摘 要:城市轨道 交通 车辆一般采用直流供电,通过车辆上的辅助电源系统为车辆辅助设备供电,本文就城市轨道交通车辆辅助逆变器的电路结构、形式及辅助电源系统进行简单 分析 介绍, 并指出了城市轨道交通车辆用辅助电源系统的 应用 及 发展 。
关键词:辅助逆变器 PWM 调制 隔离变压器 斩波 控制电源
在城市轨道交通车辆中,通常是从电网获取直流电压(一般为1500VDC 和 750VDC),经由辅助逆变器( 也称静止逆变器) 变换输出380VAC,给列车上的辅助设备供电。
城市轨道交通车辆一般采用两种型号车辆,对于两种车辆,逆变器的工作形式不同:A型车为拖车,其逆变器一路供给列车照明和风机电机;另一路输出 110VDC 控制电源,同时兼向蓄电池充电;B/C 型车为动车,其逆变器输出 380VAC 分别向列车的空调机组和空气压缩机供电。
以下,就城市轨道交通车辆的辅助电路系统进行分析介绍。
1 辅助逆变器电路结构 其中DC — DC — AC 方式升/ 降压斩波中,升压斩波的系统应用在DC750V 供电网压的场合;降压斩波的系统应用在网压为DCl500V 的场合。采用升/降压斩波的目的都是为了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。
目前 , 以 G T O 、I G B T 为代表的开关器件的开关频率足以满足在网压波动范围内,用PWM 调制实现逆变器稳定输出, 且满负荷运行,因此现在生产的车辆常采用直接逆变的方式。
2 辅助逆变器形式
目前我国城市轨道交通车辆使用的辅助逆变器有两种形式:一种为单台逆变器形式,另一种为两台逆变器串联形式。例如上海一号线直流地铁车辆使用单台逆变器形式,上海二号线地铁车辆使用两台逆变器串联形式。
2.1 单台逆变器形式2.2 两台逆变器串联形式
有两种方案:一为两台逆变器输出至隔离变压器,通过隔离变压器的电路叠加,或磁路叠加,然后经滤波输出,这种方案的优点是逆变器可以用低电压的 IGBT 元件;二为控制两台逆变器输出电压的相位差,当它们经过变压器的电路叠加或磁路叠加后,使变压器输出电压的谐波减少,这样对输出滤波器的要求可以降低,即可以减小滤波器的体积和质量。
需指出的是,这种电路较为复杂,尤其是变压器,用电路叠加的变压器,其副边绕组较为复杂。用磁路叠加的变压器,磁路设计较为复杂。另一方面, 这种电路的产生是在早期IGBT 元件水平不太高的情况下出现的。因此已基本不再采用该形式。
2.3 辅助电源系统
以上海地铁一号线为例,其静止逆变器原理框图如图 3 所示。DCl500V 电源经L-C 滤波器后由GTO 斩波器进行斩波调压至 770V,再经过中间滤波器送入六脉冲 GTO 逆变器,其输出经隔离变压器后成为 AC380V。在隔离变压器次边还设有一组抽头,其输出交流电压经整流后提供 DC110V 电源。
控制单元的核心是微处理器,包括四个功能包:
电源功能包(P-PAC)- 提供控制电源及斩波、逆变器的脉冲。
通信功能包(C-PAC)- 传输逆变器及列车上的各种信号,寄存过程参数实际值。
接口功能包(I-PAC)- 确定参数所需值,监控逆变器电压、电流、温度、延时时间及工作过程。
快速保护和控制功能包(F-PAC)- 控制逆变器工作过程,寄存过程参数中实际值的模拟量,实现逆变器快速保护。
3 应用 及 发展 上海地铁二号线的辅助电源系统采用由IGBT 模块(3300V/1200A)构成的静止逆变器,输出 AC380V 电源。列车的每节车均设一个辅助逆变器,容量为 90KVA。A 车的逆变器供电给列车一半的照明和风机电机,同时提供 DC110V 电源,B、C 车上的逆变器分别向列车一半的空调机组供电。 目前 世界上在地铁与轻轨辅助系统中大都采用绝缘栅双极型晶体管 IGBT(或 IPM)模块构成。为了人身安全,低压系统及控制电源与高压系统在电位上采用变压器隔离,现今国内外都采用直—直变换及高频变压器隔离这一方案。从冗余度与轴重均衡出发,常选用分散供电方案。
参考 文献
[1]徐安,陶生桂.庞乾麟.城市轨道 交通 电力牵引[M].北京: 中国 铁道出版社,1998.
[2]高爽.地铁车辆构造与维修管理[M].北京:中国铁道出版社,2003.
