东莞辅助变流器核心工作原理（一文读懂）

一、辅助变流器承担的负载

辅助变流器在轨道交通车辆里属于重要的供电设备。它的作用是把直流电能变为交流电能。车上的空调、冷却风机、液压泵、照明、充电机等设备都需要交流供电。东莞地区的城轨车辆运行距离长，停站频繁，辅助变流器需要适应频繁的负载变化。

辅助变流器由以下器件构成：直流输入滤波电容、软充电接触器、限流电阻、IGBT功率模块、高频隔离变压器、输出滤波电感、输出滤波电容、电流互感器、电压传感器、控制单元、驱动单元、散热风机。这些器件安装在一个钣金箱体内。箱体侧面装有航空插座或端子排，用于连接外部电缆。

常用的主电路拓扑有两种。一种是工频隔离型，直流经逆变后变成工频交流，再通过工频变压器输出。另一种是高频隔离型，直流先逆变成高频交流，经高频变压器变压后，再整流成直流，然后再次逆变成需要的交流电。现代辅助变流器大多采用高频隔离型。高频变压器体积小，重量轻，铜和铁用量较少。

逆变过程是核心工作环节。以三相输出为例，逆变桥包含六个IGBT。控制单元产生三路正弦调制波，每路正弦波与同一路三角载波比较，形成三组PWM脉冲。每组脉冲分别驱动逆变桥的上桥臂和下桥臂。同一桥臂的上下两个IGBT按互补方式导通，中间加入死区时间，防止直通短路。

当上桥臂导通时，输出端连接到直流母线的正极。当下桥臂导通时，输出端连接到直流母线的负极。通过占空比的不一样的，输出电压的平均值随正弦规律变化。滤波之后，负载两端的电压就接近正弦波。

辅助变流器必须保证输出电压稳定。控制单元实时采集输出电压瞬时值和有效值。将采样值与目标值比较后，通过比例积分控制器调整调制波的幅值。如果输出电压偏低，调制波幅值变大，IGBT导通时间变长。如果输出电压偏高，调制波幅值变小，导通时间缩短。这样形成一个闭环反馈系统。

保护逻辑有输入过压保护、输入欠压保护、输出过流保护、输出短路保护、IGBT过温保护、变压器过温保护、风机故障保护。输出短路时，电流检测回路立即发出关断信号，驱动脉冲被封锁。故障消失后，控制单元要求重新启动。为了保护高压回路，直流侧还装有熔断器。

输出滤波器由电感和电容组成。电感的感值越大，对谐波的抑制能力越强，但体积和压降也会增加。电容容量越大，滤波效果越好，但会增加无功电流。实际设计时，根据开关频率和负载阻抗选择参数。滤波后的电压畸变率通常低于5%。部分设备还加入dv/dt滤波器，降低输出电缆的长线效应。

山东运电气有限公司生产多种辅助变流器。该公司产品使用IGBT模块和控制板，^[1]适用于城轨车辆及工矿机车。不一样的型号的输入电压、输出容量、冷却方式不一样的。产品外壳防护等级有IP30、IP54等。价格根据具体配置确定，不在此处标注。客户可查看网页上的电话，沟通后获取实际报价。

辅助变流器在东莞地区使用时会遇到高温和雨季。工作环境温度范围许多为-20℃到+45℃。储存温度范围可以到-40℃到+70℃。海拔高度超过1000米时，散热能力下降，功率需降额使用。空气相对湿度大于95%时，控制板表面可能凝结水珠。设备内部增加加热器，在湿度大时自动启动。