淺談動(dòng)車組充電機(jī)技術(shù)

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摘 要：本文介紹了我國(guó)自主研發(fā)的動(dòng)車組關(guān)鍵技術(shù)之一，充電機(jī)相關(guān)技術(shù)。充電機(jī)連接到3AC380V交流母線，額定輸入電壓為3AC380V/50Hz；輸出到蓄電池1和蓄電池2充電，同時(shí)為與其相連的DC110V系統(tǒng)和負(fù)載供電。充電機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，由兩個(gè)BC單元并聯(lián)組成。羅列了充電機(jī)的主要功能，以及日常運(yùn)營(yíng)時(shí)檢修保養(yǎng)的方法。

關(guān)鍵詞：動(dòng)車組 充電機(jī) 檢修保養(yǎng)

動(dòng)車組全列通過(guò)受電弓連接到接觸網(wǎng)接受電能，將電能轉(zhuǎn)換成列車運(yùn)行所需的動(dòng)能。同時(shí)將2.5Kv高壓三相電轉(zhuǎn)換成不同頻率、不同電壓、不同制式的電力，為動(dòng)車組上各類輔助用電裝置供電。動(dòng)車組的中低電壓用電裝置包括：高壓散熱設(shè)備，車內(nèi)環(huán)境控制（空調(diào)），水系統(tǒng)，旅客信息系統(tǒng)等，車門(mén)等。

充電機(jī)檢測(cè)到輸入電能符合啟動(dòng)條件后，首先閉合預(yù)充電接觸器，經(jīng)過(guò)預(yù)充電電阻對(duì)三相不可控整流橋之后的支撐電容進(jìn)行預(yù)充電，當(dāng)直流支撐電容電壓達(dá)到設(shè)定電壓值時(shí)閉合主接觸器，后級(jí)的變換電路開(kāi)始工作，轉(zhuǎn)換電路模塊將中間直流電轉(zhuǎn)換為高頻交流電，經(jīng)高頻變壓器傳遞到變壓器的副邊，副邊的交流電再經(jīng)整流電路變?yōu)槊}動(dòng)的直流電，最后通過(guò)輸出側(cè)的濾波電路濾波，輸出為穩(wěn)定直流電壓，為蓄電池充電和車輛DC110V直流負(fù)載供電。

1 充電機(jī)結(jié)構(gòu)

我國(guó)自主開(kāi)發(fā)的動(dòng)車組輔助供電系統(tǒng)共包含2臺(tái)充電機(jī)和2組蓄電池箱，充電機(jī)的額定輸出功率為2×30kW，充電機(jī)與蓄電池箱配合安裝。充電機(jī)的安裝方式采用吊裝式，分別安裝于1/8車。充電機(jī)作為動(dòng)車組輔助供電系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，其主要功能是將輔助變流器輸出的3AC380V交流電轉(zhuǎn)換為DC110V直流電，為蓄電池充電和車輛照明等直流負(fù)載供電。充電機(jī)由兩個(gè)BC單元并聯(lián)組成，每個(gè)BC變換電路包含：預(yù)充電電路、PM功率模塊、變壓器、整流電路輸出濾波電路。DC-DC直流變換電路實(shí)現(xiàn)中間直流到輸出脈動(dòng)直流的轉(zhuǎn)換，輸出濾波電路則將脈動(dòng)直流變換為穩(wěn)定的直流電壓供給車輛負(fù)載和蓄電池。動(dòng)車組充電機(jī)箱體器件布局如圖：

圖1 充電機(jī)俯視圖

1：PM2模塊 2：PM1模塊 3：BC1磁性器件安裝板 4：主接觸器安裝板

5：6U機(jī)箱 6：輸入電抗器R5 7：主風(fēng)機(jī) 8：BC2磁性器件安裝板

2 充電機(jī)主要功能

充電機(jī)將3AC380V轉(zhuǎn)換為幅值可調(diào)的直流電為電池充電和列車DC110V負(fù)載供電，除電壓轉(zhuǎn)換功能外充電機(jī)還具有通信、故障保護(hù)等功能，具體介紹如下：

（1）充電機(jī)可以進(jìn)行恒壓、限流、浮充電的充電模式轉(zhuǎn)換；

（2）充電機(jī)具有輸入過(guò)壓、輸入欠壓、輸出短路、功率元件故障、接觸器故障、過(guò)熱等故障自檢及保護(hù)功能；

（3）充電機(jī)具有數(shù)據(jù)記錄、轉(zhuǎn)儲(chǔ)、下載、軟件分析等功能，以便存儲(chǔ)分析充電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、故障、充電過(guò)程數(shù)據(jù)、充電狀態(tài)切換等；

（4）充電機(jī)具有通信功能，可通過(guò)MVB實(shí)現(xiàn)與整車網(wǎng)絡(luò)的信息互換；

（5）充電機(jī)具有電池類型識(shí)別功能，可自動(dòng)識(shí)別堿性蓄電池和鋰電池類型，并按電池特性進(jìn)行充電。堿性蓄電池條件下，充電機(jī)具有溫度補(bǔ)償功能，可根據(jù)蓄電池的溫度對(duì)充電電壓、充電限流值進(jìn)行補(bǔ)償；鋰電池條件下，充電機(jī)響應(yīng)鋰電池的充電請(qǐng)求；

