【铁路运输行业标准(TB)】 机车车辆用电力变流器特性和试验方法

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中华人民共和国铁道行业标准
TB/T 2437--2006
代替TB/T2437-1993
20052366
机车车辆用电力变流器
特性和试验方法
Power convertors installed on board rolling stock-Characteristics and test methods(IEC 61287-1 : 1995,MOD)
2006-06-21发布
2006-11-01实施
中华人民共和国铁道部发布
规范性引用文件
3术语和定义
正弦波
纹波分量
相对纹波含量
相对峰一峰纹波因数
直流纹波因数
功率效率或效率
变流因数
功率因数
位移因数
总谐波畸变率
近似的谐波损耗因数·
电力、电子变流器
牵引变流器·
辅助变流器·
直接变流器·
间接变流器…
变流器系统·
输人和输出（牵引变流器）
最大瞬时输出电流……
最大瞬时输人电流…
降压斩波器
升压斩波器·
恒频斩波器
变频斩波器·
多频率斩波器
混合控制斩波器
电枢斩波器.·
励磁斩波器
变阻器斩波器
专用规范
通用条款
使用条件
TB/T2437-2006
TB/T2437—2006
电路图
5牵引变流器
直流电动机用整流器
5.3直流电动机用斩波器.
多相电动机用逆变器·
直流或多相电动机用间接变流器.5.5
6辅助变流器，
TB/T2437-—2006
本标准修改采用IEC61287-1：1995《机车车辆用电力变流器第1部分：特性和试验方法》。本标准代替TB/T2437-1993《机车半导体变流装置技术条件》。本标准与TB/T2437一1993相比，其主要变化有：-1993版标准中对变流器的噪声未作规定，本标准将其列为型式试验中的项目。本标准中对变流器提出了电磁兼容性方面的要求。本标准增加了局部放电试验。
-本标准中的冲击与振动试验符合TB/T3058一2002的规定，用更能模拟机车车辆实际运行情况的随机振动替代传统的正弦振动。本标准与IEC61287-1：1995相比，其主要变化是：在文本结构上按照GB/T1.1一2000进行了编辑，正文中的条文号也作了相应更改以保持上下文的一致性。
在规范性引用文件中，对于已由国内标准采用的国际标准，如IEC60551、IEC60571-1、IEC60571-2、IEC60571-3等，改写成国内现行有效的标准。根据标准TB/T1333.1一2002的规定，正常使用条件下的海拔应为1400m。振动试验方法(4.1.1.4)，按TB/T3058—2002由传统的正弦振动改为更能模拟机车车辆实际运行状态的随机振动试验方法。介电试验（4.4.6.17)中的试验电压值按TB/T1333.1一2002表8选取。本标准由中国南车集团株洲电力机车研究所提出。本标准由中国南车集团株洲电力机车研究所归口并负责起草。本标准主要起草人：严树钢、刘贵。本标准所代替标准的历次版本发布情况为：TB/T2437—1993。
1范围
机车车辆用电力变流器
特性和试验方法
TB/T2437-—2006
本标准规定了机车车辆用电力变流器的术语和定义、使用条件、一般特性和试验方法。本标准适用于为机车车辆(电力机车、内燃机车、动车、客车及拖车等)牵引电路与辅助电路供电的电力变流器。
本标准也适用于其他牵引机车车辆，例如有轨电车、地铁、城市轨道交通车辆。本标准适用于完整的变流器机组及其配置，包括：半导体器件组装；
组合冷却系统；
中间直流环节的部件，包括与直流环节相连的滤波器；-半导体驱动单元(SDU)及有关传感器；保护电路。
本标准不适用于为半导体驱动单元（SDU)和变流器工作有关的其他设备（如传感器）供电的变流器。
变流器的电子控制装置，与半导体驱动单元无关的传感器和半导体驱动单元(SDU)的印制板组装应符合TB/T3021-2001的规定。
本标准不适用于公路电动汽车或TB/T3021-2001中阐明的低压或小功率变流器。下列类型的供电电源应予考虑：交流接触网；
