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1、2动车组 辅助供电系统动车组辅助供电系统 辅助供电系统为动车组除牵引动力系统之外的所有用电设备提供电力，是动车组技术的重要组成部分。国内外各型动车组的辅助供电系统各有特色。本讲座详细介绍动车组辅助供电系统的构成、功能、工作原理。 9动车组 辅助供电系统v牵引变流器直流环节辅助供电模式 在这类辅助供电系统中，由牵引变流器直流环节提供电源，具有代表性的有CRH1动车组、 CRH5动车组。 CRH1动车组 AC25kV高压电经牵引变压器降压后输入牵引变流器，辅助供电系统由牵引变流器的直流环节1650VDC电压供电，经过处理后得到三相380VAC和110VDC两路电源，为列车的各设备供电。 10 动车
2、组 辅助供电系统CRH1动车组辅助供电系统工作原理示意图 v牵引变流器直流环节辅助供电模式11动车组 辅助供电系统v牵引变流器直流环节辅助供电模式 CRH5动车组 AC25kV高压电经牵引变压器降压后输入牵引变流器，辅助供电系统由牵引变流器上的3600VDC中间直流环节电压供电，经过处理后得到三相380VAC，向所有三相负载提供电源，如空调系统、牵引系统通风和空气压缩机等；另外，设置充电机提供直流电源。 12 动车组 辅助供电系统CRH5动车组辅助供电系统工作原理示意图 v牵引变流器直流环节辅助供电模式牵引变压器牵引变压器牵引变流器牵引变流器13一、概述 第二节 CRH1动车组辅助供电系统 C
3、RH1动车组以Regina型动车组为原型车，通过公司内部技术转移，由BSP公司在国内制造生产。动车组由8辆车组成，5动3拖，组成3个列车单元，每个列车单元都有其完整的380V交流辅助供电和110V蓄电池供电。编成后结构如图所示。 动车组 辅助供电系统14辅助电源系统有三种不同的运行模式 n1.普通运行模式: 普通牵引动工况下，从25千伏电网获取电能。n2.回送模式: 是指在没有25千伏电网电压时以牵引电机作为发电机，仅提供牵引/制动所需的辅助三相电源和蓄电池充电电源。n3.外部电源供电模式 ：外部电力连接器 15 CRH1在动车下分别设置一套辅助电源装置， CRH1动车组辅助供电系统工作原理图
4、。 AC25kV高压电经设置在拖车上的牵引变压器8降压后输入相邻动车牵引变流器的网侧变流器单元（LCM）9 辅助变流器11由网侧变流器单元（LCM）9输出的直流环节1650VDC电压供电，经过处理后得到三相380VAC和110VDC两路电源，为列车负载设备提供电源。 动车组 辅助供电系统16 1. 受 电 弓 2. 接 地 开 关 3. 主 电 路 断 路 器 4. 电 压 测 量 变 压 器 5. 电 涌 放 电 器 6. 电 流 互 感 器 7. 线 路 滤 波 器 8. 主 变 压 器 9. 线 路 变 流 器 10. 电 动 机 表 流 器 11. 辅 助 变 流 器 12. 滤 波
5、器 /变 压 器 13. 切 换 触 点 14. 外 部 三 相 电 源 15. 牵 引 电 机 16. 受 电 弓 切 断 开 关 20. 电 池 充 电 器 21.电 池 开 关 22.电 池 23.电 池 触 点 CRH1动车组辅助供电系统工作原理图171. 受电弓2. 接地开关3. 主电路断路器4. 电压测量变压器5. 电涌放电器6. 电流互感器7. 线路滤波器8. 主变压器9. 网侧变流器10.电动机变流器11.辅助变流器12.滤波器/变压器13.外电源切换触点14.外部三相电源15.牵引电机20.电池充电器21.电池开关22.电池23.直流供电触点18 在每一个动车上设有一个辅助逆
6、变器和滤波装置。 辅助逆变器输出通过隔离变压器和接触器同列车三相供电母线相连接。 辅助供电系统的故障状态和冗余措施的控制可以通过列车控制管理系统（TCMS）进行监视和控制。 列车过分相的短暂过程中，辅助系统可不断电维持正常运行(此时牵引电机做再生制动维持系统中间电压)。 辅助系统外接供电时采用3380V, 50Hz地面电源。 即使蓄电池完全放电，外接电源也可以启动蓄电池充电功能。动车组 辅助供电系统19 当外接三相电源同车内三相母线连接后，车内辅助逆变器立即断开。外接电源插座的位置为每个基本单元车组中的拖车每侧一个。 每一个基本单元车组有两个充电器和两组蓄电池。两个充电器和两组蓄电池都同蓄电池
