CRH2C型动车组牵引传动系统

第一节 动车组牵引传动方式

CRH2C型动车组采用交流传动系统，动车组由受电弓从接触网获得AC25kV/50Hz电源，通过牵引变压器、牵引变流器向牵引电机提供电压频率均可调节的三相交流电源（如图4-1所示）。

图4-1 牵引传动系统简图

一、牵引工况：受电弓将接触网AC25kV单相工频交流电，经过相关的高压电气设备传输给牵引变压器，牵引变压器降压输出1500V单相交流电供给牵引变流器，脉冲整流器将单相交流电变换成直流电，经中间直流电路将DC2600~3000V的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（电压：0~2300V；频率：0～220Hz）驱动牵引电机，牵引电机的转矩和转速通过齿轮变速箱传递给轮对驱动列车运行（如图4-2所示）。

图4-2 牵引工况传动简图

二、再生制动：一方面，通过控制牵引逆变器使牵引电机处于发电状态，牵引逆变器工作于整流状态，牵引电机发出的三相交流电被整定为直流电并对中间直流环节进行充电，使中间直流环节电压上升；另一方面，脉冲整流器工作于逆变状态，中间直流回路直流电源被逆变为单相交流电，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，从而实现能量再生（如图4-3所示）。

图4-3 再生制动工况传动简图

三、牵引电机采用三相鼠笼式牵引电机，其轴端设置速度传感器，实时检测电机转速（转子频率），对牵引和制动进行实时控制。 M1车和M2车传动系统独立控制，某动车故障时，故障动车将被隔离，无故障动车可以继续为列车提供动力；当某个基本单元故障时，可通过VCB切除故障单元，而不会影响其它单元工作。图4-4 为牵引系统主电路原理图。

图4-4 牵引系统主电路原理图 第二节 牵引系统构成及工作原理

CRH2C型动车组牵引传动系统主要由特高压电器设备和主牵引电气系统组成，特高压电器主要作用是完成从接触网到牵引变压器的供电，主要包括：受电弓、主断路器、避雷器、电流互感器、接地保护开关等；主牵引电气系统主要作用是完成交流变频、直流调压、调整牵引电流的大小及相序、输出牵引力等，主要由牵引变压器、四象限变流器、牵引逆变器和牵引电机组成。

一、牵引系统概述 （一）系统原理

动车组电源由接触网通过4号车或6号车受电弓进行受电，通过车顶上的特高压导线，经由VCB后被送到2号车、4号车或6号车的主变压器。车顶上安装有保护接地装置（EGS）,可使接触网接地短路。牵引变压器2次绕组侧设有2个线圈，1次侧的电压为25kV时，2次侧绕组电压则为1500V。牵引变流器安装在M1、M2、M3、M4、M5、M6车上，每台牵引变流器控制4台牵引电机。在牵引时向牵引电机提供电力、在制动时进行电力再生控制。如图4-5

图4-5

牵引电机采用三相鼠笼式感应电机，其轴端设置有速度传感器、用于检测牵引变流器测速以及制动控制装置的速度（转子频率数）。牵引系统故障时可分别对M1车、M2车切除动力，也可以通过断开VCB切除一个牵引单元。不影响另一个单元的牵引。

故障隔离开关的作用是在出现故障时强迫断开受电弓。EGS的作用是将高压系统强制性接地，以便车辆维护时人员的安全。VCB的作用是在需要的情况下自动断开主变压器的供电。

整列动车组设两台受电弓，正常运行时，采用单弓受流，另一台备用，处于折叠状态。 （二）牵引系统的组成

CR2C有3个动力单元，T1、M1、M2是一个动力单元，M3、M4是一个动力单元，M5、M6、T2为一个动力单元。一个基本动力单元的牵引系统主要由网侧高压电气设备、1台牵引变压器、2台牵引变流器、8台三相交流异步牵引电机构成。基本动力单元如图4-6。

图 4-6 基本动力单元

（1）网侧高压电气设备

主要包括：受电弓、主断路器、避雷器、电流互感器、接地保护开关等。 受电弓（SSS400型）：

每列车设两个受电弓，分设在4号车和6号车上。单臂型，额定电流500A，静态接触压力70±15N，弓头宽度1950mm，具有自动降弓功能，适应接触网高度为5300－6500mm，列车运营速度为300km/h。单列车运行时采用单弓受流、其它备用。两列连挂运行时采用双弓受流，通过设置控制连锁，使双弓之间的工作距离大于190m，确保动车组正常运行。

主断路器：（CB201型）：

主断路器全列车共2个。真空型，额定开断容量100MVA，额定电流AC200A，额定断路电流3400A，额定断开时间小于0.06 s 。

高压电流互感器：全列车共2个。变流比200/5A，用于检测牵引变压器原边电流。 避雷器（LA204或LA205型）：全列车共2个。额定电压42KV（RMS），动作电压（57KV）以下，DC限制电压107KV。

接地保护开关（EGS开关、SH2052C型）全列车共2个。额定瞬时电流6000A（15周）。 （2）牵引变压器（ATM9型）

一个基本动力单元1个牵引变压器，全列车共3个。采用壳式结构、车体下吊挂、油循环强迫风冷方式。具有1个原边绕组（25KV、3060KVA），2个牵引绕组（1500V、2×1285KVA），1个辅助绕组（400V、490KVA）。采用铝线圈、轻量耐热材料和环保型硅油，重量2910kg，效率大于95％。

（3）牵引变流器（CI11型）

一个基本动力单元2个牵引变流器，全列共6个。采用车下吊挂，液体沸腾冷却方式。 主电路由脉冲整流器、中间直流电路、中间整流电路、逆变器构成，采用PWM方式控制。中间直流电压为2600－3000V（随牵引电机输出功率进行调整），1个牵引变流器采用矢量控制原理控制4台并联的牵引电机。效率大于96％，功率因数大于97％。

