陳玉峰 馬洪偉 李光磊

【摘 要】本文通過對輔助變流器的組成、主要部件等進(jìn)行簡單介紹，深入分析了輔助變流器的箱體設(shè)計、關(guān)鍵部件設(shè)計以及控制算法，以期進(jìn)一步提升高速列車輔助變流器的設(shè)計水平，進(jìn)而為列車的正常運行、乘客乘車的舒適度等提供重要保障。

【關(guān)鍵詞】高速列車；輔助變流器

前言：自高速動車組列車已成為現(xiàn)階段我國鐵路客運的重要車型，是我國鐵路的發(fā)展新紀(jì)元。輔助變流器也是動車組列車穩(wěn)定運行的重要前提。鑒于此，本文對高速列車的輔助變流器展開研究，具有至關(guān)重要的實踐意義。

一、輔助變流器簡介

目前，市面上常用的輔助變流器分為兩種，即單幅變流器與雙輔變流器，二者的技術(shù)參數(shù)如表1所示。單輔變流器只有一個輔助轉(zhuǎn)換器單元，主要用于動車；雙輔助變流器有兩個輔助變流器單元，主要用于拖車。輔助轉(zhuǎn)換器的主要部件包括輔助轉(zhuǎn)換器控制器，功率模塊，冷卻系統(tǒng)和隔離變壓器。其中，輔助變流器控制器的作用是保證輸出頻率、輸出電壓的穩(wěn)定性；同時，其還要對一整個ACU部件進(jìn)行邏輯控制，并在其出現(xiàn)故障時及時響應(yīng)，采取保護(hù)措施進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲。此外，控制器還負(fù)責(zé)溫度傳感器數(shù)據(jù)的獲取、風(fēng)扇轉(zhuǎn)速的調(diào)控、故障數(shù)據(jù)儲存、輔助供電擴(kuò)展等多項功能，是輔助變流器最核心的組成元件。而功率模塊則是脈寬調(diào)制逆變器模塊，主要作用是將牽引變流器的電壓，轉(zhuǎn)變成三向脈沖調(diào)寬輸出電壓。冷卻系統(tǒng)采用的強(qiáng)迫風(fēng)冷。輔助變流器的結(jié)構(gòu)詳見圖1。

二、輔助變流器的設(shè)計

（一）輔助變流器的箱體設(shè)計

輔助變流器箱設(shè)計是輔助轉(zhuǎn)換器設(shè)計的重要部分。由于輔助變流器安裝在列車組車身的下方，因而工作環(huán)境相對較為惡劣，因而在箱體設(shè)計時，需要考慮箱體材料的耐腐蝕性、低溫韌性以及強(qiáng)度等，保證其能夠滿足長期安全使用的需求[5]。高速列車輔助變流器的柜體設(shè)計主要包括以下幾個環(huán)節(jié)：

（1）強(qiáng)度計算環(huán)節(jié)：對箱體進(jìn)行強(qiáng)度計算時，需要按照原型箱體的設(shè)計圖紙，展開三維建模，之后再利用仿真軟件展開強(qiáng)度校核，對箱體應(yīng)力分布的實際情況進(jìn)行研究。

（2）靜強(qiáng)度試驗環(huán)節(jié)：在輔助變流器的箱體做成后，對其進(jìn)行強(qiáng)度校核，以此來確認(rèn)該箱體在靜強(qiáng)度上是否符合預(yù)期要求。

（3）疲勞強(qiáng)度試驗環(huán)節(jié)：完成靜強(qiáng)度試驗后，進(jìn)行疲勞強(qiáng)度試驗，具體內(nèi)容包括在試驗過程中記錄分析變流器箱體的狀態(tài)，除了箱體結(jié)構(gòu)的動態(tài)應(yīng)力外，還要驗證箱體的疲勞強(qiáng)度和使用壽命。

（4）振動沖擊試驗環(huán)節(jié)：對箱體進(jìn)行振動沖擊試驗，驗證輔助變流箱的箱體能否承受環(huán)境振動和沖擊的能力，從而保證設(shè)備的安全。

