上海地铁1号线车辆辅助系统的国产化研制

上传者：董黎生
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上传时间：2015-05-08
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上海地铁1号线车辆辅助系统的国产化研制

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摘要叙述了上海进口的三种地铁车辆的基本情

况，同时阐明了对进口车辆上电气设备进行国产他的曲要

性，并介绍了上海地铁１号线车辆Ｇ１０静止辅助系统的基

本结构和工作原理。随着电力电子技术的进步，性能优越

的新一代电力电子器件ＩＧｍｌ迅速发展，在中等容量范围内

正不断取代ｃＩｏ应用场合，相应规格的ｃＴｏ也将逐步停

产，使１号线车辆购不到此共ＧＩＵ作备品，因而要考虑采器件。从上海进口的３种地铁车辆也可看出电力电子技术的进步与发展：首先，体现在从直流传动进展为交流传动，即从带结构复杂的换向器的直流牵引电动机的直流传动，转换为采用结构简单且牢固可靠的交流异步牵引电动机的交流传动（这种先进的交流传动的电机不需维护）。其次，还表现在

电力电子器件方面，由电压驱动型ＩＧｒＩＢ模块替代

原来的电流驱动型ＧＴｏ器件。随着电力电子器件

的发展，车辆的技术也得以发展，先是在容量不大

的车辆辅助系统中（从ｌ号线车辆到２号线车辆）

由Ｇ１Ｄ静止变流装置发展为用心时和Ⅱｗ静止用相同规格的Ｉｃ盯来替代，进行国产化研制。同时研制过程中也从降低运营成本出发而尽可能保留愿系统的特点与可用部件。从电力电子技术发展与降低运营成本出发考虑，进行国产化研制。关键词地铁车辆，静止辅助系统，国产化

变流装置；之后，随ＩＧ胛容量增大，在主传动系统

中（从２号线车辆到明珠线车辆）由Ｇ１Ｄ的、ｎ，、，Ｆ

ｌ从上海地铁车辆看电力电子技术的发展

上海地铁车辆都是从国外进口的。其中ｌ号

线车辆是于９０年代初由德国进口并投入运营，至

今有８年之久；２号线车辆于９０年代末也是从德国

进口的，投入运营不久；明珠线车辆将从法国引进。

Ｉ号线车辆主传动系统采用Ｇｍ斩波调速的

直流传动，其辅助系统采用ＧＩＤ静止变流电源（装

置）。２号线车辆的主传动系统是由ＧＩｏ构成的装置发展到用ＩＧＢｒ的ｗｖＦ装置。这种新一代器件替换或淘汰老一代器件正是科技进步与电力电子器件发展的必然规律。２地铁１号线车辆辅助系统的国产化研制２．１车辆国产化的必要性为了适应城市轨道交通的快速发展，以贷款与

进口地铁车辆的方式是一种必要的手段。但进口

与引进只是解燃眉之急的措施，应从长远考虑中国

城市轨道交通发展的大市场以及轨道交通车辆产

业化问题。另外，还要考虑目前我国经济的承受能

力等现实问题。为此必须对进口车辆进行消化与

吸收，并逐步国产化与创新，进而实现拥有独立知

识产权的车辆产业，这样才能促进与保证城市轨道

交通的持续发展。ｗⅦ交流传动，而辅助系统为ＩＧ时和删的静止变流装置。明珠线车辆其主、辅传动系统均采用新一代ＩＧ盯与口ＰＭ器件来构成的交流传动方案。９０年代初进口的ｌ号线车辆，虽然采用ｃ，ｍ斩波直流调速与Ｇ１Ｄ静止变流装置，但其技术也是属当时世界上先进水平。然而随科技进步，性能优良的新一代电力电子器件蚓盯模块迅速发展并系列化和商品化，不断淘汰并替代了老的电力电子

殳企平：上海地帙运营有限公司，高级工程师．上海２０∞３１

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下面介绍上海地铁１号线车辆辅助系统的国产化研制情况。２．２研制概况

