第四章 動車組輔助供電系統(tǒng)

1、第四章 動車組輔助供電系統(tǒng)第一節(jié) 輔助電源系統(tǒng)的作用1、提供三相交流輸出： 向動車組設(shè)備提供三相交流電源。 牽引變流器通風(fēng)機(jī)、 牽引電機(jī)通風(fēng)機(jī)、 牽引變壓器通風(fēng)機(jī)、 空氣壓縮機(jī) 車內(nèi)空調(diào)、通風(fēng)換氣設(shè)備 直流變換裝置（充電機(jī)）輸入2、提供單相交流輸出 向動車組部分電力裝置提供單相交流輸出： 設(shè)備控制、 顯示器、 水泵裝置、 輔助制動3、提供直流輸出 向動車組相關(guān)設(shè)備提供直流輸出： 設(shè)備控制（如牽引變流器、制動裝置的控制） 照明系統(tǒng)、 監(jiān)視裝置、 關(guān)門裝置、 應(yīng)急裝置AC/DC-DC/AC 轉(zhuǎn)換輔助變流器結(jié)構(gòu)原理圖逆變器整流器 中間直流電路單相交流輸入三相交流輸出第二節(jié) 逆變器的基本情況介紹 一、

2、逆變原理 1、逆變的概念： 逆變與整流相對應(yīng)，直流電變成交流電。l交流側(cè)接電網(wǎng)，為有源逆變有源逆變。交流側(cè)接負(fù)載，為無源逆變無源逆變。2、逆變電路的基本工作原理l 以單相橋式逆變電路單相橋式逆變電路為例負(fù)載a)b)tS1S2S3S4iouoUduoiot1t2S1S4S1S4是橋式電路的是橋式電路的4 4個(gè)臂，由電力電子個(gè)臂，由電力電子器件及輔助電路組成。器件及輔助電路組成。輸出電壓輸出電壓 S1、S4閉合閉合，S2、S3斷開斷開時(shí)，負(fù)載電壓uo為正正。直流電交流電S2、S3閉合，閉合，S1、S4斷開斷開時(shí)，負(fù)載電壓uo為負(fù)負(fù)。根據(jù)直流側(cè)電源性質(zhì)的不同電壓型逆變電路又稱為電壓源型逆變電路Vol

3、tage Source Type Inverter-VSTI直流側(cè)是電壓源電壓源電流型逆變電路又稱為電流源型逆變電路Current Source Type Inverter-VSTI直流側(cè)是電流源電流源3、逆變電路的分類電壓型全橋逆變電路 (1)直流側(cè)為電壓源或并聯(lián)大電容，直流側(cè)電壓基本無脈動無脈動。 (2)輸出電壓為矩形波，輸出電流因負(fù)載阻抗不同而不同。 (3)阻感負(fù)載時(shí)需提供無功功率。為了給交流側(cè)向直流側(cè)反饋的無功能量提供通道，逆變橋各臂并聯(lián)反饋二極管。電壓型逆變電路的特點(diǎn)圖5-11 電流型三相橋式逆變電路電流型逆變電路一般在直流側(cè)串聯(lián)大電感，電流脈動很小，可近似 看成直流電流源直流電流源

4、吸收換流時(shí)負(fù)載電感中存貯的能量電流型逆變電路 (1) 直流側(cè)串大電感，相當(dāng)于電流源 (2)交流輸出電流為矩形波，輸出電壓波形和相位因負(fù)載不同而不同 電流型逆變電路中，采用半控型器件的電路仍應(yīng)用較多電流型逆變電路主要特點(diǎn)電流型逆變電路和電壓型逆變電路的不同 大多數(shù)電壓型逆變電路都采用全控型器件，換流方式為器件換流。 采用半控型器件的電壓型逆變電路已很少應(yīng)用。 而電流型逆變電路采用半控型器件的電路仍應(yīng)用較多； 電流型逆變電路就其換流方式而言，有的采用負(fù)載換流，有的采用強(qiáng)迫換流。4、三相電壓型逆變電路l 三個(gè)單相逆變電路可組合成一個(gè)三相逆變電路l 應(yīng)用最廣的是三相橋式逆變電路l 可看成由三個(gè)半橋逆變

5、電路組成NN+- -UVWV1V2V3V4V5V6VD1VD2VD3VD4VD5VD6Ud2Ud2180導(dǎo)電方式 每橋臂導(dǎo)電180，同一相上下兩臂交替導(dǎo)電，各相開始導(dǎo)電的角度差120 任一瞬間有三個(gè)橋臂同時(shí)導(dǎo)通,每次換流都是在同一相上下兩臂之間進(jìn)行，也稱為縱向換流。 UNWNWUWNVNVWVNUNUVuuuuuuuuu NN WNWN NN VNVN NN UNUNuuuuuuuuutOtOtOtOtOtOtOtOa)b)c)d)e)f)g)h)uUNuUNuUViUiduVNuWNuNNUdUd2Ud3Ud62 Ud3三相電壓型逆變電路工作波形負(fù)載各相到電源中點(diǎn)N的電壓：U相，1通，uUN

6、=Ud/2， 4通，uUN=-Ud/2。負(fù)載線電壓負(fù)載線電壓5、三相電流型逆變電路電流型三相橋式逆變電路的輸出波形 基本工作方式是120120導(dǎo)電方式導(dǎo)電方式每個(gè)臂一周期內(nèi)導(dǎo)電120每時(shí)刻上下橋臂組各有一個(gè)臂導(dǎo)通，橫向換流iUiViW主要用于中大功率交流電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)電流型三相橋式逆變電路各橋臂的晶閘管和二極管串聯(lián)使用強(qiáng)迫換流方式，電容C1C6為換流電容串聯(lián)二極管式晶閘管逆變電路6、換流方式 器件換流適用于全控型器件。 其余三種方式針對晶閘管。 器件換流和強(qiáng)迫換流屬于自換流。 電網(wǎng)換流和負(fù)載換流屬于外部換流。 當(dāng)電流不是從一個(gè)支路向另一個(gè)支路轉(zhuǎn)移，而是在支路內(nèi)部終止流通而變?yōu)榱?，則稱為熄滅熄滅

