DC600v集中供電空調(diào)客車第五章DC600v集中供電空調(diào)客車第五章一、背景知識(shí)：?jiǎn)为?dú)供電與集中供電二、DC600v集中供電系統(tǒng)工作原理三、TGN型逆變器四、DC110v電源裝置一、背景知識(shí)：?jiǎn)为?dú)供電與集中供電一、單獨(dú)供電與集中供電一、單獨(dú)供電與集中供電單獨(dú)供電與集中供電

單獨(dú)式供電：?jiǎn)为?dú)式供電方式是在單節(jié)客車上安裝一套獨(dú)立的供電裝置，有車軸式和車下懸掛柴油發(fā)電機(jī)組式(用于單節(jié)空調(diào)客車)兩種。

集中式供電：在列車中的某一輛車上一個(gè)集中電源（可以通過柴油發(fā)電機(jī)組提供也可以由接觸網(wǎng)通過電力機(jī)車主變壓器提供），通過電力連接器向整個(gè)列車供電，這種供電方式稱為集中式供電。集中式供電因其供電量大，輸出電壓穩(wěn)定已經(jīng)成為主流供電方式。單獨(dú)供電與集中供電單獨(dú)式供電：?jiǎn)为?dú)式供電方式是在單節(jié)單獨(dú)供電

單獨(dú)供電方式，一直以車軸式作為主導(dǎo)。隨著空調(diào)客車的大量運(yùn)用，客車用電量不斷增加，客車供電方式正處于新舊交替時(shí)期，以柴油發(fā)電機(jī)組作為電源的車輛愈來愈多。單獨(dú)供電單獨(dú)供電方式，一直以車軸式作為主導(dǎo)。隨著空調(diào)客車軸式供電

列車運(yùn)行時(shí)，車軸通過皮帶傳動(dòng)裝置帶動(dòng)感應(yīng)子發(fā)電機(jī)工作，發(fā)電機(jī)輸出的三相交流電經(jīng)整流后通過車體配線輸入車內(nèi)供負(fù)載使用并向蓄電池充電。當(dāng)列車低速運(yùn)行或停車時(shí)，由蓄電池組向車上負(fù)載供電。由于這種供電方式中的發(fā)電機(jī)是交流的，其輸出經(jīng)整流后成為直流，因此該供電方式又被稱為交一直流供電方式。車軸式供電列車運(yùn)行時(shí)，車軸通過皮帶傳動(dòng)裝置帶動(dòng)感應(yīng)子車軸式供電

在車軸式供電方式中．運(yùn)用時(shí)把安裝有用電器、附件、車體配線及發(fā)電機(jī)和蓄電池組的車叫“母車”；把只安裝有用電器、附件和車體配線的車叫“子車”。一列客車即是由數(shù)輛“母車”和數(shù)輛“子車”組成，而“母車”和“子車”的數(shù)量及排列要視用電量和列車編組情況而定。車軸式供電在車軸式供電方式中．運(yùn)用時(shí)把安裝有用電器、附車軸式供電軸驅(qū)式發(fā)電機(jī)的供電系統(tǒng)有許多缺點(diǎn)。首先,客車發(fā)電機(jī)的機(jī)械傳動(dòng)是一個(gè)復(fù)雜的結(jié)構(gòu)部件,經(jīng)常損壞,特別是在高速運(yùn)行時(shí)。此外,軸驅(qū)式發(fā)電機(jī)顯著增加車輛的運(yùn)行阻力。例如,在運(yùn)行速度90公里/小時(shí)時(shí),車輛的運(yùn)行阻力由于有軸驅(qū)式發(fā)電機(jī)而增加28%?？蛙嚜?dú)立供電系統(tǒng)由于能量多次轉(zhuǎn)換(在電力機(jī)車上電能變成機(jī)械能,之后在客車上機(jī)械能變成電能),因而效率低。它由機(jī)車的平均運(yùn)用效率、減速器、發(fā)電機(jī)及蓄電池的效率所決定。此時(shí)在額定功率下供電系統(tǒng)的效率大約是50%車軸式供電軸驅(qū)式發(fā)電機(jī)的供電系統(tǒng)有許多缺點(diǎn)。集中式供電

