朱正暘，楊喜軍

0 引言

隨著電力電子技術(shù)的不斷革新以及在軌道交通行業(yè)新興技術(shù)的成熟運(yùn)用，人們?cè)诃h(huán)保方面的要求也越來越高，那種以煤炭為燃料，高碳排放的時(shí)代將逐步被淘汰，取而代之的是高效率高性能的電力電子設(shè)備。城軌列車的電源來源于城市軌道交通高壓電網(wǎng)，這就需要大量地運(yùn)用電力電子變換技術(shù)，實(shí)現(xiàn)電能的高效轉(zhuǎn)換。針對(duì)城軌交通的供電網(wǎng)絡(luò)，其額定工作電壓主要有兩種：1500Vdc 和750Vdc。而車載電氣設(shè)備的主流供電等級(jí)為：110Vdc。這就需要相關(guān)的直流變換設(shè)備，既作為車載供電電源，又作為車載蓄電池充電機(jī)，來滿足緊湊型的設(shè)計(jì)需求。常規(guī)的車載蓄電池充電機(jī)通常采用三相交流電源供電方式，應(yīng)用二極管進(jìn)行不控整流器，現(xiàn)在這種傳統(tǒng)的方式依然在用。但是隨著故障率高等缺點(diǎn)的逐步暴露：充電性能差，影響蓄電池的使用壽命。以及對(duì)于城軌列車來講：此種蓄電池充電機(jī)是建立在靜止逆變器（SIV）作為前置輸入電路，一旦其在運(yùn)營中出現(xiàn)故障，蓄電池充電機(jī)也將無法正常工作。所以，一種直接轉(zhuǎn)換直流電壓的DC/DC 變流器，并運(yùn)用IGBT 開關(guān)以及PWM調(diào)制控制的新產(chǎn)品就非常有必要，其經(jīng)濟(jì)價(jià)值、穩(wěn)定性以及高效率也是得到了市場(chǎng)的認(rèn)可。

本文主要介紹目前軌道交通行業(yè)最常規(guī)的輔助電源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念以及在例行設(shè)計(jì)中組件的優(yōu)化和需要考慮的因素，對(duì)于其電路拓?fù)?，其主要的電路拓?fù)浜湍K分為，如圖1所示：

1)輸入單元

2)輸入濾波單元

3)逆變單元

4)隔離變壓器單元

5)輸出濾波單元

6)輸出接觸器

7)蓄電池充電單元

8)控制單元

圖1 輔助電源系統(tǒng)總拓?fù)?/p>

1 電路拓?fù)?/h2>

1.1 電源電路拓?fù)?/h3>

輔助變流器電性能的要求取決于客戶要求的電氣和機(jī)械環(huán)境，其主要影響組件選型和輔助變流器的設(shè)計(jì)的因素如下：

1.1.1 輸入特性

輸入電源的類型（AC 或DC）；

預(yù)期的輸入電壓范圍；

功率因數(shù)校正需求（交流電源）；

輸入來源（城軌架空線或者三軌供電網(wǎng)）

1.1.2 輸出要求

輸出電源的類型和數(shù)量（AC 或DC）；

連續(xù)輸出額定功率；

輸出功率浪涌額定值（交流輸出）；

電池充電器獨(dú)立控制需求性；

電氣隔離性需求

1.1.3 系統(tǒng)要求

重量性需求（高頻橋路或強(qiáng)制風(fēng)冷）；

軌道信號(hào)系統(tǒng)特殊需求性（影響橋路、逆變器、電池充電器電路的開關(guān)頻率，輸入濾波器）；

機(jī)械條件限制（強(qiáng)迫風(fēng)冷，散熱總成）；

冗余的要求（可靠性要求，在實(shí)際地鐵的運(yùn)營中，某些故障，不允許影響正常的運(yùn)營需求）

1.2 系統(tǒng)輸入級(jí)

對(duì)于所有直接連接到供電線路的輔助變流器，建議使用帶輸入濾波單元（電抗器和電容器）的預(yù)充電電路，以便在承受瞬時(shí)沖擊電流和線路瞬變時(shí)限制IGBT 和電容器的端電壓。如果采用直接連接到牽引電路，在設(shè)計(jì)時(shí)，必須采用去耦電感來抑制兩個(gè)濾波單元之間的振蕩現(xiàn)象。

