11/2/20231高速動車組牽引傳動系統和輔助供電

系統工作原理及新技術的發展北京縱橫機電技術開發公司一、高速動車組牽引傳動系統和輔助供電系統

工作原理概述

二、新技術介紹

11/2/20232主要內容一、高速動車組牽引傳動系統和輔助供電系統

工作原理概述11/2/20233

目前，在我國既有高速鐵路上運營的動車組按照速度等級劃分成350km/h速度等級和250km/h速度等級。其中，350km/h速度等級動車組包括：CRH3C、CRH380A、CRH380AL、CRH380B、CRH380BL、CRH380CL、CRH380D、CRH380DL高速動車組；250km/h速度等級的動車組包括：CRH1A、CRH1B、CRH1E、CRH2A、CRH2B、CRH2E、CRH5A。

速度等級生產廠家車型所屬系列350km/h速度等級唐車股份CRH3C、CRH380BLCRH3系列長客股份CRH380B、CRH380BL、CRH380CLCRH3系列四方股份CRH380A、CRH380ALCRH2系列BSTCRH380DCRH1系列250km/h速度等級BSTCRH1A、CRH1B、CRH1ECRH1系列四方股份CRH2A、CRH2B、CRH2C、CRH2ECRH2系列長客股份CRH5ACRH5系列1既有動車組概述11/2/20234350公里動車組牽引傳動系統技術指標CRH380ACRH380ALCRH3CCRH380BCRH380BLCRH380D生產廠四方股份唐車股份長客股份唐車股份長客股份BST動拖比6M+2T12M+4T4M+4T4M+4T8M+8T4M+4T牽引變壓器線圈結構:牽引繞組2組、輔助繞組1組原邊容量：3855kVA牽引繞組：3335kVA，1650V輔助繞組：520kVA，400V線圈結構:牽引繞組2組、輔助繞組1組原邊容量：3855kVA牽引繞組：3335kVA，1650V輔助繞組：520kVA，400V線圈結構：牽引繞組4組原邊容量：5600kVA；牽引繞組：4*1400kVA，1550V

線圈結構：牽引繞組4組原邊容量：5848kVA；牽引繞組：4*1462kVA，1850V線圈結構：牽引繞組4組原邊容量：5848kVA；牽引繞組：4*1462kVA，1850V線圈結構：牽引繞組4組原邊容量：6048kVA牽引繞組：756kVA*8，966V

牽引變流器三電平電壓型PWM變流器，采用3300V/1500AIGBT；輸入參數：額定輸入電壓AC1650V，額定輸入電流AC974A；中間電壓：DC2800~3100V；輸出參數：AC0~2300V，額定輸出電流448A，頻率范圍：0~197Hz輸出功率：1550kW三電平電壓型PWM變流器，采用3300V/1500AIGBT；輸入參數：額定輸入電壓AC1650V，額定輸入電流AC974A；中間電壓：DC2800~3100V輸出參數：AC0~2300V，額定輸出電流448A，頻率范圍：0~197Hz輸出功率：1550kW兩重兩電平電壓型PWM脈沖整流器+兩電平電壓型逆變器，采用6500V/600AIGBT雙管并聯；輸入參數：額定輸入電壓AC1550V，最大基波輸入電流AC950A；中間電壓：DC2700V~3600V輸出參數：AC0~2800V；頻率范圍：0~200Hz輸出功率：2300kW兩重兩電平電壓型PWM脈沖整流器+兩電平電壓型逆變器，采用6500V/600AIGBT雙管并聯；輸入參數：額定輸入電壓AC1850V，最大基波輸入電流AC950A；中間電壓；DC2700V~3600V輸出參數：AC0~2800V；頻率范圍：0~200Hz輸出功率：2500kW兩重兩電平電壓型PWM脈沖整流器+兩電平電壓型逆變器，采用6500V/600AIGBT雙管并聯；輸入參數：額定輸入電壓AC1850V，最大基波輸入電流AC950A；中間電壓：DC2700V~3600V輸出參數：AC0~2800V：頻率范圍：0~200Hz輸出功率：2500kW兩重兩電平電壓型PWM脈沖整流器+兩電平電壓型逆變器，采用3300V/1500AIGBT；輸入參數：額定輸入電壓AC920V，額定輸入電流AC800A；中間電壓：DC1650~1800V輸出參數：額定輸出電壓1287V，額定輸出電流800A；頻率范圍：0~200Hz輸出功率：2700kW傳動比2.3792.3792.4292.4292.4292.436牽引電機額定功率：365kW額定電壓：2000V額定電流：130A額定頻率：140Hz額定轉矩最高運用轉速：6120rpm額定效率：94.8%

