第4章充电器及单相逆变器箱.doc

第四章充电器及单相逆变器箱第一节 概述充电器是将DC600V变换成DC110V供给蓄电池充电和照明控制等负载的装置。从维护系统的安全性和可靠性来考虑，充电器实际上是供电系统中最重要的设备，一旦充电器发生故障，蓄电池无法工作，电压会放到很低，有可能使本车挂在蓄电池上的所有设备都无法启动和工作。25G型客车采用的是8kW充电器3.5kVA单项逆变器形式的充电机箱。其中：硬座车、硬卧车和餐车采用的是8kW充电机箱，软卧车采用的是8kW充电器3.5kVA单项逆变器的充电机箱。一、特点(一)8kW充电器特点该电源变换器为客车蓄电池提供浮充电源，同时向其他直流负载供电。与同等功率的传统电源相比，具有以下几大显著特点：1体积小、重量轻：本电源采用先进的高频软开关技术，大大减小了自身的体积和重量。2效率高：采用国外20世纪90年代初期研发的移相全桥零电压PWM软开关控制技术，使电源在额定负载输出时效率可达到94%左右。目前在电路技术上达到国际20世纪90年代中期水平，在国内处于领先水平。3可靠性高：本电源采用单片机实现众多的自我检测和保护（包括输入欠压、过载保护，输出过流、过载保护，过热保护等），确保本电源可长时间安全可靠地工作，并实现输出和故障数码显示，更易检测和维护。4对负载的供电质量高：采用恒流限压充电方式，负载特性好，DCl10V输出脉动小，纹波谷峰值5V。5使用、维修方便：主机采用模块化工艺结构设计，便于提供快捷、方便的维修服务。此外，本电源还采用了输入、输出LC滤波电路以及软启动，实现对电网干扰小、输出电压纹波小以及抗干扰能力强的优点。(二) 3.5kVA单项逆变器特点该电源使用电池供电方式，为负载提供AC220V交流电。控制上采用了SPWM调制，载频高，输出近似正弦波。同时还采用了多种抗干扰技术，电磁兼容性好，可靠性高。其特点是：1采用电压电流双闭环控制，实现蓄电池恒流定压充电。2采用软开关技术，减小IGBT高频开关损耗，效率达到92。3采用先进的非晶态铁芯制造变压器和电抗器，减小充电器的体积。4IGBT的开关频率达到20kHz以上，避开了音频区域，减小充电器的电磁噪音。5蓄电池充电采用了温度补偿措施。6充电器具有故障诊断和通信功能，在控制柜触摸屏上可以显示充电器的运行参数和故障信息。电动机在启动时存在电流冲击，逆变器必须至少有7倍以上的额定容置，同时机车电源也要承受启动电流冲击。如果能作到启动电流较小或基本与额定电流一样，采取软启动方式，则比较经济而且可靠性高。采用输出电压（V）和输出频率（f）同时变化，并保证V/ fC(常数)即可实现软启动。第二节 充电器基本原理一、系统组成DC600V/DC110V 8kW充电器是专门为DC600V供电系统的25G型客车而开发设计的，充电器箱由一个8kW充电器模块和一个3.5kVA单相逆变器模块组成。整个系统分为单机和机柜两大部分，单机（散热器）部分主要是主电路和控制电路；机柜部分为对外进线端子、输入输出回路熔断器和控制用的空气开关等。由于充电器的输入电压为DC600V，因此必须采用DC/DC变换技术。为了减小充电器的体积和防止高压窜入低压系统，采用高频绝缘式DC/DC变换器。基于DC600V的输人电压和大于8kW的功率等级，客车用大功率DC/DC变换的主电路一般采用适应高压变换的半桥或全桥结构。充电器的输入隔离、滤波和缓冲电路与逆变器相同。逆变桥由4只IGBT组成，功率的传输靠高频变压器传递，变压器的输出经过高频整流和滤波后，供给直流负载和蓄电池，参见图4-1。 图4-1 PWM桥式DC/DC变换电路二、高频逆变器1高频桥式逆变主电路在图4-1中，V1V4构成DC/DC变换的主电路。V1V4的控制逻辑和变压器原副边电压波形如图4-2所示。图4-2 DC/DC变换逻辑tlt2区间内，1和V4导通，变压器原边电压为正相电压；t3t4区间内，2和V3导通，变压器原边电压为反相电压。我们注意到t2t3区间内任何一只IGBT都不导通，这段时间称为“死区”，主要是考虑防止上下桥臂的两只IGBT同时造成桥臂的“贯通”短路。充电器用的IGBT一般采用双单元，即一个模块上集成了上下桥臂的两个IGBT，电路结构简单，但因为IGBT工作在20kHz左右，因此，其开关损耗大，散热困难。为解决高频的开关损耗问题，采用移相技术实现IGBT的准软开关控制。电桥左右两个桥臂的上下两个开关管（V1V2，V3V4）被施以180互补的驱动信号，上下两管180互补导通。因此除上下两管导通的死区外，电路中总有两个开关管同时导通，共有四种导通组合，即V1V4，V4V2，V2V3，V3V1，并按此顺序周而复始。