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摘要：本文用对比的方法对HXD3型电力机车牵引变流器中的四象限变流器和韶山系列电力机车中普遍采用的相控整流器进行分析，来说明交流传动机车的特点。
关键词：四象限变流器 三段不等分半控桥
1. 引言
HXD3型交流传动电力机车由大连机车车辆有限公司与日本东芝公司合作，以大连机车车辆有限公司研制的SSJ3型交流传动电力机车和日本东芝公司生产的EH500型电力机车为技术平台，为在中国主干线上进行大型货运牵引为目的而设计、研发的。
机车采用交流传动、PWM矢量控制等新技术，能够满足环境温度在-40～40℃、海拔高度在2500m以下适应在中国全境范围内运行，并尽量考虑对环境的保护。机车可以4台重联控制运行。
HXD3型电力机车每台机车装有两台变流装置，每台变流装置内含有三组牵引变流器和一组辅助变流器，使其结构紧凑，便于设备安装。参见图1。每组牵引变流器主要由四象限脉冲变流器、中间直流环节、PWM（脉冲宽度调制）逆变器等组成。
2. 四象限变流器与相控整流器的比较分析
HXD3型电力机车的牵引变流器中的整流器不再是相控整流器，而是采用了四象限变流器。下面分别对相控整流器（常用三段不等分半控桥式整流器）和四象限变流器的原理加以分析说明。
2.1.三段不等分半控桥式整流器的工作原理
目前担当运营任务的韶山系列电力机车普遍采用半控桥式整流电路作为整流器电路。其中以三段不等分半控桥式整流器（SS4改型，SS3B型等电力机车采用）最为典型。其电路主要由二极管和晶闸管组成。其原理图见图2。
网侧25KV（50Hz）单相交流电压经主变压器降压后，各段绕组的电压为：
第Ⅰ段：a2x2-T5T6D3D4工作，大桥调压，晶闸管的控制角为α1，T1～T4晶闸管封锁，即第Ⅱ段桥晶闸管的控制角α2和第Ⅲ段桥晶闸管的控制角α3均为π。负载电流流过a2x2、T5T6、D3D4、L、M、D1D2。整流输出电压的平均值为：
牵引传动系统进入工作时，主断路器闭合，从电网获得25KV（50Hz）的单相交流电压，经过牵引变压器降压后作为网侧四象限变流器的交流输入；刚得电时，只有充电接触器闭合，经过充电电阻给直流母线支撑电容充电；充电完成之后，闭合线路接触器，并断开充电接触器，网侧四象限变流器进入PWM（脉冲宽度调制）整流状态。该状态下，直流母线电压迅速提升至额定电压，随后电机侧逆变器投入工作，输出变压变频三相交流电压，驱动三相异步电动机工作。
网侧变流器连接于牵引变压器副方绕组输出端，具有H全桥电路拓扑结构，每个桥臂上、下开关器件均是IGBT（带有反并联快速恢复二极管）并联构成。网侧四象限变流器输出端同直流母线环节电路相连接。上述系统中牵引变压器经过特殊设计，能够提供适当的漏感，作为四象限变流器拓扑结构中的输入电感。中间直流环节的支撑电容主要功能是支撑直流母线电压稳定，限制电压纹波在允许的范围内。
根据上述实际系统中的四象限变流器结构，建立等效的电路拓扑，如图4所示。
稳态情况下，电路各个电量之间可以用矢量图来表示彼此关系。其中 为交流电网电压矢量； 为四象限变流器输入端电压矢量； 为交流电感电压矢量； 为交流侧电流矢量。
稳态矢量关系图见图6。
3. 结论
文中采用了对比的方法（将三段不等分半控桥整流器和四象限变流器进行比较），使大家对交流传动技术有一个比较深入的认识和理解。在实际应用中，交流传动技术具有很多优点，例如：黏着性能好，功率大、牵引力大，可靠性高、维修简便，效率高、利用率高、使用灵活性强，节能、功率因数高等。可以预见，交流传动机车不久之后将会全面取代采用直流传动技术的韶山系列电力机车，成为今后较长一段时间内机车的主要形式，交流传动技术也将成为今后的主要研究和发展方向。
参考文献
[1] 黄济荣，冯江华.我国交流牵引传动技术的最新发展【J】.机车电传动2001.
[2] 张曙光.HXD3型电力机车【M】. 北京：中国铁道出版社，2009年.
[3] 林渭勋.现代电力电子技术【M】.北京：机械工业出版社，2005.
[4] 冯晓云，黄济荣.电力牵引交流传动及其控制系统.2009年9月.
[5] 张友孙，朱龙驹.电力机车电机【M】.北京：中国铁道出版社，2000年.
[6] 连级三.电传动机车概论【M】.成都：西南交通大学出版社.
