CN102739050A - 电力机车辅助变流柜用dc/dc斩波电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电力机车辅助变流柜用DC/DC斩波电路，包括依次连接的输入保护滤波电路、降压斩波电路、过压抑制电路；输入保护滤波电路包括输入熔断器、RC吸收电路；降压斩波电路包括降压斩波模块，降压斩波模块包括支撑电容、IGBT器件、续流二极管和第一驱动板，第一驱动板与第一控制单元连接；过压抑制电路包括过压抑制模块，过压抑制模块包括晶闸管、电抗器、二极管及第二驱动板，第二驱动板与第二控制单元连接。可以将牵引变流器中间电路的DC1800V电压进行斩波处理降压到DC600V供辅助逆变器和充电机使用，而且具有完善的保护功能。

Description

电力机车辅助变流柜用DC/DC斩波电路

技术领域

本发明涉及一种电力机车的辅助变流系统的中间直流电压变换的电路，尤其涉及一种电力机车辅助变流柜用DC/DC斩波电路。

背景技术

电力机车辅助电源系统是机车的重要组成部分，担负着除机车牵引系统主电路以外各种装置的供电任务，是提供风源的空气压缩机、空调、通风机等辅助电动机的三相交流电源，电热器、冰箱、信息显示装置的电源等。机车辅助电源系统由三相交流辅助电源和直流电源系统组成。早期的电力机车三相交流辅助电源装置采用旋转劈相机方式，这种电源装置体积大、重量重、响应性差、效率低、噪声大，故障率高，需经常检查、维修。随着电力电子和开关器件的发展，采用IGBT的新型辅助逆变系统正在替代传统的劈相机三相交流系统。

辅助变流器根据输入侧的不同将主电路可分为交一直一交型和直一交型；交一直一交型辅助变流器是由牵引变压器辅助绕组供电，与牵引变流器相同，一般由网侧变流器、中间直流环节、三相逆变器三部分组成。直-交型辅助变流器是从主变流器的中间直流环节取流，因此它只需要逆变器就可实现直流电到三相交流电的变换。由于输入电压较高，为达到输出辅助电气设备所要求的电压等级，一般需要增加降压设备。

现有技术中，有两种控制方式：一种是先逆变，再通过三相降压变压器将较高的交流电压降到所要求的电压等级；另一种是先通过降压电路将直流输入电压降低到合适的值，再进行逆变。其中，后者采用的单管降压斩波器：(1)通过降压斩波的闭环控制保持逆变器输入电压的恒定，从而消除输入电压的波动对三相逆变器输出的影响；(2)整个电路中仅需1只大功率高压IGBT器件，逆变器则可选择较低电压级别的IGBT器件，以降低设备成本。但这种方式没有实现输入电压与输出电压之间的隔离，同时还应设置在降压斩波器失去控制后对逆变器和负载等的保护电路。

发明内容

本发明的目的是提供一种能将牵引变流器中间电路的DC1800V电压进行斩波处理降压到DC600V供辅助逆变器和充电机使用，且保护功能完善的电力机车辅助变流柜用DC/DC斩波电路。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明的电力机车辅助变流柜用DC/DC斩波电路，包括依次连接的输入保护滤波电路、降压斩波电路、过压抑制电路；

所述输入保护滤波电路包括输入熔断器、RC吸收电路；

所述降压斩波电路包括降压斩波模块，所述降压斩波模块包括支撑电容、IGBT器件、续流二极管和第一驱动板，所述第一驱动板与第一控制单元连接；

所述过压抑制电路包括过压抑制模块，所述过压抑制模块包括晶闸管、电抗器、二极管及第二驱动板，所述第二驱动板与第二控制单元连接。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明提供的电力机车辅助变流柜用DC/DC斩波电路，由于包括依次连接的输入保护滤波电路、降压斩波电路、过压抑制电路；输入保护滤波电路包括输入熔断器、RC吸收电路；降压斩波电路包括降压斩波模块，降压斩波模块包括支撑电容、IGBT器件、续流二极管和第一驱动板，所述第一驱动板与第一控制单元连接；过压抑制电路包括过压抑制模块，过压抑制模块包括晶闸管、电抗器、二极管及第二驱动板，第二驱动板与第二控制单元连接。可以将牵引变流器中间电路的DC1800V电压进行斩波处理降压到DC600V供辅助逆变器和充电机使用，而且具有完善的保护功能。

