电动车组辅助供电工作方式研究

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常见国外电动车组辅助供电系统的布局与工作方式

1ReginaC2008型电动车组

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。

2E2－1000型电动车组

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。

3ICE3型电动车组

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。

4SM3型电动车组

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。

常见的国外电动车组辅助供电系统的比较

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。

结论

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）