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HXD3型电力机车辅助电路分析 电力机车辅助系统是机车的重要组成部分，其作用是为机车牵引及制动系统提供保障，包括通风、冷却系统、压缩机及空调等。辅助变流系统为机车辅助系统提供三相交流电源，属于机车自用电部分。辅助变流系统的性能好坏，直接关系到机车能否正常运行。HXD3型电力机车的辅助电路由辅助变流器供电电路、110 V充电电源模块电路、辅助加热装置电路和辅助电路的保护电路四部分组成。辅助电路如图1所示。 1．辅助变流器供电电路 HXD3型电力机车辅助变流系统采用两电平式的交-直-交流变流器，将来自于主变压器辅助绕组的单相交流电能变换为三相PWM电压输出，通过滤波电感和滤波电容的平波整形作用，获得准三相正弦波电压，供给辅助电动机驱动辅助装置运转。由此可见，辅助变流器供电电路主要由辅助变流器、滤波装置和负载电路三部分组成。 （1）辅助变流器 HXD3型电力机车设有两套辅助变流器UA11、UA12。在正常情况下辅助变流器UA11、UA12全部工作，基本上以50％的额定容量工作，辅助变流器UA11工作在VVVF方式，辅助变流器UA12工作在CVCF方式，分别为机车辅助电动机供电。 当某一套辅助变流器发生故障时，不需要切除任何辅助电动机，另一套辅助变流器即可承担机车全部的辅助电动机负载。此时，该辅助变流器按照CVCF方式工作，确保机车辅助电动机供电系统的可靠性。 两套辅助变流器UA11、UA12分别同两套主变流器安装在一起，组成功率变流柜。辅助变流器（APU）单独采用强制风冷方式。 图1 HXD3型电力机车辅助电路原理图 辅助变流器由四象限脉冲整流器、中间直流回路和两电平式PWM逆变器组成，变流元件采用IGBT元件。辅助变流器UA11、UA12的脉冲整流器由主变压器二次侧3U1-3V1和3U2-3V2线圈供电，将单相交流电转换为恒定电压的直流电，供给逆变器单元将其转换为三相交流电，对辅助电动机分类供电。 APU基本性能参数： APU电路构成 脉冲整流器单元+中间直流环节+逆变器单元 主回路输入 单相399 V / 50Hz； 额定容量 230 kVA 主回路输出 CVCF 230 kVA／380V／50 Hz，PF=0.85 VVVF 230 kVA，PF=0.85 频率可变范围 0.2～50 Hz；电压可变范围 2～380V 每台机车使用数量2套 （2）交流滤波装置 交流滤波装置是由滤波电感和滤波电容组成的低通滤波器，其作用就是将辅助变流器输出的三相PWM电压波形整形成准正弦三相电压波。 滤波装置技术参数： 输入电压 2～380(1±10％)V／0.2～50 Hz PWM正弦波 输出电压 2～380(1±10％)V／0.2～50 Hz 正弦波 输出电压畸变系数 5％以下(230kVA) 交流电抗器 3相、60 Hz，380μH、 交流电容器 380 V，3×300μF （3）辅助变流器的负载电路 辅助变流器UA11按照VVVF和CVCF两种控制模式设定，正常状态下按VVVF模式运行，可确保适应机车运行状态的冷却风量和降低噪声；在备用冗余状态下按照CVCF模式运行，为辅助系统所有电动机提供应急供电。UA11的输出电压被送入辅助滤波装置LC中，经由ACL1和ACC1组成的交流滤波器滤波，将PWM电压波形变为近似正弦波电压，通过输出接触器KM11给牵引风机电动机MA11、MA12、MA13、MA14、MA15、MA16和冷却塔风机电动机MA17、MA18供电。 辅助变流器UA12按照CVCF控制模式运行，其输出同样经过辅助滤波装置LC中对应滤波器滤波，通过输出接触器KM12，为空气压缩机电动机MA19、MA20，主变压器油泵MA21、MA22，司机室空调EV11、EV12，主变流器内部的水泵WP1、WP2，辅助变流器风机APBM1、APBM2供电，同时UA12还经过AT1隔离变压器，向司机室内的辅助加热设备和低温预热设备、卫生间及压缩机加热回路提供交流电源。 正常工作情况下，UA11、UA12处于互为备用状态。 2．110 V充电电源模块电路 DC110V充电电源模块PSU含两组电源，通常只有一组电源工作，故障发生时另外一组电源将自动启动，为负载供电。DC110 V电源电路原理如图2所示。 