附图说明

图1为本发明实施例提供的电力机车辅助变流柜用DC/DC斩波电路中降压斩波电路的电气原理图；

图2为本发明实施例提供的电力机车辅助变流柜用DC/DC斩波电路中降压斩波模块驱动电路框图；

图3为本发明实施例提供的电力机车辅助变流柜用DC/DC斩波电路中过压抑制电路的电气原理图；

图4为本发明实施例提供的电力机车辅助变流柜用DC/DC斩波电路中过压抑制模块驱动电路框图。

具体实施方式

下面将对本发明实施例作进一步地详细描述。

本发明电力机车辅助变流柜用DC/DC斩波电路，其较佳的具体实施方式是：

包括依次连接的输入保护滤波电路、降压斩波电路、过压抑制电路；

所述输入保护滤波电路包括输入熔断器、RC吸收电路；

所述降压斩波电路包括降压斩波模块，所述降压斩波模块包括支撑电容、IGBT器件、续流二极管和第一驱动板，所述第一驱动板与第一控制单元连接；

所述过压抑制电路包括过压抑制模块，所述过压抑制模块包括晶闸管、电抗器、二极管及第二驱动板，所述第二驱动板与第二控制单元连接。

所述第一驱动板与第一控制单元之间设有电源变压器和信号光纤；所述第二驱动板与第二控制单元之间设有电源变压器和稳压器二极管。

该斩波电路采用集成化的模块设计，并安装在电力机车的辅助变流柜内。

该斩波电路连接于电力机车的牵引变流器中间电路与辅助逆变器和充电机之间。

本发明的电力机车辅助变流柜用DC/DC斩波电路，用于电力机车三相逆变器和充电机使用的中间DC/DC电源。不仅可应用于八轴货运电力机车，也应用于其他类似机车如HXD2型电力机车的中间电压电源。

本发明具有两个显著特点：(1)无需牵引变压器提供辅助绕组，而是直接从牵引变流器的中间直流环节取流；(2)将牵引变流器中间电路的DC1800V电压进行斩波处理降压到DC600V供辅助逆变器和充电机使用，而且具有完善的保护功能。

本发明中，包括输入电压的快速熔断器和RC吸收电路、降压斩波电路和过压抑制电路，并采用模块集成的方式设计来满足系统电气连接和散热要求，利用成熟的IGBT技术，适用于电力机车辅助系统的中间直流电压实现方式。

下面结合附图对本发明的电路结构和原理进行详细的描述：

如图1所示，为降压斩波电路的电气原理图，F1为输入熔断器，其参数的选择与过压抑制模块相关，模块抑制能量数值要远大于输入熔断器熔断时间，使熔断器快速熔断，达到保护系统后部变流器和线路不会损坏。R1、R2和C2构成吸收回路，其参数的选择和输入电流值和斩波驱动频率相关，可以对输入电压进行浪涌抑制和谐波抑制。U1、U2为电压传感器，检测输入、输出电压。I1为电流传感器，检测输出电流。

降压斩波模块PM1包括支撑电容C1、IGBT器件V1、续流二极管V2和驱动板DB1，通过控制单元ACU发送脉宽调制信号，经驱动板DB1放大后控制IGBT器件V1导通关断实现降压斩波。

t=0时刻驱动V1导通，电源向负载供电，负载电压Uo=E，负载电流i0按指数曲线上升。

t=t1时控制V1关断，二极管V2续流，负载电压Uo近似为零，负载电流呈指数曲线下降。

L31为输出平波电抗器，使输出的负载电流连续且脉动小。

如图2所示，为降压斩波模块PM1驱动板DB1的设计原理框图，通过变压器实现低压部分和高压部分的电源隔离，通过光纤实现低压部分和高压部分的信号隔离。通过传感器的检测电压电流信号实现IGBT器件V1的状态反馈和过压保护和过流保护，通过对控制单元（ACU）的脉冲信号放大达到IGBT器件V1导通关断所需的驱动电流。

