項目8輔助供電系統(tǒng)裝置輔助供電系統(tǒng)主要設(shè)備有輔助逆變器、蓄電池充電器、蓄電池等，其中輔助逆變器用來提供三相380V、50Hz交流電和單相220V、50Hz交流電，蓄電池充電器用來提供110V直流電，蓄電池是110V直流電備用電源，通過一定的供電方式，將不同形式的電能分配給相應(yīng)的用電設(shè)備使用。課題一輔助供電系統(tǒng)概述1知識目標(biāo)23能力目標(biāo)素質(zhì)目標(biāo)熟悉輔助供電系統(tǒng)的作用；熟悉輔助供電系統(tǒng)的電力來源；掌握輔助供電系統(tǒng)的供電對象。能識別車間電源的結(jié)構(gòu)組成；能區(qū)別輔助供電系統(tǒng)的供電對象。通過了解輔助供電系統(tǒng)的重要性，培養(yǎng)學(xué)生的安全意識和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度。為列車除牽引系統(tǒng)之外的所有需要使用電力的負載設(shè)備提供電能的系統(tǒng)，是城市軌道交通車輛上必不可少的電氣部分。一般通過受電弓從接觸網(wǎng)獲得直流1500V高壓電，經(jīng)輔助逆變器（SIV）轉(zhuǎn)變?yōu)槿嘟涣?80V電源和經(jīng)蓄電池充電器轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷?10V電源供給列車用電設(shè)備。0102輔助供電系統(tǒng)輔助供電系統(tǒng)構(gòu)成框圖一、輔助供電系統(tǒng)的電力來源輸入給輔助電源系統(tǒng)的高壓電能（直流1500V/750V）主要來自牽引供電接觸網(wǎng)(或第三軌),經(jīng)受電弓(或集電靴)進入列車。當(dāng)高壓電能無法來自牽引供電接觸網(wǎng)(或第三軌)時,則可采用外接電源(例如車間電源)進行供電。兩種供電方式通過隔離開關(guān)進行切換，要求車間電源供電和受電弓供電之間相互聯(lián)鎖,不能同時向列車供電。車間電源列車的輔助受流設(shè)備,主要應(yīng)用于列車在檢修庫內(nèi)整車調(diào)試或部分設(shè)備帶電檢查時使用。一般在檢修車間內(nèi)設(shè)有車間電源,通過列車車底高壓箱中的車間電源插座和車庫旁的耦合插頭相連，將外部高壓電能接入列車給輔助供電系統(tǒng)。只能為輔助供電系統(tǒng)提供電能,不能為牽引系統(tǒng)供電,車間電源向列車供電時,列車必須處于靜止?fàn)顟B(tài)。車間電源車間電源插座車間電源耦合插頭當(dāng)列車起動或緊急情況(失去高壓電源)時，列車沒有高壓電源，此時輔助供電系統(tǒng)由蓄電池作為直流備用電源，為列車提供DC110V電能，保證列車起動直到受電弓升起，以及緊急情況下給緊急負載供電（比如緊急通風(fēng)、緊急照明等），保障列車的安全性能。一、輔助供電系統(tǒng)的電力來源二、輔助供電系統(tǒng)的供電對象主要包括三相交流380V及單相交流220V負載、直流110V負載、直流24V負載等。課題二輔助供電系統(tǒng)的組成及原理1知識目標(biāo)23能力目標(biāo)素質(zhì)目標(biāo)熟悉輔助供電系統(tǒng)的組成及其作用；掌握輔助供電系統(tǒng)的基本原理；掌握輔助逆變器的作用及組成。指出輔助電源系統(tǒng)組成部件的安裝位置；能識別輔助輔助逆變器的結(jié)構(gòu)；能敘述輔助供電系統(tǒng)的工作原理。通過對“中國芯”的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生責(zé)任意識，增強軌道交通行業(yè)的自豪感和認同感。