第1章 绪论 1
1.1 交流传动机车的特点 1
1.2 交流传动机车的发展概况 3
1.2.1 早期发展阶段（19世纪90年代至20世纪50年代初） 3
1.2.2 近代发展阶段（20世纪60年代以来） 3
1.3 HXD型电力机车的技术特点 6
1.3.1 HXD1型电力机车 6
1.3.2 HXD2型电力机车 8
1.3.3 HXD3型电力机车 10
1.4 CRH型动车组的技术特点 12
1.4.1 CRH1型动车组 12
1.4.2 CRH2型动车组 15
1.4.3 CRH3型动车组 17
1.4.4 CRH5型动车组 18
第2章 电力电子器件及其控制 21
2.1 门极关断晶闸管 21
2.1.1 GTO的工作原理 21
2.1.2 GTO的开通、关断过程和正向门极特性 23
2.1.3 GTO的主要参数 24
2.2 绝缘栅双极型晶体管 26
2.2.1 IGBT的工作原理 26
2.2.2 IGBT的基本特性 27
2.2.3 IGBT的擎住效应和安全工作区 28
2.2.4 IGBT的主要技术参数 30
2.3 集成门极换向晶闸管 31
2.3.1 IGCT的工作原理 31
2.3.2 IGCT的主要技术参数和性能特点 33
2.4 IGBT的栅极驱动电路 34
2.4.1 对IGBT栅极驱动电路的要求 34
2.4.2 EXB840系列集成驱动电路 36
2.4.3 M579系列集成驱动电路 39
2.4.4 2SD315A型集成驱动电路 41
2.5 IGBT的短路保护 43
2.5.1 IGBT的短路保护问题 43
2.5.2 IGBT的短路承受能力 44
2.5.3 短路保护的时限 44
2.5.4 IGBT过电流的检测方法 45
2.5.5 短路保护方法 46
第3章 四象限脉冲整流器 50
3.1 四象限脉冲整流器的基本工作原理 50
3.2 四象限脉冲整流器的拓扑结构 52
3.2.1 电压型四象限脉冲整流器的拓扑结构 52
3.2.2 电流型四象限脉冲整流器的拓扑结构 55
3.3 电压型单相四象限脉冲整流器的工作模式 56
3.4 电压型四象限脉冲整流器的控制 58
3.4.1 间接电流控制 58
3.4.2 直接电流控制 59
3.4.3 采用直接电流控制的四象限脉冲整流器系统 62
3.5 四象限脉冲整流器的结构及参数 63
3.5.1 HXD1型电力机车四象限脉冲整流器的构成及参数 63
3.5.2 CRH1型动车组四象限脉冲整流器的构成及参数 66
3.5.3 CRH2型动车组四象限脉冲整流器的构成及参数 70
第4章 牵引逆变器 74
4.1 概述 74
4.1.1 牵引逆变器的发展 74
4.1.2 对牵引逆变器的要求 76
4.1.3 国外的主要牵引变流器 76
4.2 HXD3型电力机车牵引逆变器及其控制 77
4.2.1 HXD3型电力机车牵引逆变器的构成及参数 77
4.2.2 牵引逆变器的控制原理 77
4.3 CRH1型动车组牵引逆变器及其控制 82
4.3.1 CRH1型动车组牵引逆变器模块（MCM）的结构 82
4.3.2 牵引逆变器的DC环节 84
4.3.3 MCM的驱动控制单元DCU/M 85
4.3.4 CRH1型动车组牵引电动机的控制策略 88
4.4 CRH2型动车组牵引逆变器及其控制 89
4.4.1 CRH2型动车组牵引逆变器的工作原理及参数 89
4.4.2 牵引逆变器的空间电压矢量控制 91
4.4.3 改善中点电位偏移的PWM控制方式 92
4.4.4 CRH2型动车组牵引逆变器的矢量控制 93
4.5 牵引逆变器测试系统 96
4.5.1 概述 96
4.5.2 牵引逆变器测试系统的构成 96
4.5.3 测试原理 97
第5章 牵引变流器的冷却 99
5.1 概述 99
5.2 牵引变流器的损耗 99
5.2.1 IGBT功率模块的通态损耗 99
5.2.2 IGBT的开关损耗 100
5.3 牵引变流器冷却方式 101
5.3.1 空气冷却方式 101
5.3.2 油冷却方式 102
5.3.3 水冷却方式 102
5.3.4 热管冷却方式 104
5.3.5 蒸发冷却方式 105
5.3.6 不同冷却方式的特点 106
5.4 牵引变流器冷却系统 107
5.4.1 CRH2型动车组牵引变流器冷却系统 107
5.4.2 HXD3型电力机车牵引变流器冷却系统 110
第6章 交流牵引电动机的控制策略 112
