CN113676033A - 变流器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种变流器。逆变单元：包括逆变电路和第一电容，第一电容与逆变电路并联连接；抗冲击电路：包括串联连接的电阻及第二电容，还包括第一IGBT模块，其中第一IGBT模块集成了二极管和PNP型三极管，二极管的阳极连接至三极管发射极和正输入端，二极管的阴极连接至三极管集电极和电阻，第二电容进一步连接至负输入端；电压检测机构：用于检测第一电容两端电压、第二电容两端的电压及正负输入端之间的输入电压；控制系统：可设定第一电容电压和第二电容电压的阈值范围；采集电压检测机构的电压反馈数据，在输入电压正常时，控制第二电容充电至指定电压，在输入电压瞬时下降时，控制三极管打开，对第一电容充电至指定电压。本发明可提高变流器工作的安全性与可靠性。

Description

变流器
技术领域
本发明属于电气设备技术领域，尤其涉及一种变流器。
背景技术
网压的稳定性，以及异常故障导致的电压瞬时变化等因素将影响变流器正常工作，因此需要抑制瞬间断电对变流器正常工作的影响。
目前已有的抑制断电区产生的电流冲击方法均是通过软件实现，通过软件检测网压下降斜率来判断列车是否进入断电区，从而对变流器进行保护，但软件检测后支撑电容仅能维持检测前的电压，一般与网压存在500V左右的压差，当网压恢复时，该压差会在支撑电容侧产生较大的冲击电流，严重的影响了支撑电容的寿命和系统的故障率。
发明内容
本发明的目的在于解决本发明为解决三轨供电的轨道交通变流器在通过断电区时产生对支撑电容的电流冲击问题，提供一种具有抗冲击保护作用的变流器。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种变流器，包括：
逆变单元：包括逆变电路和第一电容FC1，所述第一电容FC1与逆变电路并联连接；
抗冲击电路：包括串联连接的电阻R2及第二电容FC2，还包括第一IGBT模块，所述第一IGBT模块包括二极管D2，二极管D2的阳极连接第一IGBT模块的发射极和变流器正输入端，二极管D2的阴极连接至第一IGBT模块的集电极和电阻R2，第二电容FC2进一步连接至负输入端；
电压检测机构：用于检测第一电容FC1两端电压、第二电容FC2两端的电压及正负输入端之间的输入电压；
控制系统：可设定第一电容FC1和第二电容FC2的工作指定电压；采集电压检测机构的电压反馈数据，在输入电压正常时，控制第二电容FC2充电至工作指定电压，在输入电压瞬时下降时，控制第一IGBT模块打开，对第一电容FC1充电至工作指定电压。
本发明一些实施例中，所述逆变单元还包括：
第二IGBT模块、电阻R1及二极管D1；电阻R1与二极管D1并联连接,二极管D1阳极端连接至负输入端，二极管D1阴极连接至第二IGBT模块的发射极，第二IGBT模块的集电极连接至正输入端；
所述控制系统进一步被配置为：
当第二电容FC2电压超过工作电压设定阈值且逆变单元工作时，控制第二IGBT模块打开，第二电容FC2反馈电能至电网；
当第二电容FC2电压超过工作电压设定阈值且逆变单元停机时，控制控制第一IGBT模块和第二IGBT模块打开，第二电容FC2经R2放电。
本发明一些实施例中，进一步包括预充电电路；
预充电电路包括第一接触器K1、第二接触器K2及预充电电阻R3，第一接触器K1第一端与第二接触器K2第一端连接，第一接触器K1第二端与预充电电阻第二端连接，第二接触器K2第二端与预充电电阻R3第一端连接；第一接触器K1的第一端连接至正母线端，第一接触K1器第二端连接至第一IGBT模块的发射极；
所述控制系统进一步被配置为：
以电网电压为基准，设定第一电容FC1电压的启动电压，所述启动电压为与电网电压为基准，满足一定阈值范围的电压；
变流器启动时，断开接触器K1，接通第二接触器K2，第一电容FC1充电至启动电压，所述第二指定电压与电网电压；
随后断开第二接触器K2，接通第一接触器K1。
本发明一些实施例中，进一步包括框架，所述框架包括底部框架支撑部及竖直框架支撑部，所述竖直框架支撑部上安装有热管组件；所述热管组件包括散热器基板，逆变电路的功率器件、电阻R1、电阻R2、二极管D1、第一IGBT模块均设置在散热器基板上。
