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地铁车辆辅助变流器直流试验电源系统设计

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V〇1.24，

N〇.7,2017

地铁车辆辅助变流器直流试验电源系统设计

徐丽宾，叶傲嘉，王长亮，黄南，谢稳

(株洲中车时代电气股份有限公司，湖南株洲41201)

摘要:介绍了地铁车辆辅助变流器直流试验电源系统，设计了电源系统主电路，并确定了主要器件的技术参数。实际

测量结果表明，电源系统设计合理，满足地铁车辆辅助变流器对试验电源的要求。

关键词：地铁车辆辅助变流器；直流电源；十二脉波整流；

LC滤波

doi：10. 3969

/j.

issn. 1006 -8554.2017.07. 167技术研发

TECHNOLOGYANDMARKET

〇引言

地铁车辆辅助变流器是地铁车辆重要组成部分，它通过受

电弓将电网直流电源进行电能转换，主要包括辅助逆变器和蓄

电池充电机。为保证辅助变流器各项性能指标均能满足技术

标准要求，在批量生产之前，必须对辅助变流器各部件和整体

性能进行全面和深人的试验研究。试验时，需要模拟地铁供电

电网为辅助变流器提供直流电源。本文对直流试验电源系统

进行设计，将工业电网三相交流380

V/50

Hz转换为可调直流

输出，满足地铁车辆辅助变流器对直流供电电源的试验需求。

1系统性能指标

目前，地铁车辆供电电网有

DC750

V和

DC1500

V两种等

级。

DC750

V供电辅助变流器正常工作输人电压范围在500

V

~ 900

V之间;

DC1550

V供电辅助变流器正常工作输人电压范

围在1 000

V ~1 850

V之间。地铁车辆辅助变流器最大额定

功率250

kVA。辅助变流器在最大功率，最低电压工作时，输

人电流可达500

A。

根据试验需求，直流试验电源输出电压应在

DC200

V~

DC2000

V之间可以无极调节，最大输出电流可达600

A。同

时，为避免直流电源纹波电压对辅助变流器输出性能的影响，

电源电压纹波系数应控制在2%范围内。电源系统性能指标

设计为220

V~2 000

V/660

A,最大功率可达1 220

kW,纹波

系数2%。

2系统主电路

直流试验电源采用十二脉波不可控整流的主电路形式，其

优点是器件少，控制简单。电源系统将工业电网侧380

V三相

交流电源经过整流、滤波，转换成直流电压输出，通过调压器调

节输出电压大小，为地铁车辆辅助变流器提供不同的直流输人

电源。直流试验电源系统主电路包含输人调压电路、变压电

路、预充电电路、整流电路、滤波电路等几大部分。

2.1 输入调压电路

输人调压电路通过伺服电机带动调压器进行调压，一次侧

三相交流380

V电网电压经过调压器可在二次侧输出30

V ~

650

V三相交流电压，从而调节电源直流输出。

2.2 变压电路

变压电路由两个整流变压器组成，变比均为650

V/

1 620

V，其中一个变压器联结方式为

A/

Y接法，另一个联结方

式为△/△接法，利用变压器二次侧绕组的不同联结方式，使两

组三相交流电源间相位错开30。。

2.3预充电电路

由于

LC滤波回路并联有滤波电容，在十二脉波整流的前

期必须先对滤波电容进行充电。电源回路电流先经过预充电

电阻对电容充电，当电容充电满时，短接接触器闭合，预充电电

阻断开，完成滤波电容预充电。2.4整流电路

本设计中的整流电路根据十二脉波整流电路基本原理，采

用两组三相整流桥并联形成六相整流电路，输出十二脉波直流

电压。三相整流桥并联后的输出电压平均值仍为其中一组三

相整流桥整流电压平均值，但脉动频率为三相桥的两倍，同时

每组桥只承担负载电流的一半。

两组三相桥输出电压的瞬时值为：

vD(

t) =3

rVl(

1 -

1 ^

cosl2 -23225C〇s24 _ …)(1)

式中

R为交流输人线电压有效值。

直流输出电压平均值为：

〜

=32 =1.35^1 (

2)