（4）牵引电动机（MT205型）

每节动车有4台并联牵引电动机，一个基本动力单元8台，全列共24台。

牵引电动机为4极三相鼠笼式异步电动机，采用驾悬、强迫风冷方式，通过挠性齿型连轴节连接传动齿轮。额定输出功率300KW，额定转速4140rpm。

（三）牵引方式

动车组采用动力分散交流驱动方式，在前后两端都设有司机室。在前端的司机室内进行操作。动车组（6M2T）在规定载客人数、平直线路、干轨运行的启动加速度0.406m/s2 。

定速范围为30 ～ 300 k/h。电源方式为交流25KV，50Hz（特高电压连接、1个受电弓受电）。

在最高电压31KV、最低电压17.5KV的电源变动范围内可正常运行。但是，额定输出只限于电源电压在22.5-31KV的范围内。

CRH2C型动车组牵引特性曲线见图4－7

图4-7 牵引特性曲线

二、网侧高压电气设备 （一）受电弓 1、概述

CRH2动车组采用SSS400型单臂受电弓，适用于350km/h的运行速度。每列动车组在4、6号车设受电弓及附属装置，车辆间采用高压电缆连接。正常情况下，单弓受流，另一台备用，处于折叠状态。

SSS400型单臂受电弓由底架、升弓装置、下臂、上臂、弓头、滑板及空气管路等组成。其外形结构图如图4-8所示。

弓网故障时，为避免弓网事故的进一步扩大，受电弓设置自动降弓装置，主要功能如下： （1）受电弓滑板断裂、拉大沟槽、磨耗到限等损坏或绝缘导管断裂时，实现快速降弓。 （2）降弓动作的同时，自动切断真空断路器，避免带负载降弓产生拉弧火花而损坏受电弓滑板和接触网导线。

（3）自动降弓的同时，可实现声响和指示灯报警等功能，便于乘务员了解情况，及时采取措施。

（4）可方便实现“自动降弓”和“正常降弓”功能的快速转换，即当“自动降弓装置”自身发生故障时，不影响动车组的正常运行及操作。

图4-8 SSS400型单臂受电弓

2．主要技术参数

最小绝缘距离：≥310mm 额定电流：700A

短路电流：35kA(60ms) 车辆静止时最大电流：80A 受电弓落弓时高度：650mm 静态接触压力为80±10N

最大集电头（弓头）宽度：1950mm(+0/-10mm) 两根滑板中心线距离：约597mm 滑板材料：渗金属碳 弓角材料：部分绝缘 最大上升时间：10s 最大下降时间：10s

到达绝缘的最大时间：3s，行程310mm左右

在ADD释放后故障受电弓最大下降时间：到达绝缘位置：1.0s(200mm) 在ADD释放后完好的受电弓最大下降时间：到达绝缘位置：1.2s 空气压力：0.5～1.0Mpa

连接形式及管径：内螺纹/G ½’

（二）真空断路器

真空断路器用来断开、接通25kV电路，并作为故障状态的保护器件，兼有断路器和开关两种作用。当牵引变压器2次侧以后的电路发生故障时，能迅速、安全、准确地切断电路。CRH2采用CB201C型真空断路器型真空断路器，每列动车组配置3台真空断路器，每台真空断路器控制一台牵引变压器。

CB201C型真空断路器（通常称为VCB）利用真空中的高绝缘性能电弧的扩散作用进行遮断，配置在动车底架下的高压设备箱内。

1．结构

真空断路器主要由三部分组成：

（1）高压电流分断部分：由可开断交流电弧的真空开关管、静触头、动触头组成。动触头的操作由电空机械装置和合闸过程中的导向装置同时完成。

（2）隔离绝缘部分：由安装在底板上的支持绝缘子绝缘、内部的绝缘导杆、恢复弹簧、接触压力弹簧组成。绝缘导杆连接电空机械装置合动触头。

（3）电空机械装置（低压部分）：由空气管、压力开关、储风缸、调压阀、电磁阀、保持线圈、传动风缸及活塞组成。当空气压力达一定值时压力开关闭合，压缩空气方能进入储气缸。储气缸内的调压阀，用来调节储气缸内气压。

真空断路器结构如图4-9所示。

图4-9 真空断路器外形结构图

2．主要技术参数

额定电压 AC30kV（瞬间最大电压AC31kV） 额定电流 AC200A 额定频率 50Hz 额定开断容量 100MVA 额定闭合电流 10000A

额定瞬间电流 4000A（2s） 额定断路电流 3400A 额定开断时间 ≤0.06s （三）避雷器

采用LA205型交流避雷器，避雷器由采用聚合物制成的瓷管与氧化锌组件组成。交流避雷器使用由氧化锌（ZNO）为主体的金属氧化物构成的高非线性电阻体的无间隙避雷器，保护从接触网发生的雷电涌或电路开闭引起的过电压对车辆变压器等机器绝缘的影响，且具有

自动恢复功能。如果避雷器由于大电流而短路，内部压力异常上升，则通过特殊薄金属板的放压装置向外释放高压气体。

(1) 避雷器容器 避雷器容器（聚合体绝缘管）的外皮采用的硅酮为主的难燃性红橡胶。难燃性红橡胶具有耐漏电起痕，抗老化，具有很强的抗冲击性。难燃性红橡胶是与FRP筒一体成形的，并且完成品的紧密结合性很高。

(2) 氧化锌元件 避雷器容器内部安置有氧化锌元件。氧化锌元件主要成分为氧化锌的晶体被添加物构成的粒子层所包围着的烧结体，如图4-10所示具有非线性阻力特性。根据这个特性，能够把很大的雷电涌电压抑制在避雷器的限制电压值上，并且能够断开续电流。

(3) 压力释放装置 如出现了超过性能的电涌而引起避雷器的绝缘劣化时，事故电流会引起避雷器的内部压力上升。此时压力释放装置开始起动，释放出内部压力防止避雷器容器的破坏、飞散等。

