动车组辅助电气系统浅析

动车组辅助电气系统浅析

朱卫宾孙朋飞成晓宇

中车唐山机车车辆有限公司服务事业部河北省唐山市063000

摘要：随着我国高速铁路技术的迅速发展，动车组装备大量投入，而动车则成为了我国人民日常促销的重要交通工具。动车组的辅助电气系统则是辅助供电系统和配电系统所组成的，本文则是对动车组的辅助电气系统的构成。充电器和蓄电池等几个方面进行进行分析。

关键词：动车组；辅助电气系统；系统构成

动车组的电气系统是动车组关键组成部分，起着非常重要的作用。动车组的辅助电气系统则是由辅助供电系统和配电系统所组成的。动车组辅助供电系统则是动车上除牵引电力以外的所有电气系统。辅助供电系统的组成由辅助用电设备和辅助电源系统组成。辅助电气系统的稳定性关系着动车在长期运行的过程中能否正常的运行以及在运行的过程中旅客们乘坐动车的舒适程度。

一、动车组电气系统的组成部分

动车组的辅助电气系统的组成部分，主要分为两大部分，分别是辅助供电系统和负载设备。辅助供电系统为动车上除牵引动力系统以外的所有需要用电的设备提供电源的系统，同时辅助供电系统和蓄电池系统也包括在内。

动车组的辅助电气系统的电力主要是来自于铁路轨道上方悬挂的牵引供电网。其供电网的学名也叫做接触网，牵引供电网所采用的是25kv、50赫兹的单向交流电。动车组通过车顶上方受电弓将电流传递到动车组的牵引系统上，通过动车上的变流器将从供电网传递过来的单相交流电转变为合适的电压为动车组的辅助供电系统提供动力和供电。牵引供电网的供电方式一共有三种分别是单边供电、双边供电和越区供电。

单边供电：单边供电则是供电线只从一端的变电所获得电流的供电方式。

双边供电：双边供电是供电线从两端相邻的变电所获得电流的供电方式。

越区供电：越区供电则是属于一种非正常的供电方式，一般越区供电只有在相邻的变电所出现故障导致无法继续供电的情况下，经开关设备成分区享同相邻的供电臂接通，由相邻的牵引变电所临时供电，所以越区供电同时也被称为事故供电方式。

动车组上的负载设备：冷却搭风机、牵引电机风机、主变流器冷却用水泵、充电机、空调机、动车上的各种电动阀门以及车厢内的照明设备等等。辅助供电系统还为动车提供不间断的电源。

二、动车辅助供电系统

2.1动车辅助供电系统概述

辅助供电系统一般都是采用干线供电的方式，为动车上除牵引动力系统以外的所有用电设备进行提供电源。

动车是轨道交通系统中装有动力装置的车辆，分为机车和动力车厢两大类，而动车装有驱动车轮相对应的则是没有装配的无驱动装置车辆拖车。为了使列车能在轨道上正常运行，就需要动车为整列火车提供足够的动力牵引力。动车和拖车的辅助供电系统的相互独立的，动车上的辅助电机、电器供电与拖车的辅助电机与电气供电是相互分开的。拖车的辅助供电源是由动车所提供的，单向的交流电源进交-直交式变流后产生的三相交流电，为辅助电气设备和空调机、照明等提供电能。拖车上的交流电源也是由动车上整流装置所提供的电源经过辅助逆变器相辅助设备供电。

2.2CRH3辅助电气系统结构及工作原理

辅助供电系统的结构需要根据动车负载的电源规模来决定的，动车的辅助供电系统大多都是由蓄电池、辅助变流器和充电机组成。

动车上的辅助供电系统采用干线供电的方式，为动车上除牵引动力系统以外的用电设备供电。辅助变流器则是由输入滤波器、斩波器、逆变器、输出滤波器及控制单元所组成的。辅助变流器和牵引变流器安装在一个机箱中。动车辅助供电系统的蓄电池和充电机为此提供源源不断的应急电源。