（6）充電機(jī)輸出接觸器具有斷電延時(shí)30s功能，當(dāng)充電機(jī)接受到“蓄電池OFF”信號(hào)后，充電機(jī)輸出接觸器延時(shí)30s斷開(kāi)。

3 充電機(jī)散熱模塊

充電機(jī)運(yùn)行時(shí)的額定功率60kW，關(guān)鍵結(jié)構(gòu)及變壓器等部件發(fā)熱嚴(yán)重，為降低充電機(jī)運(yùn)行時(shí)的溫度，確保各部件安全有效的工作，其散熱模塊尤為重要。充電機(jī)的冷卻形式選擇強(qiáng)迫風(fēng)冷。

充電機(jī)箱體分為通風(fēng)空間和非通風(fēng)空間，通風(fēng)空間采用交流主風(fēng)機(jī)進(jìn)行冷卻，非通風(fēng)空間采用DC110V直流風(fēng)機(jī)。主風(fēng)機(jī)位于主風(fēng)道內(nèi)，主要對(duì)功率模塊、輸入電抗器及輸出二極管進(jìn)行散熱。主風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速根據(jù)檢測(cè)的溫度進(jìn)行控制，主風(fēng)機(jī)盡量保持低速，當(dāng)溫度上升后在進(jìn)一步提升風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，這樣確保污染程度、噪聲等級(jí)和風(fēng)機(jī)損耗最小?？刂破鳈z測(cè)溫度并根據(jù)溫度直接開(kāi)關(guān)主風(fēng)機(jī)和風(fēng)機(jī)調(diào)速，風(fēng)機(jī)自足工作，無(wú)需外界干預(yù)。

4 充電機(jī)的維護(hù)檢修和保養(yǎng)

為確?？梢宰杂傻倪M(jìn)入箱體進(jìn)行檢修工作，充電機(jī)檢修門(mén)及底部等應(yīng)至少保留1m的距離，通過(guò)檢修坑道從下方可以進(jìn)入箱體。在維修過(guò)程中，需要打開(kāi)或者移除維護(hù)擋板和蓋，在打開(kāi)擋板和蓋前清理?yè)醢搴偷咨w上或周圍的任何臟東西。目視檢查進(jìn)風(fēng)口是否有污垢，若有污垢用壓縮空氣清理進(jìn)風(fēng)口。先從外部進(jìn)行清理，再打開(kāi)進(jìn)風(fēng)柵擋板然后用真空吸塵器從內(nèi)部打掃進(jìn)風(fēng)口區(qū)域。若污染嚴(yán)重，·先從外面清理。卸下進(jìn)風(fēng)柵的外部安裝螺絲，把格柵從擋板里拿出。然后用壓縮空氣或者高壓清潔器清理。檢查箱體外部擋板、蓋、風(fēng)柵、連接器、線纜及吊腳，發(fā)現(xiàn)破損的情況要及時(shí)更換。檢查所有的螺絲、螺栓的連接是否扭固。檢查接地端子是否扭緊。

5 充電機(jī)故障自處理功能

充電機(jī)系統(tǒng)發(fā)生故障后，其主控制器及功率模塊控制器會(huì)進(jìn)行故障診斷并采取相應(yīng)的故障保護(hù)措施。若運(yùn)行中診斷出一個(gè)模塊故障，充電機(jī)會(huì)將受影響元件斷開(kāi)以保護(hù)系統(tǒng)和連接的負(fù)載。根據(jù)不同的故障類型和故障特點(diǎn)，充電機(jī)會(huì)做出對(duì)應(yīng)的處理措施：

（1）警告：對(duì)于有些不會(huì)損壞充電機(jī)器件的故障（如：MVB通信故障），充電機(jī)會(huì)給出故障警告，但不會(huì)停機(jī)。

（2）故障重啟：次要故障時(shí)，一旦故障排除受影響的元件會(huì)再自己重啟動(dòng)。故障停機(jī)：對(duì)于某些次要故障，重啟后故障仍無(wú)法消除，故障依然存在，幾次重啟后充電機(jī)會(huì)進(jìn)入“鎖死”狀態(tài)，

（3）故障停機(jī)；對(duì)于像 “短路”等更嚴(yán)重的故障，充電機(jī)會(huì)直接停機(jī)進(jìn)入“鎖死”狀態(tài)。充電機(jī)進(jìn)入“鎖死”狀態(tài)后，受影響模塊或者所有系統(tǒng)將不能自行重啟。為了排除這些故障維修人員不得不采取措施，斷開(kāi)控制系統(tǒng)供電電源或者進(jìn)行軟件復(fù)位。

6 小結(jié)

充電機(jī)是動(dòng)車組技術(shù)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在運(yùn)行時(shí)，為動(dòng)車組的蓄電池和低壓用電設(shè)備供電。充電機(jī)啟動(dòng)后，直流變換電路實(shí)現(xiàn)中間直流到輸出脈動(dòng)直流的轉(zhuǎn)換，輸出濾波電路則將脈動(dòng)直流變換為穩(wěn)定的直流電壓供給車輛負(fù)載和蓄電池。此外充電機(jī)還具有通信、故障保護(hù)等功能。