【文章內(nèi)容簡介】 較新款的 25T 型客車外，其余大部份車輛的洗手間均缺乏集便裝置，一般列車在行駛時(shí)會(huì)把污物直接排放在路軌上。而 CRH2空調(diào)設(shè)備的進(jìn)風(fēng)口是置于車下，因此當(dāng)列車行走在經(jīng)高速化改造后的既有線鐵路上時(shí)，進(jìn)風(fēng)口會(huì)把路軌沿線上的污物及垃圾等也一并吸入，造成部份車廂充斥異味 ，而空調(diào)過濾網(wǎng)也需頻頻清洗，平均每兩天清洗一次，每四天便得要更換。日本的同型車由于路線多采用無道碴之板式軌道，且無污物排放問題，過濾網(wǎng)每月僅需清洗一次。 車廂空調(diào)出現(xiàn)異味的問題最初僅在網(wǎng)上論壇流傳，至 2020 年 8 月開始出現(xiàn)媒體報(bào)導(dǎo)。 這個(gè)問題已在設(shè)計(jì)及制造時(shí)速 300公里版本的 CRH2 時(shí)獲得解決，其方法是把風(fēng)口改在上方。 技術(shù)數(shù)據(jù) CRH2 型動(dòng)車組車內(nèi)的顯示器，顯示列車當(dāng)前運(yùn)行速度。 編組型式： 239。239。+Bo39。Bo39。+Bo39。Bo39。+239。239。+239。239。+Bo39。Bo39。+Bo39。Bo39。+239。239。 8 節(jié)時(shí)速 250 公里 =4M4T 8 節(jié)時(shí)速 300/350 公里 =6M2T 16節(jié)時(shí)速 250 公里 =8M8T， 8 節(jié)列車可兩編組連掛運(yùn)行 車種：一等座車、二等座車、餐車 編組定員： 610 人 客室布置：一等車 2+二等車 2+3 最高運(yùn)營速度： 250 km/h (可提升至 300 km/h) 最高試驗(yàn)速度： 260 km/h以上 軌距： 1435 mm (標(biāo)準(zhǔn)軌 ) 湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 8 適應(yīng)站臺(tái)高度： 1200 mm 傳動(dòng)方式：交直交 牽引功率： 4800 kW 編組重量及長度： ， 345t 車體型式：大型中空型材鋁合金車體 氣密性：車內(nèi)壓力從 4kPa 降到 1kPa 時(shí)間大于 50s 頭車車輛長度： 25700 mm 中間車輛長度： 25000 mm 車輛寬度： 3380 mm 車輛高度： 3700 mm 空調(diào)系統(tǒng)：準(zhǔn)集中式 轉(zhuǎn)向架類型： DT206/TR7004B 無搖枕轉(zhuǎn)向架 轉(zhuǎn)向架一系懸掛：單組鋼彈簧單側(cè)拉板定位 +液壓減振器 轉(zhuǎn)向架二系懸掛：空氣彈簧 +橡膠堆 轉(zhuǎn)向架軸重： ≤ 14 t 轉(zhuǎn)向架輪徑： 860/790 mm 轉(zhuǎn)向架固定軸距： 2500 mm 受流電壓：交流 25 kV， 50 Hz 牽引變流器：三菱 /南車時(shí)代 CI11 IGBT 水冷 VVVF 牽引電動(dòng)機(jī)：三菱電機(jī) / 南車電機(jī) MT205 / 日立 / 永濟(jì) YJ92A (300kW) x16 啟動(dòng)加速度（ m/s2）： 制動(dòng)方式：直通式電空制動(dòng) 緊急制動(dòng)距離（ m）（制動(dòng)初速度 200km/h）： ≤ 1800 補(bǔ)助電源： DC100V，三相 AC100V AC220V、 AC400V 湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 9 CRH2 型動(dòng)車組的輔助供電系統(tǒng)的構(gòu)造、工作原理 CRH2 的構(gòu)成 CRH2的 構(gòu)成大致上面都介紹過了 ,輔助供電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)根據(jù)負(fù)載需要的電源規(guī)模來決定，動(dòng)車組的輔助供電系統(tǒng)一般 由輔助變流器、蓄電池、充電機(jī)等組成。 輔助供電系統(tǒng)采用干線供電方式，為動(dòng)車組上除牽引動(dòng)力系統(tǒng)之外的所有用電設(shè)備供電。 