1、DC600v集中供電空調客車第五章一、背景知識：單獨供電與集中供電二、 DC600v集中供電系統工作原理三、TGN型逆變器四、DC110v電源裝置一、單獨供電與集中供電單獨供電與集中供電 單獨式供電：單獨式供電方式是在單節客車上安裝一套獨立的供電裝置，有車軸式和車下懸掛柴油發電機組式(用于單節空調客車)兩種。 集中式供電：在列車中的某一輛車上一個集中電源（可以通過柴油發電機組提供也可以由接觸網通過電力機車主變壓器提供），通過電力連接器向整個列車供電，這種供電方式稱為集中式供電。集中式供電因其供電量大，輸出電壓穩定已經成為主流供電方式。單獨供電 單獨供電方式，一直以車軸式作為主導。隨著空調客車的

2、大量運用，客車用電量不斷增加，客車供電方式正處于新舊交替時期，以柴油發電機組作為電源的車輛愈來愈多。車軸式供電 列車運行時，車軸通過皮帶傳動裝置帶動感應子發電機工作，發電機輸出的三相交流電經整流后通過車體配線輸入車內供負載使用并向蓄電池充電。當列車低速運行或停車時，由蓄電池組向車上負載供電。由于這種供電方式中的發電機是交流的，其輸出經整流后成為直流，因此該供電方式又被稱為交一直流供電方式。車軸式供電 在車軸式供電方式中運用時把安裝有用電器、附件、車體配線及發電機和蓄電池組的車叫“母車”；把只安裝有用電器、附件和車體配線的車叫“子車”。一列客車即是由數輛“母車”和數輛“子車”組成，而“母車”和“

3、子車”的數量及排列要視用電量和列車編組情況而定。車軸式供電軸驅式發電機的供電系統有許多缺點。首先,客車發電機的機械傳動是一個復雜的結構部件,經常損壞,特別是在高速運行時。此外,軸驅式發電機顯著增加車輛的運行阻力。例如,在運行速度90公里/小時時,車輛的運行阻力由于有軸驅式發電機而增加28%。客車獨立供電系統由于能量多次轉換(在電力機車上電能變成機械能,之后在客車上機械能變成電能),因而效率低。它由機車的平均運用效率、減速器、發電機及蓄電池的效率所決定。此時在額定功率下供電系統的效率大約是50%集中式供電 除供電量大，供電穩定外，集中式供電還體現出如下的優點。1列車自重減小。由于沒有車下發電機、

4、傳動裝置和蓄電池組，故每輛母車的重量將減少近2t。其供電設備的平均重量僅是采用車軸式供電裝置時的五分之一左右，而每千瓦功率所占的設備重量僅為十分之一。2制造成本降低。每輛車電氣設備的價值，僅是車軸式供電裝置的三分之一到四分之一，而每一千瓦設備的價值僅是車軸式供電裝置的十分之一左右。3集中式供電系采用柴油采用集中式供電，不消耗機車功率。發電機組發電，其輸出電壓及頻率不受列車運行速度的影響。4集中式供電 就整個集中式供電來說，也存在著一些較難克服的缺點，如一旦發電機組出了故障或發電車從列車編組中摘掛時，將會影響列車供電，甚至使整個列車供電完全停止。另外還需培訓一批發電車專職檢修和管理人員。二、DC

5、600v集中供電系統工作原理DC600v集中供電系統工作原理電氣化區段運行方式25kv受電弓主變壓器整流，濾波DC600vDC600v逆變器空調熱水器DC110電壓裝置蓄電池照明等其他直流負載非電氣化區段運行方式發電車DC600v逆變器空調熱水器DC110電壓裝置蓄電池照明等其他直流負載空調蓄電池照明等其他直流負載熱水器發電車ac380v整流裝置供電及用電設備主要技術參數供電設備：用電設備：三、TGN型逆變電源第二節 TGN型逆變電源主要參數：組成及原理： 由逆變箱和控制箱組成。 控制箱主要包括控制電路和檢測電路。 逆變箱包括一個三相逆變器和一個單相逆變器。逆變控制原理123456ABCD65

6、4321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:22-Apr-2001Sheet of File:F:李 宏 電 路 圖 lihong.ddbDrawn By:QQDD2424VinZBQQ12Q1VABiRtttQQ12Q1VABiLtttTsTonTs/2TsTs/2TonVin(a)(b)(c)D2D1QQDD1313AQ4Q3Q4Q4D3Q3D4Q4單相逆變（全橋）方波逆變器 三相逆變器電路可以由三個單相逆變器組成，通常三相逆變電路采用三相橋式電路，三相橋式電路如圖所示。每個橋臂（Red leg，Yellow leg，Blue leg）相互延遲1200。三相方

7、波逆變器三相方波逆變器 當G點和N點不連接時，180O導電型工作過程，負載為阻性。 6個功率管的驅動信號如圖所示，三個單相逆變器的激勵脈沖之間彼此相差1200，每個管子都導通180O，以便獲得三相平衡（基波）的輸出。任何時刻都有3個管子導通，其導通順序為5、6、1；6、1、2；1、2、3；2、3、4；3、4、5；4、5、6；5、6、1.；每組管子導通60度。S1btt2t2tttS2bS3bS4bS5bS6b6個開關的驅動信號S1btt2t2tttS2bS3bS4bS5bS6b6個狀態的等效電路如圖所示可以求出6個狀態時三相輸出電壓：3233223211dcYNdcBNRNdcEdcEVRiu

