如7-2-1所示，参见表7-2-1。

图 7-2-1

表7-2-1 牵引系统构成

牵引变流器零部件示意图

C D CLF CLT C SK CT FTC FTF FTM HVL LCT L SK LVT

直流侧电容器 冷却装置变压器

PTC PTF

牵引箱泵 变压器泵 脉宽调制逆变器 限压电阻器 牵引变流器 变压器电流互感器 变压器 牵引电动机

冷却装置牵引转换器 PWMI 电容器（串联谐振电路）R MUB 接触线 牵引箱风扇 变压器风扇 牵引电动机风扇 高压线

线路电流互感器

TC TCT TF TM

TW1–TW4 牵引绕组 VLW

预充电电阻器

4 象限斩波器

电感器（串联谐振电路）4 QC 线电压互感器

MUB

过压限制器

7.2.2.2 主电路的工作原理

架设在TC02车车顶的受电弓从接触网接收AC25KV 的交流电，然后通过布设在车顶和车端的高压电缆将电能输送到装在TC02车下的牵引变压器，变压器的副边感应出4X1550V 的电压并通过车辆间的连接馈线到设在动车车下的变流器单元。变流器单元内部的四象限斩波器将1550V 的交流电整流为2700V -3600V 的中间直流电压。中间直流电压通过PWM 变频单元向牵引电机提供变压变频（VVVF ）的三相交流电源。其中限压电阻接在中间直流电路的两极，防止出现过高电压，辅助变流器的输入也取自中间直流环节。

主电路设备主要包括：牵引变压器及其冷却系统、牵引变流器及其冷却系统、牵引电动机及传动装置、限压电阻、高压电器等 7.2.2.3 主电路的谐波 干扰电流的定义：

I pe =

∑k

ν

(ν) ∙I (ν) pe

2

I pe -干扰电流 k pe –干扰评估加权系数 I –电流的有效值 ν –谐波

原边电流的畸变系数

I

2

d i =

-I 1I

2

d i –电流的畸变系数定 I 1 –电流基波的有效值 I –电流的有效值

中间直流环节的谐波情况参见图7-2-2，图7-2-3，图7-2-4。

图 7-2-2 动车组从0到20 kHz，100 %牵引状态下谐波频谱，考虑牵引（8个牵引

4QC ）

图 7-2-3 动车组从0到20 kHz，75 %牵引状态下谐波频谱，考虑牵引（6个牵引

4QC ）

图 7-2-4 动车组从0到20 kHz，50 %牵引状态下谐波频谱，考虑牵引（4个牵引

4QC ）

7.3

7.3. 1

高压电器

概要

高压电器主要由受电弓、高压断路器、接地开关、防雷击装置（避雷器）、网端检测装置、高压电缆组成。每辆动车组都由两个对称的牵引单元（EC 01 至 BC04 车和 FC05 至 EC08 车）组成，它们通过一根车顶线相连。

高压系统位于车顶，高压系统的构成参见图7-3-1。除车顶线和 TC02 和 TC07 车之间的高压转换装置外，高压系统的下列所有组件都位于 TC02 和 TC07 变压器车的车顶： • 受电弓 (P)

• 避雷器（通过接触网的过压）(SA1) • 线电压互感器 (LVT)

• 主断路器，带接地开关 (MCB)

高压电缆，将动车组两个牵引单元连接起来，这样通过电缆一个受电弓和一个主断路器可以同时给两个牵引单元供电。两个隔离开关在列车发生故障时可以将车顶电缆断开，这样一个牵引单元主系统发生故障，另一个牵引单元可以继续工作。受电弓得到25 kV AC的电源后通过真空主断路器与车顶电缆连接。在受电弓的右后方有一个避雷器防止空气过压，避雷器的下方是变压器，作为从接触网获得的25 kV AC变压的传感器，主断路器中集成了接地绝缘和电流互感器用于测量动车组的电流，从电流互感器出来的信号送达中央控制单元进行处理，而从变压器出来的信号则由中央控制单元和牵引控制单元处理。带有接地绝缘的真空断路器将受电弓和其牵引单元主变压器原边绕组连接起来，同时通过车顶电缆与另一个牵引单元主变压器原边绕组连接起来。

电流互感器以及避雷器通过电缆与变压器原边绕组连接。电流互感器相当于一个变压器原边绕组的输入电流的传感器。变压器的输出端通过接地电流互感器与运用地面连接，电流互感器采集变压器的输出电流。每个牵引单元的中央控制控制单元通过比较两个电流互感器测得的电流差来判断两个电流互感器间原边电路是否有接地故障。