n

因调压器调压范围30

V ~ 650

V

，整流变压器变比650

V/

1620

V，所以 75

V <<1 620

V，故 100

V <<2 187

V，满足电源系

统200

V ~2 000

V范围调压需求。

2.5 滤波电路

由双组三相桥式十二脉波整流电路的工作原理可知，直流

输出电压脉动频率为=12

x 50

Hz =660

Hz。电源系统具有大

功率、高电压等特点，宜采用

LC滤波电路抑制直流电压纹波，

且滤波电抗器采用空心线圈结构，保证电感在不同电流值时均

能恒定。综合各方因素，

选取电感值

L=2

mH,

电容值

C =

4

mF,能够保证直流输出电压纹波系数在

2%范围内。

3测量验证

实验室根据直流试验电源系统主电路设计，搭建了辅助变

流器试验平台，并对电源系统输出进行实际测量。在不同电源

输出电压条件下，使用高精度功率分析仪测量输出直流电压及

其纹波电压

，验证系统实际输出结果是否与设计保持一致。根

据试验结果，在不同直流输出电压条件下，直流电源纹波系数

均小于

2%，符合预期设计性能指标，能够满足地铁车辆辅助

变流器对直流试验电源的纹波系数要求。

4结语

本文根据地铁车辆辅助变流器试验电源需求，设计了直流

试验电源系统，实现直流输出电压在

DC200

V ~

DC2 000

V之间

可以任意调节，纹波系数在2%范围内，输出功率可达1 200

kW。

经实际测量验证

，其结果与预期保持一致

，证明了电源系统设

计的正确性和实用性，同时满足了地铁车辆辅助变流器对直流

试验电源的要求。

参考文献：

[

1] 曹时德，刘爱平.地铁车辆交流传动试验系统主电路设计

[

J].电力机车与城轨车辆，2014,37(6):50

-53.

[2]

Muhammad

H.

Rashid.电力电子技术手册[

M].北京：

机械工业出版社，2004.

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浅谈北京地铁14号线辅助供电系统

浅谈北京地铁14号线辅助供电系统

浅谈北京地铁14号线辅助供电系统

作者：刘恩朋

来源：《科技视界》 2015年第5期

刘恩朋

（南车青岛四方机车车辆股份有限公司，山东 青岛 266000）

0 引言

辅助供电系统是列车上至关重要的功能系统。它用作车辆空调、电热采暖、照明、空气压缩机、各系统控制电路及列车监视系统、车载信号和通信设备等的电源，是列车系统不可缺少的一部分，下面介绍一下北京打铁14号线辅助供电系统。

辅助供电系统组成：

北京地铁14号线辅助供电系统包括：隔离开关和熔断器（位于PH箱高压部分）、 不采用高速断路器（使用ACM熔断器和线路接触器实现保护）、 LC输入滤波器、辅助逆变器模块（ACM）、控制单元 DCU/A、三相交流滤波器 、输出变压器 、DC110V整流装置（位于辅助充电机AB箱内）、DC110V/DC24V电源变换器、蓄电池组、紧急通风用逆变器。

辅助逆变器的功率元件采用大功率电力电子器件IGBT，其控制采用微机控制并有自诊断功能。辅助逆变器工作电压：额定电压：DC1500V ，电压波动范围：DC1000V～DC1800V，当列车处于再生制动时其输入电压可达DC1980V。6辆编组列车的静止逆变器总容量为4*117kVA=468kVA。

1 容量及输出能力

为保证辅助电源系统最大可用性，每列车安装4组独立的辅助电源装置即静止逆变器(SIV)和2组蓄电池组，这保证即使一台辅助逆变器故障列车也无任何降级，辅助电源装置采用分散布置,其输出能力将满足6辆编组列车各种负载工况的用电要求。

交流输出：三相AC380V，50Hz，三相四线制（含单相220V）

容量：每台117kVA；四台逆变器总容量 4×117kVA=468kVA

负载：空调或电热采暖装置、幅流风机、空气压缩机组、客室及司机室照明、DC110V整流装置和DC110V/DC24V电源变换器等。

CRH1型动车组辅助供电系统概述

CRH1型动车组辅助供电系统概述

CRH1型动车组辅助供电系统概述

一、辅助供电系统功用

1.辅助供电系统安装在每个动力车下方，分别设置一套辅助电源装置。主要为空气压缩机、照明、控制、广播、列车无线等设备提供电源。

2.Ac25kV高压电输入主变压器，经过高压侧变流器输出l650V直流，经辅助逆变器输出三相AC380V和DC110V两路电源，为列车各设备供电见图6－1、图6－2。

二、辅助电源系统供电方式辅助电源系统供电方式有三种不同的供电模式。 (1)普通运行模式，普通牵引工况下从25kV接触网获取电能。

(2)回送模式，在没有25kV接触网电时，以牵引电机作为发电机，提供牵引EMU所需的辅助三项电源。

(3)外部电源供电方式，没有25kV接触网电压，牵引电机也不发电直接输入外部电源。

三、辅助电源系统正常供电模式与性能

1.由25kV接触网获取电能，所有辅助变流器ACM全功能运行。

2.辅助用电设备全部都连接在辅助母线上。

3.没有负载切断。

四、辅助电源系统一个ACM停机时，供电模式与性能

1.一个ACM停机时，由25kV接触网获取电能，因某种原因一个ACM断开，其他所有辅助变流器ACM全功能运行，辅助供电系统处于一个ACM停机模式。

2.此时5辆客车的HVAC的负荷比正常减一半。

3.保持有3辆车的HVAC轮流全功能运行供给全列车。

五、辅助电源系统至少2个ACM可用时，供电模式与性能

1.由25kV接触网获取电能，因某种原因有两个或三个ACM断开，其他所有辅助变流器ACM全功能运行，辅助供电系统处于至少有两个ACM可用模式。 2.此时7辆客车的HVAC的负荷断开(除排废气风扇工作)。

