第3章 城市軌道交通車輛輔助供電系統(tǒng)

第3章城市軌道交通車輛輔助供電系統(tǒng)本章重點

輔助供電系統(tǒng)作用。

輔助供電系統(tǒng)電路原理。

輔助逆變器主要部件。

輔助供電系統(tǒng)檢修方法。3.1認識車輛輔助供電系統(tǒng)輔助供電系統(tǒng)是城市軌道交通車輛的一個重要組成部分，安裝于拖車構架上，主要為除牽引系統(tǒng)以外的所有用電系統(tǒng)供電。輔助逆變系統(tǒng)通常需要滿足如下基本要求：（1）輸出電壓為三相四線制，輸出電壓和頻率滿足規(guī)定的精度要求。（2）在寬輸入電壓變化范圍內(nèi)，輸出額定容量的工作能力。（3）輸出電壓為正弦波形或準正弦波形。（4）較強的負載突變能力。（5）一定的冗余度。第3章城市軌道交通車輛輔助供電系統(tǒng)3.1.1輔助供電網(wǎng)絡電動列車輔助供電網(wǎng)絡主要包括：輔助逆變器（給AC中壓和DC低壓供電）、蓄電池、低壓總線、所有控制器、斷路器、繼電器、接觸器。1.輔助逆變器（DC/AC逆變）輔助系統(tǒng)由DC1500V（以DC1500V為例）接觸網(wǎng)供電，經(jīng)受電弓傳輸?shù)搅熊嚳偩€，在線網(wǎng)電壓正常情況下，受電弓將高壓直流電通過列車總線同時傳輸給每節(jié)車的輔助逆變器。第3章城市軌道交通車輛輔助供電系統(tǒng)2.中壓總線（AC380V）和低壓總線（DC110V）列車內(nèi)負載是由兩組交流電源供電的，每組交流電源負責整列車一半的負載，當一組交流電源發(fā)生故障時，由它提供電源的一些重要AC負載會自動切換至另一組電源供電，保證這些AC負載能繼續(xù)工作（如牽引箱的通風冷卻風機等）。3.

DC網(wǎng)絡的電源DC網(wǎng)絡的電源是由帶充電設備的蓄電池充電器通過二極管來提供的。蓄電池充電器內(nèi)AC／DC變換器提供蓄電池充電和DC電源。第3章城市軌道交通車輛輔助供電系統(tǒng)3.1.2輔助逆變器的負載及分類1.輔助逆變器負載電動列車輔助逆變器系統(tǒng)主要由每節(jié)車廂的逆變器并聯(lián)組成，并向空調(diào)通風、照明、蓄電池充電、設備冷卻風機、低壓電源提供電源，如圖3-3所示：第3章城市軌道交通車輛輔助供電系統(tǒng)2.車輛的電氣負載類型（1）照明電光源。（2）空氣調(diào)節(jié)裝置的電氣設備。（3）列車電視、播音和通信設備。（4）普通客車使用的各種電氣設備。（5）各種特殊用途的專用車輛所帶有的專用電氣設備。3.2輔助逆變器及其控制3.2.1輔助逆變器主要部件現(xiàn)代輔助供電系統(tǒng)主要有變壓器隔離和變流兩個功能部分。變壓器隔離是將電網(wǎng)上的高壓與低壓用電設備進行電氣隔離，尤其是常需人工操作的控制電源的設備，在電氣電位上實現(xiàn)隔離。通常采用變壓器進行電氣隔離，同時也可通過設計不同的匝數(shù)比以滿足電壓值的需要，變流部分則是用來進行電能形式的轉(zhuǎn)換，輔助用電設備大都需要三相380V、50Hz交流電源，所以要將波動的直流電壓逆變?yōu)楹銐汉泐l的三相交流電。上述兩部分構成了完善的輔助逆變系統(tǒng)。第3章城市軌道交通車輛輔助供電系統(tǒng)1.現(xiàn)代輔助逆變系統(tǒng)主要特點（1）采用IGBT或IPM技術。①內(nèi)含驅(qū)動電路。②內(nèi)含過電流保護（OC）、短路保護（SC）。③內(nèi)含驅(qū)動電源欠電壓保護（UV）。④內(nèi)含過熱保護（OH）。（2）模塊化的設計。（3）高質(zhì)量的輸出電壓。（4）采用微機數(shù)字控制。第3章城市軌道交通車輛輔助供電系統(tǒng)2.輔助逆變器組成及原理本書以龐巴迪公司（BombardierInc）生產(chǎn)的上海地鐵一號線增購車輛配有的輔助變流器為例來予以說明，輔助變流器安裝在C車的PA電氣設備箱中，其輔助變流器的原理圖見

