城市轨道交通车辆电气系统教学课件作者王新铭模块4

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1、模块 城市轨道交通车辆辅助系统的构造与检修,任务4.1 认识辅助系统供电网络 任务4.2 认识轨道交通车辆常用辅助逆变器电路 任务4.3 辅助逆变器的构造与检修,返回,任务. 认识辅助系统供电网络,4.1.1 辅助系统的供电网络 以上海地铁 型列车为例， 电动列车辅助系统的供电网络主要有： 辅助逆变器、蓄电池、低压总线、控制器、断路器、继电器、接触器等。 .直流高压电的传输 辅助系统由 接触网供电， 经受电弓传输到列车总线， 在线网电压正常的情况下， 受电弓将高压直流电通过列车总线同时传输给各节车的辅助逆变器。各节车的辅助逆变器处于并联工作状态， 这样即使只有一只受电弓工作， 所有逆变器也都能

2、正常工作。,下一页,返回,任务. 认识辅助系统供电网络,每个辅助逆变器是由接触网提供的 供电。为了避免逆变器在不正常情况下工作， 在线网电压小于 的情况下， 此时逆变器将停止工作， 如线网电压上升至大于 并持续 以上， 逆变器则重新启动工作。 当电动列车在检修时需做某些测试工作， 如空调试验等， 考虑到工作时的人身安全， 此时 接触网断电， 采用车间外接电源供电。车间外接电源只有在受电弓落弓条件下才能接通负载而得电。它们之间的联锁由所有受电弓落弓继电器完成， 或由高压电源开关来选择电源（受电弓或车间电源插座）。,上一页,下一页,返回,任务. 认识辅助系统供电网络,如图 所示， 受电弓供电接触器

3、与车间电源供电接触器的电源互相联锁， 在受电弓升弓情况下， 和 闭合， 受电弓供电接触器得电吸合， 接触网 直流电通过图 中的受电弓供电接触器动触头送到各台逆变器上。当列车在静调线静调时， 接触网就要断电， 受电弓落弓， 此时图 中的 闭合， 车间外接电源接上后， 车间电源短接线处相连， 电源供电接触器吸合， 直流电送到各台逆变器上。交流电源为 、三相、 ， 有电隔离的交流中压， 为下列设备提供电源： 电动机空气压缩机单元。 客室和驾驶室空调。,上一页,下一页,返回,任务. 认识辅助系统供电网络,牵引设备的通风设备。 辅助逆变器的通风设备。 在每个驾驶室和每列车的电气柜中都有一个交流 单相的方

4、便插座， 为维修人员检测设备提供电源。 . 中压总线（ ） 和低压总线（ ） 列车一半的交流负载是由两个交流网络中的一个供电。当一个交流网络发生故障时， 由它提供电源的一些重要交流负载会自动切换至另一个交流网络， 保证这些交流负载能继续工作（如牵引箱的通风冷却风机等）。,上一页,下一页,返回,任务. 认识辅助系统供电网络,蓄电池部件提供紧急电源， 每个蓄电池设备以浮充电模式与一个蓄电池充电器相连， 列车上的所有蓄电池通过二极管与负载反向隔离， 在失去高压的情况下， 给主要的直流负载、客室通风和紧急照明供电 。 .蓄电池 网络的电源是由带蓄电池充电设备的 蓄电池充电器通过二极管提供的。蓄电池充电

5、器内 变换器提供蓄电池充电和 电源。 蓄电池充电器提供额定的110 电源， 直接供至内部紧急照明， 外部照明（包括 VDC DC 变换器）， 其他驾驶室设备， 控制电子（牵引 制动、静止逆变器、车门等）， 蓄电池充电， 通信系统， 维护和诊断系统， 监测 控制电路。,上一页,下一页,返回,任务. 认识辅助系统供电网络,4.1.2 辅助逆变器的负载 电动列车辅助逆变器系统主要由各节车的逆变器并联组成， 并向空调通风、照明、蓄电池充电， 为设备冷却风机、低压电源供电， 如图 所示。 当某台逆变器发生故障时， 为了保证列车仍能可靠地运行， 在负载分配上采取了以下措施： 将整列车的辅助逆变器按其负载的

