160kmh动力集中动力车库内动车电路分析与研究

石巍

摘   要：本文主要介绍了160km/h动力集中动车组动力车库内动车电路结构和基本工作原理，在此基础上搭建了基于MATLAB/Simulink软件的库内动车仿真电路简化模型，对库内动车电路的预充电电阻和接触器部件的工作特点和电气技术参数进行仿真分析研究，为接触器和预充电电阻关键参数设计提供依据，最后对库内动车电路整体进行仿真分析，说明了电路设计的合理性。

关键词：库内动车  预充电电阻  接触器

中图分类号：U264.6                                文献标识码：A                        文章编号：1674-098X（2019）12（a）-0115-02

160km/h动力集中动力车是“复兴号”动车组的系列产品，采用大功率异步牵引电机、卧式牵引变压器、IGBT元件组成的水冷变流器，单轴功率大于1400kW，最高运营速度160km/h，适应我国高速铁路、城际铁路及普速线路使用环境。库内动车电路作为辅助电路的一部分，是动力车设计必不可少的一部分。

1  工作原理

动力车在调试库及机务段维修库时，无法从接触网供电驱动机车，设计阶段要考虑利用库内电源驱动动力车，实现动力车的移动或出库。

动力车库内动车原理如图1所示。库内动车时，库内的三相380V工频交流电源通过可移动的电缆、动力车上的库内电源插座、预充接触器、预充电电阻、主接触器、辅助逆变器向中间直流回路供电，再经过牵引逆变器给牵引电机供电。

电源接通的瞬间，中间回路储能元件电容C两端电压为0，此时会产生较大的冲击电流，可能损坏电子元器件。为了抑制上电瞬间的冲击电流，设计预充电电阻R限制充电电流的幅值，当充电完成后，利用預充电接触器KMA和工作接触器KMB的切换将充电电阻短接，使系统正常运行。在库内动车时，380V库内电源通过辅助变压器TR进行升压，通过辅助逆变器REC的二极管回路进行整流，中间回路直流电压通过牵引逆变器INV给牵引电机供电驱动动力车运行。

2  仿真建模

通常情况下，库内动车线路按平直轨道考虑。根据TB/T1407-2018《列车牵引计算规程》，动力车基本阻力公式如式（1）：

（1）

计及机车重量m和库内动车最大速度5km/h，可计算出机车轮轴牵引功率P：

（2）

此外，考虑到牵引电机效率η1、齿轮传动效率η2、牵引逆变器效率η3、辅助逆变器效率η4，主变流器风机电机功率P1和主变流器水泵电机功率P2，可以计算出库内动车总负载功率P0。

（3）

图2所示为简化库用动车电路在MATLAB/Simulink软件下建立的仿真模型，由预充电电阻R，接触器1即预充电接触器、接触器2即工作接触器、辅助变压器、变流器和模拟负载构成。

3  参数设计与仿真分析

仿真分析中采用仿真参数为：辅助变压器变比380/1672，额定容量130kVA，动车速度不大于5km/h，动车最大功率P0为32kW，预充电电阻5Ω。

3.1 预充电过程分析

库内动车预充电过程中，AC380V三相电源经过接触器1、预充电电阻、辅助变压器、三相不控整流得到直流电压。电容C上的直流母线电压波形如图3所示，充电时间为3.4s时，直流母线电压达到1200V，之后接触器2闭合。图4所示为预充电电阻积累能量波形，考虑接触器最大动作时间0.5s，电阻器需要满足在4s时间内能吸收能量为15.4kJ要求。

3.2 库内动车过程仿真

机车库内动车正常运行状态时，库内电源供电，通过预充电电阻和辅助变压器使中间电路达到1200V，闭合接触器2，断开接触器1，切除预充电电阻，最终稳定在2200V。图5所示为直流回路电压仿真波形，3.4s时预充电过程结束，5.4s时启动牵引逆变器。

图6所示为辅助变压器原边电流波形，在3.4s时接触器切换过程中产生较大的电流尖峰。分析仿真波形，确定接触器2正常工作在额定电流，同时短时间要求能够耐受1300A电流。

4  结语

本文详细介绍了160km/h动力集中动力车库内动车电路的拓扑结构、控制的逻辑关系、预充电电阻和接触器的参数选取。通过仿真分析设计了预充电电阻和接触器关键技术参数，为后续预充电电路分析提供有益参考。

参考文献

[1] 樊运新.蓝正升一种新型电力机车库内动车电路的设计[J].电力机车与城轨车辆，2009（32）：6-10.

[2] 桑学斌.库内动车自走行辅助装置的研制[J].铁道机车与动车，2018（9）：44-46.

[3] TB/T 1407.1-2018.列车牵引计算规程 第1部分：机车牵引式列车[S].