变压器隔离

为了人身安全，低压系统及控制电源必须实现与高压网压系统DC1500 V的电气电位上的隔离。最佳且最实用的隔离方式是采用变压器隔离。从上述方案中看出，有50 Hz变压器隔离和高频变压器隔离两种方式。由变压器基本原理知，50 Hz变压器其体积与重量较大，而高频变压器其体积与重量就成倍地减小。但后者必须采用性能好的高频磁心，目前大都采用进口的铁氧体磁心或基微晶合金的磁心。
对于DC110 V控制电源，容量不大，因而现今国内外都采用直—直变换及高频变压器隔离，这也是成熟的技术。
  

第一节   辅助逆变器工作原理
 
一、辅助逆变器的原理
 辅助逆变电源基本原理框图如图2-1所示。
图2-1 辅助逆变电源基本原理框图
辅助逆变电源主要由输入滤波模块、逆变模块和输出整流滤波模块三个部分组成。
1.输入滤波模块
（1）输入滤波模块的主要功能
l   平滑输入电压供应给后续的部件。
l   在不切断整个逆变电源的情况下抑制来自线路电压的较大的尖峰。
l   在线路电压出现特别大而且持续的尖峰时，切断逆变电源。
l   替逆变电源抵挡来自线路的低频干扰电流。
l   限制逆变电源的启动电流。
l   保护逆变电源以免产生极性翻转。
（2）保护功能
l  动态电压限制保护。动态电压限制保护了电力半导体元件和其他电子元件免受高压尖峰冲击。主滤波器是由扼流线圈和电容器来组成。如果有尖峰强加在输入端，电压的上升会通过此扼流线圈和电容器来限制。瞬时的能量储存在电容器内。如果电容器的电压高于扼流线圈前的电压，特殊保护电路就会动作，触发晶闸管。瞬时能量就通过电阻来消耗。
l  短路保护。如果输入的尖峰超过逆变电源保护值时（例如一号线逆变电源保护值为3200VDC），一个独立的保护电路就会激活。晶闸管就会熔断输入电源熔断器，断开逆变电源。而通过此晶闸管的电流仍然由输入滤波扼流线圈来限制。
 
2.逆变模块
目前，城轨车辆逆变电源一般采用的都是使用三相逆变电路的脉宽调制逆变器。
逆变模块一般通过有微处理器控制的控制模块进行控制、监视以及调节的功能：
l  控制模块从逆变器电路的元件中得到电流值。这些测量值是相对于基准值的。这样的控制方式确保即使改变运行条件，逆变器电路也能正常地工作。
l  如果有故障发生，控制模块会实时地反映出来，并且激活紧急功能，例如关断逆变器电路以防止更大的破坏。所有可变值的测量都反馈到监控电路。如果可变测量值超出允许范围，重启信号会立即关闭脉冲发生器。同时，逆变模块在被破坏之前会停机。一旦所有可变量回到允许的范围内，逆变器会再次自行启动。此时控制模块也将重新启动（软启动）使得输出电压经过几毫秒后才可以达到正常等级。
l  控制模块同时也具备测量输出电压，调整调制功能，以保证输出电压的振幅基本保持不变， 与任何直流连接电压的波动或者输出载荷的变化无关。
 
3.输出整流滤波模块
输出整流滤波模块主要由三相变压器和滤波器组成。
三相变压器将逆变器的输出电压转换成辅助系统的额定电压。同时有隔离高压系统和辅助系统的功能。
滤波模块降低逆变器输出电压中的由于切换所产生的高频电压、使其输出畸变很小的正弦波，保证总的谐波畸变少于基础频率50 Hz的10% 。
二、常见辅助逆变器
1、  采用分散供电方式的辅助逆变器
广州地铁一号线车辆辅助系统采用的就是分散供电方式。其总共6节车编组，每节车都有一台DC/AC逆变器，所有逆变器在尺寸、额定值和容量上是同样的，并采用交叉供电方式，使每节车不会因自身辅助逆变器故障而造成停电事故。
接触网高压1500V直流是直接输入辅助逆变器的，车体有一条1500V列车线为辅助系统专用，并使用二级管与外电路隔离。每台逆变器有一组380V 三相、50Hz输出。辅助逆变器直接或间接驱动以下交流负载：空气压缩机、空调压缩机、冷凝器风扇、蒸发器、设备通风机、车厢插座（220V交流）、挡风玻璃除霜器等等。
其系统方框图如图2-2所示。
图 2-2 广州一号线列车辅助逆变器系统方框图
2、  采用集中供电方式的辅助逆变器
目前，广州地铁二、八号线辅助系统采用的均是集中供电的方式。
（1）广州地铁二、八号线车辆辅助逆变器。广州地铁二号线列车的辅助逆变器从接触网上受电用作辅助电源，输出带中性点的3相交流电（380/220 V 50 Hz），其输出特点是正弦电压（总谐波畸变较少），主要为风扇电机、空气压缩机、空调装置和车内其它所有交流负载供电，其输入与输出通过变压器隔离开来。二号线列车辅助逆变器与牵引逆变器一起集成在PA箱（Propulsion and Auxiliary converter box）中，为6 辆编组列车中的一半列车供电。整列车安装了两个辅助逆变器以保证列车运行时有足够的冗余。
其系统方框图如图