ECT M LCT LVT MCB MT P

接地电流互感器 牵引电动机 线路电流互感器 线电压互感器 主断路器/接地开关 主变压器 受电弓

RA RLDS

车顶区

车顶线路隔离开关

SA1, SA2 避雷器 TC TCT UA VLR

牵引箱

变压器电流互感器 地板下区域 限压电阻器

图7-3-1：高压系统框图（所示为第二个牵引单元）

高压电器的主要组成部分位于每个完整动力配置的变压器车车顶上。（具体每个部件的分布见表7-3-1）

表7-3-1高压系统部件布置

7.3. 2

受电弓

7.3.2.1结构组成

接触网提供 AC 25 kV 电压，该电压通过受电弓收集。由于高压线路（称为“车顶线”）连接 CRH3 列车的两个牵引单元，正常操作中只需要提升一个受电弓收集 AC 25 kV 用于整个 8 节车厢装置即可。受电弓由压缩空气驱动。此外，气动滑板监测系统（自动高速降落装置）可确保在滑板磨损或断裂时通过断开 EMERGENCY OFF（紧急停车）回路来使受电弓降落。受电弓构成如图7-3-2。

1 集电器头 8 支持绝缘子 2 碳条

9 底座 3电流连接器装置，集电器 10 系统阻尼器 4 导杆 11下拉臂 5 气源 12联接杆

6 提升装置

13电流连接器装置，拐点 7 电流连接器装置，基底

14上拉臂

图7-3-2 受电弓结构

受电弓设计为单臂受电弓。气动系统阻尼器 (10) 位于底座 (9) 上，阻尼器使下拉

臂 (11) 段提升和降落，底座固定在支持绝缘子 (8) 上。拉离上拉臂 (14) 段会带离集电器头 (1) 和它的两个碳条 (2)。受电弓配有气动自动降落装置。它在滑板断裂时使受电弓降落（还将断开 EMERGENCY OFF（紧急停车）回路）。驱动器的压缩空气供应给滑板防磨损板中的管道。若滑板断裂时压缩空气逸散，受电弓的风箱驱动器将通过高速降落阀通风。同时主断路器将被触发，防止因电弧而损坏。同一地，弓角也受到气动监测，以防损坏。如果压力线断裂，自动降落装置可通过切断阀被禁用。

受电弓的所有功能都由各自相关的阀控制模块执行和监测。升弓通过起动按钮连接至阀控制模块的气动管中的电磁阀实现。升弓时间使用气动供给管中的扼流圈设置。受电弓的降弓时间和静接触力及自动降落装置的压力开关在阀控制面板上设置。阀控制模块的压缩空气由 MR 管道供应，此外，辅助压缩机还用于在低 MR 压力时供列车使用。

7．3．2．2技术参数

该受电弓主要的技术参数见表7-3-2。

表7-3-2 受电弓主要技术参数

7.3.2.3工作原理

受电弓配备了一个压缩空气驱动的自动升降装置，当接触接触带破裂时驱动装置将降低受电弓。在接触接触带的摩擦块中有一条沟槽里面充满来自驱动装置的压缩空气，如果摩擦块断裂压缩空气就会泄漏，底部驱动装置就会通过一个快速排气阀将受电弓降低，同时主断路器被触发以免由于电弧引起损坏。同样的方式当绝缘舵杆损坏时以相同的方式进行控制。在压力管路损坏的情况下，该自动升降装置通过塞门在运行状态时进行隔离。自动升降装置列车控制系统集成将在

受电弓所有功能以及监控是通过各自的阀控制模块实现。受电弓升起是通过一个安装在控制阀模块输入电缆中的电磁阀实现。升弓时间通过输入电缆中的电抗设置。降弓时间以及静态接触力以及自动升降装置中的压力开关的压力通过阀控制面板设置。阀控制模块所需的压缩空气由MR 管提供，当列车整备时辅助空气压缩机会被使用。 7.3.2.4工作方式

当单列动车组运行时，两个受电弓中的其中一个用于采集单相交流电。为了实现这个目的，两个受电弓（动车组的两个牵引单元）通过车顶电缆连接。在单列车运行过程中，两个受电弓的任何一个都具有相同的性能。

双牵引运行时，两个受电弓，每单元一个，升起。车顶受电弓的安装位置和两受电弓之间的距离应以此来决定：确保双牵引中有一个好的集电弓，基于200 m 或更长距离的受电弓的配置。 在动车组重联时，两个受电弓被升起（每列车各一个）。即使重联运行，受电弓在车顶的安装位置以及两个受电弓间的距离需要被考虑。当受电弓距离200 m 或更大时会发挥最佳集电效果。

在正常模式，单相交流电由动车组中优先使用的受电弓收集，受电弓的优先配置取决于列车的配置。在发生故障的情况下，就会要求另外一种配置工作，这样就要限制列车的最高运行速度。在故障情况下的最高运行速度

