华东交通大学车辆电器装置客车应急电源

1、一、客车应急电源的作用在全列空调客车中，部分电气装置使用交流电，如客车空调、电开水炉、客车照明等，另一部分负载使用直流电，直流负载可分为一般直流负载和应急负载两类：一般直流负载是指在本车交流断电后不再用电的直流用电器，如厕所有无人显示器、水位显示器等；应急负载是指在本车断电后仍需用电的直流用电器，如应急照明灯、轴温报警装置、广播和通信设备、尾灯插座等。客车应急电源就是给直流用电器提供直流电的设备。二、客车应急电源的组成客车应急电源包括应急电源控制箱和4节60AH的免维护密闭电池。客车应急电源控制箱由三部分组成：1.整流器（整流电路）2.充电机（充电电路 ）3.应急控制系统（应急控制电路 ）三、

2、客车应急电源工作原理三、客车应急电源工作原理客车应急电源原理方框图 列车上柴油发电机发出三相交流电，经客车应急电源主整流器整流后，输出一路40V50V的直流电供给车上的直流用电设备（包括一般负载和应急负载）；另一路经充电机后输出56V59V的直流电给蓄电池组充电。当列车交流供电系统出现故障或发电车停止供电时，应急控制系统工作，电路自动转换为由蓄电池向应急负载供电。电池过放电保护电路和过充电保护电路可保证电池正常工作。应急电源的技术要求如下：（1）供直流负载的整流电路与供蓄电池充电的充电电路分别设置，两者的输出电压不同，即提高了直流用电器的寿命，又保证了电池可靠充电；（2）充电电压可根据夏季和冬

3、季进行调节（56V59V）；（3）有电池过放电保护电路和电池过充电保护电路；（4）应急自动转换电路可靠，故障少；（5）采用免维护密闭电池，容量适当，维护方便，寿命长，成本低。应急电源的主要技术指标如下：整流器：整流器： 输入电源： 三相AC380V 50HZ额定输出电压： DC48V。额定输出电流： 5A(961型 、981型) /10A(962型、982型)充电机：充电机： 输入电压： AC220V 50HZ充电电流： 5A10A过充限压： 5659V两档（一）整流电路1.作用：将输入的AC380V三相交流电变成直流电供给直流负载使用。2.组成：由空气断路器Q2、整流模块U2、变压器B2、滤

4、波器L2、C101组成。整流模块U2为三相桥式整流。3.原理:三相380V交流电源通过空气断路器Q2三相降压变压器B2 B2次级整流模块U2 输出48V直流电。 整流器输出的48V直流电源可向一般直流负载、应急负载及控制箱面板上的正常指示灯供电。(1)向一般直流负载供电的通路为：整流器插座CZ2（7-10号）RD7JX1(11号)一一般直流负载般直流负载JX1(8号)JX1（7号）CZ2（16-18号）。(2)向应急直流负载供电的通路为：整流器插座CZ2（7-10号）接触器KM2 KM2触点动作。整流器插座CZ2（7-10号） 接触器KM2常开触点RD6JX1（10号）应急负载应急负载JX1（

5、8号）JX1（7号）CZ2（16-18号）。(3)向正常指示灯供电的通路为：整流器插座CZ2（7-10号） KM2常开触点RD6KM2常开触点正常指示灯正常指示灯D104电阻R43应急控制系统电路板插座CZ3的B19、B20整流器插座CZ2的16-18。整流器正常工作时，表明供电系统正常供电，客车应急电源面板上正常指示灯亮，表示整流有电。（二）充电回路1.作用:实现电池恒压限流充电，延长电池使用寿命。2.组成：由充电电路和触发回路组成。3.工作原理： 1）充电电路 将W、N相输送过来的AC220V交流电压，经变压器次级B1（3-4）绕组降压后输出低压交流电，经SCR1、SCR2、D107，D1

6、08半控整流桥整流后向蓄电池充电。在充电主电路中，控制晶闸管SCR的控制角的大小，便可实现对输出充电电流的大小及输出电压的高低控制，加上反馈控制便可实现恒压限流充电。图中，D109为续流二极管。2）触发回路为达到限流恒压充电目的，可控制SCR1、SCR2导通角的大小。其控制电路为一触发电路。触发电路集中装在一块印刷电路板上，为脉宽调制器U1（LM3524），该集成电路各管角功能如下：1反相输入；2同相输入；3振荡输出同步；4电流限制（）感应；5电流限制（一）感应；6RT；7CT；8地；9补偿；10断路；11发射极A；12集电极A；13集电极B；14发射极B；15电源正（15V）；165V参考电

7、压；在当前使用中，LM3524内部框图可等效为图2-7。其触发原理如下：锯齿波发生器LM3524内部振荡器，其振荡频率由外接定时电阻(RT)和定时电容(CT)确定，并在定时电容上形成一个锯齿波电压。在目前的应用中，该振荡器的作用是作为锯齿波发生器，RT、CT仍用以控制锯齿波频率，同时在电网电压过零时强迫CT放电来控制锯齿波起点，以保证锯齿波与电网同步。同步与移相变压器次级辅助绕组7-8-9，经V1，V2整流得100Hz正弦半波电压(a)，此电压经R3加到三极管V16基极，故V16基极为梯形波电压(b)，V16集电极接三极管V17基极，在V17 基极形成与电网过零同步的窄脉冲(c)，该脉冲期间V

