客车DC600V供电电源主威廉希尔官方网站 设计

　　摘要：为了提高客车DC600 V供电电源的功率因数，减小输出电压的波动，对主威廉希尔官方网站 提出了基于“二极管不控整流+IGBT降压斩波”的设计、通过对主威廉希尔官方网站 的PSIM仿真，表明该威廉希尔官方网站 能够大幅提高DC600 V电源的功率因数，而且使输出电压稳定在600 V左右，达到了设计目的，能满足对客车供电的质量需求，保证用电设备的正常工作。

　　目前，在电气化区段，列车供电系统，由装在机车（拖车）内的客车供电装置将接触网、受电弓送来的的25 kV单相交流电，经降压整流，滤波成600 V直流电压，提供DC600 V电乐等级的列车供电母线。各空调客车通过配电柜供电选择开关将其中一路600 V直流送入空调逆变电源装置（简称逆变器）及直流110 V电源装置（简称充电器），分别向空调、电开水炉、冰箱等三相交流电器负载、电视机等单相220 V插座供电，并在给蓄电池充电的同时向照明、供电控制等直流负载供电。由于现有的客车DC600 V供电电源装置的主威廉希尔官方网站 采用是晶闸管单相半控整流威廉希尔官方网站 ，功率因数低，输出电压经常在500~700 V间振荡，电压波动不稳，极易导致客车上的逆变器、充电器发生保护停机或损坏。

　　本文针对以上问题，对客车DC600V供电电源的主威廉希尔官方网站 提出了“二极管整流+ICBT降压斩波”的技术方案，对主威廉希尔官方网站 进行设计，并用PSIM软件进行仿真分析。

　　1 客车DC600 V供电电源主威廉希尔官方网站 的设计思路

　　1.1 技术参数要求

　　根据客车用电的实际要求，客车DC600 V供电电源应满足以下技术要求。

　　电源装置的额定输出电压： DC600 V

　　输出电压波动范围： ±10 V

　　额定输出功率： 2×40HD kW

　　额定输出电流： 2×670 A

　　输出过载电流： 2×≯750 A

　　1.2 设计思路

　　现有的客车DC600 V供电电源采用的是单相桥式晶闸管半控整流威廉希尔官方网站 ，使得网侧总功率因数波动范围为0.5~0.85，当接触网网压高网压时，网侧总功率因数低至0.5;网侧基波功率因数波动范围为0.65~1，高网压时低至0.65;而且输出电压经常在500~700 V间振荡，电压波动不稳。

　　在所有的单相整流威廉希尔官方网站 中，二极管不控整流威廉希尔官方网站 的的功率因数恒定为0.9，网侧基波功率因数接近1，相对较高，而且波纹系数小，整流电压为0.9Ud;所以，主威廉希尔官方网站 采用二极管整流桥可有效提高客车DC600 V供电电源n的功率因数。装置的额定输入电压为交流860 V，经过二极管整流后输出的直流电压为774 V，高于客车所需要的600 V，所以还需要降压环节。

　　另外，该电源的输入电压会随着接触网的网压随时在波动，降压环节的降压比也应该随着变化，因此，采用IGBT斩波威廉希尔官方网站 ，通过斩波威廉希尔官方网站 的开通占空比，调节输出电压稳定在600V左右，减小输出电压的波动。所以，对主威廉希尔官方网站 设计了“二极管整流+IGBT降压斩波”的技术方案。

　　2 客车DC600V供电电源主威廉希尔官方网站 的设计

　　该DC2600 V供电电源的额定输出功率为2×400 kW，由两组相同的威廉希尔官方网站 构成，每组输出功率为400 kW.两组的威廉希尔官方网站 结构都是一样的，包括预充电威廉希尔官方网站 、二极管整流威廉希尔官方网站 、斩波降压威廉希尔官方网站 、放电威廉希尔官方网站 、接地保护威廉希尔官方网站 、控制单元（包括功率板、控制板、通讯板）、显示和计量威廉希尔官方网站 等构成。下面以其中一组威廉希尔官方网站 为例说明如图1所示。

　　

　　图1 客车DC600V供电电源主威廉希尔官方网站 原理框图

　　2.1 预充电威廉希尔官方网站

　　为了防止当控制单元获得DC110 V电源，且外部供电申请信号有效时，直接闭合主接触器KM1，交流电源不经过整流威廉希尔官方网站 而通过滤波整流威廉希尔官方网站 造成短路现象，设置了预充电威廉希尔官方网站 。预充电威廉希尔官方网站 输入侧通过输入端子与机车主变压器的单相860 V电源相连。由KM2、F0、D0及R0组成，当控制单元获得DC110 V电源，且外部供电申请信号有效时，先闭合预充电威廉希尔官方网站 的接触器KM2，给电容C1、C2充电，充电完成后闭合主接触器KM1.