輔助變流器由輸入濾波器、斬波器、逆變器、輸出濾波器和控制單元組成，一般和牽引變流器安裝在一個(gè)機(jī)箱中。 蓄電池和充電機(jī)提供不停電的應(yīng)急電源。 挑選輔助電源裝置與 牽引變壓器 介紹一下如圖 21： 圖 21 動(dòng)車組 輔助電源裝置 :動(dòng)車組在 1 號(hào)、 8 號(hào)車分別設(shè)置一套輔助電源裝置（ APU），為空氣壓縮機(jī)、照明、控制、廣播、列車無線等設(shè)備提供電源；在 6號(hào)車上分別設(shè)有一個(gè)蓄電池箱。 牽引變壓器 : CRH2動(dòng)車組輔助供電系統(tǒng)由牽引變壓器 3次輔助繞組提供電源，采用干線供電方式，按各電源系統(tǒng)貫穿全列車。和牽引變壓器 3次線圈直接連接的系統(tǒng)中，連接有空調(diào)裝置、換氣裝置以及 ATP主控電源。輔助電源裝置（ APU）的輸入為 400V，該設(shè)備作為電源向以下五個(gè)系統(tǒng)提供電源： 非穩(wěn)定單相 AC100V系統(tǒng)； 穩(wěn)定單相 AC100V系統(tǒng)； 穩(wěn)定單 相 AC220V系統(tǒng)； 穩(wěn)定三相 AC400V系統(tǒng)； 湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 10 穩(wěn)定 DC100V系統(tǒng)。 CRH2 的工作原理 本輔助電源裝置（ APU）向輔助電路、蓄電池、熒光燈等供電；輸出 DC100V向插座、服務(wù)設(shè)備等供電；輸出 AC100V 和 AC220V 向牽引系統(tǒng)的相關(guān)通風(fēng)機(jī)輸出三相 AC400V 的電源裝置，安裝在車體地板下側(cè)。其內(nèi)還設(shè)有向電熱器等供電的AC100V 電源用輔助變壓器（ ATr）。 輔助電源裝置（ APU）工作原理 牽引變壓器 引變壓器將架線電壓 25kV 變換成輔助電源裝置的輸入電壓 AC400V，同時(shí)也擔(dān)負(fù)輔助電源裝置對(duì)架線的絕緣作用。 輸入濾波回路 輸入濾波回路是降低從架線流入到脈沖整流器 /逆變器上的高頻電流。 IGBT 脈沖整流器 脈沖整流器將牽引變壓器的單相交流輸出電壓變換成直流的恒定電壓。控制方式使用了大容量 IGBT的脈寬調(diào)制方式（ PWM）。 DC 環(huán)形回路 濾波電容器將穩(wěn)定的直流電壓供給給后段的逆變器。 IGBT 逆變器 逆變器將直流電壓變換成為恒頻恒電壓的 3 相交流電壓。 AC 濾波回路 AC 濾波回路降低逆變器輸出電壓中的由于切換所產(chǎn)生的高頻 電壓、使其輸出畸變很小的正弦波。 輸出接觸器 輸出接觸器 3phMK 擔(dān)負(fù)切斷和輔助電源裝置間的負(fù)荷的作用。 整流電路通過二極管 3 相全橋電路將 APU的 AC400V 輸出電壓進(jìn)行變換、供給 DC100V 電壓。 湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 11 可調(diào)電阻使直流輸出電壓具有如圖所示的下垂特性圖 22： 圖 22 可調(diào)電阻使直流輸出電壓下垂特性 APU由 APU輸入輔助整流器、 PWM三相輸出逆變器、逆變器輸出變壓器、CVCF(穩(wěn)壓穩(wěn)頻 )輸出變壓器、輔助變壓器等構(gòu)成。 輔助整流器柜由整流器 變壓器、輔助整流器構(gòu)成。 輔助電源裝置（ APU）工作原理 APU的輸入電源是牽引變壓器輔助繞組輸出的 AC400V，通過可控硅混合電橋變換成為直流電。該直流電通過 PWM三相逆變器變換成為交流電，通過逆變器輸出變壓器提供 AC400V三相 50Hz電源。 CVCF輸出變壓器將 AC400V三相電源變換成單相 AC220V、 AC100V的穩(wěn)壓電源。 輔助變壓器將牽引變壓器輔助繞組的 AC400變換成另一單相 AC100V電源。 輔助整流器箱使用整流器變壓器將 APU的 400V三相電壓輸出變壓后，通過三相 全波整流器，輸出 DC100V。 湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 12 CRH2 型動(dòng)車組的輔助供電系統(tǒng)關(guān)鍵部件 IGBT 元件的一些簡要的介紹與 充電機(jī)工作原理 IGBT 在以變頻器及各類電源為代表的電力電子裝置中得到了廣泛應(yīng)用。