除供電量大，供電穩(wěn)定外，集中式供電還體現(xiàn)出如下的優(yōu)點(diǎn)。1．列車自重減小。由于沒有車下發(fā)電機(jī)、傳動(dòng)裝置和蓄電池組，故每輛母車的重量將減少近2t。其供電設(shè)備的平均重量?jī)H是采用車軸式供電裝置時(shí)的五分之一左右，而每千瓦功率所占的設(shè)備重量?jī)H為十分之一。2．制造成本降低。每輛車電氣設(shè)備的價(jià)值，僅是車軸式供電裝置的三分之一到四分之一，而每一千瓦設(shè)備的價(jià)值僅是車軸式供電裝置的十分之一左右。3．集中式供電系采用柴油采用集中式供電，不消耗機(jī)車功率。發(fā)電機(jī)組發(fā)電，其輸出電壓及頻率不受列車運(yùn)行速度的影響。4．集中式供電除供電量大，供電穩(wěn)定外，集中式供電還體現(xiàn)集中式供電

就整個(gè)集中式供電來說，也存在著一些較難克服的缺點(diǎn)，如一旦發(fā)電機(jī)組出了故障或發(fā)電車從列車編組中摘掛時(shí)，將會(huì)影響列車供電，甚至使整個(gè)列車供電完全停止。另外還需培訓(xùn)一批發(fā)電車專職檢修和管理人員。集中式供電就整個(gè)集中式供電來說，也存在著一些較難克二、DC600v集中供電系統(tǒng)工作原理二、DC600v集中供電系統(tǒng)工作原理DC600v集中供電系統(tǒng)工作原理DC600v集中供電系統(tǒng)工作原理電氣化區(qū)段運(yùn)行方式25kv→受電弓→主變壓器→整流，濾波→DC600vDC600v逆變器空調(diào)熱水器DC110電壓裝置蓄電池照明等其他直流負(fù)載→→→→→→電氣化區(qū)段運(yùn)行方式25kv→受電弓→主變壓器→整流，濾波→D非電氣化區(qū)段運(yùn)行方式發(fā)電車DC600v逆變器空調(diào)熱水器DC110電壓裝置蓄電池照明等其他直流負(fù)載→→→→→→空調(diào)蓄電池照明等其他直流負(fù)載→→→→→熱水器發(fā)電車ac380v整流裝置非電氣化區(qū)段運(yùn)行方式發(fā)電車DC600v逆變器空調(diào)熱水器DC1供電及用電設(shè)備主要技術(shù)參數(shù)供電設(shè)備：用電設(shè)備：供電及用電設(shè)備主要技術(shù)參數(shù)供電設(shè)備：三、TGN型逆變電源三、TGN型逆變電源第二節(jié)TGN型逆變電源主要參數(shù)：組成及原理：由逆變箱和控制箱組成?？刂葡渲饕刂齐娐泛蜋z測(cè)電路。逆變箱包括一個(gè)三相逆變器和一個(gè)單相逆變器。第二節(jié)TGN型逆變電源主要參數(shù)：逆變控制原理單相逆變（全橋）方波逆變器逆變控制原理單相逆變（全橋）方波逆變器

三相逆變器電路可以由三個(gè)單相逆變器組成，通常三相逆變電路采用三相橋式電路，三相橋式電路如圖所示。每個(gè)橋臂（Redleg，Yellowleg，Blueleg）相互延遲1200。三相方波逆變器三相逆變器電路可以由三個(gè)單相逆變器組成，通常三相逆變電路