對(duì)于 750Vdc 三軌供電系統(tǒng)，逆變器和蓄電池充電器電路可直接連接到濾波器輸出。

某些情況下，對(duì)于重量有嚴(yán)格限制的750Vdc 和1500Vdc 系統(tǒng)，可使用高頻變流器連接到輸入濾波器，生成隔離的固定線路電壓，為逆變器和蓄電池充電器充電，這種方式，即考慮到取消輔助電源系統(tǒng)的隔離變壓器，從而減小重量。

對(duì)于輸入濾波單元，即考慮電抗器的感抗和電容器的容抗數(shù)值，必須考慮以下方面：

EMC 要求（線路中生成的諧波）；

輸入電路阻抗（如果具有感抗限制的要求）；

共振頻率（電路是否會(huì)以電路中其他部件使用的頻率產(chǎn)生共振）；

線路瞬變時(shí)輸入電路組件的電壓；

緊急關(guān)閉時(shí)電壓過沖；

輸入濾波器電容器的電壓紋波和閾值；

輸入濾波器電感器的飽和曲線（電感器飽和時(shí)，是否會(huì)存在負(fù)載瞬變問題）；

濾波器電容器的 RMS 電流；

不同輔助功能可能使用相同的輸入濾波器；

1.3 輸入變流器（如果必要）

通常在軌道交通輔助系統(tǒng)中的變換器有三種類型：

DC/DC 變流器；

降壓斬波器；

PMCF 變換器；

本文主要討論的為軌道交通系統(tǒng)中，最常見的DC/DC 變流器。其DC/DC 變換器的最主要組成部分如下：

高頻橋路；

隔離變壓器；

輸出二極管；

輸出濾波電感

對(duì)于高頻橋路的設(shè)計(jì)中，其主要的影響和考慮因素如下：

額定功率（對(duì)于IGBT 開關(guān)元件的電壓和電流以及連續(xù)值和浪涌值）；

額定電壓；

冷卻方式（強(qiáng)迫、自然風(fēng)冷或者水冷）；

散熱器的大?。ㄉ嵝屎途S護(hù)要求）；

開關(guān)頻率（軌道電路和車輛整體EMC 限制）

對(duì)于隔離變壓器，在選型和設(shè)計(jì)時(shí)，其主要影響和考慮因素如下：

額定功率；

繞組線比（線電壓和所需電壓）；

開關(guān)頻率；

噪音要求（頻率噪聲）；

對(duì)于輸出二極管，其主要的影響因素如下：

額定功率（電壓和電流，連續(xù)和浪涌）；

冷卻方式（散熱器配合）；

開關(guān)頻率；

是否需要緩沖組件；

對(duì)于線路濾波電抗器，其主要的設(shè)計(jì)影響因素如下：

額定電流（連續(xù)和浪涌）；

耐熱性能；

絕緣性能

1.4 逆變單元

在逆變器電路設(shè)計(jì)中，隔離變壓器并不是必須的（取決于是否使用高頻變流器或電氣隔離要求，或者取決于輸入/輸出電壓）。

如果逆變器電路的輸入電壓較低 (400V– 500Vdc)且 AC 輸出電壓要求為 400Vph-ph，則必須要有升壓變壓器。

對(duì)于 750Vdc 系統(tǒng)，可直接將逆變器和蓄電池充電器作為輸出級(jí)。

如果逆變器的輸入電壓較高 (1500V-1800V DC)，則必須要有輸出濾波器（降低應(yīng)用到負(fù)載的峰值電壓）。輸出電壓器可提供電氣隔離，必要時(shí)，可降低逆變器的電流

