CN201191804Y - 一种车辆辅助变流器 - Google Patents

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刘志刚
林文立
刁利军
李哲峰
赵明花
卢西伟
狄威
贾利民
牟富强
沈茂盛
张钢
王磊
梅樱
罗荣娅
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Abstract

本实用新型涉及的车辆辅助变流器，包括：网侧滤波部分(3)，直流变换部分(14)和交流变换部分(21)。网侧滤波部分中二极管(6)和网侧功率开关管(7)的集电极连接，网侧功率开关管(7)的发射极与滤波电容(9)的正极连接形成直流母线的正极，软启动电阻(8)的两端分别与网侧功率开关管(7)的集电极和网侧功率开关管(7)的发射极连接。DC/DC斩波器(10、15)中的功率开关管工作在软开关状态。交流、直流变换部分的DC/DC斩波器(10)为零电压软开关谐振变换器。采用无触点的功率开关管代替接触器减少了开关噪声；功率开关管工作在软开关状态减少了开关损耗；采用高频变压器隔离使之轻量化。

Description

一种车辆辅助变流器
技术领域
本实用新型属于轨道交通轻轨车辆辅助电源领域，具体涉及到车辆的一种辅助变流器。
背景技术
车辆的辅助变流器从高架供电线(或者地面第三轨)上获取直流电，转换成为交流电源和直流电源，分别供电给车上的交流设备以及直流设备。
《中国铁道科学》2004年第1期《地铁车辆辅助逆变电源分析研究》和《机车电传动》2006年第5期《广州地铁2号线车辆辅助逆变器》所述的传统辅助变流器存在缺点如下：
1)网侧滤波部分中的软启动部分，使用“接触器并联软启动电阻”的形式，接触器体积大，开关噪声严重，电磁干扰大；
2)直流斩波部分的功率开关管工作在硬开关状态，电压/电流尖锋大，电磁干扰和开关损耗严重；
3)交流供电系统一般采用工频变压器进行隔离输出，体积大而且笨重，一般摆放在车辆底部。
发明内容
本实用新型的目的在于，克服现有技术存在问题，提供一种轻量化的辅助电源。
本实用新型的技术方案：
本实用新型的车辆辅助变流器包括：网侧滤波部分，直流变换部分和交流变换部分。
DC/DC斩波器，变压器，二极管全波整流器和LC滤波连接成直流变换部分，用以供电给轻轨车辆上的直流负载。直流变换部分的结构为：所述直流母线连接DC/DC斩波器，高频变压器，二极管全波整流器，LC滤波器，最后接直流部分负载。
DC/DC斩波器，变压器，二极管全桥整流器，LC滤波，DC/AC逆变器和三相LC滤波器连接成的交流变换部分，用以供电给轻轨车辆上的交流负载；交流变换部分的结构为：所述直流母线连接DC/DC斩波器，高频变压器，二极管全桥整流器，LC滤波器，DC/AC逆变器，三相LC滤波器，最后接交流部分负载。
所述的网侧滤波部分的结构为：二极管和网侧功率开关管的集电极连接，网侧功率开关管的发射极与滤波电容的正极连接形成直流母线的正极，软启动电阻的两端分别与网侧功率开关管的集电极和网侧功率开关管的发射极连接。
本实用新型和已有技术相比所具有的有益效果：辅助电源拓扑结构：采用无触点的功率开关管代替网侧的主接触器，减少开关噪声；直流斩波部分的功率开关管工作在软开关状态，减少开关损耗；摒弃笨重的工频变压器，采用高频变压器隔离，以满足轻量化设计要求，并且可以安放在车辆顶部，降低车辆地板的高度。
附图说明
图1车辆辅助变流器主电路。
图2本实用新型的实施方式一的车辆辅助变流器主电路。
图3本实用新型的实施方式二的车辆辅助变流器主电路。
图中：线路1、受电弓2、网侧滤波部分3、熔断器4、滤波电抗5、二极管6、网侧功率开关管7、软启动电阻8、滤波电容9、DC/DC斩波器10、变压器11、整流部分12、LC滤波部分13、直流变换部分14、DC/DC斩波器15、变压器16、整流部分17、LC滤波部分18、DC/AC逆变器19、三相LC滤波器20、交流变换部分21。
具体实施方式
为了对本实用新型进行更详细的说明，以下根据附图进行说明。
实施方式一
图2示出本实用新型的实施方式一的车辆用辅助变流器主电路的结构。图中，辅助变流器通过受电弓2从架线1上获得电力。架线1为高架线或者地面的第三轨。
网侧滤波部分3的结构为：二极管6和网侧功率开关管7的集电极连接，网侧功率开关管7的发射极与滤波电容9的正极连接形成直流母线的正极，软启动电阻8的两端分别与网侧功率开关管7的集电极和网侧功率开关管7的发射极连接。网侧滤波部分3中的熔断器4为保护辅助变流装置用，滤波电抗5与滤波电容9形成LC平波单元，二极管6防止辅助变流器的谐波等干扰分量不会串联到网侧直流网络，因而不会影响到网侧的其他变流器装置；辅助变流器首先通过软启动电阻8给滤波电容9充电，当滤波电容9两端电压达到特定的电压值时，控制开通网侧功率开关管7，这样可以防止滤波电容的充电尖峰，提高系统的稳定性。
直流变换部分14通过DC/DC斩波器10把直流母线电压转换成为高频的脉动电压，变压器11将其高频隔离变换，经过二极管全波整流器12和LC滤波器13，变换成平稳的直流电压，供给直流负载。DC/DC斩波器10为全桥斩波电路，电路中的功率开关管为电压型全控功率开关器件，工作在硬开关的状态。二极管全波整流器12为全波整流电路，减少二极管的导通压降及损耗。高频变压器11的副边绕组为中抽式。
交流变换部分21通过DC/DC斩波器15把直流母线电压转换成为高频的脉动电压，变压器16将其高频隔离变换，经过二极管全桥整流器17和LC滤波器18，变换成平稳的直流电压，然后，DC/AC逆变器19进行DC/AC变换，经过三相LC滤波器20形成工频50Hz的交流电源，供给交流负载。DC/DC斩波器15电路拓扑与所述的直流变换部分14中的DC/DC斩波器10相同，为全桥斩波电路，电路中的功率开关管为电压型全控功率开关器件，工作在硬开关的状态。DC/AC逆变器19为智能功率模块，或者由电压型全控功率开关器件构成的三相桥式逆变器。
实施方式二
图3示出本实用新型的实施方式二的车辆用辅助变流器主电路的结构。电路拓扑基本与实施方式二所述相同，不同的地方在于直流变换部分14中的DC/DC斩波器10和交流变换部分21中的DC/DC斩波器15。在本实施方式中，DC/DC斩波器中的电压型功率开关器件工作在ZVS软开关(零电压软开关)的状态。
直流变换部分14中的DC/DC斩波器10主电路拓扑为全桥斩波电路，在主电路每个电压型功率开关管两端各并联一个谐振电容Cr1，变压器11前连接谐振电感Lr1和隔直电容Cb1，采用移相全桥ZVS PWM控制，保证在每个功率开关管在开通前，其集电极、发射极两端电压降低为零，从而实现零电压开通；而在每个功率开关管关断时，由于其集电极、发射极并联谐振电容，限制了电压变化率，实现零电压关断。因此，减少了开关损耗，提高了功率开关器件的可靠性和装置的电磁兼容性。
交流变换部分21中的DC/DC斩波器15主电路结构与上所述的直流变换部分14中的DC/DC斩波器10主电路结构相同，控制原理也相同，只是在每个电压型功率开关管两端各并联一个谐振电容Cr2，变压器16前连接谐振电感Lr2和隔直电容Cb2。
直流变换部分14所包括的DC/DC斩波器10，变压器11，整流部分12和LC滤波部分13顺序联接。
交流变换部分21所包括的DC/DC斩波器15，变压器16，整流部分17，LC滤波部分18，DC/AC逆变器19和三相LC滤波器20顺序联接。
车辆辅助变流器要求实现高压电与用户端用电的隔离，因而必须使用变压器。如果变压器放在三相LC滤波器之后，那么只能是工频变压器，其体积大，质量重，损耗大；而如果变压器放在DC/DC斩波器之后，因为DC/DC属于高频变换器，因此，变压器就采用高频隔离变压器，这样，其体积小重量轻损耗小。