7、母线相连。充电器和蓄电池设置于动力车（Mc和M）内。 蓄电池充电器将辅助电源三相电压转化为110V DC电压。蓄电池电压通过110V DC母线传输，母线同充电器和蓄电池相连，避免产生环流，在蓄电池与母线连线上设有一个功率二极管，从而避免通过母线向其充电。动车组 辅助供电系统20vCRH1端外部电力连接器 每个前端车有一个125A (IEC) 的插头 车端连接器车端连接器动车组 辅助供电系统21v车侧边外部电力连接器(8个连接器设计适用所有125A输入 ) 每辆TP车的两侧有一个KC20的插座、 每辆TB车的两侧有两个KC20的插座。 MC1TP1M1M3TBM2TP2MC2连接器连接器动车组
8、辅助供电系统22n辅助电源系统的框图如图所示，其核心是静止变流装置，主要的功能单元有：n（1）交流部分：辅助逆变器、3-相变压器、3-相滤波器、接地故障指示、三相外部电源连接接触器、三相外部电源相序监视逻辑；n（2）直流部分：电池充电器、电池、用于电源总线分配的接触器。n（3）两条贯穿整列车的公共电源母线：一是辅助逆变器并联供电的公共3相交流母线；另一条是蓄电池充电器并联连接的公共蓄电池电压母线。 23逆变器箱 过滤器箱 反馈给 DCU/A 电压互感器 三相滤波电感 三相变压器 三相分离接处器 3x400v,50Hz 带中性线供电 辅助逆变器 牵引 DC-连接 前充电单元 三相滤波电容 三相滤
9、波电容 电池充电器模块 电池电流测量 110vDC 供电 电池 24二、技术指标 辅 助 逆 变 器 的 任 务 是 输 出 三 相 电3220/380V, 50Hz，并将其供给到列车上所有的交流负载。辅助逆变器的主要负载如下： 动车组 辅助供电系统 l列车采暖 l 通风与空调系统 l变流器和变压器的冷却 l蓄电池充电器25辅助逆变器的技术指标为：辅助逆变器的技术指标为： l输出电压 3220/380V,5% l输出电压中谐波的最大含量 10% l频率 50Hz,1.0% l一个逆变器的最大输出功率 147 kW, cos = 0,88 l总体尺寸 (高/长/深)350/410/810mm l
10、重量90kg26vCRH1动车组辅助供电系统设备与容量 CRH1设计人员计算了8种不同工况下的供电系统容量。 1正常运行 正常运行状态下，冬季和夏季的用电需要功率、视在功率和无功功率列于下表。冬季负荷夏季负荷需要功率视在功率无功功率需要功率视在功率无功功率673kW378kVA82kVAr491 kW576 kVA301 kVAr278种不同工况下的供电系统容量。 2一个ACM发生故障 当一个ACM发生故障时，控制系统将自动将供电系统转换到“一个ACM发生故障”模式：一般负载正常工作，5辆车客室的空调HVAC功率减小一半，其余三辆车客室的空调HVAC循环交替的全功率工作。 这种情况下的冬季和夏
11、季的用电需要功率、视在功率和无功功率列于下表。冬季负荷夏季负荷需要功率视在功率无功功率需要功率视在功率无功功率544kW551kVA82kVAr414 kW482 kVA247 kVAr288种不同工况下的供电系统容量。 3至少有两个ACM可用 当两个或者三个ACM发生故障时，控制系统将自动将供电系统转换到“至少两个ACM可用”模式：七辆车的客室HVAC(除了用于废排风扇的)断开，司机室空调在没有司机的车辆中断开，所有强迫通风的电加热器断开。 冬季负荷夏季负荷需要功率视在功率无功功率需要功率视在功率无功功率247kW258kVA76kVAr226 kW267 kVA142 kVAr298种不同
12、工况下的供电系统容量。 4400V总线上发生短路 在400V总线上发生短路时，控制系统将自动将供电系统转换到“400V总线上发生短路”模式：发生短路车辆的一半负荷将断开（在短路处），车辆另一半负荷的客室HVAC的供电量减少一半。 当短路发生在MC2、TP2 、M2线路时，冬季和夏季的用电需要功率、视在功率和无功功率列于下表。冬季负荷夏季负荷需要功率视在功率无功功率需要功率视在功率无功功率304kW310kVA59kVAr240 kW279 kVA142 kVAr308种不同工况下的供电系统容量 当400V总线上短路发生在MC1、TP1、 M1、 M3、 TB线路时，冬季和夏季的用电需要功率、视