一直流接触网；
自备电源（例如车载发电机、蓄电池以及其他电源）。注：在本标准中，术语“用户”和“制造商”是指合同中的双方。2规范性引用文件
下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。GB/T1094.10—2003电力变压器声级测定（IEC60076-10：2001，MOD）GB/T2900.33—2004电工术语电力电子（IEC60050-551:1998，IDT）GB/T2900.36—2003电工术语电力牵引（IEC60050-811：1993，MOD）GB/T3859.2—1993半导体变流器应用导则（IEC60146-1-2:1991,EQV）GB4208—1993外壳防护等级（IP代码)(IEC60529:1989,EQV)GB/T5993一2003电子设备用固定电容器第4部分：分规范固体和非固体电解质铝电容器(IEC60384-4:1998,IDT)
GB/T7354—2003局部放电测量（IEC60270：2000，IDT）GB/T17702.1一1999电力电子电容器第1部分：总则（IEC61071-1：1991，IDT）GB/T19001—2000质量管理体系要求（ISO9001:2000，IDT）1
TB/T2437—2006
TB/T1333.1一2002铁路应用机车车辆电气设备第1部分：一般使用条件与通用规则（IEC60077-1:1999,IDT）
TB/T1680铁路应用机车车辆用牵引变压器和电抗器（TB/T1680—200×，IEC60310:2004，IDT)
TB/T3001-20004
铁路机车车辆用电子变流器供电的交流电动机（IEC60349-2：1993,EQV）TB/T3021—20014
铁道机车车辆电子装置（IEC60571：1998,EQV）TB/T3034—2002
机车车辆电气设备电磁兼容性试验及其试验(EN50121-3-2:2000,EQV）TB/T3058—2002铁路应用机车车辆设备冲击和振动试验（IEC61373：1999，IDT）IEC60747半导体器件分立器件和集成电路IEC60850铁路应用牵引系统供电电压IEC61133：1992电力牵引机车车辆电力和热电机车车辆制成后投入使用前的试验方法3术语和定义
GB/T2900.33-—2004、GB/T2900.36--2003确立的以及下列术语与定义适用于本标准。3.1
正弦波sinusoidal waveform
相对谐波含量小于0.1的波形。
纹波ripple
周期函数中减去直流分量得到的函数。3.3
纹波分量ripplecomponents
以纹波傅里叶级数项的阶次及方均根值表示的量。3.4
relative ripple content
相对纹波含量
纹波方均根值与直流分量之比。3.5
相对峰一峰纹波因数relativepeak-to-peak ripplefactor峰一峰纹波值与直流分量之比。3.6
直流纹波因数DCripplefactor
脉动直流电量的峰值和谷值之差的一半与该直流电量平均值之比。注：对于低值直流纹波因数，其虽近似等于最大值与最小值的差和最大值与最小值的和之比。3.7
功率效率或效率
power efficiency or efficiency输出有功功率与输入有功功率之比。注：两种功率均看作为总功率，按下式计算：式中：
一u、i乘积的最低次纹波周期；一输入或输出电压瞬时值；
一输入或输出电流瞬时值。
变流因数
conversionfactor
输出功率与输人功率之比。
对于直流侧，所用的功率为电压与电流两者平均值之乘积。对于交流侧,所用的功率为基波功率。功率因数
位移因数
power factor
有功功率
表观功率
displacement factor
总谐波畸变率（total)harmonicdistortion基波有功功率
基波表观功率
谐波含量的方均根值与交流量基波电压的方均根值之比：d= lim
式中：