一、輔助供電系統(tǒng)的組成輔助供電系統(tǒng)的工作過程就是將輸入的1500V/750V直流電變換成380V/220V交流電、110V直流電、24V直流電等輸出，并分配給列車上相應(yīng)的用電設(shè)備。一、輔助供電系統(tǒng)的組成完整的輔助供電系統(tǒng)由逆變部分、變壓器隔離部分和直流電源三部分組成。01提供三相50Hz、380V/220V交流電源。核心裝置是輔助逆變器（DC/AC逆變裝置），將波動的直流網(wǎng)壓逆變?yōu)楹銐汉泐l的三相交流電。逆變部分02將電網(wǎng)上的高壓與車內(nèi)低壓用電設(shè)備在電氣電位上實現(xiàn)隔離。通常,采用變壓器進行電氣隔離,同時也可通過設(shè)計不同的匝數(shù)比以滿足不同電壓值的需要。變壓器隔離部分03提供110V直流電源。核心裝置是直/直變換器（DC/DC斬波裝置），將輸入直流電轉(zhuǎn)換成110V直流電，同時也是蓄電池的充電器。直流電源(兼作蓄電池充電器)一、輔助供電系統(tǒng)的組成輔助供電系統(tǒng)的所有設(shè)備一般整體安裝于車底輔助逆變箱內(nèi)。二、輔助供電系統(tǒng)的基本原理當(dāng)接觸網(wǎng)高壓電通過預(yù)充電單元、電感濾波后，使相對穩(wěn)定的電壓進入逆變模塊；逆變模塊將輸入的1500V直流電轉(zhuǎn)換為一個三相620V、50Hz交流電，再經(jīng)變壓器將交流620V轉(zhuǎn)換成交流380V；后續(xù)經(jīng)過正弦濾波單元，輸出穩(wěn)定的三相380V、50Hz交流電，供電給空調(diào)機組等。當(dāng)接觸網(wǎng)高壓電進入蓄電池充電器后，將輸入的1500V直流電轉(zhuǎn)換為110V直流電輸出，再經(jīng)過濾波單元穩(wěn)定電壓，供電給110V直流負載。輔助供電系統(tǒng)工作過程0102典型的輔助供電系統(tǒng)（帶蓄電池充電器）原理圖1-輸入1500V直流電2-預(yù)充電單元3-DC/DC變換器，即蓄電池充電器4-逆變模塊，DC/AC逆變裝置4，6，7，8-逆變模塊的控制單元及通信9-EMI濾波10-正弦濾波11-直流110V輸出12-三相交流380V、50Hz輸出輔助供電系統(tǒng)（不帶蓄電池充電器）原理圖1-輸入1500V直流電2-預(yù)充電單元3-逆變模塊，DC/AC逆變裝置4，5，6，7-逆變模塊的控制單元及通信8-正弦濾波9-三相交流380V、50Hz輸出三、輔助逆變器基本組成包括：1個中間直流電容、三相逆變器、1個過壓保護三極管IGBT、2個過壓保護電阻、1個驅(qū)動控制單元DCU/A、1個供電單元、門極驅(qū)動、2個輸出電流傳感器、1個中間直流電壓傳感器、放電電阻。作用：將電網(wǎng)直流電轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟姷碾娮釉O(shè)備。（將交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟姷倪^程是整流，將直流電轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟姷倪^程是逆變）三、輔助逆變器1-驅(qū)動控制單元DCV/A2-供電單元3-中間電容4-門極驅(qū)動及IGBT三、輔助逆變器輔助逆變器負責(zé)給列車設(shè)備提供交流380V及交流220V電源，其工作原理與牽引逆變器總體類似，都是將高壓直流電逆變成相對低壓的交流電，區(qū)別在于：牽引逆變器（VVVF）輸出的交流電，頻率和電壓都可變化，而輔助逆變器只能輸出額定電壓、額定頻率的交流電。三、輔助逆變器存在輸入高壓直流電，并在正常范圍內(nèi)存在直流110V電源電壓已從列車控制發(fā)出激活信號輔助逆變器無故障1234輔助逆變器的工作在正常情況下不需要進行特殊操作，滿足下列條件時輔助逆變器將自動啟動：拓展學(xué)習(xí)：“中國芯”ＩＧＢＴ

