25T手册

25T型客车

供电系统和电气监控系统

前 言

我国首列DC600V/AC380V兼容供电列车于98年在郑州铁路局武昌至北京正式开通运营，并达到了预期的目的。此后，DC600V列车供电系统作为铁道部的一项技术政策，应用到高速列车和动车组，取得了良好的社会效益和经济效益。

从国家的能源政策和环境保护政策目的出发，以接触网供电的电力机车集中向客车供电的DC600V供电系统，无疑具有技术和经济上的优势；而在全国电气化铁路尚未完全成网时，从长远考虑，以DC600V/AC380V兼容供电系统，则是作为一种过渡模式。

DC600V供电系统应用过程中，铁道部有关部门组织了多次技术论证，对推动DC600V供电系统的应用和提高DC600V供电系统的技术水平起到了决定性作用；各科研和生产制造单位在实践中也不断认识和完善了DC600V供电系统。

DC600V供电系统有以下优点：1）电力机车采用单相相控整流方式提供DC600V电源，采用两路供电，具有一定的冗余。一路电源故障时，另一路仍可向客车供电。2）各车厢逆变器放在车下，不占有客车空间。不联挂发电车则可以多联挂一辆客车，增加客运收入。3）各车厢独立性强，列车编组灵活。4）DC110V全列贯通，各车厢DC110V供电系统互补性强，可靠性高。5）供电系统可以实现集中控制，操作简单。

为适应日趋激烈的运输市场竞争的需要，铁道部决定在2004年 4月18日进行第5次大提速。四大干线的旅客列车运行速度将达到160km/h以上。第5次大提速的主要机车是DF11内燃机车、SS9、SS7电力机车；其中电力机车全部实现接触网通过机车向客车供电，而内燃机车也将发电机组安装在机车上；提速的主型客车是我国自主设计制造的25T型客车，构造速度200km/h，运行速度为160—180km/h。

为保障列车的运行安全，提高旅客乘车的舒适度，25T型客车在25K客车的基础上，采用了许多新工艺、增加了很多新的设备，其中供电系统的变化最为明显，其标志是DC600V供电系统和DC600V/AC380V兼容供电系统。

25T客车DC600V供电系统和DC600V/AC380V兼容供电系统在铁道部的组织下，长客、四方、浦镇、唐山和四方所等单位，在25K 型DC600V供电列车和2003部备25G型DC600V供电列车的基础上联合开发设计。为便于现场使用维护，我们将整个供电系统的基本原理和

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主要部件的性能编写成册，简要介绍。

第一章 系统概况

DC600V供电制式的空调客运列车，在电气化区段运行时，采用电力机车集中供电（DC600V）、客车分散变流供电方式。在非电气化区段运行时，DF11客运大功率内燃机车本身带有辅助发电机，既可采用AC380V柴油发电机组集中供电，也可将发电机组输出整流以DC600V方式向客车供电，当实现电气化牵引后，采用DC600V直接供电，这就是DC600V/AC380V兼容供电系统。DC600V供电系统工作原理框图见图1。

机车电源 集中控制器 机车电源 DC600V DC600V 400KW 400KW DC110V 电气综合控制柜 2# 电气综合控制柜 1# 空调 采暖 空调 采暖 伴热 照明 伴热 照明 逆变器 逆变器 2X35KW 2X35KW 充电器 充电器 8KW 8KW

图1 DC600V供电系统原理框图

1电气化区段系统运行方式

电气化区段，新研制的客运（SS8 、SS7、 SS9）电力机车的列车辅助供电装置将受电弓

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接受的25KV单相高压交流电降压、整流、滤波成600V直流电。机车上安装了两套DC600V电源装置，两套装置分两路通过KC20D连接器向空调客车供电。空调客车通过电气综合控制柜自动(按车厢号分奇偶选择)将其中一路DC600V直流电送入空调逆变电源装置（简称逆变器）及DC110V电源装置（简称充电器）。逆变器将DC600V直流电逆变成三相50Hz交流电，向空调装置、电开水炉等三相交流用电负载供电；充电器将DC600V直流电变换成DC110V直流电，给蓄电池组充电的同时向照明、供电控制等负载供电。客室电热器采用DC600V电源直接加热。

25T客车的空调机组为1T1型。采用2335KW逆变器供电，主要从两方面考虑：一是25T客车由于新增加了许多设备，单车负载容量较大；另一方面是为适应新的运行方式，增加供电系统的可靠性和安全性。两台逆变器其中一台主要给空调机组供电；另一台给电开水炉、伴热器等交流负载供电。正常情况下，两台逆变器相互独立，互为热备份。但当其中一台发生故障时，由另一台负责继续向负载供电，只是部分受控负载要减载运行（如空调机组转入半冷或半热工况）。客室电热器、温水器等电阻性负载，采用DC600V直接供电的方式。一方面减轻了逆变器的冬季负载，另一方面减轻了电阻性负载引起的漏电流。

由于电气化区段每隔25km左右便有一个分相区（不同变压器之间换相）即无电区，逆变器在过分相区时停止输出，因此逆变器也没有三相交流输出。为了避免照明负载的频繁断电，所以照明负载采用DC100V直流供电；在牵引区段，由充电器向照明负载供电，而过无电区时则由安装在车下的蓄电池供电。同样，为了保证空调等控制电路的控制电器不频繁吸合和释放，控制电路也采用DC110V供电。

为了防止本车蓄电池放亏或故障，保证重要负载（如轴温报警器等）的供电，全列蓄电池通过阻断二极管并联。尾灯、电话等设施从延续性的角度考虑仍采用DC48V供电。 2非电气化区段系统运行方式

非电气化区段，内燃机车牵引的DC600V/AC380V兼容空调客车既可采用大功率柴油发电机组供电，也可采用将发电机组交流输出整流成DC600V供电。如果发电机组的输出为两路三相50Hz、380V交流电，空调客车通过电气综合控制柜自动选择其中一路的三相交流电直接向空调装置、电开水炉等三相用电负载供电；通过DC110V电源装置将三相AC380V变换成DC110V直流电，给蓄电池组充电的同时向照明、供电控制等负载供电。如果发电机组以整流方式输出为两路DC600V直流电，空调客车通过电气综合控制柜自动选择其中一路DC600V直流电送入逆变器及充电器。逆变器将DC600V直流电逆变成三相50Hz 交流电，向三相用电负载供电；充电器将DC600V直流电变换成110V直流电，给蓄电池充电的同时向110V直流用电负载供电。

特点：25T型DC600V/AC380V兼容供电客车，在主要考虑目前的AC380V集中供电的同时兼顾了DC600V供电系统，即兼容供电系统不仅可以运用在柴油发电机组AC380V集中供电系统，在电气化区段也可以直接用DC600V供电系统。尽管可以由柴油发电机组集中供电，但由于要兼顾DC600V供电，因此DC600V/AC380V兼容供电25T型客车的照明和控制系统

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采用DC110V供电，车下安装中倍率碱性蓄电池和DC600V/AC380V－DC110V充电器；而空调机组、客室电加热、开水炉、温水器伴热等主电路全部采用AC380V供电（不同于电气化区段），控制电路则采用DC110V控制。 3关键技术 3.1电压制式的确定 DC600V供电电压制式的选择，参照了国外供电制式并结合我国国情和技术现状。高压

供电从经济性考虑无疑具备优势。但是，采用高压供电系统必定将降压、整流和逆变器全部集中在客车上，其安装和配重难度较大。而机车集中整流后向客车供电，在技术上没有太大的困难。