其中V1V4，V2V3组合导通（即对角线导通）时，全桥电路给出能量；而V3V1，V4V2组合导通（即上桥臂两管或下桥臂两管同时导通）时，全桥电路处于续流状态不输出能量。调节这两种组合的时间比例，即移相角，变压器得到一个交变的PWM电压，以此实现对输出电压、电流的调整。移相控制的原理是利用变压器漏感和IGBT结间的电容谐振，漏感LK储能向电容C释放过程中，使电容C的电压逐步下降到0，二极管D开通，创造0电压开关（ZVS）条件，电路中的其它电感、电容元件是为获得可靠的零电压开关而设置，参见图4-3。图4-3 移相式DC/DC变换电路2直一交一直变换（全桥变换）变换器主电路为一个全桥移相零电压PWM软开关高频变换器电路（如图4-4所示），工作频率约20kHz。移相软开关电路具有工作频率不变、控制简单、效率高、干扰小等优点。图4-4 充电器主电路图组成电桥的开关元件为IGBT功率模块（V1V2）。高频变压器的初级经隔离直流电容C8和电感L2接电桥的对角线。变压器次级接全波整流器（V56）和滤波器L3、C9、C10输出119 V123V直流电。主控制电路使用移相控制集成电路UC3875（UC2875）为控制芯片，输出两组（A-B，C-D）180互补且滞后，时间可调的IGBT栅极触发信号。325G型客车DC/DC变换的特点 采用电压电流双闭环控制，实现蓄电池恒流定压充电。 采用软开关技术，减小IGBT高频开关损耗，效率达到92。 采用先进的非晶态铁芯制造变压器和电抗器，减小充电器的体积。 IGBT的开关频率达到20kHz以上，避开了音频区域，减小充电器的电磁噪音。 蓄电油充电采用了温度补偿措施。 充电器具有故障诊断和通信功能，在控制柜触摸屏上可以显示充电器的运行参数和故障信息。4电压变换的实现DC600V 供电客车的DC/DC变换，主要是通过IGBT桥式逆变电路将直流600 V电压变换成占空比可调的高频方波电压，经变压器隔离后整流滤波成DCl10V电压；兼容供电客车则是先将AC380V整流后，变成DC540V，然后采取与DC600V相同的DC/DC变换。所谓占空比是指一个半波内，驱动IGBT的脉冲宽度占整个半波周期的比例，为了调整输出电压，占空比是可变化的，属于脉冲宽度可调模式即PWM方式。在这种控制方式下，脉冲的幅值是不变的，当负载发生变化时，依靠改变脉冲的宽度，来保证输出电压的稳定；如果输入电压发生变化，也可以通过改变脉冲宽度来保证输出的稳定，如图4-5所示。由D1D4四只高频快速二极管组成的整流电路，对变压器副边输出的脉冲电压进行整流，并有电抗器L和电容C进行滤波。高频整流对二极管的要求与一般交流整流电路不一样，除了要求较小的通态压降以减小导通损耗外，还要求具有快速的导通和关断能力，以减小开关损耗，因为在高频条件下，二极管的开通和反向恢复时间引起的损耗在总损耗中占有明显的比例。轻负载时重负载时输入电压高时输入电压低时图4-5 改变脉冲宽度保证输出电压稳定示意图5高频的影响采用20kHz的工作频率，主要是为了减小变压器、滤波器的体积。变压器的原边或副边的感应电压有一个基本公式：Ukf W1BS式中，U为变压器线圈端电压，f为工作频率，W1为线圈匝数，B为磁通密度，S为磁路面积。从公式中可以看出，相同的输出电压和磁密时，当频率f提高，W1和S可相对减小，W1的减小即线圈绕组的匝数减少，亦即变压器的重量可以减小；S的减小即变压器铁芯面积减小，亦即铁重减少，而铜线和铁芯是决定变压器的主要有效体积和重量。当频率提高到20 kHz时，变压器的铁芯非常小，线圈匝数大幅减小。同样，高频输出脉冲（对应40 kHz）的滤波电感和电容也明显减小，这就是高频化的效果。但是高频带来的负面影响就是能量损耗的增加。IGBT、变压器、整流二极管、滤波电抗等，在高频时的能量损耗明显增加。6DC/DC变换器的功能和保护DC/DC充电器的主要功能是将输入DC600V变换成适合蓄电池充电和直流负载使用的DC110V，并在输入电压和负载变化时，保持输出稳定即稳压功能。DC/DC充电器的输入保护和工作原理与逆变器相同，参见图4-6。图4-6 DC/DC充电器功能三、工作原理1输入软启动电路（如图4-7）DC600 V 输入610、610，经过熔断器、接触器KM1、KM2、充电电阻Rl、输入滤波电感L1、输入滤波电容C1、C2、C3进入充电器。当母线电压达到500V时，KM1吸合，通过R1给电容Cl、C2、C3充电，当电容上电压充满时，KM2吸合，经输入滤波电感L1和输人滤波电容C1、C2、C3进行LC滤波后得到较为平滑的直流电压，再送入后面的DC600V/DC110V直一交一直变换环节进行变换。