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全稱為絕緣柵雙極型晶體管（InsulatedGateBipolarTransistor），具有可關(guān)斷、損耗小和易于控制等優(yōu)點，是地鐵車輛逆變器的核心部件，能將1500V恒定電壓轉(zhuǎn)換為頻率、幅值可調(diào)的三相交流電。2008年，株洲中車時代電氣股份有限公司走出國門，成功收購英國丹尼克斯半導(dǎo)體公司75％

的股權(quán)，緊接著在英國成立海外研發(fā)中心，成為我國第一家全面掌握

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芯片研發(fā)技術(shù)、模塊封裝測試和系統(tǒng)應(yīng)用的企業(yè)。拓展學(xué)習(xí)：“中國芯”ＩＧＢＴ2014年6月，我國首條8英寸

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專業(yè)芯片生產(chǎn)線在株洲投產(chǎn)，打破了國外對高端

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技術(shù)的壟斷。2018年，由株洲中車時代電氣股份有限公司為中國標(biāo)準(zhǔn)動車組量身定做的750Ａ/6500Ｖ

高性能

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模塊，完成測試驗證與全部地面試驗，將替代國外進口產(chǎn)品裝備到中國標(biāo)準(zhǔn)動車組上，這意味著我國動車組裝上具有我國完全自主知識產(chǎn)權(quán)的“中國芯”。拓展學(xué)習(xí)：“中國芯”ＩＧＢＴ2018年，由株洲中車時代電氣股份有限公司研發(fā)的一款國產(chǎn)

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裝載在無錫地鐵2號線列車上，并進行了在地鐵行業(yè)的首次裝車試運行。

通過對該列車牽引系統(tǒng)開展動態(tài)性能調(diào)試、功能驗證和電氣性能試驗、軟件刷新、公里數(shù)驗證、運行故障分析等一系列工作，各項試驗及運行結(jié)果表明，國產(chǎn)

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性能完全可以滿足車輛正常運行要求。

無錫地鐵在國內(nèi)地鐵行業(yè)率先安裝國產(chǎn)

ＩＧＢＴ，上線運行載客，是推廣普及國產(chǎn)

