辅助供电系统(修改).ppt

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1、第二节 动车组辅助供电系统,概述,一、辅助电源系统的作用1、提供三相交流输出：向牵引变流器通风机、牵引电机通风机、牵引变压器通风机、压缩机等车上设备提供三相交流输出。,2、提供单相交流输出 向空调控制、显示器、水泵装置、辅助制动等提供电力装置提供单相交流输出。3、提供直流输出 给辅助电路、监视装置、制动装置、关门装置、牵引变流器控制等电力设备提供直流输出。,二、逆变器的基本情况介绍,1、逆变的概念：逆变与整流相对应，直流电变成交流电。交流侧接电网，为有源逆变。交流侧接负载，为无源逆变。,2、逆变电路的基本工作原理,以单相桥式逆变电路为例,S1S4是桥式电路的4个臂，由电力电子器件及辅助电路组成

2、。,输出电压,输出电压,S1、S4闭合，S2、S3断开时，负载电压uo为正。,S2、S3闭合，S1、S4断开时，负载电压uo为负。,逆变电路最基本的工作原理 改变两组开关切换频率，可改变输出交流电频率。,电阻负载时，负载电流io和uo的波形相同，相位也相同。,阻感负载时，io相位滞后于uo，波形也不同。,根据直流侧电源性质的不同,3、逆变电路的分类,电压型全桥逆变电路,(1)直流侧为电压源或并联大电容，直流侧电压基本无脉动。(2)输出电压为矩形波，输出电流因负载阻抗不同而不同。(3)阻感负载时需提供无功功率。为了给交流侧向直流侧反馈的无功能量提供通道，逆变桥各臂并联反馈二极管。,电压型逆变电路

3、的特点,图5-11 电流型三相桥式逆变电路,电流型逆变电路,一般在直流侧串联大电感，电流脉动很小，可近似 看成直流电流源,吸收换流时负载电感中存贮的能量,电流型逆变电路,(1)直流侧串大电感，相当于电流源(2)交流输出电流为矩形波，输出电压波形和相位因负载不同而不同 电流型逆变电路中，采用半控型器件的电路仍应用较多,电流型逆变电路主要特点,电流型逆变电路和电压型逆变电路的不同,大多数电压型逆变电路都采用全控型器件，换流方式为器件换流。采用半控型器件的电压型逆变电路已很少应用。而电流型逆变电路采用半控型器件的电路仍应用较多；电流型逆变电路就其换流方式而言，有的采用负载换流，有的采用强迫换流。,4

4、、三相电压型逆变电路,三个单相逆变电路可组合成一个三相逆变电路应用最广的是三相桥式逆变电路可看成由三个半桥逆变电路组成,180导电方式,每桥臂导电180，同一相上下两臂交替导电，各相开始导电的角度差120 任一瞬间有三个桥臂同时导通,每次换流都是在同一相上下两臂之间进行，也称为纵向换流。,三相电压型逆变电路工作波形,负载各相到电源中点N的电压：U相，1通，uUN=Ud/2，4通，uUN=-Ud/2。,负载线电压,负载线电压,5、三相电流型逆变电路,电流型三相桥式逆变电路的输出波形,基本工作方式是120导电方式每个臂一周期内导电120每时刻上下桥臂组各有一个臂导通，横向换流,主要用于中大功率交流

5、电动机调速系统电流型三相桥式逆变电路各桥臂的晶闸管和二极管串联使用强迫换流方式，电容C1C6为换流电容,串联二极管式晶闸管逆变电路,换流电流从一个支路向另一个支路转移的过程。,开通：适当的门极驱动信号就可使器件开通。关断：全控型器件可通过门极关断。半控型器件晶闸管，必须利用外部条件才能关断。一般在晶闸管电流过零后施加一定时间反压，才能关断。,6、逆变器中换流概念,1)器件换流（Device Commutation）利用全控型器件的自关断能力进行换流。在采用IGBT、电力MOSFET、GTO、GTR等全控型器件的电路中的换流方式是器件换流。,换流方式分类,2)电网换流,电网提供换流电压的换流方式