7、。 利用半導(dǎo)體開關(guān)器件的導(dǎo)通和關(guān)斷把直流電壓調(diào)制成電壓可變、頻率可變的電壓脈沖列。中間部分較寬，越向兩側(cè)越窄。 二、PWM（Pulse Width Moderation）脈寬調(diào)制Ut等效波形SPWM調(diào)制： 采用三角波和正弦波相交獲得的PWM波形直接控制各個(gè)開關(guān)，可以得到脈沖寬度和各脈沖間的占空比可變的、呈正弦變化的輸出脈沖電壓，能獲得理想的控制效果： 輸出電流近似正弦載波頻率必須高，才能保證調(diào)制后得到的波形與調(diào)制前效果相同。SPWM調(diào)制原理圖SPWM調(diào)制載波自然采樣1、單極性正弦脈寬調(diào)制(a)輸出電壓波(b)兩種控制電壓波的相交2、雙極性正弦脈寬調(diào)制(a) 三角形載波 與正弦調(diào)制 波的相交(b

8、) 輸出相電壓波3、脈寬調(diào)制（PWM）控制示意圖正常輸出調(diào)壓（通斷周期不變，調(diào)整通斷時(shí)間的比例）調(diào)頻（通斷時(shí)間的比例不變，改變通斷周期）4、脈寬調(diào)制關(guān)鍵技術(shù)電子開關(guān)元件 （IGBT、 IPM）開關(guān)頻率變頻控制方法（V/F控制、矢量控制） IGBT是一種MOSFET與GTR（大功率雙極型晶體管）的復(fù)合器件。CGEIGBT原理示意圖和符號CGE門極發(fā)射極集電極 IGBT是一種既能控制 其導(dǎo)通又能控制其關(guān)斷的功率半導(dǎo)體器件，當(dāng)門極加上一定的正向電壓時(shí)管子導(dǎo)通，而當(dāng)門極加反向電壓時(shí)，管子則被關(guān)斷。E EC CG G門極電壓 UG UG(th), IGBT導(dǎo)通集電極電流IC 由門極電壓UG控制IGBTI

9、GBT需專用門極驅(qū)動電路需專用門極驅(qū)動電路,u,ui i高電平高電平時(shí)導(dǎo)通時(shí)導(dǎo)通, ,低電平時(shí)關(guān)斷低電平時(shí)關(guān)斷. .既可控制導(dǎo)通既可控制導(dǎo)通又可控制關(guān)斷又可控制關(guān)斷, ,全控型器件全控型器件. .門極電壓門極電壓 U UG G U UG(th)G(th), IGBT, IGBT關(guān)斷關(guān)斷IGBT的工作特點(diǎn)IGBT 功率模塊圖IGBT或IPM內(nèi)部都集成了續(xù)流二極管IPM IPM是一種智能型模塊，是把IGBT的驅(qū)動電路、保護(hù)電路及部分接口電路和功率電路集成于一體的功率器件。IPM 智能功率模塊 IGBT驅(qū)動電路過流保護(hù)過熱保護(hù)欠壓保護(hù)外形圖內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖 IGBT和IPM分為單單元和雙單元兩種：單單

10、元：指一個(gè)模塊包含上下橋臂的一個(gè) IGBT（或IPM）雙單元：指一個(gè)模塊包含上下橋臂的兩個(gè) IGBT（或IPM） 6只單單元器件或3只雙單元模塊可構(gòu)成三相逆變器的主電路。IGBT的散熱器形式 目前主要有兩種: 翅片式散熱器 材料一般均采用鋁； 熱管散熱器 它的基板及熱管的材質(zhì)為銅，散熱翅片的材質(zhì)為銅或鋁，內(nèi)部循環(huán)的冷卻液是水或酒精。IGBT的翅片式散熱器形式 熱管散熱器形式開關(guān)頻率 在脈寬調(diào)制情況下，單位時(shí)間內(nèi)(1S)基波的周波數(shù)叫做工作頻率，在單位時(shí)間內(nèi)(1S)一個(gè)功率電子元件的開關(guān)次數(shù)叫“開關(guān)頻率”。變頻技術(shù)的發(fā)展歷程電機(jī)控制算法功率半導(dǎo)體技術(shù)V/F控制SCRGTR矢量控制IGBT計(jì)算機(jī)技

11、術(shù)單片機(jī)DSP IGBT大容量化更高速率和容量如：矩陣式變頻器大功率傳動使用變頻器，體積大，價(jià)格高未來發(fā)展方向完美無諧波PWM技術(shù)SPWM技術(shù)PWM優(yōu)化新一代開關(guān)技術(shù)無速度矢量控制電流矢量V/F70年代80年代60年代90年代高速DSP專用芯片00年代超靜音變頻器開始流行解決了GTR噪聲問題變頻器性能大幅提升大批量使用，取代直流算法優(yōu)化 更大容量 更高開關(guān)頻率PWM技術(shù)空間電壓矢量調(diào)制技術(shù)變頻器體積縮小，開始在中小功率電機(jī)上使用A、變頻控制方法一： V/F控制 簡單實(shí)用，性能一般，使用最為廣泛 只要保證輸出電壓和輸出頻率恒定就能近似保持磁通保持恒定。例: 對于380V 50Hz電機(jī)，當(dāng)運(yùn)行頻率

