项目四 城轨车辆辅助供电系统.pptx

项目项目四四 城市轨道交通车辆城市轨道交通车辆辅助供电辅助供电系统系统城城 市市 轨轨 道道 交交 通通 车车 辆辆 电电 气气 控制控制城城 市市 轨轨 道道 交交 通通 车车 辆辆 电电 气气 控控 制制机械工业出版社同名教材机械工业出版社同名教材配套电子配套电子课件课件制制 作：华平作：华平 唐春林唐春林 常玉华常玉华 E-E-mailmail： 项目项目四四 城市轨道交通车辆城市轨道交通车辆辅助供电辅助供电系统系统城城 市市 轨轨 道道 交交 通通 车车 辆辆 电电 气气 控制控制 项项 目目 四四 城市轨道交通车辆城市轨道交通车辆辅助供电系统辅助供电系统项目项目四四 城市轨道交通车辆城市轨道交通车辆辅助供电辅助供电系统系统城城 市市 轨轨 道道 交交 通通 车车 辆辆 电电 气气 控制控制学学 习习 目目 标标1.学学 习习 任任 务务3.拓拓 展展 任任 务务4.任务任务1 车辆辅助系统设备车辆辅助系统设备 任务任务2 城轨交通车辆城轨交通车辆 辅助系统维护辅助系统维护 任务任务2 实例分析辅助电路工作实例分析辅助电路工作 任务任务1 静止逆变器的控制静止逆变器的控制 项项 目目 描描 述述2.任务任务3 城轨交通车辆城轨交通车辆 蓄电池应用与控制蓄电池应用与控制 项目项目四四 城市轨道交通车辆城市轨道交通车辆辅助供电辅助供电系统系统城城 市市 轨轨 道道 交交 通通 车车 辆辆 电电 气气 控制控制 学习目标学习目标：10:45:411掌握城轨车辆辅助供电系统的基本类型；掌握城轨车辆辅助供电系统的基本类型；2掌握城轨车辆辅助供电系统的结构组成；掌握城轨车辆辅助供电系统的结构组成；3掌握城轨车辆辅助供电系统的选用原则；掌握城轨车辆辅助供电系统的选用原则；4掌握城轨车辆中、低压供电电路的逻辑分析；掌握城轨车辆中、低压供电电路的逻辑分析；5会分析城轨车辆照明电路的工作原理与控制逻辑；会分析城轨车辆照明电路的工作原理与控制逻辑；6掌握城轨车辆应急供电的工作原理；掌握城轨车辆应急供电的工作原理；7会分析城轨车辆正常受流供电和车间供电的逻辑关系；会分析城轨车辆正常受流供电和车间供电的逻辑关系；8了解城轨车辆静止逆变器的控制；了解城轨车辆静止逆变器的控制；9熟悉城轨车辆辅助系统的维护与保养；熟悉城轨车辆辅助系统的维护与保养；10.掌握蓄电池结构、功能及其应用；掌握蓄电池结构、功能及其应用；11.了解蓄电池充电器的结构、功能与原理。了解蓄电池充电器的结构、功能与原理。项目项目四四 城市轨道交通车辆城市轨道交通车辆辅助供电辅助供电系统系统城城 市市 轨轨 道道 交交 通通 车车 辆辆 电电 气气 控制控制项目项目描述描述（一）：（一）：辅助系统的功能：辅助系统的功能：为空调、通风机、空压机，蓄电池充电器为空调、通风机、空压机，蓄电池充电器及照明等辅助设备供电。及照明等辅助设备供电。辅助系统的供电方案：两种。辅助系统的供电方案：两种。旋转式电动发电机组供电旋转式电动发电机组供电 静止式辅助逆变电源静止式辅助逆变电源项目项目四四 城市轨道交通车辆城市轨道交通车辆辅助供电辅助供电系统系统城城 市市 轨轨 道道 交交 通通 车车 辆辆 电电 气气 控制控制项目项目描述描述（二）：（二）：辅助系统供电方案：旋转式电动发电机组供电、静止式辅助逆变电源辅助系统供电方案：旋转式电动发电机组供电、静止式辅助逆变电源旋转式电动发电机组供电旋转式电动发电机组供电电动机从受电装置获取直流电源，发电机输出三相交流电压电动机从受电装置获取直流电源，发电机输出三相交流电压 向负载供电；对于直流向负载供电；对于直流DC110V和和DC24V部分的用电设备，部分的用电设备，仍需通过三相变压器和整流装置变换后提供电源。仍需通过三相变压器和整流装置变换后提供电源。特点：特点：机组设备体积大、输出容量小、效率低，而且电源易机组设备体积大、输出容量小、效率低，而且电源易 受直流发电机组工况变化的影响，输出电压波动大，可靠性受直流发电机组工况变化的影响，输出电压波动大，可靠性 较差。较差。应用车型：应用车型：传统的城市轨道交通车辆上常采用此供电方案。传统的城市轨道交通车辆上常采用此供电方案。