城轨车辆辅助逆变电路
目录
第1章引言 (1)
第2章城轨车辆辅助逆变电路工作原理 (2)
2.1城轨车辆辅助逆变电路基本组成 (2)
2.2工作原理 (2)
第3章城轨车辆辅助逆变电路常见故障及原因分析 (4)
3.1散热风扇故障 (4)
3.2辅助逆变器故障 (5)
3.3辅助逆变器200％过载保护故障 (7)
3.4逆变器过流保护 (7)
3.5辅助逆变器自动重启故障 (8)
第4章城轨车辆辅助逆变电路故障预防 (10)
4.1散热风扇故障处理 (10)
4.2辅助逆变器解决故障的措施 (11)
4.3辅助逆变器200％过载保护故障预防 (12)
4.4逆变器过流保护 (12)
4.5辅助逆变器自动重启故障改进 (13)
第5章结束语 (15)
参考文献................................ 错误!未定义书签。
第1章引言
地铁车辆辅助供电系统在车辆上是一个非常重要的系统，车辆上除动力用电（即牵引电机所需电）是通过牵引逆变器提供外，其它设备用电均是通过车辆辅助供电系统提供。而辅助逆变器（以下简称SIV）又是辅助供电系统的核心，它将接触网DC1500V电压转化为不同等级的电压，通过列车贯穿线传输给车辆的各个用电设备，从而保证了列车上各设备的正常运作。
城轨地铁车辆的辅助电源系统是机车的重要组成部分，担负着除机车牵引系统主电路以外各种装置的供电任务，如牵引/制动控制装置的控制电源，各冷却用风机、变压器冷却用油泵、变流器冷却用水泵、制动/受电弓等各种气动机械装置提供风源的空气压缩机、空调、通风机等辅助电动机的三相交流电源，电热器、冰箱、信息显示装置的电源等等。机车辅助电源系统由三相交流辅助电源系统和直流电源系统组成。每列车采用两台辅助逆变器，辅助逆变器将1500V接触网提供的直流电逆变处理后为车辆提供两组电源：一组为380V、50Hz的三相交流电，提供给空调、电暖器、电灯、空压机等设备。当一台辅助逆变器发生故障后，另一台辅助逆变器通过扩展供电单元向整列车供电，维持车辆的基本工作。
第2章城轨车辆辅助逆变电路工作原理
2.1城轨车辆辅助逆变电路基本组成
每列列车共设置2台辅助逆变器，分布在A1和A2车。辅助逆变器主要给车辆提供三相交流380V（220V）电源，为整列车的空调、空气压缩机等提供稳定的工作电压。辅助逆变器具有过压保护、欠压保护、过流保护、过热保护、三相不平衡保护等，如果某台辅助逆变器因故障保护，将被封锁逆变脉冲，无输出电压，另一台辅助逆变器可通过扩展供电电路为整列车的基本负载供电，空调减载运行。
车辆辅助供电系统采用集中式供电（SIV安装在带有司机室的拖车上），如图1所示，它主要包括两个逆变群组成的辅助逆变器、一个整流装置和一个DC-DC 斩波装置。首先通过辅助逆变器将DC1500V逆变为AC380V给车上相应负载供电，同时通过整流装置将AC380V整流成DC110V供给车辆上的控制电路及给蓄电池，最后通过DC-DC斩波装置将DC110V斩波变为DC24V给车上相应负载供电。
从图1可以看出，地铁车辆SIV装置中的每个逆变群均设有1个HK（接触器），在1、2群分支回路前设置了1个IVLB（接触器），在1、2群合流后设置了1个3phMK（接触器）。
图1地铁车辆辅助供电系统的基本组成
2.2工作原理
SIV内部逻辑图如图2所示，SIV启动时序图如图3所示。SIV在未启动时，HK主触点在闭合状态；升弓后，当SIV中的电压传感器DCPT1检测到接触网电压大于900V后开始计时，1s后系统开始给每个群发“HK断开”指令，从而使每个
群的HK10NR（HK20NR）得电，最后使每个群的HK得电，此时HK主触点断开，同时将HK的状态反馈给逻辑部。
当各群接收到“HK断开”的指令后4s，逻辑部开始给“IVLB、3phMK导通”指令，使每个群的LB10NR（LB20NR）、3phMKAK1（3phMKAK2）继电器得电。IVLB 最终的导通由LB10NR、LB20NR串联确定，只有两个群的IVLB导通指令同时成立，即LB10NR、LB20NR在允许的时间内都得电，IVLB才能导通并给逻辑部闭合的反馈指令。当IVLB的导通指令和反馈指令之间相差大于1s时，系统报“IVLB 动作不一致”故障。
图2SIV内部逻辑图
第3章城轨车辆辅助逆变电路常见故障及原因分析3.1散热风扇故障
为降低列车噪声，宁波轨道交通2号线一期列车SIV散热风扇设计为高低速两挡工作模式。当散热风扇工作在低速挡时，散热风扇风速低噪声也低；当散热风扇工作在高速挡时，散热风扇风速高，冷却效果提升，同时噪声也有一定升高，但符合标准。具体来讲，当列车SIV实际负载小于70%额定负载时，散热风扇工作在低速挡；当列车实际负载超过70%额定负载时，散热风扇工作在高速挡。由于风扇电机负载为风机，SIV散热风扇调速控制采用了比较少见的Y/△变换调压方式，即通过切换散热风扇电机绕组接线（Y接法或△接法）改变定子电压的方法进行调速，实现高低速挡切换。具体来讲，当断路器K4、接触器K11、K12闭合时，为Y接法，风扇工作在低速挡；当断路器K4、接触器K11、K13接触器闭合时，为△接法，风扇工作在高速挡。
故障列车回库后，对SIV散热风扇接线进行检查，发现断路器K4跳开，用万用表测量散热风扇电机U、V、W三相绕阻阻值，发现W相阻值为零。手动转动风散叶片有明显的不顺畅及轴承异音，确认为散热风扇电机故障。
为进一步确认故障原因，对散热风扇电机进行了拆解检查,发现风扇电机后轴承烧损,内部绕阻有打火烧痕。初步确认风扇故障原因为风扇电机后轴承烧损，导致风扇电机的定转子接触使风扇电机接地，使断路器K4保护跳开。
进一步对散热风扇电机的转子进行检查，发现电机转子轴承N端有过热变色痕迹，D端情况较好。下载SIV相关数据进一步分析，故障列车当天SIV的实际负载并未达到SIV额定功率的70%，因此确定散热风扇应处于低速工作状态。结合散热风扇电机的结构，可以确定在低速工作模式下，散热风扇电机转子发热严重，热量传导至轴承，引起转子轴承温度过高变色。轴承D端为进风口，安装了风扇叶片，电机带动叶片转动，吸入空气，空气流通较快使轴承D端更容易散热。而轴承N端为自然冷却，没有很好的散热途径，热量聚集导致轴承油脂蒸发，进而导致风扇电机烧损。
后续其他列车也同样发生过此类故障，拆解散热风扇检查发现故障现象一致，说明故障隐患普遍存在，而非单一故障。为了验证上述分析的散热风扇电机在低速工作模式下电机发热严重的结论，重新装配了1台风扇进行模拟测试。发
现风扇在低速模式下运行3h后，测得N端轴承运行温度达到了116℃（环境温度为28℃），温升达到88K，而技术规格书要求为50K，严重超过标准。而在电机的内部出厂测试中，只是要求“进行30min的测试”，测试时间较短，因此电机厂家未能发现散热风扇电机低速模式下发热严重的问题。在风扇厂家的出厂测试中，测试温升的方法为“直接测试电机外端盖（D端）温度”，测得温升为48.1K，符合技术要求。而实际情况下，电机外端盖处（D端）温度与电机N端轴承处温度存在较大差异，电机外端盖处（D端）温度比电机N端轴承处温度低，因此风扇厂家的测试方法不合适,也导致问题未能及时发现,最终导致存在该问题的散热风扇装备到了列车SIV中。
3.2辅助逆变器故障
在地铁进行运行的过程中，车辆的辅助逆变器主要出现的故障问题是接触器的触点不相同的情况，这就会影响辅助逆变器的正常运行，辅助逆变器中存在HK，这种的故障现象出现的原因就是HK的状态不是稳定的状态。导致HK状态不稳定有两方面的因素，一方面是主要的接触点不稳定的基础，使辅助接触点出现断开的情况，另一方面主要是因为辅助的接触点的接触出现问题，不管是主接触点还是辅接触点出现问题，都会导致地铁车辆的辅助逆变器的运行出现故障。
我们知道，分散式供电和集中式供电是辅助逆变器的主要供电类型。一个地铁线路的辅助供电系统需要在列车上安装SIV，此时使用的就是集中式的供电，在这种方式下，系统装置包含的部分有：DC-DC斩波装置一个、辅助逆变器两个、整流装置一个。集中式类型采用的辅助逆变电源为SPWM调制辅助逆变电源，分散式方式则采用的是十二脉冲辅助逆变电源。、
