动车组的辅助供电系统设计毕业设计论文

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1、湖南铁道职业技术学院毕业设计说明书 毕业设计(论文)课题名称:动车组的辅助供电系统设计 I湖南铁道职业技术学院毕业设计说明书 毕业论文（设计）诚信声明本人声明：所呈交的毕业论文（设计）是在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果，论文中引用他人的文献、数据、图表、资料均已作明确标注，论文中的结论和成果为本人独立完成，真实可靠，不包含他人成果及已获得 或其他教育机构的学位或证书使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。论文（设计）作者签名： 日期： 年 月 日 毕业论文（设计）版权使用授权书本毕业论文（设计）作者同意学校保留并向国家有关部门或机

2、构送交论文（设计）的复印件和电子版，允许论文（设计）被查阅和借阅。本人授权青岛农业大学可以将本毕业论文（设计）全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本毕业论文（设计）。本人离校后发表或使用该毕业论文（设计）或与该论文（设计）直接相关的学术论文或成果时，单位署名为 。论文（设计）作者签名： 日期： 年 月 日指 导 教 师 签 名： 日期： 年 月 日2012届毕业设计任务书一、课题名称：动车组的辅助供电系统二、指导老师：三、设计内容与要求1、课题概述：随着高速铁路技术在我国的迅速发展,高速铁路动车组技术的消化吸收是我国铁路建设急需要解决的问题。而高速

3、铁路动车的辅助供电系统作为其重要组成部分,除了像传统机车那样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,其作用更加重要。现代高速动车组辅助供电系统是列车运行不可缺少的部分，维护着列车辅助供电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.目前，我国铁路运营的高速动车组为“和谐号”各型高速动车组，其中，CRH3 型动车组速度达到350 km/h，为旅客提供了快捷、舒适的旅行环境。2、设计内容与要求1）介绍动车组的辅助供电系统（1）动车组辅助供电系统的特点（2）动车组辅助供电系统的构成（3）动车组辅助供电系统的功能2） 抽取CRH1型或CRH2

4、型动车组的辅助供电系统进行系统的介绍（1）CRH1型或CRH2型动车组的概述（2）CRH1型或CRH2型动车组的辅助供电系统的构造、工作原理、等等（3）CRH1型或CRH2型动车组的辅助供电系统有关的关键部件例如IGBT元件的一些简要的介绍四、设计参考书目1）铁道车辆电工2）动车组设备3）动车组装备4）现代轨道交通五、设计说明书要求1.封面2.目彔3.论文4.设计课题 含引言或内容摘要、正文、结束语、附录等5.要求打印装钉成册，图表清楚，文字流畅，无错误，不得抄袭。五、毕业设计进程安排六、毕业设计答辩及论文要求(以下五号、宋体)1、 毕业设计答辩要求答辩前三天，每个学生应按时将毕业设计说明书或

5、毕业论文、专题报告等必要资料交指导教师审阅，由指导教师写出审阅意见。学生答辩时对自述部分应写出书面提纲，内容包括课题的任务、目的和意义，所采用的原始资料或参考文献、设计的基本内容和主要方法、成果结论和评价。答辩小组质询课题的关键问题，质询与课题密切相关的基本理论、知识、设计与计算方法、实验方法、测试方法，鉴别学生独立工作能力、创新能力。2、 毕业设计论文要求文字要求:说明书要求打印(除图纸外)，不能手写。文字通顺，语言流畅，排版合理，无错别字，不允许抄袭。图纸要求:按工程制图标准制图，图面整洁，布局合理，线条粗细均匀，圆弧连接光滑，尺寸标注规范，文字注释必须使用工程字书写。曲线图表要求：所有曲

6、线、图表、线路图、程序框图、示意图等不准用徒手画，必须按国家规定的标准或工程要求绘制。引言随着高速铁路技术在我国的迅速发展，高速铁路动车组技术的消化吸收是我国铁路建设急需要解决的问题。而高速铁路动车的辅助供电系统作为其重要组成部分，除了像传统机车那样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，其作用更加重要。本文针对高速铁路辅助变流系统进行了研究.其研究的目的与意义高速动车组技术是由各项复杂技术所构成的集合体，而辅助供电系统是高速动车组的重要组成部分之一。为了保证高速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，这些设备包括空气压缩

7、机、冷却通风机、油泵水泵电机、空气调节系统、采暖、照明、旅客信息系统等。辅助供电系统的优劣，能否正常运行，不仅仅关系到旅客乘坐的舒适性，更直接关系到高速动车组是否能正常行驶。目前我国运行的高速动车组列车共有四种车型，基本为国外引进技术，他们分别是CRH1、CRH2、CRH3与CRH5型高速列车。其中CRH1型高速动车组是由青岛四方与庞巴迪一鲍尔默铁路运输设备有限公司(BSP)等单位研制的高速动车组，其设计运营时速为200kmh，最高试验速度为250kmh，与2007年4月18日开始运营。(CRH1型动车组)CRH2型动车组是以日本川崎重工业的E2系的1000型为基础向日本的川崎重工和中国南车集

