城軌地鐵車輛輔助電源系統(tǒng)研究

湯龍

SIV啟動是城軌地鐵車輛輔助電源中的主要控制方式，具有啟動時間短、無電動沖擊等諸多優(yōu)勢。文章將從運(yùn)行原理、蓄電池充電器、輔助系統(tǒng)電源、實(shí)現(xiàn)方案四個方面進(jìn)行詳細(xì)分析，旨在促進(jìn)我國交通軌道電氣設(shè)備研究。

輔助電源;城軌地鐵;控制體統(tǒng)

城軌地鐵車輛有多個部分組成，其中輔助電源系統(tǒng)擔(dān)負(fù)著額外電氣裝置供電任務(wù)，確保制動、牽引等裝置、變壓器冷卻油泵、風(fēng)機(jī)、水泵、空氣壓縮機(jī)等輔助電動機(jī)能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)。如果地鐵車輛輔助電源系統(tǒng)長時間出現(xiàn)問題，除機(jī)車牽引系統(tǒng)外，多種輔助裝置都會停止工作，將會對城軌地鐵車造成重大影響。機(jī)車輔助系統(tǒng)主要由兩個部分組成：直流電源與輔助電源系統(tǒng)。每部列車上配備兩臺輔助逆變器，將接觸網(wǎng)（1500v）進(jìn)行逆變處理并為車輛提供三項(xiàng)交流電（50HZ、380v），確保空壓機(jī)、電暖器、空調(diào)、點(diǎn)燈等設(shè)備能夠常態(tài)運(yùn)行。兩臺輔助逆變器在發(fā)生故障時，其中一臺可以擴(kuò)大功能使用范圍，確保整輛車能夠正常供電，保證其它輔助電動機(jī)能夠正常工作。

1、運(yùn)行原理

1.1處理電流

輔助電源裝置能夠處理電流，在輸入濾波電路后，可以減小接觸網(wǎng)所提供的電流波紋，并將DC電源整流波紋轉(zhuǎn)化為高諧波電流，以便流入到變流器當(dāng)中。

1.2控制相符

變流器（恒壓、恒頻）本身可以產(chǎn)生三相交流電壓，變流器本身采用PWM（3級）控制方法。

1.3電壓隔離

控制器能夠輸出交流電路，將濾波電路進(jìn)行轉(zhuǎn)化，隔離1500V接觸網(wǎng)與380V電路。

1.4提供電力

蓄電池能夠滿足城軌地鐵車的一般充電（110V）需求，確保24VDC與110VDC兩項(xiàng)控制電路都能夠得到持續(xù)的電力能源。

2、蓄電池充電器

蓄電池本身作用是為城軌地鐵車中各項(xiàng)線路充電。蓄電池充電器可以借助HCT反饋系統(tǒng)獲取反饋信息，經(jīng)過分析比較后確定城軌地鐵車輸出定額電壓、電流，以此滿足城軌地鐵車供電需求。蓄電池充電器輸出電壓前后發(fā)生改變主要是通過模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)化，并讓AC390同步相位，產(chǎn)生IGBT所需的閘機(jī)脈沖，提供滿足系統(tǒng)要求的穩(wěn)定電壓（DC24V）。蓄電池充電器電路基本控制方法流程主要為：低電壓控制器可以用于調(diào)節(jié)電壓，大電流控制器確保電流平衡，有利于確保電路控制的安全性。

3、輔助系統(tǒng)電源

城軌地鐵車輛輔助電源系統(tǒng)屬于交流電系統(tǒng)，能夠生成列車所需的三項(xiàng)交流電壓，確保動車、機(jī)車輔助系統(tǒng)生的電氣設(shè)備有符合需求的電能運(yùn)行。輔助變流器有多種分型方法：（1）輸入側(cè)差異：直—交型和交—直—交型;輸出不同：變壓變頻與恒壓恒頻逆變器;電平級數(shù)：兩電和三電電平輔助。城軌地鐵車輛輔助逆變器主要為CVCF，但也有用于滿足不同狀態(tài)下調(diào)節(jié)電壓與頻率的VVVF，單一列車上的VVVF與CVCF結(jié)構(gòu)基本相同，但控制方式有一定差異性。電平輔助主要用于控制輸出波形、處理耐壓等級，三電平輔助在處理優(yōu)勢上較為明顯，但整體操作較為繁瑣。現(xiàn)今隨著技術(shù)水平提升，二電平輔助處理技術(shù)明顯提升，結(jié)構(gòu)與控制相對比較簡單，已經(jīng)被廣發(fā)應(yīng)用。

