自德国人制造第一台电气机车至今已有150年历史了,我国也于1958年生产了第一台电气机车。由于电气化铁路供电网络有直流和交流两种,电气机车可分“直流-直流”、“交流-直流”及“交流-直流-交流”三种。供电电压等级有直流1.5kV和3kV,交流有15kV、20kV、25kV/16.67Hz、50Hz、60Hz,国外甚至存在直流和交流供电的双流制系统。电气机车时速的提高经历了一个较为漫长的时期,在20世纪初期超过时速200km者寥寥无几,随着1964年日本新干线的开通,迎来了高速铁路系统,时速可达400~500km。我国高速铁路在近十多年内得到了迅猛发展,目前是高铁运营里程最长的国家。随着铁路电气化特别是高铁的发展,有很多问题值得深入研究。本文就电气机车牵引系统的主变压器及变流系统有关问题进行了分析。首先,简要介绍了近年来国内外发展概况;接着,对具有多绕组的机车主变压器的短路阻抗计算进行了深入分析,推导了在电感矩阵基础上获取等效电路及计算短路阻抗的公式;同时亦对端口阻抗的计算进行了分析,给出了计算公式及讨论了有关参数的影响。此外,就变压器单绕组输出和双绕组输出所带变流系统的整流、逆变环节输出波形进行了基于MATLAB的仿真分析,较详细的讨论了包括滤波电路参数及PWM控制参数等对谐波含量的影响。最后,鉴于电气机车的变流系统为典型的谐波源负载,本文分析了因谐波而影响的有关设备的性能,包括主变压器铜损铁损及效率、系统电压波形的畸变等;同时,亦就电气化铁路系统的谐波治理做了简要综述。