侯航，毛燕春
中车青岛四方机车车辆股份有限公司，山东青岛，266111
摘要：本文主要对动车组变流器及其主电路的结构进行了阐述，同时简要分析了其两种工况下的工作原理。
关键词：变流器、结构、原理
1.引言
高速动车组是当今世界高新技术的集成，是高速铁路标志性设备。我国通过技术引进和消化吸收，大大促进高速列车的国产化和再创新步伐。动车组牵引变流器是保障列车电力能量获取的重要设备，牵引变流器能否安全可靠的工作关系到动车组列车的行车安全，因此对于牵引变流器的研究就显得尤为重要。
2.牵引变流器结构特点
电力牵引用变流器的基本功能是把来自接触网的电压变换为可调频率和可调幅值的电压或电流，供给牵引电机。对于由交流接触网供电的机车，绝大多数都是采用电压型的交—直—交变流器。对于多流制电力机车或电动车组，在进入由直流接触网供电的区段时，变流器的电路将转换为直—交变流器。
我国的交—直—交主电路基木上是认可并采用电压型变流器供电的笼型异步电动机系统。该系统的基木结构为：网侧四象跟脉冲整流器+中间直流环节+脉宽调制电压源逆变器+笼型异步电动机。
对于电压型变流器供电的笼型异步电动机系统，根据网侧四象限脉冲整流器、中间直流环节、脉宽调制电压源逆变器等各环节的灵活配置和接线方式不同而演化出多种不同结构的主电路形式。如根据变流器联接方式不同，目前就有三点式与二点式之分。
3.牵引变流器主电路结构
牵引变流器采用两电平主电路拓扑结构，通过合理设计支撑电容值以取消二次谐波滤波装置，利用牵引变压器绕组的等效电感代替整流器交流侧连接电感。牵引工况下，脉冲整流器将牵引变压器二次测输出的单相交流电变换成直流，电经中间直流电路将直流电输出给牵引逆变器，牵引逆变器输出电压/频率可调的三相交流电源驱动牵引电机,牵引电机的转矩和转速通过齿轮变速箱和万向轴传递给轮对，驱动列车运行。在制动工况下，进行回馈制动时，通过控制牵引逆变器，使牵引电机处于发电状态，将发出的三相交流电传送给处于整流状态的牵引逆变器，经中间直流回路稳压后，被处于逆变工况的脉冲整流器变为单相交流电，该交流电通过真空断路器、受电弓等高压设备反馈给接触网，实现能量再生，当列车处于分相区及速度过低时，便可以启用能耗制动，此时通过控制斩波器将能量消耗在制动电阻器上。
4.牵引变流器主电路特点
牵引变流器主电路具有以下特点：四象限变流器采用两重化脉冲整流器。中间直流电路无二次滤波电感。两个牵引逆变器分别为一台牵引电机供电，且共用一个中间直流电路。辅助变流器的供电电源为中间直流电路。功率器件釆用模块化设计，便于维护。分别集成于四个功率模块（包括2个四象限功率模块，个逆变模块斩波模块）。两个逆变器共用一个中间直流环节电路。牵引变流器和辅助变流器采用主辅一体式结构设计。
5.牵引变流器工作原理
牵引变流器中，四象限脉冲整流器的主要功能是根据牵引电机的转速，将中间电压调节一个适合逆变器工作的值。它是牵引驱动装置的输入电路，具有以下双重功能：牵引工况，它可通过电网获取能量（通过牵引变压器）并以恒定电压向牵引逆变器供电；电制动工况，它把牵引电机（作为发电机运行）产生的能量通过牵引变压器反馈至电网。
5.1牵引工况下工作原理
在牵引工况，四象限变流器执行“整流器”功能，这里存在一个高功率因数和一个低谐波含量的问题。可通过在线电压和电流之间施加一个移相来满足这两个条件，因此，高换向频率将减小返回至电网的谐波振幅。其电路工作原理如图1所示。
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图中，“Lt”表示变压器的漏感，该漏感很大。V1表示变压器次边的电动势，V2表示四象限变流器输入电压。为保证“I”与“V1”之间相位差为零，则变压器漏感上的电压降“Lt”应在任一牵引系统负载条件下始终与V1m成直角。因此，四象限输入电压矢量随相位和矢量模的变化而变化。
5.2制动工况下工作原理
在进行电制动工况时，能量反馈通过将能量从输出滤波电容器（Cdc）传输至牵引变压器的次边来实现。这与接触网的电压和变压器次边电压之间的相位紧密相关。假设接触网电压为正半波，要将能量通过滤波电容器传输至牵引变压器的次边，这时，需要控制H1和H2导通,如图2所示。
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此工作模式下有两个特点：漏感“Lt”上的电流和流经牵引变压器次边绕组的电流会正向增长。牵引变压器原边绕组上的感应电流，回馈给接触网。
6．结束语
本文主要主要对动车组变流器结构和工作原理进行了简单的阐述，能够对相关从业人员有所帮助，提升变流器设计制造水平，保障轨道交通列车安全可靠运行。
参考文献:
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