　　2.2 二极管整流威廉希尔官方网站

　　主接触器KM1闭合后，输入的AC860 V经过熔断器F1后，通过二极管V1-V4构成的单相全波整流威廉希尔官方网站 将交流电压变为直流电压，同时滤波电感L1与电容C1、C2构成整流滤波威廉希尔官方网站 ，给后续的IGBT斩波降压威廉希尔官方网站 提供直流电源。由于整流威廉希尔官方网站 采用的是二极管整流威廉希尔官方网站 ，且滤波电感L1足够大，使得在整个输入电压范围内，网侧基波功率因数接近1.

　　2.3 IGBT斩波降压威廉希尔官方网站

　　接触网的网压在不断波动，使二极管整流威廉希尔官方网站 的输出电压大于标准的直流600 V.为了使电源装置的最终输出电压将为600 V，整流后的直流电压由IGBT斩波降压威廉希尔官方网站 来实现调压。降压威廉希尔官方网站 由大功率IGBT V5~V8、电感L2~L7、电容C5共同组成。IGBT中V5和V6、V7和V8采用交替开关控制方式，其中V5上管和V7下管、V6上管和V8下管同步开关控制。电感L2~L5为换流电感，L6~L7为储能滤波主电感，C5为输出滤波电容。C3与C4主要是用来吸收IGBT的过电压尖峰。

　　IGBT V5上管和V7下管、V6上管和V8下管开通时，整流后的电压通过电感向输出电容C5充电。IGBT关断时，电感电流通过IGBTV5下管和V7上管、V6下管和V8上管的反向并联二极管续流。通过调整IGBT开通占空比，就可以调整输出电压。控制威廉希尔官方网站 中的主芯片采用UC2825N，为双列直插式的16Pin芯片，其供电电源为DC15 V，芯片有两路脉冲输出。通过控制板内部威廉希尔官方网站 精确而快速的控制，最终将输出电压稳定输出为DC600V.

　　为保证电源柜效率的前提下尽可能提高IGBT的开关频率，换流电感L2~L5使得IGBT开关损耗大为降低。这样，输出600 V直流电源的品质也大为提高，电压波动可控制在±10 V.

　　2.4 放电威廉希尔官方网站

　　在确认与输入的860 V电源断开的情况下，外部又没有供电申请信号时，设置了专门的放电威廉希尔官方网站 。放电威廉希尔官方网站 由R6和V9组成，外部又没有供电申请信号时，经过一定时间后，控制晶闸管V9导通使产品内部电容的电压在30 s内降低至36V以下。

　　2.5 接地保护威廉希尔官方网站

　　接地保护威廉希尔官方网站 由R7、R8、R9及SV1等组成，当系统直流侧接地电阻小于800 Ω时，接地保护可靠动作（延时2 s）；交流侧接地电阻小于2 KΩ欧时，接地保护可靠动作（延时2s）。

　　3 客车DC600V供电电源主威廉希尔官方网站 的PSIM仿真

　　3.1 主威廉希尔官方网站 的PSIM仿真威廉希尔官方网站 模型的建立

　　假设开关元件导通时的通态压降为零，阻断时电阻为无穷大，并认为IGBT导通与关断瞬时完成；而且接触网电压是理想的正弦波，所以将电源装置的输入用正弦交流电源来代替；主威廉希尔官方网站 滤波参数为L=9 mH，C=2 814μF.根据以上假设，建立主威廉希尔官方网站 的仿真模型如图2所示。

　　

　　图2 客车DC600V供电电源主威廉希尔官方网站 仿真模型

　　3.2 主威廉希尔官方网站 的PSIM仿真结果

　　实际工作中，接触网的网压在不断波动，从而使客车DC600V供电电源的输入电压在1075V~650 V之间不断波动。所以，分别选取输入电压为1 075 V、860 V、650 V 3种情况进行仿真。

　　1）额定电压860 V时。额定负载，开通占空比D=0.775，波形如图3所示。

　　

　　图3 输入862V的仿真波形图

　　2）输入电压1 075 v时，额定负载时，开通占空比D=0.62，波形如图4所示。

　　

　　图4 输入1 075 V的仿真波形图

　　3）输入电压650 V时，额定负载，斤通占空比D=1，波形如图5所示。

　　

　　图5 输入650 V的仿真波形图

　　3.2 主威廉希尔官方网站 的PSIM仿真结果分析

　　通过以上仿真波形可以看出，当输入电压在650~1 075 V之间不断变化，调节IGBT斩波威廉希尔官方网站 的开通占空比在1~0.62之间，威廉希尔官方网站 可以使输出电压在10 ms内稳定在在590~610 V之间，输出电压波动在预定的±10 V范围内。达到了预期的设计目标，能满足客车用电的需求。

　　4 结束语

　　文中设计的客车DC600 V供电电源的主威廉希尔官方网站 ，采用二极管不控整流威廉希尔官方网站 和IGBT斩波降压威廉希尔官方网站 ，滤波电感上的电流连续，并且设有有功率因数校正威廉希尔官方网站 ，功率因数大幅提高；通过调节导通占空比，使不同输入电压的情况下，电源装置的输出始终稳定在600 V左右，波动值不超过±10 V.很好地解决了现有客车DC600 V电源存在的主要问题，能更好地提高对客车供电质量。