IGBT 集雙極型功率晶體管和功率 MOSFET 的優(yōu)點(diǎn)于一體，具有電壓控制、輸入阻抗大、驅(qū)動(dòng)功率小、控制電路簡單、開關(guān)損耗小、通斷速度快和工作頻率高等優(yōu)點(diǎn)。 IGBT 的工作特性 IGBT 是一種電壓型控制器件，它所需要的驅(qū)動(dòng)電流與驅(qū)動(dòng)功率非常小，可直接與模擬或數(shù)字功能塊相接而不須加任何附加接口電路。 IGBT 的導(dǎo)通與關(guān)斷是由柵極電壓 UGE 來控制的，當(dāng) UGE 大于開啟電壓 UGE（ th）時(shí) IGBT 導(dǎo)通，當(dāng)柵極和發(fā)射極間施加反向或不加信號(hào)時(shí)， IGBT 被關(guān)斷。 IGBT 與普通晶體三極管一樣，可工作在線性放大區(qū)、飽和區(qū)和截止區(qū)，其主要作為開關(guān)器件應(yīng)用。在驅(qū)動(dòng)電路中主要研究 IGBT 的飽和導(dǎo)通和截止兩個(gè)狀態(tài)，使其開通上升沿和關(guān)斷下降沿都比較陡峭。 IGBT 驅(qū)動(dòng)電路要求 在設(shè)計(jì) IGBT 驅(qū)動(dòng)時(shí)必須注意以下幾點(diǎn)： 柵極正向驅(qū)動(dòng)電壓的大小將對(duì)電路性能產(chǎn)生重要影響，必須正確選擇。當(dāng)正向驅(qū)動(dòng)電壓增大時(shí)，． IGBT 的 導(dǎo)通電阻下降，使開通損耗減??；但若正向驅(qū)動(dòng)電壓過大則負(fù)載短路時(shí)其短路電流 IC隨 UGE 增大而增大，可能使 IGBT 出現(xiàn)擎住效應(yīng)，導(dǎo)致門控失效，從而造成 IGBT 的損壞；若正向驅(qū)動(dòng)電壓過小會(huì)使 IGBT退出飽和導(dǎo)通區(qū)而進(jìn)入線性放大區(qū)域，使 IGBT 過熱損壞；使用中選 12V≤ UGE≤18V 為好。柵極負(fù)偏置電壓可防止由于關(guān)斷時(shí)浪涌電流過大而使 IGBT 誤導(dǎo)通，一般負(fù)偏置電壓選一 5V 為宜。另外， IGBT 開通后驅(qū)動(dòng)電路應(yīng)提供足夠的電壓和電流幅值，使 IGBT 在正常工作及過載情況下不致退出飽和導(dǎo)通區(qū)而損壞。 IGBT 快速開通和關(guān) 斷有利于提高工作頻率，減小開關(guān)損耗。但在大電感負(fù)載下 IGBT 的開關(guān)頻率不宜過大，因?yàn)楦咚匍_通和關(guān)斷時(shí)，會(huì)產(chǎn)生很高的尖峰電壓，極有可能造成 IGBT 或其他元器件被擊穿。 選擇合適的柵極串聯(lián)電阻 RG 和柵射電容 CG對(duì) IGBT 的驅(qū)動(dòng)相當(dāng)重要。 RG 較小，柵射極之間的充放電時(shí)間常數(shù)比較小，會(huì)使開通瞬間電流較大，從而損壞IGBT； RG 較大，有利于抑制 dvce／ dt，但會(huì)增加 IGBT 的開關(guān)時(shí)間和開關(guān)損耗。 湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 13 合適的 CG 有利于抑制 dic／ dt， CG 太大，開通時(shí)間延時(shí)， CG太小對(duì)抑制 dic／dt效果不明顯。 當(dāng) IGBT 關(guān)斷時(shí) ，柵射電壓很容易受 IGBT 和電路寄生參數(shù)的干擾，使柵射電壓引起器件誤導(dǎo)通，為防止這種現(xiàn)象發(fā)生，可以在柵射間并接一個(gè)電阻。此外，在實(shí)際應(yīng)用中為防止柵極驅(qū)動(dòng)電路出現(xiàn)高壓尖峰，最好在柵射間并接兩只反向串聯(lián)的穩(wěn)壓二極管，其穩(wěn)壓值應(yīng)與正負(fù)柵壓相同。 HCPL316J 驅(qū)動(dòng)電路 HCPL316J 內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理：若 IGBT 出現(xiàn)過流信號(hào)（腳 14 檢測到 IGBT集電極上電壓 =7V），而輸入驅(qū)動(dòng)信號(hào)繼續(xù)加在腳 1，欠壓信號(hào)為低電平， B 點(diǎn)輸出低電平，三級(jí)達(dá)林頓管被關(guān)斷， 1 DMOS 導(dǎo)通， IGBT 柵射集之間的電 壓慢慢放掉，實(shí)現(xiàn)慢降柵壓。