动车组辅助供电系统.doc

郑州铁路职业技术学院毕业论文

崇德尚能
知行合一

郑州铁路职业技术学院
毕业论文

题 目：动车组的辅助供电系统

专 业： 高速铁道技术（动车组方向）
系 （院）： 机车车辆学院
班 级： 动车11A1
学 号：
姓 名：
指导教师：

目录
摘 要 3
第一章：CRH2动车辅助供电系统概述 4
1.1辅助供电系统具有以下特点 4
1.2 CRH2牵引变压器辅助供电绕组供电 4
1.3辅助电源系统 5
第二章：CRH2动车组辅助供电系统设备与容量 5
2.1辅助供电冗余型 5
2.2辅助用电设备输出参数 5
2.3蓄电池 6
2..3.1蓄电池的分类 6
2.3.2蓄电池的基本名词 6
2.3.3碱性蓄电池的命名 6
2.3.4镉镍蓄电池的工作原理与运用 7
第三章：CRH2型动车组辅助电源装置(APU) 7
3.1 DC100V系统 7
致 谢 9
参考文献 9

摘 要
随着高速铁路技术在我国的迅速发展,动车的辅助供电系统作为其重要组成部分,除了担负牵引电机的辅助作用,还担负起了车内乘客安全和乘坐环境维持系统的用电。动车组辅助供电系统是列车运行不可缺少的部分，起着第二电源的作用，动车组的辅助供电系统采用干线供电方式,电源贯穿全列车.
为了保证动车组能够长时间的正常运行，列车需要稳定、高效的辅助系统为众多辅助设备提供电源，主要包括空气空调、冷却风机、压缩机、照明、控制、广播、列车无线等设备提供交流或直流电源。辅助供电系统不仅仅关系到旅客乘坐的舒适的旅游环境，更是列车安全运行非常重要的有效保障,具有重要的应用价值。
由于分别是和不同国家与公司来进行引进，各种动车所采用的技术各不相同，我国现有铁路线上的动车种类繁多，技术各异。在这种背景下，各种机车之间存在着大量的零配件不通用，今后我国铁路机车的维护，保养和继续生产就面临着巨大的挑战，维护保养的成本也将大大提高，阻碍我国铁路事业的继续发展。掌握和吸收起来也增加了难度。
因此，迅速加快我国对动车组技术的引进吸收工作，吸取所引进列车的优点，扬其所长，避其所短，研发并制造出我国自主研发的动车，才能科学的制定统一的标准，迅速加快我国动车组发展的步伐。
本文主要基于CRH2型动车组辅助供电进行论述，CRH2动车组以E2-1000型动车组为原型车，通过全面引进设计制造技术，由四方股份公司在国内制造生产。

关键词：蓄电池，辅助供电系统，辅助供电装置

第一章：CRH2动车辅助供电系统概述
辅助供电系统采用干线供电方式，为动车组上除牵引动力系统之外的所有用电设备供电。辅助变流器由输入滤波器、斩波器、逆变器、输出滤波器和控制单元组成，一般和牵引变流器安装在一个机箱中。蓄电池和充电机提供不间断的应急电源。
辅助电源装置(APU) :动车组在1号、8号车分别设置一套辅助电源装置（APU），为空气压缩机、照明、控制、广播、列车无线等设备提供电源；在2、4、6号车上分别设有一个蓄电池箱。

CRH2型动车组由8辆车组成，其中4辆动车4辆拖车如图所示。
1.1辅助供电系统具有以下特点
1.辅助供电系统的供电母线在动车组全列车贯通。
2.辅助供电系统的负载种类多，需要提供的电源规格多，布线复杂。
3.辅助变流器向轻量化、小体积发展，近年均采用IGBT元件和高频电力电子技术来提高效率和可靠性。
1.2 CRH2牵引变压器辅助供电绕组供电
在CRH2动车组中，辅助供电系统由牵引变压器3次绕组的AC400V提供电源，AC25kV的高压电输入牵引变压器，经过降压变成AC400V，再输入辅助电源装置，经过处理后，从辅助电源装置输出4路交流和1路直流电源，为列车的各设备供电。
非稳压单相AC100V系统，由辅助变压器（ATr）仅将牵引变压器辅助绕组的AC400V电压直接降压至AC100V，向热水器的加热器等容许电压变动的负荷供电。
稳压AC100V、AC220V系统和稳压DC100V系统，使用辅助电源装置与AC400V实现隔离，并且降压和稳压。
稳压三相AC400V与牵引系统相关的辅助设备（牵引变压器、牵引变流器、牵引电机用各送风机等）连接。
稳压DC100V系统向车辆的控制电源、车厢照明、蓄电池等供电。