(4) 防振用橡胶 为防止振动和冲击引起的避雷器的损伤，装备有防振用橡胶。 (5) 避雷器的内部气体 避雷器的内部被抽成真空后，封入干燥的氮气密封好。

图4-10 V-I 曲线

1．主要技术参数

额定电压 AC42kVrms

标准放电电流 10kA（8*20us） 持续运行电压 AC33kVrms 动作电压 ≥AC57kV（V1mA，DC 即直流1mA电流流过时的端子电压）

限制电流： 5kA ≤AC100kV 10kA（标准） ≤107kV

耐放电量： 冲击电流 100kA（8*20us） 矩形波 400A，2周 重量 21kg 2．工作原理

避雷器是一种保护电器，用于限制电气设备运行过程出现的大气过电压及操作过电压，使电气设备免受过电压损害，减少系统的跳闸率及事故率。

氧化锌避雷器是采用ZnO等多种金属氧化物制成的，利用其相当理想的伏安特性，其中线性系数只有0.025左右，使得避雷器处于正常工作电压时，流过的电流非常小，可认为是一种绝缘体；而当电压值超过某一动作值时，电流急剧增加，电流的增加反过来抑制住电压的上升，从而保护了机车的绝缘设备不被击穿。待电压恢复到正常工作范围时，电流相应恢复极小值，避雷器仍呈绝缘态，不影响系统的正常工作。

一般来讲，避雷器的选择既要保证在正常工作电压下电流很小，且产品不易老化，又要保证在过电压下正常释放能量，使电压不会上升到损坏绝缘的程度，因此，考核避雷器主要

有三个参数：大电流下残压、工作电压下续流和通流容量。

（四）高压互感器

互感器是一种测量用设备，有电流互感器和电压互感器两种，其作用原理和变压器相同。 使用互感器有两个目的：一是为了工作人员的安全，使测量回路与高压电网隔离；二是可以使用小量程的电流表测量大电流，用低量程电压表测量高电压；三是用于各种继电保护装置的测量系统。通常，电流互感器的二次侧额定电流为5A或1A，电压互感器的二次侧额定电压为100V。

1．电流互感器

与普通的变压器相比，电流互感器的一次绕组由1匝或几匝截面较大的导线构成，并串入需要测量电流的电路中；二次侧的匝数较多，导线截面较小，并与阻抗很小的仪表（如电流表，功率表的电流线圈等）接成回路。电流互感器的运行情况相当于变压器的短路情况，必须注意：

（1）电流互感器的二次绕组绝对不允许开路；

（2）必须将电流互感器的外壳和二次绕组的一端可靠接地，以防原、副边绕组间绝缘损坏，原边电压窜入二次侧，引起触电和仪表损坏。

CRH2采用BB－S隔离型高压电流互感器，用于检测牵引变压器原边电流值。一个基本动力单元配置1个电流互感器，全列共设置3个电流互感器。

其技术参数如下：

额定工作电压 25kV 变流比 200/5A 额定频率 50Hz 额定负载 20VA 质量 35kg 2．电压互感器

电压互感器工作时，一次侧直接接到被测的高压电路，二次侧接电压表或功率表的电压线圈。由于电压表和功率表的电压线圈内阻抗很大，所以电压互感器的运行情况相当于变压器的空载情况。忽略漏阻抗压降时，其一二次绕组之比就等于一二次绕组的电压之比，而电压互感器在设计时，为了保证其准确度，一般都采用高性能的硅钢片，以减小励磁电流和一二次侧的漏电抗。

电压互感器在使用时，必须注意：

（1）电压互感器二次侧绝对不能短路；

（2）电压互感器的二次绕组连同铁心一起，必须可靠接地；

（3）电压互感器有一定的额定容量，使用时二次侧不宜接过多的仪表。

CRH2采用高压电压互感器检测接触网电压。一个基本动力单元配置1个电压互感器，全列车共配置3台。

电压互感器参数如下所述：

电压互感器变比 25kV/100V 额定负荷 100VA 输出精度 1.0级 （五）高压电缆及电缆连接器

CRH2正常情况下只有一台受电弓升弓受流，而整列动车组有三台牵引变压器同时工作，因此为了将25kV高压电送至牵引变压器就需要使用高压电缆和高压电缆连接器。在2号车后部、3号车前后部、4号车前部、5号车后部、6号车后部的车顶上设置特高压电缆连接器。为方便摘挂，在4号车后部、5号车前部的各车顶上，设置高压电缆用倾斜型电缆连接器，

通过此高压连接器接通特高压电缆。

（六）保护接地开关

CRH2采用SH2052C型号接地开关，一个基本动力单元配置一台，全列车共配置3台。接地开关采用电磁控制空气操作，设置安全连锁。

1．技术参数

结构 耐寒耐雪结构，设防冻电热器 额定电压 30kV 单相 额定频率 50Hz

额定瞬时电流 6000A（15周）

2

额定操作空气压力 785kPa（8kgf/cm）

+10

额定操作电压 DC100-30 V 最低开关动作电压 DC60V

2

最低开关动作气压 0.628MPa（6.4kg/cm）

2

投入操作压力变动范围 0.628MPa（6.4～9.6kg/ cm） 主接触压力 0.82±0.08N（8±0.8kg） 接通容量 15kA（峰值）1次

2

闭合时间 ≤0.5秒 （于气压0.0785MPa（8kg/ cm）,操作压力100V）

（七）高压隔离开关

其作用是优化配置25kV电路内高压设备的运行工况，当车顶设备发生故障时，能将故障部分隔离，维持动车组运行。它的存在可大大减少因车顶设备故障而造成的机破事故，保证动车组的安全运行。CRH2采用BT25.04型高压隔离开关。