8、团的四方机车车辆股份有限公司订购的，并有CRH2-A、CRH2-B、等多个型号，运营最高时速为250kmh。CRH3动车组是由德国西门子公司和中国北车集团唐山轨道客车有限责任公司合作生产的，其以西门子的ICE 3Velaro高速动车为原型，针对中国客运要求并进行适应性优化设计，达到运营时速350kmh并创造了394kmh的最高时速。CRH3型高速动车组与2008年8月1日在京津城际铁路正式投入运营旧1。CRH5型动车组是由法国的阿尔斯通公司和中国北车集团的长春轨道客车股份有限公司合作生产的高速电动车组。CRH5型动车组技术引进自法国阿尔斯通公司的高速列车车型，车体以法国阿尔斯通为芬兰提供的SM

9、3动车组为原型。由中国北车集团长春轨道客车股份有限公司联合法国阿尔斯通负责在国内生产3。CRH5型动车组采用动力分布式设计，每列编组8节车。5节动车和3节拖车，设计最高营运速度为250kmh。由于分别是和不同国家与公司来进行引进，我国现有铁路线上的高速动车种类繁多，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。而且，由于不同国家生产的各种动车所采用的技术各不相同，掌握和吸收起来也增加了难度。因此，迅速加快我国对高速动车组技术的引进吸收工作，吸取所引进列车的优点，扬其

10、所长，避其所短，研发并制造出我国自主研发的高速动车，才能科学的制定统一的标准，迅速加快我国高速铁路发展的步伐。摘要辅助电源系统的可靠性、可用性、列车安全是非常重要的,通过高速列车为依据,辅助供电系统应用中存在的火车和主要性能研究,将给予辅助电源列车技术的发展,提供一些借鉴安全、高速度、操作提供舒适的有效保障,具有重要的应用价值。辅助供电系统是重要的功能的许多必要。维护辅助供电系统的任务是训练负荷提供交流或直流电源,如空调、采暖、通风、照明、制动牵引系统、冷却风扇,控制单元,确保其安全运行的列车,为旅客提供舒适的旅游环境。由于分别是和不同国家与公司来进行引进，我国现有铁路线上的高速动车种类繁多，

11、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。而且，由于不同国家生产的各种动车所采用的技术各不相同，掌握和吸收起来也增加了难度。因此，迅速加快我国对高速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高速动车，才能科学的制定统一的标准，迅速加快我国高速铁路发展的步伐。关键字:可靠性安全运行舒适的有效保障prefaceAuxiliary power supply system reliability of train, u

12、sability, security is very important, by high speed train as the basis, the auxiliary power supply system in the application of the train and the main performance study, will give the auxiliary power supply train technology development, to provide some references for the safety, high speed, for the

13、operation of the comfortable effective guarantee to provide, and has important application value.Auxiliary power supply system is the important function of maintenance many essential. Auxiliary power supply system in the mission is to train the load provides exchanges or dc power, such as air condit

14、ioning, heating, ventilation, lighting, braking traction system, cooling fan, control unit to ensure the safe operation of the train, provide for the passenger comfortable travel environment.key word: reliability safe handling The effective safeguard comfortableVII湖南铁道职业技术学院毕业设计说明书 目录第1章动车组的辅助供电系统11

15、.1 动车组辅助供电系统的特点11.2 动车组辅助供电系统的构成11.3 动车组辅助供电系统的功能4第2章CRH2型动车组的辅助供电系统进行系统的介绍52.1 CRH2型动车组的概述52.2 CRH2型动车组的辅助供电系统的构造、工作原理92.3 CRH2型动车组的辅助供电系统关键部件IGBT元件的一些简要的介绍与充电机工作原理122.4 CRH2动车组辅助供电系统设备与容量162.5 CRH2动车组分配系统18第3章蓄电池的介绍223.1 蓄电池的用途与分类223.2 镉镍蓄电池工作原理与使用233.3 镉镍蓄电池基本参数303.4 CRH2紧急停电时蓄电池的运用333.5 动车蓄电池-维护

16、37附录41谢词43湖南铁道职业技术学院毕业设计说明书 第1章动车组的辅助供电系统1.1 动车组辅助供电系统的特点辅助供电系统的供电母线在动车组全列贯通。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。辅助变流器向轻量化、小体积发展,今年采用IGBT元件和高频电力电子技术来提高效率和可靠性。1.2 动车组辅助供电系统的构成辅助供电系统包括辅助电源系统、电源分配系统、辅助用电设备。1.21 辅助电源系统辅助电源系统由电源供给设备、电源转换设备组成；动车组的辅助供电系统一般由辅助变流器、蓄电池、充电机等组成。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

17、器安装在一个机箱中,蓄电池和充电机提供不停电的应急电源。输入斩波器:输入滤波器是“变频器输入端专用型滤波器”的简称。输入滤波器一般安装在电源与变频器输入电源线之间，主要用于抑制变频器产生的传导干扰和辐射干扰，同时具备共模和差模抑制能力。输入滤波器主要用于对电磁环境要求较高的场合，防止变频器工作时，变频器输入端对电网和其它设备产生的干扰。直流斩波器:直流斩波器乃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。若其输出电压较输入之电源电压低，则称为降压式(Buck)直流斩波器，若其输出电压较输入之电源电压高，则称为升压式(Boost)直流斩波器。逆变器:逆变器是把直流电能（电池