根据列车配置，列车控制系统通常会确定首选受电弓。正常操作期间的首选受电弓的配置如图7-3-4：

DD 行驶方向

图 7-3-4 首选受电弓的配置

如果首选受电弓被禁用或出现故障（例如，切断线路安全开关或空气压力损失），

则可使用如图7-3-5的受电弓配置：

DD 行驶方向

图 7-3-5：非首选受电弓的配置

由于分相段中存在隔离电源短路，如图7-3-6受电弓配置不能容许：

DD 行驶方向

图7-3-6 不容许的受电弓的配置

升弓：将司机控制台上的受电弓拨动开关切换到“升弓”位置后，电磁阀通过

SIBAS KLIP 模块激活。

采用以下方式可降弓：

• 起动司机控制台上的受电弓拨动开关，将开关设置到“降弓”位置，或 • 起动司机控制台上的受电弓拨动开关，将开关设置到“降弓并撒砂”位置，或 • 断开 EMERGENCY OFF（紧急停车）回路，或 • 执行 CCU 的保护功能 • 执行 TCU 的保护功能

7.3. 3

高压断路器

主断路器 (MCB) 用于开关连接的牵引单元的工作电流，以及在发生严重干扰时安

全断开 CRH 3 列车的两个互感器 (LCT / TCT) 与接触网。严重干扰如过流、互感器故障或线路短路。主断路器由压缩空气驱动。 •

7．3．3．1结构形式

主断路器设计成单极真空主断路器，具有内置弹簧式压缩空气作动器以及真空电弧放电室。主断路器主要有用于顶部打开的盖板、作动器以及真空电弧放电室。在主断路器的外部装有隔离开关。监控、触发断路器以及断路器的保护是通过列车控制实施的。诊断系统确保主断路器发生任何故障时都能被发现而且发出有关错误信号，接着发生故障的主断路器被锁闭。断路器的结构参见图7-3-7。

图7-3-7 断路器结构

7．3．3．2技术参数（见下表）

断路器主要技术参数见表7-3-3。

表7-3-3断路器主要技术参数

7.3.3.3工作原理

主断路器通过电磁线圈阀以及压缩空气触发后关闭，主触点闭合同时开启弹簧被锁住。开启过程通过电磁触发（通过切断保持电流），即使主断路器正在关闭过程中。从MR 管获得压缩空气。在列车整备时，可以从辅助空气压缩机获取压缩空气。

根据主断路器底座的位置，在一个单独底座上安装了接地隔离开关，在不工作状态下开关手柄处于水平位置，当转到主断路器两端的接地触点，此时手柄处于接地位置。接地隔离开关可以在车内手动操作，联锁装置确保只有当列车高压系统与接触网断开后才能起作用。

为便于对高压系统进行维护和修理工作，主断路器上装有两极接地隔离开关。隔离开关将主断路器的两端连接到工作接地点。接地隔离开关为防短路装置，即使在接地隔离开关接合的情况下电源回流（例如，因接触网线坠落）系统也能保证安全接地。主断路器设计为配有气动弹簧执行机构和真空灭弧室的单极真空主断路器。它包括车顶打开用底板、执行机构和真空灭弧室。在外部，主断路器配有隔离开关。主断路器的开关

和保护功能的监测和触发由列车控制系统执行。诊断系统确保主断路器中出现的所有故障都会被检测到并用信号发送出去。受影响的主断路器将停用。在压缩空气的帮助下触发电磁阀可闭合主断路器。主触点闭合，同时分闸弹簧夹紧。断开程序以电磁方式（通过中断保持电流）触发，即使主断路器此时闭合。压缩空气由 MR 管道供应，此外，辅助压缩机还用于在低 MR 压力时供列车使用。接地隔离开关安装在单独的底板上，它位于与主断路器底板相对的一个规定位置。

将司机控制台上的拨动开关“主断路器”切换到位置“合”即可闭合主断路器。执行该步骤只会使牵引单元中的主断路器和提升的受电弓闭合。出现下列情况下通过 KLIP 信号激活：

• 自身牵引单元中的主断路器已释放，及

• 另一个牵引单元中的主断路器已释放或车顶线路隔离开关已断开，及

• 自身牵引单元的牵引箱的线路断开器/预充电接触器断开（这种情况对分相段中的电压保持状态无效），及

牵引箱的线路断开器/预充电接触器断开或另一个牵引单元的车顶线路隔离器断开（这种情况对分相段中的电压保持状态无效），及没有触发 EMERGENCY OFF（紧急停车）。