项目项目四四 城市轨道交通车辆城市轨道交通车辆辅助供电辅助供电系统系统城城 市市 轨轨 道道 交交 通通 车车 辆辆 电电 气气 控制控制项目项目描述描述（三）：（三）：静止式辅助逆变电源静止式辅助逆变电源直接从城轨车辆受流装置受电，经直接从城轨车辆受流装置受电，经DC/DC斩波变换后向三斩波变换后向三 相逆变器提供稳定的输入电压，相逆变器提供稳定的输入电压，VVVF变频调压控制，逆变变频调压控制，逆变 器输出三相交流电压。器输出三相交流电压。特点：特点：输出电压的品质因数好、电源使用效率高、工作性能输出电压的品质因数好、电源使用效率高、工作性能 安全可靠。安全可靠。应用车型：应用车型：近年京、沪、广等城市引进的城轨车辆上采用。近年京、沪、广等城市引进的城轨车辆上采用。辅助系统供电方案：旋转式电动发电机组供电、静止式辅助逆变电源辅助系统供电方案：旋转式电动发电机组供电、静止式辅助逆变电源项目项目四四 城市轨道交通车辆城市轨道交通车辆辅助供电辅助供电系统系统城城 市市 轨轨 道道 交交 通通 车车 辆辆 电电 气气 控制控制项目项目四四 城市轨道交通车辆城市轨道交通车辆辅助供电辅助供电系统系统城城 市市 轨轨 道道 交交 通通 车车 辆辆 电电 气气 控制控制1 1 辅助逆变器无故障辅助逆变器无故障负载TC车MP车M车M车MP车TC车数量容量数量容量数量容量数量容量数量容量数量容量空气压缩机0.59.850.59.85空调压缩机48.1948.1948.1948.1948.1948.19空调冷凝风机41.341.341.341.341.341.3电加热器019.5020.75020.75020.75020.75019.5空调通风机41.3241.3241.3241.3241.3241.32司机室通风设备10.2710.27司机室逐步取暖器02.802.8主逆风机11.611.611.611.6辅逆风机20.220.2外接方便插座121212121212小计45.9146.8451.76551.76546.8445.91辅逆容量(KVA)220220辅逆总容量440AC总负载功率289.03剩余辅逆容量150.97说明说明：空气压缩机运行时只考虑一台，所以每半列车工作率取0.5；空调制冷时功率比制热时功率大，取制冷时功率计算；以上计算均以空调工作在最恶劣工况计算，剩余容量150.97kVA，裕度为34.3，而正常运行时空调并不总是工作在极端工况，且外接负载插座等并不总在工作，所以实际余量更大一些.项目项目四四 城市轨道交通车辆城市轨道交通车辆辅助供电辅助供电系统系统城城 市市 轨轨 道道 交交 通通 车车 辆辆 电电 气气 控制控制学习任务：学习任务：任务一任务一 车辆辅助系统设备车辆辅助系统设备一一、学学习习车车辆辆辅辅助助系系统统结结构构组组成成二二、学学习习辅辅助助电电路路类类型型三三、学学习习辅辅助助电电路路原原理理与与选选用用原原则则项目项目四四 城市轨道交通车辆城市轨道交通车辆辅助供电辅助供电系统系统城城 市市 轨轨 道道 交交 通通 车车 辆辆 电电 气气 控制控制有的车上因所有辅助设备都用自然风冷，不设通风机辅助供电系统：辅助供电系统：辅助逆变器辅助逆变器辅助逆变器辅助逆变器、低压电源装置、蓄电池和相关电气、低压电源装置、蓄电池和相关电气 设备以及隔离开关、接触器、故障转换装置等。设备以及隔离开关、接触器、故障转换装置等。学习任务学习任务11辅助逆变器辅助逆变器u辅助逆变器又称静止逆变器，是一种将直流电压变换为三相辅助逆变器又称静止逆变器，是一种将直流电压变换为三相 50Hz，380V/220V交流电源的能量变换设备。交流电源的能量变换设备。u主要负载包括空调设备、空气压缩机、通风机、挡风玻璃除主要负载包括空调设备、空气压缩机、通风机、挡风玻璃除霜器、方便插座、客室照明及刮雨器等。霜器、方便插座、客室照明及刮雨器等。有的车上客室照明、雨刮器用DC110V供电任务流程任务流程1 1 车辆辅助系统结构组成车辆辅助系统结构组成项目项目四四 城市轨道交通车辆城市轨道交通车辆辅助供电辅助供电系统系统城城 市市 轨轨 道道 交交 通通 车车 辆辆 电电 气气 控制控制任务流程任务流程1 辅助逆变器技术要求：辅助逆变器技术要求：辅助逆变器技术要求：辅助逆变器技术要求：输出出电压波波动范范围5输出出电压波形波形畸畸变畸畸变因数因数10输出出电压不不均衡度均衡度相相间对称平衡称平衡时90噪噪 声声 相距一定距离的分相距一定距离的分贝，如相距，如相距时小于小于70dB过载能力能力瞬瞬间过载能力能力强GB-12668中中规定：在定：在额定定输出出电流下流下连续工作工作时，允，允许施加非周期施加非周期性性过载，对额定容量小于或等于定容量小于或等于100kVA的装置，的装置，过载能力能力150时为1min；对额定容量大于定容量大于100kVA的装置，的装置，过载能力能力130时为30s。