8、VuuRVRViRRRR323232232222dcBNYNdcRNdcEdcEVRiuuVRiuRVRViRRRR323232232333dcYNRNdcBNdcEdcEVRiuuVRiuRVRViRRRR323232232444dcBNRNdcYNdcEdcEVRiuuVRiuRVRViRRRR323232232555dcYNBNdcRNdcEdcEVRiuuVRiuRVRViRRRR323232232566dcYNRNdcBNdcEdcEVRiuuVRiuRVRViRRRR由上式畫出三相輸出相電壓波形，如圖所示，可見波形每個周期由六個階梯組成，因此又稱為六階梯波。我們稱 、 、 為逆變器

9、線電壓； 、 、 為逆變器相電壓。RNuYNuBNuRYuRBuYBut32dcVRNut3dcVYNu3dcV32dcV2 3 tBNu3dcV32dcV方波逆變器的問題一、方波逆變器可以方便地調整輸出電壓的頻率，但輸出電壓的幅度在逆變環節中無法調節，通常需要增加調壓環節完成調壓功能，但這種方法使系統復雜。二、輸出電壓諧波大。)sin()(10nnntnAAtf逆變器輸出基波3次諧波5次諧波逆變器輸出基波3次諧波5次諧波)sin(11tA)3sin(33tA)5sin(55tA逆變器輸出基波3次諧波5次諧波逆變器輸出基波3次諧波5次諧波方波的各次諧波)sin()(10nnntnAAtf)si

10、n(11tA)3sin(33tA)5sin(55tA基波為13次諧波為0.335次諧波為0.27次諧波為0.149次諧波為0.1111次諧波為0.09基波為13次諧波為0.335次諧波為0.27次諧波為0.149次諧波為0.1111次諧波為0.09脈沖寬度調制（PWM） 1964年，德國學者A. Schonung 和H. Stemmler 率先提出了脈寬調制（PWM: Pulse Width Modulation）的思想，把通訊技術中的調制技術應用于交流傳動中，開創了DC-AC技術研究的新領域。方波 正弦波PWM控制的基本原理重要理論基礎面積等效面積等效原理原理定義：沖量定義：沖量相等而形狀不

11、同的窄脈沖加在具有慣性的環節上時，其效果基本相同效果基本相同。沖量沖量窄脈沖的面積效果基本相同效果基本相同環節的輸出響應波形基本相同形狀不同而沖量相同的各種窄脈沖d)單位脈沖函數f (t)d (t)tOa)矩形脈沖b)三角形脈沖c)正弦半波脈沖tOtOtOf (t)f (t)f (t)若要改變等效輸出正弦波幅值，按同一比例改變各脈沖寬度即可。SPWM波Out如何用一系列等幅不等寬的脈沖等幅不等寬的脈沖來代替一個正弦半波OutOutPWM控制的基本原理PWM控制的基本思想OtUd-Ud 對于正弦波的負半周，采取同樣的方法，得到PWM波形，因此正弦波一個完整周期的等效PWM波為：OtUd-Ud 根

12、據面積等效原理，正弦波還可等效為下圖中的PWM波，而且這種方式在實際應用中更為廣泛。Spwm逆變的實現在u ur r和u uc的交點時刻控制IGBT的通斷：在ur正半周正半周，V1通通，V2斷斷。當u urru uc c時使V4通，V3斷，u uo=o=U Ud d 。當u urr1，輸出電壓高于電源電壓，故為升壓升壓斬波電路。升壓比；升壓比的倒數記作b ，即。 b和a的關系：因此也可表示為 offtT /1EEU111oTtoff電壓升高得原因： 電感L儲能使電壓泵升的作用 電容C可將輸出電壓保持住如果忽略電路中的損耗，則由電源提供的能量僅由負載R消耗，即 ： 。 與降壓斬波電路一樣，升壓斬

13、波電路可看作直流變壓器。oo1IUEI 輸出電流的平均值Io為：RERUI1oo電源電流的平均值I1為：REIEUI2oo11Fly-back（單端反激）變換器原理 Fly-back（單端反激）變換器原理圖如圖所示。123456ABCD654321DCBATitleNumberR evisionSizeBDate:20-M ar-2001Sheet of File:F:李 宏 電 路 圖 DISANTUDrawn B y:VC CTQD1CRN1 N2ipisVO* 等效電路如圖所示，功率晶體管的門極被激勵而導通時，輸入電壓加到變壓器的初級繞組兩端，由于變壓器對應的極性，次級繞組下正上負，二極管截止，次級繞組中沒有電流流過，負載電流由濾波電容提供。123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:20-Mar-2001Sheet of File:F:李宏電路圖DISANTUDrawn By:VINTQD1CRN1 N2VO*VINTQD1CRN1 N2VO*VINTQD1