13、在功率和无功功率列于下表。 冬季负荷夏季负荷需要功率视在功率无功功率需要功率视在功率无功功率193kW198kVA45kVAr158 kW186 kVA97 kVAr318种不同工况下的供电系统容量 5回送时由外部三相电缆供电 当列车处于回送状态（无受电弓），由车辆通过前端的外部供电插头供电时，采用“回送时由外部三相电缆供电”模式：负载为所有的蓄电池充电器（限电）、不受控制的负荷(不能断开的负荷)、一个空气压缩机。 这种情况下的冬季和夏季的用电需要功率、视在功率和无功功率列于下表。冬季负荷夏季负荷需要功率视在功率无功功率需要功率视在功率无功功率53kW63kVA35kVAr47 kW58 kV
14、A35 kVAr328种不同工况下的供电系统容量 6回送时由牵引电机发电 当列车处于回送状态（无受电弓），由车辆牵引发电机处于制动状态再生供电时，采用“回送时由牵引电机发电”模式：负载为全部的蓄电池充电器、防寒（除了客室内水箱）、不受控制的负荷（不能断开的负荷）、司机室空调、一个空气压缩机。 这种情况下的冬季和夏季的用电需要功率、视在功率和无功功率列于下表。冬季负荷夏季负荷需要功率视在功率无功功率需要功率视在功率无功功率103kW109kVA36kVAr50 kW62 kVA35 kVAr338种不同工况下的供电系统容量 7牵引其它车并提供其三相电源 当本列车牵引另一列动车组并向其提供电能时，
15、采用“牵引它车并提供其三相电源”模式，其基本情况与 “一个ACM发生故障”模式相同：一般负载正常工作，5辆车客室的空调HVAC功率减小一半，其余三辆车客室的空调HVAC循环交替的全功率工作。348种不同工况下的供电系统容量 8.外电源供电 当动车组同任一拖车的外部电源插头相连，采用“外电源供电”模式：防寒（除了客室区脚蹬加热器和水箱）、蓄电池充电器（限电）、不受控制的负荷 （不能断开的负荷）、单负载最高负荷时可操作。 冬季负荷夏季负荷需要功率视在功率无功功率需要功率视在功率无功功率75kW78kVA24kVAr56 kW65 kVA33 kVAr35三、 380VAC辅助供电系统工作原理 v
16、380VAC辅助供电系统的工作原理图。 辅助逆变器单元（ACM）同网侧变流器单元（LCM）的输出直流环节1650VDC连接，它的任务是将输入的1650VDC通过逆变得到220/380V, 50Hz三相交流输出。辅助系统通过MVB与车辆控制单元通讯。 ACM为三相两电平IGBT逆变器，产生所需要的三相输出电压。包括滤波器电容、门驱动单元（GDU）、电压和电流传感器及控制单元等。 三相输出滤波器包括一个三相电抗器和一个三相电容器，可将辅助逆变器产生的谐波成份过滤掉。三相隔离变压器将辅助电源和用电设备隔离。动车组 辅助供电系统36 CRH1动车组380VAC辅助供电系统外控外控电池电池1650v直流
17、直流直流电直流电流检测流检测交流电交流电流检测流检测给给MVB的信号的信号光耦隔离光耦隔离IGBTDCU温温度检测度检测门驱动门驱动37v380VAC辅助供电系统 在ACM中设有一个电源装置，为控制单元(DCU)、门驱动单元（GDU）及电压和电流传感器供电。 GDU的主要任务是控制大功率器件IGBT的开与关。当电源出现故障或IGBT出现短路过流时，GDU可将IGBT断开。GDU还可检测其自身的电源。 控制单元(DCU)通过光纤向GDU传输信号，使系统具有较高的抗电气干扰能力。 ACM采用空间矢量调制法控制。为了在起动和接上较大负载时达到最好的控制效果，采用恒定的电压频率比控制，直到达到额定电压
18、为止。辅助电源三相电压的幅值通过检测相电压实际值进行反馈控制。 动车组 辅助供电系统38MCM, IGBT 变流器组成GDU Gate DriveUnitOpto fibre signalFrom/To MCMControl UnitUVWU相IGBT-模块DC +DC -+ 24 V DC0 V DC+ 24 V DC0 V DC220V电压380V电压W相V相光纤信号From/To MCMControl UnitGDU门驱动单元39IGBT = Insulated Gate Bipolar Transistor绝缘门两极晶体管绝缘门两极晶体管GDU = Gate Drive Unit 门门