對(duì)于逆變電路的影響和考慮因素如下：

額定功率（電壓和電流，連續(xù)和浪涌）；

開關(guān)頻率（EMC 要求和散熱損失）；

冷卻方式；

散熱器的大小；

電容值（與濾波電抗器共同組成濾波單元）；

負(fù)載的啟動(dòng)特性和啟動(dòng)順序；

對(duì)于輸入濾波單元的設(shè)計(jì)時(shí)，主要考慮的影響因素如下：

交流輸出電壓失真度（感抗和容抗值）；

額定功率（連續(xù)和浪涌情況的飽和）；

電抗器和電容器的諧波電流；

對(duì)于輸出變壓器的設(shè)計(jì)時(shí)，主要考慮的影響因素如下：

額定功率（連續(xù)和浪涌）；

繞組匝數(shù)比；

泄漏電感；

諧波電流

1.5 充電機(jī)電路

蓄電池充電器電路可以是使用全橋電橋受控電路，或者是三相整流器電路連接到三相輸出形成的電路。第二個(gè)選項(xiàng)的控制方法可以是控制 DC 輸出，然后 AC 輸出保持在所有負(fù)載和線路電壓條件范圍內(nèi)。在某些情況下，當(dāng)輸入電源已隔離時(shí)，可使用降壓斬波器。

對(duì)于充電機(jī)的橋式電路設(shè)計(jì)的主要影響因素如下：

額定功率（電壓和電流，連續(xù)和浪涌）；

開關(guān)頻率（EMC 要求和散熱器損耗）；

冷卻方式；

散熱片的大??；

電容值（濾波單元）；

對(duì)于充電機(jī)單元中的輸入變壓器設(shè)計(jì)的主要影響因素如下：

額定功率（連續(xù)和浪涌額定值）；

繞組匝數(shù)比；

漏點(diǎn)感；

諧波電流；

對(duì)于充電機(jī)的濾波單元設(shè)計(jì)的主要影響因素如下：

DC 輸出電壓和電流紋波的要求（電感器和電容器的值）；

額定功率（連續(xù)額定電流和浪涌負(fù)載時(shí)飽和特性）

2 輸入電路

對(duì)于直接從線路電壓供電時(shí)，通常需要相關(guān)的輸入電路（例如：圖2：預(yù)充電電路）。如果連接到牽引濾波器，則不要相應(yīng)的預(yù)充電和線路電抗器，如圖2所示：

圖2 預(yù)充電電路拓?fù)?/p>

2.1 預(yù)充電電路

對(duì)于輸入電路中，常常配備主接觸器和預(yù)充電接觸器，其設(shè)計(jì)原則在于：

額定電壓（這通常指輸入的最大預(yù)期電壓）；

分?jǐn)嚯娏鳎?/p>

閉合電流；

線圈電壓；

輔助觸頭；

對(duì)于預(yù)充電電阻的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)是：電阻值。這取決于輸入電路的后置電路中的濾波電容，其端電壓的上升時(shí)間，需要通過阻容特性來匹配。

在此，舉一個(gè)典型的例子，來說明對(duì)于預(yù)充電電阻的工作情況。對(duì)于電壓上升，如圖3所示：

圖3 預(yù)充電電壓升壓特性

2.2 輸入濾波電抗器

對(duì)于輸入級(jí)電路，線路電抗器和線路電容器共同組成了輸入濾波器。電感器的標(biāo)稱值可能取決于系統(tǒng)的某些要求。例如，輸入阻抗的限制或信號(hào)系統(tǒng)的要求。

如果客戶對(duì)輸入濾波器沒有約束條件，則建議值應(yīng)保證輸入濾波器的共振頻率低于100Hz。這是因?yàn)槟孀兤鬏敵鲭娐返念l率通常為50Hz。交流負(fù)載的失衡可導(dǎo)致輸入過濾器電容器產(chǎn)生100Hz的紋波，如果輸入濾波器的共振頻率接近100Hz，則輸出紋波會(huì)被放大。

同時(shí)也應(yīng)考慮電感器的飽和特性。如果輸入存在線路瞬變，則輸入電流會(huì)增加，然后電感器飽和。這樣，電容器的電壓過大。如果電感器因負(fù)載沖擊而飽和，則變流器會(huì)信號(hào)干涉問題。飽和特性需要在相關(guān)浪涌和沖擊額定功率的最低線路電壓下進(jìn)行考慮。