基于我国逆变器技术的现状，确定了600V电压等级，因为AC380V三相交流电压整流后的电压为DC540V，而直/交变换存在电压利用率问题，输出交流要达到380V，要求输入电压应在600V左右。国外有540V、600V、660V、720V甚至750V等级。我国采用DC600V电压等级，一方面可以提高逆变器的可靠性，另一方面这个等级的电压，实际在绝缘、耐压等方面与AC380V基本一致（？），安全性好。 3.2逆变技术

将交流电变成直流电的过程称为整流，将直流电变成交流电的过程称为逆变。电力机车接触网电压是单相供电而且供电品质很差，不能降压后直接供给列车的用电负载，因而必须用到逆变技术，将单相交流电变成直流电后再逆变成三相交流电供给客车负载。近几年，国内逆变技术已达到实用化程度，为DC600V列车供电提供了技术基础。

客车空调逆变器的基本原理为：在每个正弦波周期内，将直流电压分割成若干个脉冲，这些脉冲的面积，正好等于正弦波的面积。通常情况下，一个周期内脉冲的个数乘以50即为调制频率（什么意思？），调制频率越高，输出的脉冲个数越多，在没有滤波器时，电动机负载的电流越接近于正弦波，而如果有滤波器，则滤波器的体积可以减小，输出电压波形的谐波成分越低。调制频率越高，对IGBT的驱动和保护要求越高，技术难度大。 3.3变频变压（VVVF）技术

电动机在启动时，存在7倍左右的电流冲击，如果不采取软启动方式，逆变器必须至少有7倍以上的额定容量，显然极不经济；同时机车电源也要承受启动电流冲击。如果能做到启动电流较小或基本与额定电流一样，则比较经济而且可靠性高。采用输出电压（V）和输出频率（f）同时变化并保证V/f=C（常数）即可实现软启动。

电动机有两个基本公式：

U = Ceфf -----（1）

M = CmфI -----（2）

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上述两个公式中，Ce、Cm为常数。由公式（1）可以看出，电压U降低而频率保持不变，则磁通ф减小，而根据公式（2），磁通ф减小，必然要增大电流才能保证启动转矩M。而如果保证在电压变化时，频率也保持同步变化，即U/f等于常数，则启动过程中磁通ф保持不变，在保证启动转矩M的同时，可以使启动电流减小，这就是软启动的原理。负载直接启动而不实行VVVF启动的方式称为强迫启动或突投。

I（A） t（s） 图2电动机的启动电流波形

兰色为强迫启动电流波形，红色为软启动电流波形。 3.4大功率高频开关电源

DC600V供电系统中的充电器是供蓄电池充电及照明控制等系统用电的重要设备，由于输入为DC600V（或AC380V），因此必须采用DC/DC变换技术。为了减小充电器的体积和防止高压窜入低压系统，采用高频绝缘式DC/DC变换器。

高频绝缘式充电器在铁路上的应用，其主要技术特点：

采用电压电流双闭环控制，实现蓄电池恒流定压充电。 采用软开关技术，减小IGBT高频开关损耗，效率达到92%。 采用先进的非晶态铁芯制造变压器，减小充电器的体积。

IGBT的开关频率达到20KHZ以上，避开了音频区域，减小充电器的电磁噪音。

3.5综合控制技术

新造25T型DC600V和DC600V/AC380V兼容供电客车采用了智能化综合控制技术，供电系统的转换与控制、空调系统的控制与保护、电源装置的启动与监测等，是基于PLC为核心的智能化控制。可以在触摸屏上设置车厢号、车辆编号；设置电源和空调机组的保护值；设置空调制冷、采暖的转换温度；显示逆变器充电器的工作状态、输入输出参数和故障诊断信息；可以记录电源的运行状态和参数；空调机组的工况和运行参数；记录压缩机、电热器的运行时间和电流参数；可以根据温度传感器自动控制空调装置的工况转换；可以记录电气系统内出现的故障；可以通过触摸屏控制其他车辆的电源和空调工况。

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25T列车的供电系统与25K相比有很大的差异，其中标志性的差异是以机车集中供电替代发电车集中供电。由于机车安装空间、重量和容量的限制，电力机车和内燃机车都无法实现发电车的三机组供电，因此供电系统的原理有所不同，尤其是电力机车的DC600V供电装置完全区别与发电车集中供电。

1 DC600V供电装置原理简介

我国电力机车供电的空调列车采用机车DC600V集中供电、客车分散变流的方式。电力机车主变压器的副边，有两个给客车供电的辅助供电绕组，提供单相AC860V电压，经相控整流、滤波后供给客车DC600V。DF11内燃机车则两头分别有一个专门的辅助发电机，输出三相AC380V电压，分两路供给客车AC380V。电力机车电源都设有接地保护电路、输出稳压及限流环节、过流及短路保护、过压及欠压保护等。每路输出功率为400KW。DF11内燃机车的辅助发电机组与发电车集中供电相似，只是缺少一个备用机组。

25KV L DC600V

图 机车DC600V电源原理 860V 同 步 信 号 + U/V - J 有源接地

1.1基本工作原理

图5为电力机车DC600V电源装置的主电路原理图。这是一个非常典型的单相相控整流电路，不同的是该电路的受控元件SCR在同一桥臂上，而另一个桥臂的两个二极管既可整流，又起到续流的作用。

电路中，KM作为电源交流输入的投切开关，机车司机台上设有供电钥匙，由司机转换该钥匙来控制交流真空接触器KM的闭合与分断。V1、V2为大功率整流二极管，SCR1、SCR2为晶闸管，由V1、V2、SCR1、SCR2四只大功率半导体器件构成了单相半控全波整流的主电路。单相电源的正半周经过V1、SCR2，负半周经过SCR1和V2构成回路。输出滤波电路由电感L和电容C组成，使输出电流脉动率小于30%。

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直流输出侧安装了电流传感器I/V，既作为限流控制又作为过流检测的元件；设有单刀隔离开关，当其中一路供电故障时，可人为使用该刀开关切除整流装置直流输出与连接器的连接。R是并联在输出端的‘死’负载，既是停止输出时滤波电容的放电电阻，又是整流器空载工作的负载。U/V是电压传感器，输出恒压控制由电压传感器提供电压信号。机车电源输出侧电流保护采用基于传感器信号的电子式保护，这种保护方式对电源本身没有坏处，但对于整个系统而言，长距离干线供电没有对线路进行熔断式保护是系统的缺陷。此外DC600V电源采用截止式的电流保护，容易使输出产生震荡。

SS8、SS9和SS7E等电力机车的DC600V电源，主电路的接地沿用传统有源保护电路，接地继电器与蓄电池串联同直流输出干线的负线相联。而SS9改等机车的DC600V电源则采用中点接地保护方式。

电力机车向客车供电的辅助绕组输出额定电压为1AC870V，额定电流600A，额定功率522kVA，阻抗电压8%。之所以采用870V是考虑接触网电压波动的影响，电力牵引网的网压受多种因素的影响，波动范围为17KV~31KV，在网压为25KV时，输出对应空载870V，而在低网压17.5KV(-30%)时，输出电压约为1AC610V,全波整流电压接近与550V,基本能够保证客车的正常供电。

但是，870V的交流输入电压带来的问题是使电源装置的功率因数降低，系统参数匹配（尤其是电感L）困难。

1.2电源装置的保护

1）过流保护：当交流侧出现过流时，过流继电器与电流互感器构成检测回路，当达到整定值时，过流中间继电器动作，其常闭联锁分断使KM失电。

2）当直流侧出现过流时，电流传感器I/V检测电流信号，达到过流整定值时，微机送信号使中间继电器得电，分断KM，同时微机柜封锁供电整流桥触发脉冲。 任一路交流侧、直流侧的过流保护都是独立控制。 3) 有源接地保护

