CN106533198A - 一种基于高频变压器的铁路净化电源装置 - Google Patents

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Abstract

一种基于高频变压器的铁路净化电源装置，属于电力电子技术领域，其特征在于：本装置由三组结构相同的功率电路和无源滤波支路组成；所述的功率电路由一个功率单元或者更多功率单元输入侧和输出侧分别级联组成，其中功率单元由输入整流级、基于高频变压器的隔离级和输出逆变级三级组成；三组功率电路输入侧级联后构成单相输入，三组功率电路输出侧按照星接的方式通过无源滤波支路构成三相电源输出。本装置用到电气化铁路中，利用牵引网中单相高压电源作为输入，可以隔离牵引网电压的波动和谐波扰动，输出高质量稳定的三相电压，为铁路或者铁路沿线无市电区域提供电源，同时本装置具有易于模块化设计、体积小、重量轻和效率高特点。

Description

一种基于高频变压器的铁路净化电源装置
【技术领域】
本发明属于电力电子变换控制应用领域，涉及一种基于高频变压器的铁路净化电源装置。
【背景技术】
一方面，在高寒、高海拔、荒漠戈壁地区，常常有几百公里的无人区，周围没有公用电网接入或者接入公用电网线路太长；另一方面电气化铁路站内用电、贯通线、自闭线等高压电力供应必须得到保障。目前通常方式是采用传统变压器对牵引网电压进行变换，由于牵引网电压波动、电压谐波等电能质量问题严重，导致传统变压器输出的电压供给电力负荷使用时，电能质量得不到保证，还经常烧毁用电设备。
【发明内容】
为了解决现有技术方案存在的上述问题，本发明提出一种基于高频变压器的铁路净化电源装置。本发明解决现有技术问题所采用的技术方案为：
一种基于高频变压器的铁路净化电源装置，主要包含三组结构相同的功率电路及无源滤波支路组成；三组功率电路输入侧级联后构成单相输入，三组功率电路输出侧按照星接的方式经过无源滤波支路构成三相电源输出。
进一步地，所述的功率电路由一个或者更多功率单元组成；其中所述的功率电路中有两个或者两个以上功率单元组成时，需要将所有功率单元输入整流级输入端和输出逆变级输出端分别级联而成。
进一步地，所述的功率单元由输入整流级、基于高频变压器的隔离级和输出逆变级三级组成，其中隔离级的输入直流母线与输入整流级的输出直流两端并联，隔离级的输出直流母线与输出逆变级的直流电压支撑电容两端并联。
进一步地，所述的输入整流级由输入电抗器、二极管桥式整流桥和电容组成；输入整流级的输入端信号经过输入电抗器接入二极管桥式整流桥输入端，二极管桥式整流桥输出端与电容并联。为了获得更好的性能，此处二极管桥式整流桥可以由半控桥式整流桥或者全控桥式整流桥替代。
进一步地，所述的基于高频变压器隔离级由H桥逆变器、电感和电容串联滤波支路、高频隔离变压器和二极管桥式整流桥组成，其中H桥逆变器逆变输出一端与串联滤波支路串联后，接入高频隔离变压器原边的一端，隔离变压器原边的另一端接入H桥逆变器逆变输出另一端；隔离变压器副边接入二极管桥式整流桥的输入端。
进一步地，所述的输出逆变级由电容和H桥型逆变桥组成，其中电容为H桥型逆变桥直流电压支撑电容。
进一步地，所述的无源滤波支路目的是滤除三组功率电路输出中的高频成分。
本方法的有益效果如下：
本发明的一种铁路净化电源装置通过上述技术方案并应用到电气化铁路系统中，可以实现牵引网27.5kV单相电压作为输入，通过电力电子变换和控制以及高频变压器进行隔离，最终逆变出质量高、稳定可靠的三相电压，为铁路或者铁路沿线无市电区域提供电源。同时本装置具有易于模块化设计、体积小、重量轻和效率高特点。
【附图说明】
图1为本发明一种基于高频变压器的铁路净化电源装置结构图。
图2为本发明一种基于高频变压器的铁路净化电源装置的功率单元结构图。
图3为本发明一种基于高频变压器的铁路净化电源装置的基于高频变压器的隔离级结构图。
图4为本发明一种基于高频变压器的铁路净化电源装置的输入整流级三种结构。
图5为本发明一种基于高频变压器的铁路净化电源装置的无源滤波支路结构图。
【具体实施方式】
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示：
本发明由三组结构相同的功率电路(1)、功率电路(2)和功率电路(3)及无源滤波支路(4)组成；三组功率电路输入侧级联后构成单相输入，三组功率电路输出侧按照星接的方式通过无源滤波支路(4)构成三相电源输出。本发明中的功率电路由一个或者更多功率单元(5)组成；其中所述的功率电路中有两个或者两个以上功率单元(5)组成时，需要将所有功率单元(5)输入整流级输入端和输出逆变级输出端分别级联而成。
如图2所示：
本发明所述的功率单元(5)由输入整流级(6)、基于高频变压器隔离级(7)和输出逆变级(8)三级组成，其中隔离级(7)的输入直流母线与输入整流级(6)的输出直流两端并联，隔离级(7)的输出直流母线与输出逆变级(8)的直流电压支撑电容C2两端并联；输出逆变级(8)由电容C2和H桥型逆变桥组成，其中电容C2为H桥型逆变桥直流电压支撑电容。
图3给出了本发明所述的输入整流级(6)三种结构。图3(a)中输入整流级(6)由输入电抗器Li、二极管桥式整流桥和电容C1组成；输入整流级(6)的输入端信号经过输入电抗器Li接入二极管桥式整流桥输入端，二极管桥式整流桥输出端与电容C1并联。如图3(b)和图3(c)所示，图3(a)中的二极管桥式整流桥分别由全控桥式整流桥、半控桥式整流桥替代，构成输入整流级(6)另外两种结构。图3(a)所述的输入整流级(6)结构简单，成本低，无需额外的控制，但是其输入特性有较大谐波，输入功率因数不易满足电网需求；图3(b)所述的输入整流级(6)控制复杂，成本高，但是其输入特性谐波和功率功率因数可以满足电网需求；图3(c)所述的输入整流级(6)控制较复杂，成本较高，输入功率因数可以满足电网需求，但是输入谐波较大。
如图4所示：
本发明所述的基于高频变压器隔离级(7)由H桥逆变器(9)、电感Lr和Cr串联滤波支路(10)、高频隔离变压器T(11)和二极管桥式整流桥(12)组成，其中H桥逆变器(9)逆变输出一端与串联滤波支路(10)串联后，接入高频隔离变压器T(11)原边的一端，隔离变压器T(11)原边的另一端接入H桥逆变器(9)逆变输出另一端；隔离变压器T(11)副边接入二极管桥式整流桥(12)的输入端；DC1(+)和DC1(-)构成输入直流母线，DC2(+)和DC3(-)构成输出直流母线；高频隔离变压器T(11)工作频率一般大于200赫兹；串联滤波支路(10)中的电感Lr可以由高频隔离变压器T(11)的原边漏感取代。
图5给出了本发明所述的无源滤波支路(4)一种结构，无源滤波支路(4)为LCRL型滤波电路，滤波电路的电阻R和电容C串联组成RC支路，RC支路接成星形连接。无源滤波支路(4)可以滤除三组功率电路输出中的高频成分。
本发明没有采用传统的工频变压器进行高低压变换和隔离，减少了装置重量和体积，同时本装置具有易于模块化设计和效率高特点，尤其是在轻载工况下，大大提高运行效率。

