淺談動車組充電機技術

張原野

摘 要：本文介紹了我國自主研發的動車組關鍵技術之一，充電機相關技術。充電機連接到3AC380V交流母線，額定輸入電壓為3AC380V/50Hz；輸出到蓄電池1和蓄電池2充電，同時為與其相連的DC110V系統和負載供電。充電機結構復雜，由兩個BC單元并聯組成。羅列了充電機的主要功能，以及日常運營時檢修保養的方法。

關鍵詞：動車組 充電機 檢修保養

動車組全列通過受電弓連接到接觸網接受電能，將電能轉換成列車運行所需的動能。同時將2.5Kv高壓三相電轉換成不同頻率、不同電壓、不同制式的電力，為動車組上各類輔助用電裝置供電。動車組的中低電壓用電裝置包括：高壓散熱設備，車內環境控制（空調），水系統，旅客信息系統等，車門等。

充電機檢測到輸入電能符合啟動條件后，首先閉合預充電接觸器，經過預充電電阻對三相不可控整流橋之后的支撐電容進行預充電，當直流支撐電容電壓達到設定電壓值時閉合主接觸器，后級的變換電路開始工作，轉換電路模塊將中間直流電轉換為高頻交流電，經高頻變壓器傳遞到變壓器的副邊，副邊的交流電再經整流電路變為脈動的直流電，最后通過輸出側的濾波電路濾波，輸出為穩定直流電壓，為蓄電池充電和車輛DC110V直流負載供電。

1 充電機結構

我國自主開發的動車組輔助供電系統共包含2臺充電機和2組蓄電池箱，充電機的額定輸出功率為2×30kW，充電機與蓄電池箱配合安裝。充電機的安裝方式采用吊裝式，分別安裝于1/8車。充電機作為動車組輔助供電系統的關鍵部分，其主要功能是將輔助變流器輸出的3AC380V交流電轉換為DC110V直流電，為蓄電池充電和車輛照明等直流負載供電。充電機由兩個BC單元并聯組成，每個BC變換電路包含：預充電電路、PM功率模塊、變壓器、整流電路輸出濾波電路。DC-DC直流變換電路實現中間直流到輸出脈動直流的轉換，輸出濾波電路則將脈動直流變換為穩定的直流電壓供給車輛負載和蓄電池。動車組充電機箱體器件布局如圖：

圖1 充電機俯視圖

1：PM2模塊 2：PM1模塊 3：BC1磁性器件安裝板 4：主接觸器安裝板

5：6U機箱 6：輸入電抗器R5 7：主風機 8：BC2磁性器件安裝板

2 充電機主要功能

充電機將3AC380V轉換為幅值可調的直流電為電池充電和列車DC110V負載供電，除電壓轉換功能外充電機還具有通信、故障保護等功能，具體介紹如下：

（1）充電機可以進行恒壓、限流、浮充電的充電模式轉換；

（2）充電機具有輸入過壓、輸入欠壓、輸出短路、功率元件故障、接觸器故障、過熱等故障自檢及保護功能；

（3）充電機具有數據記錄、轉儲、下載、軟件分析等功能，以便存儲分析充電機運行狀態、故障、充電過程數據、充電狀態切換等；

（4）充電機具有通信功能，可通過MVB實現與整車網絡的信息互換；

（5）充電機具有電池類型識別功能，可自動識別堿性蓄電池和鋰電池類型，并按電池特性進行充電。堿性蓄電池條件下，充電機具有溫度補償功能，可根據蓄電池的溫度對充電電壓、充電限流值進行補償；鋰電池條件下，充電機響應鋰電池的充電請求；

（6）充電機輸出接觸器具有斷電延時30s功能，當充電機接受到“蓄電池OFF”信號后，充電機輸出接觸器延時30s斷開。

3 充電機散熱模塊

充電機運行時的額定功率60kW，關鍵結構及變壓器等部件發熱嚴重，為降低充電機運行時的溫度，確保各部件安全有效的工作，其散熱模塊尤為重要。充電機的冷卻形式選擇強迫風冷。

充電機箱體分為通風空間和非通風空間，通風空間采用交流主風機進行冷卻，非通風空間采用DC110V直流風機。主風機位于主風道內，主要對功率模塊、輸入電抗器及輸出二極管進行散熱。主風機的轉速根據檢測的溫度進行控制，主風機盡量保持低速，當溫度上升后在進一步提升風機轉速，這樣確保污染程度、噪聲等級和風機損耗最小。控制器檢測溫度并根據溫度直接開關主風機和風機調速，風機自足工作，無需外界干預。

4 充電機的維護檢修和保養

為確保可以自由的進入箱體進行檢修工作，充電機檢修門及底部等應至少保留1m的距離，通過檢修坑道從下方可以進入箱體。在維修過程中，需要打開或者移除維護擋板和蓋，在打開擋板和蓋前清理擋板和底蓋上或周圍的任何臟東西。目視檢查進風口是否有污垢，若有污垢用壓縮空氣清理進風口。先從外部進行清理，再打開進風柵擋板然后用真空吸塵器從內部打掃進風口區域。若污染嚴重，·先從外面清理。卸下進風柵的外部安裝螺絲，把格柵從擋板里拿出。然后用壓縮空氣或者高壓清潔器清理。檢查箱體外部擋板、蓋、風柵、連接器、線纜及吊腳，發現破損的情況要及時更換。檢查所有的螺絲、螺栓的連接是否扭固。檢查接地端子是否扭緊。

5 充電機故障自處理功能

充電機系統發生故障后，其主控制器及功率模塊控制器會進行故障診斷并采取相應的故障保護措施。若運行中診斷出一個模塊故障，充電機會將受影響元件斷開以保護系統和連接的負載。根據不同的故障類型和故障特點，充電機會做出對應的處理措施：

（1）警告：對于有些不會損壞充電機器件的故障（如：MVB通信故障），充電機會給出故障警告，但不會停機。

（2）故障重啟：次要故障時，一旦故障排除受影響的元件會再自己重啟動。故障停機：對于某些次要故障，重啟后故障仍無法消除，故障依然存在，幾次重啟后充電機會進入“鎖死”狀態，

（3）故障停機；對于像 “短路”等更嚴重的故障，充電機會直接停機進入“鎖死”狀態。充電機進入“鎖死”狀態后，受影響模塊或者所有系統將不能自行重啟。為了排除這些故障維修人員不得不采取措施，斷開控制系統供電電源或者進行軟件復位。

6 小結

充電機是動車組技術中的關鍵環節，在運行時，為動車組的蓄電池和低壓用電設備供電。充電機啟動后，直流變換電路實現中間直流到輸出脈動直流的轉換，輸出濾波電路則將脈動直流變換為穩定的直流電壓供給車輛負載和蓄電池。此外充電機還具有通信、故障保護等功能。