两路供电装置各用一个接地保护系统，此保护系统由接地继电器与蓄电池直流110V串联构成接地保护回路，形成有源接地保护方式，可同时保护直流、交流侧，使两路交流接触器分别分断。接地继电器动作后，使KM断开，若出现故障后，将钥匙开关断开，故障排除可继续合接触器，系统重新工作。

有源接地的工作原理如图5：当负线接地时，蓄电池—继电器J—限流电阻R—负线—地E（蓄电池负极接地）构成回路，接地继电器J动作；当正线接地时，蓄电池—继电器J—限流电阻R—整流二极管—正线—地E（蓄电池负极接地）构成回路，接地继电器J动作；当电源装置输入交流线接地时，蓄电池—继电器J—限流电阻R—整流二极管—交流线—地E（蓄电池负极接地）构成回路，接地继电器J动作。 1.3电源装置使用中注意的问题

电力机车DC600V电源本身的工作原理与控制系统完全区别于发电车集中供电，而且安装在机车上，出现问题时车辆乘务人员无法进行操作和维护。根据K79/80列车和其他动车组

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的运用经验，车辆随车工程师应重点注意以下几个问题：

1） 车DC600V供电装置的输出品质：机车DC600V电源是供电系统

的关键，如果电源出现故障，没有600V输出，客车上的主要用电设备将无法工作。DC600V电源装置早在90年代研制出来，尽管电路结构非常简单，但是由于受客车负载的随机变化、网压波形的畸变和受电弓抖动造成的瞬间离线等因素影响，实际运用中存在很多问题。实际运用中供电系统发生过因参数不匹配而产生的低频震荡，也发生过多次因电源故障而影响客车供电的事故，因此应合理地选择机车电源的滤波参数，消除供电系统可能出现的低频震荡；新造25T客车的综合控制柜能够记录DC600V电源的输出参数，而且在主控站的显示屏上可以即时观察电源输出波形的时间曲线，发现电源异常时，可进行相应的切换处理。

2） 车电源的输出失控可能造成毁灭性的破坏。运用中曾发生过

DC600V电源的输出电压有时或长时间达到1000V以上，这种故障是由于SCR全导通，可控整流变成全波不可控整流。由于客车上的逆变器充电器大多采用1200V的IGBT，因此容易引起功率器件的损坏，此外客车综合控制柜和逆变器充电器使用的直流接触器，在进行电源隔离时，断弧困难，触点容易损坏。

3）机车DC600V输出的电力连接器和控制连接器由于形式不统一，给电力连接器和供电控制连接器的操作带来一定的困难。

DC600V供电客车及电力机车电气连接器端面布置 车型 43/39芯集控连接器 KC20D连接器 备注 距车体中心距轨面距车体中心距轨面 （mm） （mm） （mm） （mm） SS7C 420 1800 860 952 SS7D 370 1800 980 952 SS7E 310 1810 950 934 SS8 1620 1100 860 952 SS9 992 1130 860 952 机车为一、四位角安装 25G/25T 835 1813 873（993） 1023 长客 25G 1753 825（875） 840（1000） 1053 四方 25K 1350（1380） 1673 840（1000） 1053 四方 19K/25T 825（875） 1753 840（1000） 1053 四方 25T 1753 825（875） 840（1000） 1053 浦镇 25T 1350（1360） 1723 810（960） 1038 唐山 从中可以看出，机车43芯连接器位置，差距太大，安装时要注意。 1.4接地保护问题

SS7C、SS7D、SS7E、SS8、SS9为有源接地，SS9改、DF11为中点接地，客车为不接地系统。

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DC600V正线V1+DC600VC1V1-DC600V负线D1+交流线Vn+CnDn+交流线D1-Vn-Dn-R1电力机车R+C+R-C-客车1R1~客车nC1~Rn~Cn~DC110V接地线图1：DC600V供电系统有源接地示意图

DC600V正线R1DC600VC1V1+D1+交流线C1nVn+Dn+交流线C2R2DC600V负线V1-D1-C2nVn-Dn-机车R+C+R-C-客车1R1~客车nC1~Rn~Cn~接地线图2：DC600V供电系统中点接地示意图

有源接地与中点接地相比缺点是：不隔离供电的负载对地电压相对较高，DC600V正线及交流负载线对地电压为710伏，提高了对绝缘的要求，绝缘利用不对称，EMI效果差。

中点接地与有源接地相比的优点是：各线对地电压对称（为正、负300伏）可以充分利用绝缘，EMI效果好。推荐采用中点接地方式，机车接地保护电流动作值为150～180mA，客车为100～150mA。

为与不同机车编组，客车采用不接地系统进行保护。在不接地系统中，由于电位浮地，系统不同设备（车厢间）的串扰较大。客车漏电流设置为软件100mA动作，硬件150mA动作。

1.5供电回路原理

电力机车DC600V电源，通过KC20D电气连接器向列车母线供电。在车厢内，两路DC600V首先进入电气综合控制柜，电气综合控制柜设有供电选择电路，可以选择I路或II路DC600V电源，同时还设有漏电检测装置，当本车厢DC600V电路和AC380V电路有漏电时，可以切除本车DC600V电源。电气综合控制柜将输入的DC600V电源进行分配，供给逆

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变器和充电器。

逆变器将DC600V电源，变换成AC380V电源，并输出到电气综合控制柜，供给空调机组。充电器将DC600V电源变换成DC119V供本车蓄电池充电和照明等其他用电负载用。 1.6过分相区问题

由于电力机车牵引每50km存在分相区，过分相区时，受电弓失电，DC600V电源没有输出，逆变器也停止向空调机组供电，为了防止过分相时，控制接触器频繁吸放，控制系统采用DC110V供电。过分相时控制系统和照明的电源来自于DC110V蓄电池。

电力机车经过分相区的最短时间约为10S（200Km/h），对空调机组的启动是否产生影响？通过大量的模拟试验和实际运用证明，仅仅是制冷量稍有损失，而由于逆变器采用VVVF启动，空调机组的电流冲击并不存在。首先，过分相区的时间加上DC600V的缓启动时间及逆变器的缓冲、延时和软启动时间，至少在30S以上，空调机组有足够的时间来平衡压力，因此，没有必要在空调机组内进行旁通控制。

600V电源 DC600V AC380V

过分相 软启动 逆变器缓冲 软启动

图3 过分相电源输出波形

稳定运行 2 DC600V/AC380V逆变器基本原理

25T客车采用2X35KW逆变器供电方式，两个逆变器的工作原理是相同的。

逆变器主电路原理如上图。一般来讲逆变器主电路包括以下几部分：

2.1输入输出隔离电路 如图中的KM1、KM3电磁接触器，其主要功能是在逆变器、输入电路或输出负载发生故障时实施隔离，防止故障扩散。

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2.2中间支撑电路。主要由滤波电容C1、C2组成。其主要功能是滤平输入电路的电压纹波，当负载变化时，使直流电压平稳。由于逆变器功率较大，因此滤波电容的容量较大，一般使用电解电容。但由于电解电容的电压等级限制（一般最高工作电压为450V），需要两个电容串联后再并联。由于电容自身参数的离散，使得串联的两个电容电压无法完全一致，因此采用电容两端并联均压电阻的方法，如图中的R1和R2。R1和R2的另一个作用是在逆变器停止工作时，将电容上的电压放掉。

2.3缓冲电路 由R0和KM2组成。电容的特性是电压不能突变，因此在合闸瞬间，电容的电压很低，基本可以认为瞬间短路，因此对电源造成很大的冲击电流，这个电流足以使保护熔断器熔断，因此逆变器电流一般都有输入缓冲电路。 其工作原理为：在输入端施加电压时，先通过缓 冲电阻R0对电容充电，当电容电压充到一定值 时（比如540V），KM2吸合，将R0短路。只有 在电阻R0短路后，三相逆变电路才能启动工作。 2.4桥式三相逆变电路