7.3.4接地开关

结构形式见图7-3-8。闸刀通过支架安装在轴上，而轴、曲柄组装、连接杆组装以及操纵杆组装则组成一个传动机构，转动操纵杆，使整个传动机构进行传动，进而使得轴带动闸刀旋转一定的角度。根据设计，在操纵杆从一端旋转180°到另一端时，闸刀也相应从“工作位”旋转102°到“接地位”或者从“接地位”旋转102°到“工作位”。而控制其是否能够转动的则是锁组装。锁组装共有3个锁，其中一个供蓝色钥匙使用，两个供黄色钥匙使用。仅在蓝色锁被蓝色钥匙打开后，操纵杆才能从“操作”位置旋转到“接地”位置。一旦旋转到“接地”位置，联锁机构就被带有黄色钥匙的锁锁在此位置，然后可把钥匙从锁中拔下来。

图7-3-8 接地开关结构

接地点接通后支架嵌入主断路器两端的接地触点，停用时该支架处于水平位置。接地隔离开关从车辆内部手动起动。闭锁装置确保接地隔离开关仅可在车辆的高压系统与接触线断开后才能接合。

7.3. 4

防雷击装置

避雷器 (SA1) 安装在受电弓 (P) 后面，对电气设备进行保护，以防设备受到接触

网（例如，闪电）过压损坏。避雷器的下游装有线电压互感器 (LVT)，互感器用作列车控制系统接触网电压的记录器。避雷器 (SA2) 安装在互感器 (LCT / TCT) 上游的高压系统的第二个避雷器 (SA2) 保护互感器，防止在主变压器断开期间出现不容许的高的开关电压。主要技术参数参加表7-3-4。

表7-3-4

7.3. 5

网端检测装置

网端检测装置由电流互感器、电压互感器和回流互感器构成。 7．3．5．1结构组成

一个电压互感器有次边绕组每个绕组分别与一个受电弓连接，用于测量和监视电网接触线的电压，互感器位于受电弓与主断路器之间。参见图7-3-9。

图7-3-9 电压互感器

图7-3-10 电流互感器

一个电流互感器同时被接到每一个主断路器中，用于测量动车组的电流。电流互感器为直通式互感器。另外两个互感器（电流互感器和回流互感器）用于监测主变压器。这两个互感器用来测量牵引单元的线电流以及回流电流。电流互感器位于主变压器的上段车顶，回流电流互感器位于主变压器下段安装在主变压器中。参加图7-3-10 。

与线电压互感器 (LVT) 相反，线路电流互感器 (LCT) 用作列车控制系统的线路电流的记录器。还有两个电流互感器监测每个互感器的输入和输出电流。根据两个电流之间的差值，列车控制系统可以检测主变压器出现的接地故障。

7．3．5．2技术参数

电压互感器主要技术参数参见表7-3-5，电流互感器主要技术参数参见表7-3-6。回流互感器主要技术参数参见表7-3-7，

表7-3-5 电压互感器主要技术参数

表7-3-6电流互感器主要技术参数参

表7-3-7回流互感器主要技术参数

7.3. 6能量消耗计

为了测定能量消耗，每节车都具备电子能量消耗测量功能。这一功能在列车控制系统中作为软件模块执行。能量消耗测量功能不能校准，因此它不适用于计算能量消耗费用。使用工作电流和电源电压互感器时，牵引操作和回复操作（电动制动）过程中消耗的能量都由列车控制系统测定。为此，电流信号通过隔离变压器读入指定的中央控制单元。电源电压信号通过隔离变压器读入相关的牵引控制单元 (TCU)。测定的电压值通过 MVB 传送到 CCU 。如果测得的电压值合理，则 CCU 会接受这些值。否则 CCU 会自己通过隔离变压器读入电压值。这种情况下采用的原理是首先测量收集的或直接反馈到供应点处的能量，然后测定消耗量。相关的

CCU 通常会测定与升弓有关的能量消耗，即，车顶线闭合时整车的消耗量。列车的全部能量消耗量通过将单独的能量消耗值相加测得，然后显示在司机 MMI 上，分为牵引和能量反馈（电动制动期间）过程中的能量消耗量。

7.3. 7 7.3. 7.1

高压电缆

车顶线路隔离开关

车顶线路可由车顶线路隔离开关 (RLDS) 断开。如果一个牵引单元的主电路系

统出现故障，列车控制系统可隔离车顶线路，从而使另一个牵引单元可操作。隔离开关通过压缩空气操作。

车顶线路隔离开关为单极开关，开关的外部留有隔离距离，内部装有气动执行

机构。与工作接地点的隔离通过支持绝缘子实现。气动执行机构使一个绝缘子绕它的垂直轴旋转，连接至绝缘子的刀闸使主传导路径在各自的端位置断开和闭合。电磁阀为双位阀，用于切换位置，电磁阀控制执行机构的动力缸。这两个导阀由电脉冲触发，从而确定运动方向。隔离开关没有其他最终位置联锁装置，在牵引模式下持续供应压缩空气。压缩空气由 MP(主风管) 管道供应，或者在使用辅助压缩机时供列车使用。

