在城市軌道交通車輛中,通常是從電網(wǎng)獲取直流電壓（一般為1500VDC和750VDC）,經(jīng)由輔助逆變器（也稱靜止逆變器）變換輸出380VAC,給列車上的輔助設(shè)備供電。

城市軌道交通車輛一般采用兩種型號車輛,關(guān)于兩種車輛,逆變器的工作形式不同:A型車為拖車,其逆變器一路供給列車照明和風(fēng)機電機;另一路輸出110VDC控制電源,同時兼向蓄電池充電;B/C型車為動車,其逆變器輸出380VAC分別向列車的空調(diào)機組和空氣壓縮機供電。

以下,就城市軌道交通車輛的輔助電路系統(tǒng)進行分析介紹。

1輔助逆變器電路結(jié)構(gòu)

城市軌道交通車輛中的輔助逆變器電路常見有兩種形式:一種采用直接逆變方式（DC-AC）,如圖1所示;另一種采用先斬波（升/降壓斬波）后逆變方式（DC-DC-AC）,如圖2所示。Siemens公司采用DC—DC—AC形式,如上海一、二線和廣州一號線地鐵車輛;Bombardier公司采用DC—AC形式,應(yīng)用于長春生產(chǎn)的車輛中。

其中DC—DC—AC方式升/降壓斬波中,升壓斬波的系統(tǒng)應(yīng)用在DC750V供電網(wǎng)壓的場合;降壓斬波的系統(tǒng)應(yīng)用在網(wǎng)壓為DCl500V的場合。采用升/降壓斬波的目的都是為了使逆變器的輸入電壓穩(wěn)定,當(dāng)負(fù)載變化或電壓波動時,保證斬波器有穩(wěn)定的輸出電壓。

目前,以GTO、IGBT為代表的開關(guān)器件的開關(guān)頻率足以滿足在網(wǎng)壓波動范圍內(nèi),用pWM調(diào)制實現(xiàn)逆變器穩(wěn)定輸出,且滿負(fù)荷運行,因此現(xiàn)在生產(chǎn)的車輛常采用直接逆變的方式。

2輔助逆變器形式

目前我國城市軌道交通車輛使用的輔助逆變器有兩種形式:一種為單臺逆變器形式,另一種為兩臺逆變器串聯(lián)形式。例如上海一號線直流地鐵車輛使用單臺逆變器形式,上海二號線地鐵車輛使用兩臺逆變器串聯(lián)形式。

2.1單臺逆變器形式

關(guān)于網(wǎng)壓1500V,容量約200kVA左右的輔助逆變器一般使用3300V/400A的IGBT元件。這種形式結(jié)構(gòu)簡單、可靠,逆變器用pWM調(diào)制可使輸出電壓的諧波含量在限制值以內(nèi),是目前普遍采用的形式。

2.2兩臺逆變器串聯(lián)形式

有兩種方法:一為兩臺逆變器輸出至隔離變壓器,通過隔離變壓器的電路疊加,或磁路疊加,然后經(jīng)濾波輸出,這種方法的優(yōu)點是逆變器可以用低電壓的IGBT元件;二為控制兩臺逆變器輸出電壓的相位差,當(dāng)它們經(jīng)過變壓器的電路疊加或磁路疊加后,使變壓器輸出電壓的諧波減少,這樣對輸出濾波器的要求可以降低,即可以減小濾波器的體積和質(zhì)量。

需指出的是,這種電路較為復(fù)雜,尤其是變壓器,用電路疊加的變壓器,其副邊繞組較為復(fù)雜。用磁路疊加的變壓器,磁路設(shè)計較為復(fù)雜。另一方面,這種電路的出現(xiàn)是在早期IGBT元件水平不太高的情況下出現(xiàn)的。因此已基本不再采用該形式。

2.3輔助電源系統(tǒng)

以上海地鐵一號線為例,其靜止逆變器原理框圖如圖3所示。DCl500V電源經(jīng)L-C濾波器后由GTO斬波器進行斬波調(diào)壓至770V,再經(jīng)過中間濾波器送入六脈沖GTO逆變器,其輸出經(jīng)隔離變壓器后成為AC380V。在隔離變壓器次邊還設(shè)有一組抽頭,其輸出交流電壓經(jīng)整流后供應(yīng)DC110V電源。

控制單元的核心是微處理器,包括四個功能包:

電源功能包（p-pAC）-供應(yīng)控制電源及斬波、逆變器的脈沖。

通信功能包（C-pAC）-傳輸逆變器及列車上的各種信號,寄存過程參數(shù)實際值。

接口功能包（I-pAC）-確定參數(shù)所需值,監(jiān)控逆變器電壓、電流、溫度、延時時間及工作過程。

快速保護和控制功能包（F-pAC）-控制逆變器工作過程,寄存過程參數(shù)中實際值的模擬量,實現(xiàn)逆變器快速保護。

3應(yīng)用及發(fā)展

武漢輕軌一號線上,輔助電源系統(tǒng)采用IGBT模塊（1700V/1200A）構(gòu)成靜止逆變器,輸出穩(wěn)定的三相AC380V電源、DC110V和DC24V電源,供列車上的空氣壓縮機、空調(diào)、照明和電熱器等使用,并對蓄電池進行充電,每列車配備兩組輔助電源逆變器,容量為140KVA。

上海地鐵二號線的輔助電源系統(tǒng)采用由IGBT模塊（3300V/1200A）構(gòu)成的靜止逆變器,輸出AC380V電源。列車的每節(jié)車均設(shè)一個輔助逆變器,容量為90KVA。A車的逆變器供電給列車一半的照明和風(fēng)機電機,同時供應(yīng)DC110V電源,B、C車上的逆變器分別向列車一半的空調(diào)機組供電。

地鐵車輛大都采用兩動一拖（3節(jié)車輛）構(gòu)成一個單元,由兩個單元構(gòu)成一列車,每節(jié)車輛均配備一臺靜止逆變器,每單元共用一臺DC110V的控制電源。每節(jié)車輛的輔助逆變器的容量為75￣80KVA,DC110V控制電源功率約為25KW。法國ALSTON生產(chǎn)的地鐵車輛,改為一個單元中配2臺靜止輔助逆變器,每臺容量為120KVA,每臺含DC110V控制電源,功率為12KW。最近國外生產(chǎn)的地鐵車輛采用集中控制,在6節(jié)編組中,每單元只配一臺靜止輔助逆變器,容量約為250KVA,直流110V控制電源一臺,約25KW。

目前世界上在地鐵與輕軌輔助系統(tǒng)中大都采用絕緣柵雙極型晶體管IGBT（或IpM）模塊構(gòu)成。為了人身安全,低壓系統(tǒng)及控制電源與高壓系統(tǒng)在電位上采用變壓器隔離,現(xiàn)今國內(nèi)外都采用直—直變換及高頻變壓器隔離這一方法。從冗余度與軸重均衡出發(fā),常選用分散供電方法。