通常逆变器经常会由于通常的电流和电压原因造成内部的电路损坏，此外还可能因为逆变器内部的元件老化而造成故障。而地铁辅助逆变器则是一直工作在高频的情况下，其工作的环境是比较恶劣的。因此在地铁运行中，逆变器经常可能出现故障。而经常出现的故障是功率开关器件的开路故障与直通故障。短路故障一般是由于当列车系统发出错误的驱动信号或者雪崩击穿而造成的。逆变器IGBT电路提供的电压过小的时候，IGBT就会自动地退出饱和导通区然后进入线性放大区，这时候电阻则会增大，这直接导致的结果就是电路元件过热，从而造成毁坏。而一般器件出现破裂或者焊接脱落和电路板损坏都会导致开路故障。由
于电路内部有自动保护的功能，在发生短路的时候故障会被快速地隔离，当检测困难时，则会使用植入熔丝从而转为开路故障进行处理。当IGBT出现短路故障的时候，如何去进行判断呢？我们可以通过检测IGBT的发射极与集电极之间的电压对故障进行判断。当出现短路的时候，慢关断会使得故障的功率管出现软关断的情况。出现开路的时候，故障就会使得功率管的相电压减小，系统内部本身的欠压保护是无法全部弥补功率管的功率缺失的。
当辅助逆变器内部元件出现开路时，驱动电压会使内部元件无法导通，这个时候，电压缺失，输出电压的波形不会像以前的正常工作时候的波形，而是会发生畸变。对于梯阶波合成逆变器来讲，造成的影响更多，比如会造成低次谐波无法被抵消，而增强了输出电压中的谐波。当辅助逆变器正常工作的时候，电路中桥臂的输出功率是较大的，当出现故障后则会大大减少桥臂的输出功率。
在地铁车辆的辅助逆变器出现问题时，首先应该针对故障点进行一一排除工作，主要就是针对辅助逆变器中的主接触点和辅接触点两个方面的接触点进行排查，如果在进行排查中是HK中的主接触点没有出现接触不好的情况，就应该考虑对辅接触点的接触问题进行检查，进行排查的主要方式是将正常运行的辅助逆变器中的主接触点和出现故障的辅助逆变器中的主接触点之间进行交换工作运行，如果在几天之后，故障点的辅助逆变器中的主接触点仍然可以在正常运行的辅助逆变器中进行工作，那么就说明这个故障点中的辅助逆变器主接触点没有问题，故障出现的原因和主接触点没有联系，就需要在辅接触点进行故障检查。
在HK中，辅接触点可能不只有一个，所以对于有几个辅接触点的情况，需要进行一一排查处理，首先应该针对这些辅接触点的外形进行检查，然后对他们的电阻进行检测工作，对于电阻的情况进行分析，如果在几个辅接触点中某一个接触点的电阻较其他几个辅助逆变器的电阻高，这就说明是这个接触点出现故障问题，所以就需要针对这一接触点进行更加详细的分析，找出故障出现的具体原因，以便采取相应的措施进行及时的补救，保障地铁车辆的正常运行。在之前对于接触点外形的检查工作中如果发现接触点的外表存在黑色的物质，这时就需要针对这些黑色物质进行相应的检测，分析这些黑色物质出现的原因，是不是接触点中其他元素在进行分流时产生的物质，如果在接触点物质里面存在硅，一般这就是导致辅助逆变器出现故障的因素，因为接触点会在很大程度上受到硅的影
响，辅接触点的电阻也会在硅的影响下出现偏高的情况。在这项工作中需要注意的地方是进行电阻的测量工作，需要针对同一接触点进行多次的电阻测量工作，就是某地铁车辆中对于几个辅接触点的电阻进行多次测量的结果，在进行电阻测量的过程中就应该按照这样的测量方式进行测量。
3.3辅助逆变器200％过载保护故障
列车事件记录仪数据显示，发生２００Ｃ故障前后，ＳＩＶ输出的三相交流电压始终保持稳定，未发现明显电压波动，而电流则在６０ｍｓ内迅速上升到超过ＳＩＶ相电流保护峰值（门槛值８１５Ａ），当ＳＩＶ相电流超过保护峰值，则报出２００Ｃ故障。
为了进一步验证多台压缩机组同时启动的电流值，试验人员利用示波器开展了电流测试试验。当运行程中２个机组（４个压缩机）关断后立刻重启，启动瞬间的峰值电流为３９０Ａ。
若２个机组压缩机在静止状态下同时启动，启动瞬间的峰值电流约为６４０Ａ。考虑到实际运用情况下，不可避免的存在电流谐波、畸变等因素。结合电流测试试验的结果，如果４台或更多压缩机同时启动，电流值便可能超过ＳＩＶ保护值。
空调压缩机接触器直接受ＡＣＵ的数字量输入输出板（DIO板）控制，该板块负责接收主板发送的DIO设定数据包，DIO板解析该数据并刷新到硬件ＩＯ寄存器，使ＩＯ口驱动相关接触器动作，在解析数据过程中，可能受到干扰使内存数据被意外修改，导致ＩＯ口状态与主板发送的DIO数据包不相符，出现压缩机等设备的闪断。
3.4逆变器过流保护
如果系统需要电路简单，元件少的逆变电路，则可以采用SPWM调制辅助逆变电源结构。这时候，系统主要是由三相逆变桥、LC滤波器以及处处隔离变压器组成。使用SPWN调制，再配合LC滤波器的功能，我们可以得到包含较少谐波分量的电压。而什么是SPWN呢？举例而言，当我们使用恒幅不等宽的脉冲列去代替一个正弦波，则我们将这个正弦波平均分层一份一份地，一共分为N 等分，再将每一等分使用一个和它的面积相等的等幅矩形脉冲的中心线和它中点重合。我们会得到高度不变并且宽度按正弦规律变化的脉冲列，这就是SPWM
调制。
每列列车共设置2台辅助逆变器，分布在A1和A2车。辅助逆变器主要给车辆提供三相交流380V（220V）电源，为整列车的空调、空气压缩机等提供稳定的工作电压。辅助逆变器具有过压保护、欠压保护、过保护、过热保护、三相不平衡保护等，如果某台辅助逆变器因故障保护，将被封锁逆变脉冲，无输出电压，另一台辅助逆变器可通过扩展供电电路为整列车的基本负载供电，空调减载运行。
通过对网络事件记录仪数据分析，发现每次出现辅助逆变器200%过流保护时，全车空调都处于启动状态；辅助逆变器故障记录仪记录发生故障时，三相交流瞬间电流峰值均超过200%保护设定值（945±50A）。观察三相电流波形图未出现尖峰，电流值依次逐渐变大，达到保护设定值，电流曲线如图2，基本排除负载故障或接地的可能性。
辅助逆变器最大的负载为空调机组，单台空调机组功率为37kW，每台辅助逆变器为本单元6台空调机组提供电源，如果空调机组没有分时启动，则会造成每次投入负载过大，当启动瞬间电流峰值超过200%过流保护设定值时，辅助逆变器就会进行200%过流保护。
车辆空调分时启动控制是按动力单元进行，2个动力单元共有6节车辆12组空调压缩机，TCMS按照每18s为一个大周期进行循环，每个周期内设置6个长度为2s的时间窗口，分别对应12组空调压缩机。每节车空调压缩机只能在属于自己的时间窗口时才能启动，其他时间则不允许启动。对于已经完成启动的空调压缩机，其停机过程不受该时间窗口的控制，可以根据外界温度条件或者控制指令随时停机。由于每节车辆有2台空调机组，在同时收到TCMS发出的启动指令时，2台空调机组同时启动，电流迅速增大，造成辅助逆变器过流保护。3.5辅助逆变器自动重启故障
城轨车使用车间电源进行车辆调试，在操作ATPFS（ATP隔离开关）和司控器钥匙时辅助逆变器会自动关机重启。事后普查发现所有列车都有此现象：当两端ATPFS位于“正常”位时，操作任意一端ATPFS至“隔离”位或将司控器钥匙由“OFF”位旋至“ON”位后，辅助逆变器会自动关机，约10s后重新启动。
辅助逆变器启动和停机的控制逻辑，当辅助逆变器收到降双弓信号（VCU降
双弓指令或硬线降双弓信号）后，辅助逆变器会启动停机锁定程序关机，在停机有效信号持续10s后，重新检测网压，若检测到网压大于1100V且辅逆无故障，辅助逆变器会自动启动。通过故障现象和控制逻辑可以判断此故障是辅助逆变器收到降双弓信号导致。
受电弓控制电路[2]，由于在使用车间电源调试，PANEBR（受电弓使能继电器）失电，其触点21-22/24闭合，触点31-32/34断开，使得硬线降双弓信号不能发送至辅助逆变器。但由于受电弓控制开关位于“降双弓”位（即PCS的触点1-2、3-4和7-8闭合），当司控器钥匙由“OFF”位旋至“ON”位后，COR3（司机室激活继电器）触点41-42/44闭合，TCMS（列车控制与管理系统）收到降双弓信号，同时VCU（列车控制单元）发送降双弓指令给辅助逆变器。