CRH3型动车由八辆车组成，分别为四辆动力车四辆拖车，在CRH3型动车组正常运行的时候，受电弓从25kV接触网上耿电，经由主断路器、车顶隔离开关、车顶高压电缆等设备分别输送给两个牵引单元的TC02车牵引变压器和TC07车牵引变压器。牵引变压器将25kV／50Hz交流电通过车间的跨接电缆将电能输送给两侧的车厢(EC01车和IC03车、IC06车和EC08车)上的牵引变流器。辅助变流器从牵引变流器的中间直流环节获取部分电能，并且每个牵引单元的两个牵引变流器与本单元的两个辅助变流器相连接。所有辅助变流器通过交流供电母线同相位输出440V／60Hz三相交流电，给整列动车组的辅助负载供电，包括充电机。当一个牵引单元中的牵引变流器发生故障的时候，另外一个牵引变流器可以向单辅助变流器进行供电。其中，辅助变流器分为单辅助变流器、双辅助变流器，双辅助变流器由两个单辅助变流器组成。

三、动车供电系统的结构与功能

辅助供电系统的定义：辅助供电系统作为动车牵引动力系统以外的用电设备供电，是动车组技术非常重要的组成部分。无论是国内还是国外各个型号的动车组都有所不同各有各的特点。动车组的辅助供电系统结构还需要根据动车组所需要的电源规模来制定。负载供电系统的组成部分有变流器、蓄电池、充电机等。

动车组辅助供电系统由辅助用电设备、辅助电源系统、辅助电源分配系统组成。

辅助电源系统则是供电设备和电源转换设备组成；动车组的辅助供电系统组成部分有辅助变流器、蓄电池、充电机等。辅助变流器的组成部分有输入滤波器、斩波器、逆变器、输出滤波器以及控制单元。

输入滤波器的全称叫做“变频器输入端专用型滤波器”。输入滤波器基本上都是安装在电源和变频器输入电源线之间的。输入滤波器的主要作用就是用来抑制变频器工作时产生的传导干扰和辐射干扰，在电磁环境要求比较的场合就会使用输入滤波器来控制，在变频器工作输入端对其他设备和电网产生的干扰。

直流斩波器就是利用期功率组件对固定的电压的电源进行适当的切割而达成改变负载端电压改变的目的。

逆变器由逆变桥、控制逻辑及滤波电路组成。主要是把直流电转变为交流电。逆变器一般应用在空调、电动工具、照明等方面。

输出滤波器的全称叫做“变频器专用型输出滤波器”，而输出滤波器则是安装在变频器的电力输出线和电机之间的与输入滤波器有所不同。输出滤波器能有效滤除变频器输出电流的高次谐波，从而减小因为高频谐波引起的附加转矩。降低电机在运行过程中的噪音和温升。输出滤波器还能抑制变频器输出侧的浪涌电压，从而保护电机。

电池则是将化学能转变为电能的一种工具。在日常使用的化学电源还分有原电池和蓄电池两类。如手电筒、遥控器所使用的电池就属于原电池。原电池则是使用化学转换方法转变为电能的一种不可逆的电池，当电池中的电能也就是通过化学变化的有效物质使用完后，电池的寿命就结束了无法进行再次使用所以也被称为一次电池。而蓄电池是可以存储起来的，在整个使用过程中，蓄电池把化学能转变为电能再放出来这种变换的过程是可逆的。在蓄电池内的电已经使用或者使用部分电过后，可以用适当的反向电流通入蓄电池中把两电极表面已经形成新的化合物再还原成原来的有效物质，有可以供下次使用。这种反向电流输入蓄电池做我们叫做充电，电池给电流处电路使用叫做放电。

动车组中蓄电池所使用的充电模块bcm的作用就是，把三相交流电压转变为直流电压向蓄电池充电，并且还为直流母线提供电能，为别的直流负载供电。充电模块是一体化的，冷却系统除外，有着三个主要的子系统分别为一个三相桥式输入整流器、一个igbt逆变器和一个输出整理器。

在CRH3系列动车组中的辅助供电系统，装有两个辅助变流器，一个辅助变流器支持一个单元的负载供电，这样主要是为了在发生故障时，一个辅助变流器出现故障无法使用的时候由另外一个变流器支持全车的负载进行供电，因此动车组上的逆变器的容量是非常大的。

结语:本文对动车组的辅助供电系统的构造、功能和工作原理进行详尽的分析。CRH3型动车辅助供系统的大部分装置已经成功实现了技术转让蓄电池、辅助及控制用电设备等。

参考文献：

[1]邱成.CRH3动车组辅助电气系统与设备[M].北京交通大学出版社,2012.

[2]刘民.CRH3动车组辅助供电系统研究[D].2016.