其中，R1和KM2组成软启动电路，当输入电源突加时，为了避免对输入滤波电容Cl、C2、C3的直接充电，DC600V输入须经过金属膜电阻R1进行限流，等输入电容充满后，控制接触器KM2吸合，再进行正常的变换，当充电器出现故障时，断开KM1，使充电器和DC 600 V输入断开。图4-7 充电器输入电路为减小充电器启动工作的冲击，充电器IGBT的驱动脉冲在启动时也采用“软”启动方式，即脉冲宽度逐渐增加，输出电压逐渐升高，当升高到一定值时，电压反馈或电流反馈起作用。2DC/DC变换器DC/DC变换器采用双闭环即电流环和电压环控制，电压反馈靠电压传感器U/V输出测量信号，充电电流反馈靠电流传感器I2/V的输出信号，而电流传感器I1/V的反馈则提供输出总电流的检测信号，参见图4-8。图4-8 软启动示意图 限流定压充电功能：25G型客车采用碱性中倍率电池，碱性电池充电的要求应符合马氏曲线，即蓄电池在电压低时采取恒流充电的方式，在电压充到一定程度时采取恒压浮充的方式。根据要求，限流充电值为（110%）25 A。25G型客车采用GNZ-120型蓄电池，如图4-9所示。该蓄电池容量为120Ah，5h放电电流为24A，因此恒流充电电流限制在（110%）25 A，碱性中倍率电池浮充的终止电压为1.5V。客车蓄电池总共装有78只，充电电压应为图4-9 GNZ-120型应急电池箱外形及内部图120V ，考虑到大多数低压电器线圈电压上限值为（110%）110V，即121 V，因此充电电压可能偏低，运用中如果有问题可以适当减少12只蓄电池。 输出限流功能：充电器的输出电流分三个部分：一部分向本车蓄电池充电，另一部分供给本车照明、控制等负载，还有一部分通过二极管向列车母线供电。电流传感器I1/V是测置充电器输出总电流的传感器，当充电器的输出电流超过其允许电流（如70A）时，控制IGBT的驱动脉冲变窄，使输出电压降低，输出电压降低后充电器不会向其他客车输出电流，同时还可以减小蓄电池电流，以使总的输出电流降低。需要注意的是：由于全列蓄电池、充电器通过二极管并联，因此各个客车的充电器的输出电压尽可能地保持一致，否则电压调整高的充电器要向列车母线提供更多的电流。第三节 单相逆变器基本原理确认外部接线正确后方可将此产品投入运行，原理见图4-10。当合上QF1后，外部DC110V（范围DC77 VDC137.5V）输入逆变器，逆变器通过R1给电容充电，同时延时继电器线圈得电，延时3s后（电容电压已建立）逆变器开始检测输入电压是否正常。如果不正常，即电压范围不在DC77 VDC137.5V之间时，则控制板指示灯显示欠压或过压故障信号；电压若正常，则开始检测逆变器是否过热，若温度超过规定的85，则由控制板上指示灯报过热故障，同时外部故障指示灯亮，等待温度低于85时开始重新启动，3s后输出电压稳定值AC220V，此时逆变器进入正常工作状态，外部逆变工作指示灯显示绿色；若逆变器工作出现故障时，外部逆变工作指示灯显示红色。图4-10 DC110V逆变器原理图当外部指示灯显示逆变器工作故障时，可参照主控制板（CZ1）上指示灯的相应提示信号确定是什么故障。该逆变器具有故障自动恢复功能：当逆变器发生输入欠压、过压、过热、过载故障后，逆变器报故障；当输入电压、散热器温度、负载恢复正常后，逆变器又可以重新正常运行，当故障累计达到6次后，逆变器自动停机，提醒用户排除故障。机器内部的电容放电按钮（红色）主要作用是快速泻放输入电容C1、C2的残余电压。该按钮只供停机后（且等待接触器弹开后）维修时使用，正常工作时禁止操作！下面主要介绍武汉正远和常牵中心生产的充电机箱。第四节 武汉正远充电机箱一、概述(一)型号组成及含义产品型号：25T(G) - 8kW（3.5kVA） 单相逆变器额定功率充电器额定功率适用车型(二)使用条件海拔高度： 2500m温度： 4040储存温度为： 4570最大相对湿度： 95相应于车辆的垂向、横向和纵向振动限值： 1 Hzf10Hz 振幅25 mm/f（正弦波） 10 Hzf 2100Hz 振幅250 mm2/f（正弦波） 最大冲击加速度： 水平（沿车辆运行方向） 30m/s2 横向 20m/s2垂向 10m/s2二、结构特征及工作原理(一)布局及外形充电器箱外形见图4-11。