熱電流來自持續(xù)運(yùn)行的額定功率和最低線路電壓（作為指導(dǎo)，建議低于額定線路電壓的 20%），考慮電感器熱時(shí)間常數(shù)。

3 電壓源逆變器

3.1 基本原理

電壓源逆變器將 輸入DC 電壓切換為交流輸出電壓，方法是使用合適的開關(guān)控制策略，通過兩個(gè)開關(guān)將 AC 輸出端子如圖4所示：

圖4 橋臂調(diào)制圖示

連接到 D 正極和DC 負(fù)極輸入。輸出在+Vs/2–Vs/2 之間有效切換，且切換模式按照所需頻率合成準(zhǔn)正弦電壓。未通過濾波的輸出電壓包括基波電壓和諧波成份。

分離 DC 電源，以顯示 pseudo-0V。如果如圖4所示切換正極和負(fù)極，則分析輸出波形更容易。對(duì)于實(shí)際逆變器電路，開關(guān)將為帶反并聯(lián)二極管的功率半導(dǎo)體開關(guān)（IGBT 或 GTO）。由于上下橋臂的開關(guān)并非理想開關(guān)，因此一個(gè)開關(guān)關(guān)斷、另一個(gè)開關(guān)導(dǎo)通之間設(shè)置死區(qū)時(shí)間，由于軌道電路對(duì)于諧波電壓的限制，所以對(duì)于死區(qū)時(shí)間也有相應(yīng)的限制。三相逆變器是指三個(gè)逆變器臂，這三個(gè)臂為選通脈沖模式，相角與基波相互差120 度。

3.2 開關(guān)控制策略

對(duì)于輔助逆變器開關(guān)策略和形式的選擇和設(shè)定，基于以下幾個(gè)設(shè)計(jì)要求：

交流電壓諧波的低失真；

功率開關(guān)的低損失；

輸出濾波器的輕量化要求；

濾波電抗的低噪聲要求；

最大的交流基波頻率要求；

半導(dǎo)體元件的優(yōu)化結(jié)點(diǎn)溫度（最大紋波情況）

3.3 自然采樣的調(diào)制

在微處理器控制發(fā)展之前，自然采樣調(diào)制策略是使用模擬電路生成 3 相逆變器 PWM 波形的唯一實(shí)用的方法?，F(xiàn)在，它仍然是生成輔助逆變器正弦波形的最常用的調(diào)制方法，使用更精確的方法可使用微處理器合成波形。這可通過可變幅值的三角波形和正弦波的比較而實(shí)現(xiàn)。基波頻率分量的幅度通過正弦信號(hào)幅度的變化而進(jìn)行控制，如圖5所示：

圖5 自然采樣策略

波形，為逆變單元一個(gè)橋臂所生成的PWM 波形。對(duì)于其他兩個(gè)橋臂的正弦波波形相同，而相位分別滯后120°和240°。

3.4 計(jì)算的角度調(diào)制

這種控制逆變器輸出交流電壓的方法的原理是低次諧波可通過選擇合適的導(dǎo)通角完全消除。這種生成選通信號(hào)的方法取決于現(xiàn)代電子控制器儲(chǔ)存和調(diào)用導(dǎo)通角所需的數(shù)據(jù)的能力。

消除低次諧波的目的旨在優(yōu)化輸出濾波器設(shè)計(jì)（因?yàn)榈皖l需要最多衰減，因此濾波器分量最大）以及降低開關(guān)頻率，因此減少半導(dǎo)體損耗。

此技術(shù)的另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是通過特定的Vs 數(shù)值來達(dá)到一個(gè)較高的交流輸出電壓，并且配備相應(yīng)的隔離變壓器，同等負(fù)載需求的情況下，可以有效的降低逆變器的輸出電流，因而來降低電路損耗。

這些優(yōu)點(diǎn)看起來很好，似乎與自然采樣相比，顯然是更好的切換策略。然而，也存在一些負(fù)面情況。其中一個(gè)就是未進(jìn)行消諧的諧波電壓高出很多，特別是交流電壓處于控制狀態(tài)且“調(diào)制度”較低時(shí)。