上海地铁１号线车辆辅助系统主要由三大部分组成：Ｇ．ＩＤ降压斩波器、Ｇ１Ｄ逆变器和输出变压器。其结构原理框图如图１所示。

图ｌ中Ｇ１Ｄ斩波器是由阻断电压为４５００ｖ的

ＧＴ＿０器件构成。此ＧＴｌ０斩波器将一定范围内波动的直流网压进行斩波降压与稳压。Ｇ１Ｄ逆变器由阻断电压为２５００ｖ的ＧＴｏ元件组成，将斩波器输出的稳定直流逆变为对称的５０比三相交流。输出变压器起着隔离与降压的作用，向负载提供３８０Ｖ／２２０ｖ三相四线交流电源。变压器还可带有给蓄电池充电与１１０ｖ控制电源所用的辅助绕组。

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图１

ＣＴｏ静止辅助系统结构框图

由于电力电子元件的发展。尤其在９０年代后期，ＩＧＩ玎器件的阻断电压不断提高、电流容量不断增大以及其它性能的不断改善，它不仅在许多应用场合替代了大功率晶体管Ｇ１Ｒ，而且不断地进入ＧＩＤ应用范围，大有取而代之之势。一些生产ＧＴＯ的外国公司甚至于１９９７年下半年宣布在这种容量范围内停止生产２５００ｖ的Ｇ１Ｄ。这一情况将使上海地铁ｌ号线车辆面临购不到这种等级的∞Ｄ作备品的局面。于是在１９９９年，上海地铁与原上海铁道大学合作，成功地将辅助系统中的ｃ，ｍ逆变器用２

５００

营成本，而且替换时结构上也很麻烦。２．３研制方案

在进行国产化研制与替代时，也应尽量降低成本，发挥原有装置的特点与可用部件的作用。

现介绍对静止辅助系统中原ＧＴｏ斩波器采用

ＨⅥＧ盯斩波器的替代方案，并对方案进行分析。

２．３．１斩波器主回路

地铁ｌ号线车辆静止辅助系统的ＧＩ＇ｏ斩波器是一种降压及稳压的斩波器，由通常的Ｂｕｃｋ电路构成。其实际电路原理图如图２所示。斩波器主管ｖ，采用定频调宽方式稳定电容ｃ上的输出电压。由于Ｇ１Ｄ元件本身关断时存储时问较长，因此必须带有容量较大的吸收保护电路。由此可见，为了保证Ｇｒｍ与各功率元件可靠工作，斩波器的

ｖ的高压ＩＧＢＴ（也称Ｈ、ｑＧ盯）构成的

ＩＧ册逆变器进行了替代，并经受了装车试验的考

验【“，至今安全可靠地在车上运行。同时，由于用在ｌ号线车辆辅助系统中小电流规格６００Ａ“５００ｖ的Ｇ．Ｉｏ也将被停产，以后均生产电流在ｌ０∞Ａ与２０００Ａ以上的大容量ＧｒＩＵ，为此，我们将继续用ＨｖｌｃＥｒｒ斩波器去替代原来ＧｒＩｏ斩波器。否则，如

果用４５００ｖ大电流ＧＩＤ作备品，不仅大大增加运

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吸收保护电路是相当繁复的。采用高压ＩＧ研（即

ＨｖＩＧＥｒｒ）模块，构成相应的替代用的斩波器，如图３

所示。

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Ｖ５所示的信号转换电路（１）转换为驱动ＨⅥＧ盯模

块的电位信号。

图２ｃ＿ｍ斩波器实际电路

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图５ＨⅥＧＢｒ驱动电路框图

图５中驱动模块（３）是采用由瑞士ｃＯＮＣＥＰｒｒ

公司生产的专门为Ｈ、ｑＧＢＴ器件配套的２ｓＤ型两

通道的ＳＣＡ址Ｓ驱动器。

这种两通道驱动器有两种工作模式：即同时通

图３Ｉｃ肼斩波器断的直接模式与带死区时间的半桥模式。图６表

示驱动器直接模式的电路图。图中方框为ＳＣＡ【Ｅ

模块内部结构原理框图。啪那样长的存储时间，因此吸收电路的元器件

也相当简洁。图３中，主管ｖ，为４００儿，３．３ｋｖ的由于ＩＧＢＴ模块性能优越，关断迅速，没有像（尤其无感电容）取值要小得多。此外，ＩＧＢＴ模块本身带有反并联二极管，因此构成的斩波器主电路