1.3辅助电源系统
辅助电源由辅助电源装置（APU）和辅助整流器（ARf）两个装置组成。
输入斩波器:输入滤波器一般安装在电源与变频器输入电源线之间，主要用于对电磁环境要求较高的场合，防止变频器工作时，对电网和其它设备产生的干扰。
直流斩波器:直流斩波器利用功率组件对固定电压之电源做适当之切割以达成负载端电压改变之目的。
逆变器:逆变器是一种将直流电（DC）转化为交流电（AC）的装置。它由逆变桥、控制逻辑和滤波电路组成。
输出滤波器，输出滤波器安装于变频器的电力输出线与电机之间，用于滤除变频器输出电流中的高次谐波，从而降低电机温升及电机运行噪音，达到保护电机，提高变频调速系统的功率因数。
蓄电池:电池是将化学能变为电能的工具。
第二章：CRH2动车组辅助供电系统设备与容量
动车组上设AC220V电源插座，不设DC24V及DC36V的插座。
辅助电源装置的输出满足JIS E 6402。
全列共设3组蓄电池，蓄电池组容量可维持应急用电量两小时。运行过程中，蓄电池组可在线路上充电。
2.1辅助供电冗余型

在动车组上安装2台牵引变压器，其辅助绕组输出的AC400V电压分别供电给4节车厢。当一台牵引变压器故障时，为了使另一台正常运转，牵引变压器能够通过辅助绕组向8节车厢供电，设置了用于切换的辅助绕组电源感应回路。当辅助绕组电源切换后，空调装置半功率运行。
辅助电源装置的输出容量的设计能够在故障时用一台正常运转的辅助电源装置，向整列车供电。因此，当一台辅助电源装置故障时无需减少负荷

2.2辅助用电设备输出参数
输入
输入1
输入2
输入3
输入4
输入5

AC400V

DC100V±10%
单相AC100V±10%，50Hz
单相AC220V±10%，50Hz
三相
AC400V±10%，50Hz
单相AC59V-126v，50Hz

116KW
12KVA
11.3KVA
123KVA
23KVA
2.3蓄电池
2..3.1蓄电池的分类
根据电极和电解液所用物质的不同，蓄电池一般分为酸性蓄电池和碱性蓄电池。酸性蓄电池的电解液是浓度为27~37%的硫酸（H2SO4）水溶液，即稀硫酸，硫酸是酸性化合物。酸性蓄电池正极板的活性物质是二氧化铅（PbO2），负极板的活性物质是绒状铅（Pb），所以酸性蓄电池又叫做铅蓄电池。
碱性蓄电池的电解是浓度为20%的氢氧化钾（KOH）水溶液，氢氧化钾是碱性化合物。在碱性蓄电池中，用氟氧化镍[Ni（OH）3]做正极板，用铁（Fe）做负极板的叫做铁镍蓄电池；用镉（Cd）做负极板的叫做镉镍蓄电池。
动车组主要采用镉镍蓄电池。
2.3.2蓄电池的基本名词
1.额定容量 ：蓄电池从额定电压放电到终止电压所提供的电能，一般用Ah表示。额定容量 （Ah）＝放电电流(A)×放电时间(h)
2.放电率 ：蓄电池在一定电流下，放电所能持续的时间称放电率。1小时率以下为高放电率，用字母“G”表示；1—5小时率（包括1小时）为中放电率，用字母“Z”表示；5小时率以上（包括5小时率）为低放电率，不用字母表示。
3.放电最终电压 ：蓄电池应停止放电，进行充电的电压为最终电压。TG型蓄电池一般为1.75V。
4.影响蓄电池容量的因素 ：蓄电池是通过化学反应产生电能，因此，电池容量取决于电极里所含活性物质的量。一般放电电流越大，电池容量越小。
2.3.3碱性蓄电池的命名
单体（每只）蓄电池，其型号仅由系列（构成正负极板的材料代号）和容量组成。比如TN500碱性蓄电池，“T”是负极板材料铁的代号（取其汉语拼音第一个字母，下同），“N”是正极板材料镍的代号，500表示其容量为500安时（AN）。XYZ5碱性蓄电池，“X”是负极板材料锌的代号，“Y”是正极板材料银的代号，“Z”代表中放电率，5表示其容量为5安时。GNYG40m碱性蓄电池，第一个“G”是负极板材料镉的代号，“N”是正极板材料镍的代号；“Y”代表圆形密封结构，第四个字母“G”代表高放电率，“40m”表示其容量为40毫安时（mAH）。
几个单体蓄电池串联组成蓄电池组，由其型号前面再加上第一部分串联个数组成。 比如2XYG200碱性蓄电池组，“2”代表2个电池串联，“X”是负极板材料锌的代号，“Y”是正极板材料银的代号，“G”代表高放电率，200表示其容量为200安时。10GNH60碱性蓄电池组，“10”代表10个电池串联，“G”是负极板材料镉的代号，“N”是正极材料镍的代号，“H”代表蓄电池组外壳是活动盖的，60表示其容量为60安时。
2.3.4镉镍蓄电池的工作原理与运用

