160公里动力集中内燃动车组辅助供电柜设计研究

1、    160公里动力集中内燃动车组辅助供电柜设计研究    李克强摘   要：辅助供电柜是160公里动力集中内燃动车组机车的重要组成部分，该辅助供电柜负责为列车供电和辅助负载供电，对列车运行起着至关重要的作用。文章主要对160公里动力集中内燃动车组辅助供电柜设计进行探讨。关键词：功率模块;辅助逆变模块;igbt;sic;二极管辅助供电柜有四路200 kw降压隔离功率模块，降压隔离功率模块的作用是将dc2400v的输入电压经降压隔离后变换成dc600v输出。四路dc600v输出中的其中两路并联后用于列车供电，另外两路并联后用于辅助逆变

2、模块和充电模块供电，辅助供电柜有8个辅助逆变模块和1个充电模块。辅助逆变模块的输出用于机车各种电机负载，充电模块的输出供给机车dc110v控制用电及蓄电池充电。1    200 kw降压隔离功率模块四路200 kw降压隔离功率模块的电气拓扑完全相同，均为双斩波+逆变+整流的拓扑结构。每路200 kw降压隔离功率模块又由两个模块组成，分别为高压模块和低压模块，如图1所示。1.1  高压模块高压模块的功能是将dc2400v的输入电压经降压斩波后供给低压模块，由于绝缘栅双极型晶体管（insulated gate bipolar transistor，igbt）的vce电

3、压等级越高，开关频率越小，导致斩波输出电压波动较大，谐波较大，输出滤波电容的电容值和体积会加大。为了提高功率器件的开关频率，同时保证igbt安全的工作电压，减小输出电压波动和电压谐波，减小输出滤波电容的电容值和体积，因此高压模块采用双斩波降压电路原理。如图1所示，q11，q12，cd1，l1（1/2）构成1组可逆斩波电路;q13，q14，cd2，l1（3/4）构成另一组可逆斩波电路。电容分压使得每组可逆斩波电路的工作电压均为输入电压的一半，因此vce电压等级稍低一些的igbt便能满足输入高电压的要求。1.2  低压模块低压模块的功能是将高压模块降压斩波后的电压经过逆变和整流后输出dc

4、600v，为了降低低压模块的功率损耗，逆变器件采用sic器件，整流器件采用快速恢复二极管。sic器件相对于硅器件具有很大优势。首先，应用sic器件开关频率相对提升，这样低压模块前端变压器及后端滤波电抗电容可以减轻重量，有利于整个柜体减重设计。其次，由于提升开关工作频率，电磁元件的噪音会有所降低，有利于降低整个柜体的噪声。最后，使用sic器件整机效率会有所提升，耗散功率会降低，同等条件下产生的热量相对硅器件要小，这样低压模块的温升会有所降低。160公里动力集中内燃动车组辅助供电柜碳化硅技术的应用，能够解决温升高、噪音大的问题。2    辅助逆变模块2.1  电氣原理

5、辅助逆变模块采用三相桥式逆变电路，逆变器输入侧并联电容，采用igbt作为开关器件。辅助逆变模块输入dc600v，可采用vce=1 200 v的igbt组成三相逆变电路。2.2  辅助逆变模块功能选择辅助逆变模块的供电负载有空压机、冷却风扇、牵引变流器通风机、牵引电机通风机、制动电阻通风机、动力室通风机、除尘风机和生活电源，由于不同的负载所需的供电电压和频率会有不同，为了实现不同负载的辅助逆变模块实现通用互换，辅助逆变模块设计了功能选择电路，具体实现方法是在辅助逆变模块中设置多路开关量输入，通过判断开关量的输入状态来确定输出电压和频率。3    充电模块充电模块采用

6、单相桥式逆变+整流的拓扑结构，采用igbt作为逆变开关器件，使用快速恢复二极管作为整流器件。充电模块输入dc600v，经过逆变和整流变换后输出dc110v供给机车控制用电及蓄电池充电。辅助供电柜内在蓄电池回路安装有隔离接触器、预充电接触器及预充电电阻供给机车蓄电池移车使用。4    控制系统设计辅助供电柜控制系统总电源dc110v由机车提供，高低压模块驱动电源等所需dc24v和±15 v的电源要通过柜内电源模块进行相应转换。辅助供电柜模块的启动和复位由机车微机进行控制，控制方法可分为两种，分别是通信指令控制和继电器开关量控制，并通过继电器的辅助触点输出状态反馈。信号采集包括电流、电压及温度采集，电流采集有中间电流、原边电流及输出电流采集，电压采集有输入全电压、输入半电压、高压模块输出电压及低压模块输出电压采集，温度采集有模块工作温度及蓄电池温度采集。5    通信设计辅助供电柜内通信包含4个部分。第一部分由8个辅助逆变模块构成1组内部can网络;第二部分由1个充电模块、1个微机、1个显示屏和4个控制机构成1组内部can网络;第三部分由2组内部can网络通过1个can转以太网网关后与机车微机进行以太网通信，网关上设置两路以太网口;第四部分为rs485通信，用于6 a系统列供监测通信。6    结语160公里动力