低地板轻轨车辆辅助电源系统隔离方案的分析

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1、低地板轻轨车辆辅助电源系统隔离方案的分析纪志坡1杨丹燕2(1．北京交通大学电气工程学院，北京100044；2．长春轨道客车股份有限公司城轨开发部，长春130062)PE电力电子摘要本文对单相半桥隔离变换器与单相全桥隔离变换器进行了比较，通过分析它们的优缺点，确定了半桥变换器在辅助电源系统中的优势，，并对该种拓扑结构进行了Simulink仿真。关键宇：高频DC-DC变换器；低地板；半桥变换器；全桥变换器ChoosingofAuxiliaryPowerSystemInsulatedSchemeinLow-floorLightRailwayVehicleJiZhip01Yang

2、Danyan2(1．SchoolofElectricalEng．，BeijingJiaotongUniversity，Beijing100044，China．2．R&Ddepartment，ChangchunRailwayVehiclesCO，LTD，Changchun130062，China)Abstracthalf-bridgeconverterandfull-bridgeconverterhasbeencomparedinthispaper，itconfirmsthathalf-bridgeconverterf伍s1moremeritsinauxiliarypowe

3、rsystembyanalyzingtheiradvantagesanddisadvantages，andcarriesoutsimulationtohalf-bridgetopologyinSimulink，．Keywords：highfrequencyDC—DCconverter：low-floor；half-bridgeconverter；full—bridgeconverter1引言随着电力电子技术和计算机控制技术的发展，出现了采用电力电子技术的静止变流器，它是一种具有稳定输出电压及频率的电源供应装置，其以最少的组件，减少能源损耗，减轻重量，降低噪声及很少维护保养

4、为目的，进而提升车辆的性能，成为现代轻轨电动车辆辅助电源的必然选择。辅助变流器的应用在我国始于20世纪80年代中后期，当时是从欧洲引进的技术，运用于8K型机车上，至90年代中期以前，有关辅助变流器的工作主要是围绕对该变流器的引进、消化和吸收上展开的。辅助变流器作为低地板轻轨电动车辆的辅助供应电源设备，它是车辆辅助系统的重要组成部分，其作用是提供稳定的交流电源给负载供电，如空调机组及通风装置、空压机、电加热器等，以及提供直流电给控制电路、客室照明、磁轨制动供电及给蓄电池充电。低地板轻轨车辆辅助电源系统与地铁的辅助电源系统存在很大的不同，最主要的不同就是后者使用工频变压器进行

5、了隔离，所以体积比较庞大，造成了系统的笨重。而前者的安装位置位于车厢顶部，所以严格限制了该系统的体积，为了减小变压器的体积，只能将频率提高，即采用高频DC．DC变换器的方式进行电气隔离。目前隔离这部分所应用于实际项目的主要有两种拓扑结构，一种半桥隔离变换器，另一种是全桥隔离变换器，下面就这两种方案进行分析。2两种方案的分析首先介绍一下整个交流电源系统的组成，直流750V网压经过DC．DC变换器进行隔离，再由三相逆变器输出三相电为负载提供电源，图1就是本系统的结构：75倒哗一oc!：l裂：4蠡{器1图1电源系统结构图2007年第1期IDt囔ltlt]27PE电力电子本文的重

6、点就是分析DC．DC变换这一部分，在长春轨道客车股份有限公司做长春低地板轻轨车的项目中，与多家国外大公司都进行了技术交流，通过对他们技术资料的分析，其中最有代表性的就是庞巴迪和ABB的系统，他们DC．DC这部分拓扑结构分别采用了半桥变换和全桥变换，下面就对这两种变换拓扑结构进行分析，为了便于分析给变换器都加上一定的负载。2．1半桥变换器图2所示为半桥变换器的电路图。通过电容器Cl和C2建立电压中点。开关元件S1和S2交替闭合(闭合的时问均为t。。)Vo和iL的波形如图，半桥型1，^，变换器的电压变化为：上=坐D通过交替vd『Nl控制Sf、S2开通与关断，并控制其占空比D，

7、即可控制输出电压的大小。i图2半桥变换器的电路图及波形图2．2全桥变换器单相全桥变换器的电路结构如图3所示：隔离变压器原边的全桥中开关元件成对动作，Sl，S2为一组，S3，s。为另一组。当两开关组交替动作、且闭合的时间均为ton时，变压器副边的波形如图所I，^r示。全桥型变换器的电压变化为：上=2墨D与％Ⅳl开关S1和S2反并联的二极管提供了电流通路，可将隔离变压器边漏电感中储存的能量释放掉。2．3两种方案的比较比较半桥型变换器和全桥型变换器的电路和波形可知，若两者的输入输出电压和额定功率相同，则在两种变换器中，半桥的开关元件