趙磊

摘要：自經濟全球化發(fā)展，我國動車組輔助技術得到了較好的發(fā)展，但也存在著一些問題，主要是因為當前的各類輔助電源，是以單機運行的方式，為滿足運行需求一般會選擇大容量的逆變器，進而無法保障逆變器的可靠性。加之未能掌握整流逆變技術的核心原理，導致部分零部件造價較高，提升了動車使用成本，難以滿足國產化需求。本文主要闡述動車組輔助系統(tǒng)工作原理分析和研究，詳細分析如下。

關鍵詞：動車組；輔助系統(tǒng)；工作原理

1國內和諧號動車組輔助供電系統(tǒng)概述

動車組輔助供電系統(tǒng)主要包括：主電路、控制電路、輔助電路三部分。輔助電路是由各種電線路、電氣設備、輔助電源組成，通過分析電路系統(tǒng)的構成可得知，動車組行車必須用電負荷，不僅包括上述主要電路部分，還包含了各個電壓等級電源、電負荷等，以此構成列車輔助電路。

供電輔助系統(tǒng)能夠為動車組的高速運行提供保障，為乘客的出行提供便捷，為乘務員的工作提供支持。據相關報道顯示，我國機車輔助電路一般應用的是旋轉劈相機供電形式，但在實際應用中，這類供電方式的弊端較大，比如：噪音大、供電效率不足等，且供電電網的恒定性不足。目前，國內和諧號動車組輔助供電系統(tǒng)類型主要如下。

國內和諧號動車組輔助供電系統(tǒng)主要包括：CRH2動車組輔助供電系統(tǒng)、CRH3動車組輔助供電系統(tǒng)、CRH1動車組輔助供電系統(tǒng)、CRH5動車組輔助供電系統(tǒng)。

2動車組輔助系統(tǒng)工作原理分析和研究

2.1車輛輔助系統(tǒng)主要元件的特征

相比牽引系統(tǒng)而言，輔助系統(tǒng)的結構比較簡單，其主要職責是負責城市軌道交通的電流控制，所以其主要功能單元都與電流存在直接關聯。首先是由多個單體定壓蓄電池構成的蓄電池組，提升蓄電能力的同時充分滿足城市軌道交通運行方面的需求，同時也是車輛運行電壓和電流的有效控制途徑；其次是DC/DC變換器，也將其稱之為蓄電池充電器，其根本作用是向城市軌道交通車輛提供其運行所需的直流電。一般而言，各城市軌道交通都會安裝2個或者以上的蓄電池充電器；最后是DC/AC逆變器，也可將其稱作輔助逆變器，屬于城市軌道交通的輔助電源，可通過其將交流電給予城市軌道交通車輛內部的所有電器。

2.2輔助電源技術

2.2.1輔助供電系統(tǒng)

本文按照CRH系列動車組常見的兩個單元、八輛編組的形式，編組形式與CRH3相似，供電系統(tǒng)與CRH2動車組相似。引用的技術標準與規(guī)范主要包括：IEC77-68電力牽引設備規(guī)則；GB-3317-82電力機車通用技術；IEC146-2半導體自動轉向變流器；UIC550客車供電裝置；IEC571-2機車電子設備；GB1461-83標準鐵軌、鐵路機車車輛界限；IEC1287-1機車車輛電力變流器；UIC555客車電氣照明；IEC850牽引系統(tǒng)供電電壓；TB1126-87機車控制與照明電路電壓。

2.2.2電力結構設計

為保障動車組動力均勻分布、動車組配重均勻，實現電路結構的簡化，需要綜合考慮各項因素。應用某動車組編組形式，擬定設計的動車組為八輛車、兩個單元組成，每個單元均設置有兩個動車與兩個拖車，某一單元設置為M-T-M-T，另一個單元則設置為T-M-T-M。

動車組上每個單元均設置1臺主變壓器輔助繞組，將其作為本單元的輔助供電系統(tǒng)。為保障動車組機械設備的穩(wěn)定運行，在每個單元內設置有2套逆變器、110V供電電源、2套輔助整流器。輔助整流器、逆變器選擇一動一拖的供電形式，在其中一套整流器與逆變器故障時，另一套依舊可承擔電力供應。