零速控制电路，当两端ATPFS位于“正常”位时，ATPFR1（ATP隔离继电器）处于失电状态，其触点11-12/14断开、触点21-22/24闭合，零速信号由信号系统给出，但由于列车处于车辆调试阶段，信号系统设备未安装，使得信号系统无法给出零速信号，导致图3中的ZVR1（零速继电器）触点51-52/54处于断开状态。当一端ATPFS打至“隔离”位后，ATPFR1继电器得电，其触点11-12/14闭合、21-22/24断开，此时零速信号由车辆的网关阀给出，ZVR1触点51-52/54闭合，使得TCMS 收到降双弓信号，同时VCU发送降双弓信号给辅助逆变器。
由上述分析可知，在贵阳轨道1号线电客车的车辆调试阶段，信号系统无法给出零速信号，使用车间电源供电，虽然切断了硬线发送至辅助逆变器的降双弓信号，但操作司控器钥匙激活司机室后，TCMS检测到降双弓信号，并VCU发送降双弓指令至辅助逆变器，导致辅助逆变器自动重启。此故障不仅影响了辅助供电系统各设备的寿命，也对车辆调试造成影响。
第4章城轨车辆辅助逆变电路故障预防
4.1散热风扇故障处理
SIV中散热风扇均存在故障隐患，为保证试运行的稳定，必须立即对所有SIV 散热风扇进行整改。但因厂家确定整改方案、准备物料及实施整改均需要较长的时间，因此在过渡期间应采取应急措施，避免试运行列车再次批量出现故障，影响列车试运行考核。
对现有型号散热风扇的低速模式和高速模式的2种状态进行分析研究，两者之间差异如表1所示，确定可以通过临时修改SIV控制软件，让SIV散热风扇一直工作在高速模式。风扇整改完成后，将程序改为正常控制方式。
经过厂家研究，决定采用新型号的散热风扇电机替换原有的散热风扇电机。新、旧风扇具体参数比较如表2所示。新电机的轴承温升经厂家型式试验测得为48.14K，符合要求，该型号风扇电机在国内其他地铁已大批量运用，属成熟可靠产品。
电气接口方面，由于2种电机调速方式不一样，需要进行重新接线。改造后的散热风扇电气原理。风扇调速控制采用变极调速，具体来讲，当断路器K4、接触器K12闭合时，电机为Y接法，散热风扇工作在低速挡；当断路器K4、接触器K11、K13闭合时，电机为YY接法，散热风扇工作在高速挡。在SIV正常工作情况下测量新SIV箱内各设备的温升，具体数值如表3所示。结果表明，使用新型号电机的散热风扇冷却效果符合要求，可以批量进行改。
4.2辅助逆变器解决故障的措施
在找出辅助逆变器发生故障的具体原因之后，就需要针对发生的故障采取对应的措施进行故障恢复，保障地铁车辆的正常运行。例如，在进行故障原因出现的寻找过程中，如果故障出现的主要原因是HK中的辅助接触点的材料存在问题，导致辅助接触点的电流值不能达到规定的要求，从而出现可触点接触不好的故障问题，面对这样的情况，首先应该将接触点进行断开，将接触点的杂质进行清除，然后将辅助逆变器内部的配线进行更换处理。
首先应该处理的故障问题是接触点不一致的问题，整改逻辑内的电阻问题，
不整改辅助接触点，在对电阻进行整改之后，原先的接触点应该和其他的接触点之间进行转移工作运行，然后经过一段时间的观察，没有再出现故障问题时，就说明该方法能够针对故障进行解决，既能够进行该方法的推广应用。
总而言之，对地铁辅助逆变器的故障分析，首先必须要从辅助逆变器的原理出发。地铁逆变器的工作环境恶劣，其结构复杂，且各集群相互牵制，因此容易发生故障的点很多。在调查故障的时候，如果只看故障的表面现象则会非常容易出现判断的失误，无法找到造成故障的主要原因。而如何正确有效地进行故障分析呢，一方面我们需要结合多种分析方法，从不同角度的数据出发去分析故障的原因，另一方面，我们需要结合历史数据和历史故障，对现有的故障进行分析，从而保障故障的解决。
4.3辅助逆变器200％过载保护故障预防
由此在DIO板程序中增加数据校验功能，即对比寄存器与主板发送的数据是否一致，若不一致则判断为校验错误，舍弃该数据包，重新接收主板发送的数据。2014年12月利用115116车装车验证新版DIO板软件，分别监测３个时间点各节车空调压缩机的启动情况，结果除已刷新新版软件的０５Ａ１１５车外，其余５节车仍然存在空调压缩机闪断现象，验证了通过刷新DIO板软件可有效解决压缩机闪断问题。
刷新空调DIO板程序后解决了空调压缩机闪断问题，并经长期跟踪，SIV200Ｃ故障亦未再次出现。空调是辅助逆变器的重要负载，因此在设计阶段必须采用顺序启动控制逻辑，同时要对IO端口的输出进行严格的校验，确保系统各部件的启动能按照规定要求执行，才能最终避免出现负载突变而导致辅助逆变器输出过载的问题。
4.4逆变器过流保护
通常逆变器经常会由于通常的电流和电压原因造成内部的电路损坏，此外还可能因为逆变器内部的元件老化而造成故障。而地铁辅助逆变器则是一直工作在高频的情况下，其工作的环境是比较恶劣的。因此在地铁运行中，逆变器经常可能出现故障。而经常出现的故障是功率开关器件的开路故障与直通故障。短路故障一般是由于当列车系统发出错误的驱动信号或者雪崩击穿而造成的。逆变器IGBT 电路提供的电压过小的时候，IGBT 就会自动地退出饱和导通区然后进入线
性放大区，这时候电阻则会增大，这直接导致的结果就是电路元件过热，从而造成毁坏。而一般器件出现破裂或者焊接脱落和电路板损坏都会导致开路故障。由于电路内部有自动保护的功能，在发生短路的时候故障会被快速地隔离，当检测困难时，则会使用植入熔丝从而转为开路故障进行处理。
当辅助逆变器内部元件出现开路时，驱动电压会使内部元件无法导通，这个时候，电压缺失，输出电压的波形不会像以前的正常工作时候的波形，而是会发生畸变。对于梯阶波合成逆变器来讲，造成的影响更多，比如会造成低次谐波无法被抵消，而增强了输出电压中的谐波。当辅助逆变器正常工作的时候，电路中桥臂的输出功率是较大的，当出现故障后则会大大减少桥臂的输出功率。
为防止单节车辆2台空调机组同时启动，对辅助逆变器造成过流保护，需要通过TCMS添加对单台空调机组进行分时启动控制的时序指令，改进后的时序。TCMS按照每36s为一个大周期进行循环，每个周期内设置12个长度为2s的时间窗口，分别对应12组空调压缩机。每组空调压缩机只能在属于自己的时间窗口时才能启动，其他时间则不允许启动。
4.5辅助逆变器自动重启故障改进
辅助逆变器主电路采用二电平逆变电路（DC/AC），车辆电网电压DC1500V 作为辅助逆变器的输入电压。如图4所示，输入电压经过直流滤波电抗器、预充电电路和充电电路给滤波电容器充电，经过滤波的输入电压送入IGBT逆变器，控制单元输出PWM脉冲控制逆变器产生交流PWM电压，该输出电压经过隔离变压器进行电气隔离和变压后，得到正弦波三相交流380V/220V/50Hz电压。
图4辅助逆变器系统框图
辅助逆变器的停机设计是为了实现降弓前，即切断高压前提前切除负载，从而提高列车中压、低压负载的使用寿命。但在使用车间电源供电时，高压供电不经过受电弓，此时升降弓操作不应影响辅助逆变器的控制。综上，可对其控制
逻辑进行优化以避免此故障的发生，增加逻辑判断：当检测到三位置开关处于车间电源位时，TCMS收到降弓信号后VCU不向辅助逆变器发送降双弓指令。
第5章结束语
在城轨地铁车辆的运行过程中，辅助电源装置负责对整列车的辅助系统供电，其稳定性是至关重要的。当一台辅助逆变器发生故障后，另一台辅助逆变器通过车上的扩展供电单元仍可维持整列车的工作。通过对城轨地铁车辆辅助电源装置的研究，能够更加深刻地了解其各部分电路的运行原理，熟悉掌握逆变器的开关方式及系统控制过程，有利于在今后的工作中，更好地完成城轨地铁车辆的调试及维护保养。
