浅谈动车组充电机技术

张原野

摘 要：本文介绍了我国自主研发的动车组关键技术之一，充电机相关技术。充电机连接到3AC380V交流母线，额定输入电压为3AC380V/50Hz；输出到蓄电池1和蓄电池2充电，同时为与其相连的DC110V系统和负载供电。充电机结构复杂，由两个BC单元并联组成。罗列了充电机的主要功能，以及日常运营时检修保养的方法。

关鍵词：动车组 充电机 检修保养

动车组全列通过受电弓连接到接触网接受电能，将电能转换成列车运行所需的动能。同时将2.5Kv高压三相电转换成不同频率、不同电压、不同制式的电力，为动车组上各类辅助用电装置供电。动车组的中低电压用电装置包括：高压散热设备，车内环境控制（空调），水系统，旅客信息系统等，车门等。

充电机检测到输入电能符合启动条件后，首先闭合预充电接触器，经过预充电电阻对三相不可控整流桥之后的支撑电容进行预充电，当直流支撑电容电压达到设定电压值时闭合主接触器，后级的变换电路开始工作，转换电路模块将中间直流电转换为高频交流电，经高频变压器传递到变压器的副边，副边的交流电再经整流电路变为脉动的直流电，最后通过输出侧的滤波电路滤波，输出为稳定直流电压，为蓄电池充电和车辆DC110V直流负载供电。

1 充电机结构

我国自主开发的动车组辅助供电系统共包含2台充电机和2组蓄电池箱，充电机的额定输出功率为2×30kW，充电机与蓄电池箱配合安装。充电机的安装方式采用吊装式，分别安装于1/8车。充电机作为动车组辅助供电系统的关键部分，其主要功能是将辅助变流器输出的3AC380V交流电转换为DC110V直流电，为蓄电池充电和车辆照明等直流负载供电。充电机由两个BC单元并联组成，每个BC变换电路包含：预充电电路、PM功率模块、变压器、整流电路输出滤波电路。DC-DC直流变换电路实现中间直流到输出脉动直流的转换，输出滤波电路则将脉动直流变换为稳定的直流电压供给车辆负载和蓄电池。动车组充电机箱体器件布局如图：

图1 充电机俯视图

1：PM2模块 2：PM1模块 3：BC1磁性器件安装板 4：主接触器安装板

5：6U机箱 6：输入电抗器R5 7：主风机 8：BC2磁性器件安装板

2 充电机主要功能

充电机将3AC380V转换为幅值可调的直流电为电池充电和列车DC110V负载供电，除电压转换功能外充电机还具有通信、故障保护等功能，具体介绍如下：

（1）充电机可以进行恒压、限流、浮充电的充电模式转换；

（2）充电机具有输入过压、输入欠压、输出短路、功率元件故障、接触器故障、过热等故障自检及保护功能；

（3）充电机具有数据记录、转储、下载、软件分析等功能，以便存储分析充电机运行状态、故障、充电过程数据、充电状态切换等；

（4）充电机具有通信功能，可通过MVB实现与整车网络的信息互换；

（5）充电机具有电池类型识别功能，可自动识别碱性蓄电池和锂电池类型，并按电池特性进行充电。碱性蓄电池条件下，充电机具有温度补偿功能，可根据蓄电池的温度对充电电压、充电限流值进行补偿；锂电池条件下，充电机响应锂电池的充电请求；

（6）充电机输出接触器具有断电延时30s功能，当充电机接受到“蓄电池OFF”信号后，充电机输出接触器延时30s断开。

3 充电机散热模块

充电机运行时的额定功率60kW，关键结构及变压器等部件发热严重，为降低充电机运行时的温度，确保各部件安全有效的工作，其散热模块尤为重要。充电机的冷却形式选择强迫风冷。

充电机箱体分为通风空间和非通风空间，通风空间采用交流主风机进行冷却，非通风空间采用DC110V直流风机。主风机位于主风道内，主要对功率模块、输入电抗器及输出二极管进行散热。主风机的转速根据检测的温度进行控制，主风机尽量保持低速，当温度上升后在进一步提升风机转速，这样确保污染程度、噪声等级和风机损耗最小。控制器检测温度并根据温度直接开关主风机和风机调速，风机自足工作，无需外界干预。

4 充电机的维护检修和保养

为确保可以自由的进入箱体进行检修工作，充电机检修门及底部等应至少保留1m的距离，通过检修坑道从下方可以进入箱体。在维修过程中，需要打开或者移除维护挡板和盖，在打开挡板和盖前清理挡板和底盖上或周围的任何脏东西。目视检查进风口是否有污垢，若有污垢用压缩空气清理进风口。先从外部进行清理，再打开进风栅挡板然后用真空吸尘器从内部打扫进风口区域。若污染严重，·先从外面清理。卸下进风栅的外部安装螺丝，把格栅从挡板里拿出。然后用压缩空气或者高压清洁器清理。检查箱体外部挡板、盖、风栅、连接器、线缆及吊脚，发现破损的情况要及时更换。检查所有的螺丝、螺栓的连接是否扭固。检查接地端子是否扭紧。

5 充电机故障自处理功能

充电机系统发生故障后，其主控制器及功率模块控制器会进行故障诊断并采取相应的故障保护措施。若运行中诊断出一个模块故障，充电机会将受影响元件断开以保护系统和连接的负载。根据不同的故障类型和故障特点，充电机会做出对应的处理措施：

（1）警告：对于有些不会损坏充电机器件的故障（如：MVB通信故障），充电机会给出故障警告，但不会停机。

（2）故障重启：次要故障时，一旦故障排除受影响的元件会再自己重启动。故障停机：对于某些次要故障，重启后故障仍无法消除，故障依然存在，几次重启后充电机会进入“锁死”状态，

（3）故障停机；对于像 “短路”等更严重的故障，充电机会直接停机进入“锁死”状态。充电机进入“锁死”状态后，受影响模块或者所有系统将不能自行重启。为了排除这些故障维修人员不得不采取措施，断开控制系统供电电源或者进行软件复位。

6 小结

充电机是动车组技术中的关键环节，在运行时，为动车组的蓄电池和低压用电设备供电。充电机启动后，直流变换电路实现中间直流到输出脉动直流的转换，输出滤波电路则将脉动直流变换为稳定的直流电压供给车辆负载和蓄电池。此外充电机还具有通信、故障保护等功能。