CN105763065A - 一种可适用不同输入电压的车载逆变装置 - Google Patents

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赵清良
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Abstract

本发明公开了一种可适用不同输入电压的车载逆变装置，包括至少2个变换模块组和连接方式切换模块，所述变换模块组的输入端与连接方式切换模块连接，通过连接方式切换模块的切换实现变换模块输入端的串联或并联，所述变换模块组的输出端并联。本发明具有可用于具有不同输入电压的电网，切换灵活，开关损耗低、电能转换效率高等优点。

Description

一种可适用不同输入电压的车载逆变装置
技术领域
本发明涉及一种电能变换装置，尤其涉及一种可适用不同输入电压的车载逆变装置。
背景技术
铁路、高铁和地铁等轨道电力机车作为交通运输的主要装备，在国民经济建设中起到重要作用。电力机车的辅助电源设备为整车交流用电设备提供电源，是交通运输装备不可或缺的重要组成部分。逆变模块是辅助电源的重用组成部分，其适用的电气环境的范围直接决定了辅助电源设备的应用领域；其体积、功耗也决定着辅助电源的整体大小和效率。
图1为现有技术中电力机车辅助电源设备的常用电气结构：采用移相全桥逆变电路，由输入滤波电路、预充电电路、移相全桥逆变电路组成。其输入端为固定的输入电压制式，输出端接变压器后可连接不同的整流电路。现有的车载逆变模块其适用的供电制式，在设计之初即已确定。而实际应用中，电力机车存在DC750V和DC1500V两种不同电压等级的供电方式，现有的逆变模块不能同时应用于两种电压等级。使得需针对不同的应用环境设计、制造相应的逆变模块，增大了设计、调试、制造和管理的难度和成本。因此，研究一种可适用不同输入电压逆变装置，有着现实的突出意义。
发明内容
本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种可用于具有不同输入电压的电网，切换灵活，并具有低开关损耗、电能转换效率高的可适应不同输入电压的车载逆变装置。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：一种可适用不同输入电压的车载逆变装置，包括至少2个变换模块组和连接方式切换模块，所述变换模块组的输入端与连接方式切换模块连接，通过连接方式切换模块的切换实现变换模块输入端的串联或并联，所述变换模块组的输出端并联。
作为本发明的进一步改进，所述变换模块组包括依次串联的升压电路模块、逆变电路模块和二次整流电路模块。
作为本发明的进一步改进，所述变换模块组还包括驱动单元，用于为所述升压电路模块和逆变电路模块提供驱动脉冲。
作为本发明的进一步改进，所述变换模块组的逆变电路模块和二次整流电路模块之间还串联有隔离滤波电路模块。
作为本发明的进一步改进，还包括输入滤波电路模块，所述连接方式切换模块通过所述输入滤波电路模块与输入电源连接。
作为本发明的进一步改进，所述升压电路模块包括一个二极管和一个可控功率管；所述二极管正向串联在升压电路模块的正极输入端与输出端之间；所述可控功率管并联在升压电路模块的输入端的正极与负极之间。
作为本发明的进一步改进，所述逆变电路模块包括4个可控功率管，为全桥可控逆变模块。
作为本发明的进一步改进，所述二次整流电路模块包括4个二极管，为4桥臂整流模块。
作为本发明的进一步改进，所述隔离滤波电路模块包括滤波电容和隔离线圈绕组；所述滤波电容与隔离线圈绕组的原边侧串联后与所述逆变电路模块的输出端连接，隔离线圈绕组的副边侧与所述二次整流电路模块的输入端连接。
作为本发明的进一步改进，所述输入滤波电路模块包括串联在输入电源中的滤波电感和并联在输入电源正负极之间的滤波电容。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1、本发明可适用于具有不同输入电压的电网，通过连接方式切换模块可灵活的在不同电压的电网间灵活切换，从而可有效降低逆变装置的设计、调度成本。
2、变换模块组采用错相升压电路，可有效提高输出电流的质量。
3、逆变电路模块采用LLC软开关技术，可有效降低开关损耗，提高电能转换效率，实现大功率输出。
附图说明
图1为现有技术中电气结构示意图。
图2为本发明实施例的结构示意图。
图3为本发明实施例在串联状态下的等效结构示意图。
图4为本发明实施例在串联状态下的等效电路示意图。
图5为本发明实施例在并联状态下的等效结构示意图。
图6为本发明实施例在并联状态下的等效电路示意图。
图例说明：1、变换模块组；11、升压电路模块；12、逆变电路模块；13、隔离滤波电路模块；14、二次整流电路模块；15、驱动单元；2、连接方式切换模块；3、输入滤波电路模块。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。
如图2所示，本实施例，一种可适用不同输入电压的车载逆变装置，包括至少2个变换模块组1和连接方式切换模块2，变换模块组的输入端与连接方式切换模块2连接，通过连接方式切换模块2的切换实现变换模块输入端的串联或并联，变换模块组1的输出端并联。变换模块组1包括依次串联的升压电路模块11、逆变电路模块12和二次整流电路模块14。变换模块组1还包括驱动单元15，驱动单元15分别与升压电路模块11和逆变电路模块12的控制脉冲输入端连接，用于为升压电路模块11和逆变电路模块12提供驱动脉冲。逆变电路模块12和二次整流电路模块14之间还串联有隔离滤波电路模块13。
