专 辑 驱 动 装 置 与 电 源 技 术

富 士 时 报 Vol.C1 No.1 2009
驱 动 装 置 与 电 源 技 术 在 交 通 运 输 解 决 方 案 中 的 应 用
专
辑
为 这 种 结 构 具 有 架 线 电 压 所 需 的 耐 压 功 能 。 此 外 , 作 为 直 流
1,500 V 架 线 , 通 过 在 适 用 于 1,700 V 耐 压 的 IGBT 的 变
频 器 元 件 2 群 的 直 流 输 入 端 处 采 用 串 联 连 接 , 且 每 个 群 的
变 频 器 元 件 输 出 端 上 添 加 输 出 变 压 器 , 则 能 实 现 变 频 器 载 波
频 率 的 高 频 化 , 并 能 降 低 变 频 器 的 噪 音 。 富 士 电 机 通 过 这 一
原 理 研 发 出 了 相 关 产 品 。 图 4 所 示 为 使 用 直 流 电 的 直 流 车 辆
的 主 电 路 结 构 图 。
⑵ 交 流 车 辆 辅 助 电 源 装 置
一 般 来 说 , 交 流 车 辆 的 制 冷 器 件 等 大 容 量 负 荷 是 由 主 变
压 器 直 接 供 电 的 。 而 辅 助 电 源 装 置 则 只 给 小 容 量 负 荷 提 供 电
力 , 包 括 指 示 灯 、 室 内 灯 、 控 制 电 源 等 部 位 。 这 些 小 容 量 器
件 是 机 车 中 最 需 要 引 起 重 视 的 负 荷 , 因 此 辅 助 电 源 装 置 必 须
具 有 较 高 的 可 靠 性 。
图 5 列 举 了 一 个 应 用 交 流 车 辆 辅 助 电 源 装 置 的 例 子 。 图
中 的 直 流 电 源 实 际 上 就 是 主 变 压 器 的 三 次 线 圈 的 单 相 交 流 电
源 , 只 是 设 计 人 员 通 过 二 极 管 整 流 器 与 IGBT 断 路 器 对 这 一
电 源 进 行 整 流 操 作 。 这 一 电 源 装 置 能 给 直 流 负 荷 直 接 供 电 。
另 外 , 这 一 电 源 输 出 的 直 流 电 源 在 受 到 IGBT 变 频 器 装 置 与
输 出 变 压 器 的 处 理 后 , 将 变 成 单 相 交 流 电 , 最 终 输 出 到 列 车
中 的 交 流 负 荷 上 。
⑶ 气 动 机 车 电 源 装 置
气 动 机 车 无 法 通 过 外 部 电 源 进 行 供 电 , 它 只 能 通 过 列 车
内 的 内 燃 结 构 驱 动 发 动 机 产 生 电 能 。 富 士 电 机 给 很 多 机 车 公
司 , 特 别 是 JR 旗 下 各 公 司 供 应 过 多 台 气 动 机 车 电 源 装 置 。
图 6 所 示 为 气 动 机 车 电 源 装 置 的 主 电 路 结 构 示 例 图 。 动
力 源 的 主 轴 驱 动 用 柴 油 发 动 机 的 转 速 根 据 运 行 状 况 的 变 化 进
行 相 应 调 整 。 该 发 动 机 内 置 定 速 旋 转 装 置 , 该 装 置 能 通 过 轴
心 的 转 动 来 产 生 转 速 固 定 的 轴 输 出 , 并 通 过 这 一 输 出 来 驱 动
三 相 交 流 发 电 机 , 获 取 具 有 固 定 频 率 的 交 流 电 力 。 通 过 这 一
过 程 产 生 的 交 流 电 力 将 直 接 被 供 给 到 空 调 装 置 等 的 负 荷 上 。
电 源 装 置 能 控 制 发 电 机 的 励 磁 , 从 而 确 保 发 电 机 的 输 出 电 压
不 变 , 并 通 过 交 直 流 变 换 功 能 给 控 制 装 置 等 部 位 提 供 直 流 电
力 。
⑷ 富 士 电 机 辅 助 电 源 装 置 的 特 征
高 性 能 控 制
即 使 在 架 线 电 压 发 生 急 剧 变 化 , 或 压 缩 机 的 通 断 电 过
程 中 发 生 负 荷 电 流 的 急 剧 变 化 , 以 及 负 荷 形 式 为 三 相 不 平
衡 负 荷 的 情 况 下 , 辅 助 电 源 装 置 也 必 须 能 够 提 供 不 含 有 波
形 变 化 与 电 压 变 动 的 稳 定 的 电 力 。 为 了 满 足 这 一 要 求 , 富
士 电 机 采 用 了 三 相 单 独 波 形 控 制 系 统 。 如 图 7 所 示 这 一 系
统 能 实 现 三 相 单 独 实 效 值 控 制 , 并 根 据 三 相 输 出 电 压 的 检
验 值 可 将 电 压 的 实 效 值 稳 定 在 一 定 大 小 。 另 外 , 该 系 统 还
同 时 采 用 了 三 相 单 独 瞬 间 控 制 结 构 。 这 一 结 构 能 在 负 荷 发
生 急 剧 变 化 时 抑 制 输 出 电 压 的 过 渡 变 动 。 如 此 一 来 , 在 架
线 电 压 与 负 荷 发 生 急 剧 变 化 时 , 电 压 仍 可 被 稳 定 控 制 , 而
输 出 电 压 的 误 差 也 会 低 于 ±1%。 通 过 这 一 技 术 , 能 够 保
证 波 形 的 变 化 率 停 留 在 1% 的 水 平 , 确 保 器 件 能 输 出 高
精 度 的 正 弦 波 电 压 。
高 可 靠 性
一 般 来 说 , 许 多 地 方 的 辅 助 电 源 最 多 也 不 会 超 过 两 到
三 台 , 而 少 的 情 况 下 可 能 只 有 一 台 。 正 因 如 此 , 一 旦 辅 助
电 源 发 生 故 障 , 会 造 成 伺 服 水 准 降 低 , 甚 至 引 起 机 车 停 运 。
富 士 电 机 采 用 了 变 频 器 与 控 制 器 件 同 时 发 挥 作 用 的 双
重 型 装 置 。 此 外 , 富 士 电 机 还 提 高 了 单 个 装 置 的 冗 长 性 ,
推 出 了 具 有 冗 长 系 统 的 辅 助 电 源 装 置 。 即 使 这 种 产 品 发 生
了 故 障 , 也 能 将 有 故 障 的 部 位 切 换 到 待 机 部 位 , 以 保 证 持
续 运 转 。 在 系 统 设 计 上 , 研 发 人 员 根 据 故 障 率 的 计 算 值 与
实 际 成 果 来 选 择 冗 长 化 部 位 。 通 过 这 些 程 序 选 出 的 系 统 是
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图 4 直 流 车 辆 辅 助 电 源 装 置 的 主 电 路 结 构 示 例
图 6 气 动 机 车 电 源 装 置 的 主 电 路 结 构 示 例
图 5 交 流 车 辆 辅 助 电 源 装 置 的 主 电 路 结 构 示 例
图 7 高 性 能 辅 助 电 源 装 置 的 控 制 区 域 示 意 图
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