辅助供电系统

uNN'

uWN uWN' uNN '
u UN'
a)
O
Ud
u VN'
2
b)
O
u WN'
c)
O
u UV
Ud
d)
O
u NN'
e)
O
u UN
f)
O
iU
g)
O
id
h)
O
2Ud 3
t
t
t
t
Ud 6
t
Ud 3
t
t
t
5、三相电流型逆变电路
基本工作方式是120°导电方式—每个臂一周期内导电 120°每时刻上下桥臂组各有一个臂导通，横向换流
– 通常利用附加电容上所储存的能量来实现，因此 也称为电容换流。
换流方式总结
– 器件换流——适用于全控型器件。 – 其余三种方式——针对晶闸管。 – 器件换流和强迫换流——属于自换流。 – 电网换流和负载换流——属于外部换流。 – 当电流不是从一个支路向另一个支路转移，
而是在支路内部终止流通而变为零，则称 为熄灭。
全列动车组共设有3组控制蓄电池（国产 化以后设5组控制蓄电池)，蓄电池组容量可维 持应急用电量两小时。运行过程中，蓄电池组 可在线路上充电。
④ 每车上有两个单相AC220V 的插座； ⑤ 2、6号车号车车体侧面有单相外接电源插座，
单相AC400V /50Hz ,车辆检修基地、检查库 应设有相应的单相AC400V /50Hz外部电源， 供动车组辅助电路的工作。
第二节 动车组辅助供电系统
概述
一、辅助电源系统的作用
1、提供三相交流输出： 向牵引变流器通风机、牵引电机通风机、牵
引变压器通风机、压缩机等车上设备提供三相交 流输出。
2、提供单相交流输出 向空调控制、显示器、水泵装置、辅助制动
等提供电力装置提供单相交流输出。 3、提供直流输出
给辅助电路、监视装置、制动装置、关门装 置、牵引变流器控制等电力设备提供直流输出。
二、逆变器的基本情况介绍
1、逆变的概念： 逆变——与整流相对应，直流电变成交流电。 交流侧接电网，为有源逆变。 交流侧接负载，为无源逆变。
2、逆变电路的基本工作原理
以单相桥式逆变电路为例
S1~S4是桥式电路的4个臂，由电力电子
器件及辅助电路组成。
输出电压
S 1
io
负载
S 3
Ud
S2
uo S4
uo io
3) 负载换流
• 由负载提供换流电压的换流方式。 负载电流的相位超前于负载电压的场合，都
可实现负载换流。 如图是基本的负载换流电路，4个桥臂均由
晶闸管组成。
uo
uo a)
io
O
?t
io
i
iVT1 iVT4
O i
iVT2 iVT3
?t
O uVT
O
t1
uVT1
uVT4
?t
?t
b)
4) 强迫换流
–设置附加的换流电路，给欲关断的晶闸管强迫施 加反压或反电流的换流方式称为强迫换流。
三个单相逆变电路可组合成一个三相逆变电路 应用最广的是三相桥式逆变电路 可看成由三个半桥逆变电路组成
+
N'
-
V1
Ud 2
U
Ud 2
V4
V3 VD 1
V VD 4
V6
V5 VD 3 VD 6 W
V2
VD 5 N
VD 2
180°导电方式
每桥臂导电180°，同一相上下两臂交替导 电，各相开始导电的角度差120 ° 任一瞬间有 三个桥臂同时导通,每次换流都是在同一相上下 两臂之间进行，也称为纵向换流。
IGBT的散热器形式
目前主要有两种: ① 翅片式散热器
材料一般均采用铝； ② 热管散热器
它的基板及热管的材质为铜，散热翅片的材 质为铜或铝，内部循环的冷却液是水或酒精。
IGBT的翅片式散热器形式
热 管 散 热 器 形 式
②开关频率
在脉宽调制情况下，单位时间内(1S)基波 的周波数叫做工作频率，在单位时间内(1S)一 个功率电子元件的开关次数叫“开关频率”。
动车组辅助供电系统构成图
辅助供电系统主要供电设备
辅助供电系统向牵引变流器通风机、牵引电机 通风机、牵引变压器通风机、压缩机等车上设备 提供三相交流输出，给辅助电路、监视装置、制 动装置、关门装置、牵引变流器控制等电力设备 提供直流输出，给空调控制、显示器、水泵装置、
辅助制动等提供电力装置提供单相交流输出。
id Ud
VT1
VT3 VT5
U V W
VT6 VT2
VT4
iU iV iW
iU
O
Id
t
iV
O
t
iW
O
t
uUV
O
t
图5-11
图5-14
电流型三相桥式逆变电路 的输出波形
串联二极管式晶闸管逆变电路
主 要 用 于 中 大 功 率 交 流电动机调速系统
电流型三相桥式逆变 电路 各桥臂的晶闸管和二 极管串联使用
输出电流近似正弦载波频率必须高，才能保证
调制后得到的波形与调制前效果相同。
SPWM调制原理图
载波
SPWM调制
自然采样
1、单极性正弦脉宽调制
(a)输出电压波 (b)两种控制电压波的相交
2、双极性正弦脉宽调制
(a) 三角形载波 与正弦调制 波的相交
(b) 输出相电压波
3、脉宽调制（PWM）控制示意图
IPM 智能功率模块
外形图
IGBT
驱动电路
过流保护 过热保护 欠压保护
内部结构示意图
IGBT和IPM分为单单元和双单元两种： 单单元：指一个模块包含上下桥臂的一个
IGBT（或IPM） 双单元：指一个模块包含上下桥臂的两个
IGBT（或IPM） 6只单单元器件或3只双单元模块可构成三 相逆变器的主电路。
三相电压型逆变电路工作波形
负载各相到电源中点N‘的电压： U相，1通，uUN‘=Ud/2，
4通，uUN'=-Ud/2。
负载线电压
uUV uUN' uVN'
uVW

