电力机车辅助电源系统的分析与比较

时间：10-28 来源：EDN 点击：

3 直流电源系统

目前铁道机车上直流电源系统有相控型(AC／DC)直流电源系统和IPM高频开关 (DC／DC)电源系统。传统的相控直流电源由于器件和技术两方面的原因，工作频率低，体积大，噪音高，技术指标和可控性都较差。高频开关电源是采用软开关技术的一种高效、高精度电源，可多模块并联_丁作。该电源的电池兼容性高、直流可控性好、功率因数高、噪音低、均流性好、体积小、直流成分纯净度高，各项技术指标均远远优于传统可控硅电源，是相控电源更新换代的理想产品。由于输入输出接口都采用硬接插件(热插板)连接方式，维修更换极为简便，所以特别适合电力机车动态负荷多、稳压、稳流、纹波精度要求高和N+1的冗余配置的要求。现将晶闸管相控电源直流系统与高频开关电源直流系统做一比较，如表1所示，其余性能指标满足TB1395-81中的要求。

4 其他系统

电力机车除了三相负载，常见的还有单相220 V、50 Hz负载。通常有两种获得单相220 V、50 Hz电源的途径：(1)在有三相辅助变压器的系统中，变压器输出三相380 V交流电，并有中性点，即可取三相交流电的相电压。该方法简单、直接；(2)采用单相变压器将三相交流电的线电压降压为单相交流220 V。该方法多一个变压器，且会引起三相电源负荷不平衡，一般应用在无三相辅助变压器的系统中。

5 几种典型机车的辅助电源系统

在机车辅助电源系统中，机车直流电源系统比较简单，在进行辅助电源系统比较时主要进行三相交流辅助电源系统的比较。表2归纳了国产交一直传动韶山7E(简称SS7E)型电力机车和交一直一交传动HXD1、HXD2、HXD3 三种型号的"和谐"系列电力机车的辅助电源系统。

SS7E型电力机车三相交流辅助电源系统，采用四象限整流器将送入的单相340 V交流电转变为直流600V中间电压，再由逆变器将直流600 V转变为三相380 V，经EMC滤波器滤波后输出，一路作为机车用三相辅助电源，另一路经LC滤波器再次滤波后为自身冷却风机提供三相电源。

HXD1机车由三相变压器将三相恒压恒频交流电(440 V、60 Hz)变为三相230 V、60 Hz交流电，供给相应负载。另外，由于HXD1机车三相交流电压为440 V、60 Hz，为与国内设备兼容，设置了DC110 V／单相230 V、50 Hz转换模块。

通过上述分析可以得到如下结论：

(1)采用交一直一交型辅助变流器，必须在牵引变压器上增加辅助绕组给逆变器供电，因此系统对机车主电路的要求较高。但由于系统只需要进行交一直、直一交两个环节的变换，开关器件的额定电压低，所以器件数量少、成本低，整个系统效率高，技术实现较容易。

(2)采用直一交型辅助变流器，可省去辅助绕组，提高机车再生制动时的能量利用率。其中：①对于中间环节电压不是很高的系统(一般不超过2 000 V)，可直接利用逆变器进行逆变，然后再经降压变压器降压。这种结构中间环节少、控制简单、开关器件少，系统的效率较高。但由于开关器件电压等级较高，基于降低能耗考虑，其开关频率会受到限制，因此输出电压波形不会很理想，而且降压变压器也会使机车增加额外重量，增加成本。②对于中间环节电压超过2 000 V的，一般采用直一直变换，中间电压600V左右，然后进行逆变。这种结构在直一直变换环节比较复杂，器件多、电压等级较高，还需要增加脉冲变压器进行隔离，因此系统复杂、效率较低。

6 结束语

通过对电力机车辅助电源系统进行分析和比较，可以看出，在现有开关器件制造水平和性价比的基础上，采用交一直一交型的辅助电源系统具有一定的优势，但对机车牵引变压器的要求较高：采用直一交型辅助电源系统，虽然可以去掉辅助绕组，提高机车再生制动时的能量利用率，但也存在系统重量增加，效率降低的问题。

随着IPM等开关器件和微机控制技术的发展，今后的电力机车辅助电源将向装置更小轻量化、低噪声、大容量、高可靠性等方向发展。

编辑：博子

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