ＨｖＩＧ盯模块，其吸收电路为伤、Ｒ２、ｖ２组成，容量

小，体积小。输入端吸收电路由阻容Ｒｌ、Ｃｌ构成。

斩渡器续流管ｖ３仍需飓、Ｇ阻容吸收电路。对于

ＨｖｌＧＢｒ斩波器，其斩渡频率可以提高到ｌｋＨｚ。提

高斩波器频率，可减小输出滤波器Ｌｃ的休积与重

量。

辟郭ｊ噬勘Ｊ嗵ＬＤ?『☆＿仲ＬＬ图６直接工作模式电路图

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田４薯Ｅ犀ｌｚ，ｌ巴Ｊ出…。引唾引嗵ｍｑ《＊蠢嚣ｉｉⅡ（２）ｒ——譬叫ｌＧ＿ＩＵ驱动电路框围图７半桥模式电路图在直接模式中，两个通道的输入信号ｈＡ和

ＩＩ】Ｂ被连在一起，通过一个上拉电阻，把输入端ｖ∥

Ｒｅｓａｔ接到ｖｃｃ，而ｈｎ和ｈｌＢ被编程为１５Ｖ电平。

输入端ＭＯＤ要接到ｖｃｃ上。ＲＣｌ和ＲＱ必须接到

ＧＮＤ，两个状态输出Ｓ０１和Ｓ０２分别送回。这样，?５Ｉ?２，３，２驱动电路为充分发挥与利用原装置的功能与可用部件，将图４所示的原ＧｒＩｏ驱动电路框图中用于驱动Ｇｍ的驱动信号ｚｌ、殇与殇以及Ｌ１与ｋ，通过图

万方数据　

搿期国懿褊濑曜麓踌藕耐陵黎籀鬃糍鞭瓣鞠戮凌燃箍凌凌女麓缓爨嚣浚爨臻臻鹱錾辫缴缀蠹鬟糍在任何给定的情况下，控制电子线路都能查到哪个个共同的故障接收。死区时间可通过改变Ｒｃ网通道显示错误状态。络参数来调节。

这种直接模式可以用在双正激Ｄｃ／Ｄｃ开关电

源中，其需要对两个主管同时控制其导通或关断。３结语

在半桥模式中（图７），两个通道总是作为一个

半桥来工作，ＳＣＡＬＥ驱动器能直接产生所要求的死（１）对上海地铁ｌ号线车辆辅助系统的国产化区时间，其范围约为１００ｍ到几毫秒。它需要两个研制并作好技术储备，不仅可以大大降低运营与维外部Ｒｃ网络，通过转换输入端（ｈ１Ｂ）到低电平，就护的费用，而且也是保证自进口以来已运营８年之能使所有功率半导体关断，而且输入端ＭＯＤ接在久的车辆能继续安全可靠运行的必要措施。ＧＮＤ上。输入端ｈＡ是ＰＷＭ输入，ｌＩｌＢ可作为控（２）从科技进步与发展以从经济效益与社会影管，ｈ值和ｈｌＢ被编程为ｍ电平。两个状态输出制端。在ｖＩ／ｍｓａｔ输入端带有４ｖ７的齐纳二极响来考虑，对进口车辆消化与吸收，逐步国产化与

创新，从而实现产业化，是保证轨道交通与城市持

端Ｓｏｌ和ｓ０２连在一起。对于两个驱动通道，有一续发展的必要条件。

参考文献

ｌ陶生桂，王日凡．地铁１号线车辆ＩＧ酣静止辅助逆变器研制．城市轨道交通研究，２０００，（２）：１６～１９

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（牧稿日期；２００１一∞一２８）?５２?

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上海地铁1号线车辆辅助系统的国产化研制

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年，卷(期)：殳企平，陶生桂上海地铁运营有限公司,城市轨道交通研究URBAN MASS TRANSIT2001,4(2)