第五章DC600v集中供电空调客车

1、DC600v集中供电空调客车第五章一、背景知识：单独供电与集中供电二、 DC600v集中供电系统工作原理三、TGN型逆变器四、DC110v电源装置一、单独供电与集中供电单独供电与集中供电 单独式供电：单独式供电方式是在单节客车上安装一套独立的供电装置，有车轴式和车下悬挂柴油发电机组式(用于单节空调客车)两种。 集中式供电：在列车中的某一辆车上一个集中电源（可以通过柴油发电机组提供也可以由接触网通过电力机车主变压器提供），通过电力连接器向整个列车供电，这种供电方式称为集中式供电。集中式供电因其供电量大，输出电压稳定已经成为主流供电方式。单独供电 单独供电方式，一直以车轴式作为主导。随着空调客车的

2、大量运用，客车用电量不断增加，客车供电方式正处于新旧交替时期，以柴油发电机组作为电源的车辆愈来愈多。车轴式供电 列车运行时，车轴通过皮带传动装置带动感应子发电机工作，发电机输出的三相交流电经整流后通过车体配线输入车内供负载使用并向蓄电池充电。当列车低速运行或停车时，由蓄电池组向车上负载供电。由于这种供电方式中的发电机是交流的，其输出经整流后成为直流，因此该供电方式又被称为交一直流供电方式。车轴式供电 在车轴式供电方式中运用时把安装有用电器、附件、车体配线及发电机和蓄电池组的车叫“母车”；把只安装有用电器、附件和车体配线的车叫“子车”。一列客车即是由数辆“母车”和数辆“子车”组成，而“母车”和“

3、子车”的数量及排列要视用电量和列车编组情况而定。车轴式供电轴驱式发电机的供电系统有许多缺点。首先,客车发电机的机械传动是一个复杂的结构部件,经常损坏,特别是在高速运行时。此外,轴驱式发电机显著增加车辆的运行阻力。例如,在运行速度90公里/小时时,车辆的运行阻力由于有轴驱式发电机而增加28%。客车独立供电系统由于能量多次转换(在电力机车上电能变成机械能,之后在客车上机械能变成电能),因而效率低。它由机车的平均运用效率、减速器、发电机及蓄电池的效率所决定。此时在额定功率下供电系统的效率大约是50%集中式供电 除供电量大，供电稳定外，集中式供电还体现出如下的优点。1列车自重减小。由于没有车下发电机、

4、传动装置和蓄电池组，故每辆母车的重量将减少近2t。其供电设备的平均重量仅是采用车轴式供电装置时的五分之一左右，而每千瓦功率所占的设备重量仅为十分之一。2制造成本降低。每辆车电气设备的价值，仅是车轴式供电装置的三分之一到四分之一，而每一千瓦设备的价值仅是车轴式供电装置的十分之一左右。3集中式供电系采用柴油采用集中式供电，不消耗机车功率。发电机组发电，其输出电压及频率不受列车运行速度的影响。4集中式供电 就整个集中式供电来说，也存在着一些较难克服的缺点，如一旦发电机组出了故障或发电车从列车编组中摘挂时，将会影响列车供电，甚至使整个列车供电完全停止。另外还需培训一批发电车专职检修和管理人员。二、DC

5、600v集中供电系统工作原理DC600v集中供电系统工作原理电气化区段运行方式25kv受电弓主变压器整流，滤波DC600vDC600v逆变器空调热水器DC110电压装置蓄电池照明等其他直流负载非电气化区段运行方式发电车DC600v逆变器空调热水器DC110电压装置蓄电池照明等其他直流负载空调蓄电池照明等其他直流负载热水器发电车ac380v整流装置供电及用电设备主要技术参数供电设备：用电设备：三、TGN型逆变电源第二节 TGN型逆变电源主要参数：组成及原理： 由逆变箱和控制箱组成。 控制箱主要包括控制电路和检测电路。 逆变箱包括一个三相逆变器和一个单相逆变器。逆变控制原理123456ABCD65

6、4321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:22-Apr-2001Sheet of File:F:李 宏 电 路 图 lihong.ddbDrawn By:QQDD2424VinZBQQ12Q1VABiRtttQQ12Q1VABiLtttTsTonTs/2TsTs/2TonVin(a)(b)(c)D2D1QQDD1313AQ4Q3Q4Q4D3Q3D4Q4单相逆变（全桥）方波逆变器 三相逆变器电路可以由三个单相逆变器组成，通常三相逆变电路采用三相桥式电路，三相桥式电路如图所示。每个桥臂（Red leg，Yellow leg，Blue leg）相互延迟1200。三相方

