牵引变压器的工作原理是什么

牵引变压器工作原理基于电磁感应定律，但针对牵引应用有特殊设计。有需要的可联系本公司生产，这种变压器是电力机车、动车组等电力牵引系统的核心供电设备。

工作原理详细解析

1.核心原理：电磁感应

与所有变压器一样，牵引变压器的核心原理是法拉第电磁感应定律。

它包含两个或多个绕组(线圈)，共同绕制在一个闭合的铁芯上。

一次绕组(原边绕组)连接到接触网的高压单相交流电(例如25kV,50Hz)。

当一次绕组通入交流电时，会在铁芯中产生交变磁通(Φ)。

这个交变磁通穿过二次绕组(次边绕组)，根据电磁感应定律，会在二次绕组中感应出交流电动势(电压)。

2.电压变换

二次绕组感应出的电压高低取决于一次绕组和二次绕组的匝数比(N₁/N₂)。

电压变换公式：U₁/U₂≈N₁/N₂

U₁:一次绕组电压(输入高压，如25kV)

U₂:二次绕组电压(输出低压，如1500V)

N₁:一次绕组匝数

N₂:二次绕组匝数

由于N₁>N₂(一次绕组匝数远多于二次绕组匝数)，因此实现了降压功能。例如，将25kV降到适合牵引变流器输入的较低电压(如900V,1500V,1800V等)。

3.功率传递与隔离

能量通过铁芯中的交变磁场，从一次侧无直接电气连接地传递到二次侧。这提供了关键的电气隔离，保护低压侧设备和人员安全。

理想情况下，忽略损耗，输入功率P₁(U₁I₁)近似等于输出功率P₂(U₂I₂)。因此，电压降低的同时，电流会相应增大(I₂≈I₁(N₁/N₂))，以满足牵引电动机的大电流需求。

4.牵引变压器的特殊要求与设计

单相输入：接触网通常是单相交流电，所以一次绕组是单相的。

多绕组输出(关键特点)：这是牵引变压器区别于普通配电变压器的核心。

主变压器绕组：提供降压后的单相交流电给主变流器。主变流器(通常是四象限整流器+逆变器)将其转换为直流环节电压，再逆变为频率和电压可调的三相交流电驱动异步或永磁同步牵引电动机。

辅助绕组(励磁绕组/AT绕组)：提供相对较低的电压(如380V-220V)给机车的辅助供电系统(照明、空调、控制电源、通风冷却、空气压缩机、蓄电池充电等)。

滤波绕组(有时集成)：部分设计包含专门绕组连接LC滤波回路，用于吸收和抑制牵引变流器工作时产生的特定次谐波电流(如3次、5次、7次)，减少对接触网电能质量的影响(减少注入接触网的谐波含量)。

大容量与高过载能力：需要承受机车启动、加速、爬坡时的巨大瞬时功率(可达数兆瓦至十几兆瓦)以及频繁的负荷冲击。

高可靠性：是列车动力的源泉，必须极其可靠，设计寿命长，故障率极低。

紧凑轻量化：安装在移动的车辆上，空间和重量限制严格。采用高性能硅钢片(降低铁损)、强制冷却(通常为强迫油循环风冷或强迫导向油循环风冷)、优化绝缘结构来实现。

良好的冷却系统：由于损耗大(铜损、铁损)且空间密闭，需要高效的冷却系统(油泵、散热器、风机)来散热。

强抗振性：必须承受列车运行中的持续振动和冲击。

调压功能(部分机车)：一些老式或特定类型的交流传动机车，牵引变压器本身可能带有有载调压分接头开关，在主变流器前端进行粗调压。但在现代主流的采用四象限脉冲整流器的交流传动系统中，调压主要由变流器完成，变压器通常设计为固定变比，结构更简单可靠。

特殊接线方式(如斯科特接线)：在采用AT供电方式的电气化铁路上(如中国高铁)，接触网是2×25kV(两根馈线相位差90°，电压55kV)。牵引变压器(通常是车载或地面)采用斯科特接线(一种特殊的两相变三相或两相变两相的接线方式)，将这种特殊的两相供电转换为适合牵引变流器输入的单相电压或直接驱动老式整流器。

5.工作流程简化描述

1.受电弓升起，接触网高压单相交流电(如25kV,50Hz)输入牵引变压器一次绕组。

2.铁芯中产生交变磁通。

3.交变磁通在二次侧各绕组(主绕组、辅助绕组、滤波绕组)中感应出相应电压。

4.主绕组降压后的单相交流电(如1500V)送入主变流器。

5.主变流器(四象限整流器+逆变器)将单相交流电整流为直流电，再逆变为幅值、频率可调的三相交流电。

6.可调的三相交流电驱动牵引电动机，产生牵引力。

7.辅助绕组输出的低压交流电经辅助变流器处理后，为各种辅助设备提供所需电源。

8.滤波绕组(若有)连接滤波回路，吸收特定谐波。