當(dāng)G點(diǎn)和N點(diǎn)不連接時(shí)，180O導(dǎo)電型工作過程，負(fù)載為阻性。

6個(gè)功率管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)如圖所示，三個(gè)單相逆變器的激勵(lì)脈沖之間彼此相差1200，每個(gè)管子都導(dǎo)通180O，以便獲得三相平衡（基波）的輸出。任何時(shí)刻都有3個(gè)管子導(dǎo)通，其導(dǎo)通順序?yàn)?、6、1；6、1、2；1、2、3；2、3、4；3、4、5；4、5、6；5、6、1….；每組管子導(dǎo)通60度。6個(gè)開關(guān)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)當(dāng)G點(diǎn)和N點(diǎn)不連接時(shí)，180O導(dǎo)電型工作過程，負(fù)載為阻DC600v集中供電空調(diào)客車課件6個(gè)狀態(tài)的等效電路如圖所示6個(gè)狀態(tài)的等效電路如圖所示可以求出6個(gè)狀態(tài)時(shí)三相輸出電壓：可以求出6個(gè)狀態(tài)時(shí)三相輸出電壓：由上式畫出三相輸出相電壓波形，如圖所示，可見波形每個(gè)周期由六個(gè)階梯組成，因此又稱為六階梯波。我們稱、、為逆變器線電壓；、、為逆變器相電壓。由上式畫出三相輸出相電壓波形，如圖所示，可見波形每個(gè)周期由六方波逆變器的問題一、方波逆變器可以方便地調(diào)整輸出電壓的頻率，但輸出電壓的幅度在逆變環(huán)節(jié)中無法調(diào)節(jié)，通常需要增加調(diào)壓環(huán)節(jié)完成調(diào)壓功能，但這種方法使系統(tǒng)復(fù)雜。二、輸出電壓諧波大。方波逆變器的問題一、方波逆變器可以方便地調(diào)整輸出電壓的頻率，方波的各次諧波方波的各次諧波脈沖寬度調(diào)制（PWM）

