CN113630026A - 一种变流器的共模电流抑制方法、装置以及变流器 - Google Patents

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朱和祥
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Abstract

本申请公开了一种变流器的共模电流抑制方法，包括：将变流器的功率单元与地绝缘；将所述功率单元与所述变流器的箱体外壳通过导线相连，形成包含所述功率单元与所述箱体外壳、用于消耗共模电流的回流通路；在所述功率单元与所述箱体外壳之间设置滤波电路。应用该方法能够高效的抑制共模电流，降低对轨旁设备的干扰。本申请还公开了一种变流器的共模电流抑制装置以及变流器，均具有上述技术效果。

Description

一种变流器的共模电流抑制方法、装置以及变流器
技术领域
本申请涉及变流器技术领域，特别涉及一种变流器的共模电流抑制方法；还涉及一种变流器的共模电流抑制装置以及变流器。
背景技术
变流器可将直流电逆变成电压和频率均可调的三相交流电，用于驱动牵引电动机。变流器的输出端U、V、W输出的电压的基波相角互差120°，在PWM控制方式下，三相输出的和的瞬时值不为零，会存在共模电压。变流器的电力开关器件通常为IGBT开关，在PWM控制方式下，IGBT开关会产生较高的dv/dt，即产生较高的电压变化率。共模电压和较高的电压变化率会作用在变流器的寄生电容上，不仅会产生充放电电流，而且由于寄生电容的积累作用会使变流器的功率单元电压升高，从而产生共模电流。共模电流会耦合到车体地或负线上，进而干扰轨旁设备，因此需要抑制共模电流。
目前，抑制共模电流的方案包括：方案1、通过特定谐波消除PWM调制，降低变流器的共模电流。方案2、在变流器内部增加EMC电容，提供共模电流回流路径。然而，对于方案1，由于列车中变流器的开关频率较低(500Hz以下)，因此方案1对高次谐波作用有限，共模电流的抑制效果不佳。对于方案2，由于列车回路复杂，EMC电容的选用需要参照经验数据，系统匹配较为复杂；另外，电容长时间使用其容值容易发生变化，可能会导致系统无法匹配，致使无法有效的抑制共模电流。
有鉴于此，如何高效的抑制共模电流已成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
本申请的目的是提供一种变流器的共模电流抑制方法，能够高效的抑制共模电流，降低对轨旁设备的干扰。本申请的另一个目的是提供一种变流器的共模电流抑制装置以及变流器，均具有上述技术效果。
为解决上述技术问题，本申请提供了一种变流器的共模电流抑制方法，包括：
将变流器的功率单元与地绝缘；
将所述功率单元与所述变流器的箱体外壳通过导线相连，形成包含所述功率单元与所述箱体外壳、用于消耗共模电流的回流通路；
在所述功率单元与所述箱体外壳之间设置滤波电路。
可选的，所述在所述功率单元与所述箱体外壳之间设置滤波电路包括：
在所述功率单元的散热器基板与所述箱体外壳之间设置所述滤波电路。
可选的，所述滤波电路包括陷波滤波器。
可选的，还包括：
获取轨旁设备的频率段；
根据获取到的所述频率段，调节所述滤波电路的电路参数，以改变所述共模电流的峰值。
为解决上述技术问题，本申请还提供了一种变流器的共模电流抑制装置，包括：
第一设置模块，用于将变流器的功率单元与地绝缘；
连接模块，用于将所述功率单元与所述变流器的箱体外壳通过导线相连，形成包含所述功率单元与所述箱体外壳、用于消耗共模电流的回流通路；
第二设置模块，用于在所述功率单元与所述箱体外壳之间设置滤波电路。
可选的，所述第二设置模块具体用于在所述功率单元的散热器基板与所述箱体外壳之间设置所述滤波电路。
可选的，还包括：
获取模块，用于获取轨旁设备的频率段；
调节模块，用于根据获取到的所述频率段，调节所述滤波电路的电路参数，以改变所述共模电流的峰值。