6、。将负的电网电压施加在欲关断的晶闸管上即可使其关断。不需要器件具有门极可关断能力，但不适用于没有交流电网的无源逆变电路。,3)负载换流,由负载提供换流电压的换流方式。负载电流的相位超前于负载电压的场合，都可实现负载换流。如图是基本的负载换流电路，4个桥臂均由晶闸管组成。,4)强迫换流,设置附加的换流电路，给欲关断的晶闸管强迫施加反压或反电流的换流方式称为强迫换流。通常利用附加电容上所储存的能量来实现，因此也称为电容换流。,换流方式总结,器件换流适用于全控型器件。其余三种方式针对晶闸管。器件换流和强迫换流属于自换流。电网换流和负载换流属于外部换流。当电流不是从一个支路向另一个支路转移，而是在支路

7、内部终止流通而变为零，则称为熄灭。,利用半导体开关器件的导通和关断把直流电压调制成电压可变、频率可变的电压脉冲列。中间部分较宽，越向两侧越窄。,三、PWM（Pulse Width Moderation）脉宽调制,U,t,等效波形,SPWM调制：采用三角波和正弦波相交获得的PWM波形直接控制各个开关，可以得到脉冲宽度和各脉冲间的占空比可变的、呈正弦变化的输出脉冲电压，能获得理想的控制效果：输出电流近似正弦载波频率必须高，才能保证调制后得到的波形与调制前效果相同。,SPWM调制原理图,SPWM调制,自然采样,1、单极性正弦脉宽调制(a)输出电压波(b)两种控制电压波的相交,2、双极性正弦脉宽调制(

8、a)三角形载波 与正弦调制 波的相交(b)输出相电压波,3、脉宽调制（PWM）控制示意图,正常输出,调压（通断周期不变，调整通断时间的比例）,调频（通断时间的比例不变，改变通断周期）,4、脉宽调制关键技术,电子开关元件（IGBT、IPM）开关频率变频控制方法（V/F控制、矢量控制）,绝缘门极双极型晶体管（IGBT）,IGBT是一种MOSFET与GTR（大功率双极型晶体管）的复合器件。,C,G,E,IGBT原理示意图和符号,C,G,E,门极,发射极,集电极,IGBT是一种既能控制 其导通又能控制其关断的功率半导体器件，当门极加上一定的正向电压时管子导通，而当门极加反向电压时，管子则被关断。,门极

9、电压 UG UG(th),IGBT导通,集电极电流IC 由门极电压UG控制,IGBT需专用门极驱动电路,ui高电平时导通,低电平时关断.既可控制导通又可控制关断,全控型器件.,门极电压 UG UG(th),IGBT关断,IGBT的工作特点,IGBT 功率模块图,IGBT或IPM内部都集成了续流二极管,IPM,IPM是一种智能型模块，是把IGBT的驱动电路、保护电路及部分接口电路和功率电路集成于一体的功率器件。,IPM 智能功率模块,外形图,内部结构示意图,IGBT和IPM分为单单元和双单元两种：单单元：指一个模块包含上下桥臂的一个 IGBT（或IPM）双单元：指一个模块包含上下桥臂的两个 IG

10、BT（或IPM）6只单单元器件或3只双单元模块可构成三相逆变器的主电路。,IGBT的散热器形式,目前主要有两种:翅片式散热器 材料一般均采用铝；热管散热器 它的基板及热管的材质为铜，散热翅片的材质为铜或铝，内部循环的冷却液是水或酒精。,IGBT的翅片式散热器形式,热管散热器形式,开关频率,在脉宽调制情况下，单位时间内(1S)基波的周波数叫做工作频率，在单位时间内(1S)一个功率电子元件的开关次数叫“开关频率”。,变频控制方法一：V/F控制,简单实用，性能一般，使用最为广泛 只要保证输出电压和输出频率恒定就能近似保持磁通保持恒定。例:对于380V 50Hz电机，当运行频率为40HZ时，要保持V/

11、F 恒定，则40HZ时电机的供电电压:380（40/50)304V 低频时，定子阻抗压降会导致磁通下降，需将输出电压适当提高。,变频控制方法二：矢量控制,性能优良，可以与直流调速媲美，技术成熟较晚 模仿直流电机的控制方法，采用矢量坐标变换来实现对异步电机定子励磁电流分量和转矩电流分量的解耦控制，保持电机磁通的恒定，进而达到良好的转矩控制性能，实现高性能控制。性能优良，控制相同复杂，直到90代计算机技术迅速发展才真正大范围使用。,CRH2动车组辅助供电系统介绍,一、CRH2动车组的辅助供电系统概况,1、辅助供电系统 辅助供电系统采用干线供电方式，电源系统贯穿全列车。每列车设置2台辅助电源装置，安

