地铁动车组三相辅助逆变器电源
地铁车辆辅助供电系统浅析
地铁车辆辅助供电系统浅析摘要：辅助供电系统是地铁车辆的重要组成部分，为列车的牵引、制动、照明、空调通风、空压机、信号等设备提供电源。
本文以苏州五号线为例介绍了辅助供电系统及其供电分配，并对不同的供电方式进行对比，得出了相应的结论。
关键词：辅助供电；供电分配；母线；负载1.绪论辅助供电系统，简称辅助系统，主要功能是将电网提供的直流电源转换为三相交流电压和蓄电池充电电压。
三相交流电压向列车的辅助系统供电，例如空调、电热，空压机和照明系统。
蓄电池充电机向蓄电池充电、并向直流输出回路供电。
直流输出回路的负载在辅助系统故障而无法运行时，由蓄电池进行供电。
辅助电源箱内部将AC380V 转换成DC110V，主要给照明、控制电路、列车网络系统、车载信号设备、及视频监控系统等提供直流电源。
近年来，我国北京、上海和苏州等城市的城市轨道交通车辆上，辅助电源均采用了静止式辅助逆变电源，这种辅助逆变电源的优点是输出电压的品质因数好、电源使用效率高，工作性能安全可靠。
2.辅助供电系统介绍2.1.主电路介绍地铁车辆一般为六编组车辆，编组方式TC1-Mp1-M1-M2-Mp2-TC2，TC车是带司机室的拖车，Mp车无司机室带受电弓的动车，M车不带司机室且不带受电弓的动车，Tc车是带司机室的拖车。
Mp车从接触网经受电弓获取1500V直流高压电向设备高压供电。
高压电源主要用于列车的牵引动力设备和静止逆变器。
受电弓从接触网吸收电能用于向列车供电，在列车每个单元的Mp车各配有一个受电弓装置，两个受电弓可同时向辅助系统高压母线供电。
整列车在两个Mp 车牵引箱中各设了一个1500V的车间电源插头以代替受电弓向整列车的辅助系统供电。
当任何一个车间电源接通时，均能够向整列车辅助系统供电。
车间电源供电与受电弓供电之间设有联锁，采用二极图一管与牵引高压母线隔离。
以保证在任何时候列车仅有一种方式电源供电。
静止辅助逆变器通过高压列车线供电，将其转换为380V中压交流电，然后再通过交直流逆变转换成110V低压直流电对控制设备供电，主电路图如图一所示。
城市轨道交通车辆辅助逆变器
2 辅助逆变器的构成及功能
2 辅助逆变器的构成及功能
2. 控制电路 （1） 门极驱动单元。 ① 每一个门极驱动单元为一个IGBT模块服务，GDU 单元与相应的IGBT就近布置。 ② 门极驱动单元接受控制器的命令，驱动IGBT的开关。 ③ 门极驱动单元与控制器之间采用光纤传输，将蓄电 池电路和高压电路隔离开，同时也避免控制系统受到 干扰。 （2） 低压电源。低压电源为DCU提供±24 V电源， 为GDU提供+24 V电源，为传感器提供±24 V电源， 为内部风扇提供±24 V电源。 （3） 测量传感器。 ① 电流传感器。电流传感器用于输出相电流助逆变器的三个主要子系统是三相逆变器、DC链接电容器和过压斩波器。内部控制计算机 对这三个子系统进行监控。辅助逆变器直接与DC链接电压连接，将DC电压转换为一个三相电 压AC 660 V。三相电压变压转换为额定二次电压后，向列车辅助供电系统供应。三相过滤器 削弱了所有逆变器中的谐波，因此总的谐波畸变少于基础频率（50 Hz）的10%。三相变压器 将逆变器的输出电压转换成辅助供电系统的额定电压。它用来隔离高压系统和辅助供电系统。 辅助逆变器的简易电路如图3-1所示。
城市轨道交通车辆辅 助逆变器
1 辅助逆变器的电路组成
辅助逆变器可将直流电转换成恒频恒压的三相交流电。目 前，在城市轨道交通与轻轨辅助供电系统中，辅助逆变器 大都采用IGBT(或IPM)模块构成，其大致方案有以下几种： （1） 斩波稳压再逆变，加变压器降压隔离。 （2） 三点式逆变器加变压器降压隔离。 （3） 电容分压两路逆变，加隔离变压器构成12脉冲。 （4） 二点式逆变器加滤波器与变压器降压隔离。 （5） 直-直变换与高频变压器隔离加逆变。 （6） 二点式逆变器加滤波器构成6脉冲。 这些方案不但各有特点，而且都能满足城市轨道交通或轻 轨车辆的要求。 辅助逆变器电路由辅助电路熔断器、输入电感器、充电电 路、逆变器模块、输出三相变压器、三相电抗器、三相电 容器、测量变压器等组成。