12、為40HZ時(shí)，要保持V/F 恒定，則40HZ時(shí)電機(jī)的供電電壓:380（40/50)304V 低頻時(shí)，定子阻抗壓降會導(dǎo)致磁通下降，需將輸出電壓適當(dāng)提高。B、變頻控制方法二： 矢量控制性能優(yōu)良，可以與直流調(diào)速媲美，技術(shù)成熟較晚 模仿直流電機(jī)的控制方法，采用矢量坐標(biāo)變換來實(shí)現(xiàn)對異步電機(jī)定子勵(lì)磁電流分量和轉(zhuǎn)矩電流分量的解耦控制，保持電機(jī)磁通的恒定，進(jìn)而達(dá)到良好的轉(zhuǎn)矩控制性能，實(shí)現(xiàn)高性能控制。性能優(yōu)良，控制相同復(fù)雜，直到90代計(jì)算機(jī)技術(shù)迅速發(fā)展才真正大范圍使用。第三節(jié) CRH2動車組輔助供電系統(tǒng)介紹一、CRH2動車組的輔助供電系統(tǒng)概況1、輔助供電系統(tǒng) 輔助供電系統(tǒng)采用干線供電方式，電源系統(tǒng)貫穿全列車。每

13、列車設(shè)置2臺輔助電源裝置，安裝在1號車（T1c）及8號車（T2c）的車體的底下，分別向4輛車提供輔助電源。2、4、6號車上分別設(shè)有一個(gè)蓄電池箱 。 全列動車組共設(shè)有3組控制蓄電池（國產(chǎn)化以后設(shè)5組控制蓄電池)，蓄電池組容量可維持應(yīng)急用電量兩小時(shí)。運(yùn)行過程中，蓄電池組可在線路上充電。 每車上有兩個(gè)單相AC220V 的插座； 2、6號車號車車體側(cè)面有單相外接電源插座，單相AC400V /50Hz ,車輛檢修基地、檢查庫應(yīng)設(shè)有相應(yīng)的單相AC400V /50Hz外部電源，供動車組輔助電路的工作。動車組輔助供電系統(tǒng)構(gòu)成圖輔助供電系統(tǒng)主要供電設(shè)備 輔助供電系統(tǒng)向牽引變流器通風(fēng)機(jī)、牽引電機(jī)通風(fēng)機(jī)、牽引變壓器

14、通風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)等車上設(shè)備提供三相交流輸出，給輔助電路、監(jiān)視裝置、制動裝置、關(guān)門裝置、牽引變流器控制等電力設(shè)備提供直流輸出，給空調(diào)控制、顯示器、水泵裝置、輔助制動等提供電力裝置提供單相交流輸出。3、輔助電源系統(tǒng)的特點(diǎn)冗余性 輔助系統(tǒng)采用冗余設(shè)計(jì)，在動車組上安裝2臺牽引變壓器，其輔助繞組輸出至輔助電源裝置的AC400V電壓分別供電給4節(jié)車廂。當(dāng)一臺牽引變壓器故障時(shí)，為了使另一臺正常運(yùn)轉(zhuǎn)，牽引變壓器能夠通過輔助繞組向8節(jié)車廂供電，設(shè)置了用于切換的輔助繞組電源感應(yīng)回路。 由于設(shè)置了專門用于切換的擴(kuò)展供電回路，使得輔助電源裝置的輸出容量的設(shè)計(jì)能夠在故障時(shí)用一臺正常運(yùn)轉(zhuǎn)的輔助電源裝置向整列車供電。因此，當(dāng)

15、一臺輔助電源裝置故障時(shí)無需減少負(fù)荷。 全列動車組共設(shè)3組控制蓄電池，蓄電池組容量可維持應(yīng)急用電量兩小時(shí)。運(yùn)行過程中，蓄電池組可在線路上充電。 動車組車外車體側(cè)面裝有連接外部電源的插座（AC400V、單相、50Hz），M2車（2號車及6號車）上各有一處。車輛檢修基地設(shè)置有外部電源，可供輔助電路的工作。可靠性 輔助系統(tǒng)設(shè)有完善的安全接地措施以及自診斷功能和故障保護(hù)功能。在列車信息控制系統(tǒng)和輔助電源裝置之間設(shè)置自診斷功能接口，由列車信息控制系統(tǒng)實(shí)施?，F(xiàn)代化的電路方式 電路采用IGBT單相變頻器IGBT雙變相的方式，使用1200A,1700V的IGBT，通過使用大電流，耐高壓元器件，來謀求小型化，輕量

16、化?？刂撇?控制部通過采用DDC控制，具有了故障跟蹤機(jī)能、以期達(dá)到保養(yǎng)方面的省力化。圖圖輔助供電系統(tǒng)（APU）尺寸部件配置圖 輔助整流器（）外觀尺寸 部件配置圖 2、輔助電路的電源來源 從搭載在2號車（M2）、6號車（M2）車的牽引變壓器（MTr）的3次繞組得到。 2號車（M2）、 6號車（M2）的牽引變壓器的3次繞組電源AC400V、50Hz分別通過電磁接觸器ACK1被連接到貫穿線704、754線系統(tǒng)。 設(shè)置在4號車（T2）的延長供電用的電磁接觸器ACK2平時(shí)開啟，以防止來自2號車（M2）、6號車（M2）系統(tǒng)的電源的混接觸。3、輔助供電系統(tǒng)（APU）電壓種類非穩(wěn)定單相ACl00V系統(tǒng)、穩(wěn)定單