1．技术参数

标称电压 25kV 额定电压 30kV 额定电流 400A 额定频率 50Hz 短时耐受电流 8kA×1s 控制电压 DC 110V 最小动作电压 DC 77V

额定工作气压 400～1000kPa 最小动作气压 350kPa 质量 50kg 2．结构

高压隔离开关主要由隔离闸刀、支撑瓷瓶和转动瓷瓶、底座安装板、传动机构、锁固机构、辅助接点、手柄等组成。高压隔离开关结构如图4-10所示：

图4-10 高压隔离开关结构 （八）接地电阻器 动车设置接地电阻器，其作用是防止接地刷的异常磨损、轴承电腐蚀，使接地电流均匀。CRH2采用MR139型接地电阻器，在通以最大负载电流时，即使电阻体或绝缘发生局部破坏也不会导致电阻开路。并依此原则设计电阻器的容量、电阻和框架绝缘等所需的最小值，以实现结构的小型、轻量化。 1．技术参数

电阻值 0.5Ω（20℃） 连续电流 20A

最大负载 300A×0.25s（电路不开路） 冷却方式 自冷

材质 铁铬铝合金 电阻体厚度 18.8mm 重量 约18.5kg 三、主牵引电气设备 （一）牵引变压器

CRH2采用ATM9型牵引变压器，用来把接触网上取得的25kV高压电变换为供给牵引变流器及其它电器工作所适合的电压，其工作原理与普通电力变压器相同。特点：

1．对重量和尺寸有严格限制，要求具有体积小、重量轻的特点； （1）1次、2次线圈采用了铝质线圈； （2）电磁线电密大，用量小；

（3）该变压器采用壳式铁心，其特点是铁轭不仅包围线圈的顶面和底面，而且还包围线圈的侧面。变压器油箱设计成适形结构，紧包变压器铁心及线圈，所以，该变压器内部结构紧凑，可以减小变压器尺寸及质量。且采用日本新日铁公司特制30ZH105E低损耗硅钢片，

降低了变压器的铁损；

（4）该系统取消了二次滤波电抗器。

2．经常受到机械振动和冲击，要求其具有坚固的机械结构；

3．接触网电压变动范围大，受大气过电压和操作过电压等的影响，要求其具有较大的工作范围及较好的绝缘性能；

二次侧需要多种电压输出，要求其具有较多的二次线圈。

2次绕组为2个独立绕组，每个绕组与一台牵引变流器连接，确保2次绕组的高电抗和疏藕合性，两牵引绕组与各自的高压线圈耦合，相互间彼此相互影响很小，牵引变换装置具有能稳定运行的特性。另外，为对应于每个2次绕组的增容，1次绕组配置了2个并联的线圈。

1次绕组接地侧、2次绕组侧及3次绕组侧的绝缘套管采用了耐热环氧树脂将11根铜质中心导线注塑一体成形的端子板。相对于3次绕组侧的一端子使用并引出了2根中心导线。

绝缘等级高，特A级绝缘，线圈内部采用A板及Nomex410纸绝缘，冷却介质的最高温度可达135℃，大大提高了油浸变压器的温升限值。

冷却绝缘介质采用硅油，其为二甲基聚硅氧烷结构，是无色透明的合成油，不含任何添加物、悬浮物等有害物质，具有好的环保性能。

冷却系统中油冷却器采用铝制板翅式结构，重量轻、体积小，空气阻力损耗（400Pa）与油的阻力损耗（26kPa）低，散热量大（150kW）。另外，整个冷却系统中没有蝶阀，对所有外部组件的可靠性要求很高，维修率低。

ATM9主要技术参数

表4-1 ＡＴＭ９型牵引变压器额定值

额定绕组 原边 牵引 辅助 ATM9实物如图4-11。 容量 （kVA） ３０６０ ２５７０ ４９０ 电压（V） ２５０００ １５００ ４００ 电流（A） １２２ ８５７×２ １２２５

1.热油出油管输入油冷却器；2.电动油泵；3.油冷却器；4.热油吸入油管；5.变压器绕组；6.冷却风入口；7.油冷却器散热片及热风出口；8.油流继电器；9.温度继电器；10.原边线路侧套管； 11.接线端子。

图4-11 ATM9型牵引变压器实物图

本变压器采用金属波纹管式储油柜,安装在牵引变压器中央部附近。波纹管选用圆形不锈钢焊接波纹管。储油柜和主机油箱通过连接孔输送绝缘油，油存放在波纹管外侧。波纹管内侧与大气相通。

原边线路侧套管选用一体型耐热环氧树脂注塑成型套管。套管从变压器主机前面朝向侧面引出，连接到相邻的高压机器箱内的断路器上。

原边接地侧、牵引侧、辅助侧的引线全部引出到侧面的一体型低压注塑成型端子板。

冷却系统

电动送风机从车辆侧面吸入冷却风，经柔性风道内的整风栅板送往油冷却器。在油冷却器内热交换后的空气从进气风道对侧的排气风道排出。绝缘油在油冷却器冷却后被送往变压器。油在流经绕组表面和铁心侧面时吸收热量。吸收热量后的油经电动送油泵再次送往油冷却器进行热交换。油不停地在变压器内部循环，一旦循环因油泵故障等停止，则绕组将过热、甚至烧损。为此，需要在循环回路的某部分安装油流继电器，以供进行油流停止检查。

（二）牵引变流器

牵引变流装置主要用于控制4台牵引电机的电源。其结构简洁，整流器、直流中间电路、逆变器、真空交流接触器等的主电路机器、无触点控制装置、控制电源等控制电路器具均安置在一个箱体内的一箱体构造，从而缩小了安装空间，本装置安装在2、3、4、5、6、7号车的底盘下，由于采用铝制框架力求达到轻量化的目的。

电源由受电弓将单相交流25kV/50Hz的线电压，通过VCB与牵引变压器的1次侧绕组相连接。主电路由VCB来实施开闭。在牵引变压器2次侧的2个牵引绕组、分别在1次侧绕组的励磁作用下感应出1658V（1次侧为25kV时）的电压，并输入牵引变流装置的整流器部分。

动车搭载有1台牵引变流装置，在牵引运行时向牵引电机提供电力和制动时进行再生制动控制，此外还具有保护功能。另外，以来自车辆信息控制装置的信息为基础，进行全列各车整流器间载波的相位差运行，以此来降低接触网电流的高次谐波。

