其优点是成本较低

2019-07-14 20:49

3ice3型电动车组

4sm3型电动车组

1reginac2008型电动车组

2e2-1000型电动车组

未来高速电动车组辅助供电系统的设计重点是结构简化、布局合理、供电品质优、可靠性高、乘坐舒适度好等方面,因此,对于reginac2008型、e2-1000型、ice3型、sm3型为代表的国外电动车组在其设计上还存在有待改进的地方,希望可以通过本文的探讨,对开发设计新型电动车组的辅助供电系统提供一些帮助。(本文作者:程林、张海峰、范洪伟 单位:长春轨道客车股份有限公司)

结论

常见国外电动车组辅助供电系统的布局与工作方式

欧系电动车组中的供电制式比较单一,而日系电动车组的供电制式种类繁多比较复杂,但各有其优缺点。reginac2008型、ice3型和sm3型电动车组的辅助交流供电系统都是直交型的。与交-直-交型相比,直交型的优点在于省去了牵引变压器的辅助绕组,简化了牵引变压器的设计与制造工作,并且在过分相区的时候可以使用牵引电动机能量回馈,维持牵引回路直流侧的电压,从而保证辅助系统不断电。对于单一供电制式的系统,其输出只有一种电压制式,做到了全车负载统一供电。这样做能够极大地简化车内供电系统的配电,而且在辅助变流器出现故障时容易处理,可以方便地在交流母线上设计接触器进行相互切换,在故障模式下可以通过巧妙的接触器切换算法,来保障整车全负载或者降载运行。缺点是无法避免降压环节,在一定程度上增加了牵引辅助系统的复杂度。由于用电设备都接到了由辅助变流器精确控制输出的交流母线,增加了辅助变流器的设计容量,也就增加了制造成本。e2-1000型电动车组的辅助交流供电系统是4种高速电动车组中唯一使用交-直-交型式的,这种型式的辅助交流供电系统较为传统,其优点是成本较低,由于供电制式多,其对辅助系统内不同的负载都分别进行按需供电,对于需要稳压的负载进行稳压供电。对电压波动要求不敏感的负载采用不控电源,直接用变压器输出。这样做能够提高整个系统的效率,减小辅助变流器的功率,从而对资源进行合理优化配置,使得整个系统的设计最优。缺点是这种供电系统需要带有辅助绕组的牵引变压器,在运行时由于牵引变压器2个二次绕组之间存在着耦合,牵引变流器运行时产生的脉动会影响到辅助绕组的输出电压,因而对辅助变流器及其负载造成直接的影响。由于这些负载的供电电压变化范围较大,而且在每次经过分相区的时候,受电弓都会断电,这些情况都会对压缩机、风机等电机负载的运行以及寿命产生很大的影响。对于供电制式复杂的系统,供电种类多,增加了车内布线的难度,并增加了维护和保养的成本。

sm3型电动车组为6辆编组,其中4辆为装载了牵引电机的动力车,其他2辆为无动力的拖车(即4m2t)。sm3型电动车组的辅助供电系统的输出电压制式比较简单,只有ac400v50hz和dc110v或dc24v两种,其中压负载(ac400v)主要是压缩机、牵引电机及变压器的冷却风机、空调、采暖等较大功率的设备。低压直流负载主要是照明系统、客车车门系统、辅助升弓装置、紧急通风等小功率负载,或在无外电源输入下的紧急情况使用的负载。sm3型电动车组的辅助变流器是由降压斩波器和pwm脉冲整流器构成的辅助逆变器组成。由于中间直流电压太高,所以采用了两个串联的半桥电路作为前端,通过隔离变压器后用一个全桥的二极管整流输出直流,这样做的好处是可以将管压降低一半。然后经过igbt和电容组成的谐振滤波器进行滤波。

reginac2008型电动车组采用的是动力分散的设计,每列车为3辆编组,其中2辆为装载牵引电机的动力车,其他车辆为无动力的拖车(即2m1t)。每节动车车厢上都设有主变流器和辅助变流器,每列拖车上都设有主变压器。因此,在reginac2008型电动车组上共有2台辅助变流器并联工作。在正常情况下,这2台辅助变流器同时工作,将逆变的三相交流电输送到交流母线上。在每一辆动车上均设有一个辅助电源装置,主要包括辅助逆变器单元(ac)、隔离变压器、蓄电池充电机以及蓄电池等。在启动过程中,辅助供电系统的负载必须按一定顺序启动,以降低系统担负的启动电流。

ice3型电动车组整列车共有4个辅助逆变单元,其中2个功率为160kv,分别位于列车的2号车和7号车。另外2个逆变单元分别是由2个单台功率为160kv并联而组成的双逆变单元,这2个双逆变单元分别位于电动车组的4号车和5号车上。其中通风机、压缩机等大功率用电器直接从三相交流母线上取电。在辅助逆变器逆变出440v60hz的三相交流电经传输到交流母线后,在每节车厢都设有1个变压器,从三相交流母线上取两相通过变压器变为单相230v60hz的单相交流电,供给每节车厢的相应交流供电插座。在4号车和5号车上分别装备2台60kw蓄电池充电机和两组2×160ah的蓄电池供整车直流用电。

常见的国外电动车组辅助供电系统的比较

e2-1000型电动车组共有2台辅助电源装置(apu),分别设置在1号车和8号车,每一台apu向其所在的4辆车的辅助用电设备提供电源。当1台辅助电源装置发生故障时,可通过另1台辅助电源装置向全列车提供辅助电源。e2-1000型电动车组的辅助供电系统由牵引变压器辅助绕组、辅助电源装置、蓄电池、辅助及控制用电设备、地面电源等几部分组成。e2-1000型电动车组的输出用电制式繁多,种类复杂,其按照负载种类的不同来提供不同的电能:从牵引变压器的副边辅助绕组取电,不经过控制直接给空调和换气装置提供电能。因此,e2-1000型电动车组的空调装置需要自己配置变流器,否则有可能不能适应大范围的电压波动。而且e2-1000型电动车组的稳压400v电源不是直接供给负载的,而是通过隔离变压器将三相交流电压分别转化为ac220v和ac100v的两个单相交流电输出,其输出的两个电压幅位不相等但容量相等,因此,有可能造成三相的不平衡供电。e2-1000型电动车组的直流供电系统主要由变压器和三相不控整流电路组成。变压器原副边分别接成星形和三角形,三相不控整流电路将输入的交流电压变换为直流电压输出。