17、相ACl00V系統(tǒng)、穩(wěn)定單相AC220V系統(tǒng)、穩(wěn)定三相AC400V系統(tǒng)、穩(wěn)定DCl00V系統(tǒng)。輔助供電系統(tǒng)（APU）電壓輸出電路示意TR1 ATr APU(NC-ZFDT227A) TR3 ARf(NC-ZFDRS227A) AC/DC AC/DC DC/AC TR2 DC100V 58kW TR4 AC400V3相50HzAC100V單相50HzAC220V單相50Hz22kVAAC100V單相50Hz（APU）輸出電壓參數(shù) 種類3 相交流 交流交流直流(輔助整流器箱)內(nèi)藏AT（不穩(wěn)定）輸出額定電壓AC400VAC100VAC220VDC100VAC100V額定功率 123kVA12kVA1

18、2kVA58kW22kVA電壓精度 +10%-10%同左同左+10%-10%+ 26%-41%頻率50Hz1%同左同左-50Hz畸變系數(shù) 5%以下-擔(dān)當(dāng)負(fù)荷 100%持續(xù)180%持續(xù)10秒-100%持續(xù)120%持續(xù)20秒-非穩(wěn)壓單相ACl00V系統(tǒng) 由輔助變壓器(ATr)僅將牽引變壓器輔助繞組的AC400V電壓直接降壓至ACl00V，向熱水器的加熱器等容許電壓變動的負(fù)荷供電。穩(wěn)壓ACl00V AC220V系統(tǒng)和穩(wěn)壓DCl00V系統(tǒng)使用輔助電源裝置降壓和穩(wěn)壓，并且與AC400V實(shí)現(xiàn)隔離。穩(wěn)壓DCl00V系統(tǒng)向車輛的控制電源、車廂照明、蓄電池等供電。需要提供單相交流輸出的設(shè)備包括： 空調(diào)控制、 顯

19、示器、 水泵裝置、 輔助制動 等電力裝置。需要提供直流輸出的設(shè)備包括： 輔助電路、 監(jiān)視裝置、 制動裝置、 關(guān)門裝置、 牽引變流器控制 等電力設(shè)備穩(wěn)壓三相AC400V需要提供三相交流輸出的設(shè)備主要與牽引系統(tǒng)相關(guān)，包括：牽引變流器通風(fēng)機(jī) 牽引電機(jī)通風(fēng)機(jī) 牽引變壓器通風(fēng)機(jī) 壓縮機(jī) 等車上設(shè)備二、輔助供電系統(tǒng)（APU）構(gòu)成由： APU輸入輔助整流器、 PWM三相輸出逆變器、 逆變器輸出變壓器、 CVCF輸出變壓器、 輔助變壓器等構(gòu)成。 其中，逆變器箱及輔助整流器箱是輔助電源裝置(APU) 的基本單元。1、輔助電源系統(tǒng)的構(gòu)成： 輔助電源系統(tǒng)主要由牽引變壓器（MTr）的3次繞組、輔助電源裝置（APU）、

20、輔助整流裝置（ARf）、輔助變壓器（ATr）、變壓器（TR3）和變壓器（TR4）等部分構(gòu)成。輔助供電系統(tǒng)供電原理圖1、輔助供電裝置（APU）的原理 APU的輸入電源是牽引變壓器輔助繞組輸出的單相AC400V，通過可控硅混合電橋變換成為直流電。 該直流電通過PWM三相逆變器變換成為交流電，通過逆變器輸出變壓器提供AC400V三相50Hz電源。 CVCF輸出變壓器將AC400V三相電源變換成單相AC220V、ACl00V的穩(wěn)壓電源。 輔助變壓器將牽引變壓器輔助繞組的AC400變換成另一單相ACl00V電源。輔助供電系統(tǒng)電路圖2、輔助供電系統(tǒng)（APU）中各主要設(shè)備的作用牽引變壓器 牽引變壓器將架線電

21、壓25kV 變換成裝置的輸入電壓AC400V，同時(shí)也擔(dān)負(fù)輔助電源裝置對架線的絕緣作用。AC400V 輸入濾波回路 輸入濾波回路是降低從架線流入到脈沖整流器/逆變器上的高頻電流。IGBT脈沖整流器 脈沖整流器將牽引變壓器的單相交流輸出電壓變換成直流的恒定電壓?？刂品绞讲捎檬褂昧舜笕萘縄GBT的脈寬調(diào)制方式（PWM）。AC400VDC800VDC環(huán)形回路 濾波電容器將穩(wěn)定的直流電壓供給給后段的逆變器。APU停止時(shí)，濾波電容的放電由DCHK進(jìn)行。IGBT逆變器 逆變器將直流電壓變換成為恒頻恒電壓的3相變流電壓。3相AC400VAC濾波回路 AC濾波回路降低逆變器輸出電壓中的由于切換所產(chǎn)生的高頻電壓、

22、讓其輸出畸變很小的正弦波。輸出接觸器 輸出接觸器3phMK擔(dān)負(fù)切斷和輔助電源裝置間的負(fù)荷的作用。冷卻系統(tǒng) 輔助電源（APU）的冷卻采用散熱器+強(qiáng)迫風(fēng)冷方式。輔助整流器ARf電路圖 TR2 DC100V AC100V AC220V TR3 TR4 AC400V 3 ， 50Hz 5、動車組的輔助供電系統(tǒng)的布線動車組的輔助供電負(fù)載圖交流電路 輔助電源裝置(APU)，有供給3相400V10%、50Hz的穩(wěn)定化電源的逆變器(SIV)及把牽引變壓器3次繞組電壓進(jìn)行降壓的輔助變壓器(ATr)的2種電源。 此外，整流器箱(ARf Box)的內(nèi)部設(shè)置有接受SIV的輸出電力，向302線及202線提供單相220v

