電力機(jī)車輔助電源系統(tǒng)的分析與比較

4 其他系統(tǒng)
電力機(jī)車除了三相負(fù)載，常見的還有單相220 V、50 Hz負(fù)載。通常有兩種獲得單相220 V、50 Hz電源的途徑：(1)在有三相輔助變壓器的系統(tǒng)中，變壓器輸出三相380 V交流電，并有中性點(diǎn)，即可取三相交流電的相電壓。該方法簡單、直接；(2)采用單相變壓器將三相交流電的線電壓降壓為單相交流220 V。該方法多一個(gè)變壓器，且會(huì)引起三相電源負(fù)荷不平衡，一般應(yīng)用在無三相輔助變壓器的系統(tǒng)中。

5 幾種典型機(jī)車的輔助電源系統(tǒng)
在機(jī)車輔助電源系統(tǒng)中，機(jī)車直流電源系統(tǒng)比較簡單，在進(jìn)行輔助電源系統(tǒng)比較時(shí)主要進(jìn)行三相交流輔助電源系統(tǒng)的比較。表2歸納了國產(chǎn)交一直傳動(dòng)韶山7E(簡稱SS7E)型電力機(jī)車和交一直一交傳動(dòng)HXD1、HXD2、HXD3 三種型號的“和諧”系列電力機(jī)車的輔助電源系統(tǒng)。

SS7E型電力機(jī)車三相交流輔助電源系統(tǒng)，采用四象限整流器將送入的單相340 V交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷?00V中間電壓，再由逆變器將直流600 V轉(zhuǎn)變?yōu)槿?80 V，經(jīng)EMC濾波器濾波后輸出，一路作為機(jī)車用三相輔助電源，另一路經(jīng)LC濾波器再次濾波后為自身冷卻風(fēng)機(jī)提供三相電源。
HXD1機(jī)車由三相變壓器將三相恒壓恒頻交流電(440 V、60 Hz)變?yōu)槿?30 V、60 Hz交流電，供給相應(yīng)負(fù)載。另外，由于HXD1機(jī)車三相交流電壓為440 V、60 Hz，為與國內(nèi)設(shè)備兼容，設(shè)置了DC110 V／單相230 V、50 Hz轉(zhuǎn)換模塊。
通過上述分析可以得到如下結(jié)論：
(1)采用交一直一交型輔助變流器，必須在牽引變壓器上增加輔助繞組給逆變器供電，因此系統(tǒng)對機(jī)車主電路的要求較高。但由于系統(tǒng)只需要進(jìn)行交一直、直一交兩個(gè)環(huán)節(jié)的變換，開關(guān)器件的額定電壓低，所以器件數(shù)量少、成本低，整個(gè)系統(tǒng)效率高，技術(shù)實(shí)現(xiàn)較容易。
(2)采用直一交型輔助變流器，可省去輔助繞組，提高機(jī)車再生制動(dòng)時(shí)的能量利用率。其中：①對于中間環(huán)節(jié)電壓不是很高的系統(tǒng)(一般不超過2 000 V)，可直接利用逆變器進(jìn)行逆變，然后再經(jīng)降壓變壓器降壓。這種結(jié)構(gòu)中間環(huán)節(jié)少、控制簡單、開關(guān)器件少，系統(tǒng)的效率較高。但由于開關(guān)器件電壓等級較高，基于降低能耗考慮，其開關(guān)頻率會(huì)受到限制，因此輸出電壓波形不會(huì)很理想，而且降壓變壓器也會(huì)使機(jī)車增加額外重量，增加成本。②對于中間環(huán)節(jié)電壓超過2 000 V的，一般采用直一直變換，中間電壓600V左右，然后進(jìn)行逆變。這種結(jié)構(gòu)在直一直變換環(huán)節(jié)比較復(fù)雜，器件多、電壓等級較高，還需要增加脈沖變壓器進(jìn)行隔離，因此系統(tǒng)復(fù)雜、效率較低。

6 結(jié)束語
通過對電力機(jī)車輔助電源系統(tǒng)進(jìn)行分析和比較，可以看出，在現(xiàn)有開關(guān)器件制造水平和性價(jià)比的基礎(chǔ)上，采用交一直一交型的輔助電源系統(tǒng)具有一定的優(yōu)勢，但對機(jī)車牽引變壓器的要求較高：采用直一交型輔助電源系統(tǒng)，雖然可以去掉輔助繞組，提高機(jī)車再生制動(dòng)時(shí)的能量利用率，但也存在系統(tǒng)重量增加，效率降低的問題。
隨著IPM等開關(guān)器件和微機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，今后的電力機(jī)車輔助電源將向裝置更小輕量化、低噪聲、大容量、高可靠性等方向發(fā)展。