18、、蓄电瓶）转变成交流电（一般为220v、50HZ正弦或方波）。应急电源，一般是把直流电瓶逆变成220V交流的。通俗的讲，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。广泛适用于空调、家庭影院、电动砂轮、电动工具、缝纫机、DVD、VCD、电脑、电视、洗衣机、抽油烟机、冰箱，录像机、按摩器、风扇、照明等。输出滤波器，又名“出线滤波器”，是“变频器专用型输出滤波器”的简称。输出滤波器安装于变频器的电力输出线与电机之间，不但能有效滤除变频器输出电流中的高次谐波，减小由高频谐波引起的附加转矩，降低电机温升及电机运行噪音，而且能有效抑制变频器的输出侧的浪涌电压

19、，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。由于电池是用化学转换方法得到电能，所以又叫化学电池。常用的化学电源有原电池和蓄电池，如手电筒用干电池等属于原电池，酸性蓄电池和碱性蓄电池等属于蓄电池。而动车动所用电池为碱性蓄电电池。原电池是利用化学能转变为电能的一种不可逆电池。当化学变化的活性物质（即有效物质）全部作用完后，它的寿命便告终了。所以又称为一次电池。蓄电池顾名思义就是储蓄起来，使用时再把化学能转变为电能放出来，变换的过程是可逆的。就电能作用来说，当蓄电池已完全放电或部分放电后，两电极表面形成了新的化合物，这时如果用适当的反向电流通入蓄电池，可以使已形成的

20、新化合物还原成原来的活性物质，又可供下次放电之用。这种用反向电流能输入蓄电池的做法，叫做充电；电池供给电流处电路使用，叫做放电。换句话说，放电就是将化学能转变为电能，供外电路使用；充电就是将电能转变为化学能储蓄起来。蓄电池的充电和放电过程，可以重复循环多次，所以蓄电池又称为二次电池。动车组中蓄电池充电模块BCM（Battery charger module），是一个静止的变流装置，其作用是将三相交流电压转变成直流电压，用来向蓄电池充电，并为直流母线提供电能，为其它直流负载供电。每个充电器的总功率为13kW，其中输出功率为8kW、最大充电功率为5kW。充电器为一体化的模块，除冷却系统外，有三个主

21、要子系统：一个三相桥式输入整流器，一个IGBT逆变器和一个输出整流器。电源转换设备由逆变器与整流器组成。电源供给的结构采用干线供电方式,为动车组上除牵引动力系统之外的所有用电设备供电。1.2.2 电源分配系统电源分配系统由分配箱、连接电缆组成,电源分配箱是为通信机架提供直流电源的分配系统。为保证通信不间断，分两组电源输入，每组容量自定。分配箱用于连接两个以上配电电缆终端的封闭箱。电源分配系统是为通信机架提供电源的分配系统。为保证通信不间断，分两组电源输入，每组容量自定。输出相应也分两组，工作地也进行分配，设有多个和输出相对应的输出端子。1.2.3 辅助用电设备HVAC（采暖、通风、空调就是供热

22、通风与空气调节）系统、牵引系统冷却风扇、制动空压机、电池充电机、车辆控制装置、照明等。空气调节系统，是包含温度、湿度、空气清净度以及空气循环的控制系统，被称为HVAC（英语：Heating, Ventilation, Air-conditioning and Cooling）。机车冷却系统机车运行时，机车的冷却水、润滑油、牵引电机及电器或液力传动装置的传动油等的温度均会不断地升高，若不加以冷却，将要影响到电机及传动装置的功率发挥，工作效率下降，润滑油老化变质，破坏润滑，影响机车零部件的使用寿命，甚至损坏。因此，在机车上采取必要的冷却措施，设置一些装置来保证电机、传动装置工作时所产生的热量能及时

23、适度地排放到大气中去，使其温度维持在允许的范围内，以改善零部件的热强度和润滑状况，提高电车工作的经济性和可靠性，延长其使用寿命，这就是机车冷却系统的主要任务。空压机的特点由电动机直接驱动压缩机，使曲轴产生旋转运动，带动连杆使活塞产生往复运动，引起气缸容积变化。由于气缸内压力的变化，通过进气阀使空气经过空气滤清器（消声器）进入气缸，在压缩行程中，由于气缸容积的缩小，压缩空气经过排气阀的作用，经排气管，单向阀（止回阀）进入储气罐，当排气压力达到额定压力0.7MPa时由压力开关控制而自动停机。当储气罐压力降至0.5-0.6MPa时压力开关自动联接启动。电池充电机采用开关电源技术及智能充电技术，根据电

24、池容量进行充电电流选择，严格按照蓄电池充电特性曲线进行自动充电，充电模式是“恒流（均充稳压值）恒压减流（自动判别转为）涓流浮充”三阶段式。充电初期采用恒流技术，充电电流恒定，快速提升电池电压，充电电压达到上限电压时自动转换为恒压减流充电，有效的提高了蓄电池的容量转换效率，充电末期转为涓流浮充，使各单体电池均衡受电，保证电池容量得以最大限度恢复，有效解决单体电压不均衡现象，避免了蓄电池过压充电的危险。车辆控制装置:一种通过有效控制发动机的自动停止和自动起动来实现改善燃耗和降低排放及噪声的车辆控制装置。该车辆控制装置按照规定条件进行发动机的自动停止和自动起动的怠速停止控制装置;根据接到的信号进行对