城轨车辆辅助供电系统结构组成
任务流程1
自举电池：90节串联，蓄电池组容量4Ah，短时工作，每18个月更换 使用场合：当主蓄电池电压小于77V时，A车逆变器无法正常起动，
用应急起动电池升起受电弓，以起动A车逆变器。 注 意：逆变器紧急起动每次1min，允许启动5次。
1. 辅助系统的构成方案
（1）斩波器稳压再逆变，变压器降压隔离； （2）三点式逆变器逆变，变压器降压隔离； （3）电容分压双重逆变，隔离变压器构成12脉冲； （4）二点式逆变器逆变，滤波器与变压器降压隔离； （5）直—直变换，高频变压器隔离再逆变。
组 成：5个单节/格× 16格共80节蓄电池串联而成蓄电池组 安装位置：A车下的蓄电池箱内 参 数：纤维结构电极的镍镉碱性蓄电池
标称电压1.23V/节。蓄电池组容量120Ah，工作寿命20年 作 用：DC110V的备用电源
工作模式：
任务流程1
——主供电系统接通前，为蓄电池预备模式，给列车激活供电。 ——直流电源正常工作时，蓄电池组被A车电源浮充电，作电路滤波
装置，改善直流电源供电质量。 ——直流电源故障时，蓄电池转入紧急工作模式，为紧急负载供电
一般规定：在隧道中运行车辆要保证供电45min，在地面或高架 运行车辆要保证供电30min。 。
紧急负载包括：紧急照明，头灯、尾灯、状 态灯及位置灯，通信设备，空调50%的紧急通 风，以及相应的接触器和继电器。
4．蓄电池——应急启动电池
3.辅助系统设备的供电方式
任务流程2
3.1分散供电：每单元配备多个静止逆变器供电方式
地铁车辆（2M1T，6节编组）
每节车辅助逆变器容量75～80kVA，DC110V电源功率约25kW
3.1分散供电：每单元配备多个静止逆变器供电方式 任务流程2
地铁车辆并网供电技术介绍
地铁车辆并网供电技术介绍摘要并网供电，正常情况下，母线接触器（COK)处于闭合状态，实现各辅助系统的并网供电。
当母线接触器（COK)断开后，相应的辅助系统实现独立供电。
关键词辅助供电系统并网供电1 前言地铁列车辅助供电系统主要负责对列车所有中低压辅助设备供电，是列车最重要的系统之一，其稳定与否将直接影响列车牵引制动控制系统、空压机、空调等车上重要设备的正常工作。
列车辅助供电系统中最主要的设备是辅助逆变器(APU)。
辅助逆变器(APU）主要实现两个功能，一个功能是将从接触网或者第三轨来的直流电逆变为三相交流电，主要为空调、电加热器，空压机等交流负载供电；另一个功能是输出直流110V电源，主要为照明，内外部指示灯、刮雨器，列车上所有控制用电、车门驱动系统、车载信号系统，车载无线通信系统、乘客信息系统、车载监控系统等直流负载供电。
目前，在国内外城市轨道交通行业，辅助供电方式主要有三种，分别为扩展供电、交叉供电和并网供电。
在国内外的轨道交通行业，早期地铁列车一直采用扩展供电方式和中压交叉网络供电形式，直到近年来开始采用中压并联网络供电形式。
相对于传统的扩展供电控制方式，并网供电能可采用多组小容量辅助逆变器并网输出，单台辅助逆变器故障后不影响辅助负载正常工作，整车辅助供电可靠性更高。
以某8节编组的型式，每两节车为一个辅助逆变器（APU），共配置了4个辅助逆变器(APU)，4台辅助逆变器(APU)通过并网供电的方式，同时给列车全网供电，在特殊情况下，每台逆变器也可以单独为其所在的单元单独供电。
通过并网供电可以提高辅助逆变器(APU)的整体效力。