額定功率：365kW額定電壓：2000V額定電流：130A額定頻率：140Hz額定轉矩最高運用轉速：6120rpm額定效率：94.8%

額定功率：562kW額定電壓：2750V額定電流：135A額定轉速：4100rpm額定轉矩：1304Nm最高運用轉速：5891rpm額定效率：94.7%最大轉矩：3200Nm額定功率：587kW額定電壓：2750V額定電流：144A額定轉速：4100rpm額定轉矩：1374Nm最高運用轉速：5900rpm額定效率：94.7%最大轉矩：3200Nm額定功率：587kW額定電壓：2750V額定電流：144A額定轉速：4100rpm額定轉矩：1374Nm最高運用轉速：5900rpm額定效率：94.7%最大轉矩：3200Nm額定功率：630kW額定電壓：1404V額定電流

：322A額定頻率

：140Hz額定轉矩

：2024Nm最高運用轉速：5777r/min額定效率：94.7%最大轉矩：3227Nm

2既有高速動車組牽引傳動系統概述介紹11/2/20235

2既有高速動車組牽引傳動系統概述介紹350公里動車組牽引傳動系統典型結構介紹CRH380A與CRH380AL牽引傳動系統CRH380ACRH380AL生產廠四方股份動拖比6M+2T12M+4T牽引變壓器線圈結構:牽引繞組2組、輔助繞組1組原邊容量：3855kVA牽引繞組：3335kVA，1650V輔助繞組：520kVA，400V線圈結構:牽引繞組2組、輔助繞組1組原邊容量：3855kVA牽引繞組：3335kVA，1650V輔助繞組：520kVA，400V牽引變流器三電平電壓型PWM變流器，采用3300V/1500AIGBT；輸入參數：額定輸入電壓AC1650V，額定輸入電流AC974A；中間電壓：DC2800~3100V；輸出參數：AC0~2300V，額定輸出電流448A，頻率范圍：0~197Hz輸出功率：1550kW三電平電壓型PWM變流器，采用3300V/1500AIGBT；輸入參數：額定輸入電壓AC1650V，額定輸入電流AC974A；中間電壓：DC2800~3100V輸出參數：AC0~2300V，額定輸出電流448A，頻率范圍：0~197Hz輸出功率：1550kW傳動比2.3792.379牽引電機額定功率：365kW額定電壓：2000V額定電流：130A額定頻率：140Hz額定轉矩最高運用轉速：6120rpm額定效率：94.8%

額定功率：365kW額定電壓：2000V額定電流：130A額定頻率：140Hz額定轉矩最高運用轉速：6120rpm額定效率：94.8%

11/2/20236

2既有高速動車組牽引傳動系統概述介紹350公里動車組牽引傳動系統典型結構介紹CRH3C牽引傳動系統CRH3CCRH380BCRH380BL生產廠唐車股份長客股份唐車股份長客股份動拖比4M+4T4M+4T8M+8T牽引變壓器線圈結構：牽引繞組4組原邊容量：5600kVA；牽引繞組：4*1400kVA，1550V

線圈結構：牽引繞組4組原邊容量：5848kVA；牽引繞組：4*1462kVA，1850V線圈結構：牽引繞組4組原邊容量：5848kVA；牽引繞組：4*1462kVA，1850V牽引變流器兩重兩電平電壓型PWM脈沖整流器+兩電平電壓型逆變器，采用6500V/600AIGBT雙管并聯；輸入參數：額定輸入電壓AC1550V，最大基波輸入電流AC950A；中間電壓：DC2700V~3600V輸出參數：AC0~2800V；頻率范圍：0~200Hz輸出功率：2300kW兩重兩電平電壓型PWM脈沖整流器+兩電平電壓型逆變器，采用6500V/600AIGBT雙管并聯；輸入參數：額定輸入電壓AC1850V，最大基波輸入電流AC950A；中間電壓；DC2700V~3600V輸出參數：AC0~2800V；頻率范圍：0~200Hz輸出功率：2500kW兩重兩電平電壓型PWM脈沖整流器+兩電平電壓型逆變器，采用6500V/600AIGBT雙管并聯；輸入參數：額定輸入電壓AC1850V，最大基波輸入電流AC950A；中間電壓：DC2700V~3600V輸出參數：AC0~2800V：頻率范圍：0~200Hz輸出功率：2500kW傳動比2.4292.4292.429牽引電機額定功率：562kW額定電壓：2750V額定電流：135A額定轉速：4100rpm額定轉矩：1304Nm最高運用轉速：5891rpm額定效率：94.7%最大轉矩：3200Nm額定功率：587kW額定電壓：2750V額定電流：144A額定轉速：4100rpm額定轉矩：1374Nm最高運用轉速：5900rpm額定效率：94.7%最大轉矩：3200Nm額定功率：587kW額定電壓：2750V額定電流：144A額定轉速：4100rpm額定轉矩：1374Nm最高運用轉速：5900rpm額定效率：94.7%最大轉矩：3200Nm