U,——基波电压方均根值；
U，i=2至n次系列的谐波电压。
此定义亦适用于电流波形。
近似的谐波损耗因数
approximate harmonic losses factor近似的谐波损耗因数由下式给出：u
式中：
U,—电压方均根值；
U.i=2至n次系列的谐波电压。
电力、电子变流器
号electronic/powerconvertor
TB/T2437-—2006
基于功率半导体来改变电能形式的电子设备，即改变电能的电压、电流、频率中的一个或多个参数的数量或值。
注：变流器由输人和输出电特性来详细说明。变流器可以是一台分立的整流器、斩波器或逆变器，也可以由它们组合而成，且可以不在一个柜体内。变流器是牵引(或辅助)设备的一个组成部分，它可包括线路断路器、滤波器、变压器。3.14
牵引变流器tractionconvertor
为牵引电动机供电的变流器。
辅助变流器
auxiliaryconvertor
向辅助设备(如辅助电路、电池充电、空调等)供电的变流器。3
TB/T2437--2006
直接变流器directconvertor
将输入电能变换为输出电能，不带中间电路的变流器。3.17
间接变流器
indirectconvertor
将输入电能变换为输出电能，带中间电路的变流器。间接变流器示例见图1。
中间电路
变流器部件1
间接变流器
变流器系统convertorsystem
变流器部件2
变流器部件2
图1间接变流器示例
变流器系统由具有不同的输人、输出特性，在功能方面相互连接在一起运行的若干台变流器组成。组成系统的变流器除具有各自的技术条件外，还应规定系统技术条件。变流器系统示例见图2。
变流器1
变流器系统
变流器2
吸剪蝴器
变流器3
变流器系统示例
输入和输出（牵引变流器）inputandoutput（tractionconvertor）输入端指在牵引工况吸收有功功率的一侧，输出端指在牵引工况输出有功功率的一侧。4
最大瞬时输出电流maximuminstantaneousoutputcurrent在规定的输入电压下变流器能够换流的最大输出电流。3.21
maximuminstantaneousinputcurrent最大瞬时输入电流
在规定电压下变流器能够换流的最大输人电流。3.22
降压斩波器step-downchopper
输出电压低于输入电压的斩波器。3.23
升压新波器step-upchopper
输出电压高于输入电压的斩波器。3.24
恒频斩波器fixedfrequencychopperTB/T 2437--2006
在恒定频率下运行，通过导通比的连续变化，使输出电压在其限定值内的一种斩波器。3.25
variablefrequencychopper
变频斩波器
通过基本频率的连续变化，使输出电压在其限定值内的斩波器。3.26
multiplefrequencychopper
多频率斩波器
在低于额定频率的若干个固定频率（按额定频率的规则分频）下运行的斩波器，以获得很低的负载电压或较高的效率。
混合控制波器
mixedcontrolchopper
通过连续改变导通比与基本频率来控制输出电压的斩波器。3.28
电枢新波器
armaturechopper
控制直流电动机电枢电流或电压的斩波器。3.29
励磁新波器fieldchopper
控制直流电动机励磁电流的斩波器。3.30
变阻器新波器
rheostaticchopper
控制变阻器电流的斩波器，它与变阻器连接可以是全部(或部分)并联(或串联)。3.31
范particular specification
专用规范
一种规定特殊条件的文件，由用户与制造商双方协商。4通用条款
4.1使用条件
4.1.1一般使用条件
4.1.1.1海拔
未注明变流器正常工作所处的海拔时，认为海拔不超过1400m。5
TB/T2437—2006
4.1.1.2环境温度
未注明变流器正常工作的环境温度时，认为机车车辆外界温度在～25℃至+40℃之间，而且年平均温度不超过+25℃。
起机温度：未接任何电源停放在库内的机车车辆，其变流器能启动而不损坏的最高温度为70℃，最低温度不低于-25℃。
