CRH5 型动车组辅助变流器的研究

吉林铁道职业技术学院 李万鹏 滕莉娜 郑涛

引言

随着动车组的引进、消化、吸收工作的不断推进，动车组已经成为我国主流的交通运输工具，辅助变流器作为动车组辅助供电系统的核心元件，直接影响着列车关键部件的冷却系统、伴热系统、与乘客舒适度相关的空调系统的正常工作[1]，是列车牵引系统稳定工作的前提。

近些年，国内学者针对动车组辅助供电系统及辅助变流器元件做了大量研究。上海铁路局上海动车段赵雯以CRH3 型动车组辅助变流器为研究对象，分析该车型在检修过程中发现的辅助变流器故障，并提出改进措施，以达到降低故障率的预期目标[2]。新疆铁道职业技术学院崔秀军以四种不同类型的动车组作为研究对象，通过进行有效的对比以及具体情况的分析，使技术工作者认清辅助电气系统的运行机理，以及具体的工作流程[3]。西安铁路职业技术学院张应和以动车组辅助电源系统为研究对象，对其供电方式和结构进行分析和研究，得出了三相交流辅助电源和辅助整流装置的输出电压- 电流特性[4]。

本文重点介绍CRH5 型动车组的辅助变流器的结构和工作原理，对辅助变流器的常见故障原因进行分析并给出处理方法，以便于工作者掌握。

1 辅助变流器的结构

CRH5 型动车组辅助变流器与牵引变流器处于同一箱体中，辅助变流器在该模块中的位置见图1。

辅助变流器采用IGBT 二级变换形式，电路包括：单级线路隔离开关（KAUX）、输入滤波器、斩波器、高频变压器、单相整流桥、中间滤波器、三相辅助逆变器、输出滤波器、EMI 滤波器、输出接触器（TLU）、辅助变流器控制器（ACU）、手动隔离开关（SMT400）。

2 辅助变流器的工作原理

当25KV 的高压电经车顶主变压器的原边绕组后，进入到牵引变流器的电压为AC1770V，进入牵引变流器后首先经过四象限脉冲整流器，变为DC3600V[5]，直流电通过图1 中4.8LAD 和BD 输入，通过LAUX 进行滤波，进入斩波器，斩波器前端采用4个1200A IGBT 构成2 个辅助斩波器，可以把直流电变成单相交流电，通过2 个600A IGBT 和8 个整流二极管将输出的单相交流电变为直流电，中间环节的直流电采用三相两电平的IGBT 逆变器进行逆变，该逆变器则是由6 个1200A 的IGBT 和反并联的二极管构成的辅助逆变器，从而输出功率比较大的三相交流电，同时，为了保证输出滤波的品质，采用了LU1、LU2、LU3 的电感和CU1、CU2、CU3 电容模拟滤波器以及EMI 的抗电磁干扰滤波器对三相交流电进行滤波，通过这种组合输出稳定的三相交流电，辅助变流器工作原理参见图2。

图2 辅助变流器工作原理示意图

3 辅助变流器常见故障及处理

CRH5 型动车组共设有5 台辅助变流器，分别安装在Mc2、M2s、M2、Mh、Mc1 车上，每台辅助变流器给予其连接的三相AC380V/50Hz 线路的中压负载（空气压缩机、冷却通风机）和充电机供电。为了保证中压线路的供电正常，动车组的Tp、T2、Tpb车上配置有接触器箱MT1、MT2、MT3，接触器箱内设有接触器KL1~KL4，允许在正常情况下切换中压线路。

当5 台辅助变流器均未出现故障的情况下，Mc2 车上的辅助变流器需要给Mc2 车负载和Tp 车La 负载进行供电，M2s 车上的辅助变流器需要给M2s 车负载和Tp 车Lb 负载进行供电，M2 车上的辅助变流器需要给M2 车上La 和Lb 负载和T2 车上La 和Lb 负载进行供电，Mh 车上的辅助变流器需要给Mh 车负载和Tpb 车Lb 负载进行供电，Mc1 车上的辅助变流器需要给Mc1 车负载和Tpb 车La 负载进行供电，此时，仅T2 车上的MT3接触器箱中的KL1~KL4 接触器闭合，其余接触器箱中的接触器均断开，辅助变流器工作时中压接触器关断状态如图3 所示。T2 车La 负载和M2 车La 负载供电。