1964年，德國(guó)學(xué)者A.Schonung和H.Stemmler率先提出了脈寬調(diào)制（PWM:PulseWidthModulation）的思想，把通訊技術(shù)中的調(diào)制技術(shù)應(yīng)用于交流傳動(dòng)中，開創(chuàng)了DC-AC技術(shù)研究的新領(lǐng)域。方波→正弦波脈沖寬度調(diào)制（PWM）1964年，德國(guó)學(xué)者A.SchPWM控制的基本原理重要理論基礎(chǔ)——面積等效原理定義：沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時(shí)，其效果基本相同。沖量窄脈沖的面積效果基本相同環(huán)節(jié)的輸出響應(yīng)波形基本相同形狀不同而沖量相同的各種窄脈沖d)單位脈沖函數(shù)f(t)d(t)tOa)矩形脈沖b)三角形脈沖c)正弦半波脈沖tOtOtOf(t)f(t)f(t)PWM控制的基本原理重要理論基礎(chǔ)——面積等效原理定義：沖量相若要改變等效輸出正弦波幅值，按同一比例改變各脈沖寬度即可。SPWM波Ouωt>如何用一系列等幅不等寬的脈沖來代替一個(gè)正弦半波Ouωt>Ouωt>PWM控制的基本原理若要改變等效輸出正弦波幅值，按同一比例改變各脈沖寬度即可。SPWM控制的基本思想OwtUd-Ud對(duì)于正弦波的負(fù)半周，采取同樣的方法，得到PWM波形，因此正弦波一個(gè)完整周期的等效PWM波為：OwtUd-Ud根據(jù)面積等效原理，正弦波還可等效為下圖中的PWM波，而且這種方式在實(shí)際應(yīng)用中更為廣泛。PWM控制的基本思想OwtUd-Ud對(duì)于正弦波的負(fù)半周，采取Spwm逆變的實(shí)現(xiàn)在ur和uc的交點(diǎn)時(shí)刻控制IGBT的通斷：在ur正半周，V1通，V2斷。當(dāng)ur>uc時(shí)使V4通，V3斷，uo=Ud。當(dāng)ur<uc時(shí)使V4斷，V3通，uo=0。ur負(fù)半周，情況類推?？刂泼}沖還可以怎樣產(chǎn)生？Spwm逆變的實(shí)現(xiàn)在ur和uc的交點(diǎn)時(shí)刻控制IGBT的通斷：三相橋逆變的PWM控制三相的PWM控制公用三角波載波uc；三相的調(diào)制信號(hào)urU、urV和urW依次相差120°三相橋逆變的PWM控制三相的PWM控制公用三角波載波uc；逆變器的具體電路P175圖5-2逆變器的具體電路P175圖5-2四、DC110v電源裝置四、DC110v電源裝置DC110v電源裝置的作用DC600v逆變器空調(diào)熱水器DC110電壓裝置蓄電池照明等其他直流負(fù)載→→→→→→基本電氣參數(shù)DC110v電源裝置的作用DC600v逆變器空調(diào)熱水器DC1降壓電路的基本形式一、直接降壓（DC-DC）二、采用組合變流技術(shù)降壓電路的基本形式一、直接降壓（DC-DC）直接降壓電路的兩種方式線性調(diào)節(jié)器模式如圖a所示，在這種模式中晶體管工作在線性工作區(qū)，其輸出電壓為。晶體管模型可以用可調(diào)電阻RT等效，其等效電路如圖b所示。特點(diǎn)：直接降壓電路的兩種方式線性調(diào)節(jié)器模式如圖a所示，在這種模式中開關(guān)調(diào)節(jié)器模式在這種模式中晶體管工作在截止區(qū)和飽和導(dǎo)通區(qū)缺點(diǎn)：電流斷續(xù)開關(guān)調(diào)節(jié)器模式在這種模式中晶體管工作在截止區(qū)和飽和導(dǎo)通區(qū)缺點(diǎn)開關(guān)調(diào)節(jié)模式與線性調(diào)節(jié)模式相比具有明顯的特點(diǎn)：1、功耗小、效率高。在DC-DC變換中，電力半導(dǎo)體器件工作在開關(guān)狀態(tài)，工作頻率很高，目前這個(gè)工作頻率已達(dá)到數(shù)百甚至1000KHz，這使電力半導(dǎo)體器件功耗減少、效率大幅度提高。2、體積小、重量輕。由于頻率提高，使脈沖變壓器、濾波電感、電容的體積、重量大大減小，同時(shí)，由于效率提高，散熱器體積也減小。還由于DC-DC變換無笨重的工頻變壓器，所以DC-DC變換體積小、重量輕。3、穩(wěn)壓范圍寬。目前DC-DC變換中基本使用脈寬調(diào)制（PWM）技術(shù)，通過調(diào)節(jié)脈寬來調(diào)節(jié)輸出電壓，對(duì)輸入電壓變化也可調(diào)節(jié)脈寬來進(jìn)行補(bǔ)償，所以穩(wěn)壓范圍寬。開關(guān)調(diào)節(jié)模式與線性調(diào)節(jié)模式相比具有明顯的特點(diǎn)：降壓斬波電路（Buck）

電路結(jié)構(gòu)