2、系统说明列车编组为4动4拖8节编组，每个拖车与其相邻的动车组成一个单元，编组形式如下：DTC-MC1-TC-MC1-TC-MC1-MC2-DTCDTC: 带司机室的拖车MC: 动车TC: 拖车一列车总共有4台辅助逆变器（APU)。
其中每台辅助逆变器（APU）位于一个拖车，为该编组单元的负载供电为，每两个单元间有一个母线接触器（COK），COK位于切除接触器箱(CCB)中。
城市轨道交通车辆辅助供电系统概述
2 辅助供电系统的基本特性
车辆设置了3条中压母线接触器电路，辅助供电系 统的中压母线由并联的辅助逆变器供电，中压母 线贯穿于整趟列车，对整趟列车的中压负载同时 供电；母线接触器用于对辅助电源与中压母线进 行隔离。正常情况下，母线接触器处于闭合状态， 并且所有的辅助电源处于并联供电模式；当发生 母线短路故障时，母线接触器可以将短路母线隔 离，确保至少有1台空压机可以正常工作。 根据对交流负载的计算，辅助供电系统须向8节编 组列车提供的最大总功率约为370 kW。考虑到任 意一台辅助电源故障时不切除车辆负载，在A、C 车上各安装一台SIV，每台SIV的输出功率总容量 为160 kW；在A车上安装一台蓄电池充电机 （DC/DC），输出功率总容量为30 kW。8节编 组列车配置4台SIV、两台蓄电池充电机，SIV通过 并联供电向8辆编组列车的负载供电。
城市轨道交通车辆辅 助供电系统概述
1 辅助供电系统的供电和备组成
辅助供电系统的运行独立于牵引系统，为保证辅助供电系统的 高可用性及通过断电区时避免电压中断，设置列车DC 1 500 V辅助专用高压母线。通过辅助专用高压母线将列车4台辅助 电源输入端并行连接起来，并设置母线熔断器F1进行保护。车 辆辅助供电系统的作用是保证动车组主电路设备正常工作，为 能自动控制动车组提供条件，并使动车组具备良好的乘坐条件。 1. 辅助供电系统的供电 辅助供电系统是向列车提供交流380 V和低压110 V的供电系 统，系统主要包括辅助逆变器（将直流1 500 V逆变成三相交 流380 V、50 Hz）、蓄电池充电机（将直流1 500 V转换成直 流110 V电源）、蓄电池（备用电源，提供DC 110 V电源） 等。 辅助供电系统的主要供电线路如下： （1） 通过受电弓从接触网直接取得1 500 V的电压。 （2） 通过充电机熔断器向充电机提供1 500 V的电压。 （3） 通过辅助熔断器向辅助逆变器提供1 500 V的电压。 （4） 通过辅助母线式熔断器和辅助母线接触器向另一单元列 车的辅助供电系统提供1 500 V的电压。
CRH1型动车组辅助供电系统的功能和监控概述
CRH1型动车组辅助供电系统的功能和监控
概述
一、辅助供电系统的监控原理
1.当列车正常运行时，辅助电源系统的大多数功能自动受到监控，不需要处理。
2.本系统由本地的与列车中央电脑系统TCMS通信的牵引控制系统进行监控。
二、辅助供电系统正常操作原理
1.当启动牵引系统时，辅助逆变器将得到DC环节电压的供电。
(1)在DC环节电压达到正确限值以后，系统自动启动。
(2)5个辅助逆变器之一，会首先为公用三相总线供电。
(3)闭合自身的三相隔离接触器并实施软启动。
2.三相AC总线得到供电后，其他逆变器将其振幅、频率和相位继电器同步后的电压供给三相AC总线，然后闭合隔离接触器。
当关闭系统时，首先关闭逆变器，再断开隔离接触器。
3.当对三相AC总线供电/断电时，电池充电器会自动启动/关闭。
三、辅助供电系统救援回送操作原理
辅助供电的功能与正常操作模式相同。
四、辅助供电系统固定电源操作原理
1.当连接固定电源时，三相总线的负载容量会受到限制。
2.在这种模式下，电池充电器成为主负载，其启动方式与正常操作模式相同。
五、三相辅助供电系统接地操作原理
正常运行时，应使用接地开关将三相辅助供电系统在Tp 车内接地，这就避免了启动辅助逆变器模块的可能性。