12、装在1号车（T1c）及8号车（T2c）的车体的底下，分别向4辆车提供辅助电源。2、4、6号车上分别设有一个蓄电池箱。,全列动车组共设有3组控制蓄电池（国产化以后设5组控制蓄电池)，蓄电池组容量可维持应急用电量两小时。运行过程中，蓄电池组可在线路上充电。,每车上有两个单相AC220V 的插座；2、6号车号车车体侧面有单相外接电源插座，单相AC400V/50Hz,车辆检修基地、检查库应设有相应的单相AC400V/50Hz外部电源，供动车组辅助电路的工作。,动车组辅助供电系统构成图,辅助供电系统主要供电设备,辅助供电系统向牵引变流器通风机、牵引电机通风机、牵引变压器通风机、压缩机等车上设备提供三相交

13、流输出，给辅助电路、监视装置、制动装置、关门装置、牵引变流器控制等电力设备提供直流输出，给空调控制、显示器、水泵装置、辅助制动等提供电力装置提供单相交流输出。,3、辅助电源系统的特点,冗余性 辅助系统采用冗余设计，在动车组上安装2台牵引变压器，其辅助绕组输出至辅助电源装置的AC400V电压分别供电给4节车厢。当一台牵引变压器故障时，为了使另一台正常运转，牵引变压器能够通过辅助绕组向8节车厢供电，设置了用于切换的辅助绕组电源感应回路。,由于设置了专门用于切换的扩展供电回路，使得辅助电源装置的输出容量的设计能够在故障时用一台正常运转的辅助电源装置向整列车供电。因此，当一台辅助电源装置故障时无需减少

14、负荷。,全列动车组共设3组控制蓄电池，蓄电池组容量可维持应急用电量两小时。运行过程中，蓄电池组可在线路上充电。,动车组车外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，可供辅助电路的工作。,可靠性 辅助系统设有完善的安全接地措施以及自诊断功能和故障保护功能。在列车信息控制系统和辅助电源装置之间设置自诊断功能接口，由列车信息控制系统实施。,现代化的电路方式,电路采用IGBT单相变频器IGBT双变相的方式，使用1200A,1700V的IGBT，通过使用大电流，耐高压元器件，来谋求小型化，轻量化。,控制部,控制部通过采

15、用DDC控制，具有了故障跟踪机能、以期达到保养方面的省力化。,图,辅助供电系统（APU）尺寸,部件配置图,辅助整流器（）外观尺寸,部件配置图,2、辅助电路的电源来源,从搭载在2号车（M2）、6号车（M2）车的牵引变压器（MTr）的3次绕组得到。2号车（M2）、6号车（M2）的牵引变压器的3次绕组电源AC400V、50Hz分别通过电磁接触器ACK1被连接到贯穿线704、754线系统。设置在4号车（T2）的延长供电用的电磁接触器ACK2平时开启，以防止来自2号车（M2）、6号车（M2）系统的电源的混接触。,3、辅助供电系统（APU）电压种类,非稳定单相ACl00V系统、稳定单相ACl00V系统、稳

16、定单相AC220V系统、稳定三相AC400V系统、稳定DCl00V系统。,辅助供电系统（APU）电压输出电路示意,AC400V3相50Hz,AC100V单相50Hz,AC220V单相50Hz,22kVAAC100V单相50Hz,（APU）输出电压参数,非稳压单相ACl00V系统,由辅助变压器(ATr)仅将牵引变压器辅助绕组的AC400V电压直接降压至ACl00V，向热水器的加热器等容许电压变动的负荷供电。,稳压ACl00V AC220V系统和稳压DCl00V系统,使用辅助电源装置降压和稳压，并且与AC400V实现隔离。稳压DCl00V系统向车辆的控制电源、车厢照明、蓄电池等供电。,需要提供单相

17、交流输出的设备包括：空调控制、显示器、水泵装置、辅助制动 等电力装置。,需要提供直流输出的设备包括：辅助电路、监视装置、制动装置、关门装置、牵引变流器控制 等电力设备,稳压三相AC400V,需要提供三相交流输出的设备主要与牵引系统相关，包括：牵引变流器通风机 牵引电机通风机 牵引变压器通风机 压缩机 等车上设备,二、辅助供电系统（APU）构成,由：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、辅助变压器等构成。其中，逆变器箱及辅助整流器箱是辅助电源装置(APU)的基本单元。,1、辅助电源系统的构成：,辅助电源系统主要由牵引变压器（MTr）的3次绕组、辅助电源

