CN202923412U - 城市交通车辆供电系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种城市交通车辆供电系统，包括基站电源单元、电能传输单元和车载变电单元；基站电源单元包括高频逆变器和电源类型变换器；高频逆变器输入端输入直流电，高频逆变器的输出端与电源类型变换器的输入端连接，电源类型变换器用于将高频逆变器输出的恒压源变换为恒流源；电能传输单元包括环形传输电缆和电能接收器，环形传输电缆埋设在道路沿线，环形传输电缆与电源类型变换器的输出端连接以形成高频磁场，电能接收器设置在车辆下部，以感应高频磁场产生感应电流；车载变电单元包括车载变流器；车载变流器的输入端与电能接收器连接，车载变流器的输出端用于与车辆的驱动电机连接。
Description
技术领域
本实用新型涉及电力技术，尤其涉及一种城市交通车辆供电系统。
背景技术
目前，铁路车辆（例如动车组、电力机车以及城市轨道车辆等）均是通过接触网或第三轨向铁路车辆供电，上述两种供电方式均要求在铁路车辆运行全程上铺设供电线路，同时还要建设配套的基础设施，如接触网及其支撑杆等。
在城市交通系统中，如城市轨道车辆及城市电力公交车辆的实际应用中，需要架设受电网及其他基础设施，由于接触电网及基础设施设置在城市外部空间，不仅占用城市空间，影响城市环境美观，并且现有的接触网建设通入成本高且安全性差。
实用新型内容
本实用新型提供一种城市交通车辆供电系统，用于解决现有技术中城市交通车辆供电系统占用城市空间、成本高且安全性差的技术缺陷。
本实用新型提供的一种城市交通车辆供电系统，包括基站电源单元、电能传输单元和车载变电单元；
所述基站电源单元包括高频逆变器和电源类型变换器；所述高频逆变器输入端输入直流电，所述高频逆变器的输出端与所述电源类型变换器的输入端连接，所述电源类型变换器用于将所述高频逆变器输出的恒压源变换为恒流源；
所述电能传输单元包括环形传输电缆和电能接收器，所述环形传输电缆埋设在道路沿线，所述环形传输电缆与所述电源类型变换器的输出端连接以形成高频磁场，所述电能接收器设置在车辆下部，所述电能接收器与所述环形传输电缆间隙设置形成分离式变压器，以感应高频磁场产生感应电流；
所述车载变电单元包括车载变流器；所述车载变流器的输入端与所述电能接收器连接，所述车载变流器的输出端用于与车辆的驱动电机连接。
如上所述的城市交通车辆供电系统，优选地，所述基站电源单元还包括基站整流器，所述基站整流器的输入端用于与工频电源连接，所述基站整流器的输出端与所述高频逆变器的输入端连接。
如上所述的城市交通车辆供电系统，优选地，所述车载变流器包括车载整流器和车载逆变器；所述车载整流器的输入端与所述电能接收器连接，所述车载整流器的输出端与所述车载逆变器的输入端连接；
所述车载变电单元还包括储能器，所述储能器串联在所述车载整流器的输出端。
如上所述的城市交通车辆供电系统，优选地，所述储能器包括DC-DC变换器和储能元件，所述DC-DC变换器用于控制所述车载整流器输出电压降低向所述储能元件充电，或控制所述储能元件输出电压升高向所述车载逆变器供电。
如上所述的城市交通车辆供电系统，优选地，所述储能元件为超级电容或蓄电池或并联的超级电容和蓄电池。
如上所述的城市交通车辆供电系统，优选地，所述电源类型变换器为变压器，所述变压器的原边与所述高频逆变器的输出端连接，所述变压器的原边母线上串接有第一滤波电感和第二滤波电感，所述变压器的原边母线之间设置有第一补偿电容；所述变压器的副边母线上串接有第三电感和第二补偿电容。
如上所述的城市交通车辆供电系统，优选地，所述基站电源单元还包括第一稳压电容，所述第一稳压电容串接在所述高频逆变器的输入端。
如上所述的城市交通车辆供电系统，优选地，所述车载变电单元还包括第二稳压电容，所述第二稳压电容串接在所述车载整流器的输出端。
如上所述的城市交通车辆供电系统，优选地，所述电能接收器为平板结构，所述电能接收器内部设置有感应线圈。