7、波逆变器三相方波逆变器 当G点和N点不连接时，180O导电型工作过程，负载为阻性。 6个功率管的驱动信号如图所示，三个单相逆变器的激励脉冲之间彼此相差1200，每个管子都导通180O，以便获得三相平衡（基波）的输出。任何时刻都有3个管子导通，其导通顺序为5、6、1；6、1、2；1、2、3；2、3、4；3、4、5；4、5、6；5、6、1.；每组管子导通60度。S1btt2t2tttS2bS3bS4bS5bS6b6个开关的驱动信号S1btt2t2tttS2bS3bS4bS5bS6b6个状态的等效电路如图所示可以求出6个状态时三相输出电压：3233223211dcYNdcBNRNdcEdcEVRiu

8、VuuRVRViRRRR323232232222dcBNYNdcRNdcEdcEVRiuuVRiuRVRViRRRR323232232333dcYNRNdcBNdcEdcEVRiuuVRiuRVRViRRRR323232232444dcBNRNdcYNdcEdcEVRiuuVRiuRVRViRRRR323232232555dcYNBNdcRNdcEdcEVRiuuVRiuRVRViRRRR323232232566dcYNRNdcBNdcEdcEVRiuuVRiuRVRViRRRR由上式画出三相输出相电压波形，如图所示，可见波形每个周期由六个阶梯组成，因此又称为六阶梯波。我们称 、 、 为逆变器

9、线电压； 、 、 为逆变器相电压。RNuYNuBNuRYuRBuYBut32dcVRNut3dcVYNu3dcV32dcV2 3 tBNu3dcV32dcV方波逆变器的问题一、方波逆变器可以方便地调整输出电压的频率，但输出电压的幅度在逆变环节中无法调节，通常需要增加调压环节完成调压功能，但这种方法使系统复杂。二、输出电压谐波大。)sin()(10nnntnAAtf逆变器输出基波3次谐波5次谐波逆变器输出基波3次谐波5次谐波)sin(11tA)3sin(33tA)5sin(55tA逆变器输出基波3次谐波5次谐波逆变器输出基波3次谐波5次谐波方波的各次谐波)sin()(10nnntnAAtf)si

10、n(11tA)3sin(33tA)5sin(55tA基波为13次谐波为0.335次谐波为0.27次谐波为0.149次谐波为0.1111次谐波为0.09基波为13次谐波为0.335次谐波为0.27次谐波为0.149次谐波为0.1111次谐波为0.09脉冲宽度调制（PWM） 1964年，德国学者A. Schonung 和H. Stemmler 率先提出了脉宽调制（PWM: Pulse Width Modulation）的思想，把通讯技术中的调制技术应用于交流传动中，开创了DC-AC技术研究的新领域。方波 正弦波PWM控制的基本原理重要理论基础面积等效面积等效原理原理定义：冲量定义：冲量相等而形状不

11、同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同效果基本相同。冲量冲量窄脉冲的面积效果基本相同效果基本相同环节的输出响应波形基本相同形状不同而冲量相同的各种窄脉冲d)单位脉冲函数f (t)d (t)tOa)矩形脉冲b)三角形脉冲c)正弦半波脉冲tOtOtOf (t)f (t)f (t)若要改变等效输出正弦波幅值，按同一比例改变各脉冲宽度即可。SPWM波Out如何用一系列等幅不等宽的脉冲等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波OutOutPWM控制的基本原理PWM控制的基本思想OtUd-Ud 对于正弦波的负半周，采取同样的方法，得到PWM波形，因此正弦波一个完整周期的等效PWM波为：OtUd-Ud 根

12、据面积等效原理，正弦波还可等效为下图中的PWM波，而且这种方式在实际应用中更为广泛。Spwm逆变的实现在u ur r和u uc的交点时刻控制IGBT的通断：在ur正半周正半周，V1通通，V2断断。当u urru uc c时使V4通，V3断，u uo=o=U Ud d 。当u urr1，输出电压高于电源电压，故为升压升压斩波电路。升压比；升压比的倒数记作b ，即。 b和a的关系：因此也可表示为 offtT /1EEU111oTtoff电压升高得原因： 电感L储能使电压泵升的作用 电容C可将输出电压保持住如果忽略电路中的损耗，则由电源提供的能量仅由负载R消耗，即 ： 。 与降压斩波电路一样，升压斩

13、波电路可看作直流变压器。oo1IUEI 输出电流的平均值Io为：RERUI1oo电源电流的平均值I1为：REIEUI2oo11Fly-back（单端反激）变换器原理 Fly-back（单端反激）变换器原理图如图所示。123456ABCD654321DCBATitleNumberR evisionSizeBDate:20-M ar-2001Sheet of File:F:李 宏 电 路 图 DISANTUDrawn B y:VC CTQD1CRN1 N2ipisVO* 等效电路如图所示，功率晶体管的门极被激励而导通时，输入电压加到变压器的初级绕组两端，由于变压器对应的极性，次级绕组下正上负，二极管截止，次级绕组中没有电流流过，负载电流由滤波电容提供。123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:20-Mar-2001Sheet of File:F:李宏电路图DISANTUDrawn By:VINTQD1CRN1 N2VO*VINTQD1CRN1 N2VO*VINTQD1