CN103812376A - 城轨车辆辅助逆变器及城轨车辆 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种城轨车辆辅助逆变器及城轨车辆。该城轨车辆辅助逆变器包括输入电路、滤波电路、逆变电路、输出电路和辅助控制单元；所述逆变电路的逆变器采用空间矢量脉宽调制；所述输出电路，包括输出变压器和滤波电容组，所述输出变压器中的漏感与所述滤波电容组组成低通滤波器。本发明提供的城轨车辆辅助逆变器能够适应波动较大的供电电压，并实现满功率输出，输出电压中谐波含量较低，能够满足辅助设备的需求。

Description

城轨车辆辅助逆变器及城轨车辆

技术领域

本发明涉及电气技术，尤其涉及一种城轨车辆辅助逆变器及城轨车辆。

背景技术

电力机车的运行系统主要包括牵引系统和辅助系统，其中辅助系统用于为机车中的辅助设备供电，例如空调、照明、插座以及通风机等设备，辅助逆变器是辅助系统的重要部件，提供恒压恒频的电源以驱动辅助设备正常工作。

在机车运行过程中，为了保证辅助设备能够正常稳定的工作，辅助逆变器需达到满功率输出，且输出电压值及谐波含量需满足辅助设备的需求。但由于列车的供电电压幅值和频率波动较大，电压幅值的波动范围通常在-33.3%至+20%之间，现有的辅助逆变器均不能实现满功率输出，因此急需一种新型的辅助逆变器，能够适应波动较大的供电电压，并实现满功率输出。

发明内容

本发明提供一种城轨车辆辅助逆变器及城轨车辆，用于适应波动较大的供电电压，并实现满功率输出。

本发明实施例提供一种城轨车辆辅助逆变器，包括输入电路、滤波电路、逆变电路、输出电路和辅助控制单元；

所述逆变电路的逆变器采用空间矢量脉宽调制；

所述输出电路，包括输出变压器和滤波电容组，所述输出变压器中的漏感与所述滤波电容组组成低通滤波器。

本发明实施例提供一种城轨车辆，包括本发明实施例提供的城轨车辆辅助逆变器。

本发明实施例的技术方案通过对逆变电路中的逆变器采用空间矢量脉宽调制，并将输出变压器中漏感与滤波电容组组成低通滤波器，解决了现有技术中的辅助逆变器不能在波动较大的供电电压条件下实现满功率输出的问题，本发明实施例提供的城轨车辆辅助逆变器能够适应波动较大的列车供电电压，并实现满功率输出，且输出电压值及谐波含量能够满足辅助设备的需要，可靠性高，电路简单易于维护，缩小了外观尺寸，在节约空间的同时降低了成本。

附图说明

图1为本发明实施例提供的城轨车辆辅助逆变器的结构示意图。

具体实施方式

图1为本发明实施例提供的城轨车辆辅助逆变器的结构示意图。如图1所示，城轨车辆辅助逆变器的具体结构如下，包括输入电路1、滤波电路2、逆变电路3、输出电路4和辅助控制单元5。

其中，逆变电路3的逆变器31采用空间矢量脉宽调制。输出电路4，包括输出变压器41和滤波电容42，所述输出变压器41中的漏感与所述滤波电容42组成低通滤波器。

输入电路1一端连接网侧输入直流电压，以传输直流电压并提供给逆变电路3。输入电路1可以包括电路保护器件、检测器件以及电容充电电路，其中电路保护器件可采用熔断器11，用于在辅助逆变器出现故障时熔断，以保护其它电路器件。检测器件可包括输入电流传感器12和输入电压传感器13，输入电流传感器12串联接入输入电路1，用于检测网侧输入电流值，输入电压传感器13并联接入输入电路1，用于检测网侧输入电压值。电容充电电路可包括充电保护开关和充电电阻14，用于当辅助逆变器得电后，向滤波电路2中的滤波电容21充电。充电保护开关优选可采用晶闸管15，将二极管16和充电电阻14串联连接，晶闸管15与该二极管16和充电电阻14并联连接，共同构成电容充电电路。该电容充电电路的工作过程为：当辅助逆变器得电后，通过二极管16和充电电阻14向滤波电容21预充电，当电压传感器24检测到滤波电容21两端的电压升高至设定值时，晶闸管控制板51控制晶闸管15导通，从而减小滤波电容21的充电电流，降低对滤波电容21的冲击。

滤波电路2与输入电路1的另一端连接，用于对网侧输入直流电压进行滤波。滤波电路2可以包括滤波电容21、直流输入电抗器22、放电电阻23以及电压传感器24。其中直流输入电抗器22与滤波电容21组成LC滤波电路，用于吸收直流输入电压中的谐波电压，抑制电源网络中的高频信号和尖峰电压干扰，同时又能抑制逆变电路3中的逆变器31对电源网络的干扰，滤波电容21还能够将电压波动限制在允许的范围内。放电电阻23并联接入滤波电路2中，可快速降低滤波电容21的电压，本实施例提供的放电电阻能够在15分钟内将滤波电容21的电压放电至36V以下。电压传感器24并联接入滤波电路2，用于检测滤波电容21两端的电压。

逆变电路3为两电平电压型逆变电路，用于将滤波电路2输出的直流电转换为三相交流电。该逆变电路3可以包括逆变器31、突波电容32、驱动电路，其中逆变器31可采用6个绝缘栅双极型晶体管（Insulated GateBipolar Transistor，IGBT），驱动电路用于向各IGBT提供正向栅极电压和反向门极电压，以控制IGBT导通和关断。逆变器31采用空间矢量脉宽调制（Space Vector Pulse Width Modulation，SVPWM），生成三相脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation，PWM）电压，该PWM电压基波为50Hz，频率精度为±1%。突波电容32与IGBT并联接入逆变电路3中，用于吸收IGBT在通断过程中产生的尖峰电压。逆变电路3中还可以包括温度继电器、光纤、光电转换板、配置板及低压连接器等电路器件，本领域技术人员可根据城轨车辆辅助逆变器的性能及其实现的功能设定电路器件及其型号，或设置电路器件的参数，或引入其它类似的电路器件用于改善辅助逆变器的性能，本实施例对此不作限定。