全控型器件

IGBT續(xù)流二極管負(fù)載出現(xiàn)的反電動(dòng)勢(shì)典型用途之一是拖動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)，也可帶蓄電池負(fù)載。降壓斬波電路（Buck）電路結(jié)構(gòu)全控型器件續(xù)流二極管負(fù)載工作原理t=0時(shí)刻驅(qū)動(dòng)V導(dǎo)通，電源E向負(fù)載供電，負(fù)載電壓uo=E，負(fù)載電流io按指數(shù)曲線上升。t=t1時(shí)控制V關(guān)斷，二極管VD續(xù)流，負(fù)載電壓uo近似為零，負(fù)載電流呈指數(shù)曲線下降。通常串接較大電感L使負(fù)載電流連續(xù)且脈動(dòng)小。工作原理t=0時(shí)刻驅(qū)動(dòng)V導(dǎo)通，電源E向負(fù)載供電，負(fù)載電壓uo原理分析：若ωL》R，則流過L的電流I在VT通和斷時(shí)保持不變，則有：負(fù)載上的輸出平均電壓Ud=？原理分析：若ωL》R，則流過L的電流I在VT通和斷時(shí)保持不變T不變，變ton—脈沖寬度調(diào)制（PWM）。ton不變，變T—頻率調(diào)制。ton和T都可調(diào)，改變占空比—混合型。斬波電路三種控制方式斬波電路三種控制方式采用組合變流技術(shù)降壓采用這種結(jié)構(gòu)的變換原因：輸出端與輸入端需要隔離。某些應(yīng)用中需要相互隔離的多路輸出。輸出電壓與輸入電壓的比例遠(yuǎn)小于1或遠(yuǎn)大于1。交流環(huán)節(jié)采用較高的工作頻率，可以減小變壓器和濾波電感、濾波電容的體積和重量。工作頻率高于20kHz這一人耳的聽覺極限，可避免變壓器和電感產(chǎn)生噪音。變壓器整流電路濾波器直流交流交流脈動(dòng)直流直流逆變電路采用組合變流技術(shù)降壓采用這種結(jié)構(gòu)的變換原因：變壓器整流電路濾工作原理整個(gè)電路由四個(gè)部分組成半橋逆變器、高頻變壓器和輸出整流濾波電路工作原理整個(gè)電路由四個(gè)部分組成半橋逆變器、高頻變壓器和輸出整輸出波形在一個(gè)周期Ts中的輸入能量為在一個(gè)周期Ts中的輸出能量為輸出波形在一個(gè)周期Ts中的輸入能量為在一個(gè)周期Ts中的輸出能數(shù)量關(guān)系則有數(shù)量關(guān)系則有具體電路P190圖5-141.輸入端有幾種形式？為什么？2.模塊V1起何作用？3.C1，C2，R2，R3有啥作用？4.V2部分實(shí)現(xiàn)那種功能，如何實(shí)現(xiàn)？5.U1模塊？具體電路P190圖5-14具體電路具體電路TKB2-0035D單相逆變器作用：TKB2-0035D將DC110的輸入變換成單相AC220/50Hz輸出，供給單相負(fù)載使用。主要技術(shù)參數(shù)：標(biāo)準(zhǔn)輸入電壓：DC110V輸入電壓波動(dòng)范圍：DC77V-DC137.5V額定輸出電壓：AC22050Hz額定輸出容量：3.5KV·A額定效率：小于等于85%TKB2-0035D單相逆變器作用：TKB2-0035D系統(tǒng)接線圖系統(tǒng)接線圖原理圖原理圖兩種升壓電路1.升壓斬波電路2.單端反激變換器兩種升壓電路1.升壓斬波電路保持輸出電壓儲(chǔ)存電能

電路結(jié)構(gòu)升壓斬波電路儲(chǔ)存電能電路結(jié)構(gòu)升壓斬波電路工作原理假設(shè)L和C值很大。V處于通態(tài)時(shí)，電源E向電感L充電，電流恒定I1，電容C向負(fù)載R供電，輸出電壓Uo恒定。V處于斷態(tài)時(shí)，電源E和電感L同時(shí)向電容C充電，并向負(fù)載提供能量。工作原理假設(shè)L和C值很大。DC600v集中供電空調(diào)客車課件數(shù)量關(guān)系設(shè)V通態(tài)的時(shí)間為ton，此階段L上積蓄的能量為設(shè)V斷態(tài)的時(shí)間為toff，則此期間電感L釋放能量為穩(wěn)態(tài)時(shí)，一個(gè)周期T中L積蓄能量與釋放能量相等：化簡(jiǎn)得：

T/toff>1，輸出電壓高于電源電壓，故為升壓斬波電路。