使用 CCU 或由司机禁用司机 MMI 上的车顶线路隔离开关可自动断开车顶

线路隔离开关。通常列车组中的所有车顶线路隔离开关都将断开（在此之前，列车组中的所有主断路器都将断开）。

7.3. 7.2

车顶高压电缆

中间车上的车顶高压电缆为无卤柔性单芯电缆，它从车顶铝型材内穿过。车顶

管道到车顶下部设备区的转接部分已密封。车转换部分的车顶线的封端也用作支持绝缘子。在变压器车上，同型号的电缆作为供电电缆敷设至变压器。车顶设备的连接电缆端部为热缩套密封。电缆在车顶区敷设为曲线形状，在接近车端部分向下敷设到车侧，然后连接到地板下区域的主变压器。高压弯插头是电缆的终端，同时它也形成了与变压器之间的连接。

7.3. 7.3

车顶高压连接装置

车顶(高压) 线必须越过车之间的转换部分。这由车端的支持绝缘子及支持

绝缘子之间的双螺旋丝（双螺旋丝的托架固定在支持绝缘子上）。双螺旋丝的这种布置确

保了维持隔离距离。双螺旋丝设计适用于车体之间的最大相对运动。每根单螺旋丝的尺寸都有规定，以便可以承载最大工作电流。如果一根螺旋丝脱落，另一根螺旋丝还可使

其保持在原位。可目视检查这种状况。图

7-3-11

图7-3-11车顶高压连接装置

7.3. 7.4

技术参数

车顶电缆主要技术参数参见表7-3-8。

表7-3-8

7.4

牵引变压器

7.4. 1

概述

变压器 (TF) 位于动车组TC02 / TC07 拖车的地板下，变压器冷却装置 (CLF) 在

每个变压器的旁边。

变压器为单系统变压器，设计在 25 kV 50 Hz AC 电源电压下使用。该电源电压用

于生成牵引电压。变压器为单相操作，它将一次绕组上的接触线 (CL) 电压转换为四个二次绕组（牵引绕组 (TW1–TW4) ）的电压，并给牵引变流装置供电。

变压器上采取了多种适当的保护措施，以防变压器过载。包括冷却回路中以防热过

载执行的温度监测、为检查冷却剂流量执行的流量监测及为检测一次电路接地故障执行的一次隔离监测（通过比较外向电流和返回电流进行差动保护）。

变压器系统配有膨胀箱，它位于 TC02 / TC07 车的车顶，从而补偿因温度变化而

产生的冷却剂量的变化。

7.4. 2 7.4. 2.1

牵引变压器特点和技术参数 特点

本变压器结构系统符合EN 60310标准，为铁路用固定变压比单相变压器。变压器拥有下列次级绕组：4 x TW （牵引绕组），用于牵引变流器的馈电（4象限斩波器输入电路）；一个原边绕组。

7.4. 2.2

接口尺寸

该变压器的接口如表7-4-1，7-4-2。

表7-4-1 变压器的电气接口

低压套管为插塞式套管。

表7-4-2 变压器辅助设备的电气接口

泵、双浮子继电器、流量监控器和电阻温度计的接口都必须设计使用单个插头（Harting 公司制造）。外部连接通过相应的对应插头完成。接地变压器系统必须至少拥有两个中央低阻抗的M10接地点，由这个接地点出发可以建立对车体的短程保护和EMC 连接。

在故障情况下可能会接受危险接触电压的所有内部可触及导电部件，如外壳、维修活门等都必须以适当的方式同这个接地点连接。这同样适用于必须拥有一个EMC 接地的电子装置。

接地接口都必须镀锡或用不锈钢制做。

由于对牵引电路冗余要求高，在特定故障时变压器需要用可降低功率控制温度继续工作。

7.4. 2.3

主要技术参数

变压器的主要技术数据如下：

输入频率 . .................................................................................. 50 Hz 额定功率 ............................................................... 5,644 kVA

一次 . ......................................................................................... 约 5,644 kVA 二次 . .............................................................. 约 4 x 1,411 kVA 额定电流

一次 . ......................................................................................... 226 A 二次 . ......................................................................................... 约 4 x 910 A 额定电压

一次 . ......................................................................................... 25 kVA 二次 . ......................................................................................... 约 4 x 1,511 V 重量 . ......................................................................................... 约 5.6 t 牵引绕组的最大基频有效电流在电源额定电压(AC 25 kV)时为935A ，在电源低压(AC 22.5kV)时为960A 。

通常车辆变压器不是以时间上的常量功率运行的。变压器的瞬时功率取决于车辆、载荷、发热和空调需求以及线路走向。这些参数是项目专用的，因此变压器发热额定值设计时必须考虑使用的。