（5）模態(tài)試驗：分析了輔助轉(zhuǎn)換器盒的特性，以驗證盒子的質(zhì)量。

（二）輔助變流器的關(guān)鍵部件設(shè)計

在高速列車的輔助變流器中，關(guān)鍵部件主要包括控制器，電源模塊，交流濾波電容器和隔離變壓器。

（1）控制器設(shè)計：在本文研究中，將MCU芯片、FPGA芯片以及DSP芯片這三個可編程處理器作為控制器的核心，依托外圍電路，建立控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)具有信號反饋，控制輔助轉(zhuǎn)換器的輸出電壓和電流，從而提高輔助轉(zhuǎn)換器輸出電壓的穩(wěn)定性。同時，該控制系統(tǒng)還能夠?qū)Χ鄠€輔助變流器單元的運行進(jìn)行并聯(lián)控制，并將負(fù)載功率進(jìn)行均分。此外，該控制器能夠?qū)崿F(xiàn)故障保護(hù)動作、機(jī)組工作邏輯控制、計算機(jī)監(jiān)控軟件訊息讀取、故障數(shù)據(jù)儲存、與MVB網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

（2）功率模塊的設(shè)計：功率模塊執(zhí)行控制器發(fā)出的指令，對直流輸入電壓進(jìn)行逆變，使其變成三相脈沖電壓。功能模塊應(yīng)具備保護(hù)功能。

（3）試驗驗證：對于輔助變流器關(guān)鍵部件的設(shè)計，需要進(jìn)行熱沖擊試驗和溫度，濕度和振動的綜合試驗。通過驗證，本文設(shè)計的輔助變流器控制器與功率模塊的性能，不僅符合設(shè)計需求，且能夠適應(yīng)惡劣的工作環(huán)境，工作可靠性較高。

三、輔助變流器控制算法

控制算法是輔助轉(zhuǎn)換器設(shè)計的重要核心之一，不僅可以保證輸出電壓穩(wěn)定，還可以控制電壓波形的質(zhì)量。同時，可以實現(xiàn)輔助變流器各單元的并聯(lián)和自動均流[6]。本文以64kw負(fù)載為例。在該圖中，CH1和CH2分別表示兩個輔助轉(zhuǎn)換器單元的A和B線的輸出電壓。CH3和CH4分別代表兩個輔助轉(zhuǎn)換器單元的A相輸出電流；而Math表示CH3與CH4的差。從該圖可以得知，基波環(huán)流與諧波環(huán)流均比較小，說明兩個輔助變流器輸出的電流波形相差無幾，因而均流特性較好。

結(jié)論：高速列車輔助變流器的穩(wěn)定性是高速列車正常運行的重要保證。在本文研究中，通過闡述輔助變流器的構(gòu)成、工作原理以及基本參數(shù)等，對其箱體、關(guān)鍵部件以及控制算法的設(shè)計展開了研究，旨在突破輔助變流器的技術(shù)瓶頸，進(jìn)一步提升其設(shè)計質(zhì)量，進(jìn)而實現(xiàn)高速列車的輔助變流器設(shè)計的自主創(chuàng)新，為中國的高速動車組提供可靠的輔助轉(zhuǎn)換器。

參考文獻(xiàn)：.

[1]閆春輝.一種電力機(jī)車輔助變流器控制單元[J].鐵道機(jī)車與動車，2016，13（09）：13-16.

[2]王佳佳，顏艷嬌，劉長清，等.永磁牽引電機(jī)動車組用大功率輔助變流器[J].大功率變流技術(shù)，2015，20（06）：45-48.

[3]馬穎濤，宋術(shù)全，李紅.高速動車組輔助變流器并聯(lián)運行的脈寬調(diào)制技術(shù)[J].鐵道機(jī)車車輛，2013，33（05）：22-25.

作者簡介：

陳玉峰（1985.06-），男，吉林省長春市，中車長春軌道客車股份有限公司 高級技師，研究方向：鐵路客車制造。

（作者單位：中車長春軌道客車股份有限公司）