项目项目四四 城市轨道交通车辆城市轨道交通车辆辅助供电辅助供电系统系统城城 市市 轨轨 道道 交交 通通 车车 辆辆 电电 气气 控制控制2直流电源直流电源 直流直流DC110V电源，车辆上控制电路的供电电源。电源，车辆上控制电路的供电电源。同时兼同时兼 作蓄电池充电器，正常工作时对蓄电池充电。作蓄电池充电器，正常工作时对蓄电池充电。3.3.隔离变压器隔离变压器 保证电气设备及操作人员的安全，将高压用电设备保证电气设备及操作人员的安全，将高压用电设备与低压用电设备，尤其是需要人工操作的设备，进行电与低压用电设备，尤其是需要人工操作的设备，进行电气隔离。通过设计不同匝数比来满足不同的电压等级。气隔离。通过设计不同匝数比来满足不同的电压等级。任务流程任务流程1项目项目四四 城市轨道交通车辆城市轨道交通车辆辅助供电辅助供电系统系统城城 市市 轨轨 道道 交交 通通 车车 辆辆 电电 气气 控制控制4蓄电池蓄电池组组 成：成：5个单节个单节/格格 16格共格共80节蓄电池串联而成蓄电池组节蓄电池串联而成蓄电池组安装位置：安装位置：A车下的蓄电池箱内车下的蓄电池箱内参参 数：数：纤维结构电极的镍镉碱性蓄电池纤维结构电极的镍镉碱性蓄电池 标称电压标称电压1.23V/节。蓄电池组容量节。蓄电池组容量120Ah，工作寿命，工作寿命20年年作作 用：用：DC110V的备用电源的备用电源图图4-1 蓄电池检查蓄电池检查任务流程任务流程1项目项目四四 城市轨道交通车辆城市轨道交通车辆辅助供电辅助供电系统系统城城 市市 轨轨 道道 交交 通通 车车 辆辆 电电 气气 控制控制 紧急急负载包括：包括：紧急照明，急照明，头灯、尾灯、状灯、尾灯、状态灯及位置灯，通信灯及位置灯，通信设备，空，空调50%的的紧急通急通风，以及相，以及相应的接触器和的接触器和继电器。器。工作模式：工作模式：主供电系统接通前，为蓄电池预备模式，给列车激活供电。主供电系统接通前，为蓄电池预备模式，给列车激活供电。直流电源正常工作时，蓄电池组被直流电源正常工作时，蓄电池组被A车电源浮充电，作电路滤波车电源浮充电，作电路滤波 装置，改善直流电源供电质量。装置，改善直流电源供电质量。直流电源故障时，蓄电池转入紧急工作模式，为直流电源故障时，蓄电池转入紧急工作模式，为紧急负载紧急负载供电供电 一般规定：在隧道中运行车辆要保证供电一般规定：在隧道中运行车辆要保证供电45min，在地面或高架，在地面或高架运行车辆要保证供电运行车辆要保证供电30min。任务流程任务流程1项目项目四四 城市轨道交通车辆城市轨道交通车辆辅助供电辅助供电系统系统城城 市市 轨轨 道道 交交 通通 车车 辆辆 电电 气气 控制控制4蓄电池蓄电池应急启动电池应急启动电池自举电池：自举电池：90节串联，蓄电池组容量节串联，蓄电池组容量4Ah，短时工作，每，短时工作，每18个月更换个月更换使用场合：当主蓄电池电压小于使用场合：当主蓄电池电压小于77V时，时，A车逆变器无法正常起动，车逆变器无法正常起动，用应急起动电池升起受电弓，以起动用应急起动电池升起受电弓，以起动A车逆变器。车逆变器。注注 意：逆变器紧急起动每次意：逆变器紧急起动每次1min，允许启动，允许启动5次。次。任务流程任务流程1项目项目四四 城市轨道交通车辆城市轨道交通车辆辅助供电辅助供电系统系统城城 市市 轨轨 道道 交交 通通 车车 辆辆 电电 气气 控制控制1.辅助系统的构成方案辅助系统的构成方案辅助系统的构成方案辅助系统的构成方案 （1）斩波器稳压再逆变，变压器降压隔离；）斩波器稳压再逆变，变压器降压隔离；（2）三点式逆变器逆变，变压器降压隔离；）三点式逆变器逆变，变压器降压隔离；（3）电容分压双重逆变，隔离变压器构成）电容分压双重逆变，隔离变压器构成12脉冲；脉冲；（4）二点式逆变器逆变，滤波器与变压器降压隔离；）二点式逆变器逆变，滤波器与变压器降压隔离；（5）直）直直变换，高频变压器隔离再逆变。直变换，高频变压器隔离再逆变。