本实用新型提供的城市交通车辆供电系统，基站电源单元用于产生高频恒流电，通过电能传输单元中的环形传输电缆产生高频磁场，电能接收器感应高频磁场产生感应电流为城市交通车辆的驱动电机供电，由于环形传输电缆可以埋设在道路内，不需要架设电网，不占用城市空间，可以更好的保护城市景观，并且成本低、安全性好。
附图说明
图1为本实用新型实施例提供的城市交通车辆供电系统的原理图；
图2为本实用新型实施例提供的储能器的原理图；
图3为本实用新型实施例提供的城市交通车辆供电系统的一种具体应用方式的示意图；
图4为本实用新型实施例提供的城市交通车辆供电系统的另一种具体应用方式的示意图。
附图标记：
1-基站电源单元；2-电能传输单元；3-车载变电单元。
具体实施方式
参考图1，图1为本实用新型实施例提供的城市交通车辆供电系统的原理图。
如图1所示，本实施例提供的城市交通车辆供电系统，包括基站电源单元1、电能传输单元2和车载变电单元3。
基站电源单元1包括高频逆变器和电源类型变换器；高频逆变器输入端输入直流电，高频逆变器的输出端与电源类型变换器的输入端连接，高频逆变器将输入的直流电逆变成高频交流电，电源类型变换器用于将高频逆变器输出的恒压源变换为恒流源。
高频逆变器输入直流电可以有多种方式，优选地，基站电源单元1还包括基站整流器，基站整流器的输入端用于与工频电源或连接，基站整流器的输出端与高频逆变器的输入端连接，通过基站整流器为高频逆变器输入直流电，也可以直接向高频逆变器输入直流电。为了提高基站整流器输出电压的稳定性，基站电源单元1还包括第一稳压电容C1，第一稳压电容C1串接在基站整流器的输出端。
具体地，基站整流器可以为多个二极管D1~D6组成的三相不可控整流电路，基站整流器也可以为其他形式的整流器。高频逆变器的直流输入可以分为两种形式，一种为工频电源为三相380v交流电，三相380v交流电输入基站整流器，经基站整流器整流后输出额定电压为890v的直流电；另外一种为直接在C端和D端接入直流750V电源；该直流电890V或者750V通过稳压电容C1稳压后，输入给高频逆变器，高频逆变器可以为多个绝缘栅双极型晶体管功率器件(Insulated Gate Bipolar Transistor，简称IGBT)V1~V4组成的两相桥式全控逆变器，高频逆变器也可以为其他形式的逆变器。基站整流器输出的890v直流电经高频逆变器逆变后输出频率大于25kHz的高频恒压交流电，电流值不小于150A。电源类型变换器可以有多种实现形式，只要能满足将高频恒压交流电变换成高频恒流交流电即可，电源类型变换器可以保证高频电流的稳定。
电能传输单元2包括环形传输电缆21和电能接收器22，环形传输电缆21埋设在道路沿线，环形传输电缆21与电源类型变换器的输出端连接以形成高频磁场，电能接收器22设置在车辆下部，电能接收器22与环形传输电缆21间隙设置形成分离式变压器T2，以感应高频磁场产生感应电流。电源类型变换器将高频恒压交流电变换成高频恒流电，可以提高环形传输电缆21形成的高频磁场的稳定性。
具体地，环形传输电缆21的直径可以为125㎜，电能接收器22具体可以为平板结构，电能接收器22内部设置有感应线圈。电能接收器22可以由磁芯铁氧体和环绕线圈封装而成，电能接收器22长度小于1400㎜，宽度小于1000㎜，高度小于250㎜，能够在距地面高度位置50㎜保持额定的电能传输效率不变，能够保证在对齐误差在±200㎜内给车辆供电。电能接收器22内部的感应线圈可以感应环形传输电缆21形成的高频磁场，产生感应电流，电能接收器22也可以为其他结构，例如U形或E形等结构类型。
优选地，电源类型变换器可以为变压器T1，变压器T1的原边与高频逆变器的输出端连接，变压器T1的原边母线上串接有第一滤波电感L1和第二滤波电感L2，变压器T1的原边母线之间设置有第一补偿电容C2；变压器T1的副边母线上串接有第三滤波电感L3和第二补偿电容C3，第二补偿电容C3能够增加有功功率、减小漏感，提高效率。高频逆变器输出的890v恒压电通过第一滤波电感L1和第二滤波电感L2进行滤波，提高电压的稳定性，再通过变压器T1变压产生恒流电，通过第三滤波电感L3对恒流电进行滤波，提高电流的稳定性。由于环形传输电缆21与电能接收器22间的气隙较大，漏感较大，功率因数较低，第二补偿电容C3能够提高功率因数。