23、及100v10、50Hz的穩(wěn)定化電源的恒壓變壓器(CVT)。 14號車交流布線示意圖58號車交流布線示意圖CVTARfATrSIVAPUTo Other UnitMTrT2c(8)M1s(7)M2(6)T1k(5)CPA/CConCDHeA/CConCDHeA/CBMBMConCDHeCPA/CConCDBDHe直流電路 直流電源系統(tǒng)中，由于用電設(shè)備的不同，需要的直流電源的電壓不同，車輛布線中已經(jīng)加以考慮。設(shè)置了102線、103線、103B線、115線、118A線 等六條直流貫穿線。 14號車直流布線示意圖58號車直流布線示意圖6、蓄電池的運(yùn)用說明（）在停電時(shí)，應(yīng)具備能夠使輔助設(shè)備等工作30

24、分鐘以上的容量。（）設(shè)置具備足夠容量的蓄電池組，供緊急狀態(tài)時(shí)使用。作為應(yīng)急用電力，至少應(yīng)持續(xù)工作2 小時(shí)。蓄電池組在運(yùn)行時(shí)通過線路充電。（）當(dāng)來自車輛外部的供電停止時(shí)，僅通過蓄電池應(yīng)能夠向車廂內(nèi)照明、列車無線通信、廣播裝置、前后車外標(biāo)識燈以及緊急換氣（從國產(chǎn)化階段的第18 列編組開始采用）等裝置提供2小時(shí)以上的供電。 停電時(shí)由蓄電池提供電能的裝置 蓄電池承受負(fù)荷時(shí)的狀態(tài)可以考慮為以下兩種情況：第1種情況： 架線停電、或者兩臺APU 發(fā)生故障時(shí)（技術(shù)條件：能夠工作30 分鐘以上的裝置）作為架線停電時(shí)的負(fù)荷，相當(dāng)于115 線以外的DC100V 負(fù)荷。（103 線、103B 線系統(tǒng)）第2種情況： 緊

25、急待機(jī)時(shí)（技術(shù)條件：能夠供電2 小時(shí)以上的裝置）在拔出制動手柄的位置，進(jìn)行緊急待機(jī)開關(guān)操作。 作為操作緊急待機(jī)開關(guān)時(shí)的負(fù)荷，相當(dāng)于103B 線負(fù)荷。DC110V 的主要負(fù)載表(由蓄電池提供）裝置情況1情況2車內(nèi)備用燈標(biāo)識燈污物處理、廁所裝置廣播裝置解掛聯(lián)掛裝置ATP 裝置速度計(jì)信息控制裝置列車無線通信裝置(注)制動控制裝置車門開閉裝置、上下車門語音裝置第四節(jié) CRH1動車組輔助供電系統(tǒng)介紹一、概述 受電弓從接觸網(wǎng)25kV、50Hz單相交流電受流，通過網(wǎng)側(cè)線路斷路器連接至牽引變壓器原邊繞組上。 經(jīng)牽引變流器的網(wǎng)側(cè)變流器LCM，變流成為1650V直流電。 輔助變流器模塊ACM的輸入端接DC1650

26、V連接電壓，輸出端為三相交流電壓，向列車輔助用電設(shè)備供電。CRH1輔助電源系統(tǒng)圖網(wǎng)側(cè)變流器模塊（LCM）930AC1、 網(wǎng)側(cè)變流器模塊（LCM） 網(wǎng)側(cè)變流器模塊（LCM）是電力牽引系統(tǒng)的一部分，LCM將主變壓器的二次繞組輸入的AC930V電壓轉(zhuǎn)換成DC1650V電壓。同時(shí)LCM為電機(jī)變流器模塊（MCM）和輔助變流器模塊（ACM）提供DC電壓。 網(wǎng)側(cè)變流器模塊（LCM）工作原理圖 輸入AC930V電壓輸出DC1650V2、CRH1輔助供電電系統(tǒng)構(gòu)成 動車組具有五個(gè)5輔助變流器 輸出電壓: 3相 230/400 V, 50 Hz 正常輸出功率（每個(gè)輔助變流器) 140 kVA 動車組總輸出功率70

27、0 kVA.CRH1輔助供電電系統(tǒng)圖列車三相交流380V電網(wǎng)輔助變流器牽引變流器外形圖（其中設(shè)有輔助變流器模塊）變流器參數(shù)長810mm寬610mm高350mm重量125kg牽引變流器結(jié)構(gòu)圖牽引變流器結(jié)構(gòu)圖輔助變流器工作原理圖A 輔助變流器模塊ACM（設(shè)在牽引變流器箱內(nèi)）B 濾波器箱 C 三相感應(yīng)器 D 三相變壓器 E 三相電容器輸入DC1650V輸出三相AC380V輔助變流器電路圖DC1650VDC1650VMain transformerTrain heating transformerLine power converterHVAC, pumps, fans, compressors et

28、c.Battery charger230V 16.7 Hz single phase3、輔助電源交流400V系統(tǒng)圖Auxiliary power converterHeater units3x400V 50Hz420V 16.7 Hzsingle phase1000V 16.7 HzConnection, external3-phase AC voltage3x400V 50HzConnection, externaltrain heating power supply 1000V 16.7HzFilter box交流負(fù)載 三相輸出電壓由輔助變流器模塊（ACM）測量和控制，交流負(fù)載主要包括：