2既有高速動車組牽引傳動系統概述介紹350公里動車組牽引傳動系統典型結構介紹CRH3C牽引傳動系統11/2/2023711/2/20238

2既有高速動車組牽引傳動系統概述介紹350公里動車組牽引傳動系統典型結構介紹CRH380D牽引傳動系統CRH380D生產廠BST動拖比4M+4T牽引變壓器線圈結構：牽引繞組4組原邊容量：6048kVA牽引繞組：756kVA*8，966V

牽引變流器兩重兩電平電壓型PWM脈沖整流器+兩電平電壓型逆變器，采用3300V/1500AIGBT；輸入參數：額定輸入電壓AC920V，額定輸入電流AC800A；中間電壓：DC1650~1800V輸出參數：額定輸出電壓1287V，額定輸出電流800A；頻率范圍：0~200Hz輸出功率：2700kW傳動比2.436牽引電機額定功率：630kW額定電壓：1404V額定電流

：322A額定頻率

：140Hz額定轉矩

：2024Nm最高運用轉速：5777r/min額定效率：94.7%最大轉矩：3227Nm11/2/20239

3既有高速動車組輔助供電系統概述介紹350公里動車組輔助變流器技術指標車型CRH380ACRH380ALCRH3CCRH380BCRH380BLCRH380D生產廠四方股份唐車股份長客股份唐車股份長客股份BST結構形式牽引變流器和輔助變流器主輔分離單獨成箱的結構方式動力單元供電模式牽引變壓器輔助繞組供電牽引變流器中間直流環節供電牽引變流器中間直流環節供電輔助變流器電路結構：變壓器隔離+單相逆變器+直流環節+三相逆變器，電路型式：兩電平。容量：123kVA；輸入電壓：1AC400V；輸出電壓：3AC400V；輸出頻率：50Hz；冷卻方式：強迫風冷；輸出模式：每臺輔助變流器單獨輸出供電方式。電路結構：直交逆變器+變壓器隔離，電路型式：兩電平。容量：單輔變流器：160kVA；雙輔變流器：2*160kVA；輸入電壓：DC2700~3600

V；輸出電壓：3AC440V；輸出頻率：60Hz；冷卻方式：強迫風冷；輸出模式：每臺輔助變流器輸出向整列車交流母線并網供電方式。

電路結構：直交逆變器+變壓器隔離，電路型式：兩電平。容量：200kVA；輸入電壓：DC1650

V；輸出電壓：3AC400/230V；輸出頻率：50Hz；冷卻方式：水冷；輸出模式：每臺輔助變流器輸出向整列車交流母線并網供電方式。

冗余模式整列車沒有交流供電網，故障情況下依靠擴展供電接觸器實現冗余供電。冗余模式：擴展供電。并網供電。并網供電。11/2/202310

3既有高速動車組輔助供電系統概述介紹350公里動車組輔助供電系統典型結構介紹CRH380A輔助供電系統車型CRH380ACRH380AL生產廠四方股份結構形式牽引變流器和輔助變流器主輔分離單獨成箱的結構方式供電模式牽引變壓器輔助繞組供電輔助變流器電路結構：變壓器隔離+單相逆變器+直流環節+三相逆變器，電路型式：兩電平。容量：123kVA；輸入電壓：1AC400V；輸出電壓：3AC400V；輸出頻率：50Hz；冷卻方式：強迫風冷；輸出模式：每臺輔助變流器單獨輸出供電方式。冗余模式整列車沒有交流供電網，故障情況下依靠擴展供電接觸器實現冗余供電。冗余模式：擴展供電。11/2/202311

3既有高速動車組輔助供電系統概述介紹350公里動車組輔助供電系統典型結構介紹CRH3C輔助供電系統車型CRH3C/380B/KL生產廠唐車股份/長客結構形式牽引變流器和輔助變流器主輔分離單獨成箱的結構方式供電模式牽引變流器中間直流環節供電輔助變流器電路結構：直交逆變器+變壓器隔離，電路型式：兩電平。容量：單輔變流器：160kVA；雙輔變流器：2*160kVA；輸入電壓：DC2700~3600

