CN203734564U - 用于客车的移动式直供电逆变电源 - Google Patents

Abstract

本实用新型及一种用于客车的移动式直供电逆变电源，旨在解决当前逆变器易损坏、维修更换难度大、现有移动式逆变电源输出电流中含有直流成分、工作效率低、电路复杂的技术问题，包括依次对应连接的输入接口、继电器、逆变系统、输出接口，所述的逆变系统包括DSP控制模块、电压电流反馈单元、电压反馈单元、滤波器、对应连接于所述DSP控制模块的IGBT模块、用于为所述DSP控制模块提供电压的辅助电源；本实用新型具有工作效率高、逆变后电压波形好，接线简单、移动方便等优点。

Description

用于客车的移动式直供电逆变电源

技术领域

本实用新型及一种逆变电源，尤其涉及一种用于客车的移动式直供电逆变电源。

背景技术

当前，我国在铁路客运列车上作了升级改造，将以往的可开窗户改为了固定封死的窗户后，车厢内的空气流通则全部依靠空调机组提供，这使得空调的使用率大大提高，同时也是列车上用电量较大的电气设备。尤其在夏天，由于空调供电器件的连续长时间工作，会出现长时间满载运行导致器件的过度“疲劳”，而空调的电源来自于逆变器，在实际应用中，逆变器是将特定的直流电转换为指定的交流电。而列车上整个逆变器系统通常采用半桥或全桥电路结构，由于安装空间有限，且安装在车底，运行环境恶劣，更换维修困难。最终将增快逆变器老化或损坏，结果导致空调机组停止工作，致使车厢内温度居高不下，旅客反映极为强烈，若采用相邻车厢临时拉电缆方式，存在很大的安全隐患。

为解决上述问题，根据市场需求，西安车辆段联合我公司研发了这款针对上述问题的移动式逆变电源(Portable lrnverter Power Supply，PIPS)，其中的移动的逆变器是整个”直一交”变换式PIPS系统的核心部分。体积小，移动方便，绝缘性高，当客运火车上的逆变器发生故障时，PIPS通过完成“直流一交流”的功率变换给负载供电。也就是说当列车上的逆变主路发生故障时，通过PIPS替代列车逆变部分给负载不间断供电，满足空调等设备的连续运行。又因为负载的电源都是由逆变器供给，因此，逆变器输出的质量直接决定整个PIPS系统的供电性能和可靠性。然而，由于控制系统精度的限制，如给定参考正弦调制波、三角载波的不对称，以及各桥臂中的功率开关器件的开关特性，导通压降以及驱动电路通道等因素的差异，都会导致逆变器的输出波形中存在直流成份。不仅如此，在系统动态过渡过程中，如逆变器软启动，以及输出侧负载变化(突加、突卸负载)时，也会使逆变器输出含有几个周波的直流分量。无论是系统稳态运行还是动态过渡过程中产生的直流分量都会使得接在逆变器输出侧的互感器、变压器等产生偏磁。当直流偏磁累积到一定程度后就可以使互感器、变压器铁芯发生饱和，同时伴随励磁电流增大，损耗增加，严重的时候还会影响逆变器的正常工作，影响系统的可靠运行。目前，消除互感器、变压器偏磁的主要技术有：通过改变互感器、变压器的设计来抑制偏磁。具体做法为，在其铁芯加气隙，就可以使得互感器、变压器能承受较大的直流电流且不容易饱和。但是这种方案完全行不通，因为列车上的互感设备、变压设备是固形的，不可以改动的，且不允许改动。就算改动也会导致整个PIPS系统效率降低。因此，要解决这个问题，就要从PIPS的逆变输出上着手。

在电路的拓扑结构中加入隔直电容。将隔直电容与变压器原边绕组串联，来阻断直流分量。这种方案虽然简单、可操作性强。但是隔直电容的引入增加了电路的复杂程度，而且大功率隔制电容的选取也非常困难，同时增加了整个PIPS系统的体积、重量和成本，这也是我公司设计要考虑的难点和特色。

发明内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，适应现实需要，提供一种用于客车的移动式直供电逆变电源，旨在解决当前逆变器易损坏、维修更换难度大、现有移动式逆变电源输出电流中含有直流成分、工作效率低、电路复杂的技术问题。

为了实现本实用新型的目的，本实用新型所采用的技术方案为：

一种用于客车的移动式直供电逆变电源，包括依次对应连接的用于与DC600V电压连接的输入接口、继电器、用于将直流高压逆变为交流低压的逆变系统、用于输出交流低压输出接口；所述逆变系统包括DSP控制模块、电压电流反馈单元、电压反馈单元、滤波器、对应连接于所述DSP控制模块的IGBT模块、用于为所述DSP控制模块提供电压的辅助电源；所述继电器对应连接于IGBT模块，所述电压电流反馈单元对应连接于所述IGBT模块与DSP控制模块之间，用于检测经IGBT模块逆变后的电压及电流并反馈至DSP控制模块中，所述电压反馈单元对应连接于所述DSP控制模块与继电器之间，用于检测输入IGBT模块中的电压并反馈至DSP控制模块中，所述IGBT模块逆变后的电压经由所述滤波器输出至输出接口。