(二)特点1采用SPT型IGBT作为功率开关器件，具有较高的可靠性；2采用32位数字信号处理器作为控制核心，实时性好；3采用软启动方式，启动时在输入电源侧面产生的电压、电流冲击小；图4-11 25T(G) - 8kW（3.5kVA）型充电器箱外形图4充电器输出高质量的直流电压，单相逆变器输出电压波形为高质量的正弦波；5具有完善的过压、欠压、过流、过载、短路、过热、接地等故障检测与保护功能，并通过数码管显示出来，实现了故障判断的智能化；6采用全密封的金属框架结构，箱体防护等级为IP54；7采用全封闭、强迫风冷散热方式；8充电器高频变压器采用超微晶铁芯，变换效率高；9隔离接触器通断逻辑由软件完成，所有接触器均实现无流分断；10按EN50121-3-2标准（欧洲铁路电磁兼容性标准）通过EMC测试。(三)系统功能描述25T(G) -8kW3.5kVA型充电器箱由进线单元、8kW充电器抽屉、3.5kVA单相逆变器抽屉三部分组成。25T(G) -8kW型充电器箱由进线单元、8kW充电器抽屉两部分组成。1）进线单元进线单元主要安装有进线端子、DC600V电源控制接触器、DC600V充放电电阻、熔断器、单相逆变器隔离变压器、蓄电池欠压检测组件等，完成系统的输入输出隔离分断等功能。蓄电池欠压检测组件在蓄电池放电至92V以下时提供欠压保护信号。2）充电器抽屉1组成及工作原理充电器抽屉为DC/DC高频开关电源，专门为DC600V供电制式空调客车提供DC120V直流电源以及为蓄电池提供智能充电。充电器抽屉包括主电路模块及控制电路电子箱，采用了一体化设计，所有模块、组件集成在箱体内，布局合理。通过控制插件板上的数码管显示具体状态类型，包括正常运行状态和输入过压、欠压、过流、输出过压、过载、短路等故障状态。 主电路部分主回路主要有输入滤波电容、桥式逆变电路、高频变压器、整流和滤波几部分构成。原理简图见图4-12，电气原理图见图4-13。逆变整流滤波隔离降压DC600VDC120V 图4-12 主回路原理简图在气原理图见图4-3中，输入软启动电路的工作原理如下：主电路DC600V输入充电机，经过接触器JC1、熔断器CFU、EMI滤波后，经充电阻CRl（JC2）、输入滤波电容CC8、CC12和CC13、CC1和CC2、CC3和CC4进入充电器，当母线电压达到500V时，JC1吸合，通过CRl给各电容充电，当电容上电压充满时，JC2吸合，经输入滤波EMI和输入滤波电容滤波后得到较为平滑的直流电压，再送入充电机进行的DC600V/DC110V直一交一直变换环节进行变换。其中，滤波电容的主要功能是滤平输入电路的电压纹波，当负载变化时，使直流电压平稳。由于电容自身参数的离散，使得串联的两个电容电压无法完全一致，所以采用电容两端并联均压电阻的方法，均压电阻的另一个作用是在充电机停止工作后，将电容的电压放掉。CRl与JC2构成软启动和缓冲电路。因为电容的特性是电压不能突变，在合闸瞬间，电容的电压很低，基本可以认为瞬间短路，对电源造成很大的冲击电流，所以当输入电源突加时，为了避免对输入滤波电容的直接充电，DC600V输入须经过电阻CR1进行限流，等输入电容充满后，控制接触器JC2吸合，只有充电电阻被短接后充电器才能进行正常的变换，当充电出现故障时，断开JC1，使充电器和DC600V输入断开。 控制电路部分微机控制系统包含一个微机控制箱、一个电压检测组件、三个IGBT驱动板组件和三个电流传感器组成。其中每个微机控制箱由两部分组成：微机控制板、控制电源板。下面分别介绍上述各个部分的基本功能。 控制电源板控制电源板为控制系统提供控制电源，将110V直流变换成系统工作所需的各种等级的电源。控制电源板提供六路电源：5V一路；12V一路；15V一路；24V一路。其中5V、12V为微机控制板提供电源，15V为电压检测组件和电流传感器提供电源，24V为散热风机继电器和网关提供电源。控制电源板上分别为上述电源设置了指示灯，电源正常时各指示灯应该点亮。 微机控制板微机控制板是控制系统的核心，该控制板上使用了高性能的32位数字处理器DSP作为控制核心，并且使用可编程逻辑器件CPLD来实现各种译码和逻辑时序。控制板上包括各种模拟量采样、数字量输入、数字量输出、PWM发送及故障接收模块、数码管显示、RS485通信、RS232通信、CAN通信、实时时钟、数据存储模块等部分。控制软件采用高级语言编写，采用实时多任务操作系统构架，能够提升系统的实时处理能力。通过进行综合处理与判断，进行各种故障处理并通过控制板上的双位数码管进行显示，同时出现多个故障时循环进行显示。数码显示和单元工作情况见表4-1。 电压检测组件图4-13 25T(G) - 8kW（3.5kVA）型充电器电气原理图电压检测组件是用来检测直流输入电压、支撑电容电压和输出电压，利用传感器将高压信号转换为低压信号传送给微机控制板。 电流传感器电流传感器分别用来检测直流输入电流、交流输出电流，将电流信号转换为低压信号传送给微机控制板。