由V1~V6 组成的桥式三相逆变主电路是逆变器的核心电路，目前大部分逆变器采用IGBT和IPM作为开关器件。IGBT是MOSFET和GTR复合的产物，具有GTR的导通特性和MOSFET的驱动特性，驱动简单、功率小，开关频率高，通态压降低、损耗功率小。IPM是一种智能型模块，是把IGBT的驱动电路、保护电路及部分接口电路和功率电路集成于一体的功率器件。35KW等级的DC600V逆变器一般采用1200V/300A的模块，IGBT和IPM分为单单元和双单元，所谓双单元是指一个模块上包含上下桥臂的两个IGBT（或IPM），6只单单元器件或3只双单元模块可构成三相逆变器的主电路。 IGBT或IPM内部都集成了续流二极管。 IPM元件构成的主电路结构和控制相对简单， 但因为驱动和保护模式固定，降低了控制电 路设计的灵活性。

2.5 交流滤波电路。 由L1~L3和C1~C3组成，主要是将逆变器输出的PWM波变成准正弦波。早期的逆变器输出波形PWM波，谐波含量高，很多负载无法适应。根据铁道部新的技术条件要求，25T客车使用的逆变器输出为正弦波。由于驱动和保护技术的不断完善，使逆变器的调制频率提高，最高可达到6K~8K，因而滤波电感和电容的体积并不太大。 2.6逆变器工作原理

21 上图为三相逆变器的主电路图，输入端 为A、B，输出为U、V、W，右上角为

V1~V6的导通顺序，阴影部分为各个IGBT的导通时间，每一格的时间为л/3，则根据各IGBT的导通顺序，可以绘出U、V、W的线电压波形。

1）T1、T2时间内，V1、V4同时导通，U为+，V为-，uUV为+且Um=Ud。 2）T4、T5时间内，V2、V3同时导通，U为-，V为+，uUV为-且Um=-Ud。 3）T3、T4时间内，V3、V6同时导通，V为+，W为-，uVW为+且Um=Ud。 4）T6、T1时间内，V4、V5同时导通，V为-，W为+，uVW为-且Um=-Ud。 5）T5、T6时间内，V5、V2同时导通，W为+，U为-，uWU为+且Um=Ud。 6）T2、T3时间内，V1、V6同时导通，W为-，U为+，uWU为-且Um=-Ud。

三相线电压的波形如图右下角。由图可以看出，三者之间的相位差为2л/3，幅值与直流电压Ud相等。由此可见，只要按照一定的顺序控制6个逆变管的导通与截止，就可以把直流电逆变成三相交流电。

实际上由于IGBT的开通与关断特性的影响，同一桥臂中的两个IGBT在关断与开通之间有一定的时间延迟，即死区保护，主要是防止同一桥臂的上下IGBT同时导通，造成所谓的桥臂贯穿短路。

按照上述原理，我们把方波电压按照正弦 波的规律调制成一系列脉冲，即使脉冲系列的 占空比按正弦规律排列，当正弦值为最大时，脉

冲的宽度也最大；反之，当正弦值为最小时，脉冲的宽度也最小。把脉冲的宽度调制的越细，即一个周期内脉冲的个数越多，调制后输出的波形越好，电动机负载的电流波形越接近于正弦波。

2.7逆变器的保护功能

通常逆变器具有输入过压、欠压保护，输出过流、过载、短路保护，IGBT过流、过热路保护等功能。

过压保护：输入电源、电动机的突然停止和线路感抗等是引起逆变器过压的原因。对于输入电源的短时过压，逆变器一般进行检测后，自动停止工作，当电源恢复正常后，逆变器可以自动重新工作，但对于输入电源的长时间过压，则逆变器将切断输入电路进行隔离保护；对于电动机的突然停止，由逆变器本身的中间支撑电容和系统内其他负载消化；对于线路感抗产生的过电压，则依靠逆变器自身的吸收电路来解决。

欠压保护：由于接触网电压的波动，有可能造成输出欠压，但在这种情况下逆变器可以不停止工作，而是采取降频降压的方式工作，即当输入电压低于540V时，逆变器按照V/F=C的规律降频降压工作。电力机车由于存在过分相的问题，因此欠压保护可以不考虑保护，而只是进行提示。

过流保护：逆变器在下列情况下会出现过流，（1）负载尤其是电动机负载的冲击；（2）输出侧短路；（3）自身工作不正常，如逆变桥臂中某个IGBT损坏、上下桥臂同时导通等。25T客车用的逆变器在技术要求中已明确要求逆变器具备承受电动机负载突加与突减的能力；当输出侧和负载发生短路时，逆变器能立即封锁脉冲输出，并停止工作，这种保护是一

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次性的，必须在故障清除后，逆变器才能重新工作。逆变器在三相输出侧都安装了电流检测传感器，传感器的输出信号既做输出电流的监测，又用于过流和过载保护；逆变器的内部过流保护一般依靠IGBT的驱动模块或IPM的内部电流检测电路来实现，其原理是检测IGBT或IPM导通时的管压降Vce，当器件故障时，Vce会发生变化，根据变化来判断是否过流并采取保护对策，如减低驱动脉冲的幅值、封锁脉冲等。

过载保护：由于某种原因，使逆变器的输出超过其自身的输出能力，称为过载，逆变器的过载检测靠输出侧的电流传感器或输入侧的直流电流传感器。一般情况下逆变器的过载保护为反时限特性，即设定过载电流为额定电流的1.5倍持续1min后保护，而低于1.5倍可延长保护动作时间，而高于1.5倍时则保护动作的时间小于1min。

过热保护：IGBT工作时，产生各种损耗，其中主要包括导通过程损耗、通态损耗和关断时的损耗，这些损耗以热量的形式通过散热器向外传送。当调制频率低即IGBT的开关频率低时，通态损耗占主要成分，散热器的温升不会太高，而当开关频率增高后，IGBT的开关损耗便不可忽略，因此散热器温升相对升高，半导体器件工作在较高的温度环境下，性能、寿命、可靠性等都受到影响，而且超过其结温的限值（150oC）将使其损坏。因此需要对IGBT进行过热保护。25T客车使用的逆变器开关频率比较高，靠散热器的自然冷却有一定的难度，因此大都采用风扇强迫冷却，当散热器的温度达到一定值时（设置为65oC~80oC不等），风扇才启动。当散热器温度超过允许温度时，安装在散热器上的热保护继电器给出信号，逆变器的控制电路自动封锁脉冲，停止工作。

除上述保护功能外，逆变器还有其他一些保护功能，如三相不平衡、缺相等。 2.8逆变器输出波形对负载的影响及改进

DC600V供电系统在试验运用阶段，逆变器的输出波形为PWM调制波，这种波形在运用中出现几个比较突出的问题，1）逆变器输出端到空调机组有约20m长的导线，由线路阻抗引起的脉冲尖锋电压（高达1000V）施加在小电动机上，影响电动机的绝缘，烧毁电机。2）脉冲调制波形输出，使客室电加热的漏电流增大，导致机车电源的接地保护动作，影响DC600V供电，调制频率越高,等效阻抗越小,漏电流越大。3）民用负载基本无法适应这种供电品质。4）调制频率低、滤波器体积大的问题，对车下安装带来一定的难度。此外，电源工作时产生的高频噪声也影响到旅客乘车的舒适度。新的铁道部标准TB/T3063-2002《旅客列车DC600V供电技术条件》已明确规定了逆变器输出电压波形的谐波总含量不大于10%，因此25T客车使用的逆变器的输出与以前相比有以下改善：1）改善逆变器的输出品质，直接输出正弦波，提高逆变器的无故障运行时间，解决电动机端电压脉冲的问题和电动机因谐波影响温升的问题；2）提高逆变器的开关频率，减小滤波器的体积和重量，降低工作时的噪声。3）实现主电路和控制电路的一体化，减少车上车下的电气连线。4）完善逆变器的故障诊断，逆变器的运行信息和故障诊断与充电器进行通讯，通过充电器的通讯接口连接到综合控制柜的PLC上并在显示屏上显示。 2.9逆变器故障时的对策

