CRH3型动车组充电机检修放电时间计算分析
1 充电机概述
CRH3型动车组充电机的输入电压为三相交流440 V,输出额定电压为DC 110 V,输入、输出电压等级均属于危害人身安全的范围。充电机将三相交流电经过整流后变为直流并加于支撑电容上。交流母线断开、充电机停止工作后,中间直流环节及输出侧支撑电容上仍会残留高电压。
动车组降弓断开主断路器、蓄电池断电后,充电机输出侧因与蓄电池相连仍存在直流电,为了保证作业人员人身安全,电池充电机检修作业时必须确保充电机与蓄电池连接插头断开,且确认充电机内部中间直流侧与输出直流侧电压放电到安全标准内。由于这些电压对人体来说存在危险,因此在进行充电机设备检修以及维护时,要由受过培训的专业人员进行作业并对设备和线路进行放电确认。
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2.3.1 一般护理 患者一般采用全麻或硬膜外麻醉,回病房后取去枕平卧位6 h;如腰麻则需去枕平卧12~24 h,头偏向一侧,保持呼吸道通畅,以免呕吐物、分泌物呛入气管,引起吸入性肺炎。6 h后取半卧位,利于腹腔引流,同时减轻腹部张力,促进切口愈合。协助患者每2 h床上翻身1次,大多数患者常因担心活动会牵拉伤口引起疼痛、渗血、切口裂开而不敢翻身活动,护士应耐心讲解早期活动的重要性,促使患者主动配合。
2 充电机放电计算分析
2.1 充电机原理
CRH3型动车组每一个牵引单元(4节车厢)配备1个额定功率60 kW的充电机,充电机输入三相交流电,依次经过不可控整流、IGBT逆变、不可控整流模块,将三相交流电压转变为直流电压,用来向蓄电池及动车组辅助系统的直流负载供电(见图1)。
图1 充电机原理框图
2.2 残余电荷放电时间计算
式中:Vout为充电机输出额定电压,110 V;Rout、Cout分别为输出侧电阻、电容,可求得t2=8.59 s。
图2 充电机输入侧及输出侧放电时间测试接线示意图
式中:Vin为充电机中间整流侧电压,为充电机放电电压安全标准值,35 V; Rin、Cin分别为中间整流侧电阻、电容,可求得t1=22.31 s。
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按照GB/T 3805—2008《特低电压限值》标准中潮湿条件下直流电压35 V安全标准进行计算,充电机中间整流侧电容通过与二极管、电阻Rin的串联支路放电,放电时间t1为[1]:
输出侧4路RC并联等效电路放电时间t2为:
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如图2所示,充电机中间整流侧为1路RC串联,用等效Rin、Cin代替,其中Rin=1.1 kΩ、Cin=7 050 μF;输出侧为4路RC并联,用等效Rout、Cout代替,其中Rout=3/4 kΩ、Cout=10 mF;充电机输出额定电压110 V。
3 充电机放电测试
测试点为动车组充电机中间直流侧及输出侧,高压隔离探头分别连接在充电机的中间直流侧和输出侧,探头采用蓄电池供电,测量信号分别接入瞬态记录仪和示波器,分别进行充、放电操作,记录过渡过程电压衰减波形。试验接线如图2所示,现车实测接线如图3所示。
(a) 中间直流侧 (b) 输出侧图3 充电机输出侧放电时间测试现车接线图
充电机中间直流侧储能电容元件放电时间如图4所示,大约为50 s,输出侧储能电容元件放电时间如图5所示,大约为0.2 s。
图4 充电机中间直流侧电容电压放电曲线
图5 充电机输出侧电容电压放电曲线
根据理论计算,中间直流侧放电时间 (降到35 V)为22.3 s,实际测量放电时间为50 s左右,可认为两者基本相符。输出侧电容放电时间理论计算为8.59 s,实际测量放电时间为0.2 s左右,由于是现车测试,充电机停止工作后还与部分直流负载相连,因此放电时间远低于理论计算值。
4 结论
综上所述,在作业场景下的接触网按照规定流程断电后,CRH3型动车组主断路器断开,受电弓降下后,根据充电机内部中间直流环节及输出侧放电理论计算和实车测试,充电机部件检修作业可考虑按照1 min的放电时间执行。同时,为保证作业人员人身安全,检修作业前需用万用表确认这2处电压是否在35 V安全标准以内。
参考文献:
[1] 邱关源.电路[M].北京:高等教育出版社,2006.□