2.2.3輔助系統(tǒng)參數

為保障制造成本，輔助系統(tǒng)零部件，一般選擇國產部件，設置對應的供電形式。若輔助機選擇三相400V供電形式，控制系統(tǒng)與照明系統(tǒng)選擇DC110V供電形式。為滿足通用化需求，一般列車電茶爐、插座選擇單相220V供電。

輔助系統(tǒng)負載容量確定：

牽引電機坑卻風電機容量：

P風壓代表的是全壓，單位：Pa，牽引電機要求為2000Pa；Q屬于風量，單位：m3/h，兩臺牽引機風量為3000m3/h，風量（Q）為3600/s；K屬于容量儲備，一般取值1.20；η屬于全壓效率，取值0.70；η1屬于機械效率，取值1.0。本文大氣壓取值102kPa，重力加速度取值9.8N/kg。因此，Pw=2.86kW。在設置階段，需要綜合考慮逆變器對冷卻風機電機供電產生的損耗，功率最大取值為4kW，在Mc車與M車上設置2臺冷卻風機，則電機容量為8kW。

空壓機電動機：排氣量參數V，取值1.5m3/min；壓縮級數Z，取值為1.0；吸氣壓力P1，取值為1.01bar；絕熱壓縮指數K，取值1.40；排氣壓力P2，取值為10bar。1bar/min=1.667kPa/s。

輔助系統(tǒng)包括：4臺輔助系統(tǒng)整流裝置；4套110V供電電源及蓄電池組；4臺輔助系統(tǒng)逆變器；輔助系統(tǒng)電纜母排、輔助系統(tǒng)電氣配電柜。輔助系統(tǒng)選擇交-直-交的供電形式，沿用了CRH2系統(tǒng)動車組的低成本、高效率特點，可吸取各個類型動車組的優(yōu)點。

2.3輔助供電裝置

2.3.1PWM整流器

為實現整流電路功率因數的提升，一般選擇PWM控制技術。PWM控制技術目前在交流變頻調速、不間斷電源內得到了廣泛應用。整流電路由PWM控制，促使輸入電流與電流相位、電壓相位相等，功率因數值為1。

單相變換器電路一般選擇的是單相交流電源、直流負載、儲能器、變換器組成，其中儲能器不僅可與直流負載并聯運行、還可與直流負載串聯運行。無能量的損耗與儲存，經變后的能量全部輸出：

輸出直流負載電流：

由此可見，頻率是電網頻率的2倍。

單相PWM電壓型整流器，本身屬于升壓型整流器，在實際應用中具有結構簡單、有源逆變的特點，但在運行階段，對直流側電壓的要求較高。單相整流器類型包括：全橋PWM整流器、半橋PWM整流器、降壓式PWM整流器。

2.3.2PWM逆變器

逆變器選擇PWM技術，與整流器作用相反，借助直流電，可實現逆變器功率器件開通作用與關斷作用，實現交流電的轉換。一般逆變器實物轉換，具備很多的諧波成分，會產生波形差。只有將其中的諧波成分濾去，才可實現交流低通濾波。

逆變器電能轉換功率最為理想的運行為不存在脈動，且運行階段直流電壓波形與直流電流波形是不會產生脈動。在實際的電路運行中，由于逆變器的數量有限，其功率P屬于脈動，期間直流電壓為恒電源。

2.3.3直流斬波器

直流斬波器可將直接直流電轉換為另一種直流電，直流斬波調控技術，本身屬于一種性能較高的技術。在直流電壓變換電路內，輸入電源為直流電，就開關元件而言，電流屬于無自然過零點，元器件的切換可借助強迫換流措施實現。

結論

綜上所述，本文就各種類型的動車組輔助供電系統(tǒng)開展了分析，在原本的設計基礎上，提出了全新改進方案，在詳細計算中獲得了整流器參數與逆變器參數，可實現系統(tǒng)運行效率的提升，保障列車穩(wěn)定運行。

參考文獻

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（作者單位：北京鐵路集團天津動車客車段天津動車所）