摘要：目前铁路干线都采用电传动机车。电气系统是实现机车电能转换的重要装置之一。机车电路按照功能及电压等级可分为：主电路、辅助电路、控制电路、照明电路、信号电路等，这些电路虽彼此独立却通过电磁、电空相互耦合来实现机车整备、工况改变、调速控制等功能。
关键词：电力机车；辅助电路
引言
文章主要针对典型的SS4G型、HXD3B型电力机车为载体，相对其辅助电路方面进行了深入分析，希望能够给相关人士提供重要的参考价值。
1.辅助电路的作用
机车正常工作时，一些高压电器会持续发热，需及时通风散热，以免设备损坏；同时为保障司乘人员工作、生活舒适也需要相应的电器设备对环境进行加热、制冷。因接触网为单相AC25KV交流电，而车上辅助机组需用三相交流电，需要将单相交流电变为三相交流电，并供给辅助负载。辅助电路的作用就是将单相交流电变成三相交流电并供给各辅助机组及生活电器。
2.辅助系统和列供系统供电方式
辅助系统的三相交流辅助电源根据输入侧的不同，可分为交直交型和直交型，两种供电方式都有一定的应用比例。根据输出的不同，可分为恒压恒频和变压变频两类，一般同一种车型上的三相逆变器具有相同的硬件结构，仅控制方式不同。交直交型三相交流辅助电源输入端接入牵引变压器辅助绕组，通过输入侧整流器、中间直流支撑电路和三相逆变电路后输出三相交流电，控制方式多采用PWM技术。其电路结构如图1所示。交直交型三相辅助电源系统需要在主变压器上添加辅助绕组，会使主变压器的体积和质量有所增加。
图1.交直交型三相辅助电源结构图：
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直交型三相交流辅助电源的输入端接入主变流器的中间直流环节，控制方式多采用PWM技术。其中，直流电经三相逆变电路逆变，由变压器降压，三相滤波之后输出三相交流电。该方式所用开关器件少，控制简单，工频变压器实现了高压输入侧与负载电路之间的电气隔离，但三相输出电压易受直流输入侧电压波动影响，电路中工频变压器体积和质量较大，功率开关器件电压等级要求较高，电路工作频率较低；直流电经BUCK降压斩波电路后接入三相逆变电路，三相滤波之后输出三相交流电。该方式大幅降低了逆变电路中功率开关管电压等级要求，逆变电路输入端电压稳定，三相输出质量较高，但没有实现输入高压侧与负载电路之间的电气隔离；用高频隔离降压电路代替BUCK降压斩波电路，该方式从系统成本和控制复杂度上有所增加，但利用高频变压器实现电气隔离，安全性有所提高，体积和质量有所下降[1]。
3.辅助电路的组成
辅助电路主要由变流设备、供电电路、负载、保护电路等组成。随着电力电子技术的发展，辅助变流器已经由传统的旋转式劈相机发展为可变频、变压的静态变流器。本文选取典型的SS4G和HXD3B型电力机车变流器进行对比和说明。
3.1SS4G电力机车辅助电路
第一，辅助电源。SS4G电力机车辅助由2台型号为YPX-2-280M4劈相机供给三相不对称交流电，输出电压为380V左右，劈相机每台容量为34kW。劈相机本质是上单相电机和三相发电机组合而成，因此启动时需要串电阻/电容进行分相启动。劈相机故障后通过转换可用牵引通风机1替代劈相机供电。第二，辅助负载。劈相机启动后产生不对称的三相交流电供给各辅助负载，主要有空气压缩机电机、变压器风机电机、变压器油泵电机各2台，牵引通风机电机、制动通风机电机各4台；空调2台（单相）；壁炉2台（单相）；脚炉2台（单相）；电热玻璃4块。第三，开关及接触器。每一三相设备均设一自动保护开关和电磁接触器。司机通过操纵操纵台主令开关控制电磁接触器线圈得失电进而控制每一辅机工作与否，当发生过流时，自动保护开关自动跳开。
3.2HXD3B电力机车辅助电路
第一，辅助电源。HXD3B电力机车设有3组独立的辅助电源系统，每组电源由辅助变流器、辅助滤波变压器、滤波电容、接触器、自动开关及对应辅机等构成。辅助变流器1、2提供变频变压三相交流电，辅助变流器3输出恒频恒压，当其中一组电源故障时[2]，通过转换其他2组电源仍可正常供电。3组辅助变流器分别位于3个主变流柜中，3组辅助隔离变压器、接地检测保护装置、滤波电容、电源接触器、故障切换接触器、预充电接触器、预充电电阻等位于AFC辅助滤波柜中。第二，辅助负载。辅助负载有：变流器风机电机、变流器水泵电机各3台，冷却塔通风机电机、变压器风机电机、空压机电机、机械间通风机电机、主变压器油泵电机、空调各2台，还有蓄电池充电机、各类辅助加热器等。其中：辅助电源1给牵引变压器和变流器的冷却塔通风机电机供电；电辅助电源2给2台牵引电机通风机电机供电；辅助电源3给空压机电机、变压器油泵电机、变流器水泵电机、变流器风机电机、空调、机器间通风机电机、蓄电池充电器、各类单相辅助加热器等供电。第三，开关及接触器。每一三相设备均设一自动保护开关和电磁接触器。当主断路器闭合后，辅助变流器3投入工作，油泵、水泵、变流柜风机跟随投入工作。蓄电池充电器检测到交流输入电压后，自动启动，向机车提供DC110V控制电源[3]。
结论
简而言之，SS4G和HXD3B机车辅助电路电源都进行了冗余设计。SS4G机车劈相机故障后，通过转换，可用牵引通风机1替代供电。HXD3B机车辅助电源1、2中有一个故障时，会转由正常的辅助电源对原辅助电源1、2负载共同供电，但是此时该辅助电源由变频变压改为恒频恒压。当辅助电源3发生故障时，通过故障接触器的切换，转由辅助电源2供电，但此时只允许1台压缩机工作，对于辅助装置除必要的加热或制冷外，其他辅助负载均停止工作。同时，过分相操纵。SS4G电力机车劈相机过分相前后都需要停机并重新启动；而HXD3B辅助系统和蓄电池充电模块过分相可实现不间断供电，当机车过分相区时自动转为再生工况，利用动能再生能量使主变流器中间电压基本保持不变，使辅机和DC110V充电模块不停止工作，从而大大减少辅机起动次数，提高辅机寿命。
参考文献：
[1]严云升．电力机车和电动车组自动过分相方案的发展方向［J］．机车电传动，2017，41（6）：7－10．
[2]窦新立．机车过分相区辅助系统不间断供电技术［J］．机车电传动，2017，48（2）：31－32．
[3]熊成林，冯晓云．不同结构的列车辅助供电系统分析与比较［J］．机车电传动，2018，49（2）：15－19．
论文作者:马俊杰
论文发表刊物:《基层建设》2019年第28期
论文发表时间:2020/1/18
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