车载变电单元包括车载变流器；车载变流器的输入端与电能接收器22连接，车载变流器的输出端用于与车连的驱动电机M连接。优选地，车载变流器包括车载整流器和车载逆变器；车载整流器的输入端与电能接收器22连接，车载整流器的输出端与车载逆变器的输入端连接，车载逆变器的输出端用于与车辆的驱动电机M连接。为了提高车载整流器输出电压的稳定性，车载变电单元3还包括第二稳压电容C4，第二稳压电容C4串接在车载整流器的输出端。
具体地，车载整流器为多个二极管D7~D10组成的两相不可控整流电路，车载整流器将电能接收器22产生的感应电流转变为直流电，该直流电经过IGBT功率器件V5~V10组成的三相桥式全波车载逆变器，通过PWMI调频方式控制驱动电机M。
本实施例提供的城市交通车辆供电系统，基站电源单元1用于产生高频恒流电，通过电能传输单元2中的环形传输电缆21产生高频磁场，电能接收器22感应高频磁场产生感应电流为城市交通车辆的驱动电机M供电，由于环形传输电缆21可以埋设在道路内，不需要架设电网，不占用城市空间，可以更好的保护城市景观，并且成本低、安全性好。
上述实施例技术方案的基础上，车载变电单元3还包括储能器EU，储能器EU串联在车载整流器的输出端。图2为本实用新型实施例提供的储能器的原理图，如图2所示，优选地，储能器ED包括DC-DC变换器和储能元件，DC-DC变换器用于控制车载整流器输出电压降低向储能元件充电，或控制储能元件输出电压升高向车载逆变器供电。具体地，储能元件可以为超级电容或蓄电池，储能元件也可以为并联的充电电能和蓄电池。
该储能器接入图1中的A、B点，通过控制器控制DC-DC变换器中的开关K1~K3、二极管D11~12以及IGBT功率器件V11~12工作。当向超级电容C7充电时，DC-DC变换器工作在BUCK降压模式，将车载整流器输出的电压降低，为超级电容C7充电。当超级电容C7向放电时，DC-DC变换器工作在BOOST升压模式，将超级电容C7的电压升高向车载逆变器供电。
参考图3，图3为本实用新型实施例提供的城市交通车辆供电系统的一种具体应用方式的示意图。
如图3所示，上述实施例提供的城市交通车辆供电系统，可以应用在城市轨道车辆上，可以沿城市公共交通的路线修建一条轻轨线路，轨面高度同地面齐平，基站电源单元1可以安装在道路两侧的机柜内，机柜内还安装有基站电源控制器和继电开关等控制器件。
将环形传输电缆21预埋到轨道内侧，为避免产生的高频磁场在刚性轨道内产生涡流，电缆距离钢轨距离应不小于10mm的距离，环形传输电缆21分为多段，每段环形传输电缆21的长度与城市轨道车辆的长度相等，即城市轨道车辆在环形传输电缆21的正上方运行时，保证环形传输电缆21建立的磁场全部为城市轨道车辆所用，降低高频磁场对周围车辆或行人产生影响。可以通过继电开关控制每段环形传输电缆21的通断，具体地，每段环形传输电缆21之间设置有绝缘区域，在绝缘区域内设置有信号读取器，当车辆行驶到该区域时，能够将车辆的信号传给附近的基站电源控制器，基站电源控制器根据信号判断车辆的位置，控制继电开关接通，使得车辆正在行驶的环形传输电缆21区间电缆产生高频磁场。
同时车辆底部安装有的电能接收器22，电能接收器22接受高频磁场并将高频磁场转化为高频交流电，提供给车辆的车载变电单元3。为了避免电磁干扰和高频磁场在车辆上感应涡流，车辆采用良好的屏蔽和保护措施，车体采用铝合金材质，车轮采用高强度树脂。
本实施例提供的城市交通车辆供电系统，应用在城市轨道车辆上，基站电源单元1用于产生高频恒流电，通过电能传输单元2中的环形传输电缆21产生高频磁场，电能接收器22感应高频磁场产生感应电流为城市交通车辆的驱动电机供电，由于环形传输电缆21可以埋设在道路内，不需要架设电网，不占用城市空间，可以更好的保护城市景观，并且成本低、安全性好。
参考图4，图4为本实用新型实施例提供的城市交通车辆供电系统的一种具体实施示意图。