从上述化学反应式可以看出，电解液只作为电流的传导体，其浓度不发生变化；因此对于镉镍蓄电池不能依据电解液的比重来判断电池充放电的程度，所有应该根据电压的变化来判断充放电的程度。
新蓄电池安装前的检查与连接 ：蓄电池外壳应无裂纹、损伤、漏液等现象。电池的正负极性必须正确，壳内部件应齐全无损伤，有孔气塞通气性能应良好。连接条、螺栓及螺母应齐全，并无锈蚀。带电解液的蓄电池，其液面高度应在两液面线之间。
第三章：CRH2型动车组辅助电源装置(APU)
辅助电源装置（APU）由APU输入辅助整流器、PWM三相输出逆变器、逆变器输出变压器、CVCF输出变压器、辅助变压器等构成。
APU的输入电源是牵引变压器辅助绕组输出的AC400V，通过可控硅混合电桥变换成为直流电。该直流电通过PWM三相逆变器变换成为交流电，通过逆变器输出变压器提供AC400V三相50Hz电源。
CVCF输出变压器将AC400V三相电源变换成单相AC220V、AC100V的稳压电源。
辅助变压器将牵引变压器辅助绕组的AC400变换成另一单相AC100V电源。动作说明：供给控制电压后对CPU 进行初始化并接通ACK1。脉冲整流器输入电压在250V 以上时作为架线电压确立、接通逆变器接触器IVK2、通过充电电阻对滤波电容器进行预充电。然后接通IVK2，接通IVK1、不用充电电阻对滤波电容器进行直接充电。接通IVK1，后断开IVK2、接通脉冲整流器的闸控。
3.1 DC100V系统
辅助整流器箱使用整流器变压器将APU的400V三相电压输出变压后，通过三相全波整流器，输出DC100V。向车辆的控制电源、车厢照明、蓄电池、插座、服务设备等供电。
102线系统
由蓄电池提供的电源随时成为接通的使用状态，为辅助电动空气压缩机、受电弓及真空断路器（VCB）等与行车相关设备提供电源。
103线系统
就列车编组的贯通而言，在VCB接通前，各车使用备用电源（蓄电池）。VCB接通后，辅助电源的输出线101线（103线的场合是经过辅助整流器接触器（ArfK））提供电源。
就列车编组的贯通而言，在VCB接通前，各车使用备用电源（蓄电池）。VCB接通后，辅助电源的输出线101线（103线的场合是经过辅助整流器接触器（ArfK））提供电源。
103B线系统
在由102线及103线两者提供电源的电路中，通常是由103线供电。在接触网停电时，进行切换备用灯的操作，将备用电源接入，为两头车的标志灯、回转接触电源、广播设备、备用灯等提供电源
115线系统
电池的充电电路确立后施加电压。它以辅助电源装置的直流输出为重要条件。
其过程是：用作辅助电源装置的直流输出的继电器（ARfKR）动作，114线接通→导致M2车的蓄电池接触器2（BAtK2R）励磁→通过BAtK2R的动作，致使M2车的BAtK2R励磁→通过来自103线的电源115线接通。它是用作客房灯、自动门、空调及辅助旋转机器控制等服务设施的电源。

致 谢
通过本次论文的制作，我从中学到不少东西，首先是word软件的应用， 其次是我回顾筛选整个大学学习的专业知识，开始不知如何下手，因为有很多东西我并没有系统的总结过，在同学和老师的帮助下我不在惧怕，通过这次认认真真查找有关资料并结合自己所学过的知识和实训中获得的技能进行分析、归纳、总结，完成本次毕业论文。
在此感谢我的指导教师和代课老师对我的悉心指导和帮助，还有我的同学们，没有他们的帮助也没有我的这篇设计。
通过这次设计加深了很多关于专业知识理解，更增加了和老师、同学交流心得，这使我受益匪浅，为我以后人生之路积累了不少经验。
参考文献

《动车组制动系统维护与检修》 王亦军
《动车组控制系统维护与》 李向超
《动车组辅助设备维护与检修》 时 蕾
《动车组机械设备维护与检修》 洪从鲁
《动车组运用与管理》 刘 佳
《动车组网络技术》 许传波

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