姚昕 杨建龙 刘洪涛
中车长春轨道客车股份有限公司国家轨道客车工程研究中心，130062，长春
摘 要：文章根据地铁车辆设计过程中辅助供电系统应用进行了阐述，提供一种北美典型性的地铁车辆的辅助供电的应用方法，该应用方法可以有效的提升辅助供电负载需求，文章的描述和总结可供地铁车辆辅助供电设计同行提供技术指引和参考。
关键词：地铁；北美；辅助供电系统;
中图分类号：TN03
文献标识码：A
0 引言
目前随着中国轨道交通产业“走出去”，国内轨道车辆在全球交通运输中扮演的角色越来越重要，尤其在北美轨道交通高端区域市场，中国企业获得了越来越多的订单，为北美市场建造出多个优秀的地铁项目，其中地铁车辆的辅助供电系统在车辆设计中占据极其重要作用。
1 背景技术
1.1北美地区典型的地铁车辆配置
北美车辆的基本配置为2模块为一个单元，3单元为一个编组，全动车动力编组型式：=Mc+M+M+Mc+M+Mc=（其中Mc：带司机室动车，M：动车模块）。
2 辅助供电系统方案
2.1 概述
辅助电源系统的运行独立于牵引系统。其中逆变器为整车提供3相400V交流电源，辅助逆变器箱内包括辅助模块、充电机模块及应急启动电源。辅助模块设计容量单台40kVA，单台充电机装置提供容量8kW的DC24V充电机。应急启动电源设计容量为300W。主要技术参数如下表所示：
2.2 辅助系统主电路
全车共有2台辅助逆变器，辅助系统采用可并联技术。如果运营过程中某台辅助逆变器故障，自动断开辅助逆变器输出接触器，将车辆交流母线与该辅助逆变器隔离，车辆由剩余的一台辅助逆变器为车辆所有交流负载供电。两台辅助采用并网设计，一台辅助故障，仍能保证交流母线有电，并在负载降功率的情况下正常运行，保证了冗余设计。
充电机包含在辅助逆变器箱体内部，在一台故障的情况下，仍能保证列车的24V供电系统正常运行，保证了冗余设计，提高了列车的可靠性。
功率单元采用强迫风冷，散热功率大，因此IGBT开关频率可以大大提高，从而减小了交流输出波形谐波含量，使得电源质量得到提高，对车载中压设备起到更好的保护作用。支撑电路采用高压薄膜电池，大大延长了产品使用寿命和维护周期，提升了产品的可靠性。
图1辅助供电主电路原理图
正常运行时，DC750V电压进入隔离开关箱内，经过辅助熔断器给辅助逆变器供电。在车间调试和维护时，可采用车间电源给辅助逆变器供电。
DC750V高压电进入辅助逆变器，经过滤波电抗器、预充电电路、高频DCDC变换电路整流输出DC600V，由三相IGBT全控桥功率模块将直流DC600V逆变为三相交流电，再经三相交流LC滤波器最终输出三相400V/50Hz交流电，供交流负载使用。
DC/DC变换电路由斩波电路、高频变压器、直流滤波电路组成。DC600V经过可控斩波电路变化为高频信号，最后再经过变压器降压滤波后变化为直流电压，给正常低压负载和蓄电池组负载供电。
2.3 主要组成电路
2.3.1直流滤波电路
直流滤波电路由滤波电抗、支撑电池组成。滤波电抗和支撑电池组成LC滤波电路，用于滤除直流输入电压谐波，稳定输入电压。
2.3.2预充电电路
直流750V输入电压上电后，先闭合充电接触器，通过预充电电阻对支撑电池进行限流充电。当检测到电池两端电压与直流750V输入电压压差小于50V后，控制主接触器闭合，随后断开充电接触器。充电时间约为1秒，通过预充电电阻的限流充电，可以减小充电电流对支撑电池的冲击，延长其使用寿命。
系统配置有固定的负载电阻，当逆变器停止工作，接触器断开后，支撑电池残余电荷将通过负载电阻自动泄放。
2.3.3 功率模块
功率模块采用IGBT器件构成DC/DC全桥斩波电路和DC/AC逆变电路，并且集成了支撑电池FC、输出电流传感器，门极驱动电路、吸收电路、低感母排、温度开关、温度传感器等。门极驱动电路接收ACU发出的PWM控制信号对IGBT进行开关操作，同时实现IGBT的过流保护及故障检测等功能。低感母排采用多层复合母线排，杂散电感小，有效抑制di/dt形成的关断过电压，避免损坏IGBT。模块散热方式采用强迫风冷，以满足系统运行需求。
2.3.4交流输出电路
功率模块将750V直流输入经高频DCDC电路及逆变电路后，经三相LC低通滤波器，得到准正弦的三相400V交流电，通过三相输出接触器，给整车提供三相交流电源。
2.3.5充电机模块
充电机模块包括斩波电路、变压器电路、直流滤波电路等。斩波电路将直流电压斩波，变压器电路将高频电压变化为低压，直流滤波电路将变压器后的低压进行滤波，得到DC24V电压，对整车低压回路进行供电。
2.3.6应急启动电路
蓄电池欠压时，蓄电池箱内欠压继电器保护，蓄电池无法投入，无法为列车DC24V负载供电，充电机控制器无法启动，应急启动电源检测到高压及蓄电池欠压后，输出DC24V电压，为DC/DC变换装置和辅助逆变器提供控制电，保证辅助电源系统能够重新启动。
3 结论
基于本文所述的北美地铁车辆的典型辅助供电系统应用，可满足北美高端用户的车辆辅助供电需求。按照该辅助供电系统方案的应用，已经通过分析和试验证明了其有效性和可行性，并且在生产中得到应用。
参考文献：
[1] 胡坤镜等.机车车体强度仿真分析模板开发与应用[J].电力机车与城轨车辆.2014,37(6):60-63.