表4-1 充电器故障代码及含义高位LED高位含义低位LED及含义0正常0：启动准备过程中； P：正常运行（开始发脉冲）1输入过压02输入欠压1：充电器3输出过压04输出欠压05输出过流06输出过载07IGBT故障1、2对应的两个输出IGBT8超低温加热启动09散热器超温0A限流充电失效0B温度补偿传感器故障0C预充电故障0D内部故障2：输入过流； 3：中间直流过压； 4：中间直流欠压E输入输出接触器故障1：主接触器； 2：充电接触器； 3：放电接触器； 4：输出接触器2充电特性充电器的输出电压和电流受到控制，电流被分成两部分：负载电流（110、L）和充电电流（D），当蓄电池电压低于120（可调）时，充电电流被限制在0.2C5，蓄电池电压慢慢升高，直至升至120电压开始恒定不变，然后充电电流慢慢减小。充电曲线如图4-14。图4-14 充电UI曲线蓄电池充电电压设定值可以由微控制器根据蓄电池电解液的温度进行调节，温度补偿特性将根据蓄电池特性及用户要求进行调整。2）单相逆变器抽屉单相逆变器将由蓄电池提供的直流电源转换位单相AC220V交流电源，为客车的影视系统及充电插座提供电源，额定输出功率为3.5kVA。单相逆变器具备过欠压、过流、短路等保护功能。1主回路部分单相逆变器将由蓄电池提供的直流电源进行斩波升压，进行逆变之后通过隔离变压器转换为波形为正弦的交流电源，其电气原理图见图4-15。2控制电路部分微机控制系统包含一个微机控制箱、一个电压检测组件、三个IGBT驱动板组件和三个电流传感器组成。其中每个微机控制箱由两部分组成：微机控制板、控制电源板。下面分别介绍上述各个部分的基本功能。 控制电源板控制电源板为控制系统提供控制电源，将110V直流变换成系统工作所需的各种等级的电源。控制电源板提供六路电源：5V一路；12V一路；15V一路；24V一路。其中5V、12V为微机控制板提供电源，15V为电压检测组件和电流传感器提供电源，24为散热风机继电器提供电源。控制电源板上分别为上述电源设置了指示灯，电源正常时各指示灯应该点亮。 微机控制板微机控制板是控制系统的核心，该控制板上使用了高性能的32位数字处理器DSP作为控制核心，并且使用可编程边辑器件CPLD来实现各种译码和逻辑时序。控制板上包括各种模拟量采样、数字量输入、数字量输出、PWM发送及故障接收模块、数码管显示、RS485通信、RS232通信、CAN通信、实时时钟、数据存储模块等部分。控制软件采用高级语言编写，采用实时多任务操作系统构架，能够提升系统的实时处理能力。通过进行综合处理与判断，进行各种故障处理并通过控制板上的双位数码管进行显示，同时出现多个故障时循环进行显示。数码显示和单元工作情况见表4-2。表4-2 单相逆变器故障代码及含义高位LED高位含义低位LED及含义0正常0：启动准备过程中； P：正常运行（开始发脉冲）1输入过压2：单项逆变器2输入欠压03输出过压04输出欠压05输出过流06输出过载07IGBT故障1、2对应的两个输出IGBT，4对应斩波IGBT8超低温加热启动09散热器超温0A限流充电失效0B温度补偿传感器故障0C预充电故障0D内部故障2：输入过流； 3：中间直流过压； 4：中间直流欠压E输入输出接触器故障1：主接触器； 2：充电接触器； 3：放电接触器； 4：输出接触器图4-15 单相逆变器电气原理图 电压检测组件电压检测组件是用来检测直流输入电压、支撑电容电压和输出电压，利用传感器将高压信号转换为低压信号传送给微机控制板。 电流传感器电流传感器分别用来检测直流输入电流、交流输出电流，将电流信号转换为低压信号传送给微机控制板。三、技术特性(一)充电器技术数据1额定容量：8kW。2输入电压：额定电压：DC600V；最高电压：DC660V；最低电压：DC500V。3控制电路输入电压额定电压：DCl10V； 最高电压：DC137.5V；最低电压：DC77 V；电源纹波电压峰谷值Up-p不超过40 V 。4额定输出电压： DCl18DC123V（随温度补偿可调）；出厂整定值为（1191）V。5输出电压负载稳态调整率：1%。输入电压稳态调整率： 1%。 6输出电压纹波峰-谷值 10 V （与蓄电池并联时）。7充电方式：恒流限压（251）A（可以根据用户需要进行调整），最后限定电压DCl19 V。8充电器变换效率：85（额定输出负载）。9主要功率器散热器件表面温升 40K。10箱体设有接地螺栓并标有明显的高压标志。11充电器工作时，对母线产生的DC600V回路脉冲电压Up-p50V。12在电网供电中断恢复时，具有自动投入正常运行的功能。