六、辅助供电系统外部三相电源连接操作原理
可以通过Tp或Mc车上的插座连接外部400V三相电源。
在车库或列车救援时使用这种电源。
只要连接了外部电源，司机操控台面板B2上的外接电源显示绿灯即亮。
地铁车辆辅助逆变器工作原理
地铁车辆辅助逆变器工作原理宝子们，今天咱们来唠唠地铁车辆辅助逆变器这个超有趣的东西。
你看啊，地铁在地下跑，它得有好多设备来保证正常运行呢，辅助逆变器就是其中一个默默奉献的“小能手”。
咱先来说说这个辅助逆变器到底是干啥的。
地铁车厢里有好多设备需要用电，像空调啊，照明啊，还有那些给乘客充电的插座之类的。
这些设备用的电可不能是那种随便的电，得是经过处理的合适的电。
辅助逆变器就像是一个神奇的电力魔法师，它把从地铁主电源来的电进行各种变化，变成这些设备能用的电。
那这个电是怎么变的呢？其实就是一种转换的魔法啦。
地铁的主电源的电可能是高压直流电之类的，这对于空调那些设备来说就像洪水猛兽，根本没法直接用。
辅助逆变器就把这个直流电变成交流电。
这个过程就像是把一种语言翻译成另一种语言，直流电说的是一种“电的语言”，交流电又是另一种“电的语言”，辅助逆变器就是那个翻译官。
而且啊，这个交流电还得有合适的电压和频率呢。
就像我们的手机充电器，它得输出合适的电压才能给手机充电，电压太高会把手机充坏，太低又充不进去。
辅助逆变器也是一样的道理，它把电压调整到设备需要的数值，比如说空调需要220V的交流电，它就能把从主电源来的电变成220V的交流电。
频率也是很重要的哦，不同的设备对交流电的频率也有要求，辅助逆变器就像一个超级精准的调音师，把频率也调整得刚刚好。
你想啊，要是没有辅助逆变器，地铁车厢里得多糟糕。
夏天的时候，没有空调吹，那简直就是一个大蒸笼，乘客们都得热得像热锅上的蚂蚁。
照明要是没有合适的电，可能就忽明忽暗的，像鬼屋一样，多吓人呀。
还有那些想给手机充电的乘客，就只能干瞪眼啦。
辅助逆变器里面呢，其实是有很多小零件在协同工作的。
有一些电子元件就像是小士兵一样，各司其职。
比如说有一些晶体管之类的东西，它们在电路里就负责控制电流的走向。
这就好比在一个大的交通系统里，有交警在指挥交通，让车辆（电流）按照正确的路线走。
还有一些电容啊，电感啊，它们就像是小仓库，一会儿储存电能，一会儿又释放电能，来保证电的稳定供应。
CRH2型的辅助供电系统
CRH2型的辅助供电系统1、辅助电源装置（APU ）概述辅助供电系统采用干线供电方式，电源系统贯穿全车。
每列车设置2台辅助电源装置，安装在1、8号车体彻底下，分别向4辆车提供辅助电源。
当一台辅助电源装置发生故障时，可以通过另一台辅助电源向全列车提供辅助电源。
动车组在2，4，6号车上分别设有一个蓄电池箱，外部车体侧面装有连接外部电源的插座（AC400V 、单相、50HZ ），M2车（2号车及6号车）上各有一处。
车辆检修基地设置有外部电源，可共辅助电路工作。
辅助电源装置有APU 输入辅助整流器、PWM 三相输出逆变器、逆变器输出变压器、CVCF 输出变压器、辅助变压器等组成。
CRH2动车组辅助供电系统由牵引变压器3次辅助绕组提供电源，采用干线供电方式，按各电源系统贯穿全列车。
和牵引变压器3次线圈直接连接的系统中，连接有空调装置，换气装置以及ATP 主控电源。
辅助电源装置向以下5个系统提供电源：非稳压单相AC 100V 系统；稳压单相AC 220V 系统；稳压三相AC 400系统；稳压DC100V 系统。
辅助供电系统包括：非稳压单相AC 100V 系统；稳压单相AC 100V 系统；稳压单相AC 220V 系统；稳压三相AC 400V 系统；稳压DC 100V 系统。
非稳压单相单相稳压单相稳压三相稳压空调、显示器等供暖装置广播、ATPCRH2动车组辅助供电系统工作原理图非稳压单相AC 100V 系统，有辅助变压器（A Tr ）仅将牵引变压器辅助绕组AC 400V 电压直接降压至AC 100V ，向热水器等容许电压变动的符合供电。
