从A到Z的轻轨电源
2022-9-30
轻轨交通（LRT）是城市客运交通的一种形式，结合了有轨电车和快速交通的特点。虽然与传统铁路相比，它的机车更像是有轨电车，但轻轨的运载能力和速度都比有轨电车更高，而且通常享有专用路权。在美国，轻轨主要沿着专用轨道行驶，使用单独的有轨电车或多节车厢组成一个列车可以比有轨电车提供更多容量，但是载客量和速度低于重轨列车或快速交通系统。
在许多城市，轻轨系统类似于传统的地下或地面地铁和重轨地铁。在其他系统中，轻轨可能会在城市街道上行驶，与汽车交通共享路权。
使用架空电缆系统可能很不美观，尤其是在历史悠久的城市，因此一些系统是从地面电源（Alimentation Par le Sol, APS）获取电力。最常见的APS是利用埋在地下的第三条轨，设置在路轨之间来为列车提供动力。为了提高安全性，当侦测到轻轨接近时列车的下方路段会自动通电。该技术于 2003 年在法国波尔多首次推出。最近 APS 已在法国的其他地区以及巴西、厄瓜多尔、澳大利亚和迪拜等地采用。
另外一种电力传输的方法包括透过埋在铁轨下的线圈的感应电力传输，以及有轨电车配备车载储能系统；这些系统可以包含不同类型的超级电容器或电池并在停车时充电，例如西班牙的塞维利亚电车 (MetroCentro)。
从法国昂热到西班牙萨拉戈萨（标题中的 A 到 Z ），许多城市都采用了 APS 或超级电容器供电的城际轻轨系统以避免在历史悠久的城市中心出现不美观的架空电缆。
为什么使用直流电而不是交流电？直流电源消除了对笨重变压器的需求，让有轨电车更轻、地板高度更低，这对需要从街道上下车的乘客来说是一大优点。架空受电弓的直流电压可以直接进入主总线来为电机和辅助设备等供电。直流电通常是由沿路上每个变电站提供的，供电范围在 1.5-5.5 MW 之间。这些变电站由电网交流电供电，电压范围为 15kV 至 25kV，并透过轨道旁变压器和整流器系统将该电力转换为直流电。
要建立一个稳定的轻轨电源解决方案所要面临的挑战相当巨大。每辆列车的动态功耗会根据运行状态而变化，而轻轨供电系统必须供给大量的列车。列车也可以充当动力源，就像电动车（EV）一样，列车的牵引电机可以在减速或停止时产生能量，然后将能量转化成电能以供其他地方使用。两种再利用的方式是将电力返回到直流高压电源或从路边储能系统 (ESS) 捕获多余的能量。 ESS 可以将能量储存在电池、超级电容器或甚至飞轮系统之中。
架空电缆是有电阻的，即使很小但不为零，因此架空接触网的直流电压取决于到变电站的距离以及电缆的电流。电源系统设计人员必须确保系统在最坏的情况下仍有足够的发电能力。变电站的最佳位置通常是由计算机模型加以确定，该模型根据准确描述计划路线来模拟轻轨运行，同时也评估配电系统性能下降时的表现，例如变电站离线。
EN51055 和 EN50163 的要求远远超出了工业级「现成」模块化 DC/DC 转换器的能力。不过不用担心，RECOM 专门为车载和轨道旁应用提供定制解决方案 以符合轻轨电源的 EN50155 和 EN50163 要求。我们的重轨和轻轨电源转换产品包括 DC-DC 电源转换器、AC-DC 电源、双向转换器和 DC-AC 逆变器。
图 1：SD3206 框图
例如，RECOM 的 SD3206 是一款半定制的 「即插即用」3.2kW 数字电池充电器，使用480-630V 直流输入电压，以高达 100A 的电流为 24V-28V 直流电池组或超级电容器快速充电。这款高效转换器 (95–96%) 仅需要 470 x 213 x 80mm 的空间，因此可以轻松安装在火车地板下或车顶空间。
SD3206 将 EN50155 要求的功能集成在一起，一个部件就有反极性保护、EMC 和浪涌过滤、浪涌电流限制和输出电流共享，而其他产品可能需要通过添加外部组件来实现。可以是模拟控制（Vout 编程、远程开/关）或通过 RS485 数字控制。该电源符合所有相关铁路环境标准的传导和辐射 EMI、机械冲击和振动、热冲击、热循环和防火的要求。
在定制设计方面，RECOM 的姊妹公司 PCS 在开发符合 EN51055 要求的铁路和轻轨电源上有丰富的经验，包括能够提供高达 18kW 的车载电池充电器，可为大型电池组快速充电。