19、(Gate)驱动单元驱动单元nIGBT示意符号nGDU控制门 CollectorEmitterGateGDU40电源电源发射极发射极门极门极集电极集电极螺钉螺钉软件接口软件接口光输出光输出光输入光输入41423-DCU信信号号U相输出相输出高电平高电平IGBT模块模块U相模块相模块GDU开开GDU关关IGBT模块工作模式模块工作模式1动车组 辅助供电系统433-DCU信信号号U相输出相输出低电平低电平IGBT模块模块U相模块相模块GDU开开GDU关关IGBT模块工作模式模块工作模式2动车组 辅助供电系统44v380VAC辅助供电系统 ACM采用基于微处理器的控制单元。辅助逆变器单元同牵引变流器
20、一起，安装在同一个机箱内。变压器和滤波器箱内有隔离变压器、滤波器、主接触器和系统接地等。辅助逆变器、滤波器和变压器的冷却系统同牵引变流器的冷却系统合为一体。 辅助供电系统具有完善的故障诊断和保护功能。出现故障时，辅助逆变器接触器能够将辅助逆变器断开。每个三相电源系统都高电阻接地。这种连接都在每个三相辅助系统的“0 V”和车体之间。该连接置于每个基本单元车组的拖车内。如果出现一处接地故障，不影响辅助系统供电。 设一个控制继电器，监控辅助系统和车体之间的电阻。三相母线设置接地开关，接地开关包含在基本联锁系统中。 动车组 辅助供电系统45v110VDC辅助供电系统 110VDC辅助供电系统工作原理示
21、意图。 充电器20和蓄电池22设置于动力车（Mc和M）内。 蓄电池充电器20将辅助逆变器11输出的三相380VAC电压转化为110VDC电压后，一路连接列车110VDC母线，另一路给蓄电池充电。 蓄电池充电器是一个IGBT变流器，工作原理图。 动车组 辅助供电系统46 CRH1动车组110VDC辅助供电系统充电器充电器辅助逆变器滤波器/变压器蓄电池蓄电池直流供电触点47CRH1蓄电池充电器电路原理冷冷却却输入输入滤波滤波软启动整软启动整流控制板流控制板整流整流+滤波滤波逆变逆变门控门控变压变压整流整流+滤波输滤波输出出供电供电模块模块控制控制模块模块48动车组 辅助供电系统vCRH1蓄电池系统
22、的组成 CRH1动车组蓄电池系统正常状态下，向列车内的控制系统、应急照明、应急通风、无线电等系统供电。 蓄电池系统包括五个蓄电池和五个充电器，均与主蓄电池总线并联连接。 蓄电池采用镍镉电池，使用容量为200安培小时。即使在蓄电池总线阴极和阳极之间出现短路时也可以工作。 与主蓄电池总线并联有两条较小的蓄电池线。这两条线的功能是：提供启动电路和应急电路。491.电池箱2.熔断器3.电池开关4.充电机5.电池触点6.插座7.接地电阻8.接地继电器9.紧急供电开关11.二极管50返回返回51n如图所示，电池通过熔断器和隔离开关与电池充电器并联接到电池母线上，电池接触器1控制整个直流母线。n蓄电池接触器
23、1闭合后能将蓄电池和电池充电器连接到电池母线上，如果要激活TCMS系统，该接触器必须闭合；n蓄电池接触器2闭合后可给旅客信息显示屏及旅客电源插座板的DC/AC逆变器供电，如果外部电源中断，该接触器在蓄电池紧急供电2分钟后断开；n蓄电池接触器3闭合后向牵引变流器的控制计算机供电，如果外部电源中断，该接触器在蓄电池紧急供电30分钟后断开。如图所示如图所示52一、概述 第三节 CRH2动车组辅助供电系统 CRH2动车组以E2-1000型动车组为原型车，通过全面引进设计制造技术，由四方股份公司在国内制造生产。动车组由8辆车组成，其中4动4拖；首尾车辆设有司机室，可双向驾驶，编成后结构如图所示。 动车组
24、 辅助供电系统53 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2、4、6号车上设有蓄电池箱。 CRH2辅助供电系统与用电设备组成的方框图 动车组 辅助供电系统54 CRH2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：动车组 辅助供电系统非稳定单相AC100V系统；稳定单相AC100V系统；稳定单相AC220V系统；稳定