城轨车辆用静止逆变电源装置设计研究 摘要:介绍了城市轨道电动车辆用静止辅助逆变电源装置的设计研究,静止逆变电源装置给城道车辆控制及辅助用电设备提供稳定的三相、单相交流和直流电源。该装置电路由主电路和控制电路两部分构成。对主电路构成、特点和工作原理进行了论述。主电路为斩波降压逆变型电路结构,主电路斩波器和逆变器选择用性能优良的电压控制型大功率电力电子器件IGBT模块作为功率开关。控制电路的核心为微机控制系统,其中CPU采用80C196KC 16位单片机,描述了控制系统电路设计及控制电路框图,控制系统软件流程及软件保护功能。给出了静止逆变电源装置主要电气性能试验内容及试验结果。实际应用表明该装置运行稳定、可靠,可完全满足城轨车辆运行的要求,具有广阔的市场应用前景。 关键词:静止逆变电源IGBT模块微机控制城轨车辆 Abstract:This paper presents design and research of a statical inverter equipmemt used in city vehicle,Statical inverter equipmemt supply stable three phase \single phase AC power & DC power for control and auxiliary electric devices of city vehicl,The equipmemt circuit is comprised of main circuit and control circuit．Discusses main circuit structure,properties and work principle．Main circuit structure is chopper and inverter circuit type,IGBT module - voltage control type power electronic devices of having fine properties are used for power switch in
地铁车辆辅助供电系统浅析 摘要：概述地铁车辆辅助系统，介绍地铁车辆静止辅助系统的基本结构、供电模式、基本方案及原理，结合目前国内外情况，指出辅助系统的发展趋势。 关键词：地铁车辆；辅助供电；静止逆变；蓄电池 1 概述 辅助系统是地铁或轻轨车辆上的一个必不可少的关键的电气部分，它主要功能是为空调、通风机、空压机、蓄电池、照明等低压辅助设备提供供电电源。输出的电源类型一般包括三相AC380V交流电（含单相220V）和直流DC110V、DC24V。 目前，静止辅助系统中采用的电力电子器件普遍采用绝缘栅双极型晶体管（IGBT或IPM），IGBT器件属于电压驱动的全控型开关器件，脉冲开关频率高，性能好，损耗小，且自保护能力也强，使用效果好，如将驱动与保护功能电封装在模块内，便构成智能功率模块IPM。随着电子器件的飞速发展，IGBT或IPM 器件的电压等级的提升，应用技术的成熟，完全可以满足城轨交通供电网压提升的需求。故辅助系统全控型开关器件控制已经进入了成熟的阶段。 2 车辆辅助供电模式 2.1交叉供电 两路AC380V供电线路贯穿整列车，分别与2个辅助逆变器相连接。将每节车厢的交流负载根据功率平均分为两组，分别由两个辅助逆变器供电。对于牵引和辅助逆变器的冷却风机等重要设备，两个辅助逆变器均为其供电，以便在一个逆变器故障时起到冗余的作用。 2.2扩展供电 一路AC380V供电主干线贯穿整列车，2个辅助逆变器均连接到该线路上，但在其中的一个C车上安装有一个接触器，称为扩展接触器，将两个辅助逆变器分断，以使其不会并网运行。当2个逆变器都工作正常时，则扩展接触器处于断开状态，每个逆变器为本单元3节车的所有交流负载供电。当其中一个逆变器故障时，扩展接触器闭合，由状态良好的逆变器为整列车的交流负载供电，考虑到逆变器的容量限制，这时每节车的空调负载要减载[1]。 2.3方案对比 （1）从控制的角度来讲，交叉供电要比扩展供电容易。在交叉供电时，因为每节车的负载连接在供电线路不同的逆变器上，所以当一个辅助逆变器SIV
一种地铁列车牵引逆变器测试系统及方法，包括针对地铁列车的牵引逆变器的地铁列车辅助逆变器模块的离线测试装置的上位PC机和下位机；下位机将状态消息发送到PC机，所述PC 机把状态消息通过无线网传递到备份终端进行贮存而备份，所述备份终端能够是笔记本电脑，所述备份终端通过无线网与该PC机通信连接，所述无线网能够是3G网或者4G网。所述PC机把状态消息传递到备份终端的方式是所述PC机把状态消息以消息报文的形式传递到备份终端；结合其它的结构和方法有效避免了现有技术中不利于PC机认定来回耗时的正确性、后面的PC机传递消息报文的个数增加不快、减小了消息报文的传递速度的缺陷。 权利要求书 1.一种地铁列车牵引逆变器测试系统，包括针对地铁列车的牵引逆变器的地铁列车辅助逆变器模块的离线测试装置的上位PC机和下位机； 其特征在于，下位机将状态消息发送到PC机，所述PC机把状态消息通过无线网传递到备份
终端进行贮存而备份，所述备份终端能够是笔记本电脑，所述备份终端通过无线网与该PC 机通信连接，所述无线网能够是3G网或者4G网。 2.一种地铁列车牵引逆变器测试系统的方法，其特征在于，所述PC机把状态消息传递到备份终端的方式是所述PC机把状态消息以消息报文的形式传递到备份终端，所述PC机把状态消息以消息报文的形式传递到备份终端的方法包括如下步骤： 步骤A-1：备份终端收受PC机传递的消息报文； 在该方法里，起初经备份终端构造与所述PC机间的链接，朝PC机要求链接通信中的消息报文，所述PC机与备份终端间构造链接后，就依照所述链接通信里每个要传递的消息报文的次序，朝备份终端传递所述链接通信里的每个消息报文；所述PC机以低速运用的方式朝备份终端传递所述链接通信里的每个消息报文，也就是，首次朝备份终端传递所述链接通信里的消息报文之际，仅朝备份终端传递所述链接通信里的首个消息报文，在收受到备份终端返回的回馈消息后，凭借收受到所述回馈消息的时点与传递相应消息报文的时点，认定PC机至备份终端的来回耗时，接着凭借认定的来回耗时配置阻滞限定值，也就是，后一次要朝备份终端传递的所述链接通信里的消息报文的个数的值； 步骤A-2：认定所述消息报文所隶归的链接通信； 所述备份终端在收受到一消息报文后，能凭借所述消息报文里具有的识别消息，认定所述消息报文所隶归的链接通信； 步骤A-3：认定所述消息报文是不是是认定的所述链接通信里的首个消息报文，如果是，就转到步骤A-4里进行，如果不是，就转到步骤A-5里进行； 步骤A-4：朝所述PC机回传回馈消息。 3.根据权利要求2所述的地铁列车牵引逆变器测试系统的方法，其特征在于，所述PC机把状态消息以消息报文的形式传递到备份终端还包括如下后续步骤：
城轨车辆辅助逆变电路 目录 第1章引言 (1) 第2章城轨车辆辅助逆变电路工作原理 (2) 2.1城轨车辆辅助逆变电路基本组成 (2) 2.2工作原理 (2) 第3章城轨车辆辅助逆变电路常见故障及原因分析 (4) 3.1散热风扇故障 (4) 3.2辅助逆变器故障 (5) 3.3辅助逆变器200％过载保护故障 (7) 3.4逆变器过流保护 (7) 3.5辅助逆变器自动重启故障 (8) 第4章城轨车辆辅助逆变电路故障预防 (10) 4.1散热风扇故障处理 (10) 4.2辅助逆变器解决故障的措施 (11) 4.3辅助逆变器200％过载保护故障预防 (12) 4.4逆变器过流保护 (12) 4.5辅助逆变器自动重启故障改进 (13) 第5章结束语 (15) 参考文献................................ 错误!未定义书签。
第1章引言 地铁车辆辅助供电系统在车辆上是一个非常重要的系统，车辆上除动力用电（即牵引电机所需电）是通过牵引逆变器提供外，其它设备用电均是通过车辆辅助供电系统提供。而辅助逆变器（以下简称SIV）又是辅助供电系统的核心，它将接触网DC1500V电压转化为不同等级的电压，通过列车贯穿线传输给车辆的各个用电设备，从而保证了列车上各设备的正常运作。 城轨地铁车辆的辅助电源系统是机车的重要组成部分，担负着除机车牵引系统主电路以外各种装置的供电任务，如牵引/制动控制装置的控制电源，各冷却用风机、变压器冷却用油泵、变流器冷却用水泵、制动/受电弓等各种气动机械装置提供风源的空气压缩机、空调、通风机等辅助电动机的三相交流电源，电热器、冰箱、信息显示装置的电源等等。机车辅助电源系统由三相交流辅助电源系统和直流电源系统组成。每列车采用两台辅助逆变器，辅助逆变器将1500V接触网提供的直流电逆变处理后为车辆提供两组电源：一组为380V、50Hz的三相交流电，提供给空调、电暖器、电灯、空压机等设备。当一台辅助逆变器发生故障后，另一台辅助逆变器通过扩展供电单元向整列车供电，维持车辆的基本工作。