[7] 李华德.交流调速控制系统【M】.北京：电子工业出版社，2004.
关键词：四象限变流器 三段不等分半控桥
1. 引言
HXD3型交流传动电力机车由大连机车车辆有限公司与日本东芝公司合作，以大连机车车辆有限公司研制的SSJ3型交流传动电力机车和日本东芝公司生产的EH500型电力机车为技术平台，为在中国主干线上进行大型货运牵引为目的而设计、研发的。
机车采用交流传动、PWM矢量控制等新技术，能够满足环境温度在-40～40℃、海拔高度在2500m以下适应在中国全境范围内运行，并尽量考虑对环境的保护。机车可以4台重联控制运行。
HXD3型电力机车每台机车装有两台变流装置，每台变流装置内含有三组牵引变流器和一组辅助变流器，使其结构紧凑，便于设备安装。参见图1。每组牵引变流器主要由四象限脉冲变流器、中间直流环节、PWM（脉冲宽度调制）逆变器等组成。
2. 四象限变流器与相控整流器的比较分析
HXD3型电力机车的牵引变流器中的整流器不再是相控整流器，而是采用了四象限变流器。下面分别对相控整流器（常用三段不等分半控桥式整流器）和四象限变流器的原理加以分析说明。
2.1.三段不等分半控桥式整流器的工作原理
目前担当运营任务的韶山系列电力机车普遍采用半控桥式整流电路作为整流器电路。其中以三段不等分半控桥式整流器（SS4改型，SS3B型等电力机车采用）最为典型。其电路主要由二极管和晶闸管组成。其原理图见图2。
网侧25KV（50Hz）单相交流电压经主变压器降压后，各段绕组的电压为：
第Ⅰ段：a2x2-T5T6D3D4工作，大桥调压，晶闸管的控制角为α1，T1～T4晶闸管封锁，即第Ⅱ段桥晶闸管的控制角α2和第Ⅲ段桥晶闸管的控制角α3均为π。负载电流流过a2x2、T5T6、D3D4、L、M、D1D2。整流输出电压的平均值为：
牵引传动系统进入工作时，主断路器闭合，从电网获得25KV（50Hz）的单相交流电压，经过牵引变压器降压后作为网侧四象限变流器的交流输入；刚得电时，只有充电接触器闭合，经过充电电阻给直流母线支撑电容充电；充电完成之后，闭合线路接触器，并断开充电接触器，网侧四象限变流器进入PWM（脉冲宽度调制）整流状态。该状态下，直流母线电压迅速提升至额定电压，随后电机侧逆变器投入工作，输出变压变频三相交流电压，驱动三相异步电动机工作。
网侧变流器连接于牵引变压器副方绕组输出端，具有H全桥电路拓扑结构，每个桥臂上、下开关器件均是IGBT（带有反并联快速恢复二极管）并联构成。网侧四象限变流器输出端同直流母线环节电路相连接。上述系统中牵引变压器经过特殊设计，能够提供适当的漏感，作为四象限变流器拓扑结构中的输入电感。中间直流环节的支撑电容主要功能是支撑直流母线电压稳定，限制电压纹波在允许的范围内。
根据上述实际系统中的四象限变流器结构，建立等效的电路拓扑，如图4所示。
稳态情况下，电路各个电量之间可以用矢量图来表示彼此关系。其中 为交流电网电压矢量； 为四象限变流器输入端电压矢量； 为交流电感电压矢量； 为交流侧电流矢量。
稳态矢量关系图见图6。
3. 结论
文中采用了对比的方法（将三段不等分半控桥整流器和四象限变流器进行比较），使大家对交流传动技术有一个比较深入的认识和理解。在实际应用中，交流传动技术具有很多优点，例如：黏着性能好，功率大、牵引力大，可靠性高、维修简便，效率高、利用率高、使用灵活性强，节能、功率因数高等。可以预见，交流传动机车不久之后将会全面取代采用直流传动技术的韶山系列电力机车，成为今后较长一段时间内机车的主要形式，交流传动技术也将成为今后的主要研究和发展方向。
参考文献
[1] 黄济荣，冯江华.我国交流牵引传动技术的最新发展【J】.机车电传动2001.
[2] 张曙光.HXD3型电力机车【M】. 北京：中国铁道出版社，2009年.
[3] 林渭勋.现代电力电子技术【M】.北京：机械工业出版社，2005.
[4] 冯晓云，黄济荣.电力牵引交流传动及其控制系统.2009年9月.
[5] 张友孙，朱龙驹.电力机车电机【M】.北京：中国铁道出版社，2000年.
[6] 连级三.电传动机车概论【M】.成都：西南交通大学出版社.
[7] 李华德.交流调速控制系统【M】.北京：电子工业出版社，2004.