13具有输入电压过压（700 V）和欠压（500）保护功能。14具有符合蓄电池限流恒压充电要求的输出特性。15具有蓄电池欠压保护功能，当蓄电池电压低于欠压保护值（90V2V）时，欠压保护动作。16具有承受负载突加和突减的功能。17具有短路、过流、过载、输出过压（125 V）等保护功能。18具有功率器件的过流、短路和超温保护。19具有温度补偿功能。20通过485与监控系统通讯，上传充电电流、负载电流和运行状态等信息。(二)单相逆变器技术数据1额定容量：3.5kVA；2输入电压：额定 DC110V；最高 DC137.5V；最低 DC77V。3输出电压：输出电压频率 基波50Hz 1%；输出电压基波有效值 AC220V10%；谐波含量 10%。4控制方式：采用SPWM调制方式。5启动方式：采用了软启动方式，启动时间为3秒6冷却方式：自然风冷。7保护功能：输出过流，过载，IGBT过流，输入过压、欠压及散热器过热等保护。8效率： 额定负载时，效率大于75%。四、接口充电器箱对外接口为接线端子，安装在充电器箱的左侧，以硬座车为例的对外接线图见图4-16，线号表见表4-3。图4-16 充电器箱对外接口图（适用于硬卧、硬座和餐车）表4-3 充电器箱外部进线线号表充电器和单项逆变器603 6034mm22自逆变器DC600V正/负线CN1/Dg40140 1406mm22自综合控制柜单相逆变器电源CN2/Dg40U210 N2104mm22至综合控制柜单相逆变器电源110 11025mm22至110 V分线箱DC600V母线CN3/Dg40D25mm2至蓄电池箱L10mm2至综合控制柜本车110V130 1112.5mm22自综合控制柜DC110V控制电源备用1、22.5mm22至综合控制柜备用线2021mm2充电器正常110V正极出3021mm2充电器故障2041mm2单相逆变器正常3041mm2单相逆变器故障3111mm2蓄电池欠压TA，TB，TB，TE屏蔽电缆1根自蓄电池箱PT100温度传感器信号线CN5/Dg40LW1A LW1B TE屏蔽电缆1根至综合控制柜LONWORKS通讯线RP3 PN3 TE屏蔽电缆1根自逆变器RS485正/负线注：从电源变换箱出线端正视，线管从车的中心线往两侧依次为1、2、3、4、5。五、安装调试(一)安装箱体安装于车底下。箱内应尽量保持清洁、干燥，严禁杂物落入机箱内，以免引起短路等严重故障。箱体应良好接地。(二)充电器调试按照接口图将线路连接好，检查无误后方可进入调试。特别要保证控制电源、蓄电池极性正确。1通控制电源试验先将车上综合控制柜内DC600V断路器置“断”位，使DC600V主电源断电，合上箱体控制电源开关K1，DC600V输入接触器和充电电阻短接接触器不吸合，充电器电子箱微机控制板数码管应显示欠压“02”，车上“充电器故障”指示灯应亮。2主电路通电试验闭合车上综合控制柜与充电器相连的断路器，供DC600V电源，DC600V输入接触器闭合，直流输入侧充电电阻短接接触器经延时闭合，充电器软起动，充电器电子箱的微机控制板数码管显示运行“0P”。车上综合控制柜的“充电器故障”指示灯应灭，观察综合控制柜的DC110V电压指示表，即充电器输出电压。如有故障，应立即断掉DC600V电源，排除故障后方可再次通主电试验。注意：不要在充电器运行时合蓄电池开关，否则可能会造成充电器损坏。(三)单相逆变器调试合上充电器箱内的K2及车上的控制电源及单相逆变器输入电源，单相逆变器输入接触器KM1、KM2相继吸合，然后KM1跳开，单相逆变器软启动，输出AC220V、50Hz电源。注意：不要将输入电源线接反。六、操作使用充电器不设独立的操纵部分，当控制电源正常、DC600V电源正常时充电器自动启动，在过分相后也无须人为干预。当出现多次过流、过载、短路等故障后充电器会自动停止工作，这时请通知专业人员来进行维修。当输入DC600V电源出现过压后，充电器也会自动停止工作，如果在确认DC600V电源正常后可以先切断DC600V电源，3分钟后再切断控制电源将充电器控制系统复位，此时再依次含上控制电源、DC600V电源，充电器就会恢复正常工作。另外，为了在断开DC600V电源后对电容内储存的电荷快速放电，充电器会在检测到没有DC600V电源后延时几秒钟停机，请不要过快切换、路电源，否则可能会造成充电器的损坏。注意：不要随意断掉控制电源，断开控制电源前请先断开DC600V电源。不要过快进行I、路切换。七、故障分析与排除首先要注意，在主电路断电5分钟后方可打开箱体检修！(一)充电器故障分析与排除见表4-4。