牵引电机使用了3相鼠笼式感应电机，轴端设有速度传感器用于向检测牵引变流装置、制动控制装置的发送转速信号（转子频率）。

牵引变流器（Converter ＆ Inverter，简称CI）由三点式脉冲整流器、中间直流电路、三点式逆变器、真空交流接触器等主电路设备以及无触点控制装置、控制电源等控制设备组成，采用的功率开关器件为IGBT/IPM，上述设备安装在１个箱体内，箱框采用铝合金结构，减小牵引变流器重量。取消了变流器中间直流回路的二次吸收回路，牵引变压器不需设置二次滤波电抗器，牵引变压器和牵引变流器的重量均得到大幅度降低。每个动车设置一台牵引变流器，每个牵引变流器驱动4台并联牵引电机。主电路功能框图参见图4-12，脉冲整流器和逆变器主电路图参见图4-13，实物见图4-14。主电路功率元器件导通状态和输出电压的关系参照表4-2。

PAN 不带变压器动车 Ｍ1車 Ｍ2車 带变压器动车 VCB 主変換装置 变流装置 逆变器部 逆变器部 整流器部 滤波电容器 滤波电容器流器 ﾌｨﾙﾀｺﾝﾃﾞﾝｻｺﾝﾊﾞｰﾀ部ﾌｨﾙﾀｺﾝﾃﾞﾝｻ ｺﾝﾊﾞｰﾀ部 ｲﾝﾊﾞｰﾀ部ｲﾝﾊﾞｰﾀ部 整主電動機牵引电机 牵引电机 主電動機 ×４ ×４ 主変圧器 牵引变压器

图4-12 CRH2动车组牵引变流器主电路功能框图

图4-13 功率模块连接图

表4-2 主电路元件导通状态和输出相电压的关系 输出状态 ＰＷＭ信号Gsw IPM2 IPM1 高电位点电位输出 Gsw＝＋１ ＯＮ 中性点电位输出 Gsw＝０ ＯＦＦ 低电位点电位输出 Gsw＝－１ ＯＦＦ 门极 指 令 ＯＮ ＯＮ ＯＦＦ IPM3 IPM4 ＯＦＦ ＯＮ ＯＮ ＯＦＦ ＋Uｄ／２ ＯＦＦ ０ ＯＮ －Uｄ／２ 输出电压 等效电路 牵引变压器牵引绕组输出的AC1500V、50Hz单相交流电源，三点式脉冲整流器以PWM斩波方式进行整流，控制中间直流电压牵引时在2600V～3000V内，再生制动时稳定在3000V，三点式逆变器采用异步调制、5脉冲、3脉冲和单脉冲相结合进行控制。牵引变流器输出电压、频率可调的三相交流电驱动4台并联连的牵引电机。

图4-14 牵引变流器实物图

主要技术参数如下： 1．方式

（1）脉冲整流器：单相电压3点式PWM脉冲整流器 （2）逆变器：3相电压3点式PWM逆变器 2．额定

（1）输入：单相ＡＣ１５００Ｖ，８５７Ａ，５０Ｈｚ （2）中间直流电路 ：ＤＣ３０００Ｖ，４３２Ａ

（3）输出：三相ＡＣ２３００Ｖ，４２４Ａ，０～２２０Ｈｚ ＭＴ２０５型牵引电机（2000V，106A）× ４台，并联 （4）效率

脉冲整流器：９７.５％以上（牵引电机额定） 逆变器：９8.5％以上（同上） （三）牵引电机 1、概述

CRH2动车组采用MT205型三相鼠笼异步电机，每辆动车配置4台牵引电机（并联连接），一个基本动力单元共8台，全列共计16台。电机额定功率为300kW，最高运行速度为6120r/min，最高试验速度达7040r/min。

牵引电机由定子、转子、轴承、通风系统等组成，绝缘等级为200级。牵引电机采用转向架架悬方式，机械通风方式冷却，平行齿轮弯曲轴万向接头方式驱动。外形如图4-15。所有牵引电机的外形尺寸、安装尺寸和电气特性相同，各动车的牵引电机可以实现完全互换。牵引电机在车体转向架上的安装位置见图4-16。

图4-15 牵引电机外形图 图4-16 牵引电机安装位置图

同直流电机相比，三相异步电机有着显著的优越性能和经济指标，其持续功率大而体积小、重量轻。具体地说有以下优点：

（1）功率大、体积小、重量轻。由于没有换向器和电刷装置，可以充分利用空间，同时在高速范围内因不受换向器电机中电抗电势及片间电压等换向条件的限制，可输出较大的功率，再生制动时也能输出较大的电功率，这对于发展高速运输是十分重要的。

（2）结构简单、牢固，维修工作量少。三相交流牵引电机没有换向器和电刷装置，无需检查换向器和更换电刷，电机的故障大大降低。特别是鼠笼形异步电机，转子无绝缘，除去轴承的润滑外，几乎不需要经常进行维护。

（3）良好的牵引特性。由于其机械特性较硬，有自然防空转的性能，使粘着利用率提高。另外，三相交流异步电机对瞬时过电压和过电流不敏感（不存在换向器的环火问题），它在起动时能在更长的时间内发出更大的起动力矩。合理设计三相交流牵引电机的调频、调压特性，可以实现大范围的平滑调速，充分满足动车组运行需要。

（4）功率因数，谐波干扰小。其电源侧可采用四象限变流器，可以在较广范围内保持动车组电网侧的功率因数接近于1，电流波形接近于正弦波，在再生制动时也是如此，从而减小电网的谐波电流，这对改善电网的供电条件、减小通信信号干扰、改善电网电压质量和延长牵引变电站之间的距离十分有利。