地铁列车辅助供电系统介绍 一、地铁列车辅助供电系统概要目前从我国地铁列车的供电系 统来看，我国大部分地铁列车辅助供电系统都是以输入电路、逆变器、输出电路、控制模块以及电池组成。 （一）输入电路辅助供电输入电路主要包括电路熔断器、输入虑波器等构成，其中荣电器负责当地铁列车后极电路产生过载或者出现短路的情况下及时断电的一种装置。虑波器其主要作用在于控制以及过滤前极电路产生的共模高频干扰信号。 （二）逆变器逆变器中包括一个具有转变电压的受控三项电桥，通过该电桥将电压转地铁列车接触网电压转变成为列车工作需要的三项交流380V并且运用并联的方式进行电流输出，逆变器通常情况下一固定的频率进行工作。受控三项电桥安装在一个具有散热功能的散热器上，散热器中装有开关、二极管以及驱动板等相应设备。主控制器产生的驱动信号接入到驱动板，从而通过控制设备进行逆变器380V输出。二极管用来关断瞬间输出变压器自感电动势反加到直流环节造成电源污染。 （三）输出电路在地铁列车的辅助输出电路中，辅助输出电路包括辅助输出变压器、正弦滤波器以及熔断器等相应设备组成。 其供电的过程是，列车接触网电压经过输出变压器后，将接触网电压转变成为列车使用电压，将输出电压经由正弦滤波器后，在经由输出接触器以及熔电器进行供电。通常情况下，地铁列
车通常都是将滤波器固定在变频器与电机之间，。当系统检测到逆变器的输出电压同列车所用的380V 电压在同一频率之后，那么输出电路中的接触器将会闭合。而熔断器主要负责电压过高以及过流等保护工作。 （四）控制模块地铁列车的辅助供电系统的控制模块主要包含 主控制器、模块控制器以及输入输出节点等设备注重。控制模块在辅助供电系统中负责对供电系统进行全方位控制，同时也负责上级控制通讯以及对不同变流器进行电压以及电流的控制与调节。当控制模块检测到地铁列车发生辅助供电系统故障时，那么控制模块将下达关闭辅助逆变器的命令。 主模块控制器通常情况下配备两个微处理器。其中一个微处理器负责对辅助逆变器进行控制以及对逆变器的运行状态进行诊断，包括传感器信号评估以及顺序控制等功能功能。另外一个微处理器主要任务是进行特殊独立检测，例如对辅助供电系统的干扰电流进行监控。 （五）蓄电池在地铁列车的电池中，一般都是将蓄电池安置在 车头部位，其关键作用就是当列车出现供电事故时，向逆变器提供必要的启动能量。另外，蓄电池也需要对地铁列车的其他用电设备进行供电，例如列车照明设备等。当地铁列车处于正 常行进过程中，它都是以浮充电的形式而存在。只有当列车供电设备出现故障以及辅助电源出现无法供电情形时，蓄电池才 会进行相应的供电活动，同时蓄电池也是一种应急电源，当出
第三章辅助供电系统 辅助供电系统是城市轨道交通车辆电气系统的重要组成部分，主要任务是产生车辆中、低压电源、客室照明、空调、通风机、空气压缩机以及其他低压用电设备所需的各种不同电压。 辅助逆变器是辅助供电系统的主要部件。国内城市轨道交通车辆上，辅助逆变器均采用静止式逆变器，它具有输出电压的品质好、功率因数高、工作性能安全可靠等优点。 本章主要介绍城市轨道交通车辆辅助供电系统的组成结构、中压供电分配电路、低压供电分配电路、列车扩展供电电路等。 第一节辅助供电系统概述 1.辅助供电系统的功能 辅助供电系统（辅助电源系统/ 辅助电源），是为除牵引系统之外的所有车载用电设备供电的一套系统。 2.辅助供电系统的组成 辅助供电系统主要由三部分组成：辅助逆变器、蓄电池充电器、蓄电池。 辅助逆变器一般采用静止逆变器，简称SIV。辅助逆变器将网压转换成 AC380V、50Hz 的三相交流电能输出，为车辆上空压机、空调装置等交流负载供电。 蓄电池充电器主要输出DC110V电能给车辆控制、蓄电池充电等直流负载供电。 蓄电池作为直流备用电源，在列车启动和紧急情况下（失去高压电源时）为
列车提供DC110V I能。列车正常运行时，蓄电池处在浮充电状态。 3.辅助供电系统的负载 辅助供电系统的负载包括列车上的几乎所有用电设备，可以将这些负载根据 使用电能不同分为以下几类。 ①AC380V 50Hz三相负载：空气压缩机单元、空调装置、通风冷却装置等。 ②AC220V 50Hz单相负载：客室正常照明、司机室方便插座、客室维修用方便插座等。 ③DC110V负载：列车控制系统、列车控制电路、列车信号系统、乘客信息系统、客室紧急照明、紧急通风、电动车门驱动电机等。 除了以上三种负载之外，还有极少量的DC2 4负载，如司机室阅读灯、列车前照灯等。 4.车间电源 辅助供电系统在有接触网供电区域，由接触网供电；在没有接触网供电的区域，来自于车间电源。一般在检修车间内设有车间电源，通过列车车底高压箱内有车间电源插座，向列车提供高压电能。车间电源与接触网之间存在电气联锁，两者不可同时为列车供电。在电网供电时，必须断开车间电源；电网为列车供电时，列车不可接车间电源。 车间电源只能为辅助供电系统提供电能，不能为牵引系统供电。车间电源向列车供电时，列车必须处于静止状态。 5.辅助供电系统供电框图 图3-1 给出车辆上常见的一种供电框图，其中包含辅助供电系统的主要负载设备。不同车辆，辅助供电系统供电框图略有差异。
南京铁道职业技术学院 毕业论文 题目：城轨车辆辅助逆变器及车载蓄电池常见故障分析
毕业设计（论文）中文摘要
目录 1 引言 (1) 2 地铁电动列车辅助逆变系统概述 (1) 2.1 辅助逆变系统的组成 (1) 2.2 辅助逆变器模块的结构组成及其特点 (1) 3 辅助逆变器内部控制与功能特点 (5) 3.1 辅助逆变器的内部控制 (5) 3.2 辅助逆变器的功能特点 (7) 4 辅助逆变器的常见故障与故障原因分析 (7) 4.1 辅助逆变器的故障表现 (7) 4.2 辅助逆变器的故障原因分析 (7) 5 车载蓄电池的简介及故障处理 (8) 5.1 车载蓄电池的简介 (8) 5.2 车载蓄电池的故障处理 (8) 5 结语 (10) 6 致谢 (11) 7 参考文献 (12)
1 引言 城市轨道交通具有运能大、能耗低、污染少、速度快、安全准点等优点，随着社会改革开放的深入、国民经济的发展以及城镇化的演变，城市的路面交通的压力越来越大，环境的污染也越来越严重，故而城轨交通深受人民群众的欢迎同时也是城市轨道交通的快速建设期。 城轨列车是城市轨道交通的运输工具也是城轨交通的重要载体，在正线运营中要确保城轨列车的正常工作，行车目的就是将乘客安全、快速、舒适的运送到目的地。然而辅助供电系统是实现列车控制的重要系统，它为除去牵引电机以外的所有车载设备供电，其中单单涉及为乘客提高舒适性和方便的就有：通风机、电加热器、客室照明、乘客导乘信息系统、客室空调通风系统等。 2 地铁电动列车辅助逆变系统概述 现在的地铁列车一般在每节车厢都安装辅助逆变器，就以上海地铁的AC01型电动列车为例。 2.1 辅助逆变系统的组成 辅助逆变系统的组成如下图1所示，从左往右其组成部分为：输入的电流和电压检测模块、直流侧电容模块、放电电阻模块、过电压保护模块、辅助逆变器模块以及最后的输出电流检测模块。大致上辅助逆变系统是由这6个部分组成的，其中最主要的工作元件是辅助逆变器模块，它由6个可关断的开关管和6个可续流的二极管组成；过压保护模块有一个全控型开关管、两个二极管和四个电阻构成；其余几个模块的组成就较为简单的多了，但这不代表他们的作用不大。 2.2 辅助逆变器模块的结构组成及其特点 上海地铁的AC01／02型地铁车辆自从引进到现在已经运营了10几年了，它的辅助电源系统采用分散供电方式，就是说每一节列车都有一台辅助逆变器。辅助逆变器为模块化结构，大体上有14个模块。由于其中关键模块是采用的IPM(智能功率模块)器件，因此也被叫做IPM辅助逆变器。AC01／02型电动列车的（A车）拖车与（B、C 车）动车，其辅助逆变器因为要实现的功能不同所以在构造上也有所不同。动车的辅助逆变器是容量为90 kVA的普通的二电平三相逆变器模块。它的前级是双重的升压
