CN1082708C - 降压装置及由装有此装置的单相电网供电的异步牵引系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种降压装置它至少有一对强制转换单相整流器(1、2或1、6)，它们依靠主牵引变压器T的副边绕组(次级线圈)(3、4或3、5)进行整流，产生于直流电网上的功率通过上述的主牵引变压器传输，上述的能量靠副边绕组(5)回收，方法是通过强制转换单相整流器(6)按受控升压整流器方式工作，上述其他的强制转换单相整流器(1、2)以电压变换器同步方式进行工作。本发明还涉及由装有上述降压装置的单相电网所供电的异步牵引系统。

Description

降压装置及由装有此装置的单相电网供电的异步牵引系统
本发明一般说来涉及的是单相电网供电的异步牵引系统，特别涉及了降压装置以及涉及由装有该降压装置的单相电网供电的异步牵引系统：
依据现有技术状态，单相电网供电的异步牵引系统主要是借助于可控制牵引电动机的电压变换器(逆变器)以及强制转换单相整流器，它可输出作为变换器电压源的中间直流电压。
这些现有技术的牵引系统，只能够通过调整变换器和单相整流器的桥臂来保持它们中间直流电压的稳定。
在某些应用中，牵引系统必须同时在几个直流和交流供电网的作用下才能运行，例如在3000v供电电压和直流下。
在这样一些应用中，变换器和单相整流器不能直接与直流高压相连。其中一种已知的解决方法是通过重新调配整流器的桥臂以便得到串并联(混联)的振荡式变流器(斩波器)，目的是在3000v的供电压下重新调节成同样的中间直流电压，它可在单相供电下向牵引变换器供电。
其中一种实施以上解决方法的途径是通过利用机电的方法调整电路改变功率或通过采用平波电抗器的方法来完成的。
有时也可以用单相牵引变压器的副边绕组来代替电抗器。
这些已知方法的共同缺陷在于需要许多中间电压。
这些中间电压还不是相对于同一电位。
举例来说：其中一个中间电压直接与供电电压的正极接线柱相连接。其直接导致的结果是，在此中间电压下游方的所有设备都必须具有耐压绝缘设计，例如承受3000v，相对接地而言的，或者根据IEC标准，须具有9500v(rms)，50HZ的承受能力。
该绝缘规格的负荷要求从绝缘线路的距离角度考虑应留有余量，而且还要增强半导体冷却系统的热阻。
本发明的目的是：在单相电网供电的异步牵引系统中所使用的降压装置，它不需要许多中间电压。
本发明降压装置的主旨是仅形成一个中间直流电压。
中间直流电压值约相当于输入电压的一半。
中间直流电压是通直流电式地或其它方式与供电电网相隔离的。
依照本发明，降压装置的特点在于：至少有一对强制整流的单相整流器，连接到主牵引变压器的副边绕组上，产生于直流电网的功率通过上述主牵引变压器传输，上述的能量在副边绕组上得以回收，其方法是通过采用强制转换的整流器，它以受控升压整流器方式进行整流的，上述其他的强制转换单相整流器通过同步的方法以电压变换器形式进行整流，上述主变压器T的原边绕组处于开路状态。
根据本发明的第一种优选实施方案，本发明降压装置至少具有一种下述特征：
第一个和第二个强制转换单相整流器分别向主牵引变压器的第一个和第二个副边绕组提供电压，上述第一个和第二个单相整流器通过同步方法按全波电压变换器形式进行整流，并分别提供供电电压给上述牵引变压器的所述第一个和第二个副边绕组，同时第三个强制转换单相整流器以受控升压受控整流器方式整流并通过所述主牵引变压器的第三个副边绕组提供供电电压。
上述主牵引变压器的第一个，第二个和第三个副边绕组具有相同的匝数。