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技術(shù)的一次重要實踐嘗試。車輛核心部件國產(chǎn)化，對降低地鐵車輛維修成本、進一步實現(xiàn)關(guān)鍵零部件國產(chǎn)化、實現(xiàn)自主化維修也具有重大意義。課題三蓄電池充電器與蓄電池1知識目標(biāo)23能力目標(biāo)素質(zhì)目標(biāo)掌握蓄電池充電器的作用、類型及結(jié)構(gòu)組成；掌握蓄電池的作用、類型及結(jié)構(gòu)組成。能區(qū)別蓄電池充電器的類型；能識別蓄電池的結(jié)構(gòu)組成。通過了解蓄電池使用注意事項，培養(yǎng)學(xué)生良好的安全意識、規(guī)范意識，注意細節(jié)。一、蓄電池充電器蓄電池充電器是將輸入電壓轉(zhuǎn)換成110V直流輸出電壓的電子設(shè)備。根據(jù)取流點的不同，蓄電池充電器一般分為獨立式蓄電池充電器和非獨立式蓄電池充電器兩種。在正常運行模式下,蓄電池充電器的主要功能是為列車全部的110V直流負載供電，同時給蓄電池進行充電。1.獨立式蓄電池充電器一般應(yīng)用于輔助逆變器分散式布置的城市軌道交通車輛上。輸入端直接連接在接觸網(wǎng)網(wǎng)壓下。優(yōu)點是不受輔助逆變器故障影響,直流供電回路可靠。獨立式蓄電池充電器供電框圖獨立式蓄電池充電器基本結(jié)構(gòu)2.非獨立式蓄電池充電器用于輔助逆變器集中式供電的城市軌道交通列車上。輸入端連接在輔助逆變器的輸出端。特點是體積小、緊湊、重量輕、維護簡單、可靠性高,但其工作受輔助逆變器影響。非獨立式蓄電池充電器供電框圖非獨立式蓄電池充電器的兩種常見結(jié)構(gòu)3.獨立式蓄電池充電器和非獨立式蓄電池充電器的主要區(qū)別非獨立式蓄電池充電器獨立式蓄電池充電器輸入的是接觸網(wǎng)網(wǎng)壓，需要將1500V/750V直流電變換成110V直流電。核心部件是直/直變換器（DC/DC裝置）輸入的是輔助逆變器輸入的三相交流電，需要將交流電變換成110V直流電。核心部件是整流器（AC/DC裝置）二、蓄電池蓄電池是能夠儲存電能的裝置，在充電時儲存電能，在放電時釋放電能，兩個過程是可逆的。城市軌道交通車輛（以地鐵為例）有安裝車載電池，即蓄電池，作為列車直流110V供電系統(tǒng)的備用電源。二、蓄電池在列車起動時,為起動時的電氣設(shè)備（比如激活列車、升弓等）提供110V直流電能,直到蓄電池充電器開始工作后,通過蓄電池充電器進行充電，充滿后會一直處于浮充電狀態(tài)，直到蓄電池充電器不工作為止。在列車失去高壓電源時,能夠為列車的監(jiān)控設(shè)備、通信設(shè)備、緊急照明、緊急通風(fēng)、頭燈、尾燈等至少提供45min電能。除此之外,還能為打開或關(guān)閉車門供電,且為恢復(fù)高壓供電后能夠?qū)崿F(xiàn)列車起動提供工作電源。0102蓄電池的作用蓄電池的分類目前城市軌道交通車輛所使用的蓄電池分主要為閥控式鉛酸蓄電池和鎳鎘堿性蓄電池，個別項目試驗使用鋰電池。閥控式鉛酸蓄電池鎳鎘堿性蓄電池蓄電池的結(jié)構(gòu)城市軌道交通車輛的蓄電池組是由多個電池單體相互串聯(lián)組成。蓄電池單體結(jié)構(gòu)：1-正極板2-正極板引線端3-負極板4-負極板引線端5-硬橡膠棍6-電槽7-帶有開關(guān)作用的螺絲塞8-電解液蓄電池的結(jié)構(gòu)蓄電池的結(jié)構(gòu)廣佛線每個蓄電池組裝有78個電池單體，這些電池單元金屬連接片串聯(lián)在一起，通過各電池單體的串聯(lián)使蓄電池的額定電壓達到93.6V以上。廣州地鐵三北線列車采用閥控制鉛酸蓄電池，每列車有兩組蓄電池，分別位于兩個單元B車車底，每組蓄電池由53個電池單體組成，每個蓄電池單體的額定電壓為2V，單體浮充電壓為2.27V，單體放電終止電壓為1.75V，53個電池單體串聯(lián)后工作電壓為直流93V-110V。蓄電池的結(jié)構(gòu)蓄電池一般安裝在拖車車底的蓄電池箱內(nèi)，因為體積比較大，每單元安裝有2個蓄電池箱，為蓄電池箱1及蓄電池箱2，箱子采用懸掛安裝模式。拓展學(xué)習(xí)：蓄電池使用安全注意事項（1）進行電池使用和維護時，請用絕緣工具。電池上面不可以放置任何金屬工具，不能使用有機溶劑清洗電池，不要在電池組附近吸煙或使用明火，所有的維護工作必須由專業(yè)人員進行。（2）由于電池外部短路或其它原因引起電池起火時，使用干粉滅火器具進行撲滅。（3）由于電池組電壓較高，存在著電擊的危險，因此裝卸、連接時應(yīng)使用絕緣工具與防護，防止短路與電擊。（4）安裝時應(yīng)仔細注意蓄電池的正、負極性，絕對不可接反，以免造成蓄電池短路。連接螺絲必須擰緊，擰緊螺母時扭矩為15N·m，以保證接觸良好，臟污和松散的連接會引起電路接觸不良或造成打火。三、110V直流供電系統(tǒng)城市軌道交通車輛110V直流供電系統(tǒng)由蓄電池充電器和蓄電池提供。