新型整流装在直流机车上的研究与运用.doc

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1、新型整流装在直流机车上的研究与运用中国神华神朔铁路分公司机务段陕西榆林719300摘要：根据运行环境SS4G热管整流装置需设计散热量更大的散热器，交流传动电力机车在制动时回馈给电网的能量含有高次谐波，需要优化过压吸收参数。整流装置主整流桥全部采用5英寸元件，每个元件需配套高性能散热器以保证元件可靠工作，阻容参数设定为6μF和10Ω使得电阻温度下降明显，因电阻温度高带来的故障也消除了，新的主整流装置结构适应技术上的升级改进，合理的规划对外接口，适用SS4B现有车型，减少现场改造工作量。关键词：5英寸元件；谐波；阻容吸收参数；高效散热器1引言目前，SS4B直流传动电力

2、机车是神朔铁路的主型牵引机车，随着铁路运输装备可靠性要求的提升以及技术的发展，使得机车主整流装置有了技术升级的必要性和可行性。首先，现有的SS4B的机车主整流装置受当时设计时电力电子元件技术的限制，只能采用2个或多个元件进行串、并联解决机车牵引需要的高电压和大电流的要求。由于元件的静态和动态特性参数的差异，导致元件串联时存在不均压、并联时存在不均流的问题，从而使整流装置的故障率偏高。其次，近年来交流传动电力机车已经大规模批量上线，神朔铁路也即将购入9600kW大功率交流传动机车以增加运力，导致神朔铁路也将有交流传动电力机车和直流传动电力机车混合使用的局面。而交流传动电力机车在制动时

3、回馈给电网的能量含有高次谐波，使肓流传动电力机车主整流装置输入电压恶化，从而造成元件的可靠性降低。另外，随着电力电子元件技术的发展，采用经典的不等分三段半控桥电路形式的机车主整流装置每个桥臂使用一个大元件，在国铁的SS4G、SS6B和SS7E电力机车的主整流装置上都有使用，该技术已经日趋成熟可靠，并且彻底的根除了元件串、并联使用时的均压和均流问题，元件使用的数量上也大为减少，降低整流装置的故障率，增加了检修维护的便利性。考虑以上因素，研制一台新型的整流装置，以提升整流装置的可靠性,降低全牛命周期成本，对SS4B电力机车主整流装置进行技术升级是非常必要和有意义的。2发展现状与研究基础

4、2.1国内外发展现状与趋势我国的交直电力机车都是采用不等分三段半控桥电路形式，由于过去半导体技术的限制，机车主整流装置每个桥臂都使用多个元件串并联技术来满足电流电压参数的要求，如SS3B主整流柜，一个桥臂就用了6个元件，2串3并。自从5英寸大元件开发成功，首先在国铁的SS3B机车上应用了大元件整流装置，彻底地根除了元件串、并联使用时的均压和均流问题，元件使用的数量上也大为减少，增加了检修维护的便利性，同时降低了整流装置的故障率。在国铁上，还有应用了热管技术开发的SS4G,SS6B和SS7E电力机车的主整流装置。国鉄交直机车自20世纪70年代上线运行以来，先后开发了SS3系列、SS4

5、系列、SS6系列、SS7系列、SS8系列、SS9系列等多种型号电力机车,其运行情况及故障率如表1所示：表1传统整流柜运行情况及故障率统计2005年，株洲电力机车研究所开发了用于SS3系列的大元件整流装置，替换原有的主主整流装置，至今已在近100台交直机车上使用，从运行5年的统计数据来看，其平均故障率低于0.5%/1000ho针对SS4系列机车研发大元件主整流柜预计故障率也能达到SS3B大元件整流装置的水平：低于0.5%/1000ho5英寸大功率半导体元件应用技术在国际铁路机车行业属首创，在已有机车整流技术的基础上，自主创新设计。2.2研究基础应用于神华集团的SS4G和SS4B机车，

6、由于运行区域灰尘较大，不宜应用国铁上的应用热管散热技术开发的SS4G热管整流装置，必需考虑恶劣环境对散热的影响，留有充足的裕量，需设计散热量更大的散热器。其次，近年来交流传动电力机车已经大规模批量上线，神朔铁路已购入9600kW大功率交流传动机车以增加运力，导致神朔铁路也将有交流传动电力机车和直流传动电力机车混合使用的局面。而交流传动电力机车在制动时回馈给电网的能量含有高次谐波，使直流传动电力机车主整流装置输入电压恶化，所以,在元件参数上需重新设计，同时需要优化过压吸收参数。另外，因为是替换原有的主整流装置，所以，在元件布局、结构设计上需要创新，尽量保证原有接口的对接。3研究实现3

7、.1研究目标满足SS4B固定重联机车的技术条件，并达到以下目标：①元件使用数量大为减少，增加检修维护的便利性，提高经济效益；通过主整流装置的技术升级，降低产品的故障率，平均故障率低于0.5%/1000h,提升运输效益；②大元件主整流柜全寿命周期成本比现有主整流柜全寿命周期成本低20%；③大元件主整流柜应用故障率比现有主整流柜应用故障率低30%；机械接口与现有SS4B机车保持一致，降低技术升级成木。技术目标：①主整流装置功能要求：能够满足主整流装置的主电路相控整流调压、