29、空調(diào)裝置 各類冷卻風(fēng)機(jī) 空氣壓縮機(jī) 充電器輸入3、輔助電源直流110V系統(tǒng)圖Train heating transformerBattery charger230V 16.7 Hz single phase3x400V 50HzAuxiliary power converter3x400V 50Hz420V 16.7 HzSingle phase110V DC110V DCBatteryEmergency power supplyConsumersConsumersLines and text marked red in the diagram symbolise the battery sy

30、stem.External train heating socket 1000V 16.7 HzExternal 3-phase AC voltage socket3x400V 50Hz 直流110V電源負(fù)載充電器充電器模塊電路圖充電器的輸入和輸出 動車組有五個(gè)充電器對應(yīng)五組蓄電池，分 別設(shè)置在MC1, MC2, M1, M2 and M3上 。 充電器參數(shù)： 充電器輸入3相交流400V, 50 Hz 充電器輸出電壓 直流 100V 輸出功率 22 kW。蓄電池系統(tǒng)蓄電池系統(tǒng)的110V由IGBT 逆變器提供蓄電池母線貫穿車輛蓄電池供電分成三個(gè)組（與牽引單元對應(yīng)）蓄電池箱具有并聯(lián)的雙份蓄電池組如

31、果電壓水平低于97V 蓄電池系統(tǒng)的一部分將被斷開充電電路圖和蓄電池供電電路兩組并聯(lián)蓄電池蓄電池和蓄電池箱 蓄電池為鎘鎳電池 電池的容量: 200 Ah 動車組共有五個(gè)蓄電池箱，分別設(shè)在Mc1, Mc2, M1, M2 and M3 車上。蓄電池箱中有82塊電池，組成兩個(gè)相互獨(dú)立的部分，每個(gè)部分有41塊。 同時(shí)在Tp1, Tp2 and Tb 車上設(shè)有用于連接輔助系統(tǒng)和電池系統(tǒng)的接線箱。蓄電池參數(shù) 電壓 （Nominal voltage） 110V. 容量 （Nominal capacity）200Ah. 鎘鎳電池（Nickel cadmium batteries）. 重量 （Weight） 5

32、72 Kg.蓄電池箱1. The guides on which the battery box is pulled out2. Battery fuses3. Lockable gates4. Battery cells蓄電池在蓄電池箱內(nèi)的布置情況車下蓄電池的維護(hù)第五節(jié) CRH5型動車組輔助供電系統(tǒng)一、CRH5型動車組輔助供電系統(tǒng)概述二、CRH5型的輔助供電系統(tǒng)構(gòu)成 編組中的1、2、4、7和8車中各配有一臺輔助變流器及相應(yīng)的控制器，與相應(yīng)的牽引變流器位于同一機(jī)箱中，可直接從牽引中間級濾波器獲得電源。 通過布置在動車內(nèi)的5臺輔助變流器保證中壓饋電（三相400 V 50 Hz）。 系統(tǒng)由兩根四極

33、配電線路組成； 每臺輔助變流器負(fù)責(zé)向連接在相應(yīng)400 VAC 50Hz 3-相線路上的中壓負(fù)載供電。輔助供電系統(tǒng)構(gòu)成圖中壓負(fù)載輔助變流器三、輔助供電系統(tǒng)車下安裝圖輔助供電系統(tǒng)安裝尺寸圖輔助電氣系統(tǒng)的連接中壓接觸器中壓接觸器 在正常和故障條件下，中壓線路配置的接觸器均可設(shè)計(jì)用于中壓線路。 它屬于帶輔助觸點(diǎn)(1 常開 + 1 常閉)的四極單穩(wěn)式接觸器。車輛間電氣系統(tǒng)的連接圖四、輔助供電系統(tǒng)（中壓部分）的性能額定電壓400V 三相50Hz + 零線 電壓變化5%諧波失真10%額定頻率50Hz頻率變化2%五、中壓負(fù)載的保護(hù) 為避免由于中壓用電單元故障造成配電線路故障，可通過硬件（如：自動開關(guān), 可手動

34、恢復(fù)的熱繼電器）和軟件（車輛邏輯會防止造成故障的接觸器閉合）的適當(dāng)保護(hù)功能實(shí)現(xiàn)隔離開關(guān)。中壓負(fù)載的保護(hù)裝置圖六、輔助變流器（輔助供電系統(tǒng)的主要設(shè)備之一） 編組中的1、2、4、7和8車中配有一臺輔助變流器及相應(yīng)的控制器，與相應(yīng)的牽引變流器（CONVTRAZAUXCONVTRAZAUX）位于同一機(jī)箱中，可直接從牽引中間級濾波器獲得電源。1、輔助逆變器電路圖 輔助變流器器級采用開關(guān)頻率為1950Hz的 PWM 技術(shù)，由3臺雙IGBT 和相關(guān)反并聯(lián)二極管組成; 每臺雙IGBT組成三相中的一支。 輔助變流器的主要任務(wù)是將輸入直流電壓（600 VDC）轉(zhuǎn)為三相 + 中性線的400 VAC /50 Hz系統(tǒng)

35、電壓，供車載中壓電路使用。從電路方面考慮，輔助變流器的結(jié)構(gòu)包括： 一個(gè)單極式線路隔離開關(guān)（KAUXKAUX）。 一臺輸入濾波器。 2臺可重新配置的降壓斬波器。 2臺高頻變壓器。 2臺單相橋式整流器。 一臺中間級濾波器。 一臺3相輔助逆變器。 一臺輸出濾波器。 一臺EMI濾波器，用于減少輸出中壓供電單元上的電磁噪音。 一個(gè)輸出遠(yuǎn)程控制開關(guān)（TLUTLU），用于將故障條件下的輔助逆變器與三相線路隔離。 一個(gè)電控開關(guān)，帶有一臺微處理器。 一個(gè)手動隔離開關(guān)（SMT400SMT400），可將變流器內(nèi)部的三相線路接地。 一臺LC 型三相輸出濾波器用來限制輸出電壓的諧波成分；該濾波器由感應(yīng)器 LU1、 LU