消除的諧波數(shù)等于所需的切換角度數(shù)；

如果需要交流電壓控制，則額外需要角度。

3.5 開關(guān)頻率的選擇

使用同步自然采樣PWM 時(shí)，為了優(yōu)化交流輸出諧波譜，先定義一個(gè)數(shù)值mf=fs/f0，mf的選擇為 3+6n,n=1,2,3,4,5,6……，即mf 為3的整數(shù)倍。AC 線路輸出電壓的主導(dǎo)諧波為 mf+/-2、2mf +/-1 和2mf +/-3。調(diào)制電平降低時(shí)，主導(dǎo)諧波 mf+/-2 幅度增加，因此濾波器設(shè)計(jì)必須基于最大 DC 鏈路電壓條件。

最大交流基波頻率輸出電壓有效值為0.61xDC 鏈路電壓。

最小關(guān)閉時(shí)間會(huì)限制實(shí)際最大基波頻率交流輸出。mf的值越高，最大輸出電壓下降得越多。

死區(qū)可產(chǎn)生 5 和 7 諧波。注意接近這些頻率的輸出濾波器會(huì)引起共振。

3.6 逆變器輸出濾波器

輸出濾波器組件為三相濾波器電感器和電容器。

如果無需輸出隔離變壓器，但需要輸出中性點(diǎn)，則電容器的連接必須為星型結(jié)構(gòu)（星點(diǎn)為中性連接），如圖6所示：

圖6 無變壓器三相輸出拓?fù)?/p>

然而，如果單相額定功率>2kVA，則建議使用單獨(dú)的靜電平衡器，以便提供獨(dú)立的中性連接，確保單相負(fù)載在三相上均等分布。此外，諧波失真與線路間電壓相同。

缺點(diǎn)是對(duì)于特定尺寸的電容器殼體，電容量較少。而且，這種星形排列也需要額外的放電電阻器才能確保變流器斷電時(shí)，每個(gè)電容器元件有效放電。

如果需要隔離變壓器，則優(yōu)化配置其中變壓器可提供中性點(diǎn)（如需要），如圖7所示：

圖7 帶變壓器三相輸出拓?fù)?/p>

特定箱體尺寸的電容量值更大。電感器和電容器的值由逆變器開關(guān)頻率和輸出交流電壓畸變要求而決定。濾波器輸入和輸出的典型電壓波形，如圖8，圖9所示：

圖8 典型逆變器PWM 調(diào)制波形

圖9 典型逆變器濾波波形

濾波器的電氣性能要求取決于失真程度的要求，影響分量值和濾波器性能的因素如下包括：

預(yù)期線路（或鏈路）電壓范圍；

逆變器切換模式和頻率；

失真度限制；

應(yīng)用到 AC 輸出的負(fù)載；

異步電機(jī)通過其等效短路阻抗增加濾波器的有效共振頻率；

二極管整流器產(chǎn)生大量低次諧波（特別是三相整流橋的 5 和7 諧波）；

濾波器電感器壓降；

變壓器壓降

線路電壓范圍以及逆變器 PWM 調(diào)制指數(shù)決定濾波器的切換脈沖模式。

通常情況下，最大調(diào)制和最小調(diào)制之間的失真存在一些差異。例如，對(duì)于750μH 感抗值和 100μf 容抗值以及 1350Hz 開關(guān)頻率，可以看到相同負(fù)載和輸出電壓下不同的失真值：

400V 線路（0.86 調(diào)制）時(shí)為 6.7%；

750V 線路（0.47 調(diào)制）時(shí)為 5.3%；

1000V 線路（0.36 調(diào)制）時(shí)為 4.0%

如果濾波器分量的值相同，則逆變器的開關(guān)頻率越高，失真越低。例如，750μH 電感和 100μf 電容時(shí)，可以看到如下失真值：

750Hz 開關(guān)頻率（15 個(gè)脈沖）時(shí)為 9.4%；

1350Hz 開關(guān)頻率（27 個(gè)脈沖）時(shí)為 4.3%

開關(guān)頻率主要受逆變器設(shè)備的性能以及逆變器散熱器總成損耗的限制。必須考慮電感器的壓降，特別是考慮瞬間額定功率時(shí)。輸出電壓必須維持最低線路電壓和最大可用調(diào)制。在此設(shè)計(jì)階段，建議使用向量分析。例如，配置如下時(shí)：電容器 250μF；線路電壓450V；調(diào)制指數(shù) 0.95；開關(guān)頻率 1350Hz；如表1所示：