轻轨电源基础知识
大多数 轻轨或有轨电车系统 都从架空电缆系统取得电力。典型电压范围为 600V–750V DC，最近则倾向采用更高的电压。这些电压比传统电气化铁路使用的电压来得低，后者使用高达 25 kV 的交流电压。使用架空电缆系统可能很不美观，尤其是在历史悠久的城市，因此一些系统是从地面电源（Alimentation Par le Sol, APS）获取电力。最常见的APS是利用埋在地下的第三条轨，设置在路轨之间来为列车提供动力。为了提高安全性，当侦测到轻轨接近时列车的下方路段会自动通电。该技术于 2003 年在法国波尔多首次推出。最近 APS 已在法国的其他地区以及巴西、厄瓜多尔、澳大利亚和迪拜等地采用。
另外一种电力传输的方法包括透过埋在铁轨下的线圈的感应电力传输，以及有轨电车配备车载储能系统；这些系统可以包含不同类型的超级电容器或电池并在停车时充电，例如西班牙的塞维利亚电车 (MetroCentro)。
从法国昂热到西班牙萨拉戈萨（标题中的 A 到 Z ），许多城市都采用了 APS 或超级电容器供电的城际轻轨系统以避免在历史悠久的城市中心出现不美观的架空电缆。
为什么使用直流电而不是交流电？直流电源消除了对笨重变压器的需求，让有轨电车更轻、地板高度更低，这对需要从街道上下车的乘客来说是一大优点。架空受电弓的直流电压可以直接进入主总线来为电机和辅助设备等供电。直流电通常是由沿路上每个变电站提供的，供电范围在 1.5-5.5 MW 之间。这些变电站由电网交流电供电，电压范围为 15kV 至 25kV，并透过轨道旁变压器和整流器系统将该电力转换为直流电。
要建立一个稳定的轻轨电源解决方案所要面临的挑战相当巨大。每辆列车的动态功耗会根据运行状态而变化，而轻轨供电系统必须供给大量的列车。列车也可以充当动力源，就像电动车（EV）一样，列车的牵引电机可以在减速或停止时产生能量，然后将能量转化成电能以供其他地方使用。两种再利用的方式是将电力返回到直流高压电源或从路边储能系统 (ESS) 捕获多余的能量。 ESS 可以将能量储存在电池、超级电容器或甚至飞轮系统之中。
架空电缆是有电阻的，即使很小但不为零，因此架空接触网的直流电压取决于到变电站的距离以及电缆的电流。电源系统设计人员必须确保系统在最坏的情况下仍有足够的发电能力。变电站的最佳位置通常是由计算机模型加以确定，该模型根据准确描述计划路线来模拟轻轨运行，同时也评估配电系统性能下降时的表现，例如变电站离线。
轻轨电源设计：联系 RECOM！
路边和车载轻轨电力系统都跟重轨一样必须满足严格的技术和性能要求以及符合 EN 51055 和 EN 50163 等铁路标准。EN50155 规定电气和机械运行环境的最低要求以及设备可靠性和预期使用寿命，而 EN50163 规定牵引系统供电电压的主要特性，包括 LRT。以 750 V DC 的标称接触网电压为例，所有系统都应连续承受 500–900 V、持续 5 分钟的 1000 V 以及1270–1000 V 线性范围持续 20 毫秒至 1 秒。EN51055 和 EN50163 的要求远远超出了工业级「现成」模块化 DC/DC 转换器的能力。不过不用担心，RECOM 专门为车载和轨道旁应用提供定制解决方案 以符合轻轨电源的 EN50155 和 EN50163 要求。我们的重轨和轻轨电源转换产品包括 DC-DC 电源转换器、AC-DC 电源、双向转换器和 DC-AC 逆变器。
图 1：SD3206 框图
SD3206 将 EN50155 要求的功能集成在一起，一个部件就有反极性保护、EMC 和浪涌过滤、浪涌电流限制和输出电流共享，而其他产品可能需要通过添加外部组件来实现。可以是模拟控制（Vout 编程、远程开/关）或通过 RS485 数字控制。该电源符合所有相关铁路环境标准的传导和辐射 EMI、机械冲击和振动、热冲击、热循环和防火的要求。
在定制设计方面，RECOM 的姊妹公司 PCS 在开发符合 EN51055 要求的铁路和轻轨电源上有丰富的经验，包括能够提供高达 18kW 的车载电池充电器，可为大型电池组快速充电。
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