25T手册(6)

2019-03-22 22:12

2两台逆变器分别接地, 不允许两逆变器的地线连 接后再接地。

3 充电器基本原理

25T客车无论兼容供电还是DC600V供电,都需要充电器,将DC600V或3AC380V变换成DC110V供给蓄电池和照明等负载。从维护系统的安全性和可靠性来考虑,充电器实际上是供电系统中最重要的设备,一旦充电器发生故障,蓄电池无法充电,电压会放到很低,有可能使本车挂在蓄电池上的所有设备都无法启动和工作。

基于DC600V的输入电压和大于8KW的功率等级,客车用大功率DC/DC变换的主电路一般采用适应高压变换的半桥或全桥结构。

充电器的输入隔离、滤波和缓冲电路与逆变器相同。 波后,供给直流负载和蓄电池。 3.1高频桥式逆变主电路

V1~V4构成DC/DC变换的主电路,V1~V4的控制逻辑和变压器原副边电压波形如图:

26 bat 逆变桥由4只IGBT组成,功率的传输靠高频变压器传递,变压器的输出经过高频整流和滤

t1~t2区间内,V1和V4导通,变压器原边电压为正相电压; t3~t4区间内,V2和V3导通,变压器原边电压为反相电压;

我们注意到t2~t3区间内任何一只IGBT都不导通,这段时间称为‘死区’, 主要是考虑防止上下桥臂的两只IGBT同时造成桥臂的‘贯通’短路。

充电器用的IGBT一般采用双单元,即一个模块上集成了上下桥臂的两个IGBT,电路结构简单,但因为IGBT工作在20KHZ左右,因此其开关损耗大,散热困难。为解决高频的开关损耗问题,采用移相技术实现IGBT的准软开关控制。

电桥左右两个桥臂的上下两个开关管(V1—V2,V3—V4)被施以180°互补的驱动信号,上下两管180°互补导通。因此除上下两管导通的死区外,电路中总有两个开关管同时导通,共有四种导通组合,即V1—V4,V4—V2,V2—V3,V3—V1,并按此顺序周而复始。其中V1—V4,V2—V3组合导通(即对角线导通)时,全桥电路给出能量,而V3—V1,V4—V2组合导通(即上桥臂两管或下桥臂两管同时导通)时,全桥电路处于续流状态不输出能量。调节这两种组合的时间比例,即移相角,变压器得到一个交变的PWM电压以此实现对输出电压、电流的调整。

移相控制的原理是利用变压器漏感和IGBT结间的电容谐振,漏感LK储能向电容C释放

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bat 过程中,使电容C的电压逐步下降到0,二极管D开通,创造0电压开关(ZVS)条件,电路中的其他电感、电容元件是为获得可靠的零电压开关而设置。 3.2 25T客车DC/DC变换的特点

采用电压电流双闭环控制,实现蓄电池恒流定压充电。

采用软开关技术,减小IGBT高频开关损耗,效率达到92%。 采用先进的非晶态铁芯制造变压器和电抗器,减小充电器的体积。

IGBT的开关频率达到20KHZ以上,避开了音频区域,减小充电器的电磁噪音。 蓄电池充电采用了温度补偿措施。

充电器具有故障诊断和通信功能,在控制柜触摸屏上可以显示充电器的运行参数和故障信息。

3.3电压变换的实现

DC600V供电客车的DC/DC变换,主要是通过IGBT桥式逆变电路将直流600V电压变换成占空比可调的高频方波电压,经变压器隔离后整流滤波成DC110V电压;兼容供电客车则是先将AC380V整流后,变成DC540V,然后采取与DC600V相同的DC/DC变换。所谓占空比是指一个半波内,驱动IGBT的脉冲宽度占整个半波周期的比例,为了调整输出电压,占空比是可变化的,属于脉冲宽度可调模式即PWM方式。在这种控制制方式,脉冲的幅值是不变的,当负载发生变化时,依靠改变脉冲的宽度,来保证输出电压的稳定;如果输入电压发生变化,也可以通过改变脉冲宽度来保证输出的稳定。

由D1~D4四只高频快速二极管组成的整流电路,对变压器副边输出的脉冲电压进行整流,并有电抗器L和电容C进行滤波。高频整流对二极管的的要求与一般交流整流电路不一样,除了要求较小的通态压降以减小导通损耗外,还要求具有快速的导通和关断能力,以减小开关损耗,因为在高频条件下,二极管的开通和反向恢复时间引起的损耗在总损耗中占有明显的比例。

3.4高频的影响

采用20KHZ的工作频率,主要是为了减小变压器、滤波器的体积。变压器的原边或副边的感应电压有一个基本公式:

