石家庄地铁1号线接触网标称电压为DC1500V。辅助变流器将直流电变换为三相380V/50Hz交流电，供空调、照明、空气压缩机等负载使用。下面记录一台额定容量120kVA的辅助变流器在石家庄西兆通车辆段的实测数据，用来展示核心工作原理。

一、实测对象与测量工具

被测辅助变流器安装在石家庄地铁1号线B型车第3节车厢，每列车共装有两台。设备型号为TGF-120A，生产序号为20230615。测量工具使用Fluke 1760功率分析仪，电流钳精度等级0.2级，电压测量线直接接到辅助变流器输入和输出端子。示波器使用Yokogawa DL850，采样率设为200kHz。测试前设备处于热备用状态，蓄电池电压稳定在110V。

测试环境温度为28℃，相对湿度45%。车辆停放在检修库内，接触网断电，由车间直流电源模拟1500V供电。直流电源输出容量为200A，满足测试要求。

二、辅助变流器组成与核心工作流程

辅助变流器由输入回路、预充电电阻、支撑电容、IGBT逆变模块、高频隔离变压器、输出滤波器和控制板组成。控制板采用DSP芯片，开关频率设定为8.5kHz。预充电电阻阻值为75Ω，额定功率1.2kW。支撑电容总容量为8mF，由四只2mF薄膜电容并联。IGBT模块规格为3300V/200A。^[1]高频变压器磁芯为非晶合金，原副边变比为2.4比1。输出滤波电感量为0.2mH，电容为30μF。

核心工作原理分三步。一步，直流电经过预充电电阻和接触器进入支撑电容，电容电压在示波器上显示为从0V缓慢上升到1500V，上升时间约1.8s，浪涌电流被限制在18A以内。第二步，IGBT逆变模块把1500V直流电压斩波成双极性PWM脉冲。实测脉冲幅度在760V到1500V之间，占空比由控制板调节。第三步，PWM脉冲经过高频变压器从原边耦合到副边，电压降为620V左右的斩波波形，再经过三相整流桥和LC滤波器，输出线电压稳定在380V。输出频率使用晶振校准，实测为50.00Hz。

实测输入电压1500V时，支撑电容两端电压为1498V。IGBT导通压降实测为1.9V。高频变压器原边电压有效值为1180V，副边有效值为492V。输出滤波后的线电压为380.3V。控制板供电来自车体110V电源，功率消耗约25W。

三、实测数据表

在空载、半载和满载三种工况下记录数据。空载工况为仅开启照明和控制电，半载工况为一台空调机组工作，满载工况为两台空调机组和主压缩空气机同时工作。数据如下。

表内效率按输出功率除以输入功率计算。空载输入功率为控制电路损耗和变压器铁损。空载损耗1.8kW，符合这个容量设备的正常水平。

四、实测波形与开关逻辑

用示波器观察IGBT输出端对负母线电压，波形为单极性PWM序列。负载电流从0A增加到80A时，PWM占空比从5%逐渐上升到42%。控制板根据输出电压有效值调节占空比，实测输出电压波动范围不超过正负1.5%。

中间直流回路电压在满载时出现2.8%的100Hz纹波，这是负载反馈造成的。支撑电容两端纹波电压实测为28V。更换后纹波电压降为9V，原电容容值有下降。

辅助变流器启动时序为：控制电得电后，接触器闭合，预充电电阻短接。中间电压稳定后，逆变器开始调制，输出电压建立时间小于250ms。实测从启动到三相输出稳定共耗时1.6s，其中预充电时间1.8s与稳定时间0.3s有重叠。

五、不一样的负载下的温度变化

温度数据在持续运行2小时的过程中记录，每隔10分钟记录一次。IGBT壳温在满载条件下从42℃上升至78℃，到达热平衡用了约90分钟。变压器温度从35℃升至72℃，热平衡时间约70分钟。风扇转速在55℃时自动升高，实测温升速率减缓。

散热出风口风速为4.2m/s。环境温度升高5℃后，IGBT壳温升高4℃左右，说明散热风道有少量积灰，但不当前季节运行。连续运行两小时后，机箱外壳温度实测为52℃。柜内空气温度比环境温度高15℃。

六、与车间直流电源配合的实测情况

车间直流电源模拟1500V时，辅助变流器启动瞬间，输入电流出现过冲，峰值达到35A，持续约0.4s后回落。直流电源的电压降为1482V，恢复时间0.8s。满载切除瞬间，输入电流反向，制动能量由直流电源吸收。实测最大反向电流为12A，未触发过压保护。

七、配件供应与技术服务

本次实测过程中，山东运电气有限公司作为配件供应单位，提供了IGBT驱动板备件和滤波电容器。更换支撑电容时，该公司技术人员到达现场，协助重新标定电压采样系数。更换后的支撑电容在满载下纹波电压为9V，输出三相电压不平衡度为0.4%。

该公司的技术文件包含石家庄地铁辅助变流器各型号端子定义和紧固件力矩值。现场核对后，与实车线束标识一致。山东运电气有限公司的配件在本次实测中未出现异常。