表4-4 充电器常见故障判断与处理显示故障现象故障原因故障检查及排除1. 0输入过压直流输入电压高于700V测量输入直流电压电压传感器损坏检查电压传感器输入输出比例关系微机控制板器件损坏更换微机控制板2. 0输入欠压综合控制柜供电故障检查综合控制柜供电直流输入电压低于500V测量输入直流电压箱体内快速熔断器烧断检查快速熔断器电压传感器损坏检查电压传感器输入输出比例关系微机控制板器件损坏更换微机控制板3. 0输出过压直流输出电压过高测量直流输出电压电压传感器损坏检查电压传感器输入输出比例关系4. 0输出欠压直流输出电压过低测量直流输出电压电压传感器损坏检查电压传感器输入输出比例关系5. 0输出过流电流传感器出现故障检查电流传感器或更换电流传感器试验整流二极管损坏检查整流二极管是否击穿负载过大负载短路等原因导致电流过大6. 0输出过载负载有短路现象检查充电器负载回路电流传感器出现故障检查电流传感器7. 17. 2IGBT保护驱动板元件发出故障检查微机控制板检查IGBT驱动板检查IGBT管由于逆变桥IGBT损坏和线路发生短路检查风机是否堵转或缺相导致电流过大9. 0过热保护散热器温度过高测量散热器温度温度继电器损坏测量温度继电器触点是否为常闭控制板检测回路故障观察控制板相应指示灯7LD2是否点亮A. 0限流充电失效控制系统故障更换微机控制板充电电流传感器故障更换传感器或检查线路B. 0温度补偿传感器故障温度传感器损坏更换温度传感器温度传感器开路检查线路C. 0预充电故障输入接触器故障观察输入接触器是否正常吸合充电电阻损坏测量充电电阻阻值是否正常充电接触器故障观察充电接触器是否正常吸合线路松动或接触不良查找线路是否紧固可靠连接支撑电容检测电压传感器故障检查电压传感器输入输出比例关系D. 2输入过流输入电流传感器故障检查电流传感器或更换电流传感器试验由于逆变桥IGBT损坏和其它元件损坏检查IGBT模块是否击穿逆变桥吸收元器件是否损坏检查高频变压器是否损坏E. 1主接触器故障接触器不能正常动作更换接触器接触器辅助触头损坏更换辅助触头微机控制板器件损坏观察控制板相应指示灯7D10是否正常接触器反馈导线松动紧固导线与接插件（续上表）显示故障现象故障原因故障检查及排除E. 2充电接触器故障接触器不能正常动作更换接触器接触器辅助触头损坏更换辅助触头微机控制板器件损坏观察控制板相应指示灯7D12是否正常接触器反馈导线松动紧固导线与接插件E. 3放电接触器故障接触器不能正常动作更换接触器接触器辅助触头损坏更换辅助触头微机控制板器件损坏观察控制板相应指示灯7D14是否正常接触器反馈导线松动紧固导线与接插件充电器无运行信号1A保险烧断充电器发生故障更换1A保险查明其他故障原因充电器无运行信号1A保险烧断充电器发生故障更换1A保险查明其他故障原因(二)单项逆变器故障分析与排除见表4-5。表4-5 单项逆变器常见故障判断与处理显示故障现象故障原因故障检查及排除1. 0输入过压直流输入电压高于140V测量输入直流电压电压传感器损坏检查电压传感器输入输出比例关系微机控制板器件损坏更换微机控制板2. 0输入欠压综合控制柜供电故障检查综合控制柜供电直流输入电压低于75V测量输入直流电压箱体内快速熔断器烧断检查快速熔断器电压传感器损坏检查电压传感器输入输出比例关系微机控制板器件损坏更换微机控制板3. 0输出过压交流输出电压过高测量交流输出电压电压传感器损坏检查电压传感器输入输出比例关系4. 0输出欠压交流输出电压过低测量交流输出电压电压传感器损坏检查电压传感器输入输出比例关系负载过大空载试验检验5. 0输出过流电流传感器出现故障检查电流传感器或更换电流传感器试验由于逆变桥IPM损坏和其它元件损坏检查IGBT模块是否击穿输出线间是否有短路逆变桥吸收元器件是否损坏三相输出是否平衡负载过大检查负载情况6. 0输出过载负载有短路现象检查负载电流传感器出现故障检查电流传感器7. 17. 27. 4IGBT保护驱动板元件发出故障检查微机控制板检查IGBT驱动板检查IGBT管由于逆变桥IGBT损坏和线路发生短路检查隔离变压器是否正常检查是否出现线路短路（续上表）显示故障现象故障原因故障检查及排除9. 0过热保护散热器温度过高测量散热器温度温度继电器损坏测量温度继电器触点是否为常闭控制板检测回路故障观察控制板相应指示灯7LD2是否点亮C. 0预充电故障输入接触器故障观察输入接触器是否正常吸合充电电阻损坏测量充电电阻阻值是否正常充电接触器故障观察充电接触器是否正常吸合线路松动或接触不良查找线路是否紧固可靠连接支撑电容检测电压传感器故障检查电压传感器输入输出比例关系D. 