當(dāng) VOUT=2V 時(shí)，即 VOUT 輸出低電平， C 點(diǎn)變?yōu)榈碗娖剑?B點(diǎn)為高電平， 50 DMOS 導(dǎo)通， IGBT 柵射集迅速放電。故障線上信號(hào)通過光耦，再經(jīng)過 RS 觸發(fā)器， Q 輸出高電平，使輸入光耦被封鎖。同理可以分析只欠壓的情況和即欠壓又過流的情況。 驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)： HCPL316J 左邊的 VIN+， FAULT 和 RESET 分別與微機(jī)相連。R7， R8， R9， D5， D6 和 C12 起輸入保護(hù)作用，防止過高的輸入電壓損壞 IGBT，但是保護(hù)電路會(huì)產(chǎn)生約 1μ s 延時(shí)，在開關(guān)頻率超過 100kHz 時(shí)不適合使用。 Q3最主要起互鎖作用，當(dāng)兩路 PWM 信號(hào)（同一橋臂）都為高電平時(shí)， Q3 導(dǎo)通，把輸入電平拉低，使輸出端也為低電平。圖 3 中的互鎖信號(hào) Interlock，和Interlock2 分別與另外一個(gè) 316J Interlock2 和 Interlock1 相連。 R1 和 C2 起到了對(duì)故障信號(hào)的放大和濾波，當(dāng)有干擾信號(hào)后，能讓微機(jī)正確接受信息。 在輸出端， R5 和 C7 關(guān)系到 IGBT 開通的快慢和開關(guān)損耗，增加 C7可以明顯地減小 dic／ dt。首先計(jì)算柵極電阻：其中 ION為開通時(shí)注入 IGBT 的柵極電流。為使 IGBT 迅速開通，設(shè)計(jì)， IONMAX值為 20A。輸出低電平 VOL=2v。 C3 是一個(gè)非常重要的參數(shù)，最主要起充電延時(shí)作用。當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)，芯片開始工作時(shí)，由于 IGBT 的集電極 C端電壓還遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于 7V，若沒有 C3，則會(huì)錯(cuò)誤地發(fā)出短路故障信號(hào)，使輸出直接關(guān)斷。當(dāng)芯片正常工作以后，假使集電極電壓瞬間升高，之后立刻恢復(fù)正常，若沒有 C3，則也會(huì)發(fā)出錯(cuò)誤的故障信號(hào)，使 IGBT誤關(guān)斷。但是， C3 的取值過大會(huì)使系統(tǒng)反應(yīng)變慢，而且在飽和情況下，也可能 湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 14 使 IGBT 在延時(shí)時(shí)間內(nèi)就被燒壞，起不到正確的保護(hù)作用， C3取值 100pF，其延時(shí)時(shí)間。 在集電極檢測電路用 兩個(gè)二極管串連，能夠提高總體的反向耐壓，從而能夠提高驅(qū)動(dòng)電壓等級(jí)，但二極管的反向恢復(fù)時(shí)間要很小，且每個(gè)反向耐壓等級(jí)要為1000V，一般選取 BYV261E，反向恢復(fù)時(shí)間 75 ns。 R4 和 C5 的作用是保留 HCLP316J出現(xiàn)過流信號(hào)后具有的軟關(guān)斷特性，其原理是 C5 通過內(nèi)部 MOSFET 的放電來實(shí)現(xiàn)軟關(guān)斷。圖 3 中輸出電壓 VOUT 經(jīng)過兩個(gè)快速三極管推挽輸出，使驅(qū)動(dòng)電流最大能達(dá)到 20A，能夠快速驅(qū)動(dòng) 1700v、 200300A 的 IGBT。 驅(qū)動(dòng)電源設(shè)計(jì)：在驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)中，穩(wěn)定的電源是 IGBT 能否正常工作的保證。電源采 用正激變換，抗干擾能力較強(qiáng)，副邊不加濾波電感，輸入阻抗低，使在重負(fù)載情