动车组380A辅助电源装置的工作原理分析与研究

邓命 曾照平 张素洁

【摘  要】论文阐述了辅助电源装置的功能与特点，并对辅助电源装置的输入电源、工作过程控制以及输出电路进行了分析。

【Abstract】The paper describes the functions and characteristics of auxiliary power unit， and analyzes the input power， working process control and output circuit of auxiliary power unit.

【关键词】辅助电源装置;输入电源;工作过程控制;输出电路

【Keywords】auxiliary power unit; input power; working process control; output circuit

【中图分类号】U266                                             【文献标志码】A                                                 【文章编号】1673-1069（2021）06-0195-02

1 引言

辅助供电系统采用干线供电方式，电源系统贯穿全列车。380A动车组每列设置3台辅助电源装置（APU），安装在1号（APU1）、5号（APU3）、8号（APU2）号车体底下。1号、8号车的APU是分别向1～4和5～8号车的牵引变流器通风机（4、5号车除外）、牵引变压器通风机（4号车除外）、压缩机等提供电力的三相交流输出，向辅助电路、监视装置、制动装置、关门装置、牵引变流器控制等提供电力的单相直流输出，向空调控制、显示器、水泵装置、辅助制动等提供电力的单相交流输出的电源装置。此外，APU1/APU2上还内置有能将牵引变压器3次输出AC400V变为AC100V的辅助变压器（ATr）。5号车的APU3是向4号车的牵引变流器通风机、牵引电机通风机和牵引变压器通风机提供电力的，同时，也向5号车的牵引变流器通风机和牵引电机的通风机提供电力。

2 APU的输入电源

2.1 控制电源

APU启动，必须先激活控制部分，APU没有工作之前，都是由蓄电池供电，蓄电池通过Batk1向103线供电，如图1所示。

103线通过APUCN给113线供电，再经过滤波器FIL给APU控制板的接口提供电源，这样APU的主板就有了电源。

2.2 能量电源

当ACK1闭合后，主变压器的3次绕组经过704线、754线，将单相、400V、50Hz的电源通过ACK1输入辅助电源装置中，然后通过辅助整流器，从辅助电源装置向103线提供DC100V电源。主变压器的3次绕组另外一路电通过ATN输入ATr。

2.3 输入侧的电源监控电路

当检测到输入侧704线、754线发故障时，电压互感器VDTN的常开触点会断开，常闭触点会闭合，此时，监测装置的电路会接通，之后反馈一个信号给列车信息控制装置。同样，当ATr的输入侧有故障时，ATN的常开触点会断开，常闭触点会闭合，监测装置的电路会接通，也会反馈一个信号给列车信息控制装置。无论是哪一种情况，在MON显示屏上会闪现故障信号。

3 APU的工作过程控制

3.1 缓冲电路

缓冲电路由接触器IVK1、IVK2、充电电阻RC组成。由于交流接触器ACK1合闸瞬间，有一个很大的冲击电流，会损坏脉冲整流器中的二极管，因此，一般会设置一个缓冲电路。

其工作原理为：控制电源接通后对CPU进行1s的初始化处理。闭合VCB，当APU输入电压达到250V以上时，通过来自CPU的指令，DCHKAR被励磁，DCHK的常闭触点会断开，这样就将APU中间支撑电路放电电路断开。DCHK断开0.5s后，通过来自CPU的指令，IVK2AR被励磁，IVK2AR的常开触点会闭合，这样，IVK2的线圈会得电，IVK2接通，通过充电电阻对滤波电容器ACFC进行初期充电。接通IVK2后，中间支撑电路电压达到一定值时，IVK2AR失电消磁，通过来自CPU的指令，IVK1AR被励磁，IVK1AR的常开触点会闭合，这样，IVK1的线圈会得电，此时接通IVK1，不通过充电电阻对滤波电容器进行直接供电。

3.2 输入滤波电路

输入滤波电路由电容器ACFC、电感ACL1构成，主要作用是降低从架线流入脉冲整流器/逆变器上的高频电流。

3.3 脉冲整流电路

脉冲整流电路由全控型电力电子器件IGBT和不可控型电力二极管构成。脉冲整流器将牵引变压器的单相交流输出电压变换成直流的恒定电压。控制方式使用了大容量IGBT的脉宽调制方式（PWM）。IGBT的导通与关断都是由主控制板中的脉冲整流器控制模块来控制的。当接通IVK10.5s后，投入脉冲整流器门控。

3.4 中间支撑电路

中间支撑电路主要由放电电阻DCHKR、放電用电磁接触器DCHK、电容器FCU构成。其有2个作用：一是过滤掉脉冲整流器输出来的谐波以及将脉动直流电变为稳定直流电;二是具有放电作用，当APU不工作时，放电用电磁接触器DCKHK的常闭触点是闭合的，这时，电容器FCU储存的电能会经电阻DCHKR进行放电。

3.5 三相电压型逆变电路

三相电压型逆变电路主要由IGBT构成。逆变器将直流电压变换成为恒频恒电压的三相交流电压。逆变器中的IGBT由主控制板中的逆变器控制模块来控制它的导通与关断。

当逆变器的输入电压达到DC700V时作为输入电压被确立，0.5s后接通逆变器的门控，逆变器开始软启动。接通逆变器门控0.3s后，逆变器的输出电压达到AC400V。

4 APU的输出电路

三相交流电400V的电从逆变单元输出来后，首先经过了一个AC滤波回路，它是由电感ACL2、电容器ACC构成的。AC滤波回路可以降低逆变器输出电压中由于切换所产生的高频电压、使其输出畸变很小的正弦波。APU的输出电路如图2所示。

4.1 输出支路

APU输出的三相交流电（771/781/791），第一路经过APUBMN给APU自身电动送风机FAN;第二路，直接给三相交流负载，如主空气压缩机、牵引变流器冷却风机等;第三路，经过ARfN2给770A线、780A线、790A线，传给辅助整流器箱;第四路，取自771/781经过ACVN1给770B线、780B线，供TR3使用;第五路，取自781/791经过ACVN2给780C线、790C线，供TR4使用。

4.2 输出侧电磁接触器3phMK的闭合原理

当APU启动，IVK1闭合起0.5s之后，CPU会发出一个指令，使得APUKAR励磁，APUKAR的常开触点闭合，来自103线的电压经过APUCN、滤波器FIL、APUKAR的常开触点、3phMK的常闭触点，3phMK的线圈得电，其常开触点闭合，APU就会输出400V的单相交流电。

5 结语

辅助电源装置（APU）是动车组的关键部件之一，是维护、保养、检修的重点，其运行品质的好坏，不仅会影响车内许多用电设备的正常使用，而且也会严重影响到铁路动车组列车的正常运行安全。通过对辅助电源装置的结构及其工作原理进行分析，有利于提高机械师对辅助电源系统的故障应急处理能力和维护检修能力，可以减少故障的发生和损失。

【参考文献】

【1】张应和.动车组辅助电源结构及工作原理的分析和研究[J].机械工程与自动化，2017（5）：182-183.

【2】何洲红，钱卿，王金花.动车组辅助供电系统[M].成都：西南交通大学出版社，2011.

【3】张青.CRH2A輔助电源装置（APU）的故障分析及对策[J].上海铁道科技，2011（4）：116-117+134.