CRH2采用的牵引电机除具有上述传统异步电机的优点外，还有以下特点：

电机整体机械强度很高，高速运行时能承受很大的轮轨冲击力；采用耐电晕、低介质损耗的绝缘系统以适应变频电源供电；为了防止电机轴承的电蚀，电机前后端采用绝缘轴承；电机转子导条采用低电阻、温度系数高的铜合金材料，保证传动系统的控制精度；为了减轻电机自重，电机采用轻质高强度材料；采用经过验证的轴承和轴承润滑结构，从而减少电机的维护，保证电机轴承更可靠工作；在输出一定功率的情况下，为减少体积，采用强迫通风和优化的通风结构，充分散热，以降低电机的温升，提高材料的利用率；电机的非传动轴端安装了2个速度传感器，用以给传动控制系统提供速度信号，便于逆变器控制和制动控制。

2．主要技术参数

型号 MT205

方式 三相鼠笼异步电机 极数 4极 相数 3相 额定值

输出功率 300kW 电压 2000V 电流 106A 频率 140Hz

转差率 1.4%

转速 4140r/min 效率 94.0% 功率因数 87.0% 绝缘类别 等级200

温度上升极限 200Ｋ（定子绕组；电阻法） 冷却方式 强制风冷方式（20m3/min） 动力传送方式 平行齿轮弯曲轴万向接头方式 最高使用转速 6120r/min 最高试验转速 7040r/min 轴承润滑脂 unimaxR NO.2

轴承 驱动侧 ＮＵ２１４Ｃ４Ｐ６（绝缘轴承 滚子导向保持器方式） 反驱动侧 ６３１１Ｃ４Ｐ６（绝缘轴承） 质量 440Kg

附额定参数说明：由于干线动车组载荷变化范围小，仅为整车自重的10%，所以电机额定点的考核一般是在动车组最苛刻条件下电机的稳定运行点。

其他相关参数见表4-3

表4-3 牵引电机参数表 方 式 型 号 极 数 相 数 类 别 输出功率（kW） 电 压（V） 额定值 电 流（A） 频 率（Hz） 转差率（%） 转 速（r/min） 效 率（%） 功率因数（%） 冷 却 方 式 绝 缘 类 别 温度上升极限 最高使用转速 最高试验转速 计 划 质 量 定子铁芯 外径－内径 叠层厚度 切槽数量 切槽尺寸（*1） 材质・板厚 鼠笼异步电机 MT205 4 3 连续 300 2000 106 140 1.4 4140 94.0 87.0 强制风冷方式（20m3/min） 等级200 200K（定子绕组､电阻法） 6120r/min 7040r/min 440Kg φ480－φ310mm 170mm 36 13.5*35.0mm 相当于50A800・0.5mm 最大V/f 电路常数 （115℃､140Hz）（*3） 转 子 导 体 端环 杠杆 转 子 铁 芯 定 子 线 圈 连接方式 线 圈 间 距 导体数／切槽 串联导体数／相 导 体 尺 寸 导线束绝缘 电 流 密 度 外径－内径 叠 层 厚 度 切 槽 数 量 切槽尺寸（*2） 风口数－直径 材质・板厚 尺 寸 材 质 电流密度 尺 寸 材 质 电流密度 牵 引 再 生 Rs：0.144Ω/相 Rr：0.146Ω/相 Rm：527.7Ω/相 Ｙ接 ＃１～＃８＝７ 16 192 2-1.5*5.5mm 聚酰亚胺电线 6.67A/ mm2 φ306－φ80mm 170mm 46 7.4*25.6mm φ24mm－16个（堵塞8 处风口） 相当于50A800・0.5mm 7.3*23.0mm 赤黄铜 6.33A/ mm2 27*34mm 纯铜 4.23A/ mm2 2300V/116Hz 2300V/130Hz Xs：1.246Ω/相 Xr：1.138Ω/相 Xm：28.88Ω/相

第三节 辅助供电系统

一、辅助电源装置概述

辅助供电系统采用干线供电方式，电源系统贯穿全列车。每列车设置3台辅助电源装置（APU），安装在1、5、8号车体底下。1、8号车的APU是分别向1-4和5-8号车的牵引变流器通风机（4、5号车除外）、牵引变压器通风机（4号车除外）、压缩机等提供电力的三相交流输出，给辅助电路、监视装置、制动装置、关门装置、牵引变流器控制等提供电力的单相直流输出，给空调控制、显示器、水泵装置、辅助制动等提供电力的单相交流输出的电源装置。5号车的APU3是给4号车的牵引变流器通风机、牵引电机通风机和牵引变压器通风机提供电力的，同时也给5号车的牵引变流器通风机和牵引电机的通风机提供电力。

辅助电源装置从电路结构上分成两个单元，一个为辅助电源单元（APU），另一个为辅助整流器单元（ARf）。

1．APU由输入变压器（TR1，400V/470V）、输入滤波电容器（ACFC）、输入滤波电抗器（ACL1）、辅助变流器（单相脉冲整流器+中间直流环节+2点式PWM逆变器）、输出滤波电抗器（ACL2）、输出滤波电容器（ACC）、辅助变压器（ATr）等构成。由辅助变流器输出稳定三相AC400V/50Hz电源（恒压恒频），由辅助变压器ATr输出非稳定单相ACl00V/50Hz电源。

APU各环节的主要作用是：

（1）输入滤波回路：输入滤波回路降低从电网输入到脉冲整流器•逆变器的高频电流。 （2）IGBT脉冲整流器：脉冲整流器将牵引变压器输入的单相交流电压变换成恒定直流电压。控制方式采用脉冲宽调制方式。

（3）DC中间回路：滤波电容器将稳定的直流电压供给后段的逆变器。APU 停止时，滤波电容的放电由DCHK和DCHKR完成。

（4）IGBT逆变器：逆变器将直流电压变换成为恒频恒压（CVCF）的3相交流电压。 （5）输出LC滤波回路：LC滤波回路降低逆变器输出电压中由于切换所产生的高频电压，使其输出畸变很小的正弦波。

