在城市軌道交通車輛中,通常是從電網獲取直流電壓（一般為1500VDC和750VDC）,經由輔助逆變器（也稱靜止逆變器）變換輸出380VAC,給列車上的輔助設備供電。

城市軌道交通車輛一般采用兩種型號車輛,關于兩種車輛,逆變器的工作形式不同:A型車為拖車,其逆變器一路供給列車照明和風機電機;另一路輸出110VDC控制電源,同時兼向蓄電池充電;B/C型車為動車,其逆變器輸出380VAC分別向列車的空調機組和空氣壓縮機供電。

以下,就城市軌道交通車輛的輔助電路系統進行分析介紹。

1輔助逆變器電路結構

城市軌道交通車輛中的輔助逆變器電路常見有兩種形式:一種采用直接逆變方式（DC-AC）,如圖1所示;另一種采用先斬波（升/降壓斬波）后逆變方式（DC-DC-AC）,如圖2所示。Siemens公司采用DC—DC—AC形式,如上海一、二線和廣州一號線地鐵車輛;Bombardier公司采用DC—AC形式,應用于長春生產的車輛中。

其中DC—DC—AC方式升/降壓斬波中,升壓斬波的系統應用在DC750V供電網壓的場合;降壓斬波的系統應用在網壓為DCl500V的場合。采用升/降壓斬波的目的都是為了使逆變器的輸入電壓穩定,當負載變化或電壓波動時,保證斬波器有穩定的輸出電壓。

目前,以GTO、IGBT為代表的開關器件的開關頻率足以滿足在網壓波動范圍內,用pWM調制實現逆變器穩定輸出,且滿負荷運行,因此現在生產的車輛常采用直接逆變的方式。

2輔助逆變器形式

目前我國城市軌道交通車輛使用的輔助逆變器有兩種形式:一種為單臺逆變器形式,另一種為兩臺逆變器串聯形式。例如上海一號線直流地鐵車輛使用單臺逆變器形式,上海二號線地鐵車輛使用兩臺逆變器串聯形式。

2.1單臺逆變器形式

關于網壓1500V,容量約200kVA左右的輔助逆變器一般使用3300V/400A的IGBT元件。這種形式結構簡單、可靠,逆變器用pWM調制可使輸出電壓的諧波含量在限制值以內,是目前普遍采用的形式。

2.2兩臺逆變器串聯形式

有兩種方法:一為兩臺逆變器輸出至隔離變壓器,通過隔離變壓器的電路疊加,或磁路疊加,然后經濾波輸出,這種方法的優點是逆變器可以用低電壓的IGBT元件;二為控制兩臺逆變器輸出電壓的相位差,當它們經過變壓器的電路疊加或磁路疊加后,使變壓器輸出電壓的諧波減少,這樣對輸出濾波器的要求可以降低,即可以減小濾波器的體積和質量。

需指出的是,這種電路較為復雜,尤其是變壓器,用電路疊加的變壓器,其副邊繞組較為復雜。用磁路疊加的變壓器,磁路設計較為復雜。另一方面,這種電路的出現是在早期IGBT元件水平不太高的情況下出現的。因此已基本不再采用該形式。

2.3輔助電源系統

以上海地鐵一號線為例,其靜止逆變器原理框圖如圖3所示。DCl500V電源經L-C濾波器后由GTO斬波器進行斬波調壓至770V,再經過中間濾波器送入六脈沖GTO逆變器,其輸出經隔離變壓器后成為AC380V。在隔離變壓器次邊還設有一組抽頭,其輸出交流電壓經整流后供應DC110V電源。

控制單元的核心是微處理器,包括四個功能包:

電源功能包（p-pAC）-供應控制電源及斬波、逆變器的脈沖。

通信功能包（C-pAC）-傳輸逆變器及列車上的各種信號,寄存過程參數實際值。

接口功能包（I-pAC）-確定參數所需值,監控逆變器電壓、電流、溫度、延時時間及工作過程。

快速保護和控制功能包（F-pAC）-控制逆變器工作過程,寄存過程參數中實際值的模擬量,實現逆變器快速保護。

3應用及發展

武漢輕軌一號線上,輔助電源系統采用IGBT模塊（1700V/1200A）構成靜止逆變器,輸出穩定的三相AC380V電源、DC110V和DC24V電源,供列車上的空氣壓縮機、空調、照明和電熱器等使用,并對蓄電池進行充電,每列車配備兩組輔助電源逆變器,容量為140KVA。

上海地鐵二號線的輔助電源系統采用由IGBT模塊（3300V/1200A）構成的靜止逆變器,輸出AC380V電源。列車的每節車均設一個輔助逆變器,容量為90KVA。A車的逆變器供電給列車一半的照明和風機電機,同時供應DC110V電源,B、C車上的逆變器分別向列車一半的空調機組供電。

地鐵車輛大都采用兩動一拖（3節車輛）構成一個單元,由兩個單元構成一列車,每節車輛均配備一臺靜止逆變器,每單元共用一臺DC110V的控制電源。每節車輛的輔助逆變器的容量為75￣80KVA,DC110V控制電源功率約為25KW。法國ALSTON生產的地鐵車輛,改為一個單元中配2臺靜止輔助逆變器,每臺容量為120KVA,每臺含DC110V控制電源,功率為12KW。最近國外生產的地鐵車輛采用集中控制,在6節編組中,每單元只配一臺靜止輔助逆變器,容量約為250KVA,直流110V控制電源一臺,約25KW。

目前世界上在地鐵與輕軌輔助系統中大都采用絕緣柵雙極型晶體管IGBT（或IpM）模塊構成。為了人身安全,低壓系統及控制電源與高壓系統在電位上采用變壓器隔離,現今國內外都采用直—直變換及高頻變壓器隔離這一方法。從冗余度與軸重均衡出發,常選用分散供電方法。