動(dòng)車(chē)組380A輔助電源裝置的工作原理分析與研究

鄧命 曾照平 張素潔

【摘? 要】論文闡述了輔助電源裝置的功能與特點(diǎn)，并對(duì)輔助電源裝置的輸入電源、工作過(guò)程控制以及輸出電路進(jìn)行了分析。

【Abstract】The paper describes the functions and characteristics of auxiliary power unit， and analyzes the input power， working process control and output circuit of auxiliary power unit.

【關(guān)鍵詞】輔助電源裝置;輸入電源;工作過(guò)程控制;輸出電路

【Keywords】auxiliary power unit; input power; working process control; output circuit

【中圖分類(lèi)號(hào)】U266? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號(hào)】1673-1069（2021）06-0195-02

1 引言

輔助供電系統(tǒng)采用干線(xiàn)供電方式，電源系統(tǒng)貫穿全列車(chē)。380A動(dòng)車(chē)組每列設(shè)置3臺(tái)輔助電源裝置（APU），安裝在1號(hào)（APU1）、5號(hào)（APU3）、8號(hào)（APU2）號(hào)車(chē)體底下。1號(hào)、8號(hào)車(chē)的APU是分別向1～4和5～8號(hào)車(chē)的牽引變流器通風(fēng)機(jī)（4、5號(hào)車(chē)除外）、牽引變壓器通風(fēng)機(jī)（4號(hào)車(chē)除外）、壓縮機(jī)等提供電力的三相交流輸出，向輔助電路、監(jiān)視裝置、制動(dòng)裝置、關(guān)門(mén)裝置、牽引變流器控制等提供電力的單相直流輸出，向空調(diào)控制、顯示器、水泵裝置、輔助制動(dòng)等提供電力的單相交流輸出的電源裝置。此外，APU1/APU2上還內(nèi)置有能將牽引變壓器3次輸出AC400V變?yōu)锳C100V的輔助變壓器（ATr）。5號(hào)車(chē)的APU3是向4號(hào)車(chē)的牽引變流器通風(fēng)機(jī)、牽引電機(jī)通風(fēng)機(jī)和牽引變壓器通風(fēng)機(jī)提供電力的，同時(shí)，也向5號(hào)車(chē)的牽引變流器通風(fēng)機(jī)和牽引電機(jī)的通風(fēng)機(jī)提供電力。

2 APU的輸入電源

2.1 控制電源

APU啟動(dòng)，必須先激活控制部分，APU沒(méi)有工作之前，都是由蓄電池供電，蓄電池通過(guò)Batk1向103線(xiàn)供電，如圖1所示。

103線(xiàn)通過(guò)APUCN給113線(xiàn)供電，再經(jīng)過(guò)濾波器FIL給APU控制板的接口提供電源，這樣APU的主板就有了電源。

2.2 能量電源

當(dāng)ACK1閉合后，主變壓器的3次繞組經(jīng)過(guò)704線(xiàn)、754線(xiàn)，將單相、400V、50Hz的電源通過(guò)ACK1輸入輔助電源裝置中，然后通過(guò)輔助整流器，從輔助電源裝置向103線(xiàn)提供DC100V電源。主變壓器的3次繞組另外一路電通過(guò)ATN輸入ATr。

2.3 輸入側(cè)的電源監(jiān)控電路

當(dāng)檢測(cè)到輸入側(cè)704線(xiàn)、754線(xiàn)發(fā)故障時(shí)，電壓互感器VDTN的常開(kāi)觸點(diǎn)會(huì)斷開(kāi)，常閉觸點(diǎn)會(huì)閉合，此時(shí)，監(jiān)測(cè)裝置的電路會(huì)接通，之后反饋一個(gè)信號(hào)給列車(chē)信息控制裝置。同樣，當(dāng)ATr的輸入側(cè)有故障時(shí)，ATN的常開(kāi)觸點(diǎn)會(huì)斷開(kāi)，常閉觸點(diǎn)會(huì)閉合，監(jiān)測(cè)裝置的電路會(huì)接通，也會(huì)反饋一個(gè)信號(hào)給列車(chē)信息控制裝置。無(wú)論是哪一種情況，在MON顯示屏上會(huì)閃現(xiàn)故障信號(hào)。

3 APU的工作過(guò)程控制

3.1 緩沖電路

緩沖電路由接觸器IVK1、IVK2、充電電阻RC組成。由于交流接觸器ACK1合閘瞬間，有一個(gè)很大的沖擊電流，會(huì)損壞脈沖整流器中的二極管，因此，一般會(huì)設(shè)置一個(gè)緩沖電路。