空调逆变器的可靠性对保障客车空调系统的正常工作至关重要，在提高逆变器的可靠性要求的同时，应当考虑故障情况下的对策。25T客车采用两个35KVA逆变器，其中一个专门

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为空调机组的供电，而另一个为其他三相负载供电，在一个逆变器出现故障时，通过控制系统可以转换到无故障电源，同时空调机组减半载运行。

2.10逆变器使用中的问题

客车用的逆变器属于静态辅助电源（SIV），控制方案和控制精度比变频调速系统要简单的多，但在使用中，客车逆变器却不是那么简单。单纯的变频器，控制的负载单一，比如电动机，而客车逆变器供电的负载却非常复杂，有风机类、压缩机类、电阻性负载、容性负载等，电源要适应或满足上述不同负载的要求，因此，逆变器的设计和应用相对困难些。

1）逆变器工作时对母线电压的影响。

所有的逆变器都更关注输出电压波形，而忽视了逆变器工作时对直流母线电压波形的影响，实际上 ，逆变器和充电器工作时，由于线路阻抗的存在，换流时产生很高的脉冲电压，这些脉冲电压直接反馈到直流母线上，使母线电压波形叠加了很多高频脉冲成分。当几个逆变器并联在母线上时，母线电压波形便含有大量的高频脉动成分。这种脉动一方面对挂在母线上的电源装置产生影响，另一方面可能对机车电源的工作产生影响。目前逆变器所使用的IGBT或IPM对过电压有一定的承受能力，因此大多数逆变器仅采用在桥臂上并联高频电容的简单吸收电路，这种吸收对电源本身没有太大的问题，但对系统的影响却很大。 2）电热器、PTC元件的漏电问题。

98年首列DC600V供电列车和部分动车组，存在一个比较大的问题是电加热器的漏电问题。当时的客室电加热器采用板式电加热器，由逆变器输出的PWM波供电，后改成管式电加热器，有的逆变器输出增加了滤波。PWM波形下的板式电加热器产生漏电的原因在于：板式电加热器由于结构和材料的问题，对地存在等效电容，在频率不高的情况下，对地电容通过的电流非常小，而频率较高的情况下，通过等效电容的漏电流便无法忽略。 板式电加热器的等效电路如图:

等效电容的容抗为：XC = 1/（2πf C）

则通过电容上的电流为：I=U/ XC = U（2πf C） 可见，尽管C很小，但当f较高时，漏电流是无法忽略的。 25T客车和2003年部备25G型DC600V列车的客室电热采用DC600V直接加热的方式，由于直流电的频率为0，因此客室电加热的漏电流几乎为0，但是由于使用了大量的PTC伴热元件，使的漏电流问

题仍然很突出。从特性上分析，PTC元件的等效电路如图：

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PTC元件在市电AC220V工 作时，就存在3次谐波，在 逆变器供电时，尤其是逆变器 的开关频率很高时显得更加

突出，而且对地漏电流也很大， 对地漏电流的谐波成分较多。

25G部备DC600V客车冬季漏电问题比25T DC600V要严重些，除客车布线缺乏经验外，主要有几方面问题：一是采用一个逆变器供电，冬季模式为三相220V，使相同功率的负载电流增加了1.73倍，漏电流相对增加，二是伴热负载直接由逆变器供电，PTC材料自身的谐波电流影响整个系统的漏电流。

3）电磁干扰（EMI）问题

电力电子技术的发展，使得高频化、大功率逆变器和充电器的应用更加

普及，但是高频化和大功率使电力电子装置内部的电压、电流发生剧变，不但使器件承受很大的电压电流应力，还在逆变装置的输入输出引线周围空间里产生高频电磁噪声，引发电气设备的误动作，这种公害称为电磁干扰。

逆变器对外的高次谐波干扰主要分为直接传导、感应和辐射三种。由于逆变器的输出是超过几KHZ的高频电压脉冲，其输出线对地以及负载对地之间都存在有分布电容，并由此产生高次谐波电流。在民用上，谐波电流的存在使通用的漏电断路器经常跳闸，因此民用上必须使用带有抑制高次谐波能力的漏电断路器。

高次谐波干扰的直接传导体现在输入直流回路中存在大量的高次谐波电流，使系统的漏电流增加；控制设备的I/O接口、低压测量回路和显示回路则受到高次谐波的感应而产生干扰或误动作；逆变器工作时产生的电磁干扰，对客车内部的电子装置、控制设备和网络通信的正常工作产生不良影响，电子装置尤其应当在设计上采取抑制措施。 2.11逆变器使用和调试

逆变器作为一种比较复杂的电力电子设备，包含了强电弱电控制技术、微电子技术、计算机控制和网络通信等技术，使用和维护比较困难，一般维修更需要专业人员和专用工具。使用中应注意的基本问题包括：

2必须注意输入DC600V和DC110V的极性不能接反。

2两个逆变器的输出不能并联，逆变器的输出三相禁止接入其他电源。 2逆变器工作之前，最好能测量负载三相是否平衡，是否存在短路？

2启动时先合DC110V控制电源再合主电源，停止时先断主电路电源，再断控制电源，禁止工作中突然断开控制电源。

2避免逆变器在空载输出情况下，突加全部空调负载（控制电源正常，空调主电路开关由断开状态突然合闸）。

2模拟量控制线、数字信号线和通信线采用屏蔽线，屏蔽层靠近逆变器的一端接在控制电路的公共端（COM），另一端悬空。

2开关量、控制信号线可以不用屏蔽线，但同一信号的进出两根线尽可能使绞在一起。

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2两台逆变器分别接地， 不允许两逆变器的地线连 接后再接地。

3 充电器基本原理

25T客车无论兼容供电还是DC600V供电，都需要充电器，将DC600V或3AC380V变换成DC110V供给蓄电池和照明等负载。从维护系统的安全性和可靠性来考虑，充电器实际上是供电系统中最重要的设备，一旦充电器发生故障，蓄电池无法充电，电压会放到很低，有可能使本车挂在蓄电池上的所有设备都无法启动和工作。

基于DC600V的输入电压和大于8KW的功率等级，客车用大功率DC/DC变换的主电路一般采用适应高压变换的半桥或全桥结构。

充电器的输入隔离、滤波和缓冲电路与逆变器相同。 波后，供给直流负载和蓄电池。 3.1高频桥式逆变主电路

V1~V4构成DC/DC变换的主电路，V1~V4的控制逻辑和变压器原副边电压波形如图：

26 bat 逆变桥由4只IGBT组成，功率的传输靠高频变压器传递，变压器的输出经过高频整流和滤

t1~t2区间内，V1和V4导通，变压器原边电压为正相电压； t3~t4区间内，V2和V3导通，变压器原边电压为反相电压；

我们注意到t2~t3区间内任何一只IGBT都不导通，这段时间称为‘死区’， 主要是考虑防止上下桥臂的两只IGBT同时造成桥臂的‘贯通’短路。

充电器用的IGBT一般采用双单元，即一个模块上集成了上下桥臂的两个IGBT，电路结构简单，但因为IGBT工作在20KHZ左右，因此其开关损耗大，散热困难。为解决高频的开关损耗问题，采用移相技术实现IGBT的准软开关控制。