18、装置（APU）、辅助整流装置（ARf）、辅助变压器（ATr）、变压器（TR3）和变压器（TR4）等部分构成。,辅助供电系统供电原理图,1、辅助供电装置（APU）的原理,APU的输入电源是牵引变压器辅助绕组输出的单相AC400V，通过可控硅混合电桥变换成为直流电。该直流电通过PWM三相逆变器变换成为交流电，通过逆变器输出变压器提供AC400V三相50Hz电源。CVCF输出变压器将AC400V三相电源变换成单相AC220V、ACl00V的稳压电源。辅助变压器将牵引变压器辅助绕组的AC400变换成另一单相ACl00V电源。,辅助供电系统电路图,2、辅助供电系统（APU）中各主要设备的作用,牵引变压器

19、 牵引变压器将架线电压25kV 变换成装置的输入电压AC400V，同时也担负辅助电源装置对架线的绝缘作用。,AC400V,输入滤波回路 输入滤波回路是降低从架线流入到脉冲整流器/逆变器上的高频电流。,IGBT脉冲整流器 脉冲整流器将牵引变压器的单相交流输出电压变换成直流的恒定电压。控制方式采用使用了大容量IGBT的脉宽调制方式（PWM）。,AC400V,DC800V,DC环形回路 滤波电容器将稳定的直流电压供给给后段的逆变器。APU停止时，滤波电容的放电由DCHK进行。,IGBT逆变器 逆变器将直流电压变换成为恒频恒电压的3相变流电压。,3相AC400V,AC滤波回路 AC滤波回路降低逆变器输

20、出电压中的由于切换所产生的高频电压、让其输出畸变很小的正弦波。,输出接触器 输出接触器3phMK担负切断和辅助电源装置间的负荷的作用。,冷却系统 辅助电源（APU）的冷却采用散热器+强迫风冷方式。,辅助整流器ARf电路图,5、动车组的辅助供电系统的布线,动车组的辅助供电负载图,交流电路 辅助电源装置(APU)，有供给3相400V10%、50Hz的稳定化电源的逆变器(SIV)及把牵引变压器3次绕组电压进行降压的辅助变压器(ATr)的2种电源。此外，整流器箱(ARf Box)的内部设置有接受SIV的输出电力，向302线及202线提供单相220v及100v10、50Hz的稳定化电源的恒压变压器(CV

21、T)。,14号车交流布线示意图,58号车交流布线示意图,直流电路 直流电源系统中，由于用电设备的不同，需要的直流电源的电压不同，车辆布线中已经加以考虑。设置了102线、103线、103B线、115线、118A线等六条直流贯穿线。,14号车直流布线示意图,58号车直流布线示意图,6、蓄电池的运用说明,（）在停电时，应具备能够使辅助设备等工作30 分钟以上的容量。（）设置具备足够容量的蓄电池组，供紧急状态时使用。作为应急用电力，至少应持续工作2 小时。蓄电池组在运行时通过线路充电。（）当来自车辆外部的供电停止时，仅通过蓄电池应能够向车厢内照明、列车无线通信、广播装置、前后车外标识灯以及紧急换气（从

22、国产化阶段的第18 列编组开始采用）等装置提供2小时以上的供电。,停电时由蓄电池提供电能的装置,蓄电池承受负荷时的状态可以考虑为以下两种情况：第1种情况：架线停电、或者两台APU 发生故障时（技术条件：能够工作30 分钟以上的装置）作为架线停电时的负荷，相当于115 线以外的DC100V 负荷。（103 线、103B 线系统）,第2种情况：紧急待机时（技术条件：能够供电2 小时以上的装置）在拔出制动手柄的位置，进行紧急待机开关操作。作为操作紧急待机开关时的负荷，相当于103B 线负荷。,DC110V 的主要负载表(由蓄电池提供）,CRH1动车组辅助供电系统介绍,一、概述,受电弓从接触网25kV

23、、50Hz单相交流电受流，通过网侧线路断路器连接至牵引变压器原边绕组上。经牵引变流器的网侧变流器LCM，变流成为1650V直流电。辅助变流器模块ACM的输入端接DC1650V连接电压，输出端为三相交流电压，向列车辅助用电设备供电。,CRH1辅助电源系统图,网侧变流器模块（LCM）,930AC,1、网侧变流器模块（LCM）,网侧变流器模块（LCM）是电力牵引系统的一部分，LCM将主变压器的二次绕组输入的AC930V电压转换成DC1650V电压。同时LCM为电机变流器模块（MCM）和辅助变流器模块（ACM）提供DC电压。,网侧变流器模块（LCM）工作原理图,输入AC930V电压,输出DC1650V

