動車組380A輔助電源裝置的工作原理分析與研究

鄧命 曾照平 張素潔

【摘? 要】論文闡述了輔助電源裝置的功能與特點，并對輔助電源裝置的輸入電源、工作過程控制以及輸出電路進行了分析。

【Abstract】The paper describes the functions and characteristics of auxiliary power unit， and analyzes the input power， working process control and output circuit of auxiliary power unit.

【關鍵詞】輔助電源裝置;輸入電源;工作過程控制;輸出電路

【Keywords】auxiliary power unit; input power; working process control; output circuit

【中圖分類號】U266? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻標志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號】1673-1069（2021）06-0195-02

1 引言

輔助供電系統采用干線供電方式，電源系統貫穿全列車。380A動車組每列設置3臺輔助電源裝置（APU），安裝在1號（APU1）、5號（APU3）、8號（APU2）號車體底下。1號、8號車的APU是分別向1～4和5～8號車的牽引變流器通風機（4、5號車除外）、牽引變壓器通風機（4號車除外）、壓縮機等提供電力的三相交流輸出，向輔助電路、監視裝置、制動裝置、關門裝置、牽引變流器控制等提供電力的單相直流輸出，向空調控制、顯示器、水泵裝置、輔助制動等提供電力的單相交流輸出的電源裝置。此外，APU1/APU2上還內置有能將牽引變壓器3次輸出AC400V變為AC100V的輔助變壓器（ATr）。5號車的APU3是向4號車的牽引變流器通風機、牽引電機通風機和牽引變壓器通風機提供電力的，同時，也向5號車的牽引變流器通風機和牽引電機的通風機提供電力。

2 APU的輸入電源

2.1 控制電源

APU啟動，必須先激活控制部分，APU沒有工作之前，都是由蓄電池供電，蓄電池通過Batk1向103線供電，如圖1所示。

103線通過APUCN給113線供電，再經過濾波器FIL給APU控制板的接口提供電源，這樣APU的主板就有了電源。

2.2 能量電源

當ACK1閉合后，主變壓器的3次繞組經過704線、754線，將單相、400V、50Hz的電源通過ACK1輸入輔助電源裝置中，然后通過輔助整流器，從輔助電源裝置向103線提供DC100V電源。主變壓器的3次繞組另外一路電通過ATN輸入ATr。

2.3 輸入側的電源監控電路

當檢測到輸入側704線、754線發故障時，電壓互感器VDTN的常開觸點會斷開，常閉觸點會閉合，此時，監測裝置的電路會接通，之后反饋一個信號給列車信息控制裝置。同樣，當ATr的輸入側有故障時，ATN的常開觸點會斷開，常閉觸點會閉合，監測裝置的電路會接通，也會反饋一個信號給列車信息控制裝置。無論是哪一種情況，在MON顯示屏上會閃現故障信號。

3 APU的工作過程控制

3.1 緩沖電路

緩沖電路由接觸器IVK1、IVK2、充電電阻RC組成。由于交流接觸器ACK1合閘瞬間，有一個很大的沖擊電流，會損壞脈沖整流器中的二極管，因此，一般會設置一個緩沖電路。

其工作原理為：控制電源接通后對CPU進行1s的初始化處理。閉合VCB，當APU輸入電壓達到250V以上時，通過來自CPU的指令，DCHKAR被勵磁，DCHK的常閉觸點會斷開，這樣就將APU中間支撐電路放電電路斷開。DCHK斷開0.5s后，通過來自CPU的指令，IVK2AR被勵磁，IVK2AR的常開觸點會閉合，這樣，IVK2的線圈會得電，IVK2接通，通過充電電阻對濾波電容器ACFC進行初期充電。接通IVK2后，中間支撐電路電壓達到一定值時，IVK2AR失電消磁，通過來自CPU的指令，IVK1AR被勵磁，IVK1AR的常開觸點會閉合，這樣，IVK1的線圈會得電，此時接通IVK1，不通過充電電阻對濾波電容器進行直接供電。

3.2 輸入濾波電路

輸入濾波電路由電容器ACFC、電感ACL1構成，主要作用是降低從架線流入脈沖整流器/逆變器上的高頻電流。

3.3 脈沖整流電路

脈沖整流電路由全控型電力電子器件IGBT和不可控型電力二極管構成。脈沖整流器將牽引變壓器的單相交流輸出電壓變換成直流的恒定電壓。控制方式使用了大容量IGBT的脈寬調制方式（PWM）。IGBT的導通與關斷都是由主控制板中的脈沖整流器控制模塊來控制的。當接通IVK10.5s后，投入脈沖整流器門控。

3.4 中間支撐電路

中間支撐電路主要由放電電阻DCHKR、放電用電磁接觸器DCHK、電容器FCU構成。其有2個作用：一是過濾掉脈沖整流器輸出來的諧波以及將脈動直流電變為穩定直流電;二是具有放電作用，當APU不工作時，放電用電磁接觸器DCKHK的常閉觸點是閉合的，這時，電容器FCU儲存的電能會經電阻DCHKR進行放電。

3.5 三相電壓型逆變電路

三相電壓型逆變電路主要由IGBT構成。逆變器將直流電壓變換成為恒頻恒電壓的三相交流電壓。逆變器中的IGBT由主控制板中的逆變器控制模塊來控制它的導通與關斷。

當逆變器的輸入電壓達到DC700V時作為輸入電壓被確立，0.5s后接通逆變器的門控，逆變器開始軟啟動。接通逆變器門控0.3s后，逆變器的輸出電壓達到AC400V。

4 APU的輸出電路

三相交流電400V的電從逆變單元輸出來后，首先經過了一個AC濾波回路，它是由電感ACL2、電容器ACC構成的。AC濾波回路可以降低逆變器輸出電壓中由于切換所產生的高頻電壓、使其輸出畸變很小的正弦波。APU的輸出電路如圖2所示。

4.1 輸出支路

APU輸出的三相交流電（771/781/791），第一路經過APUBMN給APU自身電動送風機FAN;第二路，直接給三相交流負載，如主空氣壓縮機、牽引變流器冷卻風機等;第三路，經過ARfN2給770A線、780A線、790A線，傳給輔助整流器箱;第四路，取自771/781經過ACVN1給770B線、780B線，供TR3使用;第五路，取自781/791經過ACVN2給780C線、790C線，供TR4使用。

4.2 輸出側電磁接觸器3phMK的閉合原理

當APU啟動，IVK1閉合起0.5s之后，CPU會發出一個指令，使得APUKAR勵磁，APUKAR的常開觸點閉合，來自103線的電壓經過APUCN、濾波器FIL、APUKAR的常開觸點、3phMK的常閉觸點，3phMK的線圈得電，其常開觸點閉合，APU就會輸出400V的單相交流電。

5 結語

輔助電源裝置（APU）是動車組的關鍵部件之一，是維護、保養、檢修的重點，其運行品質的好壞，不僅會影響車內許多用電設備的正常使用，而且也會嚴重影響到鐵路動車組列車的正常運行安全。通過對輔助電源裝置的結構及其工作原理進行分析，有利于提高機械師對輔助電源系統的故障應急處理能力和維護檢修能力，可以減少故障的發生和損失。

【參考文獻】

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