（6）输出接触器：输出接触器3phMK担负接通和切断负荷的作用。

ARf主要由三相变压器（TR2，400V/78V）和三相二极管整流模块、单相变压器（TR3）、单相变压器（TR4）组成。辅助整流器ARf是对APU1/APU2的输出AC400V、3相交流电进行整流，提供DC100V电源的装置。由TR2和三相二极管整流模块输出稳定DCl00V电源，TR3输出稳定单相ACl00V/50Hz电源，TR4输出稳定单相AC220V/50Hz电源。

辅助电源装置（APU3）是向4、5号车的牵引变流器等的各种通风机提供AC400V、3相、50Hz电源的装置，额定容量70KVA，安装在编组中的5号车的车底下。APU3没有辅助变压器（ATr）和辅助整流器ARf。

二、容余设计

在动车组上安装3台牵引变压器，分别安装在2、4、6号车。2、6号车的牵引变压器辅助绕组输出的AC400V电压分别供电给4节车厢。正常情况下，每台主变压器的辅助绕组输出的AC400V电压分别供电给4节车厢。当一台牵引变压器故障时，另一台正常运转的牵引变压器能够通过辅助绕组向8节车厢供电（设有切换电路）。此时，应使空调装置半功率运行。

4号车的牵引变压器辅助绕组输出的AC400V电压单独给5号车的辅助电源装置APU3提供电源。在动车组1、8号车各安装1台辅助电源装置APU，一台辅助电源装置供给4节车厢所需辅助用电。当一台辅助电源装置发生故障时，另一台正常运转的辅助电源装置能够向8节车厢供电（设置了用于切换的扩展供电回路）。辅助电源装置的输出容量的设计能够在故障时用一台正常运转的辅助电源装置向整列车供电。因此，当一台辅助电源装置故障时无需减少

负荷。

在5号车上另外安装了一台辅助电源装置APU3，APU3单独给4、5号车的牵引设备通风机供电。当APU3出现故障时，可由8号车的APU给APU3进行扩展供电。

三、辅助供电系统工作原理

辅助电源装置（APU）由APU输入辅助整流器、PWM三相输出逆变器、逆变器输出变压器、CVCF输出变压器、辅助变压器等构成。 1.辅助供电系统输出

CRH2C型动车组辅助供电系统由牵引变压器3次辅助绕组提供电源，采用干线供电方式，按各电源系统贯穿全列车。和牵引变压器3次线圈直接连接的系统中，连接有空调装置、换气装置以及ATP主控电源。辅助电源装置向以下五个系统提供电源：

非稳压单相AC100V系统； 稳压单相AC100V系统； 稳压单相AC220V系统； 稳压三相AC400V系统； 稳压DC100V系统。

表4-4 输出电压种类 类别 额定电压 额定功率 电压精度 频率 畸变系数 担当负荷 交流3相 AC400V 123KVA +10%～-10% 50Hz±1% 5%以下 100%连续 180%、10秒连续 交流单相 AC100V 12 KVA 同左 - - AC220V 12 KVA 同左 - - - - 100%连续 120%、20秒连续 直流 (辅助整流器箱) DC100V 58KW +10%～-10% Atr(非稳压)输出 AC100V 22 KVA +26%～-41% 50Hz - - 同左 同左 CRH2动车组辅助供电系统工作示意图

图4-17 CRH2动车组辅助供电系统工作示意图

辅助供电系统（APU）包括非稳压单相AC100V系统，稳压单相AC100V系统、稳压单相AC220V系统、稳压三相AC400V系统、稳压DC100V系统。

非稳压单相AC100V系统，由辅助变压器（ATr）仅将牵引变压器辅助绕组的AC400V电压直接降压至AC100V，向热水器的加热器等容许电压变动的负荷供电。

稳压AC100V、AC220V系统和稳压DC100V系统，使用辅助电源装置与AC400V实现隔离，并且降压和稳压。

稳压三相AC400V与牵引系统相关的辅助设备（牵引变压器、牵引变流器、牵引电机用各送风机等）连接。

稳压DC100V系统向车辆的控制电源、车厢照明、蓄电池等供电。 2．工作原理

APU的输入电源是牵引变压器三次辅助绕组输出的AC400V，通过可控硅混合电桥变换成为直流电。该直流电通过PWM三相逆变器变换成为交流电，通过逆变器输出变压器提供AC400V三相50Hz电源。CVCF输出变压器将AC400V三相电源变换成单相AC220V、AC100V的稳压电源。辅助变压器将牵引变压器辅助绕组的AC400变换成另一单相AC100V电源。辅助整流器箱使用整流器变压器将APU的400V三相电压输出变压后，通过三相全波整流器，输出DC100V。如图4-18辅助电源系统工作原理框图

输入整流器使用大电流、高电压器件，实现了小型、轻量化。逆变器单元使用可高速开关的IGBT，通过高频PWM控制，实现了滤波电抗器的小型、轻量化。

辅助整流装置采用自冷式，由整流器变压器、整流二极管单元、用于实现输出电压下降特性的电阻等构成。

辅助电源系统工作原理框图

图4-18 辅助电源系统工作原理框图

3．交流供电系统

APU1/APU2的输入电源为牵引变压器3次绕组(辅助绕组)输出的AC400V单相50Hz，通过IGBT变频器变换成了直流电力，这个直流输出通过IGBT逆变器变换成AC400V、3相50Hz的定压电源，向编组内提供。而且，AC100V 50Hz、AC220V 50Hz的定压电源是由3相AC400V稳定电压电源通过辅助变压器（TR3、TR4）进行变压而来的。辅助变压器（ATr）是将牵引变压器3次绕组(辅助绕组)输出进行变压后输出AC100V（非稳定电压）50Hz。APU1/APU2电源系统的框图如图4-19所示。

图4-19 APU1/APU2电源系统

ARf是用整流器用变压器（TR2）将APU的AC400V、3相50Hz定压输出进行变压后，通过为3相全波整流电路的辅助整流器（Rf Unit）来输出DC100V。