还包括显示及输入单元，所述显示及输入单元包括对应连接于所述滤波器与输出接口之间的且用于显示逆变后电压的U相电压表、V相电压表、W相电压表。

所述显示及输入单元还包括对应连接于所述DSP控制模块的用于显示逆变后输出电压及电流的并用于输入对应设置信息的触摸屏。

所述输入接口为航空插头公头或航空插头母头。

所述输出接口为航空插头公头或航空插头母头。

还包括移动小车，在所述移动小车上设置有机箱，所述输入接口、继电器、逆变系统、输出接口、显示及输入单元对应设置于所述机箱内。

本实用新型的有益效果在于：

本实用新型提供了一种直流输入DC600v，交流输出三相DC380v正弦波的可移动式直供电逆变电源，具有在动态和稳态情况下均具有很好的抑制偏磁的能力，提高系统工作的可靠性且输出的电流中不含有直流成分。

本实用新型使用DSP控制模块使本逆变电源具有自学习功能，具有静态识别，动态优化，带载优化等特点，是列车所不具备的，并采用人机界面，即使用触摸屏的设计，可显示整个工作的运行状态，控制软件采用组态软件编写。能显示故障时间、类型、原因等信息，还可提供解决方案，运行情况一目了然。

由于输入和输出电压比较高，输入输出电流比较大，本实用新型输入／输出连接口采用塑壳航空插头，其防水防爆，作为设备输入和输出接线，该航插具有密封、导流、方便、快捷、安全、防水等明显效果。

本实用新型使用移动小车其设计小巧，移动方便，是列车上唯一一款可移动式直供电的逆变电源，补缺了以往列车上运行时逆变器不能更换的不足，提高了系统的灵活性，从携带和检修方面，列车上的逆变器检修空间狭小，光线灰暗，很难排查线路，散热空间也非常差，比移动式逆变电源差的远；在推广上，因它拆卸、安装、维护、安全等诸多优点，在推广发展上很容易发挥它的优势，得到青睐。并节省了成本。

附图说明

图1为本实用新型用于客车的移动式直供电逆变电源原理框架示意图；

图2为图1逆变系统原理框架示意图；

图3为本实用新型启动波形示意图；

图4为本实用新型运行波形示意图；

图中1为逆变系统。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明：

实施例：一种用于客车的移动式直供电逆变电源，参见图1，图2，包括依次对应连接的用于与DC600V电压连接的输入接口、继电器、用于将直流高压逆变为交流低压的逆变系统、用于输出交流低压的输出接口；所述逆变系统包括DSP控制模块、电压电流反馈单元、电压反馈单元、滤波器、对应连接于所述DSP控制模块的IGBT模块、用于为所述DSP控制模块提供电压的辅助电源；所述继电器对应连接于IGBT模块，所述电压电流反馈单元对应连接于所述IGBT模块与DSP控制模块之间，用于检测经IGBT模块逆变后的电压及电流并反馈至DSP控制模块中，所述电压反馈单元对应连接于所述DSP控制模块与继电器之间，用于检测输入IGBT模块中的电压并反馈至DSP控制模块中，所述IGBT模块逆变后的电压经由所述滤波器输出至输出接口。本实用新型进一步的还包括显示及输入单元，所述显示及输入单元包括对应连接于所述滤波器与输出接口之间的且用于显示逆变后电压的U相电压表、V相电压表、W相电压表，对应连接于所述DSP控制模块的用于显示逆变后输出电压及电流的并用于输入相应设置信息的触摸屏。以上所述的输入接口与输出接口均为航空插头公头(或航空插头母头)。本实用新型进一步的还包括移动小车，在所述移动小车上设置有机箱，所述输入接口、继电器、逆变系统、输出接口、显示及输入单元对应设置于所述机箱内。

