铁路电源电力转换设备面临的挑战

铁路电力转换设备面临的挑战

历史上，市场上的机车车辆具有多个辅助设备的系统电池电压标称值，从24VDC到110VDC，其变化和公差也取决于地理位置。欧洲标准EN 50155与法国标准NF-F 01-510一起被普遍使用，后者有一些变化，而起源于英国的RIA12等较旧的标准仍然存在。在美国，24V和72V导轨的公差再次不同。图1显示了所见标称电压的选择、静态公差、骤降和浪涌。

需要满足的一个挑战性规范是RIA12中的要求，即在相对较低的0.2欧姆电源阻抗下，在110VDC系统中承受3.5x标称电压或385V，持续20ms。变阻器或TransorbTM无法钳位，因为需要消耗能量，因此必须将其调节到设备的正常工作电压范围内。除了列出的高能量过电压外，还存在快速、高电压但低能量干扰，如轨道EMC兼容性标准EN 50121-3-2所定义，该标准要求“EMC指令”系列标准IEC 61000-4。例如，+/-2kV，上升/下降波形为5/50ns，重复频率为5kHz，必须在不中断功能或损坏的情况下承受。

根据EN 50155，等级为S1、S2和S3的秤的另一端可能发生完全供电中断，最严重的情况是供电中断20ms，不允许性能下降。这些中断被认为是由电源上的瞬时短路引起的，因此任何功率转换器都必须具有防止反向输入电流的保护。在“电源切换”条件下，例如，在冗余电源之间，当电源暂时开路时，设备也可能需要继续运行而不中断。在这种情况下，定义了两类：C1，从60%的标称电压中断100ms，无影响；C2，从标称电压中断30ms，允许性能下降。

标准也适用于EN 50121-3、-4和-5中规定的辐射和传导射频发射。

不同水平的抗扰度和允许的设备对浪涌、瞬变、骤降和中断的响应是终端设备功能特有的。例如，与安全关键标识相比，信息娱乐的标识将有所不同。

机械环境也很恶劣

机车车辆有各种安装电气设备的环境。这些位置从1级（最良性，通常位于乘客舱内）到7级（可能安装在车轴上），通常会受到高水平的冲击、振动、水以及灰尘、制动灰尘、燃料和液体的污染。

幸运的是，大多数需要DC/DC电源模块转换器的辅助电子设备都安装在内部，主要是1-3级天气保护位置。根据EN 50124-1，污染等级为2级和3级，根据EN 61373，振动和冲击等级为1B级。此外，设备的工作环境空气温度等级从-25°C至+55°C的OT1到-40°C至+85°C时的OT6。例如，在隧道中行驶时，也可能发生快速的温度变化，最坏的情况预计为每秒+/-3°C。

当然，轨道应用中的功率转换器预计是可靠的，具有较长的使用寿命，以确保最低的寿命成本和最少的停机时间。此外，还必须保证十年以上的供应连续性。