为解决上述技术问题，本申请还提供了一种变流器，所述变流器的功率单元与地绝缘；所述功率单元与所述变流器的箱体外壳通过导线相连，形成包含所述功率单元与所述箱体、用于消耗共模电流的回流通路；所述功率单元与所述箱体外壳之间设置有滤波电路。
可选的，所述滤波电路包括陷波滤波器。
可选的，所述滤波电路位于所述功率单元的散热器基板与所述箱体外壳之间。
本申请所提供的变流器的共模电流抑制方法，包括：将变流器的功率单元与地绝缘；将所述功率单元与所述变流器的箱体外壳通过导线相连，形成包含所述功率单元与所述箱体外壳、用于消耗共模电流的回流通路；在所述功率单元与所述箱体外壳之间设置滤波电路。
可见，本申请所提供的变流器的共模电流抑制方法，将变流器的功率单元与地绝缘，切断了共模电流流入接地端的通路，从根本上抑制共模电流传导到负线轮轨。功率单元与变流器的箱体外壳通过导线相连，形成包含功率单元与箱体的回流通路，使共模电流在此回流通路中进行消耗。另外，通过在功率单元与箱体外壳之间设置滤波电路，可以使功率单元产生的共模电流更多的在包含功率单元与箱体的回流通路中循环、消耗。回流通路中的共模电流越多，对外传导的干扰也就越少，从而可以有效的降低对轨旁设备的干扰。
本申请所提供的变流器的共模电流抑制装置以及变流器均具有上述技术效果。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例所提供的一种变流器的共模电流抑制方法的流程示意图；
图2为本申请实施例所提供的一种变流器的示意图；
图3为本申请实施例所提供的一种变流器的共模电流抑制装置的示意图。
具体实施方式
本申请的核心是提供一种变流器的共模电流抑制方法，能够高效的抑制共模电流，降低对轨旁设备的干扰。本申请的另一个核心是提供一种变流器的共模电流抑制装置以及变流器，均具有上述技术效果。
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
请参考图1，图1为本申请实施例所提供的一种变流器的共模电流抑制方法的流程示意图，参考图1所示，该方法包括：
S101：将变流器的功率单元与地绝缘；
具体的，将变流器的功率单元(主要包括支撑电容、叠层母排、散热器)与地绝缘是指将变流器的功率单元与地断开，即变流器的功率单元不接地。变流器的功率单元可视为一个干扰源，功率单元产生的共模电流会传导至轮轨，干扰轨旁设备。通过将变流器的功率单元与地绝缘，可以在根本上抑制功率单元产生的共模电流导入轮轨，从而减少对轨旁设备的干扰。所谓轨旁设备是指列车轮轨附近设置的设备。
S102：将所述功率单元与所述变流器的箱体外壳通过导线相连，形成包含所述功率单元与所述箱体外壳、用于消耗共模电流的回流通路；
具体的，本步骤旨在对功率单元与变流器的箱体外壳进行绝缘处理，将功率单元与箱体外壳之间仅通过导线连接，形成包含功率单元与箱体外壳的回流通路，共模电流在此回流通路中循环、消耗。另外，将箱体外壳通过导线与接地系统相连。
其中，回流通路除包含功率单元与箱体外壳外，还包含电机三相线、电机外壳等。
S103：在所述功率单元与所述箱体外壳之间设置滤波电路。
具体的，本步骤旨在将所述功率单元与所述变流器的箱体外壳通过导线连接，形成包含所述功率单元与所述箱体外壳的回流通路的基础上，进一步在此回流通路上设置滤波电路，具体在功率单元与箱体外壳之间设置滤波电路。在滤波电路的作用下，共模电流更容易、更多的在此回流通路中循环、消耗。在干扰源总量一定的情况下，在回流通路中的共模电流越多，自然对外传导的共模电流就越少，对外干扰也就越少，从而减少对轨旁设备的干扰。
其中，在一种具体的实施方式中，所述在所述功率单元与所述箱体外壳之间设置滤波电路包括：在所述功率单元的散热器基板与所述箱体外壳之间设置所述滤波电路。
具体而言，本实施例具体在功率单元的散热器基板与变流器的箱体外壳之间设置滤波电路。此时，回流通路包括功率单元、散热器基板、滤波电路、箱体、电机三相线、电机外壳等。
另外，在一种具体的实施方式中，所述滤波电路包括陷波滤波器。