以常見的六節(jié)編組列車為例，由兩臺蓄電池充電器和兩組蓄電池組組成兩路冗余的110V直流供電系統(tǒng)，每一路都能夠獨立提供列車全部的直流負載，即當(dāng)任一路蓄電池充電器或蓄電池出現(xiàn)故障時，可以由另一路對全部的直流負載進行一定時間的供電，保障列車的安全運行。110V直流供電網(wǎng)絡(luò)110V直流供電網(wǎng)絡(luò)在正常情況下，直流負載是通過蓄電池充電器進行供電。緊急情況下（列車沒有1500V電源或兩臺充電機故障），則通過蓄電池對緊急負載進行供電。兩臺蓄電池之間通過二極管進行相互隔離。110V直流負載主要分為永久負載、緊急負載和一般負載三類。110V直流負載永久負載（Permanentloads）由蓄電池輸出隔離開關(guān)控制，只要蓄電池有電，永久負載線便有電。為了通過司機室里一個開關(guān)能激活列車，因此即使列車在沒有激活的狀態(tài)下，永久負載列車線必須一直有電。永久負載主要包括列車激活、列車激活監(jiān)控環(huán)路等。叫電子負載，在沒有升弓時由蓄電池供電，升弓后輔助供電系統(tǒng)工作時直接由蓄電池充電機供電。緊急負載主要包括VCU、EBCU、MMI顯示屏、ATC1（電器）、ATC2(電器)、ATC顯示屏、數(shù)據(jù)傳輸電臺和聲控通信電臺等。能承受高開關(guān)電流的普通負載，只有列車激活升弓后，才會由蓄電池充電機提供輸出。一般負載主要包括風(fēng)擋玻璃除霜器、風(fēng)擋玻璃雨刮、正常照明1、正常照明2、LED動態(tài)地圖、TFT（LCD）顯示器和視頻驅(qū)動單元等。緊急負載（Emergencyloads）一般負載（Normalloads）課題四輔助供電系統(tǒng)的供電模式與列車啟動關(guān)閉1知識目標(biāo)23能力目標(biāo)素質(zhì)目標(biāo)熟悉輔助供電系統(tǒng)的供電模式；掌握列車的啟動和關(guān)閉流程。能區(qū)別輔助供電系統(tǒng)的供電模式；能進行列車的啟動和關(guān)閉操作。通過列車啟動關(guān)閉的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生主動學(xué)習(xí)新知識和新工藝的工作習(xí)慣。一、輔助供電系統(tǒng)的供電模式分散供電集中供電按照配備輔助逆變器數(shù)量交叉供電擴展供電按照輔助逆變器連接形式分散供電列車每節(jié)車均配備一臺輔助逆變器,每單元共用一臺直流110V的控制電源。一般每節(jié)車都有一個輔助逆變單元DC/AC（共六個），把1500V的直流電轉(zhuǎn)換為三相380V交流電；同時每個B車一個DC/DC（共兩個）,與B車輔助逆變器集成在一個箱體，把1500V的直流電轉(zhuǎn)換為110V直流電。分散供電分散供電列車輔助供電系統(tǒng)工作狀態(tài)可以在駕駛臺車輛顯示屏（HMI）顯示。集中供電列車每單元只配一臺輔助逆變器，同時每單元共用一臺直流110V的控制電源。一般列車每單元只配一臺輔助逆變器，同時每單元共用一臺直流110V的控制電源。分散供電和集中供電列車對比分散供電和集中供電列車在輔助供電設(shè)備的安裝位置與數(shù)量的區(qū)別分散供電和集中供電列車對比分散供電冗余度大,均衡軸重好配置,但造價較高,且總重量也會較重。集中供電冗余度小,每軸配重難以一致,但相對而言,總重量會較輕,成本較低。交叉供電當(dāng)列車有2臺或多臺輔助逆變器時，可以設(shè)置兩套貫穿整列車的三相母線，分別與一半的輔助逆變器相連接進行供電；再將列車每節(jié)的交流負載根據(jù)功率平均分配為兩組，分別接到對應(yīng)兩套的三相母線上，這種供電方式稱為叫交叉供電。交叉供電在正常工作時，每一組輔助逆變器負責(zé)為一套三相母線供電，即為每節(jié)車的一半交流負載供電。當(dāng)一組輔助逆變器故障時，每節(jié)車的一半交流負載將失去供電，但還有一半負載不受影響?？褪业目照{(diào)機組、照明等采用這種供電方式時，能在一組輔助逆變器故障時，本客室還有一半的空調(diào)機組、照明在正常工作，保障一定的安全，減少故障率。擴展供電列車上設(shè)置僅有一套主干線貫穿整列車的三相母線，將兩臺輔助逆變器均連接到該線路上，在兩個單元的三相母線之間設(shè)置擴展供電單元，這種供電方式稱為叫擴展供電。擴展供電由三相交流接觸器和繼電器組成，可以控制接通和斷開。當(dāng)兩臺逆變器都工作正常時，擴展供電單元處于斷開狀態(tài)，此時每臺輔助逆變器僅為本單元的交流負載設(shè)備供電。當(dāng)一臺輔助逆變器故障時，通過網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)切除部分交流負載設(shè)備，并控制擴展供電單元處于接通狀態(tài)，此時由另一臺輔助逆變器為整列車的部分交流負載設(shè)備供電，保障列車安全運行需求。二、