電力機車輔助電源系統(tǒng)的分析與比較

4 其他系統(tǒng)
電力機車除了三相負載，常見的還有單相220 V、50 Hz負載。通常有兩種獲得單相220 V、50 Hz電源的途徑：(1)在有三相輔助變壓器的系統(tǒng)中，變壓器輸出三相380 V交流電，并有中性點，即可取三相交流電的相電壓。該方法簡單、直接；(2)采用單相變壓器將三相交流電的線電壓降壓為單相交流220 V。該方法多一個變壓器，且會引起三相電源負荷不平衡，一般應用在無三相輔助變壓器的系統(tǒng)中。

5 幾種典型機車的輔助電源系統(tǒng)
在機車輔助電源系統(tǒng)中，機車直流電源系統(tǒng)比較簡單，在進行輔助電源系統(tǒng)比較時主要進行三相交流輔助電源系統(tǒng)的比較。表2歸納了國產(chǎn)交一直傳動韶山7E(簡稱SS7E)型電力機車和交一直一交傳動HXD1、HXD2、HXD3 三種型號的“和諧”系列電力機車的輔助電源系統(tǒng)。

SS7E型電力機車三相交流輔助電源系統(tǒng)，采用四象限整流器將送入的單相340 V交流電轉變?yōu)橹绷?00V中間電壓，再由逆變器將直流600 V轉變?yōu)槿?80 V，經(jīng)EMC濾波器濾波后輸出，一路作為機車用三相輔助電源，另一路經(jīng)LC濾波器再次濾波后為自身冷卻風機提供三相電源。
HXD1機車由三相變壓器將三相恒壓恒頻交流電(440 V、60 Hz)變?yōu)槿?30 V、60 Hz交流電，供給相應負載。另外，由于HXD1機車三相交流電壓為440 V、60 Hz，為與國內(nèi)設備兼容，設置了DC110 V／單相230 V、50 Hz轉換模塊。
通過上述分析可以得到如下結論：
(1)采用交一直一交型輔助變流器，必須在牽引變壓器上增加輔助繞組給逆變器供電，因此系統(tǒng)對機車主電路的要求較高。但由于系統(tǒng)只需要進行交一直、直一交兩個環(huán)節(jié)的變換，開關器件的額定電壓低，所以器件數(shù)量少、成本低，整個系統(tǒng)效率高，技術實現(xiàn)較容易。
(2)采用直一交型輔助變流器，可省去輔助繞組，提高機車再生制動時的能量利用率。其中：①對于中間環(huán)節(jié)電壓不是很高的系統(tǒng)(一般不超過2 000 V)，可直接利用逆變器進行逆變，然后再經(jīng)降壓變壓器降壓。這種結構中間環(huán)節(jié)少、控制簡單、開關器件少，系統(tǒng)的效率較高。但由于開關器件電壓等級較高，基于降低能耗考慮，其開關頻率會受到限制，因此輸出電壓波形不會很理想，而且降壓變壓器也會使機車增加額外重量，增加成本。②對于中間環(huán)節(jié)電壓超過2 000 V的，一般采用直一直變換，中間電壓600V左右，然后進行逆變。這種結構在直一直變換環(huán)節(jié)比較復雜，器件多、電壓等級較高，還需要增加脈沖變壓器進行隔離，因此系統(tǒng)復雜、效率較低。

6 結束語
通過對電力機車輔助電源系統(tǒng)進行分析和比較，可以看出，在現(xiàn)有開關器件制造水平和性價比的基礎上，采用交一直一交型的輔助電源系統(tǒng)具有一定的優(yōu)勢，但對機車牽引變壓器的要求較高：采用直一交型輔助電源系統(tǒng)，雖然可以去掉輔助繞組，提高機車再生制動時的能量利用率，但也存在系統(tǒng)重量增加，效率降低的問題。
隨著IPM等開關器件和微機控制技術的發(fā)展，今后的電力機車輔助電源將向裝置更小輕量化、低噪聲、大容量、高可靠性等方向發(fā)展。