城轨车辆电气系统;;(一)车辆辅助供电系统结构组成
辅助供电系统为电动车组上除牵引动力系统之外的所有用电设备提供电力,是电动车组的重要组成部分。
辅助供电系统由辅助逆变器、低压电源装置(蓄电池和相关电气设备、隔离开关、接触器、故障转换装置等部分构成。
1、辅助逆变器
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。
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。
;2、直流电源
直流DC110V电源,车辆上控制电路的供电电源。同时兼作蓄电池的充电器,在正常工作时对蓄电池充电。
3、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。并通过设计不同的匝数比来满足不同的电压等级。
4、蓄电池
(1)作用:
DC110V的备用电源。;(二)辅助供电系统的供电方式——分散供电和集中供电
1、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2台静止逆变器,容量120kVA/台,且每台含有DC110V电源,功率12kW。;2、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1台静止逆变器,容量140kVA/台。;4、南宁地铁车辆辅助供电系统供电方式——集中供电(4M2T);3、分散供电和集中供电方式优缺点
分散供电冗余度大,均衡轴重好配置,但造价大些,且总重也高些。
集中供电冗余度小,每轴配重难以一致,但相对而言,总重和成本低些。
早期由于电子开关管及逆变器的制造技术没有发展到现今高度,逆变器的体积比较庞大,考虑到冗余度与轴重均衡,早期地铁车辆中分散供电方式较常见。如今随着技术的发展,逆变器的体积越来越小,性能越来越优秀,现今制造的地铁列车都是采用集中供电的形式。
;1、辅助逆变器电路形式1----双逆变器型两电平逆变电路
电容分压,两台逆变器串联(可使用低耐压管)。A、一台三绕组变压器变压(一次侧磁路叠加)。B、两台双绕组变压器变压(二次侧电路叠加)。;2、辅助逆变器电路形式2----单逆变器型三电平逆变电路
其优缺点和双逆变器电路相似。输出电压为l2阶梯波,其谐波含量小。;3、辅助逆变器电路形式三----单逆变器型两电平逆变电路1
先斩波降压→→直接逆变→→三绕组变压器变压;3、辅助逆变器电路形式三----单逆变器型两电平逆变电路2
直接逆变→→三绕组变压器变压;几种逆变器性能对比
双逆变器逆变电路和单逆变器型三电平逆变电路虽然有输出电压谐波小,器件承受电压低的优点,但是存在电路器件多,控制复杂,故障概率高的缺点。新发展的单逆变器直接逆变相对于双逆变器及三电平逆变器方案,其开关损耗略大,逆变器效率较低,功率电子器件换流时承受的电压较大等缺点,但是随着技术的提高,这些问题逐步得到解决。目前生产的城市轨道列车全部都采用了单逆变器型直接逆变电路。
;(一)南宁地铁辅助供电电路组成;(二)电路原理
在逆变电路中,直流输入高压经直流滤波电抗器(FL)、电容器充放电电路(R1、KM2、R2)、直流滤波电容器(FC),送至IGBT逆变器进行逆变后输出PWM波交流电压,送入输出变压器(TR1)进行电压隔离、降压,再经三相交流滤波器(ACC)滤波得到低谐波含量的三相准正弦电压后输出三相380VRMS/50Hz电压,从任何一相输出线与变压器的中性点之间均可得到单相交流220VRMS电压。
DC110V蓄电池充电机电路采用三相全波整流+半桥式高频DC/DC电路。从逆变器电路输出的稳定的3AC380V电压经过三相电抗器(AL)输入到DC110V充电机模块。DC110V充电机电路工作原理为:3AC380V电压经过自动开关(QF11)、预充电电阻(RD1、RD2)后输入到三相整流桥整流,滤波后得到直流电压(中间电路电压),当中间电路滤波电容电压达到一定值后,闭合接触器KM11短接预充电电阻。中间电路电压经半桥变换电路变换为高频矩形波电压、经高频变压器进行隔离、降压后,再经高频整流桥整流、电抗器、电容器滤波后得到稳定的DC110V电源,给110V蓄电池组充电及去DC110V干线。
;(二)电路原理——1.输入及预充电电路;(二)电路原理——2.直流滤波电路;(二)电路原理——3.三相桥式逆变电路;(二)电路原理——4.输出隔离变压器;(二)电路原理——5.交流滤波电路;(二)电路原理——6.DC110V输入滤波及预充电电路;(二)电路原理——7.三相桥式整流电路;(二)电路原理——8.单相半桥逆变电路(高频方波);(二)电路原理