CRH6平台城际动车组主辅一体与主辅分离分析

第一作者简介：（阮佩霞，女，汉族，广东江门，1996.01，学士，工程师，中车广东轨道交通车辆有限公司，电气设计方向及标准化方向）

CRH6平台城际动车组产品是以CRH2动车组技术平台为基础，针对短途运输、运量大、快起快停、快速乘降等城际公交化运营需求进行关键系统、部件设计，开发速度等级涵盖120～200km/h，不同编组，满足不同用户需求的“CRH6型” 系列化城际市域动车组。具有“速度快、起停快”等特点，能有效满足城市群内的快速通勤需求。其以安全可靠、经济适用、节能环保以及便捷舒适等特点成为城际、市域交通解决方案的最佳选择。

变流器为牵引传动系统中的核心部件，承载着将电网能量进行一系列转换以驱动牵引电机和为车上辅助设备供电的重大任务，同时，满足城际动车组的快速启停、公交化运营及低噪舒适等需求。本文重点讨论CRH6平台城际动车组主辅一体变流器与主辅分离变流器的电路原理、主要技术特点及核心关键技术。

1 主辅一体主电路介绍

采用主辅一体化设计的牵引系统把即将牵引变流器、辅助变流器、充电机和控制器集成一体，并在一个柜子里面。

主辅一体化牵引变流器内主要由预充电回路、四象限整流器模块、牵引逆变器模块、辅助逆变器模块及充电机模块组成。采用两电平结构。电气结构上，辅助逆变器与牵引逆变器使用相同中间直流电路。2个四象限整流器模块和2个牵引逆变器模块可单独运行。

2 主辅分离主电路介绍

主辅分离设计指牵引供电系统与辅助供电系统相互独立，牵引变流器与辅助逆变器在电路和结构上相互分离。

采取主辅分离设计的牵引变流器使用电压型3点式电路，牵引变流器由把单相交流电变换成直流中间电的脉冲整流器部分和把直流中间电变换成可变电压可变频率的3相交流电的逆变器部分、及吸收中间直流电之电压涟波、获得直流恒压的直流平滑电路（滤波电容器）部分构成，模块具有互换性。

采取主辅分离设计的辅助逆变器为独立单元，与牵引变流器在电路和结构上均互相分离。采用单相桥式IGBT脉冲整流器+三相桥式IGBT逆变器的方式，通过使用大电流、耐高压元器件，来谋求小型化、轻量化。

3 主电路对比

主辅一体与主辅分离采用交直交主电路形式（四象限脉冲整流器+中间直流环节+PWM逆变器），牵引变流器均为PWM、VVVF控制方式，功率器件均为IGBT。

3.1 主辅一体变流器主电路分析

分析主辅一体变流器主电路，其特点有：

（1）采用成熟的两电平结构，电路结构简单，所需开关器件数量少，控制难度小，网侧谐波性能较好;

（2）采用架控的模式，即采用两个牵引绕组供电的PWM控制方式的二重化四象限整流器和VVVF控制的二重逆变器结构，单个逆变器模块驱动一个转向架上的2台牵引电机;

（3）采用二重四象限结构，网侧谐波性能较好;

（4）辅助逆变器直接从牵引变流器的中间直流回路取电，逆变输出通过LC滤波器滤波以及三相变压器降压后输出稳定的三相AC380V，给动车组上所有辅助负载供电;动车组在过分相区时，牵引逆变器采用轻微制动技术使得中间直流电压继续维持，确保辅助系统不断电继续工作，实现动车组的舒适度的提升;

（5）提高了牵引变流器的集成度，在结构上将辅助逆变器模块集成在牵引变流器里面，与四象限脉冲整流器模块、牵引逆变器模块集中布置，共用中间直流回路。

3.2 主辅分离变流器主电路分析

分析主辅分离变流器主电路，其特点如下：

（1）牵引和辅助完全独立，过分相时不能实现发电功能，辅助系统需断电，影响整车舒适度;

（2）采用三电平结构，二次谐波分量较小;

（3）采用升压变压器+单相全波整流桥的方式作为充电回路，经济性高，但需增加整流桥、变压器等部件;

（4）采用单重四象限结构，网侧谐波性能较差;

（5）采用车控的模式，牵引逆变器部分采用相模块（U、V、W 三个相模块）结构。

4 整体分析

4.1 主辅一体设计分析

主辅一体变流器采用主电路和结构一体化集成设计，集成了牵引供电系统、辅助供电系统与冷却系统，实现了模块化、轻量化与集成化设计要求。

主辅一体采用结构紧凑、易于运用和检修的模块化结构，牵引变流器的模块应具有互换性，在运用现场可方便更换和维修。

主辅一体变流器的四象限脉冲整流器模块、牵引逆变器模块和辅助逆变器模块采用集中布置，集成度高，控制逻辑在一个箱子里，方便现场的操作及维护。

主辅一体变流器将主变流器、辅助变流器及充电机集成在一个箱子里，共用中间直流环节和冷却系统，节省了系统设备的安装空间，减小系统的整体体积及重量，等效重量比主辅分离系统轻，实现整体系统的轻量化设计。但由于集成化后，主变流器、辅助变流器及充电机整体安装在一节车厢下，影响单车配重，对单车的轴重要求变高。而主辅分离的主变流器及辅助变流器是分别安装在不同车厢下，单车的轴重要求相对主辅一体较低。

4.2 主辅分离设计分析

主辅分离系统采用主电路和结构的分离设计，牵引变流器与辅助变流器从电路和结构上都相对独立，实现灵活化设计要求。

主辅分离设备配置灵活，辅助变流器设备数量不受牵引变流器限制，而主辅一体因集成化，辅助变流器数量应与牵引变流器数量一致。

主辅分离系统的辅助变流器进线电路相对与主辅一体系统更为复杂，增加了滤波电路和接触器电路等，故障率和维修难度也更高。

5 结论

从整体重量、设备维护、价格成本方面考虑，主辅一体化都有着显而易见的优势。根据城际动车组市场需求及国产化发展需求，统筹考虑智能化、模块化、平台化及经济性，城际动车组逐渐趋向于主辅一体化设计。架控式牵引系统将会在城际动车组以及其他动车组车辆中得到越来越广泛的应用。

参考文献

[1]贾智军，杜广群，鲍庆臣.CRH6A-A 型短编城际动车组牵引变流器设计[J].现代城市轨道交通，2020（5）：30-35.

[2] 邹档兵. CRH系列动车组牵引变流器主电路分析[J].铁道机车车辆，2017，37（2）：42-46.

[3] 李华，荣智林，忻力，祁善军，唐雄辉. 城际动车组主辅一体变流器的开发[J].机车电传动，2015（6）：15-21.

[4] 唐海. 浅谈市域动车组主辅一体式牵引变流器的应用[J].中国设备工程，2017（6）：156-157.