25、门的上锁信号和解锁的门锁装置;以及在上述怠速停止控制装置所执行的发动机自动停止期间,检测除了从所述遥控钥匙接到的解锁信号以外的基于驾驶员车辆发动意图的信号的车辆发动意图监测装置;其中怠速停止控制根据所述遥控钥匙的上锁信号进行自动的自动停止,并在上述车辆发动意图监测装置的发动机自动停止期间检测出了所述遥控钥匙所收到的解锁信号以外的基于驾驶员的车辆发动以外的信号时,使发动机自动启动。1.3 动车组辅助供电系统的功能动车组是电力牵引列车，电力均来自AC25KV牵引供电电网，经受电弓汲取电流进入牵引变压器原边绕组，再由牵引变压器的次变绕组或主变压器的直流环节进入辅助变压器。辅助供电系统为空气压缩机、冷

26、却通风机、油泵/水泵电机、空气调节系统、采暖、照明、旅客信息系统、控制、广播、列车无线等设备提供电源。这就要辅助供电系统具有三相AC380V母线、AC220V母线、DC110V母线等输出。第2章CRH2型动车组的辅助供电系统进行系统的介绍2.1 CRH2型动车组的概述CRH2型电力动车组，是中华人民共和国铁道部为国营铁路进行中国铁路第六次大提速及建造中的高速客运专线铁路，向川崎重工及中国南车集团四方机车车辆股份有限公司订购的高速列车车款之一中国铁道部将所有引进国外技术、联合设计生产的中国铁路高速（CRH）车辆均命名为“和谐号”。CRH2系列为动力分布式、交流传动的电力动车组，采用了铝合金空心型

27、材车体。2.1.1 基本型号CRH2A第一批CRH2型电动车组为数60列（编号CRH2-001A CRH2060A），编组方式是4节动车配4节拖车（4M4T），每4节为一个单元，速度级别属A型（标称时速200公里），最高营运时速为250公里，用于经改造的既有路线上。CRH2B除2A及2C型外，四方又设计出16节长大编组的CRH2B型电动车组，（编号CRH2-111B CRH2-120B），级别属B型（标称时速200公里），最高营运时速为250公里。CRH2C第二批CRH2型电动车组编号由CRH2-061C开始，是以CRH2A型设计作为基础上进行修改，改动包括把动车数量增至6节（6M2T），使用

28、DSA350型高速受电弓，以及在电弓两旁加装挡板等。列车速度级别属C型（标称时速300公里），最高营运时速为350公里，会用于新建的高速客运专线上。 CRH2E除2A、2B及2C型外，四方又设计出16节长大编组的CRH2E型卧铺电力动车组，列车编号由CRH2-121E开始，级别属E型（标称时速200公里），最高营运时速为250公里。CRH380A在前期多个类型高速动车组的实践过程中，四方进行了全新的设计，生产了CRH380A型高速动车组。此动车组较前几个型号从列车性能、乘用环境，速度等级等各方面均有了大幅度提高，外型有了较大变化，是中国高速铁路自主创新的最新成果，代表了中国高速动车组的最高水平

29、，并创造了世界铁路最高运营时速486.1公里/小时。2.1.2 引入过程中方最初向拥有700系及800系技术的日本车辆制造（日车）及日立制作所洽商，但日车及日立均表明拒绝向中国进行技术转移。其后中方改向与四方有合作的川崎招手，当时川崎的销售业绩并未如预期理想，便出售3组E2-1000系及其车辆技术予中国，以改善业绩。川崎向中国出售新干线技术最初仍被东日本旅客铁道（JR东日本）、日车及日立反对，后经一轮谈判，川崎在得到众日本公司不反对亦不赞成的情况下，出售E2-1000系车辆及技术予中国。铁道部先于2004年10月向南车四方及川崎重工签订60列CRH2型动车组订购合同，至2005年8月13日向南

30、车四方、川崎重工、三菱电机、株洲所、株洲南车电机及石家庄国祥运输设备六方签订51列CRH2型动车组机电产品合同。按照铁道部的订购合同，获订单的国外公司需把若干关键技术转让予中国公司。株洲南车电机受让日本三菱电机提供的MT205型牵引电动机及ATM9型牵引变压器技术，产品于2005年年底开始试生产，至2007年8月20日通过铁道部考核验收。在首批60列CRH2动车组中，株洲南车电机为其中17组列车提供272台牵引电机，另为这些列车提供其中36台牵引变压器。另有一些电机是由日立或山西永济电机提供，型号为YJ92A型。株洲南车时代受让IGBT牵引逆变器等电气系统技术，当中牵引逆变器的国产化工作由株洲