表1 電抗器的感值和阻值影響

對(duì)于空心電抗器，線圈數(shù)量越多，感抗值越大相應(yīng)的阻抗值也越大，損耗也越大，進(jìn)而影響了輸出電壓。

400Vrms 50Hz 時(shí)的負(fù)載為 100kVA 0.5p.f.（負(fù)載電感器=4.41mH，電阻器=0.8Ω）

同時(shí)，也需要考慮變壓器的壓降（電阻和漏電感），尤其是特別是考慮瞬間額定功率時(shí)。輸出電壓必須維持最低線路電壓和最大可用調(diào)制。例如，配置如下時(shí)：濾波器電容器250μF;濾波器電感器300μH；線路電壓500V；調(diào)制指數(shù) 0.95；開關(guān)頻率 1050Hz；如表2所示：

表2 變壓器參數(shù)影響

415Vrms 50Hz 時(shí)的負(fù)載為 125kVA 0.5p.f.（負(fù)載電感器=3.81mH，電阻器=0.69Ω），如圖10所示：

圖10 變壓器電路模型

3.7 輸出變壓器

交流輸出變壓器的設(shè)計(jì)要求如下：

匝數(shù)比（從逆變器和濾波器預(yù)期輸出到所需的 AC 輸出）。最小線路電壓和最大負(fù)載條件需檢查匝數(shù)比；

額定功率。確保持續(xù)和瞬間額定功率（功率、持續(xù)時(shí)間和功率因素）公布；

初級(jí)和次級(jí)電阻值。這需要進(jìn)行指定，確保優(yōu)化輔助變流器系統(tǒng)的效率；

漏電感值。這需要進(jìn)行指定，因?yàn)槿绻麡请姼袎航颠^大，在所有負(fù)載和線路電壓條件下都無法維持 AC 輸出電壓；

要公布初級(jí)和次級(jí)電流的諧波量，因?yàn)檫@會(huì)影響變壓器的設(shè)計(jì)；

中性點(diǎn)要求；

隔離要求；

連接點(diǎn)要求（電纜、接線盒、跨線）

4 蓄電池充電機(jī)電路

蓄電池充電器電路通常為全橋或半橋電路。全橋電路用于高功率應(yīng)用 (>15kW)，保持較低的 IGBT 電流和隔離變壓器電流。然而，相對(duì)于半橋電路，此電路需要更多的 IGBT 門驅(qū)動(dòng)，且對(duì)失衡（DC 分量）更敏感。此控制策略對(duì)兩種電路（半橋或全橋）都相同。

