动车组的辅助供电系统设计毕业设计论文(编辑修改稿)

动车组的辅助供电系统设计毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

较新款的 25T 型客车外，其余大部份车辆的洗手间均缺乏集便装置，一般列车在行驶时会把污物直接排放在路轨上。 而 CRH2空调设备的进风口是置于车下，因此当列车行走在经高速化改造后的既有线铁路上时，进风口会把路轨沿线上的污物及垃圾等也一并吸入，造成部份车厢充斥异味 ，而空调过滤网也需频频清洗，平均每两天清洗一次，每四天便得要更换。 日本的同型车由于路线多采用无道碴之板式轨道，且无污物排放问题，过滤网每月仅需清洗一次。 车厢空调出现异味的问题最初仅在网上论坛流传，至 2020 年 8 月开始出现媒体报导。 这个问题已在设计及制造时速 300公里版本的 CRH2 时获得解决，其方法是把风口改在上方。 技术数据 CRH2 型动车组车内的显示器，显示列车当前运行速度。 编组型式： 239。 239。 +Bo39。 Bo39。 +Bo39。 Bo39。 +239。 239。 +239。 239。 +Bo39。 Bo39。 +Bo39。 Bo39。 +239。 239。 8 节时速 250 公里 =4M4T 8 节时速 300/350 公里 =6M2T 16节时速 250 公里 =8M8T， 8 节列车可两编组连挂运行 车种：一等座车、二等座车、餐车 编组定员： 610 人 客室布置：一等车 2+二等车 2+3 最高运营速度： 250 km/h (可提升至 300 km/h) 最高试验速度： 260 km/h以上 轨距： 1435 mm (标准轨 ) 湖南铁道职业技术学院毕业设计说明书 8 适应站台高度： 1200 mm 传动方式：交直交 牵引功率： 4800 kW 编组重量及长度： ， 345t 车体型式：大型中空型材铝合金车体 气密性：车内压力从 4kPa 降到 1kPa 时间大于 50s 头车车辆长度： 25700 mm 中间车辆长度： 25000 mm 车辆宽度： 3380 mm 车辆高度： 3700 mm 空调系统：准集中式 转向架类型： DT206/TR7004B 无摇枕转向架 转向架一系悬挂：单组钢弹簧单侧拉板定位 +液压减振器 转向架二系悬挂：空气弹簧 +橡胶堆 转向架轴重： ≤ 14 t 转向架轮径： 860/790 mm 转向架固定轴距： 2500 mm 受流电压：交流 25 kV， 50 Hz 牵引变流器：三菱 /南车时代 CI11 IGBT 水冷 VVVF 牵引电动机：三菱电机 / 南车电机 MT205 / 日立 / 永济 YJ92A (300kW) x16 启动加速度（ m/s2）： 制动方式：直通式电空制动 紧急制动距离（ m）（制动初速度 200km/h）： ≤ 1800 补助电源： DC100V，三相 AC100V AC220V、 AC400V 湖南铁道职业技术学院毕业设计说明书 9 CRH2 型动车组的辅助供电系统的构造、工作原理 CRH2 的构成 CRH2的 构成大致上面都介绍过了 ,辅助供电系统的结构根据负载需要的电源规模来决定，动车组的辅助供电系统一般 由辅助变流器、蓄电池、充电机等组成。 辅助供电系统采用干线供电方式，为动车组上除牵引动力系统之外的所有用电设备供电。 辅助变流器由输入滤波器、斩波器、逆变器、输出滤波器和控制单元组成，一般和牵引变流器安装在一个机箱中。 蓄电池和充电机提供不停电的应急电源。 挑选辅助电源装置与 牵引变压器 介绍一下如图 21： 图 21 动车组 辅助电源装置 :动车组在 1 号、 8 号车分别设置一套辅助电源装置（ APU），为空气压缩机、照明、控制、广播、列车无线等设备提供电源；在 6号车上分别设有一个蓄电池箱。 牵引变压器 : CRH2动车组辅助供电系统由牵引变压器 3次辅助绕组提供电源，采用干线供电方式，按各电源系统贯穿全列车。 和牵引变压器 3次线圈直接连接的系统中，连接有空调装置、换气装置以及 ATP主控电源。 辅助电源装置（ APU）的输入为 400V，该设备作为电源向以下五个系统提供电源： 非稳定单相 AC100V系统； 稳定单相 AC100V系统； 稳定单 相 AC220V系统； 稳定三相 AC400V系统； 湖南铁道职业技术学院毕业设计说明书 10 稳定 DC100V系统。 