辅助逆变电路结构 随着电力电子器件IGBT的发展，城轨车辆辅助供电系统由过去的单一形式逐渐发展为设计多样化，满足了城轨车辆在不同时期的不同需求。 辅助逆变电路结构按逆变器电路原理的不同，分为先斩波（升/降压斩波）后逆变方式和直接逆变方式。从逆变器的电路构造来分，分为双逆变器型和单逆变器型。其中，双逆变器型又分为串联型与并联型。单逆变器型又分为先经升/降压稳压后逆变型和直接逆变型。这些逆变器均采用二电平逆变方式。 （1）按逆变器电路原理选型。 ①先斩波（升/降压斩波）后逆变方式(DC-DC-AC)。将高压直流电通过斩波器转换为较低/高直流电压，通过逆变装置输出交流电。此电路主要由单管DC/DC斩波器、二点式逆变器、三相滤波器、隔离变压器和整流电路组成。 在DC-DC-AC方式升/降压斩波中，升压斩波的系统应用在网压为DC750V的场合，降压斩波的系统应用在网压为DC1500V的场合。采用升/降压斩波的目的是使逆变器的输入电压稳定，当负载变化或电压波动时，保证斩波器有稳定的输出电压。德国Siemens公司制造的车辆多采用此项技术。 ②直接逆变方式（DC-AC）。这种方式是地铁车辆辅助逆变电源最简单的基本电路结构形式。它将高压直流电通过逆变设备直接逆变输出交流电，供列车使用。开关器件通常可采用大功率GTO、IGBT或智能功率模块（intelligent power module，IPM）。辅助逆变电源采用直接从受电弓或第三供电轨受流的方式，逆变器按V/F 等于常数的控制方式，输出三相脉宽调制电压采用变压器隔离向负载供电。 这种电路的特点是电路结构简单，元器件使用数量少，控制方便，但逆变器
地铁车辆辅助逆变器故障问题的分析及讨论 摘要文章主要是从A市的地铁二号线出发着手考虑，探讨辅助供电系统基本的工作原理以及组成内容，并分析存在于其中的故障问题，最后结合已有经验提出解决策略。 关键词地铁车辆；辅助逆变器；故障 1 分析辅助供电系统 1.1 组成 众所周知，辅助逆变器主要有两种供电类型，一种是分散式供电，另一种是集中式供电。以A市地铁二号线为例，其中所包括的地铁列车辅助供电系统其是在司机驾驶室拖车上安装SIV，即使用的是集中式的供电装置（如：图1所示），其中包含有DC-DC斩波装置一个、辅助逆变器（由逆变群构成）两个、整流装置一个。 首先在辅助逆变器的作用下能够将DC 1 500 V转换成AC 380 V，其目的在于根据车辆需求提供相应的负载供电，随后还会在整流装置的利用下，将AC 380 V转换成DC 110 V，目的在于将满足蓄电池以及控制电路的需要，最后还会在DC-DC 斩波装置的利用下以DC 24 V替换原有的DC 110 V 斩波，这是为了满足负载供电需要。 从下图中我们可以看出，A市地铁二号线的相关车辆中包含有SIV装置，其总所涉及的每一个逆变群均包括了接触器HK（一个），并且在一二群的分支回路上还专门设置了接触器IVLB（一个），最后还在一二群的合流位置设置了接触器3ph MK（一个）。 1.2 原理 有关SIV的内部逻辑工作原理（如：图2所示），我们在启动SIV的过程中便会开始研究（如：图3所示）。在未启动SIV前，HK的主触点是闭合的，待升弓以后，SIV之中所包含的电压传感器（DCPT1）会开始检测，随后同接触网相接触，直到电压是在九百V以上，传感器便开始计时，等待一秒以后，系统便会自行将“HK”断开的指令下达给各个接收系统，这样一来所有的HK10NR便会接通电流，紧接着所有的HK也会接通电流。在这一过程中，当我们断开HK 的主触点后，还需要将主触点HK的状态及时向逻辑部反馈。 2 开展故障调查工作 针对SIV故障发生的具体情况（如：图4所示），我们在图2中已知的SIV 启动时序的结合下，对故障原因进行判断，经过大量的实践调查我们认为辅助逆
地铁辅助逆变系统分析 王成均 （城轨筹备办公室） 摘要 辅助逆变系统是地铁或轻轨车辆上的一个必不可少的关键的电气部分，它可为空调、通风机、空压机、蓄电池充电器及照明等辅助设备提供供电电源，其核心部件就是辅助逆变器。本文主要介绍地铁车辆辅助逆变系统的逆变特性、参数和逆变电路等。并对PWM信号线路优化，实现控制信号和电力线路的光电隔离。然后详细的分析了六列编组地铁车辆的配变电系统，主要配电设备，配电线路以及配电原理等。目前世界上在地铁与轻轨辅助逆变系统中大都采用绝缘栅双极型晶体管IGBT（或IPM）模块来构成。 使用IGBT元件的辅助逆变器提供低压辅助电源，其冷却方式采用强迫风冷。蓄电池采用镍镉电池，容量大于100Ah。 关键词：地铁车辆控制系统；辅助逆变系统；IGBT逆变器；PWM脉宽控制 引言 随电力电子器件发展，辅助逆变系统也经历着不同方案的发展过程。由于新一代性能优良的IGBT器件迅速发展，20世纪90年代中后期，欧洲与日本等国的车辆辅助逆变系统大都采用IGBT来构成，其方案大致有： （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脉冲方案； （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的方案。 这些方案各有其特点，而且都能满足地铁或轻轨车辆的要求。在目前的方案中，对DC110V控制电源主要有两种不同的设想： （1）通过50Hz隔离降压变压器来实现； （2）独立的直——直变换器直接接于供电网压通过高频变压器隔离后再整流并滤波得到DC110V控制电源。
城轨地铁车辆的某辅助电源装置采用SIV启动控制方式，启动过程中无电流冲击，满载启动时间不大于10s，具有过无电区后自动软启动功能。本文较详细地阐述了城轨地铁车辆辅助电源装置各部分电路的运行原理和系统控制过程。 关键词：城轨地铁辅助电源装置蓄电池 城轨地铁车辆的辅助电源系统是机车的重要组成部分，担负着除机车牵引系统主电路以外各种装置的供电任务，如牵引/制动控制装置的控制电源，各冷却用风机、变压器冷却用油泵、变流器冷却用水泵、制动/受电弓等各种气动机械装置提供风源的空气压缩机、空调、通风机等辅助电动机的三相交流电源，电热器、冰箱、信息显示装置的电源等等。机车辅助电源系统由三相交流辅助电源系统和直流电源系统组成。每列车采用两台辅助逆变器，辅助逆变器将1500V接触网提供的直流电逆变处理后为车辆提供两组电源：一组为380V、50Hz 的三相交流电，提供给空调、电暖器、电灯、空压机等设备。当一台辅助逆变器发生故障后，另一台辅助逆变器通过扩展供电单元向整列车供电，维持车辆的基本工作。 1辅助电源装置运行原理 1)输入滤波电路，输入滤波电路可减小1500V接触网提供的DC电源的整流波纹，降低进入变流器的高谐波电流。2)变流器电路,恒压恒频(CVCF)变流器具有产生3相交流电压的功能，变流器控制方法同样是3级PWM方法(使用IGBT)。3)交流输出滤波电路,交流输出滤波电路通过使用变压器，实现380V电路与1500V接触网高压电隔离。交流输出滤波电路可减小切换波纹和谐波，以产生低畸变输出电压。4)蓄电池充电器电路,蓄电池充电器提供110V直流电为列车蓄电池充电，并且为列车110VDC控制电路和列车24VDC控制电路提供电力。 2蓄电池充电器 蓄电池充电器输出电压和电流通过HCT2反馈(FB)到控制电路。该电流的反馈(FB)值受到控制限制器的限制。将电压指令及输出电压和电流的反馈值比较，产生电压误差。将电压
地铁辅助逆变系统分析 HUA system office room 【HUA16H-TTMS2A-HUAS8Q8-HUAH1688】
