1、【学习任务【学习任务】4.6 交传大功率机车辅助供电系统概述交传大功率机车辅助供电系统概述 HXD1C型电力机车的辅助供电系统包括：3AC440V供电系统、交流220V供电系统、DC110V供电系统。本章主要介绍3AC440V供电系统。HXD1C型电力机车装有两组辅助变流器，分别集成在两个柜体中，分别由牵引变压器辅助绕组供电。其中1台辅助变流器以定频方式工作，为恒频恒压工作的负载供电，另一台辅助变流器以变频方式工作，为有变频变压要求的负载，如牵引风机电机供电机车辅助电源系统采用冗余设计，当一组电源故障时，另一组电源能维持全车辅助系统供电。HXD1C型机车辅助供电系统具有：（1）采用冗余设计（2
2、）变频功能，节能性好（3）采用标准化、模块化设计（4）为防寒设计预留接口和余量（5）配置卫生间、转波炉、冷藏箱等生活设施等显著特点。4.7 辅助变流柜的结构辅助变流柜的结构 HXD1C型电力机车配备有两台相互独立辅助变流柜，每个辅助变流器由它自己的辅助绕组供电。每个辅助变流器的输出侧均设置有滤波装置。TGF54型辅助变流器总体结构如图4-1所示。UA1UR1ACURC1TB1C3FANK1QA12 3 4 56 71891011121913141516UVW171831C2FLT1C3LC1UVW202930图4-1 TGF54型辅助变流器设备布置4.8辅助变流器工作原理辅助变流器工作原理 辅
3、助变流器按电路结构可分为：主电路、IGBT门极电路(GDU)、辅助变流器控制单元ACU三部分组成。下面分别介绍这三部分的工作原理。4.8.1辅助变流器主电路工作原理辅助变流器主电路工作原理主电路包括：输入电路、整流电路、中间直流环节、逆变电路等环节。主电路图见图4-2，按电路结构分述如下：图4-2 辅助变流器主电路原理图4.8.1辅助变流器主电路工作原理辅助变流器主电路工作原理1、输入电路输入电路主要包括：熔断器FU1、充电接触器K2、主接触器K1、充电电阻R1，R2、输入电压传感器SV1、电流传感器SC1等。来自主变压器的AC470V从动力线输入端子送入辅助变流器柜，作为辅变的输入电压。输入
4、电路部件如图4-3所示。图4-3 输入电路部件4.8.1辅助变流器主电路工作原理辅助变流器主电路工作原理2、整流电路整流电路主要包括储能电感L和四象限变流器模块UR1。模块UR1采用两电平单相桥式电压型变流电路，功率开关器件为IGBT。其作用是：电网电压在一个范围内波动时，使中间回路的直流电压保持恒定，确保电机侧逆变器的正常工作，同时在电网侧要获得一个近似正弦波的电流，减少对周围环境的电磁干扰，在牵引工况和再生制动工况下，使供电接触网或牵引变压器一次侧的功率因子可接近于1。整流电路部件如图4-4所示。图4-4 整流电路部件图4.8.1辅助变流器主电路工作原理辅助变流器主电路工作原理3、中间直流
5、环节主要由大容量中间直流电容组装C1、C2和中间直流放电电路等构成。中间直流放电电路主要包括放电接触器（K3）放电电阻（R11），见图4-5。图4-5 中间直流放电电路4.8.1辅助变流器主电路工作原理辅助变流器主电路工作原理4、逆变电路主要由逆变器模块UA1及输出滤波电路组成，逆变模块采用两电平三相桥式电压型逆变电路，功率开关器件为IGBT。其作用是将恒定的直流电压转换为三相交流电压，其波形为PWM波。滤波电路主要包括输出滤波电感（FLT1）和输出滤波电容组装C3，其作用是将PWM波三相交流电压滤成机车负载所需的三相正弦波形电压，以保证输出电压的谐波含量满足技术要求。滤波电路部件如图4-6所