CRH2 的工作原理 本辅助电源装置（ APU）向辅助电路、蓄电池、荧光灯等供电；输出 DC100V向插座、服务设备等供电；输出 AC100V 和 AC220V 向牵引系统的相关通风机输出三相 AC400V 的电源装置，安装在车体地板下侧。 其内还设有向电热器等供电的AC100V 电源用辅助变压器（ ATr）。 辅助电源装置（ APU）工作原理 牵引变压器 引变压器将架线电压 25kV 变换成辅助电源装置的输入电压 AC400V，同时也担负辅助电源装置对架线的绝缘作用。 输入滤波回路 输入滤波回路是降低从架线流入到脉冲整流器 /逆变器上的高频电流。 IGBT 脉冲整流器 脉冲整流器将牵引变压器的单相交流输出电压变换成直流的恒定电压。 控制方式使用了大容量 IGBT的脉宽调制方式（ PWM）。 DC 环形回路 滤波电容器将稳定的直流电压供给给后段的逆变器。 IGBT 逆变器 逆变器将直流电压变换成为恒频恒电压的 3 相交流电压。 AC 滤波回路 AC 滤波回路降低逆变器输出电压中的由于切换所产生的高频 电压、使其输出畸变很小的正弦波。 输出接触器 输出接触器 3phMK 担负切断和辅助电源装置间的负荷的作用。 整流电路通过二极管 3 相全桥电路将 APU的 AC400V 输出电压进行变换、供给 DC100V 电压。 湖南铁道职业技术学院毕业设计说明书 11 可调电阻使直流输出电压具有如图所示的下垂特性图 22： 图 22 可调电阻使直流输出电压下垂特性 APU由 APU输入辅助整流器、 PWM三相输出逆变器、逆变器输出变压器、CVCF(稳压稳频 )输出变压器、辅助变压器等构成。 辅助整流器柜由整流器 变压器、辅助整流器构成。 辅助电源装置（ APU）工作原理 APU的输入电源是牵引变压器辅助绕组输出的 AC400V，通过可控硅混合电桥变换成为直流电。 该直流电通过 PWM三相逆变器变换成为交流电，通过逆变器输出变压器提供 AC400V三相 50Hz电源。 CVCF输出变压器将 AC400V三相电源变换成单相 AC220V、 AC100V的稳压电源。 辅助变压器将牵引变压器辅助绕组的 AC400变换成另一单相 AC100V电源。 辅助整流器箱使用整流器变压器将 APU的 400V三相电压输出变压后，通过三相 全波整流器，输出 DC100V。 湖南铁道职业技术学院毕业设计说明书 12 CRH2 型动车组的辅助供电系统关键部件 IGBT 元件的一些简要的介绍与 充电机工作原理 IGBT 在以变频器及各类电源为代表的电力电子装置中得到了广泛应用。 IGBT 集双极型功率晶体管和功率 MOSFET 的优点于一体，具有电压控制、输入阻抗大、驱动功率小、控制电路简单、开关损耗小、通断速度快和工作频率高等优点。 IGBT 的工作特性 IGBT 是一种电压型控制器件，它所需要的驱动电流与驱动功率非常小，可直接与模拟或数字功能块相接而不须加任何附加接口电路。 IGBT 的导通与关断是由栅极电压 UGE 来控制的，当 UGE 大于开启电压 UGE（ th）时 IGBT 导通，当栅极和发射极间施加反向或不加信号时， IGBT 被关断。 IGBT 与普通晶体三极管一样，可工作在线性放大区、饱和区和截止区，其主要作为开关器件应用。 在驱动电路中主要研究 IGBT 的饱和导通和截止两个状态，使其开通上升沿和关断下降沿都比较陡峭。 IGBT 驱动电路要求 在设计 IGBT 驱动时必须注意以下几点： 栅极正向驱动电压的大小将对电路性能产生重要影响，必须正确选择。 当正向驱动电压增大时，． IGBT 的 导通电阻下降，使开通损耗减小；但若正向驱动电压过大则负载短路时其短路电流 IC随 UGE 增大而增大，可能使 IGBT 出现擎住效应，导致门控失效，从而造成 IGBT 的损坏；若正向驱动电压过小会使 IGBT退出饱和导通区而进入线性放大区域，使 IGBT 过热损坏；使用中选 12V≤ UGE≤18V 为好。 栅极负偏置电压可防止由于关断时浪涌电流过大而使 IGBT 误导通，一般负偏置电压选一 5V 为宜。 