3.无效司机室的HVAC的负荷断开，所有强迫通风的对流加热器负荷断开。

六、辅助电源系统400V母线短路时，供电模式与性能

1.由25kV接触网供电，400V母线出现短路，辅助电源系统400V处于此模式。

2.辅助电源系统400V短路模式负载及性能。

浅谈北京地铁14号线辅助供电系统 2

浅谈北京地铁14号线辅助供电系统 2

科技视界

Science&TechnologyVision科技视界0引言

辅助供电系统是列车上至关重要的功能系统遥它用作车辆空调尧

电热采暖尧照明尧空气压缩机尧各系统控制电路及列车监视系统尧车载

信号和通信设备等的电源袁是列车系统不可缺少的一部分袁下面介绍

一下北京打铁14号线辅助供电系统遥

辅助供电系统组成院

北京地铁14号线辅助供电系统包括院隔离开关和熔断器渊位于PH箱高压部分冤尧不采用高速断路器渊使用ACM熔断器和线路接触

器实现保护冤尧LC输入滤波器尧辅助逆变器模块渊ACM冤尧控制单元DCU/A尧三相交流滤波器尧输出变压器尧DC110V整流装置渊位于辅助

充电机AB箱内冤尧DC110V/DC24V电源变换器尧蓄电池组尧紧急通风

用逆变器遥

辅助逆变器的功率元件采用大功率电力电子器件IGBT袁其控制

采用微机控制并有自诊断功能遥辅助逆变器工作电压院额定电压院DC1500V袁电压波动范围院DC1000V耀DC1800V袁当列车处于再生制动

时其输入电压可达DC1980V遥6辆编组列车的静止逆变器总容量为4*117kVA=468kVA遥

1容量及输出能力

为保证辅助电源系统最大可用性袁每列车安装4组独立的辅助电

源装置即静止逆变器(SIV)和2组蓄电池组袁这保证即使一台辅助逆变

器故障列车也无任何降级袁辅助电源装置采用分散布置,其输出能力

将满足6辆编组列车各种负载工况的用电要求遥

交流输出院三相AC380V袁50Hz袁三相四线制渊含单相220V冤

容量院每台117kVA曰四台逆变器总容量4伊117kVA=468kVA

负载院空调或电热采暖装置尧幅流风机尧空气压缩机组尧客室及司

机室照明尧DC110V整流装置和DC110V/DC24V电源变换器等遥

负载功率因数院跃0.85(感性负载)

电压精度院380V依5豫

频率精度院50Hz依1Hz

波形畸变因数院约5豫渊适用于无源负载和转动负载袁不适用于

逆变器负载袁因为逆变器负载将畸变电源的电流和电压冤

城市轨道交通供电方案设计

城市轨道交通供电方案设计

城市轨道交通供电方案设计

一、背景分析

二、供电方式选择

城市轨道交通的供电方式主要有三种：直流供电、交流供电和混合供电。具体选择供电方式需要考虑线路的长短、信号控制系统的类型、电力负荷的大小以及经济性等因素。一般情况下，直流供电方式较为常见，适用于大部分城市轨道交通线路。

三、供电系统设计

1.轨道电缆布置设计

轨道电缆是城市轨道交通供电系统的核心组成部分，其布置应合理、科学。需要考虑的因素包括线路的长度、电力负荷大小以及城市规划的变化等。为了保证供电线路的安全可靠，应避免交叉和共用电缆的情况，尽量采用分区布置。

2.变电站设计

变电站是城市轨道交通供电系统的关键设施，用于将输送到轨道交通线路的高压电能变成适合供电的低压电能。变电站的设计应考虑轨道交通线路的负荷需求，合理确定变电站的容量和数量。同时，还需要考虑变电站的地理位置，应选择方便供电网络接入和运维的地点。

3.供电系统保护设计

供电系统的保护设计是确保供电系统安全稳定运行的重要环节。应根据供电系统的特点和需求，设计相应的过流保护、短路保护和接地保护等设备。通过合理配置保护装置，能够有效防止供电系统出现火灾、爆炸等事故，提高供电系统的可靠性和稳定性。

4.维护和检修设计

供电系统的维护和检修工作对于城市轨道交通的长期运行至关重要。在供电系统设计中，应考虑维护和检修的便捷性和安全性。例如，可以设置可拆卸的设备和配电柜，方便维护人员对供电系统进行检修和维护。

四、新技术应用

随着科技的进步，一些新技术在城市轨道交通供电系统中得到了应用。例如，能量回馈技术可以利用列车的制动能量回馈到供电系统中，减少能源的浪费，并提高供电系统的效率。另外，太阳能、风能等可再生能源的应用也有助于提高供电系统的环保性能。

五、总结

城市轨道交通供电系统的设计是保证该交通方式安全、稳定运行的重要环节。通过科学合理的供电系统设计和新技术的应用，可以提高供电的效率和可靠性，同时减少能源的浪费和环境的污染，为城市轨道交通的发展做出贡献。