25、三相AC400V系统；稳定DC100V系统。55 CRH2辅助供电系统: 非稳压单相AC100V系统，由辅助变压器（ATr）仅将牵引变压器辅助绕组的AC400V电压直接降压至AC100V，向热水器的加热器等容许电压变动的负荷供电。 稳压AC100V、AC220V系统和稳压DC100V系统，使用辅助电源装置与AC400V实现隔离，并且降压和稳压。 稳压三相AC400V与牵引系统相关的辅助设备（牵引变压器、牵引变流器、牵引电机用各送风机等）连接。 稳压DC100V系统向车辆的控制电源、车厢照明、蓄电池等供电。 动车组 辅助供电系统56CRH2动车组辅助供电系统图 57 CRH2辅助供电系统: 辅助
26、供电系统采用冗余设计，在动车组上安装2台牵引变压器，其辅助绕组输出至辅助电源装置（APU）的AC400V电压分别供电给4节车厢。 当一台牵引变压器故障时，为了使另一台正常运转，牵引变压器能够通过辅助绕组向8节车厢供电，设置了用于切换的辅助绕组电源感应回路。 当辅助绕组电源切换后，空调装置半功率运行。相邻单元具有相互支援功能，在动车组上安装2台辅助电源装置，一台辅助电源装置供给4节车厢所需辅助用电。动车组 辅助供电系统58 CRH2辅助供电系统: 当一台辅助电源装置发生故障时，为了使另一台正常运转的辅助电源装置能够向8节车厢供电，设置了用于切换的扩展供电回路。辅助电源装置的输出容量的设计能够在故
27、障时用一台正常运转的辅助电源装置向整列车供电。因此，当一台辅助电源装置故障时无需减少负荷。 辅助系统设有完善的安全接地措施以及自诊断功能和故障保护功能。在列车信息控制系统和辅助电源装置之间设置自诊断功能接口，由列车信息控制系统实施。 动车组车外车体侧面装有连接外部电源的插座（AC400V、单相、50Hz），M2车（2号车及6号车）上各有一处。车辆检修基地设置有外部电源，可供辅助电路的工作。动车组 辅助供电系统59二、技术指标 动车组 辅助供电系统v 方式 电路方式：单相桥式脉冲整流器 三相桥式逆变器方式； 控制方式：逆变器稳压控制方式； 冷却方式：强制风冷方式。 v 输入额定值 额定电压：（）
28、单相； 电压变动范围：（连续）， （分钟）。 v 形式 辅助电源装置： ； 辅助整流器： 。 60二、技术指标 动车组 辅助供电系统v 输出额定值 额定容量：； 负载程度：连续，输出秒，输出秒； 负载功率因数：（延迟）； 输出类别 61CRH2辅助电源装置（APU）输出种类 类别类别交流交流3相相交流单相交流单相直流直流(辅助整流器箱）辅助整流器箱）内置内置ATr(不稳定）输出不稳定）输出额定电压额定电压AC400VAC400VAC100VAC100VAC220VAC220VDC100VDC100VAC100VAC100V额定输出额定输出123kVA123kVA12kVA12kVA12kVA1
29、2kVA58kW58kW22kVA22kVA电压精度电压精度+10%+10%-10%-10%同左同左同左同左+10%+10%-10%-10%+26%+26%-41%-41%频率频率50Hz50Hz1%1%同左同左同左同左50Hz50Hz失真率失真率5%5%以下以下ACAC输出电输出电压瞬间变动压瞬间变动（ATrATr除外除外）+5%+5%、-5%-5%（AC400VAC400V输出）输出）（输入电压（输入电压AC400VAC400V，负载变动在，负载变动在70%70%100%100%）电压瞬间变动电压瞬间变动时的稳定时间时的稳定时间1 1个循环（个循环（20ms20ms）以下）以下其他其他效率
30、在效率在90%90%以上以上* *输入电压输入电压-37%-37%时、时、ATAT电压精度电压精度-41%-41% 62二、技术指标 动车组 辅助供电系统v 使用条件 环境温度：（外界温度）； 控制电源 （1）额定电压：； （2）电压变动范围：； （3）所需容量：，起动时 毫秒。63二、技术指标 动车组 辅助供电系统v 温度上升范围 输入交流电抗器（，）： （通风温度）； 输出交流电抗器（）： （通风温度）； 变压器（）：（通风温度）； 变压器（）：（通风温度）； 变压器（）：（通风温度）； 辅助变压器（r）：（通风温度）。注的线圈绝缘部耐热为时，容许上升温度为。 64二、技术指标 动车组 辅