稳压AC 100V 、AC 220V 、和稳压DC 100V 需要使用辅助电源装置与AC 400V 隔离，并进行降压和稳压。
稳压三相AC 400V 与牵引系统相关的辅助设备（通风机，牵引变流器等）连接。
DC 100V 系统向机车的控制电源，车厢照明、蓄电池等供电。
2、工作原理APU 的输入电源是牵引变压器三次辅助绕组输出的AC 400V ，通过可控硅混合电桥变换成直流电，该直流电通过PWM 三相逆变器变成交流电，通过逆变器输出变压器提供AC 400V 三相50HZ 电源。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
地铁动车组三相辅助逆变器电源
Three 2phase Auxiliary Inverter Power Supply Applied to Subway Vehicle 广州地铁运营公司 陈国清 (广州 510380)
12脉冲控制技术广泛应用于电压源逆变器
(VSI ),其开关频率只为基波的3～5倍,却可获得优良的正弦波输出。
由于开关频率低,使得它特别适用于要求电磁干扰(EM I )和损耗很低或基波频率较高的大容量逆变器中。
正常输出功率为75kW 的广州地铁动车组三相辅助电源静止逆变器采用的就是这种技术。
1 地铁辅助逆变器主要规格
正常输入电压:1500V ;正常输入电压范围:1000～1800V ;最小/最大工作电压范围:950/1900V ;瞬态抑制:根据IEC411-5;原理:12脉冲IG B T 逆变器;正常交流输出电压:3×380V (±5%),有中点;频率:50Hz (±0.1%);正常输出功率:75kW ;最大输出功率:150kW (5秒);电隔离:由变压器实现;输出波形:正弦波;波形畸变:<15%有效值;总效率:>90%(1500V 满负载)。
2 逆变器主电路结构
主电路结构如图1
所示。
图1 辅助逆变器主电路图
3 12脉冲逆变器基本构成
12脉冲逆变器的基本构成如图2所示。
它主
要由逆变桥和输出变压器两部分组成。
逆变桥部分由两个结构一样的三相逆变桥组成,两个逆变桥均由有30°相位移的脉冲控制,使得两个输出变压器上的波形也有30°的相位移。
输出变压器的典型连接如图2所示,Dy 型变压器T 1和Dz 型变压器T 2的初级都是三角形连接,T 2的次级采用之字形连接,然后与T 1的次级串联输出。
六个电压输出相对于直流负端都具有相同的波形,都是周期为T ,幅度为0或1/2E 的周期波,这些周期波含有不连续谐波。
两个输出变压器均具有同样的额定容量和电压变比,因此,T 1次级的匝数应为T 2次级的3
倍。
图2 12脉冲逆变器原理图
4 控制原理
构成12脉冲逆变器的两个逆变桥均由180°脉冲控制,但两桥有30°的相位移,2号桥的控制脉冲
超前1号桥,结果在两个输出变压器的初级均可获
得有30°相位移的矩形波线电压,如图3的(1)、(3)所示;在T 1的次级获得与初级有150°相位移的双
阶梯波相电压,如图3的(2)所示;在T 2的次级获得与初级有180°相位移的矩形波相电压,如图3的(4)所示;可知两输出相电压相位同步,两变压器串联就可获得近似正弦波的三阶梯波输出,如图3的(5)所示,再经由LC 滤波
,就可获得优良的正弦波输出。
图3 变压器波形
图中:(1)变压器初级线电压波形;(2)变压器次级相电
压波形;(3)变压器初级线电压波形;(4)变压器次级相电压波形;(5)T 1和T 2串联输出波形
图4是不同斩波宽度的120°
矩形波波形。
图4 PWM 波形图中:(1)斩波宽度为0°;(2)典型斩波宽度;(3)斩波宽
度为60°
(下转第48)9
3《电力电子技术》2000年第1期 2000.2