如图4所示，上述实施例提供的城市交通车辆供电系统，还可以应用在城市公交车辆上，将环形传输电缆21预埋到马路下面，环形传输电缆21分为多段，每段环形传输电缆21的长度与城市公交车辆的长度相等，即城市交通车辆在环形传输电缆21的正上方运行时，保证环形传输电缆21建立的磁场全部为城市公交车辆所用，降低对周围车辆或行人产生影响。通过继电开关控制每段环形传输电缆21的通断，每段环形传输电缆21之间设置有绝缘区域，在绝缘区域内设置有信号读取器，当车辆行驶到该区域时，能够将车辆的信号传给附近的基站电源控制器，基站电源控制器根据信号判断车辆的位置，控制继电开关接通，使得车辆正在行驶的环形传输电缆21区间电缆产生高频磁场。
同时车辆底部安装有的电能接收器22，电能接收器22接受高频磁场并将高频磁场转化为高频交流电，提供给车辆的车载变电单元3。
本实施例提供的城市交通车辆供电系统，应用在城市公交车辆上，基站电源单元1用于产生高频恒流电，通过电能传输单元2中的环形传输电缆21产生高频磁场，电能接收器22感应高频磁场产生感应电流为城市交通车辆的驱动电机供电，由于环形传输电缆21可以埋设在道路内，不需要架设电网，不占用城市空间，可以更好的保护城市景观，并且成本低、安全性好。
上述实施例提供的城市交通车辆供电系统还可以用在很多高危、防爆等行业，例如可以应用再水下作业和石油勘探等行业，具体应用方式与上述实施例类似，在此不再赘述。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。
Claims (9)
1.一种城市交通车辆供电系统，其特征在于，包括基站电源单元、电能传输单元和车载变电单元；
所述基站电源单元包括高频逆变器和电源类型变换器；所述高频逆变器输入端输入直流电，所述高频逆变器的输出端与所述电源类型变换器的输入端连接，所述电源类型变换器用于将所述高频逆变器输出的恒压源变换为恒流源；
所述电能传输单元包括环形传输电缆和电能接收器，所述环形传输电缆埋设在道路沿线，所述环形传输电缆与所述电源类型变换器的输出端连接以形成高频磁场，所述电能接收器设置在车辆下部，所述电能接收器与所述环形传输电缆间隙设置形成分离式变压器，以感应高频磁场产生感应电流；
所述车载变电单元包括车载变流器；所述车载变流器的输入端与所述电能接收器连接，所述车载变流器的输出端用于与车辆的驱动电机连接。
2.根据权利要求1所述的城市交通车辆供电系统，其特征在于，所述基站电源单元还包括基站整流器，所述基站整流器的输入端用于与工频电源连接，所述基站整流器的输出端与所述高频逆变器的输入端连接。
3.根据权利要求1或2所述的城市交通车辆供电系统，其特征在于，所述车载变流器包括车载整流器和车载逆变器；所述车载整流器的输入端与所述电能接收器连接，所述车载整流器的输出端与所述车载逆变器的输入端连接；
所述车载变电单元还包括储能器，所述储能器串联在所述车载整流器的输出端。
4.根据权利要求3所述的城市交通车辆供电系统，其特征在于，所述储能器包括DC-DC变换器和储能元件，所述DC-DC变换器用于控制所述车载整流器输出电压降低向所述储能元件充电，或控制所述储能元件输出电压升高向所述车载逆变器供电。
5.根据权利要求4所述的城市交通车辆供电系统，其特征在于，所述储能元件为超级电容或蓄电池或并联的超级电容和蓄电池。
6.根据权利要求1或2所述的城市交通车辆供电系统，其特征在于，所述电源类型变换器为变压器，所述变压器的原边与所述高频逆变器的输出端连接，所述变压器的原边母线上串接有第一滤波电感和第二滤波电感，所述变压器的原边母线之间设置有第一补偿电容；所述变压器的副边母线上串接有第三电感和第二补偿电容。
7.根据权利要求1或2所述的城市交通车辆供电系统，其特征在于，所述基站电源单元还包括第一稳压电容，所述第一稳压电容串接在所述高频逆变器的输入端。
8.根据权利要求1或2所述的城市交通车辆供电系统，其特征在于，所述车载变电单元还包括第二稳压电容，所述第二稳压电容串接在所述车载整流器的输出端。
9.根据权利要求1或2所述的城市交通车辆供电系统，其特征在于，所述电能接收器为平板结构，所述电能接收器内部设置有感应线圈。
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