何旭升，王建行

（天水通号有轨电车有限责任公司 甘肃 天水 741000）

1 概述

本车采用型号CC400_DC_750V_UR_400_039_A06 紧凑型牵引辅助变流器，英文缩写CC400，是专为铁路车辆应用而设计的具有现代IGBT 技术的紧凑型稳定单元。安装在电车顶部。该系统用于将750V 直流线路电压转换为牵引电机的驱动电源，并为电车的辅助负载提供电源（3×380V 交流/50Hz），以及蓄电池充电[1]。

整套装置包含牵引变流器、制动斩波器、辅助变流器和电池充电电源。电力电子系统基于配备IGBT 模块。闭环控制和监督通过一体式变流器控制箱进行管理。牵引辅助逆变器使用水进行有效冷却。水冷允许采用非常紧凑的结构。通过使用交换器来降低冷却剂的温度，该热交换位于一个单独的机柜中。变流器机柜中的空气由内置风机通过气/水热交换器进行冷却。

2 变流器主要部件

有轨电车配备了两个相同的牵引辅助逆变器，均安装在电车两端车顶。牵引辅助逆变器主要包括牵引逆变器输入电路、MSR 模块、辅助逆变器、充电机等部件，与水冷装置、储能、蓄电池、牵引电机等部件配套使用，每个牵引变流器为1 个转向架的2台电机提供牵引功率，负责调节牵引力大小，承担所有变流器相关的控制、监控与保护任务。辅助逆变器提供AC380V 给空调及为水冷装置供电，另外还输出DC24V 直流电为整车低压负载供电及蓄电池充电。水冷装置即水-空气热交换器位于外冷装置（HEX10)，为牵引辅助逆变器内功率模块进行散热[2-3]。

主要部件分布及数量如图1 所示和见表1。

图1 牵引辅助逆变器分布图

表1 牵引辅助逆变器分布数量统计

3 性能及原理

3.1 牵引辅助逆变器主要性能

牵引辅助逆变器包含了一个牵引变流器（称为“Motorstromrichter”），以及一个给车辆三相交流系统（3×230/400V，50Hz）和24V 直流低压系统供电的辅助变流器。其中辅助电源主要输出：

（1）车载辅助电力3×380V/50Hz（32.5kVA，频率为50Hz）；

（2）冷却风机电源3×0～380V 交流至外部换热器；

（3）24V 直流车载电源和车辆电池充电（8kW，即27V 直流时为300A）。

牵引辅助逆变器的主原理图如图2 所示。

图2 牵引辅助逆变器的主原理图

3.2 牵引变流器的输入电路

每个牵引变流器都通过一个熔断器、一个直流线路断路器（LCB）和一个输入电感从接触网连接到750V 直流线路电压，如图3 所示。

图3 牵引变流器的输入电路（虚框线标记）

电容回路（UZK)的充电由一个电感和多个电容器组成，无需充电电路便可生效。为了避免LC 滤波器导致的任何电压振荡，MSR 模块上的制动斩波器将在充电过程中工作。

3.3 电机变流器（MSR 模块）

牵引变流器包含了由直流输入电容器、牵引逆变模块和制动斩波器组成的实际驱动器。平滑扼流圈单独安放。

牵引变流器将中间直流电路的直流电压变换成具有可变幅度和频率的3 相交流电压给牵引电机供电。所以4 个象限中的操作是可能的（正向/反向和驱动/制动）。频率范围为0-137Hz。

牵引变流器由具有2kHz 恒定调制频率的脉冲宽度调制进行控制[4-5]。

制动斩波器平行于牵引变流器安放。制动斩波器将动态过电压限制在中间直流电路，并提供了电气制动功能（连同外部制动电阻器）。在母线可能没有能量回收的情况下，这是有必要的。

牵引变流器和制动斩波器由IGBT 模块组成，并使用脉冲宽度调制（PWM）进行操作。它们由牵引控制装置通过栅极驱动器进行控制。如图4 所示。

图4 带三个电机相位和制动斩波器的MSR 模块

3.4 辅助电源变流器及充电机

辅助电源变流器由两部分组成，即供应三相交流车载电网电源的逆变器与供应24V 低压配电网与蓄电池充电器的直流-直流变流器（简称“充电机”）。两个功能性的部件均可在HSR/BLModule 以及HBU 模块上找到。对电流分离所必需的变压器属于辅助电源变流器，但并不是该模块的一部分，如图5所示。

图5 辅助电源变流器示意图

辅助电源变流器的充电电路包含一个IGBT 半导体并带有并联充电电阻器。一旦CC400 连接到网压，辅助电源变流器的中间电路经过充电电阻器充电。当辅助电源变流器启动时，充电电阻器则转向旁通。

紧接中间电路之后，紧跟着两个分开的逆变器，生成中频范围内的交流电压。在电流分离变压器之后，提供有24V 电源以及蓄电池充电器的整流加滤波，还有HBU 模块上两个逆变器的整流。

牵引辅助逆变器有蓄电池充电的+24V 直流与24V 车载电网低压电源的两个单独连接。蓄电池的充电遵循通常所说的IoUo 特性，充电电压依规定的充电电流而不同。一旦蓄电池充满电，则电压达到浮充电压的编程值，如图6 所示。

图6 蓄电池充电与24V 总线

低压侧的输出电流根据直流连接电路上测得的值进行计算。

蓄电池的充电取决于蓄电池的温度。为此，蓄电池中有一个NTC 传感器，其信号可通过变流器的控制器读取。

如果没有蓄电池连接时（通常车辆上仅有两个蓄电池），置于连接器外壳中的电阻器则代替NTC传感器。

充电机24V 输出可通过并联总线输送，就如逆流的电流被二极管阻流一样，为整车负载供电，如图7 所示。

图7 24V 总线的并联馈电

如果一台牵引辅助逆变器的逆变器失效，将断开本节车的接触器，另外一个接触器闭合，由另外的一台辅助变流器给全列负载供电，如图8 所示。

图8 车辆上的三相供电网以及切换的可能性

3.5 水冷装置

热交换器装置HEX10 中的水泵通过接触器供电，内风扇由启动器供电。HEX10 中的风扇由HBU2的变频变压电源通过接触器和启动器供电，因此可以对风扇的转速进行控制。