31、所及三菱合资的株洲时菱交通设备公司负责，在2022至2060号的39组列车的牵引逆变器中，其中31组使用了时菱产品，另有8组使用日立产品。2007年11月26日，四方向南车时代采购供CRH2使用的牵引逆变器、辅助牵引变流器、通风系统及列车信息系统，合同总值5.96亿元人民币，供货期由2008年首季开始，至2009年首季结束。不过，日方并无转让车辆的控制软件和源代码技术予中国，倘若软件出现问题，仍需由日本技术人员解决。2.1.3 发现问题在可靠性方面与CRH1及CRH5比较，CRH2比两者优胜。空调吸风问题中国的旅客列车除动车组及较新款的25T型客车外，其余大部份车辆的洗手间均缺乏集便装置，一般

32、列车在行驶时会把污物直接排放在路轨上。而CRH2空调设备的进风口是置于车下，因此当列车行走在经高速化改造后的既有线铁路上时，进风口会把路轨沿线上的污物及垃圾等也一并吸入，造成部份车厢充斥异味，而空调过滤网也需频频清洗，平均每两天清洗一次，每四天便得要更换。日本的同型车由于路线多采用无道碴之板式轨道，且无污物排放问题，过滤网每月仅需清洗一次。车厢空调出现异味的问题最初仅在网上论坛流传，至2007年8月开始出现媒体报导。这个问题已在设计及制造时速300公里版本的CRH2时获得解决，其方法是把风口改在上方。2.1.4 技术数据CRH2型动车组车内的显示器，显示列车当前运行速度。编组型式：22+BoB

33、o+BoBo+22+22+BoBo+BoBo+228节时速250公里=4M4T8节时速300/350公里=6M2T 16节时速250公里=8M8T，8节列车可两编组连挂运行车种：一等座车、二等座车、餐车编组定员：610人客室布置：一等车2+2、二等车2+3最高运营速度：250 km/h (可提升至300 km/h) 最高试验速度：260 km/h以上轨距：1435 mm (标准轨)适应站台高度：1200 mm传动方式：交直交牵引功率：4800 kW编组重量及长度：201.4m，345t车体型式：大型中空型材铝合金车体气密性：车内压力从4kPa降到1kPa时间大于50s头车车辆长度：25700

34、mm中间车辆长度：25000 mm车辆宽度：3380 mm车辆高度：3700 mm空调系统：准集中式转向架类型：DT206/TR7004B无摇枕转向架转向架一系悬挂：单组钢弹簧单侧拉板定位+液压减振器转向架二系悬挂：空气弹簧+橡胶堆转向架轴重：14 t转向架轮径：860/790 mm转向架固定轴距：2500 mm受流电压：交流 25 kV，50 Hz牵引变流器：三菱/南车时代 CI11 IGBT水冷VVVF牵引电动机：三菱电机 / 南车电机 MT205 / 日立 / 永济YJ92A (300kW) x16 启动加速度（m/s2）：0.406制动方式：直通式电空制动紧急制动距离（m）（制动初速度

35、200km/h）：1800补助电源：DC100V，三相AC100V AC220V、AC400V2.2 CRH2型动车组的辅助供电系统的构造、工作原理2.2.1 CRH2的构成CRH2的构成大致上面都介绍过了,辅助供电系统的结构根据负载需要的电源规模来决定，动车组的辅助供电系统一般由辅助变流器、蓄电池、充电机等组成。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停电的应急电源。挑选辅助电源装置与牵引变压器介绍一下如图2-1：图2-1 动车组辅助电

36、源装置: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。牵引变压器: CRH2动车组辅助供电系统由牵引变压器3次辅助绕组提供电源，采用干线供电方式，按各电源系统贯穿全列车。和牵引变压器3次线圈直接连接的系统中，连接有空调装置、换气装置以及ATP主控电源。辅助电源装置（APU）的输入为400V，该设备作为电源向以下五个系统提供电源：非稳定单相AC100V系统；稳定单相AC100V系统；稳定单相AC220V系统；稳定三相AC400V系统；稳定DC100V系统。2.2.2 CRH2的工作原理本辅助

37、电源装置（APU）向辅助电路、蓄电池、荧光灯等供电；输出DC100V向插座、服务设备等供电；输出AC100V和AC220V向牵引系统的相关通风机输出三相AC400V的电源装置，安装在车体地板下侧。其内还设有向电热器等供电的AC100V电源用辅助变压器（ATr）。2.2.3 辅助电源装置（APU）工作原理牵引变压器 引变压器将架线电压25kV 变换成辅助电源装置的输入电压AC400V，同时也担负辅助电源装置对架线的绝缘作用。输入滤波回路 输入滤波回路是降低从架线流入到脉冲整流器/逆变器上的高频电流。IGBT 脉冲整流器 脉冲整流器将牵引变压器的单相交流输出电压变换成直流的恒定电压。控制方式使用了

38、大容量IGBT的脉宽调制方式（PWM）。 DC 环形回路 滤波电容器将稳定的直流电压供给给后段的逆变器。 IGBT 逆变器 逆变器将直流电压变换成为恒频恒电压的3 相交流电压。 AC 滤波回路 AC 滤波回路降低逆变器输出电压中的由于切换所产生的高频电压、使其输出畸变很小的正弦波。输出接触器 输出接触器3phMK 担负切断和辅助电源装置间的负荷的作用。 1.二极管整流电路整流电路通过二极管3 相全桥电路将APU的AC400V 输出电压进行变换、供给DC100V 电压。2.可调电阻可调电阻使直流输出电压具有如图所示的下垂特性图2-2：图2-2 可调电阻使直流输出电压下垂特性APU由APU输入辅助