本发明一些实施例中，所述底部框架支撑部为四条两两连接的框架梁构成为一个矩形支撑框架，包括顺次拼接的框架梁一、框架梁二、框架梁三和框架梁四，框架梁一、框架梁三底部设置有滑轨；
本发明一些实施例中，所述滑轨采用尼龙材质。
本发明一些实施例中，所述变流器进一步包括托板，其长度和宽度与底部四条框架梁限定的区域相匹配，以使托板可设置于底部框架支撑部夏宁的矩形支撑框架上；所述第一电容FC1和所述第二电容FC2沿平行热管组件的方向并行排列安装在电容托板上。
本发明一些实施例中，进一步包括母排，设置在热管组件与第一电容FC1及第二电容FC2之间。
本发明一些实施例中，进一步包括驱动板，设置在第一电容FC1与第二电容FC2远离热管组件的一侧。
本发明一些实施例中，进一步包括护罩，所述热管组件位于护罩内，所述护罩上设置有通风孔。
本发明提供的变流器，其有益效果在于：
1、提供了一种软硬件结合的电流冲击抑制方法。当软件检测到系统进入断电区后，投入抑制电流冲击装置，恢复支撑电容的能量，降低支撑电容与网压的电压差，从而降低对支撑电容的电流冲击，可以弥补了软件检测出瞬时断电区而无法降低的压差问题，
2、能够有效降低逆变器模块尤其是FC1支撑电容的故障率，提高了该部件的可靠性，延长了该部件的使用寿命。
3、提供一种变流器安装结构，将抑制电流冲击装置与逆变单元的IGBT、电阻、二极管等发热元件布置合理，最小化的减少空间浪费，实现模块的高度集成化。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明第一实施方式变流器结构示意图。
图2为本发明第二实施方式变流器结构示意图。
图3为变流器控制逻辑图。
图4为变流器结构示意图。
图5为变流器分解状态结构示意图。
图6为热管组件结构示意图。
图7为框架结构示意图。
1-防护罩；
2-热管组件；
3-框架，301-把手，302-滑轨；
4-母排；
5-电容组件，501-第一电容FC1，502-第二电容FC2；
6-驱动板；
7-连接器组件；
8-IGBT斩波管Q1；
9-IGBT斩波管Q2；
10-IGBT斩波管Q3；
11-IGBT斩波管Q4；
12-IGBT斩波管Q5；
13-IGBT斩波管Q6；
14-IGBT斩波管Q7；
15-电阻R1；
16-电阻R2；
17-二极管D1；
18-OVR斩波管；
19-密封件；
20-托板。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需要说明的是，当元件被称为“设置在”，“连接”，另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，不用于暗指相对重要性。
本发明首先提供一种变流器，可用于轨道交通等领域，包括逆变单元、抗冲击电路、电压检测机构和控制系统等。
逆变单元：包括逆变电路和第一电容FC1，第一电容FC1与逆变电路并联连接；逆变单路结构属于现有技术，不再赘述。
抗冲击电路：包括串联连接的电阻R2及第二电容FC2，还包括第一IGBT模块，作为OVR斩波管，第一IGBT模块包括二极管D2和PNP型三极管Q8，二极管D2的阳极连接第一IGBT模块的发射极和变流器正输入端DC+，二极管D2的阴极连接至第一IGBT模块的集电极和电阻R2，第二电容进一步连接至负输入端DC-；
电压检测机构：用于检测第一电容FC1两端电压、第二电容FC2两端的电压及正负输入端之间的输入电压。
控制系统：可设定第一电容FC1电压和第二电容FC2电压的工作指定电压；此处所述的工作指定电压，是指变流器稳定启动后，第一电容FC1和第二电容FC2的电压所被允许的电压，可以为一个满足一定阈值范围的电压。采集电压检测机构的电压反馈数据，在输入电压正常时，控制第二电容FC2充电至工作指定电压，在输入电压瞬时下降时，控制第一IGBT模块打开，对第一电容FC1充电至工作指定电压。
更进一步的，本发明一些实施例中，还提供一种启动保护结构。变流器进一步包括预充电电路；