整个车载电源功率同牵引功率一样必须是通过变压器牵引绕组提供的。

如果要变压器的全部4个牵引绕组都工作的话，必须依据每个牵引绕组170 kVA的车载电源功率来测算额定功率。如果采用这些数据，就不要考虑2个变压器牵引绕组仅能各自负载85 kVA的车载电源功率。因为在只有2个变压器牵引绕组运转时会出现变压器负载微乎其微，所以不考虑使用这种运转方式来测定变压器（的额定功率）。

另外还变压器必须遵守下列空载运行参数：

7.4. 2.4

牵引变压器结构

Crh3变压器为芯式变压器，一个原边绕组，四个牵引绕组，该牵引变压器配有膨胀箱。膨胀油箱它位于 TC02 / TC07 车的车顶，从而补偿因温度变化而产生的冷却剂量的变化。

7.5

7.5. 1

牵引变流器

概述

CRH3动车组有4台牵引变流器，每套牵引变流装置中有两组四象限整流器（4QC ）、一组逆变器、一组牵引控制装置、冷却系统构成及中间直流环节构成，每一组逆变器控制4台牵引电机。变流器的主要功能是将25KV/50HZ的单相交流电压通过牵引变压器降压后，输出单相AC1770V/50HZ的电压，经四象限整流得到2700～3600V 的中间直流电压，再经逆变器输出电压频率可调的的三相交流电压来控制每台电机。

牵引变流器 (TC) 位于 EC01 / EC08 和 IC03 / IC06 车底架下的牵引箱中，牵引变流器冷却装置 (CLT) 在每个牵引箱的旁边。集成在牵引变流器 (TC) 中的牵引控制单元用于监控。

7.5. 1.1 介绍变流器构成特点

本装置吊挂在车辆底板上，牵引变流器的功能是进行电制转换，以满足牵引列车及牵引控制对电能形式的需要。CRH3是交－直－交电力牵引列车，牵引变流器首先将来

自受电弓的单相交流电转换成直流电，这一功能由网侧变流器模块（4QC ）实现；该直流电又被电机变流器模块（PWMI ）转换成三相交流电供给三相交流异步牵引电动机，通过对4QC 和PWMI 的控制实现列车的牵引、调速及制动。

如图7-5-1，给出了CRH3的一个牵引变流器模块构成框图，牵引变流器的功率器件为IGBT （绝缘栅双极晶体管），控制装置以微处理器为核心，可方便灵活地实现功率转换与保护，也可实现再生电气制动。每个牵引变流器基本上包括两个 4 象限斩波器 (4QC)、一个带串联谐振电路的中间电压电路、一个过压限制器 (MUB) 和一个脉宽调制逆变器 (PWMI)。

变流器内部主要组成如下： ● ● ●

2个四象限整流器（4QC ）并联，给1个牵引逆变器供电。 1个三相电压型两电平逆变器，给4台异步牵引电动机供电。

1个牵引控制单元（TCU ），控制四象限整流器、牵引逆变器的IGBT 开关，以获得满足车辆牵引/制动性能要求的控制。 ●

装置分通气部分和密封部分，把需要散热的冷却系统安装在通气部；把有必要进行绝缘防止污损的部分安装在密封部。 ● ●

冷却系统布置在变流箱的旁边。 具有完善的故障保护功能。

C D C SK ESE KS L SK MUB NTS PWMI

直流侧电容器 R MUB 限压电阻器 电压转换器 牵引变流器 牵引控制单元 预充电装置 预充电电阻器

4 象限斩波器

电容器（串联谐振电路） S pw 接地故障检测模块 短路断路器

TC TCU

电感器（串联谐振电路） VLE 过压限制器 线路接触器 脉宽调制逆变器

VLW 4QC

图 7-5-1 牵引变流器框图

牵引变流器 (TC) 的主要功能在于为牵引电动机 (TM)提供 3 相异步交流电。牵引

变流器 (TC) 位于 EC01 / EC08 和 IC03 / IC06 驱动车地板下的牵引箱中，牵引变流器冷却装置 (CLT) 在变压器的旁边，集成在牵引变流器 (TC) 中的牵引控制单元 (TCU) 用于系统的监测与控制。冷却回路进行温度和冷却剂流量的监测，从而保护牵引变流器，以防出现热过载情况，同时牵引变流器内进行电流和电压的检测，以防止过流和过压对系统的不良影响。

7.5. 2

四象限整流器工作原理和技术参数

4QC 从电气上可分为两个子系统，由两个完全相同AC-DC 变流器构成。这两个子系统均由内部计算机监督控制，因此需要测量4QC 内部的温度、电流和电压等参数。该整流器在牵引工况可以将交流转化为直流，在实施再生制动时将直流转换为交流反馈回电网。