如图3所示，为过压抑制电路的电气原理图，过压抑制模块PM2包括晶闸管V2、电抗器L1、二极管V1及驱动板DB2等，过电压抑制有两个阀值730V和800V，在正常工况下，当中间电路的直流电压达到730V时，机车辅助控制单元（ACU）会发出一个脉冲序列，过压抑制模块中的可控硅导通，过压抑制模块进入工作状态，吸收多余的能量；在异常工况下即当降压斩波电路故障完全失效时，直流电压达到800V，驱动板DB2上检测电压的稳压二极管击穿导通，强制触发可控硅导通，过压抑制模块吸收全部能量。

如图4所示，为过压抑制模块PM2驱动板DB2设计原理框图，通过变压器实现低压部分和高压部分的信号隔离。通过控制信号实现正常工况情况下的软件开通阈值。通过HT和G之间的保护电路和硬件电路实现异常工况情况下的硬件开通阈值。

具体实施例，包括模块的实现方式和关键部件的参数要求：

降压斩波功率模块采用强迫循环风冷却，采用整体结构的铝质散热器为IGBT器件提供冷却，采用复合母排实现功率电路和器件的电气连接，减少布线长度，降低线路分布电感，结构部件采用能够满足96小时盐雾试验的镀锌钢板。整个模块为组合式结构，便于安装和维护。温度开关被安装在散热器上，用于检测散热器的表面温度，一旦长时间过载造成散热器表面温度超出规定阀值，停止斩波器，进行温度保护。

IGBT器件：

复合母排：

散热器：

热阻    0.028℃/W

外形尺寸    400x250x84mm（LxW×H）

门极驱动板：

滤波电抗器：

过压抑制模块采用自然风冷，采用压装工艺将可控硅和二极管集成在一起，过压抑制电抗器采用特殊工艺制成，电感值稳定、精度高，触发板要求采用三防处理，以确保特殊环境下的使用要求。结构部件要求能够满足96小时的盐雾试验，整个模块为组合式结构，便于安装和维护。

可控硅元件：

续流二极管：

电抗器：

触发板：

要求：IGK峰值>1.35A，IGK保持≥0.5A，100μs后di/dt>1.2A/μs

输入熔断器：

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种电力机车辅助变流柜用DC/DC斩波电路，其特征在于，包括依次连接的输入保护滤波电路、降压斩波电路、过压抑制电路；

所述输入保护滤波电路包括输入熔断器、RC吸收电路；

所述降压斩波电路包括降压斩波模块，所述降压斩波模块包括支撑电容、IGBT器件、续流二极管和第一驱动板，所述第一驱动板与第一控制单元连接；

所述过压抑制电路包括过压抑制模块，所述过压抑制模块包括晶闸管、电抗器、二极管及第二驱动板，所述第二驱动板与第二控制单元连接。

2.根据权利要求1所述的电力机车辅助变流柜用DC/DC斩波电路，其特征在于，所述第一驱动板与第一控制单元之间设有电源变压器和信号光纤；所述第二驱动板与第二控制单元之间设有电源变压器和稳压器二极管。

3.根据权利要求2所述电力机车辅助变流柜用DC/DC斩波电路，其特征在于，该斩波电路采用集成化的模块设计，并安装在电力机车的辅助变流柜内。

4.根据权利要求1、2或3所述电力机车辅助变流柜用DC/DC斩波电路，其特征在于，该斩波电路连接于电力机车的牵引变流器中间电路与辅助逆变器和充电机之间。

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