第3章 城市轨道交通车辆辅助供电系统VIP

第3章城市轨道交通车辆辅助供电系统本章重点

辅助供电系统作用。

辅助供电系统电路原理。

辅助逆变器主要部件。

辅助供电系统检修方法。3.1认识车辆辅助供电系统辅助供电系统是城市轨道交通车辆的一个重要组成部分，安装于拖车构架上，主要为除牵引系统以外的所有用电系统供电。辅助逆变系统通常需要满足如下基本要求：（1）输出电压为三相四线制，输出电压和频率满足规定的精度要求。（2）在宽输入电压变化范围内，输出额定容量的工作能力。（3）输出电压为正弦波形或准正弦波形。（4）较强的负载突变能力。（5）一定的冗余度。第3章城市轨道交通车辆辅助供电系统3.1.1辅助供电网络电动列车辅助供电网络主要包括：辅助逆变器（给AC中压和DC低压供电）、蓄电池、低压总线、所有控制器、断路器、继电器、接触器。1.辅助逆变器（DC/AC逆变）辅助系统由DC1500V（以DC1500V为例）接触网供电，经受电弓传输到列车总线，在线网电压正常情况下，受电弓将高压直流电通过列车总线同时传输给每节车的辅助逆变器。第3章城市轨道交通车辆辅助供电系统2.中压总线（AC380V）和低压总线（DC110V）列车内负载是由两组交流电源供电的，每组交流电源负责整列车一半的负载，当一组交流电源发生故障时，由它提供电源的一些重要AC负载会自动切换至另一组电源供电，保证这些AC负载能继续工作（如牵引箱的通风冷却风机等）。3.

DC网络的电源DC网络的电源是由带充电设备的蓄电池充电器通过二极管来提供的。蓄电池充电器内AC／DC变换器提供蓄电池充电和DC电源。第3章城市轨道交通车辆辅助供电系统3.1.2辅助逆变器的负载及分类1.辅助逆变器负载电动列车辅助逆变器系统主要由每节车厢的逆变器并联组成，并向空调通风、照明、蓄电池充电、设备冷却风机、低压电源提供电源，如图3-3所示：第3章城市轨道交通车辆辅助供电系统2.车辆的电气负载类型（1）照明电光源。（2）空气调节装置的电气设备。（3）列车电视、播音和通信设备。（4）普通客车使用的各种电气设备。（5）各种特殊用途的专用车辆所带有的专用电气设备。3.2辅助逆变器及其控制3.2.1辅助逆变器主要部件现代辅助供电系统主要有变压器隔离和变流两个功能部分。变压器隔离是将电网上的高压与低压用电设备进行电气隔离，尤其是常需人工操作的控制电源的设备，在电气电位上实现隔离。通常采用变压器进行电气隔离，同时也可通过设计不同的匝数比以满足电压值的需要，变流部分则是用来进行电能形式的转换，辅助用电设备大都需要三相380V、50Hz交流电源，所以要将波动的直流电压逆变为恒压恒频的三相交流电。上述两部分构成了完善的辅助逆变系统。第3章城市轨道交通车辆辅助供电系统1.现代辅助逆变系统主要特点（1）采用IGBT或IPM技术。①内含驱动电路。②内含过电流保护（OC）、短路保护（SC）。③内含驱动电源欠电压保护（UV）。④内含过热保护（OH）。（2）模块化的设计。（3）高质量的输出电压。（4）采用微机数字控制。第3章城市轨道交通车辆辅助供电系统2.辅助逆变器组成及原理本书以庞巴迪公司（BombardierInc）生产的上海地铁一号线增购车辆配有的辅助变流器为例来予以说明，辅助变流器安装在C车的PA电气设备箱中，其辅助变流器的原理图见