图2 HXD3型电力机车DC110 V电源电路原理图 DC110 V充电电源采用的是高频电源模块，其基本参数为： 输入电压 DC 750 V； 输出电压 DC 110(1±2％)V 输出电流 冷却方式 自冷 控制电源的核心是DC110 V充电电源模块PSU，高频电源模块输出的110 V控制电源要与蓄电池并联，共同向各负载回路供电。通过自动开关将DC110 V分别送到：微机控制、机车控制、主变流器、辅助变流器、车内照明、车外照明等支路。 PSU的输入电源来自UA11或UA12的中间回路电源，当UA11和UA12均正常时，由UA12向PSU输入DC750 V电源；当UA12故障时，转由UA11向PSU输入DC750 V电源。 电源屏上设有两个转换开关SW1和SW2，SW1设有“TCMS”和“手动控制”两挡，SW2也有两挡，即“电源 3．辅助加热装置电路 辅助加热回路的AC220 V交流电源是由辅助变流器APU2通过隔离变压器AT1转换进行供电的。辅助加热回路中，还设有低温预热回路，可以采用DC110V低温预热，也可以采用AC110 V低温预热。辅助装置加热电路如图3所示。 当低温预热开关QA72断开时，如果闭合自动开关QA56，接触器KM22闭合，将采用DC110 V低温预热方式，对主变流器、辅助变流器、110 V电源充电模块、总风压力开关、重联插座等进行加热。 预热一定时间，当辅助变流器正常工作后，可以闭合QA72，采用AC110V进行低温预热，此时继电器KE11和接触器KM21闭合，将采用AC110 V低温预热方式，对主变流器、辅助变流器、110 V电源充电模块、总风压力开关、重联插座等进行加热。通过闭合自动开关QA73，可以对撒砂装置进行加热。 图3 辅助系统加热装置供电电路图 4．辅助供电系统的保护电路 辅助供电系统的保护电路由接地保护、过电流保护、中间直流环节电压保护、输入电压保护、110 V充电模块输入电源的短路过载保护组成。 （1）辅助变流器电路的接地保护 辅助变流器的接地保护系统通过跨接在中间直流环节中串联的分压电阻与串联的稳压电容的中点，由中性点引出经限流电阻和一个接地信号检测传感器接地组成。辅助回路正常时，只有一点接地，接地保护电路中流过的电流为零，接地信号检测传感器无信号输出。使用电流传感器可以检测到交流输入侧、直流侧以及三相交流输出侧的接地短路故障电流。 当辅助电路某一点接地时则形成回路，接地检测回路有故障电流流过，传感器输出电流信号，使保护装置动作，脉冲整流器和逆变器的门极均被封锁，同时向微机控制系统发出主断路器跳闸信号。 （2）辅助变流器的过流和过载保护 在每一组辅助变流器的输入回路中，设有输入电流互感器ACCT，起到控制和监视辅助变流器充电电流及辅助绕组短路电流的作用，其动作保护值设定为1 在每一组辅助变流器的输出回路中，设有输出电流互感器CTU和CTW，对辅助电动机回路过载及辅助电动机三相电流不平衡起控制和监视保护作用，辅助电动机回路过载保护的动作值为 （3）辅助变流器中间直流回路电压保护 辅助变流器中间直流回路设有两组电压监测环节，其中DCPT4用于四象限整流器的控制，DCPT5用于逆变器的控制。当DCPT5监测到中间直流回路电压大于等于825 V或小于等于580 V时，中间回路过电压保护环节动作，逆变器的门极均被封锁，逆变器停止输出；当DCPT4监测到中间直流回路电压大于等于825 V或小于等于270 V时，中间回路过电压保护环节动作，四象限整流器器的门极被封锁，工作接触器K断开，四象限整流器停止输出。 （4）辅助变流器输入电压的保护 当接触网电压低于17.5 kV时，辅助变流器的输入电压（即辅助绕组的输出电压）将低于283 V，低压保护环节将动作，四象限整流器的门极被封锁，工作接触器K、AK断开，四象限整流器停止输出。 当接触网电压高于31.5 kV时，辅助变流器的输入电压将高于502 V，过压保护环节动作，四象限整流器的门极被封锁，工作接触器K、AK断开，四象限整流器停止输出。 （5）110 V充电模块输入电源的短路过载保护 每组辅助变流器均可向110 V充电模块提供DC 750 V电源，输出电源回路通过熔断器DF进行短路、过载保护，熔丝额定值为 |
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