24、,2、CRH1辅助供电电系统构成,动车组具有五个5辅助变流器输出电压:3相 230/400 V,50 Hz正常输出功率（每个辅助变流器)140 kVA 动车组总输出功率700 kVA.,CRH1辅助供电电系统图,列车三相交流380V电网,辅助变流器,牵引变流器外形图（其中设有辅助变流器模块）,变流器参数长810mm宽610mm高350mm重量125kg,牵引变流器结构图,牵引变流器结构图,辅助变流器工作原理图,A 辅助变流器模块ACM（设在牵引变流器箱内）B 滤波器箱 C 三相感应器 D 三相变压器 E 三相电容器,输入DC1650V,输出三相AC380V,辅助变流器电路图,DC1650V,M

25、ain transformer,Train heating transformer,Line power converter,HVAC,pumps,fans,compressors etc.,Battery charger,230V 16.7 Hz single phase,3、辅助电源交流400V系统图,Auxiliary power converter,Heater units,3x400V 50Hz,420V 16.7 Hzsingle phase,1000V 16.7 Hz,Connection,external3-phase AC voltage3x400V 50Hz,Connect

26、ion,externaltrain heating power supply 1000V 16.7Hz,Filter box,交流负载,三相输出电压由辅助变流器模块（ACM）测量和控制，交流负载主要包括：空调装置 各类冷却风机 空气压缩机 充电器输入,3、辅助电源直流110V系统图,Train heating transformer,Battery charger,230V 16.7 Hz single phase,3x400V 50Hz,Auxiliary power converter,3x400V 50Hz,420V 16.7 HzSingle phase,110V DC,110V DC

27、,Battery,Emergency power supplyConsumers,Consumers,Lines and text marked red in the diagram symbolise the battery system.,External train heating socket 1000V 16.7 Hz,External 3-phase AC voltage socket3x400V 50Hz,直流110V电源负载,充电器,充电器模块电路图,充电器的输入和输出,动车组有五个充电器对应五组蓄电池，分 别设置在MC1,MC2,M1,M2 and M3上。充电器参数：充电器

28、输入3相交流400V,50 Hz 充电器输出电压 直流 100V 输出功率 22 kW。,蓄电池系统,蓄电池系统的110V由IGBT 逆变器提供蓄电池母线贯穿车辆蓄电池供电分成三个组（与牵引单元对应）蓄电池箱具有并联的双份蓄电池组如果电压水平低于97V 蓄电池系统的一部分将被断开,充电电路图和蓄电池供电电路,两组并联蓄电池,蓄电池和蓄电池箱,蓄电池为镉镍电池电池的容量:200 Ah动车组共有五个蓄电池箱，分别设在Mc1,Mc2,M1,M2 and M3 车上。蓄电池箱中有82块电池，组成两个相互独立的部分，每个部分有41块。同时在Tp1,Tp2 and Tb 车上设有用于连接辅助系统和电池系统

29、的接线箱。,蓄电池参数,电压（Nominal voltage）110V.容量（Nominal capacity）200Ah.镉镍电池（Nickel cadmium batteries）.重量（Weight）572 Kg.,蓄电池箱,1.The guides on which the battery box is pulled out2.Battery fuses3.Lockable gates4.Battery cells,蓄电池在蓄电池箱内的布置情况,车下蓄电池的维护,CRH5型动车组辅助供电系统介绍,一、CRH5型动车组辅助供电系统概述,二、CRH5型的辅助供电系统构成,编组中的1、2、4

30、、7和8车中各配有一台辅助变流器及相应的控制器，与相应的牵引变流器位于同一机箱中，可直接从牵引中间级滤波器获得电源。,通过布置在动车内的5台辅助变流器保证中压馈电（三相400 V 50 Hz）。系统由两根四极配电线路组成；每台辅助变流器负责向连接在相应400 VAC 50Hz 3-相线路上的中压负载供电。,辅助供电系统构成图,中压负载,辅助变流器,三、辅助供电系统车下安装图,辅助供电系统安装尺寸图,车端电气连接图（HV、MV和LV端子板）,辅助电气系统的连接,中压接触器 在正常和故障条件下，中压线路配置的接触器均可设计用于中压线路。它属于带辅助触点(1 常开+1 常闭)的四极单稳式接触器。,车