uVN'
uWN'

uWU

uWN'
uUN'

负载线电压
uUN uUFra Baidu bibliotek' uNN'
uVN
uVN'
电流型逆变电路和电压型逆变电路的不同
• 大多数电压型逆变电路都采用全控型器件，换流 方式为器件换流。
• 采用半控型器件的电压型逆变电路已很少应用。 • 而电流型逆变电路采用半控型器件的电路仍应用
较多； • 电流型逆变电路就其换流方式而言，有的采用负
载换流，有的采用强迫换流。
4、三相电压型逆变电路
IGBT是一种既
集电极 C
C
能控制 其导通又能
控制其关断的功率半
导体器件，当门极加
G 门极 G
上一定的正向电压时 管子导通，而当门极
发射极 E
E
IGBT原理示意图和符号
加反向电压时，管子 则被关断。
IGBT的工作特点
门极电压 UG＞ UG(th), IGBT导通
C
门极电压 UG＜ UG(th), IGBT关断
CRH2动车组辅助供电系统介绍
一、CRH2动车组的辅助供电系统概况
1、辅助供电系统 ① 辅助供电系统采用干线供电方式，电源系统贯穿 全列车。 ②每列车设置2台辅助电源装置，安装在1号车（T1c） 及8号车（T2c）的车体的底下，分别向4辆车提供辅 助电源。 ③2、4、6号车上分别设有一个蓄电池箱 。
三、PWM（Pulse Width Moderation）脉宽调制
利用半导体开关器件的导通和关断把直流电压 调制成电压可变、频率可变的电压脉冲列。中间部 分较宽，越向两侧越窄。
等效波形
U
t
SPWM调制：
采用三角波和正弦波相交获得的PWM波形直接 控制各个开关，可以得到脉冲宽度和各脉冲间的占 空比可变的、呈正弦变化的输出脉冲电压，能获得 理想的控制效果：
全列动车组共设3组控制蓄电池，蓄电池组容量 可维持应急用电量两小时。运行过程中，蓄电池组 可在线路上充电。
动车组车外车体侧面装有连接外部电源的 插座（AC400V、单相、50Hz），M2车（2号车及 6号车）上各有一处。车辆检修基地设置有外部 电源，可供辅助电路的工作。
②可靠性 辅助系统设有完善的安全接地措施以及自诊断
电压型逆变电路的特点
电压型全桥逆变电路
(1)直流侧为电压源或 并联大电容，直流侧电压 基本无脉动。
(2)输出电压为矩形波， 输出电流因负载阻抗不同 而不同。
(3)阻感负载时需提供 无功功率。为了给交流侧 向直流侧反馈的无功能量 提供通道，逆变桥各臂并 联反馈二极管。
电流型逆变电路
电一流般型在逆直变流电侧路串联大电感，电流脉动很小，可近似 看成直流电流源
正常输出
调压（通断周期不变，调整通断 时间的比例）
调频（通断时间的比例不变，改 变通断周期）
4、脉宽调制关键技术
①电子开关元件 （IGBT、 IPM） ②开关频率 ③变频控制方法（V/F控制、矢量控制）
①绝缘门极双极型晶体管（IGBT）
IGBT是一种MOSFET与GTR（大功率双极型晶
体管）的复合器件。
io
t1 t2
t
阻于u感o，负波载形时也，不io相同位。滞后
b)
3、逆变电路的分类
根据直流侧电源性质的不同
直流侧是电压源
电压型逆变电路——又称为电压源
型逆变电路 Voltage Source Type Inverter-VSTI
直流侧是电流源
电流型逆变电路——又称为电流源
型逆变电路 Current Source Type Inverter-VSTI
③变频控制方法一： V/F控制