36、2 和 LU3 以及三相電容器 CU1、CU2和 CU3組成。 中性連接穿過輸出電容器的星形連接中心?？刂坪捅Ｗo(hù)操作通過位于輸出遠(yuǎn)程控制開關(guān)（TLU）進(jìn)線端的一臺電壓傳感器和相線上的電流傳感器實(shí)現(xiàn)。輸入濾波器LC型輸入濾波器，由一臺 200 H 感應(yīng)器 (LAUXLAUX) 和 4 臺160 F電容器 (CAI11, CAI12, CAI21 CAI11, CAI12, CAI21 and CAI22and CAI22)組成，并通過隔離開關(guān)KAUXKAUX直接連接在與牽引逆變器并聯(lián)的牽引中間級濾波器上。 濾波器被設(shè)計(jì)為：當(dāng)供電電壓發(fā)生變化時(shí)，2臺降壓斬波器的輸入電壓將受到限制；此外，電壓傳感器

37、（TV3TV3）持續(xù)測量輸入濾波器上的電壓，以使輔助變流器在預(yù)設(shè)變化范圍內(nèi)運(yùn)行。輸入濾波器原理圖高頻降壓斬波器 該斬波器為單相輔助變流器，由2臺高頻（4 kHz）降壓斬波器組成。降壓斬波器的主要任務(wù)為 轉(zhuǎn)換輔助變流器運(yùn)行所需的600VDC輸入電壓。 在輸入電壓和輔助逆變器供電電壓之間放置一臺工頻變壓器（TR1 TR2TR1 TR2），以保證兩者之間的電隔離。 斬波器輸出級使用由8個(gè)高頻二極管組成的2個(gè)單相整流電橋，以及由1個(gè)1mH電感（LAUC）和1個(gè)980 F電容（CADC）組成的1個(gè)阻容（LC）式中間級濾波器，工作在2倍于降壓斬波器頻率的工作頻率（8kHz）。高頻降壓斬波器原理圖輸出濾波器

38、 為了減少輔助變流器輸出的電磁噪音，應(yīng)依照標(biāo)準(zhǔn)EN 50121-3-2使用位于中壓供電單元和低壓輸出處的濾波器。輸出濾波器電路圖2、輔助變流器的特性 類型：雙級 輸入額定電壓：3200-3700V CC （中間極濾波器獲得） 半導(dǎo)體冷卻：水和乙二醇溶液 輸出電壓：400 VAC 50 Hz輔助變流器功率限值 環(huán)境條件環(huán)境條件持續(xù)功率持續(xù)功率（平均）（平均） 最大功率最大功率（5 5分鐘）分鐘）峰值功率峰值功率（3 3秒鐘）秒鐘）冬季（環(huán)境溫度15C以下）290 kVA 290 kVA coscos = 0.9 = 0.9260 Kw260 Kw400 kVA 400 kVA coscos =

39、0.93 = 0.93372 Kw372 Kw530 kVA 530 kVA coscos = 0.7 = 0.7371 Kw371 Kw夏季（環(huán)境溫度45C以下）300 kVA 300 kVA coscos = 0.8 = 0.8240 kW240 kW400 kVA 400 kVA coscos = 0.85 = 0.85340 Kw340 Kw530 kVA 530 kVA coscos = 0.7 = 0.7371 Kw371 Kw3、輔助變流器的負(fù)荷種類 主壓縮機(jī) 供暖系統(tǒng)驅(qū)動 壓縮機(jī)驅(qū)動 風(fēng)扇系統(tǒng) 牽引變流器冷卻泵 油泵 充電機(jī) 衛(wèi)生間系統(tǒng)4、輔助變流器的控制器 每臺輔助變流器控制

40、器，都帶有一臺微處理器，根據(jù)測得的輸入電壓/電流和產(chǎn)生的輸出電壓/電流，通過生成適用于IGBT和相應(yīng)機(jī)電部件的指令驅(qū)動輔助變流器的功能。 可通過適當(dāng)?shù)碾妷汉碗娏鱾鞲衅髯x取參數(shù)。 調(diào)整逆變器IGBT時(shí)，應(yīng)將輸入電流的波形調(diào)整為純正弦波，以便顯著改善輸入功率因數(shù)。 此外，控制器可提供適當(dāng)?shù)碾姳Ｗo(hù)，該控制器可在以下模式下關(guān)閉輔助變流器： 在以下情況下暫停 電源電壓浪涌超過允許值。 過載或短路。 過溫干涉。在以下情況下永久性關(guān)閉 三相輸出中缺少一個(gè)相位。 400 VAC線路上的變流器反復(fù)發(fā)生外部短路。 內(nèi)部短路。 輔助控制器和車輛邏輯之間通過一根冗余 MVB串行線路進(jìn)行通信。 一或兩臺輔助變流器故障情

