浅析城市轨道交通车辆用辅助电源系统

 

摘　　要:城市轨道交通车辆一般采用直流供电,通过车辆上的辅助电源系统为车辆辅助设备供电,本文就城市轨道交通车辆辅助逆变器的电路结构、形式及辅助电源系统进行简单分析介绍, 并指出了城市轨道交通车辆用辅助电源系统的应用及发展。

关键词:辅助逆变器　　PWM 调制　　隔离变压器　　斩波　　控制电源

 

      在城市轨道交通车辆中,通常是从电网获取直流电压(一般为1500VDC 和 750VDC),经由辅助逆变器( 也称静止逆变器) 变换输出380VAC,给列车上的辅助设备供电。

      城市轨道交通车辆一般采用两种型号车辆,对于两种车辆,逆变器的工作形式不同:A型车为拖车,其逆变器一路供给列车照明和风机电机;另一路输出 110VDC 控制电源,同时兼向蓄电池充电;B/C 型车为动车,其逆变器输出 380VAC 分别向列车的空调机组和空气压缩机供电。

      以下,就城市轨道交通车辆的辅助电路系统进行分析介绍。

1 辅助逆变器电路结构

      城市轨道交通车辆中的辅助逆变器电路常见有两种形式:一种采用直接逆变方式(DC－ AC),如图 1 所示;另一种采用先斩波(升 /降压斩波)后逆变方式(DC － DC － AC),如图2 所示。Siemens 公司采用 DC — DC — AC形式, 如上海一、二线和广州一号线地铁车辆;Bombardier 公司采用DC — AC 形式,应用于长春生产的车辆中。

      其中DC — DC — AC 方式升/ 降压斩波中,升压斩波的系统应用在DC750V 供电网压的场合;降压斩波的系统应用在网压为DCl500V 的场合。采用升/降压斩波的目的都是为了使逆变器的输入电压稳定,当负载变化或电压波动时,保证斩波器有稳定的输出电压。

      目前, 以 G T O 、I G B T 为代表的开关器件的开关频率足以满足在网压波动范围内,用PWM 调制实现逆变器稳定输出, 且满负荷运行,因此现在生产的车辆常采用直接逆变的方式。

2 辅助逆变器形式

      目前我国城市轨道交通车辆使用的辅助逆变器有两种形式:一种为单台逆变器形式,另一种为两台逆变器串联形式。例如上海一号线直流地铁车辆使用单台逆变器形式,上海二号线地铁车辆使用两台逆变器串联形式。

2.1 单台逆变器形式

      对于网压1500V,容量约200kVA 左右的辅助逆变器一般使用3300V ／ 400A 的 IGBT元件。这种形式结构简单、可靠, 逆变器用PWM 调制可使输出电压的谐波含量在限制值以内,是目前普遍采用的形式。

2.2 两台逆变器串联形式

      有两种方案:一为两台逆变器输出至隔离变压器,通过隔离变压器的电路叠加,或磁路叠加,然后经滤波输出,这种方案的优点是逆变器可以用低电压的 IGBT 元件;二为控制两台逆变器输出电压的相位差,当它们经过变压器的电路叠加或磁路叠加后,使变压器输出电压的谐波减少,这样对输出滤波器的要求可以降低,即可以减小滤波器的体积和质量。

      需指出的是,这种电路较为复杂,尤其是变压器,用电路叠加的变压器,其副边绕组较为复杂。用磁路叠加的变压器,磁路设计较为复杂。另一方面, 这种电路的产生是在早期IGBT 元件水平不太高的情况下出现的。因此已基本不再采用该形式。

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