31、助供电系统v 耐电压 主电路输入：（额定电压：）； 输出： （额定电压：）； 输出： （额定电压：）； 输出： （额定电压：）； 输出： （额定电压：）； 控制电路：（额定电压：）。65三、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）。动车组 辅助供电系统v辅助电源装置（APU）工作原理 辅助电源由辅助电源装置（APU）和辅助整流器（ARf）两个装置组成，图中上方虚
32、线框内是辅助电源装置的功能方块图，下方虚线框内是辅助整流器的功能方块图。 66CRH2辅助电源功能方框图 辅助电源装置辅助整流器返回返回67三、工作原理 动车组 辅助供电系统v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）。 如图所示如图所示68三、工作原理 动车组 辅助供电
33、系统v辅助电源装置（APU）工作原理 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。 如图所示如图所示69三、工作原理 动车组 辅助供电系统v辅助电源装置（APU）工作原理 辅助整流器（ARf） （1）二极管整流电路 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。 （2）可调电阻
34、 可调电阻使直流输出电压具有如图所示的下垂特性。如图所示如图所示70三、工作原理 动车组 辅助供电系统v辅助电源装置（APU）工作原理 辅助整流器（ARf） （2）可调电阻 可调电阻使直流输出电压具有如图所示的下垂特性。71动车组 辅助供电系统v辅助电源装置（APU）工作电路原理 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。 72辅助电源装置（APU）电路示意图73辅助电源装置的接线图输入输入部分部分接线接线图图74输出输出部分部分接线接线图图75动车组 辅助供电系统v辅助电
35、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。 76动车组 辅助供电系统v辅助电源装置（APU）工作原理 辅助整流装置采用自冷式，由整流器变压器、整流二极管单元
36、、用于实现输出电压下降特性的电阻等构成。 动车组上清扫用电源插座使用AC220V,在每辆车上配置2个，不设DC24V及DC36V的直流电源插座。辅助电源装置的输出满足JIS E 6402。 动车组车体侧面装有连接外部电源的插座（AC400V、单相、50Hz），M2车（2号车及6号车）上各有一处。车辆检修基地设置有外部电源，可供辅助电路的工作。77动车组 辅助供电系统v辅助电源装置（APU）动作说明动作说明 （1）起动条件 l 控制电源有DC100V（见 ）。 l 无重故障轻故障。 l 脉冲整流器的输入电压在AC250V（50Hz）以上。 l 耐压试验连接器在运转的位置上。78返回返回接通接通I
37、VK2接通接通IVK1接通接通ACK1脉冲整流器输入电压脉冲整流器输入电压接通接通脉冲整流器闸控脉冲整流器闸控脉冲整流器输出电压脉冲整流器输出电压79动车组 辅助供电系统（2）起动动作 l供给控制电压后1 秒钟对CPU 进行初始化(见的脉冲)并接通ACK1（见） l脉冲整流器输入电压在250V 以上时作为架线电压确立、接通逆变器接触器IVK2、通过充电电阻对滤波电容器进行初期充电（见） l 接通IVK2，2 秒钟后接通IVK1、不用充电电阻对滤波电容器进行直接充电（见 ） 。 l 接通IVK1，2 秒钟后断开IVK2、接通脉冲整流器的闸控。（见） 。如图所示如图所示80返回返回81动车组 辅助
38、供电系统v辅助电源装置（APU）动作说明（续） l 逆变器的输入电压（脉冲整流器的输出电压）达到DC600V 时作为输入电压确立，1 秒钟后接通逆变器的闸控。（见） l 接通逆变器的闸控0.3 秒钟后、逆变器的输出电压达到AC400V。 （见） l 接通IVK1，1秒钟后接通3phMK，输出交流电。如图所示如图所示82动车组 辅助供电系统v 辅助电源装置（APU）动作说明（3）运转状态的显示 CPU 初始化后、在基板的LED 上显示下面运转状态。 l H-00： CPU 初始化后、或静态逆变器SIV 停止（所有的开关、闸控都在未接通的状态）。 l H-10： 接通IVK2 的状态。 l H-2