31、辆间电气系统的连接图,四、辅助供电系统（中压部分）的性能,额定电压400V 三相50Hz+零线 电压变化5%谐波失真10%额定频率50Hz频率变化2%,五、中压负载的保护,为避免由于中压用电单元故障造成配电线路故障，可通过硬件（如：自动开关,可手动恢复的热继电器）和软件（车辆逻辑会防止造成故障的接触器闭合）的适当保护功能实现隔离开关。,中压负载的保护装置图,六、辅助变流器（辅助供电系统的主要设备之一）,编组中的1、2、4、7和8车中配有一台辅助变流器及相应的控制器，与相应的牵引变流器（CONVTRAZAUX）位于同一机箱中，可直接从牵引中间级滤波器获得电源。,1、辅助逆变器电路图,辅助变流器器

32、级采用开关频率为1950Hz的 PWM 技术，由3台双IGBT 和相关反并联二极管组成;每台双IGBT组成三相中的一支。辅助变流器的主要任务是将输入直流电压（600 VDC）转为三相+中性线的400 VAC/50 Hz系统电压，供车载中压电路使用。,从电路方面考虑，辅助变流器的结构包括：一个单极式线路隔离开关（KAUX）。一台输入滤波器。2台可重新配置的降压斩波器。2台高频变压器。2台单相桥式整流器。,一台中间级滤波器。一台3相辅助逆变器。一台输出滤波器。一台EMI滤波器，用于减少输出中压供电单元上的电磁噪音。一个输出远程控制开关（TLU），用于将故障条件下的辅助逆变器与三相线路隔离。一个电控

33、开关，带有一台微处理器。一个手动隔离开关（SMT400），可将变流器内部的三相线路接地。,一台LC 型三相输出滤波器用来限制输出电压的谐波成分；该滤波器由感应器 LU1、LU2 和 LU3 以及三相电容器 CU1、CU2和 CU3组成。中性连接穿过输出电容器的星形连接中心。控制和保护操作通过位于输出远程控制开关（TLU）进线端的一台电压传感器和相线上的电流传感器实现。,输入滤波器,LC型输入滤波器，由一台 200 H 感应器(LAUX)和 4 台160 F电容器(CAI11,CAI12,CAI21 and CAI22)组成，并通过隔离开关KAUX直接连接在与牵引逆变器并联的牵引中间级滤波器上。

34、,滤波器被设计为：当供电电压发生变化时，2台降压斩波器的输入电压将受到限制；此外，电压传感器（TV3）持续测量输入滤波器上的电压，以使辅助变流器在预设变化范围内运行。,输入滤波器原理图,高频降压斩波器,该斩波器为单相辅助变流器，由2台高频（4 kHz）降压斩波器组成。,降压斩波器的主要任务为,转换辅助变流器运行所需的600VDC输入电压。在输入电压和辅助逆变器供电电压之间放置一台工频变压器（TR1 TR2），以保证两者之间的电隔离。斩波器输出级使用由8个高频二极管组成的2个单相整流电桥，以及由1个1mH电感（LAUC）和1个980 F电容（CADC）组成的1个阻容（LC）式中间级滤波器，工作在

35、2倍于降压斩波器频率的工作频率（8kHz）。,高频降压斩波器原理图,输出滤波器,为了减少辅助变流器输出的电磁噪音，应依照标准EN 50121-3-2使用位于中压供电单元和低压输出处的滤波器。,输出滤波器电路图,2、辅助变流器的特性,类型：双级输入额定电压：3200-3700V CC（中间极滤波器获得）半导体冷却：水和乙二醇溶液输出电压：400 VAC 50 Hz,辅助变流器功率限值,3、辅助变流器的负荷种类,主压缩机供暖系统驱动压缩机驱动风扇系统牵引变流器冷却泵油泵充电机卫生间系统,4、辅助变流器的控制器,每台辅助变流器控制器，都带有一台微处理器，根据测得的输入电压/电流和产生的输出电压/电流

36、，通过生成适用于IGBT和相应机电部件的指令驱动辅助变流器的功能。可通过适当的电压和电流传感器读取参数。调整逆变器IGBT时，应将输入电流的波形调整为纯正弦波，以便显著改善输入功率因数。,此外，控制器可提供适当的电保护，该控制器可在以下模式下关闭辅助变流器：在以下情况下暂停 电源电压浪涌超过允许值。过载或短路。过温干涉。,在以下情况下永久性关闭 三相输出中缺少一个相位。400 VAC线路上的变流器反复发生外部短路。内部短路。辅助控制器和车辆逻辑之间通过一根冗余 MVB串行线路进行通信。,一或两台辅助变流器故障情况下，继续工作的变流器可通过KLx接触器上适当的自动切换装置向中压负载供电。,5、辅