任务流程任务流程2 2 辅助电路类型辅助电路类型项目项目四四 城市轨道交通车辆城市轨道交通车辆辅助供电辅助供电系统系统城城 市市 轨轨 道道 交交 通通 车车 辆辆 电电 气气 控制控制（1）通过静止逆变器，）通过静止逆变器，50Hz隔离降压变压器降压再隔离降压变压器降压再 整流滤波来实现；整流滤波来实现；（2）通过直）通过直直变换器，经高频变压器隔离，再整直变换器，经高频变压器隔离，再整 流滤波得到流滤波得到DC110V电源。电源。比较：比较：（2）是独立的，与静止逆变器无关，也就不受是独立的，与静止逆变器无关，也就不受逆变器的影响，在供电功能方面有一定好处，但逆变器的影响，在供电功能方面有一定好处，但因需要独立的直流电源，增加了辅助系统成本。因需要独立的直流电源，增加了辅助系统成本。2.DC110V2.DC110V电源构成方案电源构成方案电源构成方案电源构成方案任务流程任务流程2项目项目四四 城市轨道交通车辆城市轨道交通车辆辅助供电辅助供电系统系统城城 市市 轨轨 道道 交交 通通 车车 辆辆 电电 气气 控制控制3.1分散供电：每单元配备多个静止逆变器供电方式分散供电：每单元配备多个静止逆变器供电方式每节车辅助逆变器容量每节车辅助逆变器容量7580kVA，DC110V电源功率约电源功率约25kW3.3.辅助系统设备的供电方式辅助系统设备的供电方式辅助系统设备的供电方式辅助系统设备的供电方式地地铁车辆（2M1T，6节编组）任务流程任务流程2项目项目四四 城市轨道交通车辆城市轨道交通车辆辅助供电辅助供电系统系统城城 市市 轨轨 道道 交交 通通 车车 辆辆 电电 气气 控制控制3.1分散供电：每单元配备多个静止逆变器供电方式分散供电：每单元配备多个静止逆变器供电方式 每单元配置每单元配置2台静止逆变器，容量台静止逆变器，容量120kVA/台，且每台含有台，且每台含有DC110V电源，功率电源，功率12kW。法国法国Alston地地铁车辆任务流程任务流程2项目项目四四 城市轨道交通车辆城市轨道交通车辆辅助供电辅助供电系统系统城城 市市 轨轨 道道 交交 通通 车车 辆辆 电电 气气 控制控制3.2 集中供电：每单元配备一个静止逆变器的供电方式集中供电：每单元配备一个静止逆变器的供电方式 每单元配置每单元配置1台静止逆变器，容量台静止逆变器，容量250kVA/台，且每台含有台，且每台含有DC110V电源，功率电源，功率25kW。3.3.辅助系统设备的供电方式辅助系统设备的供电方式辅助系统设备的供电方式辅助系统设备的供电方式国外某型地国外某型地铁车辆任务流程任务流程2项目项目四四 城市轨道交通车辆城市轨道交通车辆辅助供电辅助供电系统系统城城 市市 轨轨 道道 交交 通通 车车 辆辆 电电 气气 控制控制 每单元配置每单元配置1台静止逆变器，容量台静止逆变器，容量140kVA/台。台。3.2 集中供电：每单元配备一个静止逆变器的供电方式集中供电：每单元配备一个静止逆变器的供电方式轻轨车辆 1M1T 4辆编组 任务流程任务流程2项目项目四四 城市轨道交通车辆城市轨道交通车辆辅助供电辅助供电系统系统城城 市市 轨轨 道道 交交 通通 车车 辆辆 电电 气气 控制控制分散供分散供电和集中供和集中供电方式方式优缺点：缺点：分散供分散供电冗余度大，均衡冗余度大，均衡轴重好配置，但造价大重好配置，但造价大 些，且些，且总重也高些。重也高些。集中供集中供电冗余度小，每冗余度小，每轴配重配重难以一致，但相以一致，但相对 而言，而言，总重和成本低些。因此从冗余度与重和成本低些。因此从冗余度与轴重均衡重均衡 方面衡量，分散供方面衡量，分散供电方式在地方式在地铁车辆中中较常常见。任务流程任务流程2项目项目四四 城市轨道交通车辆城市轨道交通车辆辅助供电辅助供电系统系统城城 市市 轨轨 道道 交交 通通 车车 辆辆 电电 气气 控制控制4.变压器隔离方案器隔离方案 50Hz变压器隔离和高器隔离和高频变压器隔离两种方式：器隔离两种方式：50Hz变压器器实现一次一次侧与二次与二次侧电路的隔离，即路的隔离，即 高高电压与低与低电压的隔离。但其体的隔离。但其体积与重量与重量较大。大。高高频变压器采用高器采用高频磁心（磁心（铁芯），体芯），体积与重量与重量 可成倍地减小，目前大都采用可成倍地减小，目前大都采用进口的口的铁氧体磁心氧体磁心 或或铁基微晶合金的磁心（基微晶合金的磁心（铁芯）。芯）。