电桥左右两个桥臂的上下两个开关管（V1—V2，V3—V4）被施以180°互补的驱动信号，上下两管180°互补导通。因此除上下两管导通的死区外，电路中总有两个开关管同时导通，共有四种导通组合，即V1—V4，V4—V2，V2—V3，V3—V1，并按此顺序周而复始。其中V1—V4，V2—V3组合导通（即对角线导通）时，全桥电路给出能量，而V3—V1，V4—V2组合导通（即上桥臂两管或下桥臂两管同时导通）时，全桥电路处于续流状态不输出能量。调节这两种组合的时间比例，即移相角，变压器得到一个交变的PWM电压以此实现对输出电压、电流的调整。

移相控制的原理是利用变压器漏感和IGBT结间的电容谐振，漏感LK储能向电容C释放

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bat 过程中，使电容C的电压逐步下降到0，二极管D开通，创造0电压开关（ZVS）条件，电路中的其他电感、电容元件是为获得可靠的零电压开关而设置。 3.2 25T客车DC/DC变换的特点

采用电压电流双闭环控制，实现蓄电池恒流定压充电。

采用软开关技术，减小IGBT高频开关损耗，效率达到92%。 采用先进的非晶态铁芯制造变压器和电抗器，减小充电器的体积。

IGBT的开关频率达到20KHZ以上，避开了音频区域，减小充电器的电磁噪音。 蓄电池充电采用了温度补偿措施。

充电器具有故障诊断和通信功能，在控制柜触摸屏上可以显示充电器的运行参数和故障信息。

3.3电压变换的实现

DC600V供电客车的DC/DC变换，主要是通过IGBT桥式逆变电路将直流600V电压变换成占空比可调的高频方波电压，经变压器隔离后整流滤波成DC110V电压；兼容供电客车则是先将AC380V整流后，变成DC540V，然后采取与DC600V相同的DC/DC变换。所谓占空比是指一个半波内，驱动IGBT的脉冲宽度占整个半波周期的比例，为了调整输出电压，占空比是可变化的，属于脉冲宽度可调模式即PWM方式。在这种控制制方式，脉冲的幅值是不变的，当负载发生变化时，依靠改变脉冲的宽度，来保证输出电压的稳定；如果输入电压发生变化，也可以通过改变脉冲宽度来保证输出的稳定。

由D1~D4四只高频快速二极管组成的整流电路，对变压器副边输出的脉冲电压进行整流，并有电抗器L和电容C进行滤波。高频整流对二极管的的要求与一般交流整流电路不一样，除了要求较小的通态压降以减小导通损耗外，还要求具有快速的导通和关断能力，以减小开关损耗，因为在高频条件下，二极管的开通和反向恢复时间引起的损耗在总损耗中占有明显的比例。

3.4高频的影响

采用20KHZ的工作频率，主要是为了减小变压器、滤波器的体积。变压器的原边或副边的感应电压有一个基本公式：

U = k f W1 B S -----（1）

其中U为变压器线圈端电压，f为工作频率，W1为线圈匝数，B为磁通密度，S为磁路面积。

从公式（1）中可以看出，相同的输出电压和磁密时，当频率f提高，W1和S可相对减小，

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W1的减小即线圈绕组的匝数减少，亦即变压器的铜重可以减小；S的减小即变压器铁芯面积减小，亦即铁重减少，而铜线和铁芯是决定变压器的主要有效体积和重量。当频率提高到20KHZ时，变压器的铁心非常小，线圈匝数大幅减小。同样，高频输出脉冲（对应40KHZ）的滤波电感和电容也明显减小，这就是高频化的效果。但是高频带来的负面影响就是损耗的增加。IGBT、变压器、整流二极管、滤波电抗等，在高频时的损耗明显增加。 3.5 DC/DC变换器的功能和保护

DC/DC充电器的主要 功能是将输入DC600V或 3AC380V变换成适合蓄电 池充电和直流负载使用的 DC110V，并在输入电压和 负载变化时，保持输出稳定 即稳压功能。

DC/DC充电器的输入保护 和工作原理与逆变器相同。

为减小充电器启动工作的冲击，充电器IGBT的驱动脉冲在启动时也采用‘软’启动方式，即脉冲宽度逐渐增加，输出电压逐渐升高，当升高到一定值时，电压反馈或电流反馈起作用。

DC/DC变换器采用双闭环即电流 环和电压环控制，电压反馈靠电压传 感器U/V输出测量信号，充电电流反 馈靠电流传感器I2/V的输出信号，而

电流传感器I1/V的反馈则提供输出总电流的检测信号。

限流定压充电功能：25T客车采用碱性中倍率电池，碱性电池充电的要求应符合马氏曲线，即蓄电池在电压低时采取恒流充电的方式，在电压充到一定程度时采取恒压浮充的方式。

根据铁标要求，限流充电值为0.2C5，25T 客车用蓄电池为120AH，5小时放电电流为 24A，因此恒流充电电流限制在25A+10%。碱 性中倍率电池浮充的终止电压为1.5V,25T客 车蓄电池总共装有80节，充电电压应为120V， 考虑到大多数低压电器线圈电压上限值为 110V（1+10%）即121V，因此充电电压可能偏 地，运用中如果有问题可以适当减少1~2只蓄 电池。

输出限流功能：充电器的输出电流分三个部分，一部分向本车蓄电池充电，另一部分供给本车照明、控制等负载，还有一部分通过二极管向列车母线供电。电流传感器I1/V是测量充电器输出总电流的传感器，当充电器的输出电流超过其允许电流（如70A）时，控制IGBT

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的驱动脉冲变窄，使输出电压降低，输出电压降 低后充电器不会向其他客车输出电流，同时还可 以减小蓄电池电流，以使总的输出电流降低。

要注意的是：由于全列蓄电池、充电器通过 二极管并联，因此各个客车的充电器的输出电压 尽可能地保持一致，否则电压调整高的充电器要 向列车母线提供更多的电流。

4 综合控制柜基本原理

铁路客车电气综合控制柜在25G客车上已经推广应用，25T客车电气综合控制柜许多控制逻辑和控制流程与25G客车相同，不同的是25T客车的电气系统监控更丰富些。25T综合控制柜从原理上可分为几大功能单元：电源转换与控制、空调控制、照明控制、蓄电池欠压保护功能、本车网络监视和全列网络监控。 4.1 主要特点

．综合控制柜实现了客车电气控制系统的小型化、智能化、集成化和系统化。

．综合控制柜对整车电气系统参数进行实时监测，出现故障时及时进行保护动作，避免了由于保护不及时而引起的严重后果。

．综合控制柜可对轴温、防滑器、烟火报警器、车门的状态进行监视和显示。

．根据《铁道客车配线布线规则》和实际存在的问题，不同系统、不同电压等级、不同电流类别的导线尽量相互隔离，减少相互间的电磁干扰。

．综合控制柜的控制方案以自动为主，同时考虑控制系统故障的应急措施，包括极端情况下的手动应急措施。

4.2 DC600V供电客车的供电控制与转换

综合控制柜的电源有两路供电，分“自动”和“试验Ⅰ路”、“ 试验Ⅱ路”位。正常情况下，选择开关置于“自动”位，自动控制流程如下：

上电初始化程序系统，准备运行 I路、II路有电源检数据判断 强制控制 Ⅰ路供电启动，半载运行 奇数车启动Ⅰ路供电，偶数车启动Ⅱ路供电，全载运行 Ⅱ路供电，半载运行 信号输出 电源输出 30 信号输出