图3-4所示。第3章城市轨道交通车辆辅助供电系统3.辅助逆变器主要部件（1）PA电气设备组成。（2）逆变器。图3-8所示是ACM的一个简易电路图，其中三相线路感应器（即过滤器）可以削弱所有逆变器中的谐波，因此总的谐波畸变少于基础频率50Hz的10％。三相变压器将逆变器的输出电压转换成辅助系统的额定电压，另外它还起到隔离的作用。第3章城市轨道交通车辆辅助供电系统（1）DC-Link电容器。（2）放电电阻。（3）逆变器。（4）IGBT模块。（5）GDU（门极驱动单元）。（6）过压保护。（7）低电压电源。（8）DCU/A（驱动控制单元）。（9）MVB信号。（10）光缆输入/输出。（11）LED指示器。（12）便携式测试单元。（13）电流传感器。（14）电压传感器。（15）温度传感器。第3章城市轨道交通车辆辅助供电系统3.2.2辅助逆变电路结构城市轨道交通车辆中常见辅助逆变器结构有不同的形式，根据城市轨道交通车辆供电电压、安全性能要求及成本构成等，选择不同的辅助逆变电路结构形式和设备。1.辅助逆变器的电路形式（1）结构形式一。（2）结构形式二。第3章城市轨道交通车辆辅助供电系统（3）结构形式三。（4）结构形式四。第3章城市轨道交通车辆辅助供电系统（5）结构形式五。（6）结构形式六。第3章城市轨道交通车辆辅助供电系统（7）结构形式七。（8）结构形式八。第3章城市轨道交通车辆辅助供电系统（9）形式九。第3章城市轨道交通车辆辅助供电系统2.辅助供电系统的电路结构和设备的选择（1）变流器系统的选择。变流器系统有两种形式，一种是直接逆变，另一种是先斩波（升/降压斩波或降压斩波）后逆变。（2）逆变器的选择。逆变器有单台逆变器（上述形式一、二、三、四、九）和两台逆变器串联（上述形式五、六、七、八）两种形式。①单台逆变器。②两台逆变器串联。（3）低压电源的选择。低压电源包括DC/DC变流器和蓄电池。DC/DC变流器在列车运行时作为DC110V的电源，同时给蓄电池充电。第3章城市轨道交通车辆辅助供电系统3.3辅助供电系统电路分析3.3.1辅助供电系统供电电路应用1.辅助供电系统电路在城市轨道交通车辆中的应用分析（1）先经升/降压稳压后逆变的原理电路框图如图3-29所示，我国上海地铁l、2、4号线车辆逆变器就是采用这种方式。第3章城市轨道交通车辆辅助供电系统3.3辅助供电系统电路分析3.3.1辅助供电系统供电电路应用1.辅助供电系统电路在城市轨道交通车辆中的应用分析（1）先经升/降压稳压后逆变的原理电路框图如图3-29所示，我国上海地铁l、2、4号线车辆逆变器就是采用这种方式。（2）逆变器的电路构造应用分析。从城市轨道交通车辆辅助逆变器的电路构造分类，辅助逆变器的结构形式如图3-32所示。第3章城市轨道交通车辆辅助供电系统①对双逆变器型的评价分析。优点为开关频率低，仅150Hz，开关损耗小，逆变器效率高；输出电压为12阶梯波，电压的最低次谐波为11次，对输出滤波器要求低。缺点为电路复杂，使用元器件多。两台逆变器串联，动态均压要求高，故障率高。②对单逆变器的评价分析。优点为电路简单，使用器件少，可靠性高；PWM调制，输出电压的谐波含量小，而且可以设计优化的PWM调制，使谐波含量达到要求；逆变器电压输出先经交流滤波网络滤波后输入隔离变压器，故输入变压器电压的谐波含量低，变压器中谐波损耗小；变压器结构简单，不需特殊设计。缺点为关频率较高，相对于双逆变器方案，开关损耗较大，逆变器效率较低；功率器件（如IGBT）换流时承受的过电压（du/dt）较大，特别是在高电压情况下（DC1500V供电系统再生制动时，网压可达2000V）更为严重。（3）DC/DC变流器形式比较。第3章城市轨道交通车辆辅助供电系统3.3.2城市轨道交通车辆供电分配1.城市轨道交通车辆AC400V和DC110V供电分配（1）城市轨道交通车辆辅助供电方式。（2）城市轨道交通车辆负载分配实例。以上海地铁1号线车辆（直流传动）为例，其辅助供电系统回路如图3-40所示