有轨电车辅助逆变器电路两种型式详解

辅助逆变器电路有两种主要型式：双逆变器型和单逆变器型。

双逆变器型又有串联型与并联型；单逆变器型有先升/降压稳压后逆变型和直接逆变型。其中先升/降压斩波后逆变型是用在网压为DC750V时，因为它对的网压波动范围为DC500～900V，所以斩波器还有升压功能。

这两种形式都能使得逆变器输入电压稳定，即使负载变化时，也能保证斩波器有稳定的输出电压。但从目前的技术水平来看，以IGBT为代表的开关器件的开关频率足以满足在网压波动范围内用PWM调制，完全可以使逆变器输出稳定，并且能满负荷运行。因此现在一般都采用直接逆变的方式。

辅助逆变器与低压电源电路的不同结构，应用在现代有轨电车中，有以下九种形式：

1）线路滤波器—升/降压斩波器—滤波器—逆变器—滤波器—隔离变压器—隔离变压器的一组次边绕组输出带中点的AC380V；另一组次边经二极管整流桥—滤波器—输出DC24V。它的作用是一方面使逆变器输入电压稳定，另一方面对逆变器起保护作用。

2）线路滤波器—降压斩波器（CHO）—滤波器—逆变器（INV）—滤波器（FIL）—隔离变压器初级（T₀）—输出带中点的AC380V。从AC380V输出—降压变压器（T₁）—二极管整流滤波—输出DC24V。

降压器一般有斩波降压和逆变降压两种方式，它使逆变器输入的电压稳定并对逆变器起到保护作用。逆变器INV的输出经电感电容滤波网络FIL滤波后输入到隔离变压器T₀变压器的初级绕组为△联结，次边绕组为Y联结。输出三相四线AC380V50Hz电压。另有1个变压器T₁由AC380V供电，如图7-9所示。分别经过降压、整流、滤波后，最终输出所需要DC24V。由于器件水平与控制技术的提高，现在已很少采用升/降压环节。

图7-9 先降压斩波后逆变原理

3）线路滤波器—逆变器—滤波器—隔离变压器一组次级绕组输出带中点的AC380V；另一组副输出—二极管整流—滤波—输出DC24V。

单逆变器电路相对简单，使用的电子器件少，可靠性较高。但是其开关频率高，因此开关损耗较大，使用的效率相对较低。

4）线路滤波器—滤波器—隔离变压器—变压器次边一组输出带中点的AC380V；另一组输出经降压变压器—相控整流桥—滤波器，输出DC24V。直接逆变是现代有轨电车车辆辅助逆变电源最简单的电路形式（见图7-10）。

图7-10 直接逆变型(www.zuozong.com)

开关元器件通常采用大功率的GTO、IGBT或M集成模块，逆变电源采用直接从受电弓受流方式。这种电路结构简单、元器件数量少、控制方便。但这种逆变器电源输出的电压易受电网输入电压波动的影响，功率电子器件换流时承受的du/dt较大，尤其是在高压情况下。

5）双逆变器型：线路滤波器—两台串联的逆变器—分别经过两台独立的滤波器—隔离变压器。该变压器有两个独立的初级绕组，一个次边绕组，如图7-11所示。

两个初级绕组输入产生的磁通在铁心内叠加，次级感应出输出电压。一方面输出带中点的AC380V，另一方面经降压变压器—相控整流器—滤波器—输出DC24V。

6）线路滤波器—两台串联的逆变器—分别到两台独立的、不同结构的变压器初级，（一台称D_Y型，另一台称D_Z型变压器）。D_Y、D_Z变压器次边串联输出，经过滤波输出带中点AC380V。

这种系统没有从AC380V变换为DC24V输出，另外设有一个由电网直接供电的DC/DC变流器，输出DC24V。此种方式开关损耗小、逆变器效率高，对输出滤波器要求低。可把较低电压的电力电子器件用于较高电源电压的逆变器。但是，双逆变器的电路复杂，使用器件多，动态均压要求高，故障率也高。

7）线路滤波器—2台串联的逆变器—分别输出多绕组变压器的两个初级。该变压器有两个初级绕组，3个次边绕组（AC380V三相绕组、AC220V单相绕组、DC24V的三相绕组）。2个初级绕组在铁心中产生的磁通叠加，在次级绕组感应电压。

该系统与形式6不同之处在于，前者是将两个变压器次边输出叠加，是电路的叠加，后者是磁路的叠加。这两种电路中，逆变器输出电压有一个相位差，这样叠加后输出侧电压波形谐波就小，则对滤波器要求就低。

8）直接由电网供电的DC-DC变流器，线路滤波器—两台串联、半桥、单相、高频逆变器—分别输出两台高频变压器—分别输入两台高频整流器—两台整流器的输出并联后经滤波器输出DC24V。

图7-11 双逆变器型

这种经过两个串联的逆变器形式，是采用一种半桥单相逆变器。即逆变器的一个桥臂用IGBT，而另一个桥臂是用高频电容器代替。这种逆变器必须是高频的，所以它的输出隔离变压器也是高频变压器，其整流器也是快恢复二极管构成。

9）由AC380V供电的AC/DC系统（输出DC24V）。由AC380V供电—滤波器—相控整流桥—滤波—单相高频逆变器—单相高频隔离变压器—高频整流器—滤波器—DC24V输出。采用高频逆变可以大大缩小隔离变压器的体积，但变压器的设计、制造技术要求较高。

这种形式从网侧起算，是DC—AC—DC—AC—DC变流器。第二次DC-AD变换也是采用高频逆变的方法，变压器为特殊的高频变压器，整流器用高频管，技术要求较高。