① Ⅰ路、Ⅱ路均有电，设定车厢号后，PLC按照均衡供电原则，奇数号车厢选择Ⅰ路供电、偶数号车厢选择Ⅱ路供电，Ⅰ路和Ⅱ路在软件和硬件上互锁。

② 如果Ⅰ路有电、Ⅱ路无电，所有车厢PLC通过检测可自动选择Ⅰ路供电，负载减半运行。如果Ⅱ路重新供电，则偶数车厢PLC通过检测可重新选择Ⅱ路供电。

③ 如果Ⅱ路有电、Ⅰ路无电，所有车厢PLC通过检测可自动选择Ⅱ路供电，负载减半运行。此时如果Ⅰ路重新供电，则奇数车厢PLC通过检测可重新选择Ⅰ路供电。 ④可以通过触摸屏的电源控制菜单和提示选择或转换供电回路。

⑤ 在Ⅰ路、Ⅱ路都有电，奇数号车厢Ⅰ路供电、偶数号车厢Ⅱ路供电的情况下，如果Ⅰ路（Ⅱ路）电源出现故障（如过压），PLC自动转换到另一路电源供电，同时负载减半运行。当故障恢复正常，通过触摸屏操作解除故障保护或电源重新供电，通过PLC检测后，PLC自动转换回原供电回路，负载恢复全载运行。两路供电回路重新供电时，PLC将自动解除保护，转换到原供电回路。

⑦ 在一路有电，另一路无电，所有车厢都是同一路供电的情况下，如果供电回路出现故障，则PLC停止供电，不进行转换。

⑧ 在一路正常，另一路存在故障未消除，车厢供电已经进行了一次转换的情况下，如果供电回路再出现故障，则PLC停止供电，不进行转换。

⑨故障排除后，可以通过触摸屏上的“电源控制”菜单，按下“停止供电”或“自动供电”触摸开关解除故障保护。通过PLC检测后，PLC自动转换回原供电回路，负载恢复全载运行。 ⑩故障排除后也可以通过转换开关由“停止”位转换到“自动”位，PLC自动解除保护，转换回原供电回路，通过PLC检测后，负载恢复全载运行。

11出现过压故障，恢复正常后，两路供电回路重新供电时，PLC将自动解除保护转换到原供○

电回路，恢复全载运行。

试验位时，可将转换开关置于“试验Ⅰ路”或“试验Ⅱ路”，人为选择Ⅰ路供电或Ⅱ路供电，此时PLC只进行检测报警，不能进行电源回路的转换。

主电路中接有电流传感器、电压传感器，并设在线绝缘检测装置（6～150mA可调），显示触摸屏上可显示主电路的电压、电流、DC110V母线电压、本车蓄电池电压、电源状态、逆变器输出电压等信息，当某路电源出现过压、绝缘等故障时，显示触摸屏显示故障提示，相应电源故障灯亮。

正常供电时，DC600V电源给温水箱、车下电源箱、客室电热供电，空调负载由一台35kVA逆变器供电；另一台35kVA逆变器向电开水炉、三相变压器等交流负载供电；两台逆变器互相热备份，当一台故障时，向PLC发出半载信号，PLC切换到半载工况，负载由正常工作的逆变器供电；电伴热、交流插座、通风机、水泵、风口调节器等负载由10kVA隔离变压器供电；单相逆变器为音视系统供电。DC110V电源向照明、车下电源箱控制、轴温报警器、防滑器、水位显示仪等供电。

4.3 DC600V/AC380V兼容供电客车的电源控制与转换

兼容控制柜采用AC380V兼容DC600V供电，分别为两路供电，供电选择开关可选择“直流”、“交流”供电，电源转换开关分“自动”和“试验Ⅰ路”、“试验 Ⅱ路”。硬件上

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通过交直流供电主开关及相应的接触器的辅助触点实现交、直流供电互锁。当自动供电时，PLC可根据传感器测量的母线电压和频率，判断当前的供电类型，并执行相应的供电动作并互锁。

正常情况下，在选择‘交流’或‘直流’供电后，供电控制置于“自动”位，其控制和转换逻辑与DC600V供电相同。

主电路中接有电流传感器、电压传感器和交流漏电报警器，显示触摸屏上可显示主电路的三相电压、U相电流、供电母线状态、供电回路、电源状态、DC110V母线电压、本车蓄电池电压等信息，当某路电源出现缺相、过压、欠压、三相不平衡等故障、漏电报警器检测到漏电值超过设定值时，显示触摸屏显示故障提示，PLC执行相应的保护动作，相应电源故障灯亮。

AC380V电源正常供电时，电源给空调机组、充电机、应急电源单元、照明控制单元供电，同时向电温水器、排风机、塞拉门门控电源、电开水炉、水泵、客车信息显示系统、音视系统、便器伴热电源、塞拉门伴热电源等负载供电。

DC600V正常供电时，空调、客室电热等负载由一台35kVA逆变器供电；温水箱、电开水炉等负载由另一台35kVA逆变器供电；两台逆变器互相热备份，当一台故障时，向PLC发出半载信号，PLC切换到半载工况，负载由正常工作的逆变器供电；电伴热、交流插座、通风机、水泵、风口调节器等负载由10kVA隔离变压器供电；单相逆变器为音视系统供电。 4.4空调控制

25T客车全部采用1T1空调机组，空调机组控制功能与25G客车相同，通过选择开关分别可“自动”、“停止”、“试验暖”、 “试验冷”等控制。 4.4.1控制过程

①正常情况下，转换开关选择“自动”位

电源供电开始后，PLC控制空调机组自动运行，PLC根据车厢里温度传感器检出值与预先设定的制冷、制暖温度值进行比较后，进行空调机组的“自动”工况运转，空调机组有六种工况：强风、弱风、强风半冷、弱风半暖、强风全冷、弱风全暖。在制暖工况中，客室电加热器与空气预热器联动。制冷温度设定值为空调机组从强风半冷工况转入强风工况时的临界温度；制暖温度设定值为空调机组从弱风工况转入弱风半暖工况时的临界温度。 ②可以根据显示触摸屏上的菜单和提示，强制选择强风、弱风、强风半冷、弱风半暖、强风全冷、弱风全暖等运行方式，此时空调机组不受温度控制。 ③故障时的对策

强通风机发生故障时，对应冷凝风机、压缩机停止工作；冷凝风机发生故障时，对应压缩机停止工作；弱通风机发生故障时，对应空气预热器、客室电加热器停止工作；

在“强风半冷”或“弱风半暖”工况下，压缩机或空气预热器运行时发生故障，有故障的压缩机或空气预热器将停止运行，并自动切换到另一组压缩机或空气预热器启动运行；在“强风全冷”、“弱风全暖”工况下，运行发生故障，有故障的压缩机或空气预热器停止运行，

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保持无故障压缩机或空气预热器继续运行。

空调机组有故障时，通过按下显示触摸屏上的“停空调”停止空调运行，故障排除后，再按下“启空调”空调机组重新运行后，PLC通过检测可以重新启动空调机组。

也可以通过空调转换开关由“停止”位转换到“自动”位，空调机组自动转换到“自动”运行状态，通过PLC检测后，空调机组恢复运行。

④试验时，可将转换开关置于“试验冷”或“试验暖”，人为选择制冷工况，启动强风、冷凝风机或制暖工况启动弱风，在适当延时后再合上启动压缩机或启动加热。此时PLC只能对空调机组进行监测，不进行保护动作。

空调机组主回路中接有电流传感器，触摸屏上可以显示空调机组的运行工况、压缩机或空气预热器运行状况、累计运行时间及电流值，可以显示“制冷”、“制暖”设定温度值。当机组出现过载、过流、缺相及三相不平衡故障时，显示触摸屏显示故障提示状态，相应空调故障灯亮。