2输入过流输入电流传感器故障检查电流传感器或更换电流传感器试验由于逆变桥IGBT损坏和其它元件损坏检查斩波IGBT模块是否击穿逆变桥吸收元器件是否损坏检查隔离变压器是否出现异常检查斩波电感是否出现异常D. 3中间直流过压中间直流电压高于380V控制系统失控支撑电容检测电压传感器故障检查电压传感器输入输出比例关系输入电流传感器故障更换电流传感器D. 4中间直流欠压中间直流电压低于260V控制系统失控支撑电容检测电压传感器故障检查电压传感器输入输出比例关系输入电流传感器故障更换电流传感器E. 1主接触器故障接触器不能正常动作更换接触器接触器辅助触头损坏更换辅助触头微机控制板器件损坏观察控制板相应指示灯7D10是否正常接触器反馈导线松动紧固导线与接插件E. 2充电接触器故障接触器不能正常动作更换接触器接触器辅助触头损坏更换辅助触头微机控制板器件损坏观察控制板相应指示灯7D12是否正常接触器反馈导线松动紧固导线与接插件E. 3放电接触器故障接触器不能正常动作更换接触器接触器辅助触头损坏更换辅助触头微机控制板器件损坏观察控制板相应指示灯7D14是否正常接触器反馈导线松动紧固导线与接插件单项逆变器无运行信号1A保险烧断充电器发生故障更换1A保险查明其他故障原因单项逆变器无故障信号1A保险烧断充电器发生故障更换1A保险查明其他故障原因八、安全保护装置及故障处理(一)充电器、单相逆变器箱各单元可靠按地。(二)充电器、单相逆变器箱箱体上设置有“高压危险”警示标识。(三)充电器、单相逆变器箱各功能模块具有完善的保护功能。(四)出现安全隐患后，如充电器、单相逆变器箱的漏电流超标，请及时联系专业人员进行排查，只有故障排除后，充电器、单相逆变器箱方可重新投入使用。九、保养与维修设备使用应严格按使用要求安全操作，并按照段方规定的检修周期进行设备维护和检修。非专业人员禁止打开箱体进行维修，否则可能会导致人员伤害。设备维修时应断开主电源和控制电源，切勿带电操作。配件损坏时应严格按原型号更换，不得擅自用其它配件代用。清洗列车时，应关闭充电机箱门，防止进水。长期存放时，每三个月进行一次通电试验，要求电源能正常起机，输出正常。第五节 常牵中心充电机箱一、概述(一)功能在每节车厢配备的充电机箱中，安装有一台8kW充电机和一台3.5kVA单相逆变器。充电机为应急蓄电池充电，同时也为车上照明、控制柜等直流用电设备提供电源。单相逆变器为紧急通风设备、影视系统、便利插座等提供电源。车下设备箱正面有门并由门锁锁紧，充电机模块由车下设备箱的正面（车厢的侧面）沿箱体内的滑槽推进箱体，模块的后部和箱体的后部通过橡胶条进行密封。车下设备箱的两端有接线端子，输入输出电缆通过箱体侧面的进线管连接在端子排上。箱体的两个侧面分别有维修门板可以打开。车下设备箱门板的背面贴有简要的原理图，箱体两侧维修门板的背面贴有端子排的布置图。(二)安全须知必须在断电5分钟后方可打开门板或维修盖板。要注意隔离变压器、滤波电感等发热器件可能会有较高的温度。二、8kW充电机该充电机系统原理图见图4-16。其中，600V经过一个50A的熔断器F01接到主接触器KM01，经线606接到前级板P1，600V经过电感L01、线605接到前级板P2，KM01、预充电电阻R01、电解电容C05、C06构成预充电回路，无感电容C01/2、C03/4构成EMI滤波。600V经过前级板调压输出直流电500V，经中间逆变、高频变压器、全波整流、输出滤波（输出板CMXX01板载）输出直流电110V，输出分三路，L（充电机负载）、D（蓄电池负载）、110V DC（110V母线）。(一)工作环境及使用条件环境温度：4045环境湿度：最大90%（25）海拔高度：2500m冷却方式：自然风冷(二) 外形及安装外形尺寸：415mm536 mm440 mm（长宽高）安装尺寸：418 mm415 mm（长高），21016(三) 电气指标额定电压： DC600V；电压范围： DC500VDC660V；控制电： DC77VDC137.5V；输出电压： DC120V1V； 效率： 大于90（额定输出负载）；输入、输出电路隔离：有；充电电流： 25 A1A；平均无故障时间： 50,000h。 (四)功能 1测量：环境温度检测、散热器温度检测、蓄电池温度检测、输入电压检测、输入电流检测、输出电压检测、总电流检测、电池电流检测、中间电压检测、中间电流检测。 2保护：输入过压、欠压保护；IGBT故障保护；负载过流短路保护；电池欠压保护。3信号：设备正常信号、设备故障信号、电池欠压信号。(五)电气接口见表4-6。表4-6 8kW充电机箱电气接口端子号定义端子号定义600V600V输入JX2：1控制电输入