圖3-4所示。第3章城市軌道交通車輛輔助供電系統(tǒng)3.輔助逆變器主要部件（1）PA電氣設備組成。（2）逆變器。圖3-8所示是ACM的一個簡易電路圖，其中三相線路感應器（即過濾器）可以削弱所有逆變器中的諧波，因此總的諧波畸變少于基礎頻率50Hz的10％。三相變壓器將逆變器的輸出電壓轉(zhuǎn)換成輔助系統(tǒng)的額定電壓，另外它還起到隔離的作用。第3章城市軌道交通車輛輔助供電系統(tǒng)（1）DC-Link電容器。（2）放電電阻。（3）逆變器。（4）IGBT模塊。（5）GDU（門極驅(qū)動單元）。（6）過壓保護。（7）低電壓電源。（8）DCU/A（驅(qū)動控制單元）。（9）MVB信號。（10）光纜輸入/輸出。（11）LED指示器。（12）便攜式測試單元。（13）電流傳感器。（14）電壓傳感器。（15）溫度傳感器。第3章城市軌道交通車輛輔助供電系統(tǒng)3.2.2輔助逆變電路結(jié)構城市軌道交通車輛中常見輔助逆變器結(jié)構有不同的形式，根據(jù)城市軌道交通車輛供電電壓、安全性能要求及成本構成等，選擇不同的輔助逆變電路結(jié)構形式和設備。1.輔助逆變器的電路形式（1）結(jié)構形式一。（2）結(jié)構形式二。第3章城市軌道交通車輛輔助供電系統(tǒng)（3）結(jié)構形式三。（4）結(jié)構形式四。第3章城市軌道交通車輛輔助供電系統(tǒng)（5）結(jié)構形式五。（6）結(jié)構形式六。第3章城市軌道交通車輛輔助供電系統(tǒng)（7）結(jié)構形式七。（8）結(jié)構形式八。第3章城市軌道交通車輛輔助供電系統(tǒng)（9）形式九。第3章城市軌道交通車輛輔助供電系統(tǒng)2.輔助供電系統(tǒng)的電路結(jié)構和設備的選擇（1）變流器系統(tǒng)的選擇。變流器系統(tǒng)有兩種形式，一種是直接逆變，另一種是先斬波（升/降壓斬波或降壓斬波）后逆變。（2）逆變器的選擇。逆變器有單臺逆變器（上述形式一、二、三、四、九）和兩臺逆變器串聯(lián)（上述形式五、六、七、八）兩種形式。①單臺逆變器。②兩臺逆變器串聯(lián)。（3）低壓電源的選擇。低壓電源包括DC/DC變流器和蓄電池。DC/DC變流器在列車運行時作為DC110V的電源，同時給蓄電池充電。第3章城市軌道交通車輛輔助供電系統(tǒng)3.3輔助供電系統(tǒng)電路分析3.3.1輔助供電系統(tǒng)供電電路應用1.輔助供電系統(tǒng)電路在城市軌道交通車輛中的應用分析（1）先經(jīng)升/降壓穩(wěn)壓后逆變的原理電路框圖如圖3-29所示，我國上海地鐵l、2、4號線車輛逆變器就是采用這種方式。第3章城市軌道交通車輛輔助供電系統(tǒng)3.3輔助供電系統(tǒng)電路分析3.3.1輔助供電系統(tǒng)供電電路應用1.輔助供電系統(tǒng)電路在城市軌道交通車輛中的應用分析（1）先經(jīng)升/降壓穩(wěn)壓后逆變的原理電路框圖如圖3-29所示，我國上海地鐵l、2、4號線車輛逆變器就是采用這種方式。（2）逆變器的電路構造應用分析。從城市軌道交通車輛輔助逆變器的電路構造分類，輔助逆變器的結(jié)構形式如圖3-32所示。第3章城市軌道交通車輛輔助供電系統(tǒng)①對雙逆變器型的評價分析。優(yōu)點為開關頻率低，僅150Hz，開關損耗小，逆變器效率高；輸出電壓為12階梯波，電壓的最低次諧波為11次，對輸出濾波器要求低。缺點為電路復雜，使用元器件多。兩臺逆變器串聯(lián)，動態(tài)均壓要求高，故障率高。②對單逆變器的評價分析。優(yōu)點為電路簡單，使用器件少，可靠性高；PWM調(diào)制，輸出電壓的諧波含量小，而且可以設計優(yōu)化的PWM調(diào)制，使諧波含量達到要求；逆變器電壓輸出先經(jīng)交流濾波網(wǎng)絡濾波后輸入隔離變壓器，故輸入變壓器電壓的諧波含量低，變壓器中諧波損耗小；變壓器結(jié)構簡單，不需特殊設計。缺點為關頻率較高，相對于雙逆變器方案，開關損耗較大，逆變器效率較低；功率器件（如IGBT）換流時承受的過電壓（du/dt）較大，特別是在高電壓情況下（DC1500V供電系統(tǒng)再生制動時，網(wǎng)壓可達2000V）更為嚴重。（3）DC/DC變流器形式比較。第3章城市軌道交通車輛輔助供電系統(tǒng)3.3.2城市軌道交通車輛供電分配1.城市軌道交通車輛AC400V和DC110V供電分配（1）城市軌道交通車輛輔助供電方式。（2）城市軌道交通車輛負載分配實例。以上海地鐵1號線車輛（直流傳動）為例，其輔助供電系統(tǒng)回路如圖3-40所示