4QS 输入频率 .......................................................................... 50 Hz 4QC 输入功率：

牵引操作 . .................................................................................. 约 2 x1,430 kVA 制动操作 . .................................................................................. 约 2 x 900 kVA

7.5. 3

逆变器工作原理和技术参数

三相桥式逆变器的结构如图7-，将DC 电能变成可控的三相对称交流电源，在电制

动时又能反过来把牵引电机发出来的三相交流电变成直流电压，对牵引电机进行牵引与制动控制，其功率模块为IGBT 。三个相同的桥臂构成一个三个变流器，图中画出了U 相主电路。IGBT 的开关由门电路驱动单元驱动，门电路驱动单元根据TCU 的指令接通和断开IGBT 。

光纤信号 来自/去往MCM 计算机 门电路驱动装置 IGBT 模块

U 相 V 相 W 相

相间电压

图7-5-2 三相逆变器构成

为实现电机变流器的控制和监视，需要测量以下工作参数： （1） 变流器输出的相电流，用于控制和保护； （2） 直流环节电容器上的电压，用于保护； （3） 电机变流器温度，用于保护； （4） 电机温度，用于保护；

（5） 电机的转速，用于控制和保护。

牵引安全功能能够减小在不需要的情况下产生牵引力的危险， PWMI 的输出功率

牵引操作 ............................................................................... 约 2,383 kW 制动操作 ............................................................................... 约 1,843 kW

7.5. 4

中间电路的特点和技术参数

中间电路包括：一个带串联谐振电路的中间电压电路、一个过压限制器 (MUB) 、接地故障检测模块 (ESE)、限压电阻器等，参见图7-。过压限制器 (MUB) 用于减少牵引中间电路的过压情况，防止对牵引电路的功率半导体造成损坏。

每个牵引变流器 (TC) 输入端的线路接触器 (NTS) 由 TCU 控制，用于连接牵引

变流器和变压器 (TF) 的二次侧。牵引变流器的中间电路必须在线路接触器接通之前预先充电。预充电由预充电装置 (VLE)执行，该装置包括预充电接触器和相应的电阻器。如果牵引变流器出现故障，可以先断开主断路器然后使用线路接触器 (NTS) 将它与主变压器隔离。

接地故障检测模块 (ESE) 对系统进行监测，检测系统的接地故障。若出现故障则

断开牵引变流器。在这种情况下，如果主断路器断开并被阻止使用，动车组司机必须首先将受影响的动力装置从地面移开，然后再次闭合主断路器。这样可以确保与该变压器连接的其他组件（例如，其他牵引变流器）及另一个牵引单元变压器上的组件可以继续操作。

电感器 (LSK ) 装在牵引变流器的冷却系统中。电感器使用牵引变流器冷却系统的冷

却风扇进行强制风冷式。

DC 环节电容器是变流器的无功功率源，起到稳定DC 电压的作用，这对变流器的能量转换过程来讲是非常关键的。

动车组配有四个限压电阻器。每个限压电阻器分配给一个动力装置。限压电阻器位于 BC04 和 FC05 车车端 2 的车顶。限压电阻器专用于保护牵引功率转换器，以防过压。功率转换器出现故障时，电阻器可以保证使中间电路以规定方式安全放电。一旦电源线不能再保证电气制动能的吸收，转换器即将电气制动能转换为热。

中间电路电压参数如下：

牵引 . ......................................................................................... 约 2,700– 3,600 V

制动 . ......................................................................................... 约 2800– 3,600 V

7.5. 5

牵引控制单元 (TCU)

牵引控制单元 (TCU) 用于监控牵引变流器的操作。 它们是位于 EC01 / EC08 和 IC03 / IC06 车底架下的牵引变流器的一部分。 TCU 的主要功能如下

• 调节指定的牵引或（电动）制动力，调节牵引变流器直流侧的电压，为牵引变流器生成控制信号

• 控制开关元件，如预充电接触器和线路断开开关 • 监控和保护牵引组件 • 车轮滑动保护

车轮防滑系统软件持续监控车辆和从动轮的运动。若运动变量与容许值有偏差，牵引力会自动降低到一个级别，在该级别，牵引力可从技术上从车轮传送到轨道。由于持续监控与车辆和车轮相关的运动变量，可以确保在所有轨道条件下牵引系统都受到控制。车轮滑动保护 • 提供持续的车辆滑动控制 • 限制车辆加速度 • 确定参考速度