39、整流器、PWM三相输出逆变器、逆变器输出变压器、CVCF(稳压稳频)输出变压器、辅助变压器等构成。辅助整流器柜由整流器变压器、辅助整流器构成。2.2.4 辅助电源装置（APU）工作原理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。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，

40、通过三相全波整流器，输出DC100V。2.3 CRH2型动车组的辅助供电系统关键部件IGBT元件的一些简要的介绍与充电机工作原理IGBT在以变频器及各类电源为代表的电力电子装置中得到了广泛应用。IGBT集双极型功率晶体管和功率MOSFET的优点于一体，具有电压控制、输入阻抗大、驱动功率小、控制电路简单、开关损耗小、通断速度快和工作频率高等优点。2.3.1 IGBT的工作特性IGBT是一种电压型控制器件，它所需要的驱动电流与驱动功率非常小，可直接与模拟或数字功能块相接而不须加任何附加接口电路。IGBT的导通与关断是由栅极电压UGE来控制的，当UGE大于开启电压UGE（th）时IGBT导通，当栅极

41、和发射极间施加反向或不加信号时，IGBT被关断。IGBT与普通晶体三极管一样，可工作在线性放大区、饱和区和截止区，其主要作为开关器件应用。在驱动电路中主要研究IGBT的饱和导通和截止两个状态，使其开通上升沿和关断下降沿都比较陡峭。2.3.2 IGBT驱动电路要求在设计IGBT驱动时必须注意以下几点：栅极正向驱动电压的大小将对电路性能产生重要影响，必须正确选择。当正向驱动电压增大时，IGBT的导通电阻下降，使开通损耗减小；但若正向驱动电压过大则负载短路时其短路电流IC随UGE增大而增大，可能使IGBT出现擎住效应，导致门控失效，从而造成IGBT的损坏；若正向驱动电压过小会使IGBT退出饱和导通区

42、而进入线性放大区域，使IGBT过热损坏；使用中选12VUGE18V为好。栅极负偏置电压可防止由于关断时浪涌电流过大而使IGBT误导通，一般负偏置电压选一5V为宜。另外，IGBT开通后驱动电路应提供足够的电压和电流幅值，使IGBT在正常工作及过载情况下不致退出饱和导通区而损坏。IGBT快速开通和关断有利于提高工作频率，减小开关损耗。但在大电感负载下IGBT的开关频率不宜过大，因为高速开通和关断时，会产生很高的尖峰电压，极有可能造成IGBT或其他元器件被击穿。选择合适的栅极串联电阻RG和栅射电容CG对IGBT的驱动相当重要。RG较小，栅射极之间的充放电时间常数比较小，会使开通瞬间电流较大，从而损坏

43、IGBT；RG较大，有利于抑制dvcedt，但会增加IGBT的开关时间和开关损耗。合适的CG有利于抑制dicdt，CG太大，开通时间延时，CG太小对抑制dicdt效果不明显。当IGBT关断时，栅射电压很容易受IGBT和电路寄生参数的干扰，使栅射电压引起器件误导通，为防止这种现象发生，可以在栅射间并接一个电阻。此外，在实际应用中为防止栅极驱动电路出现高压尖峰，最好在栅射间并接两只反向串联的稳压二极管，其稳压值应与正负栅压相同。2.3.3 HCPL-316J驱动电路HCPL-316J内部结构及工作原理：若IGBT出现过流信号（脚14检测到IGBT集电极上电压=7V），而输入驱动信号继续加在脚1，欠

44、压信号为低电平，B点输出低电平，三级达林顿管被关断，1DMOS导通，IGBT栅射集之间的电压慢慢放掉，实现慢降栅压。当VOUT=2V时，即VOUT输出低电平，C点变为低电平，B点为高电平，50DMOS导通，IGBT栅射集迅速放电。故障线上信号通过光耦，再经过RS触发器，Q输出高电平，使输入光耦被封锁。同理可以分析只欠压的情况和即欠压又过流的情况。驱动电路设计：HCPL-316J左边的VIN+，FAULT和RESET分别与微机相连。R7，R8，R9，D5，D6和C12 起输入保护作用，防止过高的输入电压损坏IGBT，但是保护电路会产生约1s延时，在开关频率超过100kHz时不适合使用。Q3最主要

45、起互锁作用，当两路PWM信号（同一桥臂）都为高电平时，Q3导通，把输入电平拉低，使输出端也为低电平。图3中的互锁信号Interlock，和Interlock2分别与另外一个316J Interlock2和Interlock1相连。R1和C2起到了对故障信号的放大和滤波，当有干扰信号后，能让微机正确接受信息。在输出端，R5和C7关系到IGBT开通的快慢和开关损耗，增加C7可以明显地减小dicdt。首先计算栅极电阻：其中ION为开通时注入IGBT的栅极电流。为使IGBT迅速开通，设计，IONMAX值为20A。输出低电平VOL=2v。C3是一个非常重要的参数，最主要起充电延时作用。当系统启动，芯片开