V；輸出電壓：3AC440V；輸出頻率：60Hz；冷卻方式：強迫風冷；輸出模式：每臺輔助變流器輸出向整列車交流母線并網供電方式。

冗余模式并網供電。11/2/202312

3既有高速動車組輔助供電系統概述介紹350公里動車組輔助供電系統典型結構介紹CRH380D輔助供電系統車型CRH380D生產廠BST結構形式動力單元供電模式牽引變流器中間直流環節供電輔助變流器電路結構：直交逆變器+變壓器隔離，電路型式：兩電平。容量：200kVA；輸入電壓：DC1650

V；輸出電壓：3AC400/230V；輸出頻率：50Hz；冷卻方式：水冷；輸出模式：每臺輔助變流器輸出向整列車交流母線并網供電方式。

冗余模式并網供電。二、新技術介紹

（一）、中國標準動車組介紹

1、

中國標準動車組研制背景

（1）、引進平臺的多樣化CRH1、CRH2、CRH3、CRH5四種17種型號

（2）、運用維護的不便

一個段多種車型，不同的維修設備

（3）、消化吸收再創新能力的提高

自2006年開始引進原型動車組，到目前的自主創新動車組

（4）、國情及走出去的需要

中國自主的動車組；出口國外的動車組

（5）、中國標準動車組技術條件制定2014年1月（4-5）啟動，鐵科院牽頭2014年9月（5—6）通過評審，確定放方案11/2/202313（6）、造車階段2014年6月主機廠開始方案設計，結合統型進行施工設計2014年8月—2015年4月主機廠進行造車實施階段2015年（5—6）月廠內調試階段（7）、鐵科院環形線調試階段

2015年（7—8）月環鐵調試及160km/h以下整車部分型式試驗（8）、大西線試驗

2015年9月—2016年10月160km/h以上整車部分型式試驗及運用考核（9）、運用考核評審2016年（10—12）月總結運用考核經驗并評審11/2/2023142、鐵科院動車組牽引、輔助變流器的發展情況（1）、完整的設計流程11/2/202315自主牽引和輔助變流器設計流程與設計方案自主牽引變流器設計流程自主知識產權牽引變流器主要研制工作包括箱體自主研制、熱仿真分析、電氣性能仿真、關鍵部件—控制器、牽引功率模塊、短路模塊和直流電壓傳感器以及自主牽引變流器的研制和試驗驗證。11/2/202316自主牽引和輔助變流器設計流程與設計方案自主輔助變流器設計流程自主知識產權輔助變流器主要研制工作：箱體自主研制、熱仿真分析、電氣性能仿真、關鍵部件—控制器、功率模塊、變壓器、交直流電壓傳感器以及自主輔助變流器的研制和試驗驗證。11/2/202317（2）、研發手段的建設

變流器部件的強度計算、熱仿真計算、電氣部件仿真平臺、控制軟件仿真平臺、IGBT試驗臺、IGBT功率模塊試驗臺、變流器例行及型式試驗臺、牽引系統仿真平臺及高速鐵路系統試驗國家工程試驗室——高速動車組交流傳動試驗室。11/2/202318（3）、自主牽引變流器、輔助變流器的研制11/2/20231911/2/202320

（4）

時速350公里中國標準動車組項目介紹項目背景11/2/202321指導文件（總體技術條件）11/2/202322設計原則11/2/202323關鍵技術11/2/202324（1）

時速350公里中國標準動車組設計方案3、北車高速動車組牽引傳動系統和輔助供電系統

概述11/2/202325主要技術指標11/2/202326（1）

時速350公里中國標準動車組設計方案系統組成11/2/202327設備布置01/08車頭車拖車11/2/202328（1）

時速350公里中國標準動車組設計方案牽引設備布置11/2/202329（1）

時速350公里中國標準動車組設計方案牽引設備布置11/2/202330（1）

時速350公里中國標準動車組設計方案牽引設備布置1、8號車車下設備布置11/2/202331（1）

時速350公里中國標準動車組設計方案美工方案11/2/202332（1）

時速350公里中國標準動車組設計方案11/2/202333（2）

時速350公里中國標準動車組牽引系統方案介紹特性參數（牽引系統技術條件）11/2/202334牽引特性11/2/202335制動特性11/2/202336牽引指令設置網壓適應特性11/2/202337過分相-發電功能11/2/202338救援回送功能11/2/202339（3）

