城市轨道交通电客车辅逆系统及辅助供电技术

刘暘

摘要：城市轨道车辆的辅助逆变器是城市轨道车辆上的一个重要电气设备，其主要功能是为车辆上的低压设备提供不同的电压和不同的功率，辅助逆变器的正常工作直接关系到车辆照明系统、空调系统及风机系统等部件的使用性能。此外，城市轨道客车输出的电能质量会直接影响到车辆运行的安全性。

关键词：城市轨道车辆；辅助供电系统；辅助逆变器

1城市轨道交通电客车辅逆系统常见故障分析

1.1轨道客车弱电半导体器件引起故障

在城市轨道交通电客车辅助逆变系统中使用了大量的弱电半导体器件，因此由于弱电半导体器件引起的辅助逆变系统故障是较为常见的故障类型。当弱电半导体器件发生失效故障时，会直接导致系统发生部分功能丧失，严重时甚至会导致系统发生完全性的功能丧失。引起辅助逆变系统中弱电半导体失效的原因有很多，其中包括弱电半导体器件本身的可靠性、工作环境、组装方式及工作条件等，随着生产工艺的不断发展，弱电半导体器件的质量得到了显著的提升。

此外，针对外部因素导致的弱电半导体失效问题，需要相关轨道客车技术人员在实际操作的过程中注意辅助逆变系统的温湿度、静电保护、机械保护和过电应力失效等。

1.2轨道客车电力半导体器件引起故障

强烈的电浪涌干扰是城市轨道客车辅助逆变系统在实际工作中不可规避的问题，这种强烈的电浪涌会给半导体器件造成严重的损坏，因此由于电力半导体器件而引起的辅助逆变系统故障发生的比例最高。为了提高轨道客车辅助逆变系统工作的稳定性，就需要为其配备相应的保护装置。此外，在保护装置设计的过程中，人们对器件保护措施的认识不足也会引起电力半导体器件的失效，从而导致轨道客车辅助逆变系统发生功能性故障。

1.3轨道客车电容器引起故障

为了提高辅助逆变系统输出电压的稳定性，常在系统中使用具有稳压功能的铝电解电容器，通过总结实际的工作情况发现，由于铝电解电容器失效而引起的辅助逆变系统故障也是常见故障之一。铝电解电容表面的氧化铝保护膜会在实际的使用过程中发生损坏，虽然其本身具有一定的自愈性能，但当氧化膜被破坏的速度超过自愈速度时，电容器即使在额定电压下工作也会发生击穿事故，造成电容器的永久性损坏，在极端情况下甚至会使辅助逆变系统发生爆裂事故。

2轨道客车辅助供电系统的选择分析

2.1以逆变器电路原理为基准选择

城市轨道交通客车可以根据辅助供电系统逆变器电气结构的不同进行选型，通常按照内部结构的不同，可以将逆变器分为直接逆变和先经过升/降压稳压后逆变两种方式。其中，结构较为简单的是直接逆变的形式，该形式的逆变器在开关器件的选择上通常以GTO或IGBT为主，其常以受电弓或第三方作为其辅助逆变源。直接逆变的方式电路结构简单，涉及的电子元件相对较少，因此控制起来更为方便，但是在实际应用的过程中容易受到电网输入电压的影响。升/降压稳压后逆变的方式相比于直接逆变来说，可以使逆变器的输入电压稳定，因此可以为逆变器提供更加安全的保护，通常情况下其逆变器通过PwM进行控制，因此在进行选择时需要关注开关频率的问题，一方面防止由于开关损坏过高而影响到逆变器的效率，另一方面防止由于“死区”问题影响输出效率。

2.2从逆变器的电路构造选型

目前常用的逆变器可分为单逆变器型和双逆变器型两种，这两种逆变器在电路构造上存在不同，同时按照逆变方式的不同，单逆变器又可以分为直接逆变和升/降压逆变两种，而双逆变器型又可分为串联型与并联型两种，其中单逆变器型是目前较为常用的类型。双逆变器型的开关频率相对较低，通常情况下仅能达到150Hz左右，因而使得系统的损耗较小，逆变器的效率较高，对输出滤波器的要求不高，可以在较高压的逆变器中使用低压的电力电子器件。单逆变器的组成电路结构简单，使用的电子元件较少，可靠性高，此外PWM输出的谐波含量小，便于控制谐波分量。由于逆变器的输出电压在进入隔离变压器前会先经过交流滤波网络，因此变压器中的谐波损耗较小。

2.3从DC/DC变流器型式选型

城市轨道客车的DC/DC变流器通常情况下可以按照直接变换和间接变换两种情况工作，其中直接变换的工作方式并不会对辅助逆变器造成影响，一般情况下直接变换会采用半桥高频逆变降压后整流的方式工作。间接变换在进行工作时需要经过辅助逆变器供电后再进行降压整流。

3结语

城市轨道车辆的辅助逆变器和辅助供电系统是保证列车稳定行驶的重要电气设备，其中辅助逆变器可以为车辆上的低压设备提供不同要求的电压和功率，而辅助供电系统的供电质量直接关系到列车运行的安全性与可靠性，因此在实际工作中掌握该部分的故障类型和选择标准可以有效地保证城市轨道车辆的行驶质量。

参考文献：

[1]康劲松，陶生桂.城市地铁与轻轨车辆辅助系统的发展[J].变频器世界，2004（11）：7一l0.

[2]许斌.地下鐵道供电制式与受流方式分析[J].硅谷，2009（4）：28—29.

[3]黄虎.城市轨道交通系统动车受流方案的比较分析[J].城市轨道交通研究，2005，8（4）：72-75.

[4]朱俐琴.城市轨道交通系统供电制式与受流方式分析.电力机车与城轨车辆，2003，26（3）：29-31.

（作者单位：宁波市轨道交通集团有限公司运营分公司）