Claims (8)

1.一种车辆辅助变流器，该变流器包括：
网侧滤波部分(3)；
DC/DC斩波器(10)，变压器(11)，整流部分(12)和LC滤波部分(13)连接成的直流变换部分(14)，用以供电给轻轨车辆上的直流负载；
DC/DC斩波器(15)，变压器(16)，整流部分(17)，LC滤波部分(18)，DC/AC逆变器(19)和三相LC滤波器(20)连接成的交流变换部分(21)，用以供电给轻轨车辆上的交流负载；
其特征在于，网侧滤波部分(3)的结构为：二极管(6)和网侧功率开关管(7)的集电极连接，网侧功率开关管(7)的发射极与滤波电容(9)的正极连接形成直流母线的正极，软启动电阻(8)的两端分别与网侧功率开关管(7)的集电极和网侧功率开关管(7)的发射极连接。
2.根据权利要求1所述的一种车辆辅助变流器，其特征在于，直流变换部分(14)中的DC/DC斩波器(10)主电路拓扑为全桥斩波电路，在每个电压型功率开关管两端各并联一个谐振电容Cr1，变压器(11)前连接谐振电感Lr1和隔直电容Cb1；
交流变换部分(21)中的DC/DC斩波器(15)主电路结构与上所述的直流变换部分(14)中的DC/DC斩波器(10)主电路结构相同，只是在每个电压型功率开关管两端各并联一个谐振电容Cr2，变压器(16)前连接谐振电感Lr2和隔直电容Cb2。
3.根据权利要求1所述的一种车辆辅助变流器，其特征在于，所述DC/DC斩波器(10)和DC/DC斩波器(15)中的功率开关管工作在软开关状态。
4.根据权利要求1所述的一种车辆辅助变流器，其特征在于，直流变换部分(14)中的DC/DC斩波器(10)为零电压软开关谐振变换器。
5.根据权利要求1所述的一种车辆辅助变流器，其特征在于，交流变换部分(21)中的DC/DC斩波器(15)为零电压软开关谐振变换器。
6.根据权利要求1所述的一种车辆辅助变流器，其特征在于，变压器(11)和变压器(16)选用高频变压器。
7.根据权利要求1所述的一种车辆辅助变流器，其特征在于，直流变换部分(14)所包括的DC/DC斩波器(10)，高频隔离变压器(11)，整流部分(12)和LC滤波部分(13)顺序联接。
8.根据权利要求1所述的车辆辅助变流器主电路，其特征在于，交流变换部分(21)所包括的DC/DC斩波器(15)，高频隔离变压器(16)，整流部分(17)，LC滤波部分(18)，DC/AC逆变器(19)和三相LC滤波器(20)顺序联接。
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