41、況下，繼續(xù)工作的變流器可通過KLx接觸器上適當(dāng)?shù)淖詣忧袚Q裝置向中壓負(fù)載供電。5、輔助變流器自動切換裝置自動切換裝置用接觸器的配置一覽表安裝在車3、車4、車5和車6上接觸器的配置自動切換裝置的動作一 僅接通2臺輔助變流器時(shí)：若兩臺輔助變流器屬于同一個(gè)牽引單元（1和2或7和8），KL3接觸器被切換至開斷位置，A和B 3相列車線路分別沿列車上電（ KL2 和 KL4 接觸器閉合）。自動切換裝置的動作二 2臺工作輔助變流器中，若其中一臺為4號，列車則被分為2半。兩臺輔助變流器由同一臺變壓器供電，但分別供給2個(gè)不同的列車部分。自動切換裝置可以控制的設(shè)備根據(jù)運(yùn)行要求，應(yīng)接通以下設(shè)備：2臺壓縮機(jī)中的一臺2臺

42、變壓器中的一臺5臺牽引變流器中的3臺20臺牽引電機(jī)通風(fēng)設(shè)備中的12臺8個(gè)充電機(jī)中的6個(gè)自動切換裝置的控制原則一 當(dāng)一臺壓縮機(jī)和2個(gè)充電機(jī)關(guān)斷時(shí)，牽引和電氣制動可用性能為60%。 可保證車廂通風(fēng)和對衛(wèi)生間的基本維護(hù)。所有舒適負(fù)載,如空調(diào)和供暖系統(tǒng)，將根據(jù)實(shí)際的可用功率相應(yīng)降低。自動切換裝置的控制原則二 僅接通一臺輔助變流器時(shí)配置中壓線路，使所有負(fù)荷處于并聯(lián)運(yùn)行狀態(tài)。 當(dāng)一臺壓縮機(jī)和2個(gè)充電機(jī)關(guān)斷時(shí)，牽引和電氣制動可用性能為60%。需保證車廂通風(fēng)和對衛(wèi)生間的基本維護(hù)。所有舒適負(fù)載均將被關(guān)斷，但是由于低壓性能尚未降低，仍可保證所有緊急和安全性能，如緊急照明和通風(fēng)。七、充電機(jī)（輔助供電系統(tǒng)的主要設(shè)備之

43、二）在每個(gè)底架下有一個(gè)15kW的充電機(jī)(一共8個(gè))。 15kW充電機(jī)的目的為: 由400VAC /50Hz的三相供電壓 (由輔助變流器提供的) 變成24VDC的額定連續(xù)電壓。 從0 V到最終充電電壓給電池提供恒電流。一旦充滿, 充電機(jī)成為按照電池溫度的補(bǔ)償電壓的電壓發(fā)電機(jī) 。保證提供24VDC負(fù)載低電壓。所有充電機(jī)是并聯(lián)的. 保證在三相提供電壓和24VDC電壓之間的電絕緣。 這個(gè)功能通過高頻率隔離變壓器產(chǎn)生。1、充電機(jī)的主要功能 半導(dǎo)體功率器件: IGBT 額定輸入電壓: 400 VAC 電池額定電壓: 24 V DC 電池充滿的電壓 (維持)29 V DC 最大發(fā)電流: 570 A 最大29

44、Vcc產(chǎn)生功率: 15kW 輸出電壓最大脈動: 3.5Vp2、充電機(jī)的特性額定輸入電壓 3*400VAC (10%) 最大諧波畸變 10%額定頻率 50Hz 2%向地介電性能試驗(yàn) 2000VDC-10s向地絕緣電阻的測量 (500VDC) 1 M 充電器輸入電力參數(shù)電池額定電壓24VDC電池充滿的電壓（20時(shí)）29,4VDC+0/-0,5V輸出電壓的最大瞬間變化: 按照EN50155,1.1.1 段直接/間接電壓脈沖: 按照EN50155, 3.4 段按照電池溫度的補(bǔ)償電壓 (只在 0C溫度)60mV/C (從 0C 到 50C)(溫度探針Pt100)充電機(jī)自動再啟動的切斷水平33V for

45、1ms t 100ms充電器輸出電力參數(shù)最大提供電流 (包括電池電流):570 (+30/ -0) A總額定功率: 15 kW29,4Vbatt提供給電池的最大電流: 92 (6)A最大電壓脈沖 (非接通電池): 3.5Vpp功效: 90% 對地介電性能試驗(yàn): 1000VDC 10s (EN50207 4.5.3.16 段)對地絕緣電阻的測量: 20 M 3、充電機(jī)外形圖鋼EN10025-S275J0重量= 280kg從前面進(jìn)入特許荷載自動切斷點(diǎn)電池插座TSB切斷按鈕低中等電壓夾緊板電源電路外觀描述低電壓電纜中電壓電纜電池自動開關(guān)FB3-FB2功率模塊Danger signal警告標(biāo)志Iden

46、tification tag識別標(biāo)簽Flexible conductor for the finned radiator grounding翅片式散熱器接地的撓性導(dǎo)線Grounding point接地點(diǎn)Sealed frame密封箱Galvanic insulation between LV and MV中電壓和低電壓之間的電絕緣4、充電器的安全和保護(hù)措施5、充電器電路圖DC/DCDC/DC模塊模塊三相二極三相二極管管整流整流橋橋斬波器輸斬波器輸出變壓器出變壓器單單相二極相二極管管整流整流橋橋調(diào)調(diào)壓器壓器電路電路由三相二極管橋，首先整流三相供電后，提供給IGBT斬波變流器使用。DC/DC（三個(gè)并聯(lián)模塊) 含有全橋配置而運(yùn)用零壓開關(guān)（ZVS) 作為控制技術(shù)(帶有固定高頻率變壓功能 25kHz)。為了減少輸出電壓的重疊脈動,設(shè)置斬波器輸出變壓器，使斬波器輸出電壓首先通過變壓器絕緣,然后被互感器和電容器過濾。用于支撐、控制充電器工作，并監(jiān)測充電器輸出參數(shù)的調(diào)壓器電路。充電器主要組成電