输出电路4可以包括输出变压器41和滤波电容组42，该输出变压器41采用Δ/Y型接法，将逆变电路3输出的三相PWM电压转换为三相四线制的交流输出电压，并提供输入直流电压与输出交流电压之间的电气隔离。滤波电容组42由三个分别并联连接在两相输出交流电之间的电容构成，分别与输出变压器41的漏感组成低通LC滤波器，用于对输出变压器41输出的交流输出电压进行滤波，滤除输出电压中的谐波分量，以得到城轨车辆中辅助设备所需的380V/50Hz三相交流电。

辅助控制单元5包括晶闸管控制板51、逆变器控制板52和网关控制板53，其中晶闸管控制板51接收网关控制板53发出的控制信号，用于向晶闸管15提供控制信号，控制晶闸管15的通断。逆变器控制板52接收网关控制板53发出的控制信号，通过逆变电路3中的驱动板控制IGBT的通断。网关控制板53用于实现所述晶闸管控制板51、逆变器控制板52与城轨车辆控制系统之间的通信，一方面将辅助逆变器的运行状态反馈给城轨车辆控制系统，另一方面接收城轨车辆控制系统发出的指令，以在控制系统与辅助逆变器之间实现闭环控制。

该辅助逆变器的工作过程为：输入电路接入直流电压，并经滤波电路滤波后传输给逆变电路，逆变电路中的逆变器受逆变器控制板的控制实现高频通断，将输入直流电压转换为PWM三相交流电，输出电路中的变压器将该PWM三相交流电转换为三相四线制的交流电，经输出变压器中的漏感与滤波电容组成的LC滤波器滤波后，作为辅助设备的电源提供给城轨车辆的辅助系统。

本实施例的技术方案通过对逆变电路中的逆变器采用空间矢量脉宽调制，并将输出变压器中漏感与滤波电容组组成低通滤波器，解决了现有技术中的辅助逆变器不能在波动较大的供电电压条件下实现满功率输出的问题，本实施例提供的城轨车辆辅助逆变器能够适应波动较大的列车供电电压，并实现满功率输出，且输出电压值及谐波含量能够满足辅助设备的需要，可靠性高，电路简单易于维护，缩小了外观尺寸，在节约空间的同时降低了成本。

上述技术方案采用晶闸管作为充电保护开关，具有响应速度快、故障率低等优点，能够快速调节滤波电容两端的充电电压，稳定逆变电路的输入电压，同时也能够延长滤波电容的使用寿命，提高辅助逆变器的稳定性。

优选的，逆变电路3还可以采用复合母排，用于连接逆变器31、突波电容32及其他电路器件，以降低电路中的杂散电感，减少尖峰电压产生，提高辅助逆变器的可靠性。

在上述技术方案的基础上，输出电路4还可以包括第一输出电压传感器43、第二输出电压传感器44和第三输出电压传感器45以及第一输出电流传感器46、第二输出电流传感器47和第三输出电流传感器48，其中，一个输出电压传感器与输出三相交流电的其中两相并联连接，用于检测输出电压，一个输出电流传感器串联接入输出三相交流电的其中一相，用于检测输出电流。输出电压传感器和输出电流传感器将检测到的电压值和电流值提供给辅助控制单元5中的逆变器控制板52，用以实现反馈控制。逆变器控制板52根据传感器检测到的电压值和电流值分析计算，发出调整后的控制信号，调节逆变器31的通断频率，以使辅助逆变器能够适应波动较大的供电电压，并维持满功率输出，为辅助设备供电。

上述技术方案中辅助控制单元5提供了一种实施方式，也可采用其它实现方式，例如采用晶闸管控制单元或逆变器控制单元与城轨车辆控制系统直接通信的方式，而不通过网关控制板，以缩短响应时间，降低输出信号的超调量，尽快达到稳定状态。类似的，本领域技术人员也可根据具体情况采用熟知的技术方案，以实现对输入电路和逆变电路的控制。

本实施例还提供一种城轨车辆，包括上述实施例提供的城轨车辆辅助逆变器，具备与上述实施例相同的技术效果。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (5)

1.一种城轨车辆辅助逆变器，包括输入电路、滤波电路、逆变电路、输出电路和辅助控制单元，其特征在于：

所述逆变电路的逆变器采用空间矢量脉宽调制；

所述输出电路，包括输出变压器和滤波电容组，所述输出变压器中的漏感与所述滤波电容组组成低通滤波器。

2.根据权利要求1所述的城轨车辆辅助逆变器，其特征在于，所述输入电路中的电容充电电路包括二极管、充电电阻以及晶闸管，所述二极管和充电电阻串联连接，所述晶闸管与所述二极管和充电电阻并联连接。

3.根据权利要求2所述的城轨车辆辅助逆变器，其特征在于，所述辅助控制单元包括晶闸管控制板、逆变器控制板和网关控制板；

所述网关控制板用于实现所述晶闸管控制板、逆变器控制板与控制系统之间的通信。

4.根据权利要求1所述的城轨车辆辅助逆变器，其特征在于，所述逆变电路还包括复合母排；

所述复合母排用于连接所述逆变器和其他电路器件。

5.一种城轨车辆，其特征在于，包括权利要求1-4任一所述的城轨车辆辅助逆变器。

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