预充电电路包括第一接触器K1、第二接触器K2及预充电电阻R3，第一接触器K1第一端与第二接触器K2第一端连接，第一接触器K1第二端与预充电电阻第二端连接，第二接触器K2第二端与预充电电阻R3第一端连接；第一接触器K1的第一端连接至正母线端，第一接触K1器第二端连接至第一IGBT模块发射极；
控制系统进一步被配置为：
以电网电压为基准，设定第一电容FC1电压的启动电压，启动电压以电网电压为基准，为一个满足一定阈值范围的电压；
变流器启动时，接通第二接触器K2，第一电容FC1充电至启动电压；
随后断开第二接触器K2，接通第一接触器K1。
具体的，在电路接通、变流器启动工作，通过预充电电路对第一电容FC1充电至启动电压。
输入电压正常时，OVR斩波管二极管D2打开，第二电容FC2被充电，其电压被维持在设定的电压值，即第二电容FC2的工作指定电压。当列车经过瞬时断电区域时，输入电压瞬时下降，为维持逆变单元工作，第一电容FC1放电。此时，OVR斩波管三极管Q8打开，第二电容FC2存储的能量通过电阻R2为第一电容FC1充电，使第一电容FC1的电压抬升至工作指定电压。第一电容FC1的工作指定电压需要满足一定的大小，使输入电压与第一电容FC1工作指定电压之间的压差不至于瞬时击穿第一电容FC1。
这一过程对第一电容FC1起到保护作用，使得当输入电压恢复正常后，输入电压与第一电容FC1之间的电压差不会过大，避免由瞬时断电区恢复至正常供电后，第一电容FC1受到过度冲击。可以降低第一电容FC1的故障率。
以上过程，在变流器启动、正常工作过程中，对变流器起到正常保护作用。
更进一步的，进一步提供一种变流器过压保护逻辑。
本发明一些实施例中，逆变单元还包括：第二IGBT模块(包括二极管和三极管Q1，结构与第一IGBT模块相同)，电阻R1及二极管D1；电阻R1与二极管D1并联连接,二极管D1阳极端连接至负输入端，二极管D1阴极连接至第二IGBT模块的发射极，第二IGBT模块的集电极连接至正输入端DC+；
控制系统进一步被配置为：
当第二电容FC2电压超过工作电压设定的阈值且逆变单元工作时，控制第二IGBT模块打开，第二电容FC2反馈电能至电网；
当第二电容FC2电压超过工作电压设定阈值且逆变单元停机时，控制第一IGBT模块和第二IGBT模块打开，第二电容FC2经R2放电。
本发明进一步提供变流器的安装结构。
参考图1，变流器安装结构包括防护罩1、安装在防护罩1内的框架3及安装在框架3上的热管组件2。防护罩1包括一个开口端，框架3可沿开口端插入防护罩1内。防护罩1为钣金折弯件，外部合理设置通风孔，具有良好的导流效果，确保车辆行进过程中，空气能够有效通过通风孔进入热管散热器的翅片进行散热。
框架3结构参考图4，由高强度铝合金经过冷加工形式组合而成，具有精度高、重量轻的优点。框架3包括底部框架支撑部及竖直框架支撑部。其中底部框架由四条两两连接的框架梁构成为一个矩形支撑框架，包括顺次拼接的框架梁一、框架梁二、框架梁三和框架梁四，其中，框架梁一和框架梁三平行防护罩1开口插入的方向，梁二位于防护罩1开口插入侧。竖直框架支撑部包括三段，分别为以框架梁一、框架梁二、框架梁三为基础，由多段框架梁拼接成三个矩形数值支撑框架。其中，两个竖直支撑框架平行沿防护罩1插入的方向，一个支撑框架位于框架2沿防护罩1的插入侧。
竖直框架支撑部上安装有热管组件3；热管组件包括散热器基板，三极管Q1 8、逆变电路的功率器件(IGBT斩波管Q2 9、IGBT斩波管Q3 10、IGBT斩波管Q4 11、IGBT斩波管Q512、IGBT斩波管Q6 13、IGBT斩波管Q7 14)、电阻R1 15、电阻R2 16、二极管D1 17、第一IGBT模块(OVR斩波管)18排列设置在散热器基板上。热管散热器的卡槽内还设置有密封件19，可采用高回弹性橡胶制品。
本发明一些实施例中，框架梁一、框架梁三的底部设置有滑轨302；在底部框架支撑部的框架梁四上设置有把手301。滑轨302与把手301的配合可提高框架3安装的便利性。
进一步包括托板20，其长度和宽度与底部四条框架梁限定的区域相匹配，以使托板可沿滑轨302运动；所述第一电容FC1501和所述第二电容FC2502沿平行热管组件3的方向并行排列安装在电容托板20上。电容托板20采用钣金折弯件，安装于框架底部，用于拖装电容组件5。