简单实用，性能一般，使用最为广泛 只要保证输出电压和输出频率恒定就能近似保持 磁通保持恒定。 例: 对于380V 50Hz电机，当运行频率为40HZ时，要 保持V/F 恒定，则40HZ时电机的供电电压:380× （40/50)＝304V
低频时，定子阻抗压降会导致磁通下降，需将 输出电压适当提高。
功能和故障保护功能。在列车信息控制系统和辅助 电源装置之间设置自诊断功能接口，由列车信息控 制系统实施。
③现代化的电路方式
电路采用IGBT单相变频器＋IGBT双变相的方 式，使用1200A,1700V的IGBT，通过使用大电流， 耐高压元器件，来谋求小型化，轻量化。
④控制部
控制部通过采用DDC控制，具有了故障跟踪机 能、以期达到保养方面的省力化。
t1 t2
输出电压
t
a)
b)
• S1、S4闭合，S2、S3断开时，负载电压uo为正。
S2、S3闭合，S1、S4断开时，负载电压uo为负。
直流电 交流电
逆变电路最基本的 工作原理 ——改变
两组开关切换频率，
可改变输出交流电 频率。
电阻负载时，负载电
流io和uo的波形相同 ，
相位也相同。
a) uo
④变频控制方法二： 矢量控制
性能优良，可以与直流调速媲美，技术成熟较晚 模仿直流电机的控制方法，采用矢量坐标变
换来实现对异步电机定子励磁电流分量和转矩电 流分量的解耦控制，保持电机磁通的恒定，进而 达到良好的转矩控制性能，实现高性能控制。性 能优良，控制相同复杂，直到90代计算机技术迅 速发展才真正大范围使用。
id Ud
VT1
VT3 VT5
U V W
VT6 VT2
VT4
吸收换流时负载电 感中存贮的能量
图5-11
图5-11 电流型三相桥式逆变电路
电流型逆变电路主要特点
(1) 直流侧串大电感，相当于电流源 (2)交流输出电流为矩形波，输出电压波形 和相位因负载不同而不同
电流型逆变电路中，采用半控型器件的电 路仍应用较多
强迫换流方式，电 容C1~C6为换流电容
6、逆变器中换流概念
换流——电流从一个支路向另一个支路转 移的过程。
开通：适当的门极驱动信号就可使器件开通。 关断：
全控型器件可通过门极关断。 半控型器件晶闸管，必须利用外部条件才能关断。 一般在晶闸管电流过零后施加一定时间反压，才能 关断。
换流方式分类
1) 器件换流（Device Commutation） – 利用全控型器件的自关断能力进行换流。 – 在采用IGBT 、电力MOSFET 、GTO 、GTR 等全控型器件的电路中的换流方式是器件 换流。
2) 电网换流
–电网提供换流电压的换流方式。 –将负的电网电压施加在欲关断的晶闸管上即
可使其关断。不需要器件具有门极可关断能力， 但不适用于没有交流电网的无源逆变电路。
G
集电极电流IC 由门极电压UG控制
IGBT需专用门极驱动电路,ui高电平 时导通,低电平时关断.既可控制导通
E
又可控制关断,全控型器件.
IGBT 功率模块图
IGBT或IPM内部都集成了续流二极管
IPM
IPM是一种智能型模块，是把IGBT的驱动电路、 保护电路及部分接口电路和功率电路集成于一体 的功率器件。
3、辅助电源系统的特点
①冗余性 辅助系统采用冗余设计，在动车组上安装2台
牵引变压器，其辅助绕组输出至辅助电源装置的 AC400V电压分别供电给4节车厢。当一台牵引变 压器故障时，为了使另一台正常运转，牵引变压 器能够通过辅助绕组向8节车厢供电，设置了用 于切换的辅助绕组电源感应回路。
由于设置了专门用于切换的扩展供电回路， 使得辅助电源装置的输出容量的设计能够在故障 时用一台正常运转的辅助电源装置向整列车供电。 因此，当一台辅助电源装置故障时无需减少负荷。