另外， IGBT 开通后驱动电路应提供足够的电压和电流幅值，使 IGBT 在正常工作及过载情况下不致退出饱和导通区而损坏。 IGBT 快速开通和关 断有利于提高工作频率，减小开关损耗。 但在大电感负载下 IGBT 的开关频率不宜过大，因为高速开通和关断时，会产生很高的尖峰电压，极有可能造成 IGBT 或其他元器件被击穿。 选择合适的栅极串联电阻 RG 和栅射电容 CG对 IGBT 的驱动相当重要。 RG 较小，栅射极之间的充放电时间常数比较小，会使开通瞬间电流较大，从而损坏IGBT； RG 较大，有利于抑制 dvce／ dt，但会增加 IGBT 的开关时间和开关损耗。 湖南铁道职业技术学院毕业设计说明书 13 合适的 CG 有利于抑制 dic／ dt， CG 太大，开通时间延时， CG太小对抑制 dic／dt效果不明显。 当 IGBT 关断时 ，栅射电压很容易受 IGBT 和电路寄生参数的干扰，使栅射电压引起器件误导通，为防止这种现象发生，可以在栅射间并接一个电阻。 此外，在实际应用中为防止栅极驱动电路出现高压尖峰，最好在栅射间并接两只反向串联的稳压二极管，其稳压值应与正负栅压相同。 HCPL316J 驱动电路 HCPL316J 内部结构及工作原理：若 IGBT 出现过流信号（脚 14 检测到 IGBT集电极上电压 =7V），而输入驱动信号继续加在脚 1，欠压信号为低电平， B 点输出低电平，三级达林顿管被关断， 1 DMOS 导通， IGBT 栅射集之间的电 压慢慢放掉，实现慢降栅压。 当 VOUT=2V 时，即 VOUT 输出低电平， C 点变为低电平， B点为高电平， 50 DMOS 导通， IGBT 栅射集迅速放电。 故障线上信号通过光耦，再经过 RS 触发器， Q 输出高电平，使输入光耦被封锁。 同理可以分析只欠压的情况和即欠压又过流的情况。 驱动电路设计： HCPL316J 左边的 VIN+， FAULT 和 RESET 分别与微机相连。 R7， R8， R9， D5， D6 和 C12 起输入保护作用，防止过高的输入电压损坏 IGBT，但是保护电路会产生约 1μ s 延时，在开关频率超过 100kHz 时不适合使用。 Q3最主要起互锁作用，当两路 PWM 信号（同一桥臂）都为高电平时， Q3 导通，把输入电平拉低，使输出端也为低电平。 图 3 中的互锁信号 Interlock，和Interlock2 分别与另外一个 316J Interlock2 和 Interlock1 相连。 R1 和 C2 起到了对故障信号的放大和滤波，当有干扰信号后，能让微机正确接受信息。 在输出端， R5 和 C7 关系到 IGBT 开通的快慢和开关损耗，增加 C7可以明显地减小 dic／ dt。 首先计算栅极电阻：其中 ION为开通时注入 IGBT 的栅极电流。 为使 IGBT 迅速开通，设计， IONMAX值为 20A。 输出低电平 VOL=2v。 C3 是一个非常重要的参数，最主要起充电延时作用。 当系统启动，芯片开始工作时，由于 IGBT 的集电极 C端电压还远远大于 7V，若没有 C3，则会错误地发出短路故障信号，使输出直接关断。 当芯片正常工作以后，假使集电极电压瞬间升高，之后立刻恢复正常，若没有 C3，则也会发出错误的故障信号，使 IGBT误关断。 但是， C3 的取值过大会使系统反应变慢，而且在饱和情况下，也可能 湖南铁道职业技术学院毕业设计说明书 14 使 IGBT 在延时时间内就被烧坏，起不到正确的保护作用， C3取值 100pF，其延时时间。 在集电极检测电路用 两个二极管串连，能够提高总体的反向耐压，从而能够提高驱动电压等级，但二极管的反向恢复时间要很小，且每个反向耐压等级要为1000V，一般选取 BYV261E，反向恢复时间 75 ns。 R4 和 C5 的作用是保留 HCLP316J出现过流信号后具有的软关断特性，其原理是 C5 通过内部 MOSFET 的放电来实现软关断。 图 3 中输出电压 VOUT 经过两个快速三极管推挽输出，使驱动电流最大能达到 20A，能够快速驱动 1700v、 200300A 的 IGBT。 驱动电源设计：在驱动设计中，稳定的电源是 IGBT 能否正常工作的保证。 电源采 用正激变换，抗干扰能力较强，副边不加滤波电感，输入阻抗低，使在重负载情。