本发明一些实施例中，所述滑轨302采用尼龙材质，具有耐磨、滑动阻力小的特点。
本发明一些实施例中，进一步包括母排4，设置在热管组件3与第一电容FC1501及第二电容FC2502之间。
本发明一些实施例中，进一步包括驱动板6，安装在框架3上，设置在第一电容FC1501与第二电容FC2502远离热管组件3的一侧。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种变流器，其特征在于，包括：
逆变单元：包括逆变电路和第一电容FC1，所述第一电容FC1与逆变电路并联连接；
抗冲击电路：包括串联连接的电阻R2及第二电容FC2，还包括第一IGBT模块，所述第一IGBT模块包括二极管D2，二极管D2的阳极连接第一IGBT模块的发射极和变流器正输入端，二极管D2的阴极连接至第一IGBT模块的集电极和电阻R2，第二电容FC2进一步连接至负输入端；
电压检测机构：用于检测第一电容FC1两端电压、第二电容FC2两端的电压及正负输入端之间的输入电压；
控制系统：可设定第一电容FC1和第二电容FC2的工作指定电压；采集电压检测机构的电压反馈数据，在输入电压正常时，控制第二电容FC2充电至工作指定电压，在输入电压瞬时下降时，控制第一IGBT模块打开，对第一电容FC1充电至工作指定电压。
2.如权利要求1所述的变流器，其特征在于，所述逆变单元还包括：第二IGBT模块、电阻R1及二极管D1；电阻R1与二极管D1并联连接,二极管D1阳极端连接至负输入端，二极管D1阴极连接至第二IGBT模块的发射极，第二IGBT模块的集电极连接至正输入端；
所述控制系统进一步被配置为：
当第二电容FC2电压超过工作电压设定阈值且逆变单元工作时，控制第二IGBT模块打开，第二电容FC2反馈电能至电网；
当第二电容FC2电压超过工作电压设定阈值且逆变单元停机时，控制控制第一IGBT模块和第二IGBT模块打开，第二电容FC2经R2放电。
3.如权利要求1所述的变流器，其特征在于，进一步包括预充电电路；
预充电电路包括第一接触器K1、第二接触器K2及预充电电阻R3，第一接触器K1第一端与第二接触器K2第一端连接，第一接触器K1第二端与预充电电阻第二端连接，第二接触器K2第二端与预充电电阻R3第一端连接；第一接触器K1的第一端连接至正母线端，第一接触K1器第二端连接至第一IGBT模块的发射极；
所述控制系统进一步被配置为：
以电网电压为基准，设定第一电容FC1电压的启动电压，所述启动电压为与电网电压为基准，满足一定阈值范围的电压；
变流器启动时，断开接触器K1，接通第二接触器K2，第一电容FC1充电至启动电压，所述第二指定电压与电网电压；
随后断开第二接触器K2，接通第一接触器K1。
4.如权利要求1所述的变流器，其特征在于，进一步包括框架，所述框架包括底部框架支撑部及竖直框架支撑部，所述竖直框架支撑部上安装有热管组件；所述热管组件包括散热器基板，逆变电路的功率器件、电阻R1、电阻R2、二极管D1、三极管Q1、第一IGBT模块均设置在散热器基板上。
5.如权利要求4所述的变流器，其特征在于，所述底部框架支撑部为四条两两连接的框架梁构成为一个矩形支撑框架，包括顺次拼接的框架梁一、框架梁二、框架梁三和框架梁四，框架梁一、框架梁三底部设置有滑轨。
6.如权利要求5所述的变流器，其特征在于，所述滑轨采用尼龙材质。
7.如权利要求5所述的变流器，其特征在于，所述变流器进一步包括托板，其长度和宽度与底部四条框架梁限定的区域相匹配，以使托板可设置于底部框架支撑部夏宁的矩形支撑框架上；所述第一电容FC1和所述第二电容FC2沿平行热管组件的方向并行排列安装在电容托板上。
8.如权利要求5所述的变流器，其特征在于，进一步包括母排，设置在热管组件与第一电容FC1及第二电容FC2之间。
9.如权利要求5所述的变流器，其特征在于，进一步包括驱动板，设置在第一电容FC1与第二电容FC2远离热管组件的一侧。
10.如权利要求4所述的变流器，其特征在于，进一步包括护罩，所述热管组件位于护罩内，所述护罩上设置有通风孔。
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