城市軌道交通列車輔助供電系統分析

孫南

摘 要：現在城市交通備的發展情況深受市民的關心，近些年許多城市投入了大量的人力、物力來大力發展地鐵、電車和輕軌等軌道交通工具，大大緩解了城市交通堵塞狀況，軌道交通工具中的車輛供電是其中的一個重要的環節，在維持車輛正常工作中起到關鍵的作用，該文簡要介紹城市軌道交通列車輔助供電系統要求和選型，簡單分析城市軌道交通列車輔助供電系統。

關鍵詞：供電系統 輔助逆變器 DC/DC變流器

中圖分類號：U27 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）10（a）-0025-02

近些年，我國經濟發展速度增快，大量人群涌入城市，人們生活水平逐漸提高，私家車數量不斷攀升，交通問題成為人們關注的話題。為緩解這種狀況，出現地鐵、電車和輕軌等軌道交通工具，深受市民群眾的喜歡，也大大緩解了城市交通狀況，但是由于軌道交通工具出現時間短，學者對此研究還較少，技術還有許多不成熟，在其供電環節經常出現問題，受到學者們的關注。城市軌道交通工具的輔助供電系統包括輔助逆變器和低壓電源兩部分，兩者供電的設備不一樣，輔助逆變器是為車上空調、壓縮機等供電，低壓電源是為列車控制系統、主機和應急系統供電，保證列車安全行駛，該文對這兩種供電系統進行介紹，促使人們對此進行了解。

1 簡述城市軌道交通列車的輔助供電系統要求

1.1 列車輔助供電系統簡介

列車上的輔助供電系統能夠將1 500 V的直流電壓轉變成380 V的交流電，為空壓機、生活照明設施和升降溫設施提供電流，并給蓄電池充電，為列車提供DC110 V、DC24 V電源。其供電原理主要是：首先打開電源，為電網提供1 500 V直流電壓，再為車輛控制系統提供110 V的交流電壓，確定其能正常工作，接著打開接觸器，是其開始進行作業，接觸器開始作業時電流經過變壓器流入電網電容中，進行蓄電，直到輔助濾波器電容的電含量為電網電壓的4/5以上，再接著系統中的輔助逆變器開始工作，電網電壓中輸出的電流不穩定，經過變壓器處理以后輸出穩定的電流，其電壓為380 V，進入電網中的電流一部分為電流中負載提供交流電，一部分為為電路中直流負載提供110 V電壓，并為蓄電池充電。主變壓器也提供輸出及輸入電壓間的電流隔離。列車輔助供電系統是列車供電系統的的一部分，主要是為空調、通風和主機部分供電，保證乘客數旅途舒適等。

1.2 列車輔助逆變器供電要求

經過調查，現如今城市軌道交通工具采用的是恒壓恒頻電流輸出系統，供電系統中的逆變器也不同，根據用途使用合適的逆變器，輔助逆變器因為涉及的電器較多，其要求也較為特殊。列車在運行過程中要求其輔助逆變器全功率輸出電流，并且因為其供電的設備多數是泵類設備，在開始供電的時候電流要大，才能帶動設備運行，但是列車輔助逆變器在啟動供電時的負荷不能超過額定功率的40%，并且被供電的設備不能同時啟動，要求順序啟動，順序要求精心安排。由于電網中的負載特性較高，輔助逆變器選擇不當會出現網壓突變等問題，因此輔助逆變器的短時過載能力以能達到其額定容量的倍數及時間來表示。

1.3 列車低壓電源供電要求

列車電源之一的DC/DC變流器能夠為系統中額定電壓為110 V和24 V的負載供電，尤其是主機中的負載器件，并保持蓄電池在進行充電。城市軌道列車上要求每個列車單元有一臺變流器，但是有一個變流器能為全車供電，這樣是為了防止故障出現影響列車運行，并且列車上的蓄電池不需要工作。因此，為了保持列車的正常運行，變流器選擇時要考慮到多種問題，使得電池的電流容量足夠應付出發時間。列車上的蓄電池在電網供電中斷等突發情況下被使用于供電，空調等通風設備的通風量降低為一半，這些設備的使用時間不應過長，例如在選擇空調等設備運行時間是，要保證電量提供列車在隧道中運行45 min，或者在地面和高架橋上運行半小時。當列車中的同聲設備風流動速度降低為原來一半時，則通風機的使用功率降低到原來的1/8。因此，應急通風用的逆變器的容量不大。

2 輔助逆變器電路選型

2.1 從逆變器電路原理選型

經過調查，現在城市軌道列車上使用的逆變器有兩種，其作用原理分別是先經升降壓穩定以后再進行逆變和直接進行逆變兩種。第一種機器是為了保證其電源流出的電流電壓波動幅度小，并防止機器本身損壞，延長其使用壽命，這種原件流出的電流經過電感電容濾波網絡被濾波，接著輸入到隔離變壓器，整個電流輸出的路線呈三角形，經過這樣一系列的處理最后輸出的電壓為110 V和24 V。另外，列車的逆變器采用PWM調制，在啟動和關閉時的頻率要被嚴格要求，過大會使損壞開關，并使得逆變器的效率受到影響，過小時會使得輸出的電壓波形中諧波含量高，造成電壓不穩定。直接逆變是最常用的一種逆變方式，設備工作原理簡單，控制方式簡便，但是容易受到電網電壓的影響。

2.2 從逆變器的電路構造選型

列車上的逆變器有串聯、并聯和單逆變器型三種，串聯和并聯的機型為雙逆變器，其開關頻率偏小，造成的設備損傷也小，因此對濾波器的要求也相對較低，但是該種電路連接復雜，使用到的零件較多，故障發生頻率增加。對于單逆變器，其電路線路連接簡單，使用的零件少，在使用中操作簡單，故障出現的可能性較低，變壓器等設備損傷小，但是單逆變器開關使用頻率高，消耗量大，效率低。

3 城市軌道列車輔助供電系統分析

地鐵等列車上有分散供電和直接供電兩種輔助供電方式，很多列車的單元車廂中配置有一臺靜止輔助逆變器和控制電源進行集中供電。早期的地鐵使用的是分散供電方式，但是不能在出故障時及時供電，保證列車正常行駛。隨著科學技術的發展，我國多各城市中的軌道列車使用集中供電方式進行供電，為乘客提供舒適的乘車環境。

4 結語

近年來，我國各大城市相繼出現軌道交通列車，深受市民的歡迎，經過分析，列車使用的輔助電源為靜止式輔助逆變電器，其性能可靠，資源利用率高，符合環保要求，該文對列車上的輔助供電系統進行簡要的介紹，促使人們更多地了解軌道列車的輔助供電系統。

參考文獻

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