地铁辅助逆变系统分析 王成均 （城轨筹备办公室） 摘要 辅助逆变系统是地铁或轻轨车辆上的一个必不可少的关键的电气部分，它可为空调、通风机、空压机、蓄电池充电器及照明等辅助设备提供供电电源，其核心部件就是辅助逆变器。本文主要介绍地铁车辆辅助逆变系统的逆变特性、参数和逆变电路等。并对PWM信号线路优化，实现控制信号和电力线路的光电隔离。然后详细的分析了六列编组地铁车辆的配变电系统，主要配电设备，配电线路以及配电原理等。目前世界上在地铁与轻轨辅助逆变系统中大都采用绝缘栅双极型晶体管IGBT（或IPM）模块来构成。 使用IGBT元件的辅助逆变器提供低压辅助电源，其冷却方式采用强迫风冷。蓄电池采用镍镉电池，容量大于100Ah。 关键词：地铁车辆控制系统；辅助逆变系统；IGBT逆变器；PWM脉宽控制 引言 随电力电子器件发展，辅助逆变系统也经历着不同方案的发展过程。由于新一代性能优良的IGBT器件迅速发展，20世纪90年代中后期，欧洲与日本等国的车辆辅助逆变系统大都采用IGBT来构成，其方案大致有： （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脉冲方案； （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的方案。 这些方案各有其特点，而且都能满足地铁或轻轨车辆的要求。在目前的方案中，对DC110V控制电源主要有两种不同的设想： （1）通过50Hz隔离降压变压器来实现； （2）独立的直——直变换器直接接于供电网压通过高频变压器隔离后再整流并滤波得到DC110V控制电源。 1 辅助系统的主电路分析 辅助逆变器可以产生400VAC和230VAC的中压。400VAC中压用于空压机、空气调节、牵引设备的通风，230VAC中压用于正常照明。辅助逆变器自带的变压器将中压转换为低压，用于车门、应急照明、旅客紧急通风、通讯、控制和数据处理等。图1 辅助逆变器的工作原理图。 图1 辅助逆变器主电路原理 此辅助电源系统电源系统具有以下优点： （1）直流输出部分为交直交变换，不受交流输出的限制和影响，可以自主的进行调压，通过电池的温度传感器进行自动的温度补偿，并且可以在浮充的情况下通过调压，可以将蓄电池充满电。
[1]唐春林，陈春棉.城市轨道交通列车辅助供电系统分析[J].电气开关，2008，46(1). [2]康劲松，陶生桂.城市轨道车辆辅助系统IGBT三电平逆变器研制[J].同济大学学报（自然科学版），2001,29(2). [3]马柯.逆变器效率提升方案研究[D].电力电子与电力传动，2010. [4]文辉清.用于电力系统短路限流器的辅助电源系统研究[D].浙江大学，2006. [5]黄平林.交流变频调速系统的分析和设计[D].东南大学，2004. [6]谢方.城市轨道交通直流供电整流机组研究[D].西南交通大学，2009. [7]王文军.300km/h动车组辅助逆变器并联控制技术研究[D].北京交通大学，2009. [8]陈圣伦，金天均，顾亦磊，吕征宇.光伏发电系统辅助电源设计[J].电力电子技术，2007,41(5). [9]刘承绪.低地板轻轨车辅助逆变器并联研究[D].北京交通大学，2008. [10]陶生桂，胡兵.城市轨道车辆电气传动系统发展综述[J].电力机车与城轨车辆，2007,30(2). [11]陈勇.地铁车辆辅助逆变器控制技术研究[D].南京航空航天大学，2003. [12]韩姝莉，陶生桂.电力电子在城轨电动车辆中的应用与发展[J].电气传动自动化，2006,28(3). [13]梁建英.基于三电平逆变器的静止辅助电源系统[J].内燃机车，2004，(3). [14]吴晓.城市轨道车辆辅助供电系统的仿真[D].西南交通大学，2009. [15]吴俞阳.有源功率因数校正技术在车辆照明中的应用[J].城市轨道交通研究，2007,10(2). [16]丁洪东.城市轨道交通车辆辅助系统关键词问题研究[J].科技信息，2011，(1). [17]肖彦君，吴茂杉.城轨列车辅助供电系统的技术要求和电路选型[J].现代城市轨道交通，2004，(4). [18]王海滨.车辆辅助电源的电容型UPS设计[J].重型机车，2010，(3). [19]陈鞍龙，余强，陶生桂.DC01型电动列车辅助逆变器控制器及应急启动功能的改善[J].城市轨道交通研究，2006,9(1). [20]邓嘉.国产地铁辅助供电系统及蓄电池的选择[J].铁道车辆，2000,38(1). [21]张哲.地铁紧急通风变频器的研制[D].南京理工大学，2008. [22]龚文斌，张卫东.Alstom地铁列车中压辅助供电形式的性能比较及优化[J].仪表技术，2011，(1). [23]陈鞍龙，余强，陶桂生.上海地铁直流列车辅助逆变器启动失效分析及解决措施[J].电力机车与城轨车辆，2006,29(2). [24]杨鹏.高性能城市轨道交通直流牵引供电电源的研究[D].西南交通大学，2004. [25]S atoru Inarida, Takashi Kaneko. A novel power control method achieving high reliability of auxiliary power supply system for trains. EPE – Dresden, 2005
城轨车辆辅助供电方式比较分析与应用 摘要：针对目前国内轨道交通领域城轨车辆采用的不同中压供电形式：扩展供电形式、交叉网络供电形式以及并联网络供电形式，通过介绍、分析和比较不同供电方式的特点，确定合理的供电设计方案，提高列车辅助供电系统的可靠性，确保降级工况时列车性能不受影响。 关键词：城轨车辆；辅助供电；扩展供电；交叉供电；并网供电 引言 目前，在国内外轨道交通行业，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。辅助供电主要是由辅助逆变器输出交流380V为列车负载提供交流电源。 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（以下简称交叉供电），直到近年来开始采用中压并联网络供电形式（以下简称并网供电）。采用扩展供电方式的地铁线路主要有天津1号线，采用交叉供电方式的比较典型的是深圳2号线，采用并网供电方式的主要有广佛线。在长编组多辅助变流器的车辆上采用并网供电，当一个辅助变流器故障时基本不用减载，因此并网供电将成为未来的趋势。文章将重点介绍这三种中压供电形式技术特点，并进行相关的性能比较和分析。
1 辅助供电系统 1.1 辅助供电系统组成 列车辅助供电系统主要负责对列车所有中低压辅助设 备的供电，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控制系统、空压机、空调等车上重要设备的正常工作。辅助供电系统包括：辅助逆变器、充电机、蓄电池、高压母线（DCl500V）、中压母线（三相AC380V 50Hz）、低压母线（DC110V）、其他必须的辅助设备（继电器、接触器、空气开关、控制器）等。 1.2 扩展供电 扩展供电方式一般在每半列车设置一个辅助变流器，每个辅助变流器为相近的半列车提供交流电源，一旦一个辅助逆变器故障，另一个辅助逆变器将为整列车提供交流电源，同时减载。扩展供电属于早期车辆采用的供电方式，技术相对成熟。由于扩展供电技术相对简单，是国外牵引供应商进入国内市场首推的技术，随着技术的革新，扩展供电方式已很少被国外的牵引供应商所采用。但是随着发改委对牵引系统国产化率要求的越来越严格，国内牵引供应商已打破国外大企业对城轨牵引系统的垄断，以株洲时代为代表的国内牵引供应商大举进军国内城轨牵引系统市场，由于扩展供电技术相对简单且运用成熟，成为辅助供电方式的首选。目前株洲中标的大连2号线、宁波2号线均采用株洲时代提供的扩