具体而言，本实施例中，滤波电路具体包括陷波滤波器，该陷波滤波器具体可设置于散热器基板与变流器的箱体外壳之间。
例如，参考图2所示，图2中Ces表示功率单元中功率器件及叠层母排对散热器基板的寄生电容，Csf表示电机三相线与电机外壳之间的寄生电容。标号10表示功率单元，标号20表示散热器基板，标号30表示陷波滤波器，标号40表示变流器的箱体与列车的车体，标号50表示电机外壳，标号60表示电机三相线。
功率器件及叠层母排、寄生电容Ces、陷波滤波器、箱体外壳、电机外壳、寄生电容Csf、电机三相线形成了完整的回流通路(图2中箭头所指的回流通路)，共模电流在此回流通路中循环、消耗。
可以明白的是，滤波电路包括陷波滤波器的实施例仅为本申请提供的一种实施方式，而非唯一限定，还可以采用其他滤波器。
进一步，在上述实施例的基础上，作为一种具体的实施方式，还可以包括：获取轨旁设备的频率段；根据获取到的所述频率段，调节所述滤波电路的电路参数，以改变所述共模电流的峰值。
具体而言，通过调节滤波电路的电路参数，可以改变回流通路中不同频率段的共模电流的峰值，以此降低对轨旁设备的干扰。
例如，地铁列车在铁轨旁一般设置有计轴设备，计轴设备易被干扰的频率段是一定的，传导干扰峰值仅需小于被干扰的计轴设备的频率段即可，因此，通过调节滤波电路的电路参数，可以改变传导干扰峰值，使传导干扰峰值小于被干扰的计轴设备的频率段，从而降低对计轴设备的干扰。
对于滤波电路包括陷波滤波器的情况，通过调节陷波滤波器的参数，即可改变传导干扰峰值，降低对轨旁设备的干扰，因而上述抑制共模电流的方法具有较好的通用性。
综上所述，本申请所提供的变流器的共模电流抑制方法，包括：将变流器的功率单元与地绝缘；将所述功率单元与所述变流器的箱体外壳通过导线相连，形成包含所述功率单元与所述箱体外壳、用于消耗共模电流的回流通路；在所述功率单元与所述箱体外壳之间设置滤波电路。可见，本申请所提供的变流器的共模电流抑制方法，将变流器的功率单元与地绝缘，切断了共模电流流入接地端的通路，从根本上抑制共模电流传导到负线轮轨。功率单元与变流器的箱体外壳通过导线相连，形成包含功率单元与箱体外壳的回流通路，使共模电流在此回流通路中进行消耗。另外，通过在功率单元与箱体外壳之间设置滤波电路，可以使功率单元产生的共模电流更多的在包含功率单元与箱体的回流通路中循环、消耗。回流通路中的共模电流越多，对外传导的干扰也就越少，从而可以有效的降低对轨旁设备的干扰。
本申请还提供了一种变流器的共模电流抑制装置，下文描述的该装置可以与上文描述的方法相互对应参照。请参考图3，图3为本申请实施例所提供的一种变流器的共模电流抑制装置的示意图，结合图3所示，该装置包括：
第一设置模块1，用于将变流器的功率单元与地绝缘；
连接模块2，用于将所述功率单元与所述变流器的箱体外壳通过导线相连，形成包含所述功率单元与所述箱体外壳、用于消耗共模电流的回流通路；
第二设置模块3，用于在所述功率单元与所述箱体外壳之间设置滤波电路。
具体而言，第一设置模块1将变流器的功率单元与地绝缘是指，第一设置模块1将变流器的功率单元与地断开，即变流器的功率单元不接地。功率单元可视为一个干扰源，功率单元产生的共模电流会传导至轮轨，干扰轨旁设备。通过将变流器的功率单元与地绝缘，可以在根本上抑制功率单元产生的共模电流导入轮轨，进而减少对轨旁设备的干扰。
连接模块2用于对功率单元与变流器的箱体外壳进行绝缘处理，将功率单元与箱体外壳之间仅通过导线连接，形成包含功率单元与箱体外壳的回流通路，使共模电流在此回流通路中循环、消耗。
其中，回流通路除包含功率单元与箱体外壳外，还包含电机三相线、电机外壳等。
在连接模块2将所述功率单元与所述变流器的箱体外壳通过导线相连，形成包含所述功率单元与所述箱体外壳的回流通路的基础上，进一步第二设置模块3在此回流通路上设置滤波电路，具体第二设置模块3在功率单元与箱体外壳之间设置滤波电路。在滤波电路的作用下，共模电流更容易、更多的在此回流通路中循环、消耗。在干扰源总量一定的情况下，在回流通路中的共模电流越多，自然对外传导的共模电流就越少，对外干扰就越少，从而减少对轨旁设备的干扰。