Claims (7)

1.一种基于高频变压器的铁路净化电源装置，其特征在于：本装置由三组结构相同的功率电路(1)、功率电路(2)和功率电路(3)及无源滤波支路(4)组成；三组功率电路输入侧级联后构成单相输入，三组功率电路输出侧按照星接的方式通过无源滤波支路(4)构成三相电源输出。
2.根据权利要求1所述铁路净化电源装置，其特征在于：所述的功率电路由一个或者更多功率单元(5)组成；其中所述的功率电路中有两个或者两个以上功率单元(5)组成时，需要将所有功率单元(5)输入整流级输入端和输出逆变级输出端分别级联而成。
3.根据权利要求2所述铁路净化电源装置，其特征在于：所述的功率单元(5)由输入整流级(6)、基于高频变压器的隔离级(7)和输出逆变级(8)三级组成，其中隔离级(7)的输入直流母线与输入整流级(6)的输出直流两端并联，隔离级(7)的输出直流母线与输出逆变级(8)的直流电压支撑电容C2两端并联。
4.根据权利要求3所述铁路净化电源装置，其特征在于：所述的输入整流级(6)由输入电抗器Li、二极管桥式整流桥和电容C1组成；输入整流级(6)的输入端信号经过输入电抗器Li接入二极管桥式整流桥输入端，二极管桥式整流桥输出端与电容C1并联。为了获得更好的性能，此处二极管桥式整流桥可以由半控桥式整流桥或者全控桥式整流桥替代。
5.根据权利要求3所述铁路净化电源装置，其特征在于：所述的基于高频变压器的隔离级(7)由H桥逆变器(9)、电感Lr和Cr串联滤波支路(10)、高频隔离变压器T(11)和二极管桥式整流桥(12)组成，其中H桥逆变器(9)逆变输出一端与串联滤波支路(10)串联后，接入高频隔离变压器T(11)原边的一端，隔离变压器T(11)原边的另一端接入H桥逆变器(9)逆变输出另一端；隔离变压器T(11)副边接入二极管桥式整流桥(12)的输入端；DC1(+)和DC1(-)构成输入直流母线，DC2(+)和DC3(-)构成输出直流母线；高频隔离变压器T(11)工作频率一般大于200赫兹；串联滤波支路(10)中的电感Lr可以由高频隔离变压器T(11)的原边漏感取代。
6.根据权利要求3所述铁路净化电源装置，其特征在于：所述的输出逆变级(8)由电容C2和H桥型逆变桥组成，其中电容C2为H桥型逆变桥直流电压支撑电容。
7.根据权利要求1所述铁路净化电源装置，其特征在于：所述的无源滤波支路(4)滤除三组功率电路输出中的高频成分。
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