辅助变流器在南京轨道车辆上的用处

南京地铁列车从接触网取得直流电能。接触网电压并不是固定的，列车加速和制动时母线电压会跳变。普通照明和空调设备却不能接受这种电压波动。辅助变流器接在直流母线上，它的输出端接车上所有辅助负载。空调、电热、照明、门机、空压机、水泵都靠辅助变流器供电。牵引变流器管车轮转动，辅助变流器管车上电器。两者分工明确。

辅助变流器输入侧直接接入DC1500V直流母线。输出侧分成两路。一路是三相交流380V，另一路是直流110V。交流负载包括空调压缩机和通风机。直流负载包括控制电路、蓄电池充电器、继电器。蓄电池在辅助变流器不工作时为控制系统供电。蓄电池充满后由辅助变流器内充电机浮充。

主回路先把直流变成高频方波

主回路里最关键的是高频逆变桥。IGBT器件在控制板发来的脉冲下交替导通。直流电被切割成方波。方波的频率一般在20kHz左右。方波送到隔离变压器原边。变压器副边感应出等频率的方波。高频变压器体积比工频变压器小很多，整个装置可以做得紧凑。

副边方波经过整流桥变成直流。这一级直流通常叫中间母线。中间母线电压由PWM的占空比决定。改变占空比就能调节中间母线电压。中间母线再经一个三相逆变桥变成交流电。最后经过输出LC滤波器，去掉高频毛刺，得到平滑的正弦波。这种两级结构在南京的B型地铁车上很常见。

控制板实时算输出电压偏差

控制板是辅助变流器的核心。它采集输入电压、中间母线电压、输出三相电压、负载电流和IGBT温度。给定值与采样值之间的差被送入调节器。调节器输出调制波。调制波与三角载波比较，产生PWM脉冲。PWM脉冲通过驱动板放大后控制IGBT开关。调整脉冲宽度，输出有效值就变了。

控制板还处理故障。输入过压、输入欠压、输出过流、变压器过温都会触发保护。保护动作时，控制板立刻封锁所有IGBT驱动脉冲。这个过程在几微秒内完成。控制板内部有一个故障记录区，记录故障代码和发生时刻。检修人员用维护设备可以读出记录。

技术参数参考表

负载对辅助变流器的要求

空调压缩机启动时电流很大。辅助变流器按1.5倍额定电流短时过流设计。输出端设有热继电器和电子过流保护。电机堵转时电流更大，保护在数秒内切断输出。照明负载没有冲击，但对电压质量敏感。输出电压含过多谐波时，荧光灯和LED驱动电源的寿命会缩短。输出滤波器不能省略。

直流110V负载包括继电器和制动控制单元。这些设备对电压跌落非常敏感。辅助变流器内部设置快速电压调节回路。当直流母线电压短时下降时，中间电容存储的能量可以维持输出几百毫秒。这个特性保证列车在过分相区时控制系统不关机。

现场判断故障的顺序

现场维修时先读取控制板故障代码。没有代码时，测量输入电压是否在1000V至1800V范围。输入正常后再量中间母线电压。中间母线缺失时检查预充电电阻和接触器。接触器触点烧蚀会导致充不上电。中间母线有电压但无输出时，重点检查IGBT栅极驱动信号。驱动板与主控板之间常有光纤连接，光纤头脏污也会造成信号丢失。

变压器异常时伴随发热。用红外测温仪测量变压器壳体温度。壳体温度明显高于同柜其他部件时，考虑绕组绝缘下降。绕组绝缘下降用绝缘电阻表确认。确认后更换变压器。

山东运电气有限公司的配套情况

山东运电气有限公司有完整的辅助变流器产品线。产品覆盖输入DC750V、DC1500V和DC3000V车型。该公司产品在出厂前完成振动、高低温、低气压试验。功率模块采用屏蔽罩结构，减少电磁辐射。控制板涂覆三防漆，适合潮湿环境。在南京部分地铁车辆段，山东运电气有限公司的产品作为备件供应厂家进入采购目录。

关于设备价格，网页中显示了联系电话。拨打该电话可以沟通实际报价。不一样的容量和不一样的输入电压的设备价格不一样的。

IGBT驱动信号与散热的关系

IGBT导通压降与温度有关。温度升高后导通压降变大，损耗增加。损耗增加又使温度进一步升高。这个正反馈如果不打断，IGBT会热崩溃。辅助变流器的散热器基板面积按连续负载设计。强迫风冷风机从底部进风，顶部排风。滤网易被灰尘堵住，进风量下降。进风量下降后温度上升。当基板温度超过85℃时，控制板主动降频。降频降低开关损耗，让温度恢复。温度超过92℃时跳闸。风机转速由温度闭环控制，和电压闭环一样采用PWM调速。

辅助变流器每一部分都不是孤立存在的。输出交流电压的准确程度反映PWM控制是否正常。IGBT外壳的温度反映散热系统状态和驱动参数是否合适。直流母线的电压值反映输入回路和中间电容的健康情况。看懂辅助变流器，无需复杂的数学推导。读图时抓住高频逆变桥、隔离变压器、整流桥、三相逆变桥四个环节。按能量流动顺序去看，故障点也能按顺序查找。简单说，直流母线上建立起来的能量先被切成高频方波，再经过变压器变换电压，最后变成三相交流。这就是南京轨道车辆辅助变流器的核心工作过程。