在上述实施例的基础上，可选的，所述第二设置模块3具体用于在所述功率单元的散热器基板与所述箱体外壳之间设置所述滤波电路。
具体而言，本实施例中，第二设置模块3具体在功率单元的散热器基板与变流器的箱体外壳之间设置滤波电路。此时，回流通路包括功率单元、散热器基板、滤波电路、箱体外壳、电机三相线、电机外壳等。共模电流在包含功率单元、散热器基板、滤波电路、箱体外壳、电机的回流通路中循环、消耗。
在上述实施例的基础上，可选的，所述滤波电路包括陷波滤波器。
具体而言，滤波电路具体包括陷波滤波器，该陷波滤波器具体可设置于散热器基板与变流器箱体外壳之间，此时回流通路包括功率单元、散热器基板、陷波滤波器、箱体外壳、电机三相线、电机外壳等。
在上述实施例的基础上，可选的，还包括：
获取模块，用于获取轨旁设备的频率段；
调节模块，用于根据获取到的所述频率段，调节所述滤波电路的电路参数，以改变所述共模电流的峰值。
具体而言，通过获取模块获取轨旁设备的频率段，并通过调节模块根据所获取到的频率段调节滤波电路的电路参数，可以改变回流通路中不同频率段的共模电流的峰值，以此降低对轨旁设备的干扰。
例如，地铁列车在铁轨旁一般设置有计轴设备，计轴设备易被干扰的频率段是一定的，传导干扰峰值仅需小于被干扰的计轴设备的频率段即可，因此，通过调节滤波电路的电路参数，可以改变传导干扰峰值，使传导干扰峰值小于被干扰的计轴设备的频率段，从而降低对计轴设备的干扰。
本申请所提供的变流器的共模电流抑制装置，将变流器的功率单元与地绝缘，切断了共模电流流入接地端的通路，从根本上抑制共模电流传导到负线轮轨。功率单元与变流器的箱体通过导线相连，形成包含功率单元与箱体的回流通路，使共模电流在此回流通路中进行消耗。另外，通过在功率单元与箱体之间设置滤波电路，可以使功率单元产生的共模电流更多的在包含功率单元与箱体的回流通路中循环、消耗。回流通路中的共模电流越多，对外传导的干扰也就越少，从而可以有效的降低对轨旁设备的干扰。
本申请还提供了一种变流器，所述变流器的功率单元与地绝缘；所述功率单元与所述变流器的箱体外壳通过导线相连，形成包含所述功率单元与所述箱体外壳、用于消耗共模电流的回流通路；所述功率单元与所述箱体外壳之间设置有滤波电路。
具体而言，本申请中，变流器的功率单元采用与地绝缘的设计。其中，功率单元主要包括支撑电容、叠层母排、散热器。对于功率单元的具体组成，本申请在此不做赘述，参考现有的功率单元即可。
变流器的功率单元与地绝缘是指变流器的功率单元与地断开，即变流器的功率单元不接地。功率单元可视为一个干扰源，其产生的共模电流会传导到轮轨，从而干扰轨旁设备。通过将变流器的功率单元设计为与地绝缘，可以在根本上抑制功率单元产生的共模电流导入轮轨，进而减少对轨旁设备的干扰。
另外，本申请中，变流器的功率单元与变流器的箱体之间仅通过导线连接，形成包含功率单元与箱体外壳的回流通路，以使共模电流在此回流通路中循环、消耗。
回流通路除包含功率单元与箱体外壳外，还包含电机三相线、电机外壳等。
此外，在将所述功率单元与所述变流器的箱体外壳通过导线相连，形成包含所述功率单元与所述箱体外壳的回流通路的基础上，进一步在此回流通路上设置滤波电路，具体在功率单元与箱体外壳之间设置滤波电路。在滤波电路的作用下，共模电流更容易、更多的在此回流通路中循环、消耗。在干扰源总量一定的情况下，在回流通路中的共模电流越多，自然对外传导的共模电流就越少，对外干扰就越少，从而减少对轨旁设备的干扰。
进一步，在功率单元与变流器的箱体外壳之间设置滤波电路的基础上，通过调节滤波电路的电路参数，可以改变回流通路中不同频率段的共模电流的峰值，降低对轨旁设备的干扰。
例如，地铁列车在铁轨旁一般设计有计轴设备，计轴设备易被干扰的频率段是一定的，传导干扰峰值仅需小于被干扰的计轴设备的频率段即可，因此，通过调节滤波电路的电路参数，可以改变传导干扰峰值，使传导干扰峰值小于被干扰的计轴设备的频率段，从而降低对计轴设备的干扰。
