160kmh動力集中動力車庫內動車電路分析與研究

石巍

摘? ?要：本文主要介紹了160km/h動力集中動車組動力車庫內動車電路結構和基本工作原理，在此基礎上搭建了基于MATLAB/Simulink軟件的庫內動車仿真電路簡化模型，對庫內動車電路的預充電電阻和接觸器部件的工作特點和電氣技術參數進行仿真分析研究，為接觸器和預充電電阻關鍵參數設計提供依據，最后對庫內動車電路整體進行仿真分析，說明了電路設計的合理性。

關鍵詞：庫內動車? 預充電電阻? 接觸器

中圖分類號：U264.6? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2019）12（a）-0115-02

160km/h動力集中動力車是“復興號”動車組的系列產品，采用大功率異步牽引電機、臥式牽引變壓器、IGBT元件組成的水冷變流器，單軸功率大于1400kW，最高運營速度160km/h，適應我國高速鐵路、城際鐵路及普速線路使用環境。庫內動車電路作為輔助電路的一部分，是動力車設計必不可少的一部分。

1? 工作原理

動力車在調試庫及機務段維修庫時，無法從接觸網供電驅動機車，設計階段要考慮利用庫內電源驅動動力車，實現動力車的移動或出庫。

動力車庫內動車原理如圖1所示。庫內動車時，庫內的三相380V工頻交流電源通過可移動的電纜、動力車上的庫內電源插座、預充接觸器、預充電電阻、主接觸器、輔助逆變器向中間直流回路供電，再經過牽引逆變器給牽引電機供電。

電源接通的瞬間，中間回路儲能元件電容C兩端電壓為0，此時會產生較大的沖擊電流，可能損壞電子元器件。為了抑制上電瞬間的沖擊電流，設計預充電電阻R限制充電電流的幅值，當充電完成后，利用預充電接觸器KMA和工作接觸器KMB的切換將充電電阻短接，使系統正常運行。在庫內動車時，380V庫內電源通過輔助變壓器TR進行升壓，通過輔助逆變器REC的二極管回路進行整流，中間回路直流電壓通過牽引逆變器INV給牽引電機供電驅動動力車運行。

2? 仿真建模

通常情況下，庫內動車線路按平直軌道考慮。根據TB/T1407-2018《列車牽引計算規程》，動力車基本阻力公式如式（1）：

（1）

計及機車重量m和庫內動車最大速度5km/h，可計算出機車輪軸牽引功率P：

（2）

此外，考慮到牽引電機效率η1、齒輪傳動效率η2、牽引逆變器效率η3、輔助逆變器效率η4，主變流器風機電機功率P1和主變流器水泵電機功率P2，可以計算出庫內動車總負載功率P0。

（3）

圖2所示為簡化庫用動車電路在MATLAB/Simulink軟件下建立的仿真模型，由預充電電阻R，接觸器1即預充電接觸器、接觸器2即工作接觸器、輔助變壓器、變流器和模擬負載構成。

3? 參數設計與仿真分析

仿真分析中采用仿真參數為：輔助變壓器變比380/1672，額定容量130kVA，動車速度不大于5km/h，動車最大功率P0為32kW，預充電電阻5Ω。

3.1 預充電過程分析

庫內動車預充電過程中，AC380V三相電源經過接觸器1、預充電電阻、輔助變壓器、三相不控整流得到直流電壓。電容C上的直流母線電壓波形如圖3所示，充電時間為3.4s時，直流母線電壓達到1200V，之后接觸器2閉合。圖4所示為預充電電阻積累能量波形，考慮接觸器最大動作時間0.5s，電阻器需要滿足在4s時間內能吸收能量為15.4kJ要求。

3.2 庫內動車過程仿真

機車庫內動車正常運行狀態時，庫內電源供電，通過預充電電阻和輔助變壓器使中間電路達到1200V，閉合接觸器2，斷開接觸器1，切除預充電電阻，最終穩定在2200V。圖5所示為直流回路電壓仿真波形，3.4s時預充電過程結束，5.4s時啟動牽引逆變器。

圖6所示為輔助變壓器原邊電流波形，在3.4s時接觸器切換過程中產生較大的電流尖峰。分析仿真波形，確定接觸器2正常工作在額定電流，同時短時間要求能夠耐受1300A電流。

4? 結語

本文詳細介紹了160km/h動力集中動力車庫內動車電路的拓撲結構、控制的邏輯關系、預充電電阻和接觸器的參數選取。通過仿真分析設計了預充電電阻和接觸器關鍵技術參數，為后續預充電電路分析提供有益參考。

參考文獻

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