任务流程任务流程2项目项目四四 城市轨道交通车辆城市轨道交通车辆辅助供电辅助供电系统系统城城 市市 轨轨 道道 交交 通通 车车 辆辆 电电 气气 控制控制（一）城市轨道车辆中常见的辅助逆变器电路形式（一）城市轨道车辆中常见的辅助逆变器电路形式辅助逆变器电路形式一辅助逆变器电路形式一图图4-21-线路滤波器线路滤波器 2-升降压斩波器升降压斩波器 3-滤波器滤波器 4-逆变器逆变器 5-交流滤波器交流滤波器 6-隔离变压器隔离变压器 7-二极管整流桥二极管整流桥 8-带中点的带中点的AC380V电源电源 9-输出滤波器输出滤波器任务流程任务流程3 3 辅助电路原理与选用原则辅助电路原理与选用原则项目项目四四 城市轨道交通车辆城市轨道交通车辆辅助供电辅助供电系统系统城城 市市 轨轨 道道 交交 通通 车车 辆辆 电电 气气 控制控制（一）城市轨道车辆中常见的辅助逆变器电路形式（一）城市轨道车辆中常见的辅助逆变器电路形式辅助逆变器电路形式二辅助逆变器电路形式二CHO为升为升/降压器：作用一是稳定逆变器输入电压，另一对逆变器进行保护。降压器：作用一是稳定逆变器输入电压，另一对逆变器进行保护。INV为逆变器：采用为逆变器：采用PWM调制，开关频率调制，开关频率2.5kHz。FIL为电感电容滤波网络。为电感电容滤波网络。T0隔离变压器：隔离变压器：-Y连接，输出三相四线电压连接，输出三相四线电压AC380V,50 Hz。T1、T2变压器：由变压器：由AC380V供电，经降压、整流滤波后输出供电，经降压、整流滤波后输出DC110V和和DC24V。任务流程任务流程3项目项目四四 城市轨道交通车辆城市轨道交通车辆辅助供电辅助供电系统系统城城 市市 轨轨 道道 交交 通通 车车 辆辆 电电 气气 控制控制辅助逆变器电路形式三辅助逆变器电路形式三图图4-4任务流程任务流程3（一）城市轨道车辆中常见的辅助逆变器电路形式（一）城市轨道车辆中常见的辅助逆变器电路形式项目项目四四 城市轨道交通车辆城市轨道交通车辆辅助供电辅助供电系统系统城城 市市 轨轨 道道 交交 通通 车车 辆辆 电电 气气 控制控制辅助逆变器电路形式四辅助逆变器电路形式四任务流程任务流程3（一）城市轨道车辆中常见的辅助逆变器电路形式（一）城市轨道车辆中常见的辅助逆变器电路形式项目项目四四 城市轨道交通车辆城市轨道交通车辆辅助供电辅助供电系统系统城城 市市 轨轨 道道 交交 通通 车车 辆辆 电电 气气 控制控制辅助逆变器电路形式五辅助逆变器电路形式五图图4-6任务流程任务流程3（一）城市轨道车辆中常见的辅助逆变器电路形式（一）城市轨道车辆中常见的辅助逆变器电路形式项目项目四四 城市轨道交通车辆城市轨道交通车辆辅助供电辅助供电系统系统城城 市市 轨轨 道道 交交 通通 车车 辆辆 电电 气气 控制控制图图4-7 辅助逆变器的电路形式六辅助逆变器的电路形式六双重逆双重逆变器器：两台逆两台逆变器和器和组式式变压器器D DY Y和和DzDz共同构成。共同构成。双重逆双重逆变器器由相位互差由相位互差3030的两套的两套pwmpwm脉冲模式脉冲模式错相控制。相控制。组式式变压器器，一次一次侧均均为匝数相同的三角形匝数相同的三角形绕组，二次，二次侧不相同。不相同。DzDz型型变压器二次器二次侧有有6 6个个绕组，D DY Y型型变压器二次器二次侧绕组只有只有3 3个个绕组，两，两变压器二次器二次侧绕组匝数呈倍数关系，串匝数呈倍数关系，串联连接。接。特点：特点：具有逆具有逆变器主管阻断耐器主管阻断耐压降低一半，开关降低一半，开关频率、开关率、开关损耗低及耗低及输出出电压谐波小等波小等优点。点。应用：应用：广州地铁一号线辅供电系统采用广州地铁一号线辅供电系统采用任务流程任务流程3（一）城市轨道车辆中常见的辅助逆变器电路形式（一）城市轨道车辆中常见的辅助逆变器电路形式项目项目四四 城市轨道交通车辆城市轨道交通车辆辅助供电辅助供电系统系统城城 市市 轨轨 道道 交交 通通 车车 辆辆 电电 气气 控制控制 形式六是将两个变压器次侧输出叠加，是电路叠加；形式六是将两个变压器次侧输出叠加，是电路叠加；形式七则是磁路叠加。逆变器的输出电压都有一个相位差，这样叠加形式七则是磁路叠加。逆变器的输出电压都有一个相位差，这样叠加后输出侧电压波形的低次谐波小，对滤波器要求低。后输出侧电压波形的低次谐波小，对滤波器要求低。任务流程任务流程3（一）城市轨道车辆中常见的辅助逆变器电路形式（一）城市轨道车辆中常见的辅助逆变器电路形式图图4-8 辅助逆变器的电路形式七辅助逆变器的电路形式七项目项目四四 城市轨道交通车辆城市轨道交通车辆辅助供电辅助供电系统系统城城 市市 轨轨 道道 交交 通通 车车 辆辆 电电 气气 控制控制形式八和九中都采用高频逆变技术可以大大缩小隔离变压器的体积，但变压器的设计、制造技术要求较高。