在上述实施例的基础上，可选的，所述滤波电路包括陷波滤波器。
具体而言，本实施例中，滤波电路具体包括陷波滤波器，且该陷波滤波器具体可设置于散热器基板与变流器箱体外壳之间，此时回流通路包括功率单元、散热器基板、陷波滤波器、箱体外壳、电机外壳等。
在上述实施例的基础上，可选的，所述滤波电路位于所述功率单元的散热器基板与所述箱体外壳之间。
具体而言，本实施例中，滤波电路具体设置于功率单元的散热器基板与变流器的箱体外壳之间。此时，回流通路包括功率单元、散热器基板、滤波电路、箱体外壳、电机等。共模电流在包含功率单元、散热器基板、滤波电路、箱体外壳、电机外壳的回流通路中循环、消耗。
本申请所提供的变流器，将变流器的功率单元与地绝缘，切断了共模电流流入接地端的通路，从根本上抑制共模电流传导到负线轮轨。功率单元与变流器的箱体外壳通过导线相连，形成包含功率单元与箱体外壳的回流通路，使共模电流在此回流通路中进行消耗。另外，通过在功率单元与箱体之间设置滤波电路，可以使功率单元产生的共模电流更多的在包含功率单元与箱体外壳的回流通路中循环、消耗。回流通路中的共模电流越多，对外传导的干扰也就越少，从而可以有效的降低对轨旁设备的干扰。
说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置、设备以及计算机可读存储介质而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。
结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
以上对本申请所提供的变流器的共模电流抑制方法、装置以及变流器进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种变流器的共模电流抑制方法，其特征在于，包括：
将变流器的功率单元与地绝缘；
将所述功率单元与所述变流器的箱体外壳通过导线相连，形成包含所述功率单元与所述箱体外壳、用于消耗共模电流的回流通路；
在所述功率单元与所述箱体外壳之间设置滤波电路。
2.根据权利要求1所述的共模电流抑制方法，其特征在于，所述在所述功率单元与所述箱体外壳之间设置滤波电路包括：
在所述功率单元的散热器基板与所述箱体外壳之间设置所述滤波电路。
3.根据权利要求1所述的共模电流抑制方法，其特征在于，所述滤波电路包括陷波滤波器。
4.根据权利要求1所述的共模电流抑制方法，其特征在于，还包括：
获取轨旁设备的频率段；
根据获取到的所述频率段，调节所述滤波电路的电路参数，以改变所述共模电流的峰值。
5.一种变流器的共模电流抑制装置，其特征在于，包括：
第一设置模块，用于将变流器的功率单元与地绝缘；
连接模块，用于将所述功率单元与所述变流器的箱体外壳通过导线相连，形成包含所述功率单元与所述箱体外壳、用于消耗共模电流的回流通路；
第二设置模块，用于在所述功率单元与所述箱体外壳之间设置滤波电路。
6.根据权利要求5所述的共模电流抑制装置，其特征在于，所述第二设置模块具体用于在所述功率单元的散热器基板与所述箱体外壳之间设置所述滤波电路。
7.根据权利要求5所述的共模电流抑制装置，其特征在于，还包括：
获取模块，用于获取轨旁设备的频率段；
调节模块，用于根据获取到的所述频率段，调节所述滤波电路的电路参数，以改变所述共模电流的峰值。
8.一种变流器，其特征在于，所述变流器的功率单元与地绝缘；所述功率单元与所述变流器的箱体外壳通过导线相连，形成包含所述功率单元与所述箱体外壳、用于消耗共模电流的回流通路；所述功率单元与所述箱体外壳之间设置有滤波电路。
9.根据权利要求8所述的变流器，其特征在于，所述滤波电路包括陷波滤波器。
10.根据权利要求8所述的变流器，其特征在于，所述滤波电路位于所述功率单元的散热器基板与所述箱体外壳之间。
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