8、17导通，强迫C4放电，得到与电网同步的锯齿波(d)，PWM比较器将锯齿波与放大器输出电平(即9脚电平)相比较得到输出晶体管的基极波形(e)，当LM3524内部输出晶体管接成集电极输出时，即得到触发脉冲(f)，此脉冲通常称为移相触发脉冲，其宽度依9脚电平而变。电阻负载时，SCR导通，波形如(g)。辅助电源 V1、V2整流后的脉动电压，经V3，R1给电容器C1充电，C1即得到脉动极小的17.5V直流电压，该电压作为供给控制电路的辅助电源(LM3524-15）。同时，该电压经电阻R19给控制箱面板上的充电机有电指示灯D106供电。另外17.5V辅助电源还通过充电机插头插座向应急控制系统供电。基准电

9、压LM3524第16脚输出稳定的5V标准电压，经电阻R9、R10分压后加到误差放大器反相输入端(LM3524-1)，形成反馈系统基准电压，电压值约为2.5V电流反馈与恒压电流信号从串联在充电回路中的电阻103获取。电阻上103的压降很小，为了使反馈端(LM3524-2)与基准端电压差不致过大，该信号通过接到5V电压的分压器R5、R6、RP1加到LM3524的2端。RP1用来调整LM3524的1-2端之间的压差，从而调整充电电流的大小。充电电流由于电池电压或电网电压的影响变大时，电阻R103的压降升高，LM3524的2端电位高于1端，放大器输出电平增高，触发脉冲相移增大，SCR导通角减小，充电电

10、流减小。反之亦然，这样系统就达到了恒流充电的目的。 电压反馈与恒压电池电压经V15V10、R7、RP2、R8接至参考地。电池电压取样信号从RP2滑动臂经二极管V9加至误差放大器反馈端。电池电压低时，V9不导通，不影响恒流充电特性。电池电压升到某一定值时，V9正偏，电压信号加到反馈端使充电电流开始减小。 随着电池电压进一步升高，充电电流最终将减至零，从而获得恒压性能。LM3524的2脚为同相输入端。当2脚输入的正电位高时，输出高，即放大器输出电平（9脚电平）也高。当9脚电位高于7脚锯齿波电位时，输出晶体管12、13脚无输出；当9脚电位低于7脚电位时，晶体管12、13脚输出正电脉冲，经U2（12）

11、GND。这时，光电耦合器U2有脉冲输出，光电耦合电路U2（54）导通V18导通。而由B1二次绕组（5、6）输出的交流信号通过V5、V6、V7、V8单相整流桥整流后输出正脉冲，经V18U2（54）R17、R18 触发SCR1、SCR2导通。由图可以看出，LM3524的2脚的电位越高， 9脚电平也越高，触发脉冲向后移动越大，SCR1、SCR2的导通角变小，整流输出的充电直流电压越低。图中UC1为输入的标准电压，UC2为输入的比较电压。调节2脚电位的高低，可使半控整流桥输出电压变化，从而使充电流发生变化。U1的2脚电位SCR导通角变小充电电流U1的2脚电位来自电流及电压取样电路，调节好该电位的高低，

12、便可实现限流和定压的控制。（三）应急控制回路：（三）应急控制回路：1.组成：应急控制回路为一转换电路，它由应急控制电路、电池过放电保护电路和电池过充电保护电路三部分组成。2.作用：整流器正常工作时，由应急电源输出的DC48V电压供给所有直流负载（包括应急负载），并切断电池向应急负载供电。整流器突然断电时，转换电路自动恢复电池向应急负载供电；当电池电压下降到421V时自动切断向外供电，防止电池过放电；当电池电压高达641V亦切断向外供电，保护用电器；控制电路故障时，通过对接触器绕组供电进行强迫合闸，以实现上述目的。1）应急控制电路当三相交流电供电正常时，整流器和充电器均正常工作，整流器有电(CZ

13、2有电）、充电器有电（CZ1有电），设备处于正常供电状态。正常指示灯亮。由于接触器KM2得电吸合，其常闭辅助触点断开，接触器KM1处于断电释放状态，电池向应急负载供电的通路被切断。接触器KM1线圈一端通过接触器KM2常闭辅助触点接电池正极，另一端通过V31、V33接电池负极，只有V33导通，KM1才能得电吸合。 当本车交流有电时，整流器插座CZ2（7-10）输出48V直流电，经电阻R21、R22、二极管V22向电容器C21-22充电；来自充电机的17.5V辅助电源通过电阻R23-24、二极管V24也向电容器C21-22充电；整流器插座CZ2的7-10输出48V直流电，经电阻R21、R22、二极