城轨地铁车辆辅助电源系统研究 发表时间：2019-12-17T09:10:19.123Z 来源：《科学与技术》2019年第14期作者：汤龙 [导读] SIV启动是城轨地铁车辆辅助电源中的主要控制方式， 摘要：SIV启动是城轨地铁车辆辅助电源中的主要控制方式，具有启动时间短、无电动冲击等诸多优势。文章将从运行原理、蓄电池充电器、辅助系统电源、实现方案四个方面进行详细分析，旨在促进我国交通轨道电气设备研究。 关键词：辅助电源；城轨地铁；控制体统 城轨地铁车辆有多个部分组成，其中辅助电源系统担负着额外电气装置供电任务，确保制动、牵引等装置、变压器冷却油泵、风机、水泵、空气压缩机等辅助电动机能够正常运转[1]。如果地铁车辆辅助电源系统长时间出现问题，除机车牵引系统外，多种辅助装置都会停止工作，将会对城轨地铁车造成重大影响。机车辅助系统主要由两个部分组成：直流电源与辅助电源系统。每部列车上配备两台辅助逆变器，将接触网（1500v）进行逆变处理并为车辆提供三项交流电（50HZ、380v），确保空压机、电暖器、空调、点灯等设备能够常态运行。两台辅助逆变器在发生故障时，其中一台可以扩大功能使用范围，确保整辆车能够正常供电，保证其它辅助电动机能够正常工作。 1 运行原理 1.1处理电流 辅助电源装置能够处理电流，在输入滤波电路后，可以减小接触网所提供的电流波纹，并将DC电源整流波纹转化为高谐波电流，以便流入到变流器当中。 1.2控制相符 变流器（恒压、恒频）本身可以产生三相交流电压，变流器本身采用PWM（3级）控制方法[2]。 1.3电压隔离 控制器能够输出交流电路，将滤波电路进行转化，隔离1500V接触网与380V电路。 1.4提供电力 蓄电池能够满足城轨地铁车的一般充电（110V）需求，确保24VDC与110VDC两项控制电路都能够得到持续的电力能源。 2 蓄电池充电器 蓄电池本身作用是为城轨地铁车中各项线路充电。蓄电池充电器可以借助HCT反馈系统获取反馈信息，经过分析比较后确定城轨地铁车输出定额电压、电流，以此满足城轨地铁车供电需求。蓄电池充电器输出电压前后发生改变主要是通过模拟/数字转换器进行转化，并让AC390同步相位，产生IGBT所需的闸机脉冲，提供满足系统要求的稳定电压（DC24V）。蓄电池充电器电路基本控制方法流程主要为： 低电压控制器可以用于调节电压，大电流控制器确保电流平衡，有利于确保电路控制的安全性。 3 辅助系统电源 城轨地铁车辆辅助电源系统属于交流电系统，能够生成列车所需的三项交流电压，确保动车、机车辅助系统生的电气设备有符合需求的电能运行。辅助变流器有多种分型方法：（1）输入侧差异：直—交型和交—直—交型；输出不同：变压变频与恒压恒频逆变器；电平级数：两电和三电电平辅助。城轨地铁车辆辅助逆变器主要为CVCF，但也有用于满足不同状态下调节电压与频率的VVVF，单一列车上的VVVF与CVCF结构基本相同，但控制方式有一定差异性。电平辅助主要用于控制输出波形、处理耐压等级，三电平辅助在处理优势上较为明显，但整体操作较为繁琐。现今随着技术水平提升，二电平辅助处理技术明显提升，结构与控制相对比较简单，已经被广发应用。 4 直—交型和交—直—交型辅助变流器实现方案 4.1交—直—交型辅助变流器 该变流器运转过程中需要由辅绕组提供专项供电。交—直—交型主要是指三相逆变器、中间直流回路、网侧变流器。该型号辅助电流器工作过程中，接触网所承受的电压波动比加大，因此输入电流（单项）也会发生较大波动[3]。为了确保在中间直流回路电流稳定性，必
地铁列车的新型逆变器系统 收藏此信息打印该信息添加：丁崇恩来源：未知 1 引言 在即将投入运营的sz1地铁列车上，采用了一种新型变频变压(vvvf)逆变器牵引和制动系统。之所以称它是“新型”系统，是因为以下三个原因:其一，采用大功率电力电子器件igbt模块。复合型igbt是以单极型mosfet为驱动元件，双极型gtr为主导元件的达林顿结构元件，它综合了前者输入阻抗高、驱动功率小(电压型)、电路简单、开关频率高、热稳定性好和后者安全工作区宽、电流密度高、导通压降低的优点;其二，单台牵引电机额定功率较之目前国内外已投入运营的同类产品(4m2t)大，因而使这类地铁列车有更大的牵引功率和电制动功率;其三，vvvf逆变器采用直接转矩控制系统，这是除矢量控制系统之外的另一种新的高动态性能的、但更简单适用的变频变压调速系统。因此，这种“新型”系统体现了现代电力电子器件、电路及其控制技术方面的特点:集成度高，工作频率高，全控化，电路控制简单、灵活、准确，多功能化和智能化。这将大大提高地铁列车vvvf逆变器系统的可靠性、可维修性以及经济性等，具有广阔的发展前景。 2 sz1地铁列车电气设备的构成 2.1 地铁列车电气设备布置与电路图 如图1所示，sz1地铁列车为6辆编组(4m2t)的两个3车单元(2m1t)对称设计。每个3车单元都由一个带司机室的拖车a和两个动车(带受电弓的动车b和不带受电弓的动车c)组成。两个3车单元用半自动车钩连接。
图1 sz1地铁列车设备构成图 每车两个转向架共四根轴, 一个动车的四根轴由同一台牵引逆变器驱动, 即四台自冷三相异步牵引电动机并联运行。 (1) sz1地铁列车的线路区段: sz1地铁1期工程1号线13站，平均站间距1.172km，最大地下深度22m;4号线5站，平均站间距1.011km，最大地下深度23.5m。 (2) 轨距:1435mm。 (3) 设计最大坡道:正线35‰，车站线路3‰，辅助线路(awo)40‰，车辆段线路0‰。 (4) 车辆载荷:列车总载荷(t) awo(空载): 210t, aw1(48座/辆, 288座/列):227.4t，aw2(6人/m2，1920人/列):342.6t;aw 3(9人/m2，2502人/列):377.5t。 2.2 电气系统简述 sz1地铁列车的牵引逆变器系统全称应该是“变频变压(vvvf)逆变器牵引和制动系统”。图1所示系统的主要设备包括受电弓、浪涌吸收器、隔离和接地开关、高速断路器、线路滤波电
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城轨列车辅助供电系统的技术要求和电路选型 作者：肖彦君， 吴茂杉， Xiao Yanjun， Wu Maoshan 作者单位：铁科院(北京)工程咨询有限公司,副总经理,研究员,北京,100081 刊名： 现代城市轨道交通 英文刊名：MODERN URBAN TRANSIT 年，卷(期)：2004(4) 被引用次数：4次 本文读者也读过(10条) 1.唐春林.陈春棉.TANG Chun-lin.CHEN Chun-mian城市轨道交通列车辅助供电系统分析[期刊论文]-电气开关2008,46(1) 2.王小方.贺文.李小平.陈庆.刘晓华.唐国平电力机车DC600V供电系统的改进[期刊论文]-机车电传动2004(4) 3.柳飞磁悬浮列车供电系统的现场总线的研究[学位论文]2004 4.王鑫.赵清良.WANG Xin.ZHAO Qing-liang地铁车辆辅助逆变器的设计与仿真[期刊论文]-机车电传动2006(4) 5.孙传胜.杨俊杰.张中.SUN Chuan-sheng.YANG Jun-jie.ZHANG Zhong SS7C机车DC600 V列车供电系统可靠性设计[期刊论文]-铁道机车车辆2009,29(3) 6.邓嘉国产地铁辅助供电系统及蓄电池的选择[期刊论文]-铁道车辆2000,38(z1) 7.梅曦.王晓勇.漆志佳.MEI Xi.WANG Xiao-yong.QI Zhi-jia TM2型机车列车供电电压监控装置[期刊论文]-电力机车与城轨车辆2006,29(2) 8.石璇.沈涛AC01/AC02型电动列车辅助逆变器测试台构建[会议论文]-2006 9.谢湘剑.林文彪.XIE Xiang-jian.LIN Wen-biao磁悬浮列车三相辅助逆变电源的设计[期刊论文]-大功率变流技术2010(3) 10.丁洪东城市轨道交通车辆辅助系统关键问题研究[期刊论文]-科技信息2011(1) 引证文献(4条) 1.庞会文.杨美传.罗继华动车组空调装置启动对辅助供电系统影响分析[期刊论文]-机车电传动 2010(3) 2.王鑫.赵清良地铁车辆辅助逆变器的设计与仿真[期刊论文]-机车电传动 2006(4) 3.唐春林.陈春棉城市轨道交通列车辅助供电系统分析[期刊论文]-电气开关 2008(1) 4.陈恒谦城轨车辆辅助逆变器设计选型与发展趋势[期刊论文]-电力机车与城轨车辆 2012(4) 本文链接：https://www.doczj.com/doc/3916779801.html,/Periodical_xdcsgdjt200404008.aspx