37、助变流器自动切换装置,自动切换装置用接触器的配置一览表,安装在车3、车4、车5和车6上接触器的配置,自动切换装置的动作一,仅接通2台辅助变流器时：若两台辅助变流器属于同一个牵引单元（1和2或7和8），KL3接触器被切换至开断位置，A和B 3相列车线路分别沿列车上电（KL2 和 KL4 接触器闭合）。,自动切换装置的动作二,2台工作辅助变流器中，若其中一台为4号，列车则被分为2半。两台辅助变流器由同一台变压器供电，但分别供给2个不同的列车部分。,自动切换装置可以控制的设备,根据运行要求，应接通以下设备：2台压缩机中的一台2台变压器中的一台5台牵引变流器中的3台20台牵引电机通风设备中的12台8个

38、充电机中的6个,自动切换装置的控制原则一,当一台压缩机和2个充电机关断时，牵引和电气制动可用性能为60%。可保证车厢通风和对卫生间的基本维护。所有舒适负载,如空调和供暖系统，将根据实际的可用功率相应降低。,自动切换装置的控制原则二,仅接通一台辅助变流器时配置中压线路，使所有负荷处于并联运行状态。当一台压缩机和2个充电机关断时，牵引和电气制动可用性能为60%。需保证车厢通风和对卫生间的基本维护。所有舒适负载均将被关断，但是由于低压性能尚未降低，仍可保证所有紧急和安全性能，如紧急照明和通风。,七、充电机（辅助供电系统的主要设备之二）,在每个底架下有一个15kW的充电机(一共8个)。15kW充电机的

39、目的为:由400VAC/50Hz的三相供电压(由辅助变流器提供的)变成24VDC的额定连续电压。,从0 V到最终充电电压给电池提供恒电流。一旦充满,充电机成为按照电池温度的补偿电压的电压发电机。保证提供24VDC负载低电压。所有充电机是并联的.保证在三相提供电压和24VDC电压之间的电绝缘。这个功能通过高频率隔离变压器产生。,1、充电机的主要功能,半导体功率器件:IGBT额定输入电压:400 VAC电池额定电压:24 V DC电池充满的电压(维持)29 V DC最大发电流:570 A最大29Vcc产生功率:15kW输出电压最大脉动:3.5Vp,2、充电机的特性,额定输入电压 3*400VAC(

40、10%)最大谐波畸变 10%额定频率 50Hz 2%向地介电性能试验 2000VDC-10s向地绝缘电阻的测量(500VDC)1 M,充电器输入电力参数,电池额定电压24VDC电池充满的电压（20时）29,4VDC+0/-0,5V输出电压的最大瞬间变化:按照EN50155,1.1.1 段直接/间接电压脉冲:按照EN50155,3.4 段按照电池温度的补偿电压(只在 0C温度)60mV/C(从 0C 到 50C)(温度探针Pt100)充电机自动再启动的切断水平33V for 1ms t 100ms,充电器输出电力参数,最大提供电流(包括电池电流):570(+30/-0)A总额定功率:15 kW2

41、9,4Vbatt提供给电池的最大电流:92(6)A最大电压脉冲(非接通电池):3.5Vpp功效:90%对地介电性能试验:1000VDC 10s(EN50207 4.5.3.16 段)对地绝缘电阻的测量:20 M,3、充电机外形图,钢EN10025-S275J0,重量=280kg,从前面进入,特许荷载自动切断点,电池插座,TSB切断按钮,低中等电压夹紧板,电源电路外观描述,低电压电缆,中电压电缆,电池自动开关FB3-FB2,功率模块,Danger signal警告标志,Identification tag识别标签,Flexible conductor for the finned radiato

42、r grounding翅片式散热器接地的挠性导线,Grounding point接地点,Sealed frame密封箱,Galvanic insulation between LV and MV中电压和低电压之间的电绝缘,4、充电器的安全和保护措施,5、充电器电路图,DC/DC模块,三相二极管整流桥,斩波器输出变压器,单相二极管整流桥,调压器电路,由三相二极管桥，首先整流三相供电后，提供给IGBT斩波变流器使用。DC/DC（三个并联模块)含有全桥配置而运用零压开关（ZVS)作为控制技术(带有固定高频率变压功能 25kHz)。为了减少输出电压的重叠脉动,设置斩波器输出变压器，使斩波器输出电压首先

