CN107546968A - 一种铁路电源谐波治理稳压系统 - Google Patents

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赵娜
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Abstract

本发明公开了一种铁路电源谐波治理稳压系统，其包括整流模块，与整流模块的输出端相连接的逆变模块，与逆变模块的输出端相连接的变压模块；整流模块为单相输入整流模块；逆变模块包括三组并联的单相H桥逆变单元；变压模块包括三组分别与三组单相H桥逆变单元一一对应连接的单相变压器；每个单相变压器与H桥逆变单元之间均串联有滤波电抗器；单相变压器的副边接成星型，星点作为输出N线。本发明整流模块采用单相输入且逆变模块三组H桥公用直流母线，节省了整流侧成本和体积，且能够适应只提供单相电源的应用条件，可以输出三组独立的220V单相电源或者一组380V三相。

Description

一种铁路电源谐波治理稳压系统
技术领域
本发明涉及电源领域，具体涉及一种铁路电源谐波治理稳压系统。
背景技术
目前市场中，铁路电源系统多采用单相电源输入、单相电源输出或者三相四线电源输入、三相四线电源输出的方式。
其中，单相输入单相输出的方式只适用于单相220V负载，无法满足三相负载的要求，且无法保证多种不同规格的单相负载同时运行；三相输入三相输出的方式，网侧整流一般配置全桥整流，体积大成本高，机侧逆变一般配置三相全桥逆变，无法满足负载严重不平衡的情况，即无法满足多个不同规格的单相负载。铁路用稳压电压的输入电压波动较大，在这种情况下要求三相输出电压每一相在接入不同的负载时都能输出稳定电压值，现有电源无法满足这应用条件。
发明内容
针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种铁路电源谐波治理稳压系统解决了每一相在接入不同的负载时都能输出稳定电压值。
为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：
提供一种铁路电源谐波治理稳压系统，其包括整流模块，与整流模块的输出端相连接的逆变模块，与逆变模块的输出端相连接的变压模块；整流模块为单相输入整流模块；逆变模块包括三组并联的单相H桥逆变单元；变压模块包括三组分别与三组单相H桥逆变单元一一对应连接的单相变压器；每个单相变压器与H桥逆变单元之间均串联有滤波电抗器；单相变压器的副边接成星型，星点作为输出N线。
进一步地，单相输入整流模块为并联的整流二极管组VD1和整流二极管组VD2组成的桥式整流电路，整流二极管组VD1和整流二极管组VD2均由两个二极管按照阴极阳极串联连接组成，在每个阴极阳极串联的节点上分别连接输入L线和输入N线。
进一步地，每个H桥逆变单元均包括两组由两个绝缘栅双极型晶体管按照发射极和集电极串联电路组成的并联电路，每组串联电路的集电极和发射极连接处分别连接至单相输入整流模块的两个输出接口；每个绝缘栅双极型晶体管的门极均作为输出端。
进一步地，每个单相变压器的主边与N线之间分别连接有滤波电容C1、滤波电容C2和滤波电容C3。
进一步地，单相输入整流模块的两个输出接口之间连接有直流支撑电容C。
本发明的有益效果为：
1、实现铁路电源系统单相输入，三组单相电源独立输出或一组三相电源输出使电源系统能够独立调节不同规格的单相负载，在输入电压波动较大的情况下，保证每一相输出电压稳定。逆变模块输出后接滤波电抗器(LC滤波器)，用以把pwm波形滤成正弦波，保证谐波小于5％。
2、整流模块采用单相输入，使用二极管不可控整流电路(桥式电路)，提供逆变器直流，整流用二极管过载能力强，可靠性比用IGBT高，成本低，输入不平衡时不受影响。
3、逆变模块采用三组单相H桥分别调制，三组H桥公用一组直流母线，各相分别采用输出电压闭环控制的方式，保证每相输出电压稳定在设定值；三相输出各自滤波后接三个单相变压器输出，单相变压器副边接成星型，星点作为输出的N线，可提供三组220V单相负载或者一组380V三相负载。逆变模块每相输出连接单相变压器(升压变压器)可以保证输入电压大幅下跌时，每相输出电压仍然能够达到设定值。
附图说明
图1为本发明的电路图；
图2为本发明逆变模块闭环控制的原理图。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
如图1所示，该铁路电源谐波治理稳压系统包括整流模块，与整流模块的输出端相连接的逆变模块，与逆变模块的输出端相连接的变压模块；整流模块为单相输入整流模块；逆变模块包括三组并联的单相H桥逆变单元；变压模块包括三组分别与三组单相H桥逆变单元一一对应连接的单相变压器(图1中的T1、T2和T3)；每个单相变压器与H桥逆变单元之间均串联有滤波电抗器(图1中的L1、L2和L3)；单相变压器的副边接成星型，星点作为输出N线。
单相输入整流模块为并联的整流二极管组VD1和整流二极管组VD2组成的桥式整流电路，整流二极管组VD1和整流二极管组VD2均由两个二极管按照阴极阳极串联连接组成，在每个阴极阳极串联的节点上分别连接输入L线和输入N线。
每个H桥逆变单元均包括两组由两个绝缘栅双极型晶体管按照发射极和集电极串联电路组成的并联电路，每组串联电路的集电极和发射极连接处分别连接至单相输入整流模块的两个输出接口；每个绝缘栅双极型晶体管的门极均作为输出端。
每个单相变压器与H桥逆变单元之间均串联有滤波电抗器；每个单相变压器的主边与N线之间分别连接有滤波电容C1、滤波电容C2和滤波电容C3。单相输入整流模块的两个输出接口之间连接有直流支撑电容C，滤波电抗器为LC滤波器。
再具体实施过程中，交流输入接滤波器，滤除电源产生的谐波，滤波器后接软启动电阻，防止合闸时电流冲击，之后接本发明的整流模块，整流模块向逆变模块提供直流。二极管整流过载能力强，可靠性比用IGBT高，成本低，输入不平衡时不受影响；直流支撑电容C采用薄膜电容，发热量小可靠性高。
如图2所示，逆变模块采用三组单相H桥分别调制，具体控制策略为带前馈控制的闭环控制方式：采样实际输出的相电压的幅值V_fbk与希望输出的相电压的幅值V_Ref进行比较，其差值经PI调解后，得到调制度M的调节量ΔM，该调节量ΔM与调制度M进行前馈控制后，形成新的PWM波形。其中调制度M跟随当前母线电压而变化。采样当前母线电压值，将其与常规母线电压值进行比较，如果当前母线电压高于常规母线电压值，则按照比例减小调制度M；反之，则增大调制度M；逆变模块各组输出电压经过各自电抗器滤波后接一个单相变压器输出，三个单相变压器的副边接成星型，星点作为输出的N线，可提供三组220V单相负载或者一组380V三相负载。逆变电路输出后接LC滤波器，用以把pwm波形滤成正弦波，保证谐波小于5％。单相变压器可以起到升压的作用，在输入电压大幅下跌时，可是使输出电压仍然能够达到设定值。
综上所述，本发明整流模块采用单相输入且逆变模块三组H桥公用直流母线，节省了整流侧成本和体积，且能够适应只提供单相电源的应用条件，可以输出三组独立的220V单相电源或者一组380V三相。