46、始工作时，由于IGBT的集电极C端电压还远远大于7V，若没有C3，则会错误地发出短路故障信号，使输出直接关断。当芯片正常工作以后，假使集电极电压瞬间升高，之后立刻恢复正常，若没有C3，则也会发出错误的故障信号，使IGBT误关断。但是，C3的取值过大会使系统反应变慢，而且在饱和情况下，也可能使IGBT在延时时间内就被烧坏，起不到正确的保护作用， C3取值100pF，其延时时间。在集电极检测电路用两个二极管串连，能够提高总体的反向耐压，从而能够提高驱动电压等级，但二极管的反向恢复时间要很小，且每个反向耐压等级要为1000V，一般选取BYV261E，反向恢复时间75 ns。R4和C5的作用是保留HC

47、LP-316J出现过流信号后具有的软关断特性，其原理是C5通过内部MOSFET的放电来实现软关断。图3中输出电压VOUT经过两个快速三极管推挽输出，使驱动电流最大能达到20A，能够快速驱动1700v、200-300A的IGBT。驱动电源设计：在驱动设计中，稳定的电源是IGBT能否正常工作的保证。电源采用正激变换，抗干扰能力较强，副边不加滤波电感，输入阻抗低，使在重负载情况下电源输出电压仍然比较稳定。当s开通时，+12v（为比较稳定的电源，精度很高）电压便加到变压器原边和S相连的绕组，通过能量耦合使副边经过整流输出。当S关断时，通过原边二极管和其相连的绕组把磁芯的能量回馈到电源，实现变压器磁芯的

48、复位。555定时器接成多谐振荡器，通过对C1的充放电使脚2和脚6的电位在48v之间变换，使脚3输出电压方波信号，并用方波信号来控制S的开通和关断。+12v经过R1，D2给C1充电，其充电时间t1R1C2ln2；放电时间t2=R2C1ln2，充电时输出高电平，放电时输出低电平。所以占空比=t1（t1+t2）。变压器按下述参数进行设计：原边接+12v，频率为60kHz，工作磁感应强度Bw为O15T，副边+15v输出2A，-5v输出1 A，效率n=80，窗口填充系数Km为O5，磁芯填充系数Kc为1，线圈导线电流密度d为3 Amm2。则输出功率PT=（15+O6）22+（5+O6）12=64W。由于带

49、载后驱动电源输出电压会有所下降，所以，在实际应用中考虑提高频率和占空比来稳定输出电压。充电机工作原理:CRH2型动车组中蓄电池充电模块BCM（Battery charger module），是一个静止的变流装置，其作用是将三相交流电压转变成直流电压，用来向蓄电池充电，并为直流母线提供电能，为其它直流负载供电。每个充电器的总功率为13kW，其中输出功率为8kW、最大充电功率为5kW。充电器为一体化的模块，除冷却系统外，有三个主要子系统：一个三相桥式输入整流器，一个IGBT逆变器和一个输出整流器。BCM的主电路原理框图2-3 BCM的主电路原理框图BCM的电路原理如图所示：图2-4 BCM的电路原

50、理BCM是单机设备，能够独立工作，既含有冷却系统，也含有控制系统，模块安装在车辆的底架中。到BCM的电源和信号电缆，来自模块顶上的电缆管道，通过BCM上盖板中的孔引入BCM，内外电缆间的连接端子置于BCM内部，在外壳上既没有电缆密封管也没有插座。有一个连接器用于三相输入，一个输出到电池总线，一个输出到电池，以及一个共用的输出，用于电池总线和电池的负极。PT100-元件将IGBT散热器温度送给控制单元（BCC/I），如果温度不高于预设值，散热器仅通过自然对流冷却就可以了；如果温度超过预设值，就激活冷却风扇，强迫散热器冷却。2.4 CRH2动车组辅助供电系统设备与容量CRH2动车组设置2台辅助电源

51、装置（APU），分别向4辆车提供辅助电源。当一台辅助电源装置发生故障时，可通过另一台辅助电源装置向全列车提供辅助电源。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。辅助整流器柜由整流器变压器、辅助整流器构成。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AC4

52、00变换成另一单相AC100V电源。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。辅助整流装置采用自冷式，由整流器变压器、整流二极管单元、用于实现输出电压下降特性的电阻等构成。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。辅助系统采用冗余设计：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

53、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，每台辅助电源装置给4节车厢供电。当一台辅助电源装置发生故障时，为了使另一台正常运转的辅助电源装置能够向8节车厢供电，设置了用于切换的扩展供电回路。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。辅助电源装置（APU）输入输出参数表2-5表2-5 辅助电源装置输入输出APU的5个电压输出额定容量均大于1台APU停止运行时的负载功率。动车组车外车体侧面装有连接外部电源的插座（AC400V、单相50Hz