形式八和九中都采用高频逆变技术可以大大缩小隔离变压器的体积，但变压器的设计、制造技术要求较高。任务流程任务流程3图图4-9 辅助逆变器电路形式八辅助逆变器电路形式八图图4-10 辅助逆变器的电路形式九辅助逆变器的电路形式九（一）城市轨道车辆中常见的辅助逆变器电路形式（一）城市轨道车辆中常见的辅助逆变器电路形式项目项目四四 城市轨道交通车辆城市轨道交通车辆辅助供电辅助供电系统系统城城 市市 轨轨 道道 交交 通通 车车 辆辆 电电 气气 控制控制（二）辅助电路的选择（二）辅助电路的选择1变流器系流器系统两种形式：两种形式：1）直接逆）直接逆变 -目前目前变流器系流器系统一般都采用的方式。一般都采用的方式。2）先）先斩波后逆波后逆变 -先升先升压斩波后逆波后逆变，用在，用在DC750V系系统。-先降先降压斩波后逆波后逆变，用在，用在DC l 500V系系统。任务流程任务流程3项目项目四四 城市轨道交通车辆城市轨道交通车辆辅助供电辅助供电系统系统城城 市市 轨轨 道道 交交 通通 车车 辆辆 电电 气气 控制控制（二）辅助电路的选择（二）辅助电路的选择1）单台逆台逆变器器-普遍采用的形式普遍采用的形式 器件：器件：网网压1500V，容量，容量约200kVA的的辅助逆助逆变器，一般使用器，一般使用3300V400A 的的IGBT元件元件优点：点：结构构简单、可靠，、可靠，PWM调制控制，可使制控制，可使输出出电压的的谐波含波含量在限制量在限制值以内。以内。2）两台逆）两台逆变器串器串联-基本不再采用基本不再采用优点：点：逆逆变器可用低器可用低压 IGBT元件。另外，通元件。另外，通过控制逆控制逆变器器输出出电压的相位差，减少的相位差，减少变压器器输出出电压谐波，提高基波含量，波，提高基波含量，从而减小从而减小滤波器的体波器的体积和和质量。量。缺点：缺点：电路路较复复杂。任务流程任务流程3项目项目四四 城市轨道交通车辆城市轨道交通车辆辅助供电辅助供电系统系统城城 市市 轨轨 道道 交交 通通 车车 辆辆 电电 气气 控制控制任务流程：任务流程：任务二任务二 实例分析辅助电路工作实例分析辅助电路工作一一、练练习习分分析析城城市市轨轨道道交交通通车车辆辆辅辅助助电电路路二二、认认知知城城市市轨轨道道交交通通车车辆辆A AC C4 40 00 0V V和和D DC C1 11 10 0V V供供电电分分配配三三、学学习习城城市市轨轨道道交交通通车车辆辆 照照明明与与电电气气设设备备通通风风学习任务学习任务2项目项目四四 城市轨道交通车辆城市轨道交通车辆辅助供电辅助供电系统系统城城 市市 轨轨 道道 交交 通通 车车 辆辆 电电 气气 控制控制上海地铁上海地铁2、4线辅助逆变原理电路线辅助逆变原理电路从逆变器电路原理应用分析（一）从逆变器电路原理应用分析（一）原理：逆变降压稳压后逆变。原理：逆变降压稳压后逆变。（一）辅助电路在城市轨道交通列车中的应用（一）辅助电路在城市轨道交通列车中的应用任务流程任务流程1项目项目四四 城市轨道交通车辆城市轨道交通车辆辅助供电辅助供电系统系统城城 市市 轨轨 道道 交交 通通 车车 辆辆 电电 气气 控制控制上海地铁上海地铁3号线和轻轨，广州号线和轻轨，广州1、2、3线，武汉轻轨和天津轻轨滨海线辅助逆变原理电路线，武汉轻轨和天津轻轨滨海线辅助逆变原理电路从逆变器电路原理应用分析（二）从逆变器电路原理应用分析（二）原原 理：理：直接逆变。直接逆变。开关器件开关器件:采用大功率采用大功率GTO，IGBT或或IPM。逆逆 变变 器器:按按V/f常数控制方式，输出三相脉宽调制电压常数控制方式，输出三相脉宽调制电压,变压器隔离。变压器隔离。电路特点：电路特点：电路结构简单，器件数量少，控制方便。缺点逆变器输出电电路结构简单，器件数量少，控制方便。缺点逆变器输出电 压易受电网波动影响，器件换流时承受的过电压较大。压易受电网波动影响，器件换流时承受的过电压较大。