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我国动车组各型车辅助供电分析与比较

随着高速铁路技术在我国的迅速发展，高速铁路动车组技术的消化吸收是我国铁路建设急需要解决的问题，其中高速铁路动车的辅助供电系统是其重要组成部分。高速动车组辅助供电系统的设计需要考虑很多实际的问题，需要能适应经常启动和停止运行。动车组的辅助供电系统的负载比传统电力机车要更加繁多，不仅仅担负着牵引辅助风机等牵引辅助系统，同时也担负着车内供暖，照明等旅客用电系统。各种不同的负载会经常的启动和停止，所以，高速动车组助供电系统比传统电力机车要复杂的多，对其技术要求也更高。

我国现有高速铁路动车组辅助供电系统的方案

CRH1型动车组的辅助供电系统

CRH1的辅助系统包括辅助电源系统和辅助用电设备。辅助用电设备包括HVAC（采暖、通风、空调）系统、空压机、风机、电池充电模块及车辆控制、照明等装置。辅助系统是一个连接在各车箱之间的电源的供电源配电系统，提供：

（1）三相四线制50HZ、400V交流电源；

（2）110V直流电源。

供列车辅助交流和直流设备使用。

CRH1的辅助电源系统从主变流器的直流侧接受DC1650V的电能，通过辅助变流器逆变为三相交流电，再通过辅助变压器和交流滤波器输出给电源母线AC400V/50Hz交流电最后经供电母线分配给不同的负载，如下图所示

辅助供电系统框图

CRH1采用的是动力分散的设计，每列车有8辆编组，其中5辆为装载了牵引电机的动力车，其他3辆为无动力的拖车(即5动3拖设计)。由于涉及辅助供电系统各辅机负载的分配和辅助变流器个数，位置的具体信息，需要详细介绍下该动车的结构。由于动车为双向对称结构，因此需要从左向右对动车的车厢进行命名和标记，通常，将此列车分为3个列车基本单元(TBU)，每单元由两动一拖或一动一拖组成。

每节动车车厢上都设置主变流器和辅助变流器，每列拖车上都设有主变压器。因此，在CRH1型动车上，共有5组辅助变流器并联工作。在正常情况下，这5台辅助变流器同时工作，将逆变出的三相交流电输送到交流母线上。

在每一节动车下均设有一个辅助电源装置,主要包括一个额定容量为144 kV·A的辅助逆变器单元(ACM)、隔离变压器、蓄电池充电机以及蓄电池等。在启动过程中，辅助供电系统的负载必须按一定顺序启动，以降低系统担负的启动电流。ACM是整个辅助供电系统的核心，包括一个三相两电平IGBT逆变器、LC输出滤波器、门驱动单元、电压和电流传感器及控制单元等。ACM采用基于微处理器的控制单元，控制方法是空间矢量调制法。为了在启动和接上较大负载时达到最好的控制效果，ACM采用恒定的压频比控制。辅助变压器和3相交流母线之间设置一个三相分离接触器，当ACM不工作的时候，交流母线和辅助变压器之间要采用分离接触器进行隔离。系统的各用电负载均从这个交流母线上获取电能。由于需要从主变流器的DC环节取电，因此在安装时每个辅助变流器都安装在主整流器箱内。

CRH1型动车组可分为3个独立的列车单元，每个单元都可以独立工作。其辅助供电系统也是分单元配置的。每个供电单元都有专门的接触器来负责将

此单元接入或断开母线。当其中某个辅助变流器出现故障时，可以将此变流器从交流供电母线上切除，将负载功率分配到其他辅助变流器。但是，这时5辆车的客车高压交流负载比正常情况要减载一半。但不是同时将所有负载都关掉一半，而是保持有3台车的负载全功能运行，整车负载轮流供电。

CRH2型动车组的辅助供电系统

CRH2型动车共有2台辅助电源装置(APU)，分别设置在1号车和8号车，每一台APU向其所在的4节车的辅助用电设备提供电源。当一台辅助电源装置发生故障时，可通过另一台辅助电源装置向全列车提供辅助电源。CRH2的辅助供电系统由牵引变压器辅助绕组、辅助电源装置、蓄电池、辅助及控制用电设备、地面电源等几部分组成。辅助电源装置由APU和ARF两部分组成。其辅助系统的供电模式时由主牵引变压器抽出一个辅助绕组，将网压变到交流400V，然后从辅助绕组取电，经脉冲整流器整流至850V的中间值流后，再逆变成可控的400V， 50Hz的三相交流电提供到辅助电源母线上，原理图下图所示。

CRH2型动车辅助供电系统原理框图

CRH2型动车的输出电压制式繁多，种类复杂，其实按照负载种类的不同来提供不同的电能。其中的单相400V不控交流直接从牵引变压器的副边辅助

绕组上取电，不经过控制直接给空调和换气装置提供电能。因此，CRH2的空调装置需要自己配置变流器，否则有可能不能适应大范围的电压波动。而且，CRH2的稳压400V电源不是直接对负载供电，而是通过隔离变压器将三相交流电压分别转化为AC200V和 AC100V的两个单相交流电输出，其输出的两个电压幅值不相等但功率相等，因此有可能造成三相的不平衡供电。

CRH2的ARF主要由变压器和三相不控整流电路组成。变压器原副边分别接成星形和三角形，三相不控整流电路将输入的交流电压变换为直流电压输出。

CRH3型动车组的辅助供电系统

CRH3的辅助交流供电系统采用直交形式,由牵引回路的直流环节(3000V)给辅助供电系统提供电源。与CRH1型车相比，CRH3型动车组的辅助供电系统虽然也是采用直一交模式对辅助设备进行供电，但其在设计时充分考虑了乘坐的舒适性和作为客运列车的需要，客车车体内的照明，插座等旅客用电均是由每节车厢自带的逆变器将直流蓄电池总线上的110V直流逆变为交流220V分别提供。其辅助供电系统的供电原理图如下图所示。

CRH3型动车组辅助供电系统原理框图

CRH3共设有4个辅助逆变单元，其中两个为功率为160KV，分别位于车辆的第2和第7节。另外两个逆变单元分别是由两个单台功率为160KV并联而

组成的双逆变单元，这两个双逆变单元别位于动车组的第4和第5节车上。其中通风机、压缩机等大功率用电器直接从三相交流母线上取电。在辅助逆变器逆变出440V/60Hz的三相交流电经传输到交流母线后，在每节车厢都设有一个变压器，从三相交流母线上取两相通过变压器变为单相230V/60Hz的单相交流电供给本节车厢的相应设备供电。

CRH5型动车组的辅助供电系统

CRH5的动车辅助供电系统由辅助变流器，蓄电池，充电机等组件组成。每列车有5台辅助变流器，都设置在每个动车车厢内，与牵引变流器设置在一起。CRH5的辅助供电系统也是由牵引变流器的中间直流处取电。和其他两种从中间直流处取电所不同的是，其没有直接逆变成三相交流电提供到交流母线作为主要的辅助供电系统的输出，而是经过一个斩波电路将其降为DC600V之后再逆变为三相交流电为辅机供电。其供电方式及各级电压制式参数如下图所示。

CRH5型动车组的辅助供电系统原理框图

由上图可知，CRH5型车的辅助供电系统的输出电压制式比较简单，只有AC400V/50Hz和DC24V两种，其中压负载(AC400V)主要是压缩机、牵引电机及变压器的冷却风机、空调、采暖等较大功率的设备；低压直流负载主要是照