图3 辅助变流器工作时中压接触器关断状态

以上给出了4 种辅助变流器发生故障后，通过拖车上配置的接触器来切换中压线路，保证了列车所有负载的正常工作，除以上情况外，还可能发生的情况有：Mc2 和Mc1 车上的辅助变流器发生故障、M2 和Mh 车上的辅助变流器发生故障和M2s 和Mc1 车上的辅助变流器发生故障等，若发生以上故障，各中压接触器箱内的接触器详细关断情况见表1，其中c 代表闭合，o 代表断开。

表1 中压箱各接触器的详细关断情况

当5 台辅助变流器出现故障时，可通过拖车上的接触器箱内的接触器进行组合，从而为中压负载进行供电，下面列举几种关断情况:

（1）当Mc2 或Mc1 车辅助变流器出现故障时，可将Tp 车或Tpb 车上MT1 箱内KL3 接触器闭合，T2 车上的MT3 箱中的KL1~KL4 接触器闭合，其余接触器箱中的接触器均处于断开的状态，此时，M2s 或Mh 车上的辅助变流器除了给本车负载和Tp或Tpb 车上的Lb 负载供电外，还需要给Mc2 车或Mc1 车负载和Tp 或Tpb 车上的La 负载供电。

（2）当M2 车辅助变流器出现故障时，可将M2 车MT2 箱内接触器KL2 和KL4 闭合，T2 车上的MT2 箱中的接触器KL2 和KL4 闭合，T2 车上的MT3 箱中的接触器均断开同Mh 车和Mc1车隔离，其余接触器箱中的接触器均处于断开的状态，此时，Mc2车上的辅助变流器除了给本车负载和Tp 车上的La 负载供电外，还需要给M2 车上的La 负载供电，M2s 车上的辅助变流器除了给本车负载和Tp 车上的Lb 负载供电外，还需要给M2 车上的Lb 负载供电，Mc1 车上的辅助变流器除了给本车负载和Tpb车上的La 负载供电外，还需要给T2 车上的La 负载供电，Mh 车上的辅助变流器除了给本车负载和Tpb 车上的Lb 负载供电外，还需要给T2 车上的Lb 负载供电。

（3）当Mc2 和M2s 车辅助变流器出现故障时，可将Tp 车上MT1 箱内KL3 接触器闭合，M2 车MT2 箱内接触器KL1 闭合，T2车上的MT2 和MT3 箱中的接触器KL2 和KL4 闭合，其余接触器箱中的接触器均处于断开的状态，此时，M2 车上的辅助变流器需给Mc2 和M2s 车上的负载和Tp 车上的La 和Lb 负载供电，Mc1 车上的辅助变流器除给本车供电外，还需要给Tpb 车La负载、T2 车La 负载和M2 车La 负载供电，Mh 车上的辅助变流器除给本车供电外，还需要给Tpb 车Lb 负载、T2 车Lb 负载和M2 车Lb 负载供电。

（4）当Mc2 和M2 车辅助变流器出现故障时，可将Tp 车上MT1 箱内KL3 接触器闭合，T2 车上的MT2 箱中的接触器KL2和KL4 闭合，T2 车上的MT3 箱中的接触器KL2 和KL4 闭合，其余接触器箱中的接触器均处于断开的状态，此时，M2s 车上的辅助变流器除给本车供电外，还需给Mc2 车上的负载和Tp 车上的La 和Lb 负载供电，Mh 车上的辅助变流器除给本车供电外，还需要给Tpb 车Lb 负载、T2 车Lb 负载和M2 车Lb 负载供电，Mc1车上的辅助变流器除给本车供电外，还需要给Tpb 车La 负载、

综上所述，每个辅助变流器最多能给三辆车的负载供电，所有辅助变流器不并机工作[6]，Mc2 车或M2s 车辅助变流器故障可通过Tp 车KL3 闭合实现扩展供电，Mh 车或Mc1 车辅助变流器故障可通过Tpb 车KL3 闭合实现扩展供电，Mc2 车和M2s 车或Mh 车和Mc1 车辅助变流器故障可通过M2 车供电，Mh 车辅助变流器故障时负载分别分给Mh 车、Mc1 车和Mc2 车、M2s 车。

4 结语

CRH5 型动车组中压供电部分是动车组中压设备正常运行的基础，辅助变流器作为辅助供电系统的核心元件，直接影响着列车关键部件的冷却系统、伴热系统、与乘客舒适度相关的空调系统的正常工作，熟练掌握辅助变流器的结构、工作原理有助于工作人员更好地排查、判断和处理电路的故障，通过对辅助变流器的常见故障进行分析，得到了每个辅助变流器最多能给三辆车的负载供电，这样能够最大限度地保证列车稳定运行，供工作人员借鉴。