任务流程任务流程1项目项目四四 城市轨道交通车辆城市轨道交通车辆辅助供电辅助供电系统系统城城 市市 轨轨 道道 交交 通通 车车 辆辆 电电 气气 控制控制从逆变器的电路构造应用分析从逆变器的电路构造应用分析城市轨道车辆城市轨道车辆辅助逆变器辅助逆变器（二电平逆变方式）（二电平逆变方式）双逆变器型双逆变器型串联型串联型并联型并联型单逆变器型单逆变器型先升先升/降压降压后逆变型后逆变型直接逆变型直接逆变型广广2号号线，沪地，沪地铁1、2、3、4号号线和和轻轨，武，武汉轻轨和津和津滨海海线广广1号号线广广1、2、3号号线，沪地沪地铁3线和和轻轨，武，武汉轻轨和和津津滨海海线广广3号号线，沪地沪地铁1、2、4号号线任务流程任务流程1项目项目四四 城市轨道交通车辆城市轨道交通车辆辅助供电辅助供电系统系统城城 市市 轨轨 道道 交交 通通 车车 辆辆 电电 气气 控制控制1）对双逆变器的评价分析）对双逆变器的评价分析广州广州1线辅助逆变器结构线辅助逆变器结构任务流程任务流程1优点：优点：开关频率低开关频率低150Hz，开关损耗小，逆变器效率高。，开关损耗小，逆变器效率高。输出电压为输出电压为12阶梯波，电压最低次谐波为阶梯波，电压最低次谐波为11次，对输出滤波器要求低。次，对输出滤波器要求低。缺点：缺点：电路复杂，器件多。两台逆变器串联，动态均压要求高，故障率高。逆变器输出电压为电路复杂，器件多。两台逆变器串联，动态均压要求高，故障率高。逆变器输出电压为6阶阶梯波，不论梯波，不论DY、DZ、T变压器，其一次侧绕组输入电压谐波变压器，其一次侧绕组输入电压谐波 含量高，谐波损耗大。变压器结含量高，谐波损耗大。变压器结构复杂，对电路叠加型的构复杂，对电路叠加型的Dz变压器，其次，变压器，其次，侧绕组为曲折连接；对磁路叠加型的变压器侧绕组为曲折连接；对磁路叠加型的变压器,一一次侧次侧 绕组由不同相位电压分别输入，需作特殊设计。绕组由不同相位电压分别输入，需作特殊设计。项目项目四四 城市轨道交通车辆城市轨道交通车辆辅助供电辅助供电系统系统城城 市市 轨轨 道道 交交 通通 车车 辆辆 电电 气气 控制控制2）对单逆变器的评价分析）对单逆变器的评价分析优点：优点：电路简单，使用器件少，可靠性高。电路简单，使用器件少，可靠性高。PWM调制，输出电压的谐波含量小。调制，输出电压的谐波含量小。逆变器电压输出经交流滤波后输入隔离变压器。故输入变压器电压逆变器电压输出经交流滤波后输入隔离变压器。故输入变压器电压 的谐波含量低，变压器中谐波损耗小，结构简单，毋需特殊设计。的谐波含量低，变压器中谐波损耗小，结构简单，毋需特殊设计。缺点：缺点：开关频率较高，相对于双逆变器方案，开关损耗较大，逆变器效率开关频率较高，相对于双逆变器方案，开关损耗较大，逆变器效率 较低。功率器件换流时过电压较大，特别是高电压情况下更严重。较低。功率器件换流时过电压较大，特别是高电压情况下更严重。任务流程任务流程1项目项目四四 城市轨道交通车辆城市轨道交通车辆辅助供电辅助供电系统系统城城 市市 轨轨 道道 交交 通通 车车 辆辆 电电 气气 控制控制（二）城市轨道交通辅助电路实例分析（二）城市轨道交通辅助电路实例分析 1系统概述系统概述 武汉城轨采用武汉城轨采用DC 750V供电制式、第三轨受流。辅助电源系统采用供电制式、第三轨受流。辅助电源系统采用IGBT逆变器，安装于拖车上，用于将逆变器，安装于拖车上，用于将DC 750V逆变为逆变为PWM波形的三相波形的三相AC 380V电源，供给列车上的空气压缩机、空调、照明、电热器等设备，电源，供给列车上的空气压缩机、空调、照明、电热器等设备，同时将同时将380V交流电源通过整流器整流输出交流电源通过整流器整流输出DC110V和和DC 24V，给列车，给列车控制设备供电，并对蓄电池进行浮充电。每列车配有控制设备供电，并对蓄电池进行浮充电。每列车配有2套辅助电源系统，套辅助电源系统，交叉对列车供电，总输出功率为交叉对列车供电，总输出功率为140kVA。以武汉轻轨车辆辅助电源系统为例进行分析。以武汉轻轨车辆辅助电源系统为例进行分析。任务流程任务流程1项目项目四四 城市轨道交通车辆城市轨道交通车辆辅助供电辅助供电系统系统城城 市市 轨轨 道道 交交 通通 车车 辆辆 电电 气气 控制控制武汉轻轨车辆武汉轻轨车辆辅助电源系统辅助电源系统额定输入电压额定输入电压VDC 750(DC 500900)额定输出电压额定输出电压VAC 380419(3相，相，50Hz)额定输出功率额定输出功率kVA140额定输出畸变额定输出畸变5额定输出频率额定输出频率Hz501负载变化负载变化0100过载能力过载能力150，持续，持续10s效率（额定状态下效率（额定状态下)94噪声级别噪声级别70dB(A)冷却方法冷却方法自然风冷自然风冷控制电压控制电压VDCll0(77121)环境温度环境温度-18+42应用标准应用标准IECl2872辅助电源系统主要技术规格辅助电源系统主要技术规格任务流程任务流程1项目项目四四 