其工作原理為：控制電源接通后對(duì)CPU進(jìn)行1s的初始化處理。閉合VCB，當(dāng)APU輸入電壓達(dá)到250V以上時(shí)，通過(guò)來(lái)自CPU的指令，DCHKAR被勵(lì)磁，DCHK的常閉觸點(diǎn)會(huì)斷開(kāi)，這樣就將APU中間支撐電路放電電路斷開(kāi)。DCHK斷開(kāi)0.5s后，通過(guò)來(lái)自CPU的指令，IVK2AR被勵(lì)磁，IVK2AR的常開(kāi)觸點(diǎn)會(huì)閉合，這樣，IVK2的線(xiàn)圈會(huì)得電，IVK2接通，通過(guò)充電電阻對(duì)濾波電容器ACFC進(jìn)行初期充電。接通IVK2后，中間支撐電路電壓達(dá)到一定值時(shí)，IVK2AR失電消磁，通過(guò)來(lái)自CPU的指令，IVK1AR被勵(lì)磁，IVK1AR的常開(kāi)觸點(diǎn)會(huì)閉合，這樣，IVK1的線(xiàn)圈會(huì)得電，此時(shí)接通IVK1，不通過(guò)充電電阻對(duì)濾波電容器進(jìn)行直接供電。

3.2 輸入濾波電路

輸入濾波電路由電容器ACFC、電感ACL1構(gòu)成，主要作用是降低從架線(xiàn)流入脈沖整流器/逆變器上的高頻電流。

3.3 脈沖整流電路

脈沖整流電路由全控型電力電子器件IGBT和不可控型電力二極管構(gòu)成。脈沖整流器將牽引變壓器的單相交流輸出電壓變換成直流的恒定電壓。控制方式使用了大容量IGBT的脈寬調(diào)制方式（PWM）。IGBT的導(dǎo)通與關(guān)斷都是由主控制板中的脈沖整流器控制模塊來(lái)控制的。當(dāng)接通IVK10.5s后，投入脈沖整流器門(mén)控。

3.4 中間支撐電路

中間支撐電路主要由放電電阻DCHKR、放電用電磁接觸器DCHK、電容器FCU構(gòu)成。其有2個(gè)作用：一是過(guò)濾掉脈沖整流器輸出來(lái)的諧波以及將脈動(dòng)直流電變?yōu)榉€(wěn)定直流電;二是具有放電作用，當(dāng)APU不工作時(shí)，放電用電磁接觸器DCKHK的常閉觸點(diǎn)是閉合的，這時(shí)，電容器FCU儲(chǔ)存的電能會(huì)經(jīng)電阻DCHKR進(jìn)行放電。

3.5 三相電壓型逆變電路

三相電壓型逆變電路主要由IGBT構(gòu)成。逆變器將直流電壓變換成為恒頻恒電壓的三相交流電壓。逆變器中的IGBT由主控制板中的逆變器控制模塊來(lái)控制它的導(dǎo)通與關(guān)斷。

當(dāng)逆變器的輸入電壓達(dá)到DC700V時(shí)作為輸入電壓被確立，0.5s后接通逆變器的門(mén)控，逆變器開(kāi)始軟啟動(dòng)。接通逆變器門(mén)控0.3s后，逆變器的輸出電壓達(dá)到AC400V。

4 APU的輸出電路

三相交流電400V的電從逆變單元輸出來(lái)后，首先經(jīng)過(guò)了一個(gè)AC濾波回路，它是由電感ACL2、電容器ACC構(gòu)成的。AC濾波回路可以降低逆變器輸出電壓中由于切換所產(chǎn)生的高頻電壓、使其輸出畸變很小的正弦波。APU的輸出電路如圖2所示。

4.1 輸出支路

APU輸出的三相交流電（771/781/791），第一路經(jīng)過(guò)APUBMN給APU自身電動(dòng)送風(fēng)機(jī)FAN;第二路，直接給三相交流負(fù)載，如主空氣壓縮機(jī)、牽引變流器冷卻風(fēng)機(jī)等;第三路，經(jīng)過(guò)ARfN2給770A線(xiàn)、780A線(xiàn)、790A線(xiàn)，傳給輔助整流器箱;第四路，取自771/781經(jīng)過(guò)ACVN1給770B線(xiàn)、780B線(xiàn)，供TR3使用;第五路，取自781/791經(jīng)過(guò)ACVN2給780C線(xiàn)、790C線(xiàn)，供TR4使用。

4.2 輸出側(cè)電磁接觸器3phMK的閉合原理

當(dāng)APU啟動(dòng)，IVK1閉合起0.5s之后，CPU會(huì)發(fā)出一個(gè)指令，使得APUKAR勵(lì)磁，APUKAR的常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，來(lái)自103線(xiàn)的電壓經(jīng)過(guò)APUCN、濾波器FIL、APUKAR的常開(kāi)觸點(diǎn)、3phMK的常閉觸點(diǎn)，3phMK的線(xiàn)圈得電，其常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，APU就會(huì)輸出400V的單相交流電。

5 結(jié)語(yǔ)

輔助電源裝置（APU）是動(dòng)車(chē)組的關(guān)鍵部件之一，是維護(hù)、保養(yǎng)、檢修的重點(diǎn)，其運(yùn)行品質(zhì)的好壞，不僅會(huì)影響車(chē)內(nèi)許多用電設(shè)備的正常使用，而且也會(huì)嚴(yán)重影響到鐵路動(dòng)車(chē)組列車(chē)的正常運(yùn)行安全。通過(guò)對(duì)輔助電源裝置的結(jié)構(gòu)及其工作原理進(jìn)行分析，有利于提高機(jī)械師對(duì)輔助電源系統(tǒng)的故障應(yīng)急處理能力和維護(hù)檢修能力，可以減少故障的發(fā)生和損失。

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