动车组辅助供电系统

动车组概论

题目我国高速动车组辅助供电系统比较与分析

班级

姓名

学号

二〇一一年六月

摘要：阐述了高速动车组辅助供电系统的结构与功能，系统地介绍了目前运行在我国铁路上的4种高速动车组辅助供电系统，详细地比较并分析了各列车辅助供电系统的电路结构、实现方案以及优缺点。最后，通过分析这几种高速动车组的辅助供电系统，提出了今后我国列车辅助供电系统的电压标准建议以及确定辅助供电系统标准结构的思路。

Abstract：The structure and function of auxiliary power supply system of high —speed locomotive were illustrated and auxiliary power supply systems of four types of China railway high·。speed were systematically intro‘duced．Then structures and implementation of these auxiliary power supply systems were compared and ana —lyzed．Through the analysis，the suggestion of establishing voltage standards and standard structures for auxiliary power supply system are given．

Key words：railway high-speed；auxiliary power supply system；inverter；rectifier

1 引言

2007年4月18日，中国铁路按照既定计划实施了第6次大面积提速。在这次大提速中，“引进、消化、吸收再创新”的CRH系列动车组扮演了极其重要的角色。CRH系列的动车组，最高时速达到350 km／h以上，因此本文泛称CRH系列动车组为高速动车组。高速动车组技术是各项复杂技术的集合体，而辅助供电系统是高速动车组的重要组成部分之一。为了保证高速动车组长时间的正常运行，列车需要稳定、高效的辅助供电系统为众多辅助设备提供电源，这些设备包括空气压缩机、冷却通风机、油泵／水泵电机、空气调节系统、采暖、照明、旅客信息系统等。辅助供电系统的优劣直接关系到高速动车组能否正常行驶。

2 高速动车组辅助供电系统综述

高速动车组的辅助供电系统主要包括2部分：交流供电系统和直流供电系统。交流供电系统主要指从牵引变压器辅助绕组或牵引回路直流环节获取电能开始，到各种制式交流电压输出为止的部分。交流供电系统的任务是输出交流电压，为交流母线提供电源，以及为交流负载供电。目前，高速动车组的交流供电系统主要有两种形式：交直交型与直交型。如图1所示，交直交型交流供电系统一般由4部分组成：牵引变压器辅助绕组、辅助整流器、中间直流环节以及辅助逆变器。该供电系统由牵引变压器的辅助绕组提供电源，经过辅助整流器和辅助逆变器的变换，最终输出三相交流电压，供交流电负载使用。

与交直交型交流供电系统相比，直交型交流供电系统则从机车牵引回路的直流环节取电，经过辅助逆变器实现从直流到交流的变换，最终输出交流电压。一般来说，牵引回路的直流环节电压都较高，直接用该直流电压进行逆变则无法避免因逆变器占空比过低所带来的输出电压正弦度过低的问题。因此，为了保证输出的交流电压值(大约为400 V)与输出电压的正弦度，在直交型电路中必须有降压环节。图2为直交型辅助交流供电系统的两种常见结构。两者的区别在于前一种结构先经过辅助逆变器完成从直流到交流的转变，后经过辅助变压器降压；而后一种结构先通过降压斩波器降压，后经过辅助逆变器实现交流电的输出。

另外，直流供电系统也是辅助供电系统的重要组成部分，也有不同的电路结构。它主要包括：蓄电池充电机、蓄电池以及相应的负载。直流供电系统的任务是给列车内的直流用电设备供电。

3 高速动车组辅助供电系统

从2004年到现在，中国共生产了4种CRH高速动车组，即目前运行在我国铁路上的高速动车组，它们分别是CRHl，CRH2，CRH3和CRH5。下面将逐一分析介绍这4种高速动车组的辅助供电系统。

3．1 CRHl辅助供电系统

CRHl高速动车组由青岛四方一庞巴迪一鲍尔铁路运输设备有限公司(BSP)生产，2007年投入正式运营，它的原型车是庞巴迪公司为瑞典AB提供的Regina。图3为CRHl编组示意图，图3中Mc为驾驶动车；M为中间动车；Tp，Tb为拖车。由图3可见，一列CRHl高速动车组由8节车组成(5M3T)，共有3个列车单元。受电弓位于Tpl和Tp2车。

CRHl高速动车组的每个列车单元都有一个完整的辅助供电系统，其辅助交流供电系统采用直交的形式。主要负载包括：列车采暖设备、空调、通风系统、主变流器和牵引变压器的冷却风机、蓄电池充电机、照明系统、控制用电源系统和旅客信息及广播系统等。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。CRHl辅助供电系统结构图如图4所示，其

中，25 kV交流高压电经位于T车内的牵引变压器降压后输入位于M车内的网侧变流器单元(LCM)。LCM的直流环节(1 650 V)与辅助逆变器单元(ACM)的输入侧连接。ACM输出的400V／50 Hz三相交流电经过输出滤波器滤除谐波后，通过隔离变压器和接触器给列车三相交流母线供电。蓄电池充电机与交流母线连接，交流电经充电机整流后变为110 V直流电压，一路供给直流母线，另一路接蓄电池。同时，三相400 V交流母线和110 V直流母线两路电源也为列车内的各种用电设备供电。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。表1所示为单个辅助逆变器的技术指标。