根据另一个优选实施方案，本发明的降压装置应满足以下特征，按照该特征，所述每对的上述第一及第二强制转换单相整流器都是串联安装的，每一对所述整流器都是通过输入电压供电的。上述的第一组单相整流器都以电压变换器同步方式整流并为上述第一个与之相连接的主牵引变压器的第一副边绕组提供供电电压，而上述第二组强制转换单相整流器按受控升压整流器方式工作，并由与之相连接的主牵引变压器的第二个副边绕组提供供电电压。
根据任一种优选的实施方案，本发明降压装置至少具有下述一种特征：
上述主牵引变压器的第一和第二副边绕组的供电是采用一定频率的方波交流电压的方式实现的，同时，主牵引变压器T的磁路是不饱和的。
上述单相整流器按受控升压整流器方式工作，调节其直流输出电压值至略高于输入电压值的一半。
最后，依据另一个特征，本发明涉及一种单相电网供电的异步牵引系统，它配有如上述的降压装置。
本发明降压装置的优点就在于无需再借助于串并混联的振荡式变流器。
本发明的其它目的、特征及优点将在下面通过阅读降压装置优选实施方案的说明及参照附图的描述进一步显示出来，图中的情况是：
图1所描述的是依照本发明主旨优选实施方案的降压装置电路图，本装置带有直流电绝缘结构。
图2所描述的是依照本发明降压装置实施方案的不含有直流电绝缘的电路图。
图3是图2中所描述的降压装置的扩展，其中降压装置由6个单相整流器组成。
图1描述的是依照本发明的一种降压装置的优选实施方案电路图，此装置带有直流电绝缘。
第一个强制转换单相整流器1和第二个强制转换单相整流器2在输入电压E，例如3000v电压下串联供电。
第一个单相整流器1和第二个单相整流器2分别向主牵引变压器T的第一副边绕组3和第二副边绕组4提供供电电压。
第一个及第二个单相整流器以同步电压变换器方式进行工作。
第一个及第二个单相整流器为主牵引变压器的第一和第二副边绕组3、4提供供电电压，例如以交流方波电压的形式，比如一定频率的电压3000v/2，使主牵引变压器的磁路不发生饱和。
第三个强制转换单相整流器6由主牵引变压器T的第三副边绕组5提供供电电压。
该第三单相整流器6按受控升压整流器方式根据与单相电网下相同的原理进行工作，并调节其直流输出电压值S略高于3000v/2
主变压器T中含有一个原边绕组7处在开路状态下，因而原边绕组是未被利用的。
在上述过程中，假设主牵引变压器的三个副边绕组的匝数相同，例如在铁道牵引领域中就是这种情况。
中间直流电压是直流型绝缘的，并且比如在单相电网下可以相对于地M。
一种图中没有表述的控制第一和第二单相整流器的电子集成监控装置所具有的功能一方面可以平衡这些单相整流器之间的电压，另一方面可以确保在第一个和第二个副边绕组内没有直流电流存在。
这种可控制第一和第二单相整流器的电子集成装置可以在对第一和/或第二单相整流器的半导体导电周期比起作用的同时而对出现的电压差进行校正。
本发明降压装置含有处在开路状态下的主变压器原边绕组时就具有以下各项优点：
----它使用一个总相对于地的直流输出电压，
----它使用一种电压，可采用直流绝缘或没有直流绝缘。
----避免了由直流电压所供电的设备对输入电压的绝缘。
----避免了象现有技术那样使用大量的附加平波电抗器。
图2所描述的是依照本发明的无直流绝缘降压装置的优选实施方案电路图。
第一个强制转换单相整流器1和第二个强制转换单相整流器6都由输入电压E串联供电，例如3000v的输入电压。
第一个强制转换单相整流器1的整流功能与上述和图1有关的第一个单相整流器的工作过程相同。
第一个单相整流器1向主牵引变压器T的第一副边绕组3供电。
回顾一下，第一个单相整流器1以振荡器方式运行并输出交流方波电压，例如电压值为3000v/2，输到主牵引变压器的第一副边绕组3。
第二个强制转换单相整流器6由主牵引变压器T的第二个副边绕组5供电。