Claims (5)

1.一种铁路电源谐波治理稳压系统，其特征在于：包括整流模块，与所述整流模块的输出端相连接的逆变模块，与所述逆变模块的输出端相连接的变压模块；所述整流模块为单相输入整流模块；所述逆变模块包括并联的三组单相H桥逆变单元；所述变压模块包括三组分别与所述三组单相H桥逆变单元一一对应连接的单相变压器；每个所述单相变压器与H桥逆变单元之间均串联有滤波电抗器；所述单相变压器的副边接成星型，星点作为输出N线。
2.根据权利要求1所述的铁路电源谐波治理稳压系统，其特征在于：所述单相输入整流模块为并联的整流二极管组VD1和整流二极管组VD2组成的桥式整流电路，所述整流二极管组VD1和整流二极管组VD2均由两个二极管按照阴极阳极串联连接组成，在每个阴极阳极串联的节点上分别连接输入L线和输入N线。
3.根据权利要求1所述的铁路电源谐波治理稳压系统，其特征在于：每个所述H桥逆变单元均包括两组由两个绝缘栅双极型晶体管按照发射极和集电极串联电路组成的并联电路，每组串联电路的集电极和发射极连接处分别连接至所述单相输入整流模块的两个输出接口；每个所述绝缘栅双极型晶体管的门极均作为输出端。
4.根据权利要求3所述的铁路电源谐波治理稳压系统，其特征在于：每个所述单相变压器的主边与N线之间分别连接有滤波电容C1、滤波电容C2和滤波电容C3。
5.根据权利要求1-4任一所述的铁路电源谐波治理稳压系统，其特征在于：所述单相输入整流模块的两个输出接口之间连接有直流支撑电容C。
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