39、0： 接通IVK1 的状态。 l H-30： 接通脉冲整流器闸控的状态。 l H-40： 逆变器输入电压确立的状态（DC600V 以上）。 l H-50： 接通逆变器闸控的状态。如图所示如图所示83动车组 辅助供电系统v 辅助电源装置（APU）动作说明在H-50 状态下,最初显示H-50 ， 然后顺序地显示以下的值。 交流输出相电流：IU,IV,IW； 交流输出线间的电压：UV,VW,WU； 输出频率：F； 架线电压：L； 脉冲整流器输出电压：VC； 脉冲整流器输入电压：CI。以上显示完成后，仍然显示H-00 如图所示如图所示84动车组 辅助供电系统v 辅助电源装置（APU）动作说明（4）停止
40、条件 l 控制电源无DC100V 时。 l 有轻故障、重故障时。 l 耐压试验连接器不在运转位置时。（5）停止动作 有停止条件时，停止以下的全部控制信号： IVK1 接通信号、脉冲整流器接通信号、逆变器接通信号、3phMK 接通信号。85动车组 辅助供电系统v辅助电源装置（APU）动作说明保护说明 （1）保护的种类 APU 的保护根据有无再起动分为轻故障轻故障和重故障重故障两大类。 保护的种类保护的种类动动 作作轻故障轻故障APU 停止后进行自动重新启动。监视发生轻故障后停止后进行自动重新启动。监视发生轻故障后60 秒秒钟以内是否发生第二次轻故障，不发生的情况下则中止钟以内是否发生第二次轻故障
41、，不发生的情况下则中止监视继续进行通常的动作。监视继续进行通常的动作。重故障重故障APU 停止，不自动重新启动。停止，不自动重新启动。86动车组 辅助供电系统v辅助电源装置（APU）故障保护工作原理 动车组沿袭原型车的设计，各供电系统上均设置有各自独立的接地开关。在列车信息控制系统和辅助电源装置之间设置自诊断功能接口，由列车信息控制系统实施。辅助电源装置的故障保护功能有20项： l 输入过电流（CONVOCD） l 变流器过压（INVOVD） l 变流器过流（INVFO） l 变流器过载（IAOC） l 输出过压（ACOVD） l 输出低电压（ACLVD） l 输出短路（ACOSC） l 检测
42、接地（GFD）87动车组 辅助供电系统n辅助电源装置的故障分类n重故障1：8项n重故障2：3项n轻故障：9项辅助电源装置的故障检测图88动车组 辅助供电系统vDC100V系统工作原理 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，输出稳压DC100V，向车辆的控制电源、车厢照明、蓄电池、插座、服务设备等供电。 DC100V系统可由102、103线两条线供电。 通常是由103线供电，架线停电时，通过操作应急灯切换接触器，将电源由103线切换到102线的同时，即可向广播装置，应急灯等最低限度所需的设备供电。 89DC100V系统工作原理90动车组 辅助供电系
43、统vCRH2蓄电池的基本参数 CRH2动车组采用阴极吸收式铅酸蓄电池，蓄电池额定容量为100Ah（20h放电率）； 列车无线系统采用镉镍蓄电池，蓄电池额定容量为60Ah（5h放电率）全列共设5组控制蓄电池(整列进口、散件组装和国产化阶段前17列车共设3组控制蓄电池)，蓄电池组容量可维持应急用电量两小时。91动车组 辅助供电系统CRH2蓄电池箱蓄电池箱92动车组 辅助供电系统v试验说明 试验规格适用JIS E6402，试验项目表93辅助电源装置试验项目 序号序号试验项目试验项目形式试验形式试验验收检验验收检验构造检查、接线检查构造检查、接线检查绝缘电阻的测量及绝缘强度试验绝缘电阻的测量及绝缘强度
44、试验操作电路及保护动作的确认试验操作电路及保护动作的确认试验稳定特性试验稳定特性试验起动试验起动试验输出电压波形摄影输出电压波形摄影 负载变动试验负载变动试验电源急变试验电源急变试验电压中断、再增压试验电压中断、再增压试验效率测定效率测定 噪音试验噪音试验 温度上升试验温度上升试验 输出短路试验输出短路试验 输出调整的测量输出调整的测量 振动试验振动试验 重量测量重量测量 施加干扰试验（按照施加干扰试验（按照 ） 洒水试验洒水试验 不平衡负载试验不平衡负载试验 94一、概述 第四节 CRH5动车组辅助供电系统 CRH5动车组以SM3型动车组为原型车，动车组由8辆车组成，其中5辆动车3辆拖车，分
