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摘要：近年来，我国的交通行业有了很大进展，动车组建设越来越多。牵引变流器作为动车组的心脏，重要性不言而喻。文章主要介绍动车组牵引变流的组成,并且阐述了牵引变流技术的工作原理,据此可以对动车组牵引变流技术有所了解。
关键词：动车组；牵引变流；组成
引言
高速动车组牵引变流器冷却系统主要用于对整流模块、逆变模块散热器进行强制冷却散热，其工作原理为：冷却风从牵引变流器进风侧通过主风机吸入，先后对整流模块、逆变模块散热器进行冷却散热，吸收热量后从外风道吹向车外。
1铁路机车车辆牵传动技术现状
我国现役机车牵引传动可以分为交流传动和直流传动两种方式。直流传动机车至今在我国铁路牵引动力上仍占据一席之地，在干线重载运输，国产重载直流电力机车主要以SS4、SS4改及SS4B系列机车为代表，它们是目前国内功率最大的重载货运直流电力机车，承担着部分重载货运任务；部分客运干线上，SS8、SS9等机车仍担当着牵引160km／ｈ速度等级旅客列车任务。但随着运用年限的增加，直流机车逐渐进入了报废淘汰周期，直流传动机车在未来20年内将逐渐退出干线运输生产一线。随着电力电子技术的不断发展，交流传动技术日益成熟，交流传动机车及动车组已经成为中国铁路的主力军。目前中国的机车、动车组牵引传动方式基于ＩＧＢＴ器件及异步电机，经过多年的运用及发展，其控制技术不断成熟，可靠性不断提高。各主机厂根据其技术路线及运用需求，各自研制的牵引系统主电路拓扑、整车轮周功率、ＩＧＢＴ器件电压等级有所区别。
2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。
3牵引变流器主风机叶片结构优化设计
对某型牵引变流器主风机叶片产生故障的原因进行分析，并提出相应的优化方案。从主风机叶片的材料、结构和成型工艺方面进行了优化设计。
主风机叶片的材料由厚1.2mmＤＣ51Ｄ＋Ｚ镀锌钢板改为厚1.5mmQ345E钢板。叶片采用模具成型的形式，模具成型后通过ＢN6274030型结构铆钉铆接（3.8mm×11.5mm），主风机叶片弯曲部位采用圆弧过渡，由于叶片铆接部位铆钉受力，故减小了叶片应力集中。利用有限元分析软件对新结构叶片进行仿真分析，结果显示，叶片最大应力点位于叶片与后轮盘接触处，最大应力为53.8mPa（约为原结构应力的1／3），小于叶片许用应力（345mPa），故叶片强度满足要求。叶片与轮芯铆接处剪切力最大值为320N，远小于该处铆钉的许用剪切应力（21.45kN）。叶片与轮盘铆接处剪切力最大值为108.44N，远小于该处铆钉的许用剪切应力（5.45kN），结构强度完全满足应用要求。从疲劳寿命对比结果看，新结构叶片疲劳寿命大幅提高。由于新结构叶片最大应力只有53.8mPa，小于其无限寿命时的疲劳极限应力（125mPa），且新结构叶片疲劳寿命满足超过107次启停要求，接近无限寿命，因此可满足主风机叶片寿命周期要求。另外，采用新结构叶片的主风机同步进行了相关的地面匹配和验证试验，如风机风量风压试验、牵引变流器整柜风量测试、叶轮超速爆破试验、叶轮循环启停试验、振动冲击试验、加速疲劳寿命试验等，试验结果表明冷却风量满足原设计要求，且试验后叶片、铆钉、平衡块无松动或破坏，经渗透探伤和金相检查后铆钉及轮盘也无松动。
4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。
结语
综上所述，牵引技术作为铁路机车车辆的核心技术，是铁路机车车辆发展的重要基础。文中总结了我国现有机车、动车组牵引传动技术的特点，并展望了ＳｉＣ器件、永磁电机技术、电力电子变压器技术、无速度传感器控制技术在轨道交通的应用，新技术的应用对牵引系统轻量化、小型化，节能等方面均具有明显的优势，对轨道交通牵引技术的发展具有深远的意义。
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