43、通过变压器绝缘,然后被互感器和电容器过滤。用于支撑、控制充电器工作，并监测充电器输出参数的调压器电路。,充电器主要组成电路说明,从400VAC线路直接获得电能，向充电机电子线路提供运行电能。调压器部分(Fenice 板)给充电机提供保护作用,并操纵IGBT,调节输出电压和电流,同时通过串联线路传输诊断信号。,调压器的功能描述,第一个单元 n单元,Battery Charger充电机,Battery Charger充电机,6、充电机外部连接点图,充电机外部连接点图,MV bar中电压夹紧板,LV bar低电压夹紧板,连接件图,通过内部短路：在 400ac 输入点前面的一个外部自动开关放在充电机输

44、出点的三个保险丝(F7)在外部电路和/或过电压(自动重新启动)的情况下:充电机提供 30秒的短路(限制输出电流),停机后进行三次再启动，如果仍旧存在短路，充电机就完全停机。,7、充电机保护措施,在输出终端上的非瞬间超载的情况下，如果在短时间发生三次这样的情况，充电机储存信号并关机以防产生危险。在外部环境温度不正常的情况下，通过热量开关放在翅片散热器和FENICE卡(调压器)上。,充电机保护措施,八、动车组低压（直流24V）系统1、DC24V 蓄电池箱,长：1600mm 宽：1000mm 高：600mm 重量：0.85吨 容量：360Ah,24VDC蓄电池箱（每列车8个）安装在每辆车的底架内，用

45、于向所有低压负载供电。,蓄电池容量的设计原则,蓄电池初始存储容量的值，设计为额定值的802小时以后，蓄电池电压将高于16.8V，目的是允许唤醒列车和升弓。需要考虑在最大电压下，低压（LV）负载总功率（不包括蓄电池），目的是为了在最大电压下，以最大充电电流向蓄电池充电。当2个蓄电池充电器故障时（6个蓄电池充电器在工作）不需要减少负载。,2、列车低压配电,列车具有2条低压线路，仅有一个负极，该负极接地。8个蓄电池充电器（CBs）确保动车组的低压负载的供电，每个蓄电池充电器的功率均为15 kW，位于每辆车的底架内。8个蓄电池（B）与低压线路之间通过去耦二极管实现连接，连接后应确保蓄电池向列车线路供电

46、（不允许接反）。,3、动车组低压电路,低压电路图（1-4号车）,低压电路图（5-8号车）,4、低压供电负载,重负载（制动、照明、牵引和辅助变流器等）。完全冗余的设备或系统（信号重复器、驱动和控制、控制台上的信号等）。特殊或紧急负载（防滑、火灾系统测试、司机室的内部/外部/紧急照明等）。,用电单元仅在列车激活条件下启动（受电弓、压缩机、空调等）。每个蓄电池充电器配有一个蓄电池隔离开关，以便司机切断由逻辑管理的多单元配置中的低压负载。,5、低压（直流24V）系统的管理,充电机直接由MV线进行馈电。充电机能在中压条件下自动启动，除非TCMS通过RIOM输出禁止该启动。充电机的状态信息（如：运行、故障

47、等）由TCMS通过RIOM读取，详细的诊断信息和模拟蓄电池信号则通过CAN总线获取。,在无中压条件或部分充电机故障而导致充电机全部或部分失效的情况下，TCMS将根据相关规范来管理LV载荷分流。载荷分流可通过适用的MVB/CAN车辆总线或RIOM接触器完成。对于TCMS无法直接管理的载荷，监控器将向列车司乘人员发送相应警告，以便手动关闭设备。,6、紧急条件下，低压系统具有的性能,在紧急条件下，8个蓄电池箱，可以按以下方式逐渐减少动车组低压（LV）负载供电：头5分钟所有接入负载（包括客室和阅读灯）没电5分钟后，聚光灯和2侧灯带被关闭，一些不重要的系统处于备用状态而紧急通风被打开。,没电30分钟后，客室的直接照明和其他室（通过台，折棚，卫生间）减少到一半功率。没电60分钟后直到120分钟为止，客室的直接照明被减少到紧急照明水平。没电120分钟后，紧急照明被保持打开直到一个最小电压继电器被切断给蓄电池供电为止。,完,