空调机组的压缩机及空气预热器按照累计时间运行，半冷或半暖时累计时间少的机组启动运行，运行2小时后自动转换到另一机组交替运行。累计运行时间多的机组达到9997小时后，同一空调两台机组运行时间同时减去一定时间，保证两台机组累计时间差不变。 4.4.2保护与故障诊断

综合控制柜具有完善的故障诊断、保护功能；热继电器、过流继电器与电子保护并存。由于PLC的模拟量输入点有限，并考虑到空调机组中通风机、冷凝风机负载较小，重点保护压缩机（空气预热器）负载，因此通风机、冷凝风机负载只用热继电器保护；压缩机（空气预热器）负载除了电子保护外，压缩机还有过流继电器保护，空气预热器还有熔断器保护，形成两级保护。

由于空调机组的制暖工况和制冷工况不会同时存在，因此空调机组中的压缩机和空气预热器共用三个单相电流传感器，对压缩机1-1/1-2（空气预热器1-1/1-2）的三相工作电流进行实时采样，分别送入PLC的模拟量输入点，实时与PLC中预先设定的压缩机（空气预热器）额定电流值进行比较、判断，对压缩机（空气预热器）的工作实时进行报警或保护。

PLC对空调机组的保护功能有：压缩机（空气预热器）过载保护、过流保护、三相电流不平衡保护、缺相保护。保护原理如下：

半冷（半热）工况 空调机组主回路中三相电流传感器所测得的是压缩机1或压缩机2（预热器1或预热器2）的三相电流值（即单台压缩机或单台空气预热器的电流值）；综合控制柜上触摸显示屏显示的电流为空调机组中单台压缩机或单台空气预热器的电流值， ①压缩机（预热器）过载保护

电流传感器检测的压缩机（预热器）三相工作电流中某相电流为PLC中设定的压缩机（预热器）电流值的1.5倍并持续1min，将对压缩机（预热器）进行过载保护，切断相应负载电源，触摸屏将显示相应压缩机（预热器）过载的故障信息并记录。 ②压缩机（预热器）过流保护

当检测到压缩机（预热器）某相电流为PLC中设定电流值的2.0倍并持续2s，将对压缩

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机（预热器）进行过流保护，切断相应负载电源，触摸屏将显示相应压缩机（预热器）过流的故障信息并记录。

③ 压缩机（预热器）三相电流不平衡保护

当检测到压缩机三相电流值最大（或最小）值与平均值的偏差大于15%时，将在10s左右切断压缩机电源进行保护，触摸屏显示相应压缩机三相电流不平衡的故障信息并记录。

当检测到空气预热器三相电流值最大（或最小）值与平均值的偏差大于20%时，触摸显示屏显示出相应空气预热器三相电流偏载的报警提示，但空气预热器仍可继续工作；当偏差大于等于30%时，将在10s内切断相应空气预热器电源进行保护，触摸显示屏显示出三相电流不平衡的故障信息并记录。 ④ 压缩机（空气预热器）缺相保护

当实时监测的压缩机（空气预热器）三相工作电流中某一相电流小于2A，将在2～5s内切断压缩机（空气预热器）电源进行缺相保护，触摸显示屏显示出相应压缩机（空气预热器）某相缺相的故障信息并记录。

压缩机（空气预热器）在启动时，启动电流较大且电流稳定时间较长（尤其是空气预热器）， 如果在机组启动时PLC将采集的工作电流与设定电流值进行比较判断，会造成PLC误报警，因此PLC在采集压缩机（空气预热器）工作电流进行故障判断时，避开了启动电流这段时间。压缩机（空气预热器）启动时，延时3min左右再进行过载、过流、三相电流不平衡故障判断。

4.4.3 压缩机（空气预热器）额定工作电流的设定

综合控制柜中，PLC对压缩机（空气预热器）的过载、过流、三相电流不平衡和缺相的判断及保护电流动作值与压缩机（空气预热器）正常工作时的额定值是相关联的。由于空调硬卧车、软卧车、餐车配套使用的空调机组型号不同；另外，由于压缩机受机组压力、环境温度以及空气预热器（PTC元件）受通风量大小等多方面因数的影响，空调机组压缩机、空气预热器工作电流值是在一定范围内变化的。

综合控制柜上的触摸显示屏在出厂时，已对压缩机、空气预热器工作电流进行了缺省设置。为保证综合控制柜及时、准确、有效的对压缩机、空气预热器出现的各种故障进行判断、保护，避免产生误报警，综合控制柜装车使用时，必须根据空调机组压缩机、空气预热器的实际工作电流值，在触摸显示屏上重新进行设定。

需要注意的是，在触摸显示屏上进行的“制暖/制冷电流设定值”均为单台压缩机、空气预热器的电流值。

一般来说，在实际运用中可以这样进行设定压缩机（空气预热器）电流值：（以压缩机电流设定为例）

① 将空调状况转换开关置于“试验冷”，合上试验空气开关1，使得空调机组置于试验半冷工况，此时空调机组中压缩机I工作，待压缩机电流稳定后（3min左右），记录压缩机I的三相电流值。

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② 断开试验空气开关1, 合上试验空气开关2，此时机组中压缩II工作，待压缩机电流稳定后（3min左右），记录压缩机II的三相电流值。

③ 兼顾各压缩机的三相电流值，可大概取各压缩机三相电流的平均值作为压缩机电流设定值。

④ 考虑到春秋季其间，北方地区环境温度一般低于南方地区的环境温度，客车从北方地区驶往南方地区运行时，空调压缩机的工作电流会逐渐变大。硬座车、硬卧车、软卧车、餐车的空调机组压缩机电流设定值可在上述第③点的情况下往上浮动1A左右进行设定，行李车的空调机组压缩机电流设定值可在上述第③点的情况下往上浮动0.6～0.8A左右进行设定。 4.4.4 压缩机（空气预热器）故障误报警分析、处理

从25G客车综合控制柜运用的反馈情况来看，有时发生压缩机、空气预热器三相电流不平衡或负载某相缺相等误报警现象，通过现场检查、分析和维护发现，一般存在以下几方面原因。

① 压缩机、空气预热器的电流设定值设置不当。虽然同一型号的空调机组的压缩机、空气预热器额定标称电流值是一样的，但实际工作电流存在差异，因此必须根据每一具体车辆现场设定参数。

② 车辆运行一段时间后，由于空调风道口灰尘较多，过滤网堵塞，造成空调风量减小使得负载电流发生变化，尤其是空气预热器（PTC）电流变化受风量影响较大，应及时清洗过滤网或重新设定电流值。

③ 电流传感器（为三个单相电流传感器）输出电压不一致或损坏，造成PLC模拟量输入偏差较大。应及时检查电流传感器的输出是否一致（量程为：DC 0～10V）。

5车辆网络与列车网络

25T客车采用LONWORS网络技术，实现全列车的无主式监测和控制，技术上适应了网络监控技术的发展，在运用上则考虑新的运行机制下，列车乘务人员在任何一个车厢内，都能对全列其他车厢的供电和空调进行控制，也能监测到其他车厢的轴温、防滑、烟火、车门和车下电源的运行参数。

新造25K型客车监控系统包括本车网络即车辆级网络和列车级网络，用于集中监视、控制、显示和记录车辆供电、空调、防滑、轴报、车门和逆变器等设备的工作状况和参数。

车辆级网络实现对本车的供电系统、空调控制、轴温报警器信息、防滑器信息、车门状态信息、逆变器（DC600V车）、充电器的集中监控，控制核心为PLC，车辆的运行参数和故障诊断信息显示在触摸屏上。

列车级网络实现车对车的无主式集中监控，即在任何一辆客车上均可对其他车辆的供电系统和空调系统进行控制，可以查阅其他车辆的轴温、防滑、逆变器充电器、车门状态和故

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