6、性质分成两组供电系统。一组供电系统为整列车的空调提供电源。这组供电系统由整列车中的几台辅助逆变器并联组成， 分别提供本单元每节车辆一台通风空调（每节车有两台通风空调系统） 的电源。,上一页,下一页,返回,任务. 认识辅助系统供电网络,这样当一台逆变器发生故障时，能保证在每一节车辆上有一台通风空调系统够得电工作。另一组供电系统由存余的几台辅助逆变器组成。它为整列车的下列设备提供电源： 内部照明、外部照明、驾驶室设备（除空调）、控制电子、蓄电池、通信系统、维护及诊断系统、监控控制回路、列车自动控制、主要电气设备冷却通风。 在正常工作状态时， 该组供电系统内的两台辅助逆变器各负担全列车一半主要电气设

7、备的冷却通风负载。当有一台辅助逆变器发生故障后， 该逆变器所承担的负载自动切换至另一台逆变器承担， 以保证整列电动列车主要电气设备的冷却通风正常工作。,上一页,返回,任务4.2 认识轨道交通车辆常用辅助逆变器电路,4.2.1 辅助逆变器的主要部件 辅助逆变器的主要部件是大功率半导体开关器件。早期的直流传动地铁车辆中， 逆变器采用大功率门极可关断晶闸管 器件， 如地铁 型列车使用4500600 的器件。随着技术的进步， 大功率的绝缘栅双极晶体管 及智能型功率模块 问世。新建的地铁或轻轨动车大都使用 器件。 .门极可关断晶闸管 门极可关断晶闸管 是一种通过门极来控制器件导通和关断的电力半导体器件。

8、 耐高压、耐浪涌能力强， 价格便宜， 同时又具有自关断能力， 无须辅助关断电路的优点。,下一页,返回,任务4.2 认识轨道交通车辆常用辅助逆变器电路,目前 的生产水平已达到6000 、6000 、 。其研制水平可达到9000 、8000 。 广泛应用于电力机车的逆变器和大功率直流斩波调速等领域。 .绝缘栅双极晶体管 绝缘栅双极晶体管（） 是 世纪 年代出现的新型复合器件， 将 和 的优点集于一身， 既具有输入阻抗高、工作速度快、热稳定性好和驱动电路简单的特点， 又有通态电压低、耐压高和承受电流大等优点， 因此发展很快。 目前， 的研制水平可达到4500 、2500 。 未来的发展趋势是高电压、

9、低损耗， 并趋向于将控制和数控逻辑集成于一体， 将散热器也引入功率模块。,上一页,下一页,返回,任务4.2 认识轨道交通车辆常用辅助逆变器电路,. 智能型功率模块 智能型功率模块 是 智能化功率模块， 将 芯片、驱动电路、保护电路和限位电路等封装在一个模块内， 不但便于使用， 而且大大有利于装置的小型化、高性能化和高频化。 设有过流和短路保护、欠电压保护， 当工作不正常时， 通过驱动电路封锁 的栅极信号同时发出报警信号。过热保护是通过设置在 基板上的热敏器件检测 芯片温度， 当温升超过报警额定值时， 通过驱动电路封锁栅极信号并报警。 控制系统和 的接口一般采用光电耦合器隔离。为了防止干扰产生的

10、误动作， 模块还设有干扰滤波器。,上一页,下一页,返回,任务4.2 认识轨道交通车辆常用辅助逆变器电路, 的容量主要由模块中的 决定。目前 的电流容量可达到 ， 电压有 和 ， 能控制 的电动机。由于 的优点很明显， 所以地铁 和 型电客列车的辅助逆变器已在多处使用了 模块。 4.2.2 辅助逆变器的组成 辅助逆变器主要由线路滤波器、斩波器、中间电路、三相逆变器 部分组成。,上一页,下一页,返回,任务4.2 认识轨道交通车辆常用辅助逆变器电路,.线路滤波器 辅助逆变器是经过受电弓直接和线网相连的。线网上的电压波动及电流脉动分量都会对辅助逆变器的电源输入端产生影响。同时， 辅助逆变器的电路中采用