在本实施例中，采用2个变换模块组1。通过连接方式切换模块2，可切换2个变换模块组2之间的连接关系为串联或并联。图3显示了2个变换模块组为串联时的等效结构示意图，2个变换模块组1的输入端串联，输出端并联。图5显示了2个变换模块组为并联时的等效结构示意图，2个变换模块组1的输入端并联，输出端并联。
在本实施例中，2个变换模块组1的电路结构相同，以第一个变换模块组1为例进行详细说明。升压电路模块11包括一个二极管D1和一个可控功率管Q1；二极管D1串联在升压电路模块11的正极输入端与输出端之间，可控晶库管Q1并联在升压电路模块11的输入端的正极与负极之间。二极管D1的正极与输入端的正极连接，负极作为输出端的正极。可控功率管Q1的阳极与输入端正极连接，阴极与输入端的负极连接，同时作为输出端的负极，门极用于接收驱动单元4的控制脉冲。在升压电路模块11的输出端正负极之间，还并联的滤波电容C1。
在本实施例中，逆变电路模块12包括4个可控功率管Q1-1、Q1-2、Q1-3、Q1-4，为全桥可控逆变模块。4个可控功率管的门极接收驱动单元4的控制脉冲，实现交流输出。二次整流电路模块14包括4个二极管D1-1、D1-2、D1-3、D1-4，为4桥臂整流模块。二次整流电路模块14为自然换流，无需要控制脉冲驱动，无反向损耗，能耗小，效率高。
隔离滤波电路模块13包括滤波电容CS1和隔离线圈绕组T1；滤波电容CS1与隔离线圈绕组T1的原边侧串联后与逆变电路模块12的输出端连接，隔离线圈绕组T1的副边侧与二次整流电路模块14的输入端连接。通过隔离线圈绕组T1，可实现输入与输出之间的电气隔离，可有效降低输入端与输出端之间的电气干扰。
逆变电路模块12与隔离滤波电路模块13连接构成LLC（谐振）电路，谐振网络呈感性，可使逆变电路模块12的4个可控功率管工作在软开关状态，从而实现低能耗的高频工作，电能转换效率高，实现大功率输出，工作频率可达到10KHz以上。
在本实施例中，还包括有输入滤波电路模块3，升压电路模块11通过输入滤波电路模块2与电源连接。输入滤波电路模块3包括串联在输入端正极的电感L，和连接在输入端正极与负极之间的电容C。在升压电路模块11与输入滤波电路模块3之间，还串联的滤波电感LC1和LC2。
在本实施例中，车载逆变装置包括2个变换模块组1，2个变换模块组1的升压电路模块11的输入端通过连接方式切换模块2可以在串联与并联之间进行切换。当电网的电压为DC1500V时，如图3和图4所示，通过连接方式切换模块2切换2个变换模块组1的输入端连接方式为串联，实现DC700V的电压输出。当电网的电压为DC750V时，如图5和图6所示，通过连接方式切换模块2切换2个变换模块组1的输入端连接方式为并联，实现DC700V的电压输出。在本实施例中，2个变换模块组1的升压电路模块11采用错相升压，降低了电路中斩波电感和滤波电容的纹波电流，可有效提高输出端的电能质量。
上述只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种可适用不同输入电压的车载逆变装置，其特征在于：包括至少2个变换模块组（1）和连接方式切换模块（2），所述变换模块组的输入端与连接方式切换模块（2）连接，通过连接方式切换模块（2）的切换实现变换模块输入端的串联或并联，所述变换模块组（1）的输出端并联。
2.根据权利要求1所述的可适用不同输入电压的车载逆变装置，其特征在于：所述变换模块组（1）包括依次串联的升压电路模块（11）、逆变电路模块（12）和二次整流电路模块（14）。
3.根据权利要求2所述的可适用不同输入电压的车载逆变装置，其特征在于：所述变换模块组（1）还包括驱动单元（15），用于为所述升压电路模块（11）和逆变电路模块（12）提供驱动脉冲。
4.根据权利要求2所述的可适用不同输入电压的车载逆变装置，其特征在于：所述变换模块组（1）的逆变电路模块（12）和二次整流电路模块（14）之间还串联有隔离滤波电路模块（13）。
5.根据权利要求3所述的可适用不同输入电压的车载逆变装置，其特征在于：还包括输入滤波电路模块（3），所述连接方式切换模块（2）通过所述输入滤波电路模块（3）与输入电源连接。
6.根据权利要求1至5任一项所述的可适用不同输入电压的车载逆变装置，其特征在于：所述升压电路模块（11）包括一个二极管和一个可控功率管；所述二极管正向串联在升压电路模块（11）的正极输入端与输出端之间；所述可控功率管并联在升压电路模块（11）的输入端的正极与负极之间。
7.根据权利要求6所述的可适用不同输入电压的车载逆变装置，其特征在于：所述逆变电路模块（12）包括4个可控功率管，为全桥可控逆变模块。
8.根据权利要求7所述的可适用不同输入电压的车载逆变装置，其特征在于：所述二次整流电路模块（14）包括4个二极管，为4桥臂整流模块。
9.根据权利要求8所述的可适用不同输入电压的车载逆变装置，其特征在于：所述隔离滤波电路模块（13）包括滤波电容和隔离线圈绕组；所述滤波电容与隔离线圈绕组的原边侧串联后与所述逆变电路模块（12）的输出端连接，隔离线圈绕组的副边侧与所述二次整流电路模块（14）的输入端连接。
10.根据权利要求9所述的可适用不同输入电压的车载逆变装置，其特征在于：所述输入滤波电路模块（3）包括串联在输入电源中的滤波电感和并联在输入电源正负极之间的滤波电容。
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