比较仿真与实验结果,可以看到:它们之间能较
好地吻合。
仿真结果与实验的误差主要来源于实际元件与仿真元件模型的差别,以及装置中分布参数的影响。
仿真和实验误差的百分比很小,低于2%。
考虑用复杂的元件模型来代替简单的元件模型,如将桥臂中的主管用实际所用元件模型代替———Saber 中的具体型号功率器件模型,可使结果更精确。
4 结 论
本文成功地在仿真软件Saber 上建立了电压、电流双环控制的逆变器系统模型,仿真结果和实验
数据相一致,证明了它的有效性。
Saber 包含有大量
的电力电子元器件模型库。
因此,比系统仿真软件Matlab Simulink 更适合于电力电子电路的分析和系统研究。
同时,由于它方便的模型构造方法较之普通的Pspice 仿真软件具有更强的电路和系统研究功能,将为电力电子技术的应用提供更有效的手段。
参 考 文 献
1 Analogy ,Inc.Saber Designer Introductory Course .1997.2 Analogy ,Inc.Analogy Modeling Class Using MAST.1997.3 孙剑虹.新型组合软开关PWM 功率变换器的研究[硕士
论文].浙江大学,1999.
收稿日期:1999205220定稿日期:1999209220
作者简介
丁强:男,1971年10月生,硕士生。
研究方向为电力电子技术研究及应用。
(上接第39页)
为了在大的负载范围内获得恒定的电压输出,在120°矩形波上加脉宽调制,根据输入电压变化改变斩波宽度的大小,就可获得恒定的电压输出。
5 电压均衡
根据原理图2,变压器T 1与T 2的三相交流输出可用图5向量图表示其相位关系。
图5 变压器电压向量图
将直流电压分为两部分的两逆变桥的输入电压
的平衡是由变压器的变比确定的。
以使得各逆变桥的负载分配平衡。
由图5可看出两个变压器绕组的电压关系。
设T 1次级电压为E a ,则可得T 2对应的次级电压为13E a εj π/6、13
E a ε-j π/6
,同时设输出电流为I a ,则顶部逆变桥(1号桥)负载功率为:
P 1=U 1I a =E U u 1I a +E V v 1I a +E W w 1I a =3E a I a
(1)
底部逆变桥(2号桥)功率为:
P =U 2I a |E u 1u 2+E u 2o |・I a +|E v 1v 2+E v 2o |・
2I a +|E w 1w 2+E w 2o |・I a
=313E a εj π/6
+13
E a ε-j π/6I a =31
3
E a 2cos π6I
a =3E a I a
(2)由式(1)与式(2)可得P 1=P 2,则有U 1=U 2,由此可知,当两个逆变桥串联时,其输入电压平均分配。
6 谐波消除
谐波消除分三步。
首先所有的偶次谐波因波形对称原点即f (t +π)=c -f (t )而消除。
所有的3次谐波通过变压器初级的三角连接消除。
最后5次及7次谐波通过Dz 型变压器T 2与Dy 型变压器T 1串联而消除,即假设电压输出波形为u (t ),由图5可有:
u (t )=13h (t -30°)+1
3
h (t +30°
)+h (t )(3)式中 h (t )———T 1次级波形
则可有输出谐波幅值:
U (k )=
H (k )
3
[2cos (30°k )+1](4)
式中 H (k )———T 1次级谐波
由此可知:当k =5,7,17,19,29,……(12m -6
±1)时,U (k )=0;当k =1,11,13,23,25,……(12m ±1)时,U (k )=H (k ),得输出相电压中最低谐波为11次。
收稿日期:1999203215定稿日期:1999206202
84《电力电子技术》2000年第1期 2000.2。