11、了开关频率很高的大功率电力电子器件。它们工作时会产生高次谐波。因此， 在辅助逆变器的电源输入端要接有线路滤波器。线路滤波器包括线路滤波电抗器和线路滤波电容器。 .斩波器 辅助逆变器的主电路采用先降压斩波后逆变的模式， 目的是使逆变器输入电压稳定， 即使在负载变换时， 也保证斩波器有稳定的输出电压， 另外也可使逆变器使用低电压的元件。,上一页,下一页,返回,任务4.2 认识轨道交通车辆常用辅助逆变器电路,基本斩波器的原理电路， 为斩波开关， 为负载。斩波开关可用普通晶闸管、可关断晶闸管或自关断器件来实现。 通过连续地接通和关断斩波开关， 使直流电源电压间断地接到负载上。当开关 合上时， 直流电压

12、加到 上， 并持续时间； 当开关切断时， 负载上电压为零， 并持续时间。斩波器工作周期 ， 占空比 ， 可以看出负载电压的平均值为,上一页,下一页,返回,任务4.2 认识轨道交通车辆常用辅助逆变器电路,可见只要调节 就可以调节负载的平均电压。通常斩波器的工作方式有两种： 脉宽调制（）： 改变， 维持 不变。 频率调制（）： 改变， 维持不变。 其中脉宽调制工作方式应用较普遍。 地铁列车辅助逆变器中一般采用降压式斩波电路和升压式变换电路。 . 三相逆变器 通常把交流电能变换成直流电能的过程称为整流， 相控整流为最常见的交直变换过程。,上一页,下一页,返回,任务4.2 认识轨道交通车辆常用辅助逆变

13、器电路,在逆变电路中， 把直流电能经过直交变换， 向交流电源反馈能量的变换电路称为有源逆变电路， 相应装置为有源逆变器。相控角大于的相控整流器为常见的有源逆变器。把直流电能变换到交流电能， 再直接向非电源负载供电的电路， 称为无源逆变电路。,上一页,返回,任务. 辅助逆变器的构造与检修,4.3.1 车辅助逆变器高压回路（ DBU15.1） 静止逆变器. 产生四线三相 、 交流电压和 直流电压。它的内部是模块化结构， 包含逆变器模块、， 逆变器控制单元， 应急电池， 风扇 等模块结构， 如图4-23图4-26所示。 通过输入滤波器与 个串联的谐振变换器（， ） 连接， 谐振变换器与外界绝缘。谐振

14、变换器的输出电压 是未经调节的。（） 由 的升压变换器进行调节， 并作为直流电压。调节后的电压通过 的中心线对脉冲控制逆变器（） 供电。,下一页,返回,任务. 辅助逆变器的构造与检修,（） 由 的降压变换器进行调节， 作为直流电压。调节后的电压为蓄电池提供 ， 并与另一个谐振变换器绝缘。下面分别介绍辅助逆变器的主要模块。 . 谐振变换器、 模块 与 是功率为 的谐振变换器， 其中 带预充电设备（电阻和晶闸管）。模块上装有变换器和线路电容（. ）， 它们的切换频率为 ， 采用软切换，切换损失小。它们的连接方式为串联输入并联输出， 未经调节的直流输出电压为 。,上一页,下一页,返回,任务. 辅助逆变器的构造与检修,模块 与 包含印刷线路板 （ ） 、 （仅 上有）、温度开关、电容器、变压器、电流传感器、半导体元件 以及电阻器、 等器件。 . 降压变换器与谐振变换器 降压变换器模块上装有直流电抗器， 工作频率约为 ， 未经调节的直流输入电压为 ， 调节后的直流电压约为 。 谐振变