時速350公里中國標準動車組牽引系統主要部件牽引變壓器11/2/202340（3）

時速350公里中國標準動車組牽引系統主要部件牽引變壓器11/2/202341牽引變流器（3）

時速350公里中國標準動車組牽引系統主要部件11/2/202342牽引變流器主要技術參數（3）

時速350公里中國標準動車組牽引系統主要部件11/2/202343牽引變流器11/2/202344牽引變流器時速350公里中國標準動車組牽引變流器箱體主要技術指標：

變流器長/mm變流器寬/mm變流器高/mm安裝軸徑/mm重量/kg29003068720φ482280牽引變流器箱體主要尺寸機箱材料材料位置屈服強度(MPa)適用溫度(C。)Q345E矩形管材、箱體吊座345-4009CuPCrNi-A熱軋板材345-40牽引變流器箱體機箱材料特性11/2/20234511/2/202346牽引變流器11/2/202347牽引變流器牽引控制單元硬件由25塊18類板卡組成。11/2/202348牽引變流器11/2/202349冷卻單元11/2/202350冷卻單元11/2/202351牽引電機（3）

時速350公里中國標準動車組牽引系統主要部件11/2/202352牽引電機冷卻風機（3）

時速350公里中國標準動車組牽引系統主要部件11/2/202353（4）

時速350公里中國標準動車組牽引系統和部件設計驗證設計驗證部件例行試驗部件型式試驗牽引系統聯調試驗整車型式試驗11/2/202354（4）

時速350公里中國標準動車組牽引系統和部件設計驗證地面聯調試驗11/2/202355（4）

時速350公里中國標準動車組牽引系統和部件設計驗證地面聯調試驗11/2/202356輔助供電系統設計方案（輔助供電系統技術條件）（5）

時速350公里中國標準動車組輔助供電系統設計方案11/2/202357輔助供電系統設計方案11/2/202358輔助供電系統設計方案11/2/202359功能及性能參數11/2/202360功能及性能參數11/2/202361功能及性能參數11/2/202362功能及性能參數11/2/202363功能及性能參數11/2/202364主要部件介紹輔助變流器主要技術參數11/2/202365主要部件介紹時速350公里中國標準動車組輔助變流器箱體主要技術指標：

變流器長/mm變流器寬/mm變流器高/mm安裝軸徑/mm重量/kg30682200720φ481750輔助變流器箱體主要尺寸機箱材料材料位置屈服強度(MPa)適用溫度(C。)Q345E矩形管材、箱體吊座345-4009CuPCrNi-A熱軋板材345-40牽引和輔助變流器箱體機箱材料特性11/2/20236611/2/202367輔助變流器主電路結構11/2/202368輔助變流器試驗方案序號檢驗項目型式試驗例行試驗序號檢驗項目型式試驗例行試驗1外觀檢查√√18沖擊和振動試驗√-2驗證尺寸和公差√√19電磁兼容試驗√-3稱重√-20網壓跳變試驗√-4標識檢查√√21供電短時中斷試驗√-5冷卻系統性能試驗√-22輸出均流試驗√-6泄漏試驗√√23輸出特性試驗√雙方協商確定7絕緣電阻試驗√√24啟動和重新啟動試驗√雙方協商確定8介電試驗√√25短路試驗√雙方協商確定9機械、電氣保護和測量設備的試驗√√26驗證電壓和頻率范圍√雙方協商確定10輕載試驗√√27額定負載試驗√雙方協商確定11防護等級試驗√-28過載能力試驗√雙方協商確定12換流試驗（最大電流試驗）√-29負載中斷試驗√雙方協商確定13噪聲測量√-30高溫試驗√-14溫升試驗√-31低溫試驗√-15功率損耗測定√-32濕熱試驗√-16負載突變試驗√雙方協商確定33鹽霧試驗雙方協商確定-17安全性要求檢查√雙方協商確定34吊座無損探傷檢查雙方協商確定√

輔助變流器應具備的試驗。11/2/202369主要部件介紹充電機主要性能指標11/2/202370主要部件介紹充電機主要性能指標11/2/202371

主要部件介紹蓄電池主要性能指標11/2/202372（5）

輔助供電系統和部件設計驗證設計驗證11/2/2023734、南車高速動車組牽引傳動系統和輔助供電系統概述（1）

設計輸入11/2/202374（2）

動車組頂層技術指標11/2/202375（2）

動車組頂層技術指標11/2/202376（2）

動車組頂層技術指標11/2/202377動車組設計11/2/202378動車組設計11/2/202379車下設備11/2/202380車下設備11/2/202381車下設備11/2/202382（3）

動車組系統配置11/2/20