輸出變壓器的設(shè)計(jì)要求如下：

匝數(shù)比。最小線路電壓和最大負(fù)載條件需檢查匝數(shù)比。需考慮濾波器和輸出二極管的壓降；

額定功率。確保最大持續(xù)功率公布；

初級(jí)和次級(jí)電阻值。這需要進(jìn)行指定，確保優(yōu)化輔助變流器系統(tǒng)的效率；

漏電感值。這需要進(jìn)行指定，因?yàn)槿绻麡请姼袎航颠^大，在所有負(fù)載和線路電壓條件下都無法維持 DC 輸出電壓；

電流強(qiáng)度磁化可避免變壓器因失衡而通過小 DC 電流而飽和；

初級(jí)和次級(jí)電流的諧波量，會(huì)影響變壓器的設(shè)計(jì)；

隔離要求；

連接點(diǎn)要求（電纜、接線盒、跨線）；

典型的DC 輸出濾波器電路，如圖11～15所示：

圖11 全橋電路

圖12 半橋電路

圖13 三相整流器電路

圖14 不控二極管整流電路的輸入和輸出波形

圖15 受控半橋電路的輸出波形

4.1 蓄電池充電機(jī)輸出濾波電路

濾波器的電氣性能要求取決于客戶對(duì)紋波的要求，影響分量值和濾波器性能的因素如下：

預(yù)期線路（或鏈路）電壓范圍；

蓄電池充電器切換模式和頻率；

客戶的紋波要求；

應(yīng)用到 DC 輸出的負(fù)載；

濾波器電感器壓降；

變壓器壓降

線路電壓以及蓄電池充電器 PWM“接通持續(xù)時(shí)間”決定濾波器的切換脈沖模式。

最大紋波在最大線路（鏈路）電壓時(shí)獲取（考慮恒定輸出電壓）。

例如，對(duì)于250μH 電感30μF 電容以及3kHz 開關(guān)頻率，可以看到相同負(fù)載和輸出電壓的以下紋波值：

500V 線路（92%持續(xù)接通時(shí)間）時(shí)為0.4Vp-p；

750V 線路（56%持續(xù)接通時(shí)間）時(shí)為0.6Vp-p；

1000V 線路（22%持續(xù)接通時(shí)間）時(shí)為0.7V p-p

如果濾波器分量的值相同，則電橋的開關(guān)頻率越高，紋波越低。例如，為半橋配置、500H 電感和 30mF 電容時(shí)，可見紋波值分別為：

1kHz 開關(guān)頻率時(shí)為 0.87V p-p；

3kHz 開關(guān)頻率時(shí)為 0.29V p-p；

6kHz 開關(guān)頻率時(shí)為 0.14V p-p

正確的紋波計(jì)算需考慮輸出濾波器電容器阻抗（包括串聯(lián)電阻和雜散電感）。必須特別注意最靠近電容器端子的輸出端子的連接，以便減少雜散電感對(duì)紋波的影響，特別是開關(guān)頻率高、但輸出電壓低時(shí)更是如此。開關(guān)頻率值主要依賴逆變器設(shè)備的性能以及蓄電池充電器散熱器總成損耗的限制。必須考慮電感器壓降，需要特別考慮瞬間額定功率引起的電感壓降。輸出電壓必須維持最低線路電壓和最大可用調(diào)制。例如，配置如下時(shí)：電容器 30mF；線路電壓450V；90% 持續(xù)接通時(shí)間；半橋電路開關(guān)頻率 3kHz；110V DC 時(shí)負(fù)載 30kW。注意到輸出電壓的影響，如表3所示：

表3 電抗器的電感與電阻的影響

同時(shí)，也需要考慮變壓器的壓降（電阻和漏電感），尤其特別考慮瞬間額定功率情況。輸出電壓必須維持最低線路電壓和最大可用調(diào)制。例如，配置如下時(shí)：濾波器電容器 30mF；濾波器電感器500μH；線路電壓 450V；90% 持續(xù)接通時(shí)間；開關(guān)頻率 3kHz。110V DC 時(shí)負(fù)載 30kW 可以得到區(qū)分出電壓以及紋波系數(shù)的影響，如表4所示：

表4 變壓器參數(shù)的影響

5 總結(jié)

隨著對(duì)于軌道交通行業(yè)的輔助供電系統(tǒng)的越來越多樣化的功能需求以及技術(shù)革新與可靠性要求的矛盾性日益凸顯,對(duì)于平臺(tái)化設(shè)計(jì)的需求：模塊化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化、高頻化是其特點(diǎn),高效、輕量、小型化、低成本則是發(fā)展趨勢(shì)和目標(biāo)?；谠屑夹g(shù)平臺(tái)上的開發(fā)將越來越多。本文只是對(duì)于輔助電源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，提出了相關(guān)的設(shè)計(jì)考慮和建議。實(shí)際的平臺(tái)化設(shè)計(jì)，還需要在以后的細(xì)化設(shè)計(jì)、研發(fā)、改進(jìn)時(shí)，進(jìn)一步總結(jié)梳理，力求研發(fā)一種新平臺(tái)，能真正滿足國內(nèi)軌道交通行業(yè)的綜合化需求。

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