6.1 交流牵引电动机的转差频率控制 112
6.1.1 转差频率控制的基本概念 112
6.1.2 转差频率控制的变压变频调速系统 113
6.2 交流牵引电动机的矢量控制 114
6.2.1 概述 114
6.2.2 矢量控制原理 115
6.2.3 直接矢量控制 116
6.2.4 间接矢量控制 117
6.2.5 矢量控制在牵引传动系统中的应用 120
6.3 交流牵引电动机的直接转矩控制 121
6.3.1 概述 121
6.3.2 直接转矩控制的基本概念 122
6.3.3 直接转矩控制系统的构成原理 126
6.3.4 直接转矩控制在牵引传动系统中的应用 128
第7章 列车通信网络技术 129
7.1 概述 129
7.2 TCN 133
7.2.1 列车通信网络的结构 134
7.2.2 TCN的通信协议及网络管理与组态 135
7.2.3 列车总线 137
7.2.4 多功能车辆总线 140
7.2.5 TCN网络的数据传输 142
7.2.6 TCN网络的编址与寻址方式 146
7.2.7 MVB网络接口单元 148
7.3 LonWorks网络 150
7.3.1 LonWorks网络的组成 151
7.3.2 神经元芯片 152
7.3.3 LonTalk通信协议 158
7.4 WorldFIP现场总线 164
7.4.1 WorldFIP的基本性能 164
7.4.2 WorldFIP通信芯片、软件和开发工具 167
7.4.3 WorldFIP的技术特点 169
第8章 牵引传动系统的微机网络控制 170
8.1 概述 170
8.1.1 机车微机网络控制系统的特点 170
8.1.2 微机网络控制系统的基本结构 170
8.1.3 国外主要厂商的机车微机网络控制系统 171
8.2 HXD1型电力机车微机网络控制系统 174
8.2.1 微机网络控制系统的拓扑结构 174
8.2.2 控制系统主要部件及其功能 174
8.2.3 TCN列车通信网络 176
8.3 HXD2型电力机车微机网络控制系统 182
8.3.1 概述 182
8.3.2 微机网络控制系统结构 182
8.3.3 微机网络控制系统（TCMS）功能 189
8.4 HXD3型电力机车微机网络控制系统 193
8.4.1 概述 193
8.4.2 TCMS和微机显示屏 194
8.4.3 网络控制系统 196
第9章 辅助变流器及其控制 200
9.1 概述 200
9.1.1 辅助变流器的作用及特点 200
9.1.2 对辅助变流器的要求 201
9.1.3 辅助变流器的结构与特点 202
9.2 机车动车辅助变流器的构成原理 204
9.2.1 HXD2型电力机车辅助变流器 204
9.2.2 HXD3型电力机车辅助变流器 209
9.2.3 CRH2型动车组辅助变流器 216
9.2.4 CRH5型动车组辅助变流器 219
9.3 辅助变流器试验系统 223
9.3.1 试验的项目及要求 223
9.3.2 能量消耗型辅助变流器试验系统 224
9.3.3 能量回馈型辅助变流器试验系统 226
第10章 牵引传动系统的试验技术 228
10.1 概述 228
10.1.1 试验的目的与项目 228
10.1.2 系统性能试验 228
10.1.3 研究试验 229
10.1.4 主要部件试验 230
10.2 牵引传动试验系统方案 230
10.2.1 能量消耗型 230
10.2.2 能量反馈型 232
10.2.3 智能型负载 233
10.3 基于模拟负载的牵引传动装置地面试验系统 234
10.3.1 概述 234
10.3.2 试验系统的构成 234
第11章 牵引传动设备的故障诊断 238
11.1 牵引变压器的故障诊断 238
11.1.1 牵引变压器的常见故障类型 238
11.1.2 变压器故障的诊断方法 240
11.1.3 变压器预防性实验 245
11.2 牵引变流器的故障诊断 245
11.2.1 变流器的故障分类 245
11.2.2 变流器的故障诊断 246
11.2.3 基于专家系统的牵引变流器故障诊断系统 247
11.3 牵引电动机的故障诊断 249
11.3.1 牵引电动机故障的类型 249
11.3.2 牵引电动机故障的原因 250
11.3.3 牵引电动机故障诊断的方法 251
11.3.4 交流牵引电动机的故障诊断技术 252
参考文献 255