该第二个单相整流器6按照在单相电网下相同的原理，以受控升压整流器方式工作，并调节其输出相对于地的电压值S，例如略高于3000v/2。
主变压器T含有一个开路原边绕组7，因此原边绕组没有被利用。
第一个单相整流器1的监控装置(图中没有描述)的唯一作用就在于确保第一副边绕组中没有直流电流。
第二个单相整流器6的监控装置(图中没有描述)的作用就在于调整输出电压值S。
图3是图2中所描述的降压装置扩展成带有6个单相整流器的降压装置。
我们发现，在图3中有3对强制转换单相整流器1、6，每一对单相整流器都按输入电压E来供电，例如提供3000v的供电电压。
每个第一单相整流器1都与第一副边绕组3相连接，每个第二单相整流器6都与第二副边绕组5相连接。
第一组单相整流器1都为同一主牵引变压器T的每个第一副边绕组3提供供电电压。
第二组单相整流器6都以受控升压整流器方式工作，并把所有相对于地M的同一输出电压S调节到例如均略高于3000v/2的值。
主变压器T包含有一个原边绕组7(在开路状态下)，因而原边绕组未被利用。
从以上所描述的优选实施方案中的一种或另一种可以看到：本发明降压装置至少包括一对强制转换的单相整流器1、2或1、6，连接到主牵引变压器T的副边绕组3、4或3、5，来自于直流电网的功率通过主牵引变压器传输，能量在副边绕组5上得以回收，方法是强制转换单相整流器以受控升压整流器方式工作，其他的强制转换单相整流器1、2以电压变换器同步方式工作。
本发明降压装置特别适合应用于铁道牵引领域，但这并不是唯一的应用。
本发明同时还涉及由装有上述降压装置的单相电网所供电的异步牵引系统。

Claims (7)

1、一种用来产生单一中间直流电压的降压装置，其特征在于：它至少包括一对连接到主牵引变压器(T)的副边绕组(3、4或5)的强制转换单相整流器(1、2或1、6)，上述的一对包括一个同步电压变换器(1、2)和一个受控升压整流器(6)，上述同步电压变换器(1、2)连接到上述主牵引变压器(T)的上述副边绕组的第一个(3、4)上，且上述受控升压整流器(6)连接到上述主变压器的上述副边绕组的第二个(5)上，产生于直流电网上的功率通过上述主牵引变压器传送，且借助上述受控升压整流器(6)在上述副边绕组的上述第二个处被回收，其中，上述主变压器(T)的原边绕组(7)处于开路状态。
2、根据权利要求1的一种装置，其中，上述同步电压变换器(1)向上述副边绕组(3、4、5)的第一个(3)供电，上述受控升压整流器(6)由上述副边绕组的第二个(5)供电，上述装置还包括一个向上述副边绕组的第三个(4)供电的第二个同步电压变换器(2)。
3、根据权利要求1至2的任一项的一种装置，其中，上述的主牵引变压器(T)的上述第一、第二和上述第三副边绕组(3、4、5)具有相同的匝数。
4、根据权利要求1的一种装置，包括多个上述的对，其中，上述的对中的每一对的上述同步电压变换器(1)和上述受控升压整流器(6)相串联，上述同步电压变换器(1)向上述相连的主牵引变压器(T)的上述第一副边绕组(3)供电，且上述受控升压整流器(6)由上述相连的主牵引变压器(T)的上述第二副边绕组(5)供电。
5、根据权利要求1、2或4中的任一项的一种装置，其中，上述的主牵引变压器(T)的上述第一和第二副边绕组(3、4)连接到一定频率的方波交流电压，使得上述主牵引变压器的磁路不饱和。
6、根据权利要求1的一种装置，其中，上述受控升压整流器(6)将输出直流电压值调整为大于输入电压值的一半。
7、由一个单相主电源供电的异步牵引系统，包括一个根据权利要求1的一种电压装置。
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