U = k f W1 B S -----(1)

其中U为变压器线圈端电压,f为工作频率,W1为线圈匝数,B为磁通密度,S为磁路面积。

从公式(1)中可以看出,相同的输出电压和磁密时,当频率f提高,W1和S可相对减小,

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W1的减小即线圈绕组的匝数减少,亦即变压器的铜重可以减小;S的减小即变压器铁芯面积减小,亦即铁重减少,而铜线和铁芯是决定变压器的主要有效体积和重量。当频率提高到20KHZ时,变压器的铁心非常小,线圈匝数大幅减小。同样,高频输出脉冲(对应40KHZ)的滤波电感和电容也明显减小,这就是高频化的效果。但是高频带来的负面影响就是损耗的增加。IGBT、变压器、整流二极管、滤波电抗等,在高频时的损耗明显增加。 3.5 DC/DC变换器的功能和保护

DC/DC充电器的主要 功能是将输入DC600V或 3AC380V变换成适合蓄电 池充电和直流负载使用的 DC110V,并在输入电压和 负载变化时,保持输出稳定 即稳压功能。

DC/DC充电器的输入保护 和工作原理与逆变器相同。

为减小充电器启动工作的冲击,充电器IGBT的驱动脉冲在启动时也采用‘软’启动方式,即脉冲宽度逐渐增加,输出电压逐渐升高,当升高到一定值时,电压反馈或电流反馈起作用。

DC/DC变换器采用双闭环即电流 环和电压环控制,电压反馈靠电压传 感器U/V输出测量信号,充电电流反 馈靠电流传感器I2/V的输出信号,而

电流传感器I1/V的反馈则提供输出总电流的检测信号。

限流定压充电功能:25T客车采用碱性中倍率电池,碱性电池充电的要求应符合马氏曲线,即蓄电池在电压低时采取恒流充电的方式,在电压充到一定程度时采取恒压浮充的方式。

根据铁标要求,限流充电值为0.2C5,25T 客车用蓄电池为120AH,5小时放电电流为 24A,因此恒流充电电流限制在25A+10%。碱 性中倍率电池浮充的终止电压为1.5V,25T客 车蓄电池总共装有80节,充电电压应为120V, 考虑到大多数低压电器线圈电压上限值为 110V(1+10%)即121V,因此充电电压可能偏 地,运用中如果有问题可以适当减少1~2只蓄 电池。

输出限流功能:充电器的输出电流分三个部分,一部分向本车蓄电池充电,另一部分供给本车照明、控制等负载,还有一部分通过二极管向列车母线供电。电流传感器I1/V是测量充电器输出总电流的传感器,当充电器的输出电流超过其允许电流(如70A)时,控制IGBT

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的驱动脉冲变窄,使输出电压降低,输出电压降 低后充电器不会向其他客车输出电流,同时还可 以减小蓄电池电流,以使总的输出电流降低。

要注意的是:由于全列蓄电池、充电器通过 二极管并联,因此各个客车的充电器的输出电压 尽可能地保持一致,否则电压调整高的充电器要 向列车母线提供更多的电流。

4 综合控制柜基本原理

铁路客车电气综合控制柜在25G客车上已经推广应用,25T客车电气综合控制柜许多控制逻辑和控制流程与25G客车相同,不同的是25T客车的电气系统监控更丰富些。25T综合控制柜从原理上可分为几大功能单元:电源转换与控制、空调控制、照明控制、蓄电池欠压保护功能、本车网络监视和全列网络监控。 4.1 主要特点

.综合控制柜实现了客车电气控制系统的小型化、智能化、集成化和系统化。

.综合控制柜对整车电气系统参数进行实时监测,出现故障时及时进行保护动作,避免了由于保护不及时而引起的严重后果。

.综合控制柜可对轴温、防滑器、烟火报警器、车门的状态进行监视和显示。

.根据《铁道客车配线布线规则》和实际存在的问题,不同系统、不同电压等级、不同电流类别的导线尽量相互隔离,减少相互间的电磁干扰。

.综合控制柜的控制方案以自动为主,同时考虑控制系统故障的应急措施,包括极端情况下的手动应急措施。

4.2 DC600V供电客车的供电控制与转换

综合控制柜的电源有两路供电,分“自动”和“试验Ⅰ路”、“ 试验Ⅱ路”位。正常情况下,选择开关置于“自动”位,自动控制流程如下:

上电初始化程序系统,准备运行 I路、II路有电源检数据判断 强制控制 Ⅰ路供电启动,半载运行 奇数车启动Ⅰ路供电,偶数车启动Ⅱ路供电,全载运行 Ⅱ路供电,半载运行 信号输出 电源输出 30 信号输出


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