城市轨道交通车辆城市轨道交通车辆辅助供电辅助供电系统系统城城 市市 轨轨 道道 交交 通通 车车 辆辆 电电 气气 控制控制武汉轻轨车辆武汉轻轨车辆辅助电源系统辅助电源系统3辅助电源系统构成辅助电源系统构成逆逆变器器单元元半半导体体断路器断路器控制控制单元元电磁接磁接触器触器滤波波电抗器抗器滤波波电容器容器隔离隔离开关开关主熔断主熔断器箱器箱电压检测装置装置避雷器避雷器图图4-16 辅助电源系统原理图辅助电源系统原理图任务流程任务流程1项目项目四四 城市轨道交通车辆城市轨道交通车辆辅助供电辅助供电系统系统城城 市市 轨轨 道道 交交 通通 车车 辆辆 电电 气气 控制控制3辅助电源系统构成辅助电源系统构成单元分析单元分析逆变器单元逆变器单元u 辅助电源系统的核心。辅助电源系统的核心。u由由IGBT功率模块、门极电路单元功率模块、门极电路单元等组成。逆变器采用三相桥式逆变电等组成。逆变器采用三相桥式逆变电路，路，180导通型，输出三相交流方导通型，输出三相交流方波电压为波电压为310V，50Hz。u为减少高次谐波，保持输出电压恒为减少高次谐波，保持输出电压恒定，单元采用定，单元采用PWM控制技术，将方控制技术，将方波分为若干脉冲并控制脉冲宽度。波分为若干脉冲并控制脉冲宽度。逆逆变器器单元元任务流程任务流程1武汉轻轨车辆武汉轻轨车辆辅助电源系统辅助电源系统项目项目四四 城市轨道交通车辆城市轨道交通车辆辅助供电辅助供电系统系统城城 市市 轨轨 道道 交交 通通 车车 辆辆 电电 气气 控制控制半半导体体断路器断路器CHS(CHSl)向逆变器单元输送直流电源的向逆变器单元输送直流电源的IGBT模块。模块。由由CHS2，CHRl，门极电路，逆流二极管，门极电路，逆流二极管BD合并成一个单元，型号合并成一个单元，型号1 700V1 200A。如果逆变器出现过流或其它不正常现象，如果逆变器出现过流或其它不正常现象，CHS立即切断电流。当立即切断电流。当CHSl切断直流电源时，切断直流电源时，CHS2保护其免于过电压的损坏。保护其免于过电压的损坏。任务流程任务流程1武汉轻轨车辆武汉轻轨车辆辅助电源系统辅助电源系统3辅助电源系统构成辅助电源系统构成单元分析单元分析项目项目四四 城市轨道交通车辆城市轨道交通车辆辅助供电辅助供电系统系统城城 市市 轨轨 道道 交交 通通 车车 辆辆 电电 气气 控制控制控制单元控制单元 用于逆变器保护、用于逆变器保护、门极电路控制、故障显门极电路控制、故障显示和记录等，由示和记录等，由32位位CPU进行控制。进行控制。控制控制单元元任务流程任务流程1武汉轻轨车辆武汉轻轨车辆辅助电源系统辅助电源系统3辅助电源系统构成辅助电源系统构成单元分析单元分析项目项目四四 城市轨道交通车辆城市轨道交通车辆辅助供电辅助供电系统系统城城 市市 轨轨 道道 交交 通通 车车 辆辆 电电 气气 控制控制电磁接触器电磁接触器CTT、DCHK用于连接用于连接750V电网与逆变器单元，实现向电网与逆变器单元，实现向逆变器单元供电，电路异常时断开连接。逆变器单元供电，电路异常时断开连接。DCHK主要用于当逆变器单元停止工作时主要用于当逆变器单元停止工作时对滤波电容器放电。对滤波电容器放电。CTT和和DCHK分为切换主电路的接触器以及分为切换主电路的接触器以及用于操作检查信号用于操作检查信号(恢复恢复)的辅助接触器。的辅助接触器。电磁接磁接触器触器电磁接磁接触器触器任务流程任务流程1武汉轻轨车辆武汉轻轨车辆辅助电源系统辅助电源系统3辅助电源系统构成辅助电源系统构成单元分析单元分析项目项目四四 城市轨道交通车辆城市轨道交通车辆辅助供电辅助供电系统系统城城 市市 轨轨 道道 交交 通通 车车 辆辆 电电 气气 控制控制滤波器和变压器滤波器和变压器直流直流LC滤波器滤波器：滤波电抗器：滤波电抗器IVL和滤波电容器和滤波电容器FC组成，用于抑制直流输入回路谐波。组成，用于抑制直流输入回路谐波。交流滤波器交流滤波器：三相交流：三相交流LC滤波电路，对逆变器单元输出的三相滤波电路，对逆变器单元输出的三相310V电压滤波。电压滤波。交流变压器交流变压器：三相：三相-Y变压器，将变压器，将310V升压为升压为380V，同时隔离负载和电源回路。，同时隔离负载和电源回路。滤波