今天我們就來聊聊機車輔助電源。

機車牽引作為 C 位，負責機車跑動的主要任務，但是跑得好不好，跑得舒不舒服，跑得得不得勁兒，則需要一些列的輔助裝置。比如，各冷卻用裝置，為制動、受電弓等各種氣動機械裝置提供風源的空氣壓縮機等等；同時，為了提供良好舒適的乘坐環境，還裝備有空調、熱水器、通風機、冰箱、信息顯示裝置、自動售貨機等等，而這些都需要三相交流輔助電源系統。而機車上的控制系統和照明系統則需要直流電源供電以及還配備有應急用蓄電池供電系統。

三相交流電源系統和直流電源系統稱為輔助電源系統~

01 三相交流輔助電源系統

三相交流輔助電源系統大多采用與牽引變流器分開的輔助變流器生成三相交流電。可以有以下分類：

①根據輸入側的不同，可分為 AC-DC-AC 型和 DC-AC 型；

②根據輸出側的不同，可分為恒壓恒頻和變壓變頻型，同一車型上，一般 CVCF 型和 VVVF 型逆變器的硬件結構相同，只是控制方式不同；

③根據主電路電平級數的不同，可分為兩電平和三電平輔助變流器；這兩種拓撲各有各的特點：兩電平結構和控制較為簡單，三電平可以降低其開關器件的耐壓等級，輸出波形相對較好，諧波較少，但是其使用器件較多，控制相對復雜。

1.AC-DC-AC 型輔助變流系統

交 - 直 - 交輔助變流器是由牽引變壓器的輔助繞組供電的，與牽引變流器相同，一般由網側變流器、中間直流回路、三相逆變器組成。由于接觸網電壓波動較大，所以輔助變流器的單相交流電也有較大的波動，為了獲得較為穩定的中間直流回路電壓，必須采用可控整流電路。

以前采用的相控整流電路，電路和控制簡單，造價較低，但是網側的功率因數較低，對電網的影響較大；而脈沖整流器可以使得網側的功率因數接近 1，并且動態響應較好。除了整流部分，其他的部分都差不多，交 - 直 - 交型輔助變流器的缺點是過分相時將失電，導致所有的三相輔機均停止運行。

2.DC-AC 型輔助變流器

直 - 交型輔助變流器是從直流電網（DC750V 或 DC1500V 或者從牽引變流器的中間直流環節取電）經逆變器實現直流到三相交流的轉換。

由于輸入電壓較高，為了保證輸出電壓滿足輔助設備需要的電壓等級，一般需采用降壓設備。降壓的方式有兩種：先逆變后降壓和先降壓后逆變。

①先逆變后降壓

先進行逆變，再經過三相降壓變壓器將較高的交流電壓降到所需要的電壓等級。

此電路的特點是開關器件數量較少，控制較為簡單，但是也有缺點，輸出三相電壓容易受到直流輸入電壓的影響，當直流輸入電壓較高時逆變器中開關器件的耐壓要求較高，成本也會相應的高。Δ-Y 型變壓器在實現降壓功能的同時，還實現了高壓輸入電源的回路和負載回路之間的相互隔離。

②先降壓后逆變

先降壓后逆變的方式，最簡單的就是單管 Buck 電路，還有復雜一些的。

?最簡單的 Buck 電路

通過降壓斬波的閉環控制來保持逆變器輸入電壓的恒定，從而消除輸入電壓的波動對三相逆變器輸出的影響；同時，整個電路中，斬波器中需要較大功率的開關器件，而后端逆變電路中的開關器件可以選擇較低電壓等級的開關器件，從而降低成本。但這種方式沒有實現輸入電壓和輸出電壓的隔離，同時需要對逆變器和負載等增加保護電路，以防在前幾的斬波器失去控制后達到相應的保護。

?較為復雜點的

降壓電路通過直 - 交 - 直變換，將直流輸入電壓轉換為標準的電壓后輸入給后端的三相逆變器。

在輸入側采用兩個半橋逆變器串聯，輸出側采用兩個全橋整流器串聯，這樣可以降低開關器件的電壓應力。由半橋逆變器將輸入直流變為脈寬可控的高頻方波，再通過二極管不可控整流和 LC 濾波器將高頻方波轉變為平穩的直流電壓。

這樣的降壓電路經過了兩級功率變換，使用的元器件較多，但逆變部分的結構并不復雜，控制也相對簡單。但這種方式技術和經濟指標還是很高的。

02. 直流電源系統

直流電源系統為列車照明和控制系統供電，以及應急供電，其電壓等級一般為 DC110V。直流電源系統包含蓄電池和蓄電池充電機，正常情況下，由蓄電池充電機為直流負載供電，并為蓄電池充電；發生故障時，由蓄電池為直流負載供電。

蓄電池充電機的輸入一般為輔助逆變器輸出的三相恒壓恒頻交流電，也可以是交 - 直 - 交輔助變流器的中間直流電壓，或者是牽引變流器中間直流電經降壓后的電壓。電路結構多樣化：

①采用較大體積工頻變壓器的不可控整流器整流，輸出的 DC110V 電壓容易受到輸入三相交流電的影響。

②三相交流電依次經過半控整流器、LC 濾波、單相半橋逆變器、帶中心抽頭變壓器的雙半波不可控整流、LC 濾波后輸出 DC110V。

③輸入為直流電壓，采用方案②的后半部分進行變換

④輸入也是直流電壓，但是與方案③不同，采取了全橋逆變器、隔離變壓器、二極管橋式整流器。

如今，輔助電源正往高頻化、輕量化、低噪聲、大容量、高可靠性等方向發展，與之相應的是開關器件的發展及電力電子技術的發展，優秀的輔助可以造就 C 位，穩住大局。

今天的內容希望大家能夠喜歡~

審核編輯 黃昊宇