4.1.1.3相对湿度
未注明变流器正常工作所处环境空气的相对湿度，且外部环境温度低于+40℃时，认为相对湿度上限值在90%～95%之间。
4.1.1.4冲击和振动
变流器应能承受TB/T3058—2002中规定的冲击和振动。变流器重量大于500kg时，可只对部件做试验。对于重量很大的变流器，冲击和振动试验由制造商与用户商定。如果不做冲击和振动试验，可以装车考核或者制造商提供一份FEM(有限单元法）稳定性计算报告。
4.1.1.5倾斜和离心力
采用液体冷却时应考虑用户所规定的机车车辆倾斜、离心力和加速力。4.1.1.6负载分布曲线
负载分布曲线可能影响变流器或变流器部件的工作特性，所以曲线应根据工作周期计算且经过制造商和用户商定。
采用电气制动时，负载变成电源。注：工作周期可以是典型的理论牵引周期（加速、恒速、制动和停车），也可以是装有变流器的机车车辆的指定周期。通常，周期根据额定牵引输入电压定义，有些情况下，也根据制动或指定电压来定义。此曲线用来计算包括部件在内的最恶劣环境条件和规定温升试验的环境条件。4.1.1.7供电系统的特性
用户应规定设备的工作条件，如牵引变流器在牵引工况和电气制动工况的限值。4.1.1.8交流供电系统
4.1.1.8.1交流网压波形
除非用户和制造商另有协议，在变流器不工作时，牵引系统网侧电压为正弦波（见3.1）。4.1.1.8.2交流网压变化范围
未注明规定值时，交流网压应在IEC60850给定的限值之内。4.1.1.8.3交流系统阻抗
交流系统的阻抗会影响设备的运行特性，可能随机车车辆所处位置变化，用户应规定包括最大和最小值在内的阻抗特性。
用户对于交流系统的谐振频率可以根据系统模型或直接做出规定，并考虑其他机车车辆供电阻抗和谐振频率的影响。
4.1.1.8.4交流系统过电压
变流器及其保护装置和输人滤波器（如有），应能承受用户规定的输入过电压而不损坏。如用户未作规定，则参考图3曲线②规定的过电压，且在图3曲线①所规定的过电压下能正常工作。4.1.1.8.5交流电网频率变化范围交流电网频率变化，当用户与制造商之间未商定好其他值时，则为49Hz～51Hz。对于其他频率系统，允许的频率变化范围由用户与制造商双方商定。4.1.1.9直流供电系统
4.1.1.9.1直流网压波形
假定牵引系统网侧电压为三相正弦电压通过全波整流电路变换成的六脉波直流电压。6
ULN+AU
468104
理想化的过电压等效波形
46810-2
46810-3
图3交流供电系统的过电压范围
TB/T2437-—2006
46810-1
如果采用其他电路，比如脉波数不是六，采用相控整流，系统上有再生制动的机车车辆，则用户应加以说明。
4.1.1.9.2直流网压变化范围
未注明规定值时，认为直流网压保持在IEC60850给定的限值之内。4.1.1.9.3系统的电感与电阻
随机车车辆位置而变化的直流阻抗，会影响变流器的工作特性，用户应规定电源内阻抗，包括最大值和最小值在内的电感和电阻。同时考虑其他变流器机车车辆的影响。注：若这些值是用来研究干扰的（见4.3.3.5)，则要注意谐振频率。如有必要，直流系统的谐振频率应由用户或借助系统模型做出规定。4.1.1.9.4供电网的过电压
变流器及其保护装置和输入滤波器，应能承受用户规定的输人过电压而不损坏。如果用户未作规定，则参考图4曲线②所规定的过电压。变流器应能在图4曲线①所规定的过电压下正常工作。4.1.1.10输入电流限值
用户应提出稳态输入电流的限制范围，说明供电系统短路容量及保护系统特性。4.1.1.11自备电源
当变流器由蓄电池、静止变流器、旋转变流机组等自备电源供电时，用户应说明电源电压和阻抗的额定值和极限值，对于交流电源还要说明其频率和波形。4.1.1.12干扰
干扰形式见4.3.3.5。
4.1.2特殊条件
不同于上述各条款的特殊规定，由用户和制造商商定专用规范，例如：7
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