表4-5交流电路电源系统参数表 电源系统 电源 电压 车辆 各车 1、8 2、4、6 负载 空调装置、换气装置 辅助电源（APU）、司机室空调 油泵（MTOPM）、通风机(MTrBM) 牵引变压器704、754线 单相400V，50Hz 3次 771、781、1、8号车 三相791线 APU-SIV 400V±10％，50Hz 3、5、7 1、8 2、3、4、5、牵引变流器通风机，牵引电机通风机 6、7 空气压缩机 辅助整流器（ARf） 开水器 自动售货机 小卖部设备 2、3、5、8 302线 1、8号车 单相APU-CVT 220V±10％，50Hz 3 5 各车 各车 1、8号车 单相202线 APU-ARf-CVT 100V±10％，50Hz 1、2、3、5、7、8 3、6 1、8 7 251线 单相1、8号车 100V+26%-41％，APU-ATr 50Hz 各车 插座 空调控制、显示设定器 给水装置 空气清净机 辅助制动装置 收音机 电热器 上述内容中，704、754线系统，771、781、791线三相电源系统及302线系统，在一侧电源发生故障时，为了能够通过电源感应来延长供电，在4号车设置电磁接触器ACK1、BKK。并具备电磁接触器互锁功能。

4．直流供电系统

辅助整流器箱使用整流器变压器将APU的400V三相电压输出变压后，通过三相全波整流器，输出稳压DC100V，向车辆的控制电源、车厢照明、蓄电池、插座、服务设备等供电。

DC100V系统可由102、103线两条线供电。通常是由103线供电，架线停电时，通过操作应急灯切换接触器，在将电源由103线切换到102线的同时，即可向广播装置，应急灯等最低限度所需的设备供电。DC100V框图 如图4-20所示。

图4-20 DC100V系统框图

（1）102线系统

由蓄电池提供的电源平时就成为接通的使用状态，随时为辅助电动空气压缩机、受电弓及真空断路器等与行车相关设备提供电源。

（2）103线系统

就列车编组的贯通而言，在VCB接通前，各车使用备用电源（蓄电池）。VCB接通后，辅助电源的输出线101线（103线的场合是经过ARfK）提供电源。

由于制动设定器手柄接通，105线接通，M1车的BVR动作，通过BVR接点接通，BAtK1动作，103线被接通。此外，即使断开制动设定器手柄，若VCB接通时，由于BatK1继续动作，103线仍处于接通状态。

该电源用于控制电路、ATC、监控器、车辆开关门电路等主要的直流电源装置及机器。 （3）103B线系统

在由102线及103线两者提供电源的电路中，通常是由103线供电。在接触网停电时，进行切换应急灯的操作，将备用电源接入，为两头车的标志灯、回转接触电源、广播设备、备用灯等提供电源。

（4）115线系统

蓄电池的充电电路。过程：辅助电源装置的直流输出的继电器（ARfKR）动作，114线接通→导致M1车的BAtK2R励磁→通过BAtK2R的动作，致使M1车的BAtK2R励磁→通过来自103线的电源115线接通。它是用作客房灯、自动门、空调及辅助旋转机器控制等服务设施的电源。

（5）118A线系统。平时以103线做为电源。非常情况时应急灯切换接触器RrLpCgK关闭、列车无线用蓄电池切换接触器（TWEmCgK）工作，电源从103线切换成列车无线用蓄电池（TWBat）。列车无线用蓄电池（TWBat）平时从103线得到充电。表4-6直流电路电源系统参数表

表4-6直流电路电源系统参数表 电源系统 电源 电压 车辆 1、8 2、4、6 各车 1、8号车Arf 103线 DC100V±10% 2、6、7 1、8 8 各车 负载 运转控制（含受电弓、VCB控制） 辅助空气压缩机、蓄电池 辅助电路、监控装置、制动 装置、关车门装置 牵引变流器控制 ATP 列车无线用专用蓄电池 广播、应急灯 2、4、6号车蓄电池，DC100V 103线（BatK1，ON+20%-10% 102线 时） 102线 1、3、5、7 污物处理装置 （RrLpCgK，ON时） DC100V±10% 5、7 影视系统 103线 1、8 103B线 （RrLpCgK，OFF时） 标志灯、分并装置、刮雨器装置 103线 DC100V±10% 115线 （BatK2，ON时） 118A线 专用蓄电池103线 DC100V±10% 各车 1、8 空调控制、自动门装置、客室照明、鼓风机控制 列车无线装置 5.碱性蓄电池 动车组在2、4、6号车上分别设有一个蓄电池箱。外部车体侧面装有连接外部电源的插座（AC400V、单相、50Hz），2号车及6号车上各有一处。动车组采用额定容量为80Ah的AFB6M80B型和60Ah的AFB6M60A碱性蓄电池。控制蓄电池和应急通风蓄电池是采用额定容量为80Ah的AFB6M80B型碱性蓄电池，列车无线用蓄电池是采用额定容量为60Ah的AFB6M60A碱性蓄电池。80Ah碱性蓄电池的实际设计生产容量是88Ah（有10%左右的富余容量），完全能够满足300km动车组的实际最大负载容量61Ah的要求。

卧车动车组用碱性蓄电池分为控制蓄电池、应急通风蓄电池和列车无线用蓄电池。2、4、

6号车各装有一组用于向辅助设备供电的控制蓄电池，3、7号车各装有一组应急通风用蓄电池，8号车装有列车无线用蓄电池。在停电时，具备能够使辅助设备工作30分钟以上的容量；当来自车辆外部的供电停止应急供电时，仅通过蓄电池能够向车厢内照明、广播装置、前后车外标识灯等装置提供2 小时以上的供电。蓄电池组在运行时通过线路充电。

注意：在蓄电池电压低到DC87V时（通过司机室电压表或监视显示器观察），必须立即给其充电或切断车上所有用电负载，以便保证动车组可正常起动。

思考题

1、 CRH2C型动车组牵引传动系统组成？ 2、 CRH2C网侧高压电气设备有哪些？ 3、 真空断路器的作用？ 4、 牵引变流器的作用 5、 辅助电源装置的组成？

6、 辅助供电系统输出电压种类？ 7、 直流供电系统工作流程？