本实用新型的设计理念为：DC／AC转换是整个逆变电源的关键技术核心，完善的保护环节，可靠的设计技术、安全的应用环境、高度协调的兼容性能是整个系统设计理念。

本实用新型的逆变系统，主要将DC600V逆变成工作频率为50HZ，3相AC380V电压，为空调机组提供电源；本实用新型在输入端DC600V的正、负母线电压的平均值是均衡的，正、负母线的输出功率也相同；若有正方向的直流电流分量存在，则一个工频周期内正母线的输出功率大于负母线的输出功率，当负母线由于正方向的直流电流分量的存在所吸收的功率大于其输出功率时，则会导致负母线的电压高于正母线电压；反之，则一个工频周期内负母线的输出功率大于正母线的输出功率，当正母线由于负方向的直流电流分量的存在所吸收的功率大于其输出功率时，则会导致正母线的电压高于负母线电压。从上可知，控制正负直流母线电压的均衡，对整个逆变器系统的稳定运行就显得非常重要。本实用新型基于本发明的用于客车的移动式直供电逆变电源所采用的方法如下：检测当前正母线电压Udc+、负母线电压Udc-，获得正、负母线电压的差值／ΔUdc。对正、负母线电压的差值ΔUdc进行滤波处理，再对滤波后的正、负母线电压的差值进行调节和限幅处理，调节可以为比例积分(PI)调节或比例(P)调节。并获得第一次补偿，对正、负母线电压的差值与0进行比较，进行处理获得第二补偿量；对第一补偿量和第二补偿量进行叠加运算获得最终的补偿量，最终实现无偏磁效应(成熟的经验借助于偏磁调节发)；对逆变系统的输出端部分使用逆变输出滤波器，最终实现输出稳定的正弦波，其启动波形和运行波形如图3和图4所示。本实用新型在实施中还采用软启动功能：主要为减少机车在过分相后逆变电源硬启动对空调机组的冲击，降低启动电流，减少对电网的冲击，保护空调机组，并且随转速增加，电流和转矩变化也缓慢增加。采用软启动在其他方面的好处有可以根据负载情况选择不同的启动方式及参数设置，达到最大程度的使电动机实现最佳启动效果；高可靠性；体积小.便于安装；对电动机的启动和运行具有多种保护功能。如过流、过负荷、缺相、过热等保护；便捷直观的操作显示键盘，可根据不同负载方便的对启／停参数进行设置或修改；可以与计算机网络进行通信；软启动的实际输出功率可根据负载进行设定等。进一步的本实用新型通过PID控制，即通过对被控制量的反馈信号与目标信号的偏差量进行比例、积分、微分运算，来调整本逆变电源的最终输出频率，并构成负反馈系统，使被控量稳定在目标量上。本实用新型根据所带负载的性质不同，分为感性负载和阻性负载，感性负载一般为电动机，阻性负载为电磁炉等。现有的逆变电源通常带感性负载一般没有问题，但是若带三相380V电磁炉就有了大问题：电磁炉一般都有个整流桥，如果是逆变电源输出直接供给电磁炉就会出现短路故障。究其原因就在于逆变输出电源的性质是高频矩形波，次波形经过整流桥时相当于带了微载，导致整流桥强行导通，造成短路状态或烧坏器件。为此本实用新型设计了两套工作模式：感性工作模式和电磁炉式工作模式，在使用不同的负载时只需切换模式即可安全待载，从而解决了这个难题。本实用新型的移动小车灵活移动，根据运行现场的实际要求，本实用新型的电气原件完全封装在可以移动小车的机箱内，设计小巧玲珑，携带方便。

本实用新型的实施例公布的是较佳的实施例，但并不局限于此，本领域的普通技术人员，极易根据上述实施例，领会本实用新型的精神，并做出不同的引申和变化，但只要不脱离本实用新型的精神，都在本实用新型的保护范围内。

Claims (6)

1.一种用于客车的移动式直供电逆变电源，包括依次对应连接的用于与DC600V电压连接的输入接口、继电器、用于将直流高压逆变为交流低压的逆变系统、用于输出交流低压的输出接口；其特征是：所述逆变系统包括DSP控制模块、电压电流反馈单元、电压反馈单元、滤波器、对应连接于所述DSP控制模块的IGBT模块、用于为所述DSP控制模块提供电压的辅助电源；所述继电器对应连接于IGBT模块，所述电压电流反馈单元对应连接于所述IGBT模块与DSP控制模块之间，用于检测经IGBT模块逆变后的电压及电流并反馈至DSP控制模块中，所述电压反馈单元对应连接于所述DSP控制模块与继电器之间，用于检测输入IGBT模块中的电压并反馈至DSP控制模块中；所述IGBT模块逆变后的电压经由所述滤波器输出至输出接口。

2.如权利要求1所述的用于客车的移动式直供电逆变电源，其特征是：还包括显示及输入单元，所述显示及输入单元包括对应连接于所述滤波器与输出接口之间的且用于显示逆变后电压的U相电压表、V相电压表、W相电压表。

3.如权利要求2所述的用于客车的移动式直供电逆变电源，其特征是：所述显示及输入单元还包括对应连接于所述DSP控制模块的用于显示逆变后输出电压及电流的并用于输入对应设置信息的触摸屏。

4.如权利要求1所述的用于客车的移动式直供电逆变电源，其特征是：所述输入接口为航空插头公头或航空插头母头。

5.如权利要求1所述的用于客车的移动式直供电逆变电源，其特征是：所述输出接口为航空插头公头或航空插头母头。

6.如权利要求1所述的用于客车的移动式直供电逆变电源，其特征是：还包括移动小车，在所述移动小车上设置有机箱，所述输入接口、继电器、逆变系统、输出接口、显示及输入单元对应设置于所述机箱内。