• 防止车轮制动（运行表面的平面区域） • 防止出现不容许的高轮轨滑动值

• 规定牵引相关的诊断数据，有助维护和提高可用性

• 通过 MVB 及尤其是 CCU 、BCU 、司机 MMI 和辅助转换器装置进行数据交换

7.5. 5.1 限压电阻器

动车组配有四个限压电阻器。 每个限压电阻器都分配给一个牵引变流器。 限压电阻器位于 BC04 和 FC05 车二位端的车顶。

限压电阻器专用于保护牵引变流器器，以防过压。 电源变流器出现故障时，电阻器可以保证使中间电路以规定方式安全放电。 •

7.6

7.6. 1

牵引电机

牵引电机概述

CRH3动车组配有 16 台牵引电动机，为四极三相异步牵引电机。电动机位于

EC01 / EC08 和 IC03 / IC06 车上， 动力转向架的每个轮对都由牵引电动机驱动，牵引电动机安装在转向架上。电动机为强制风冷式，使用温度传感器进行电动机的温度监

测，以防电机过热情况的出现。牵引电动机的位置如图7- 中26所示。

图7 CE2车电机的位置（如图26所示）

7.6. 2 7.6. 2.1

牵引电机的特点和技术参数 牵引电机的特点

该电机为三相四极异步牵引电机，牵引工况作为电动机运行，再生制动时作为发电机运

行，电机安装有温度传感器和速度传感器，用于测量电子定子的温度和电机的转速，该电机采用风冷的方式进行冷却，额定电压值较高，约为2700v ，以适应电机宽调速范围，动车组高速运行的需要。

7.6. 2.2

电机接口

牵引电机安装在转向架上，使用轴向、径向弹性离合器及齿轮箱，将牵引力从牵引电动机传递给轮对。离合器可以抵消驱动部件与驱动轮间的相对运动位移，同时离合器可以实施机械过载保护功能，以防出现不容许的高冲击力矩。轴驱动器的齿轮为螺旋齿。齿轮机构由车轴上的轮轴轴承支持，并使用转向架构架上的弹性支架（扭矩反作用支柱）悬挂。

电机的电力连接是通过三条电力直通电缆实现的，通过单独的防水型引线孔从电机输出。为把电机电缆连接到设备电缆上，要使用特殊的端子夹住电缆；为保护单独的电缆连接，要使用已经适当绝缘的支架。

温度传感器以及速度传感器的连接是通过快速连接线和密封环连接器实现的。

7.6. 2.3

牵引电动机

电机技术数据

额定电压 . .................................................................................. 约 2,700 V 额定电流 . .................................................................................. 约 145 A 额定功率 . .................................................................................. 562 kW 额定转速 . .................................................................................. 4,100 min-1 齿轮箱

轮对最大负载 . ........................................................................... 17 t

齿轮比 ...................................................................................... 约 1 : 2.788（1 档）

输入速度（v max ，旧车轮）........................................................ 5,900 rpm

7.6. 3 7.6. 3.1

牵引电机的结构 概述

该电机为三相四极异步牵引电机，由转子、定子、机壳及附件构成，定子内埋有温

度传感器，用于过热保护和控制过程中的校准。同时也安装有速度传感器，用于电机转向和转速的检测。

7.6. 3.2

定子

定子框架为焊接结构，由高强度低损耗的硅钢片叠压而成，可以抑制定子内铁损。有多根拉板分布在定子冲片的四周，焊接到定子压圈上。

定子绕组线圈由扁铜导体绕成。导体外包绝缘薄膜。线圈嵌入定子槽内，定子槽进行了良好的绝缘。槽楔采用聚酰亚胺树脂浸润玻璃制成。嵌线完成后，通过高温铜点焊连接引线。

7.6. 3.3

转子

转子由硅钢片叠压而成，该硅钢片热套在一个套筒上，并在两个转子压圈之间进行叠压。转子笼由合金导条和端环通过高频钎焊焊接而成。电机在最高转速内都满足转子高精度的动平衡要求。电机轴由高强度合金钢制成，通过护环对端环进行保护。转子轴由轴承支撑，可以承受一定转矩产生的应力，所有轴承均使用脂润滑，油脂可以通过端盖上的加油油嘴进行补充。

7.6. 3.4

外端盖

外端盖对电机部件起到保护、支撑的作用。

7.6. 3.5

轴承装配

轴承用于承担径向及轴向的作用力，在电机的驱动端采用的是圆柱滚动轴承、非驱动端采用的是球滚动轴承。

7.6. 3.6

通风系统

一台牵引电动机风机为转向架的两个牵引电动机提高所需的通风。牵引电动机风机位于动车组的地板下区域（靠近转向架），牵引电机内部设有风道并与外部风道相连，用于牵引电机内部的通风冷却。

7.6. 3.7

其它

该电机安装有速度传感器和温度传感器，温度传感器埋设在定子中，速度传感器安装在非驱动端。该传感器由一个固定在轴上的齿轮和一个固定在传动端对面一侧外盖上的电磁信号采集器组成；该信号采集器能够检测到轮齿发出的电脉冲，其速度正比于转子轴的速度。