6、示。图4-6 滤波电路部件图4.8.2 IGBT门极驱动板门极驱动板(GDU)工作原理工作原理 IGBT门极驱动板(GDU)分为整流器门极驱动板和逆变器门极驱动板，IGBT整流器门极驱动板与IGBT逆变器门极驱动板原理相同，整流器门极驱动板是两相，逆变器门极驱动板是三相，整流器门极驱动板与逆变器门极驱动板相比，少了一路逆变相。下面以逆变器门极驱动板为例说明IGBT门极驱动板(GDU)原理。IGBT门极驱动板主要由电源电路、脉冲分配电路、门极驱动及保护电路三个功能块构成，6路门极驱动电路原理相同。1、脉冲分配电路 脉冲分配电路将控制单元送过来的R、S、T逆变相控制信号根据其高低电平来分配该逆变相
7、的上、下IGBT组件的开通和关断控制信号，具有保证同一逆变相的上管和下管组件控制信号的转换时间（死区时间）及IGBT组件最小导通时间等功能。4.8.2 IGBT门极驱动板门极驱动板(GDU)工作原理工作原理2、门极驱动控制及故障检测和保护电路 门极驱动控制及故障检测和保护电路将脉冲分配电路送过来的信号进行高低压隔离和功率放大，最终控制 IGBT组件；同时具备故障检测和保护功能。该电路由驱动模块及其外围电路组成。门极驱动控制电路功能为将脉冲分配电路送来的控制信号经由信号隔离变压器进行高、低压隔离、信号传输和整形，控制驱动控制电路中场效应管的开通和关断，进行功率放大，进而控制IGBT组件的导通和关
8、断；并在IGBT组件关断后在其G、E间施加负偏电压，保证组件可靠关断。4.8.3 辅助变流器控制单元辅助变流器控制单元ACU工作原理工作原理辅助变流器控制单元由数字入出板、电源板、模拟入出板、四象限控制板、逆变器控制板和CPU板及MVB板等七个功能单元组成。应用微机控制技术及先进的控制算法完成整流器控制和逆变器控制，通过CPU板完成整个系统的逻辑控制及故障记录功能，同时具有RS232接口，可以下载故障数据。控制单元如图4-7所示，ACU主要实现变流控制与故障存储两大功能。图4-7 辅助变流器控制单元4.8.3 辅助变流器控制单元辅助变流器控制单元ACU工作原理工作原理1）变流控制功能 控制单元
9、通过接收外部控制信号，对辅助变流器内各个部件或器件的控制，实现正常启动、停机、故障保护，实现对输入网压的四象限整流、逆变，确保辅助变流器输出稳定。2）故障存储功能 当辅助变流器发生故障时，控制系统会将故障前后相关模拟量信息及状态数据连同故障类型代码、发生时间及发生故障辅助变流器的机车编号信息一起存储到控制单元的FLSAH中，总共能记录15个故障，当记录的故障超过15个时，会自动覆盖最早发生的故障。利用辅助变流器附带的地面故障处理软件可以将故障数据下载到便携式计算机里，供维护人员分析。4.9 辅助供电系统工作原理辅助供电系统工作原理 TGF54型辅助变流器适用于HXD1C型7200kW六轴货运电力机车，主要功能是将机车单相AC470V电压经脉冲整流及三相逆变后转换为3相AC440V电压，为机车压缩机等辅助设备提供电源。每台机车配置两台辅助变流器，每台辅助变流器由机车单独的辅助绕组供电。正常工况下两台辅助变流器都工作，其中辅变1为变压变频（VVVF）工作模式，辅变2为恒压恒频（CVCF）工作模式。当任意一台辅助变流器出现故障时，另一台只能工作于恒压恒频方式。3AC 440V辅助供电系统原理图见4-8图示。图4-8 3AC 440V辅助供电系统原理图
