轨道交通列车直流斩波器研究

发表时间:2021/6/17   来源:《科学与技术》2021年第29卷2月6期   作者:李世春,张健,张文超
[导读] 随着科学技术的发展和国民经济水平的飞速提高,轨道交通业呈现出蓬勃发展的局面,在我国国民经济中起着愈来愈重要的作用
        李世春,张健,张文超
        中车青岛四方机车车辆股份有限公司,山东青岛,266111
        摘要:随着科学技术的发展和国民经济水平的飞速提高,轨道交通业呈现出蓬勃发展的局面,在我国国民经济中起着愈来愈重要的作用。本文浅显地对轨道交通列车用直流斩波器结构及其工作原理进行了阐述,希望能够对专业工作人员有所帮助,促使专业人员更加深入的进行直流斩波器研究,从而改善动车组的生产质量,保障动车组的安全运行。
        关键词:轨道交通列车、直流斩波器、结构、原理
        1.引言
        近年来,随着国家铁路建设的发展,高速铁路交通发展十分迅猛,轨道列车的普及为人们的日常出行带来了极大的方便,是当下客运业务的主力军。高速铁路是当今世界铁路发展的潮流。高速铁路以其速度高、运量大、准点率高、对环境污染小、占用土地少、安全、可靠等优势在世界各国得到了大力发展。全国各大城市都在大规模地建立或扩展城市轨道交通网,我国轨道交通展现出一派生机勃勃的景象。高速轨道交通列车作为高速铁路网的重要组成部分,速度更快、牵引功率更强,对列车及其零部件的质量要求也更高。轨道交通列车用直流斩波器的作用是将直接将直流电变为另一直流电,在轨道交通列车运行中扮演十分重要的角色,一旦出现问题,将会带来危及行车安全的严重后果。
        2.直流斩波器结构及工作原理
        直流斩波电路的功能是直接将直流电变为另一直流电。其一般结构如图1所示。


        斩波控制调压技术是一种高性能的交流调压技术。直流电压变换电路中,由于输入电源为直流电,因此对开关元件来说,其电流无自然过零点,元器件的切换只能通过一些强迫换流措施来实现。由于强迫电流需要较大的换流电容器、辅助晶间管等,造成了线路的复杂化和成本的提高,因此,直流电压变换电路多采用全控型开关器件。直流斩波电路是通过控制直流电源的通断时间来对负载上的平均电压和功率进行控制的。直流斩波电路一般是指直接将直流变成直流的情况,不包括直流-交流-直流变换的情况。
        3.直流斩波器电路分析
        直流斩波有六种基本电路形式:降压斩波、升压斩波、升降压斩波、Cuk斩波、Sepic斩波和Zeta斩波。其中降压斩波和升压斩波是基本电路。Cuk斩波电路、Sepic斩波电路以及Zeta斩波电路也是起到升降压的作用。轨道交通列车用直流斩波器是降压斩波电路,主要采用Buck电路形式。
        3.1 Buck电路
        Buck电路如图2所示,为斩波降压电路,其输出电压平均值低于输入电压。该电路使用全控型器件,若为晶阐管,须设置使晶间管关断的辅助电路,在其关断时给负载中的电感电流提供通道,设置了续流二极管。如果斩波电路中负载不带有反电动势,可使图中的Em为零即可。


        开关器件导通后,电源向负载供电,负载电压即为电源电压,负载电流按指数曲线上升。当开关器件关断后,负载电流经过续流二极管续流,负载电压近似于零,负载电流呈指数曲线下降。至一个周期结束后,再驱动开关器件导通。当处于稳态工作状态时,一个周期内的负载电流初值等于终值。
        3.2 Boost电路
        Boost电路为升压斩波电路,其输出电压平均值高于输入电压。该电路也使用的是全控型开关器件。假设电路中的电感值很大,电容值很大,当开关器件处于通态时,电源向电感充电,电流恒定,电容向负载供电,输出电压恒定。当开关器件处于断态时,电源和电感向电容充电,并给负载提供能量。
        3.3 Boost-Buck电路
        Boost-Buck电路也为升降压电路,假设电路中电感值很大,电容值很大,使电感电流和电容电压即负载电压基本恒值。开关器件导通时,电源经开关器件向电感供电使其储能,同时电容维持输出电压恒定并向负载供电。开关器件断开时,电感的能量向负载释放。负载的电压极性与电源的电压极性相反,该电路为反极性斩波电路。
        4.结语
        随着高速动车组列车的不断发展,高速动车组列车已成为人们出行的主要工具之一,我国高速动车组列车的发展也己经走在世界前列,高速动车组列车更多地进入到了人们的生活当中,人们的出行和动车组息息相关,同时人们再追求出行高速度的同时,也时刻关心着出行是否安全的问题,所以相关从业人员应该更加地重视对轨道交通列车用直流斩波器的研究,保障人们的出行安全。
参考文献:
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[2]高峰.IGBT直流斩波器在ZK10-6/550-4C工矿电机车的应用[J].煤炭与化工,2017,40(12):75-77.
[3]熊成林,冯晓云.不同结构的列车辅助供电系统分析与比较[J].机车电传动,2008(02):15-19+23.
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