14、管V21、V28、电阻R32向电容器C24充电；来自充电机的17.5V辅助电源通过电阻R23-24、二极管V23、V28、R32也向电容器C24充电。当本车断电时，电容器C21-22、C24分别向U3A输入基准电压与比较电压，U3A输出高电平，三极管V33导通，接触器KM1得电吸合，电池开始放电，实现直流48V供电的自动转换。B+ KM1 RD6 JX1（10） 应急负载。B+ KM1 RD6 D103应急指示灯亮。2）电池过放电保护电路电池过放电保护电路主要对蓄电池起保护作用，防止蓄电池过放电。其原理如下：蓄电池一方面经V33维持KM1线圈得电状态，使蓄电池向应急负载供电； 另一方面经B+K

15、M1AT V26 R29，R30，RP3，R32分压后送入U3A同相输入端之3脚。若蓄电池电压正常，其值高于反相输入端电压，U3A输出高电位，V33导通；若蓄电池长时间放电，电压将逐渐下降。当电压降到（421）V时，其值低于反相输入端电压时，U3A输出低电位，使V33基极电位下降，V33截止，KM1线圈失电释放，KM1常开触点断开，切断电池放电回路，防止电池过放电，起到了保护蓄电池的作用。3）电池过充电保护电路：电池过充电保护电路主要是防止蓄电池过充电。其原理如下：在正常充电状态，充电电压受触发脉冲相位的控制，当RP2调到一定值时，充电电压最大值被限定。 若输出充电电压值大于限定值，使LM35

16、24的2脚电位升高，使SCR触发脉冲后移，降低输出电压，防止蓄电池过充电。 4)电池电压过高保护电路电池电压过高，为保护用电器，需切断电池向外供电。若电池电压过高时，VB上升，电池电压经R37 V35 R38 RP4U3B的同相输入端，使U3B的同相输入端电位升高 U3B输出高电位 V34导通。因为 V34的集电极接在U3的1脚 使C24放电 U3A同相输入端电位下降 U3A输出低电位，V33截止，KM1释放，切断电池向应急负载供电，保护了用电器。按钮AT、AQ可对电池放电进行手动控制工作过程是：当KM1吸合时，电池电压供给应急负载。此时，过欠压保护电路的电源是由电池的正极给KM1自保触点按钮

17、ATV26供给V33导通 使KM1保持吸合。按下AT可关断电池供电。按AQ又可恢复KM1吸合，使应急负载得电。按AQ时，电容C21、C22经R25、R26充电，一定时间后建立起电压，U3A输出高电位，V33导通：KM1吸合，应急负载得电。四、应急电源控制箱构造及使用四、应急电源控制箱构造及使用（一）构造应急电源控制箱有立式和卧式两种形式，如图 应急控制注意事项充电机整流器充电机应急控制整流器注意事项面板上各部分指示如下：1整流器部分： （1）、指示灯：指示电源接通（2）、交流开关：控制交流输入，兼控充电机交流输入2充电机部分 （1）电压表： 指示电池电压（2）电流表： 指示充电电流（3）交流指

18、示灯：指示交流电源（4）充电保险丝： 电池反接或充电机故障时保护（5）交流表保险丝：充电机的交流侧保护（6）充电最大值开关： 控制充电限压值3应急控制部分 （1）电池保险丝：电池供电时过流保护（2）整流保险丝：整流器供电时过流保护（3）应急指示灯：应急供电状态指示（4）正常指示灯：正常供电状态指示（5）电池接反指示灯：电池接反时指示（6）应急通按键：手动合闸按键（7）应急断按键：手动断闸按键（二）使用确认外部接线正确之后方可将本装置投入使用 1整流器 合上输入开关，此时： （1）封锁电池供电 （2）通过接触器对充电机供交流电 （3）应急控制中的“正常”指示灯亮 （4）整流器指示灯亮 （5）电力

19、输出供负载（包括应急负载）使用 2充电机 充电机为恒流限压充电工作方式，额定工作电流为5A，充电机只作正常充电作用，不能作快充或初充电用。 接通电池后，电压表指示电池电压。 在接通整流器的情况下，此时有充电电流，充电指示灯亮；当电池电压升高到电压限定值后，自动减小电流到零，进入限压浮充状态。最高限压值由面板上56V/59V开关设定，精度1V。若整流输出电流不变，则电压随电池的充电而逐渐升高。电压升高又使脉冲后移，输出电流下降，当充电电压达到规定值时，充电电流逐渐下降到近似零值，实现限流定压充电的功能。电流、电压曲线如图所示。 当电池接反后，充电保险丝将熔断，电压表无指示，应急控制灯亮部分的“电池接反” 灯亮，此时应迅速纠正电池极性，以保护设备和负载。 限压为两档：56V1V和591V。3应急控制（1）整流器优先。正常供电时，由整流器向各负载供电。（2）保护负载。正常供电时，自动切断电池向负载供电。（3）自动/人工兼容电池应急供电时，可进行自动