54、），M2车（2号车及6号车）上各有一处。车辆检修基地设置有外部电源，可供辅助电路的工作，辅助电源装置（APU）出现故障时，系统供电容量表2-6：辅助电源装置（APU)1-4号车负载5-8号车负载整列合集负载APU额定容量DC100V(ARf)24.4kw23.3kw47.8kw58kw2台=116kwAC100V(CVT)-夏3.4 kw3.6 kw7.1 kw12 kw1号车APU停止时停止7.1kw12kw8号车APU停止时7.1kw停止12kwAC220V(CVT)-夏1.9kw6.3kw8.1kw12kw1号车APU停止时停止8.1kw12kw8号车APU停止时8.1kw停止8.1kw

55、12kwAC100V(ATr)-夏2.9kw2.422kwAC100V(ATr)-冬11.8kw11.222kWAC400V（SIV）57.8kw65.2123kw123kw1号车APU停止时停止123kw123kw表2-6 辅助电源装置系统供电容量APU的5个电压输出额定容量均大于1台APU停止运行时的负载功率。动车组车外车体侧面装有连接外部电源的插座（AC400V、单相50Hz），M2车（2号车及6号车）上各有一处。车辆检修基地设置有外部电源，可供辅助电路的工作。2.5 CRH2动车组分配系统CRH2动车组配电系统线号、记号分类 关于线号的分配方案 。线号格式： 千位 百位 十位 个位 英

56、文 附加数字千位、百位数字用于区别电源系统、信号种类。0（零）的时候，可以省略。十位、个位数字作为回转序号分配。0（零）的时候，可以省略。（1）直流电路 102线系统 由蓄电池提供的电源平时就成为接通的使用状态，随时为辅助电动空气压缩机、受电弓及真空断路器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ARfK）提供电源。 由于制动设定器手柄接通，105线接通，M2车的BVR动作，通过BVR接点接通，BAtK1动作，103线被接通。此外，即使断开制动设定器手柄，若VCB接通时，

57、由于BatK1继续动作，103线仍处于接通状态。 该电源用于控制电路、ATC、监控器、车辆开关门电路等主要的直流电源装置及机器。 （1）直流电路 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。 （2）交流电路 701、751线系统（AC400V 50Hz） 牵引变压器的三次侧的输出线是经过三次侧电源的交流接触器（ACK1）和牵引变压器油泵电机GRT向GR3及NVR1供电。 704、705线系统（AC400V、50Hz） 采用交流接触器（ACK1）

58、将牵引变压器的三次侧作为动车组（3辆、2辆、3辆）三次电源。 该电源是供空调、辅助电源装置、电动空气压缩机、换气装置、各电动送风装置的电源。 771、781、791线系统（AC400V、3相、50Hz） 三相交流400V贯通线。 （2）交流电路 202线系统（AC100V、50Hz） 在头车设置的辅助电源装置，其输出电压的波动为10%。该电源提供给14号车、58号车。通常，辅助电源装置是各自单独运行的，1台发生故障，通过电源感应可延长供电。该电源向列车运行去向表示器、对号座位表示器、各插座、厕所、洗手间等相关设施供电。 251线系统（AC100V、50Hz） 辅助电源装置内的辅助变压器的次级输

59、出的电源电压，会随着接触网电压的波动而变化，即使是100V的电源也会波动。该电源用于各种加热器的电源。CRH2动车组关于记号的分配方案 。记号以下述基本方法进行命名： O 1名称功能 功能2 机器记号 附数名称一般用英文的简称。例如下表的表示空气压缩机Compresser Motor。功能表示动作的功能。不必要时可以省略。C代表断Cut；O代表开；CO代表断开；R代表重复Repeat1、广播回路配线：广播回路的配线作为抗干扰对策，使用通过电线管的配线。2、灯具回路配线：客室灯具的配线组合入各灯具中，各个灯具间再用连结器相连接。3、其他回路的配线：监控回路和有关显示器、关门装置、厕所的配线通过顶

60、棚电线槽或固定在电线支架上。第3章蓄电池的介绍3.1 蓄电池的用途与分类3.1.1 蓄电池的用途电池是将化学能变为电能的工具。由于电池是用化学转换方法得到电能，所以又叫化学电池。常用的化学电源有原电池和蓄电池，如手电筒用干电池等属于原电池，酸性蓄电池和碱性蓄电池等属于蓄电池。原电池是利用化学能转变为电能的一种不可逆电池。当化学变化的活性物质（即有效物质）全部作用完后，它的寿命便告终了。所以又称为一次电池。蓄电池顾名思义就是储蓄起来，使用时再把化学能转变为电能放出来，变换的过程是可逆的。就电能作用来说，当蓄电池已完全放电或部分放电后，两电极表面形成了新的化合物，这时如果用适当的反向电流通入蓄电池

61、，可以使已形成的新化合物还原成原来的活性物质，又可供下次放电之用。这种用反向电流能输入蓄电池的做法，叫做充电；电池供给电流处电路使用，叫做放电。换句话说，放电就是将化学能转变为电能，供外电路使用；充电就是将电能转变为化学能储蓄起来。蓄电池的充电和放电过程，可以重复循环多次，所以蓄电池又称为二次电池。3.1.2 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2737%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。上述电池实现密封是利用阴极吸收再化合的原理，使正极板析出的氧气迅速到达负极板生成氧化铅，氧化铅再与硫酸发生反应，生成硫酸铅和水；硫酸铅再与氢气反应，生成铅和硫酸。化学反应式：2Pb+O2+2H