45、成两个动力单元，一个动力单元由3个动车和1个拖车（M-M-T-M）组成，另一个动力单元由2个动车和2个拖车（T-T-M-M）组成，首尾车辆设有司机室，可双向驾驶，编组后结构如图所示。 动车组 辅助供电系统95一、概述 CRH5动车组辅助供电系统由辅助变流器、蓄电池、充电机等组成，每列车设有5台辅助变流器，每辆动车一台，和牵引变流器安装在一起，每列车设8组蓄电池和电池充电机，每辆车一套。 AC25kV高压电经设置在拖车上的牵引变压器降压成1770V后，输入每辆动车中的牵引变流器。 辅助变流器将牵引变流器DC3600V的中间直流电压变换成AC380V后，为空气压缩机、冷却通风机、油泵/水泵电机、空
46、气调节系统、采暖、照明、旅客信息系统等设备提供电源。动车组 辅助供电系统96 CRH5辅助供电系统采用干线供电方式，供电制式为AC380V和DC24V。 AC380V/50Hz用电设备：空气压缩机、冷却通风机、油泵/水泵电机、空气调节系统、采暖设备； AC220V/50Hz用电设备：前窗加热器、厨房设备、内部插座； DC24V用电设备：照明设备、旅客信息系统、应急通风装置和控制装置。（控制回路DC24V，不太符合中国铁路DC110V的标准） 动车组内各车设AC220V（卫生间、列车长室、司机室各1个，客室2个）插座及DC24V（每车2个，车下裙板内）行灯插座。 辅助系统供电输出品质符合EN 5
47、0155等标准。各种制式的供电系统均有各自独立的可靠的安全接地措施。动车组 辅助供电系统97 供电设施具有自诊断功能和故障保护措施。供电线路发生的过载、短路、瞬时大电流冲击、过压、欠压、接地等现象均有保护，确保旅客安全。 每个牵引控制单元的每侧各设一个AC380V外接电源插座，每个插座可为半列车的辅助设备供电。 辅助供电电源系统采用冗余设计，当发生故障时，能够进行切换，确保列车正常运行。在1台或2台辅助变流器故障的情况下，可以不受任何限制地向辅助负载供电。动车组 辅助供电系统 CRH5动车组变流器组件配置图。 98主变流器主变流器辅助变流器辅助变流器1牵引电机牵引电机供暖负载供暖负载中压负载中
48、压负载低压负载低压负载充电机充电机99n辅助变流器与牵引变流器处于同一牵引/辅助变流器模块中，辅助变流器在该模块中的位置如图所示。 辅助变流器HV隔离开关MV/LV 板辅助变流器模块辅助变流器调整器100CRH5动车组辅助供电系统工作原理示意图101二、技术指标 CRH5辅助变流器的主要任务是为动车组的所有中压设备和低压设备供电，其技术指标如下： 动车组 辅助供电系统v辅助变流器的输出特性 l 额定电压380V + 中性线； l 电压变化5%； l 总谐波失真10%； l 额定频率50Hz； l 频率变化2%。102二、技术指标 动车组 辅助供电系统v输出功率 CRH5动车组辅助变流器的输出功
49、率表。 环境条件环境条件连续功率连续功率（平均值）（平均值）最大功率最大功率（15分钟）分钟）峰值功率峰值功率冬季冬季(1)290kVA , cos =0.93400kVA , cos =0.95525kVA夏季夏季(2)300kVA , cos =0.79400kVA, cos =0.83530kVA（1） 环境温度低于15C；（2） 环境温度最高为45C。103三、工作原理 v辅助变流器 CRH5动车组辅助变流器将牵引变流器DC3600V的中间直流电压变换成AC380V三相电压后输出，负责向与三相线路连接的所有设备供电，与牵引变流器安装在同一牵引变流器箱中。 辅助变流器采用IGBT元器件，
50、由以下部分组成：一个输入滤波器；一个斩波器；一个逆变器；一个输出滤波器；一个控制单元。 CRH5动车组辅助变流器工作原理示意图 动车组 辅助供电系统104CRH5动车组辅助变流器工作原理示意图DC3600中频变流器中频变流器逆变器逆变器AC输出开关输出开关105三、工作原理 v直流辅助供电 动车组每列车设8组蓄电池和电池充电机，每辆车一套，电池充电机的主要功能是用于车载电池进行充电，同时以DC24V为车载辅助设施供电。 直流电源的主要用电设备有直流变换器、照明、遥控装置、牵引和辅助转换器的所有指挥和控制部件。 直流电还被转换为+12V直流电，用于驱动各种不同设备中的操纵和控制单元。 CRH5动