4、直—交型和交—直—交型輔助變流器實(shí)現(xiàn)方案

4.1交—直—交型輔助變流器

該變流器運(yùn)轉(zhuǎn)過程中需要由輔繞組提供專項(xiàng)供電。交—直—交型主要是指三相逆變器、中間直流回路、網(wǎng)側(cè)變流器。該型號輔助電流器工作過程中，接觸網(wǎng)所承受的電壓波動比加大，因此輸入電流（單項(xiàng)）也會發(fā)生較大波動。為了確保在中間直流回路電流穩(wěn)定性，必須采用可以控制整流電路。整流電路可以分為相控與脈沖兩種。前者使用較早，并具備多種使用優(yōu)勢，結(jié)構(gòu)簡單、操作便捷、性價比高，但網(wǎng)測功率因素不高。后者作為先進(jìn)電子技術(shù)典型代表已經(jīng)逐漸取代了相控整流器，能夠穩(wěn)定功率因素（近于1），響應(yīng)效果佳。

4.2直—交型輔助變流器

該變流器取電方式與交—直—交型輔助變流器差異明顯，可以從牽引變流器的中間直流回路直接取電，或者從城軌地鐵車輛直流電網(wǎng)直接取電。該變流器使用較為方便，已經(jīng)被廣泛使用于機(jī)車、城軌地鐵車輛中。直—交形式輸入電流模式導(dǎo)致接入電壓較高，為了滿足設(shè)備電壓要求，需配以降壓設(shè)備改變輸入電壓。用于改變輸入電流模式的電壓設(shè)備主要為兩種：（1）先逆變，再降壓。逆變后再借助三相降壓變壓器改變電流電壓;（2）先降壓，再逆變。先使用三相降壓變壓器降壓后再對其進(jìn)行逆變。

實(shí)際應(yīng)用過程中為了提升降壓后電流品質(zhì)，一般會增加濾波確保電流穩(wěn)定性，在（1）輸入電流改變模式中，濾波設(shè)置主要被安裝于降壓器之前，逆變器之后;在（2）輸入電流改變模式中，則需要安裝于逆變器之后。

4.3直流電源系統(tǒng)

該系統(tǒng)主要為控制系統(tǒng)與列車照明提供電能（DC110V）。部分型號動車組為了轉(zhuǎn)化方便，會采用CRH5型號車輛，減少轉(zhuǎn)化電壓這一程序，但也會造成耗損大、抗干擾能力弱等問題。這是因?yàn)槟妇€電壓不足，在做同等功率時需要使用大額電流，增加對于電纜線路直徑要求，加大電流耗損。該系統(tǒng)主要包括蓄電池與充電機(jī)兩個部分，一般情況下有蓄電池為充電機(jī)提供電能（三相恒壓、恒頻電流）但如果電網(wǎng)沒電時則改變運(yùn)作模式，由充電機(jī)逆向提供電流。

結(jié)語：

城軌地鐵車輛是城市交通運(yùn)行的重要保障。輔助電源系統(tǒng)可以為列車提供電能，確保輔助系統(tǒng)的正常運(yùn)行。如果輔助電源系統(tǒng)無法有效工作，將會導(dǎo)致列車輔助系統(tǒng)癱瘓，因此輔助電源系統(tǒng)具有非常重要的安全意義。雖然多數(shù)列車會配備兩臺輔助逆變器用以應(yīng)對緊急情況，但仍然需要注重系統(tǒng)的安全性與穩(wěn)定性，工作人員了解輔助電源系統(tǒng)工作原理，可以及時修復(fù)故障問題，避免輔助逆變器停擺對列車運(yùn)行造成影響。

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