CN203851020U - 一种电车供电线网电源转换装置及电源驱动系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电车供电线网电源转换装置及电源驱动系统，其中电源转换装置包括：电磁干扰滤波电路，其与电车供电线网连接，用于滤除电车供电线网提供的线网电源中的电磁干扰；开关电路，其与电磁干扰滤波电路的输出端正极连接，用于导通或断开线网电源；第一滤波电路，其连接在开关电路和电车负载之间，用于对线网电源进行滤波，并将滤波后的线网电源提供给电车负载，以驱动电车负载运行。本实用新型能够有效净化电车的电磁兼容环境，并减小线网电源的波动，还能够实现线网电源和车载电源的电源隔离，从而有助于提高电车电机的使用寿命，改善电车的调速性、提高操作舒适度，同时为乘客和电车负载的安全提供保障。

Description

一种电车供电线网电源转换装置及电源驱动系统

技术领域

本实用新型涉及电力电子领域，具体地说，涉及一种电车供电线网电源转换装置及电源驱动系统。

背景技术

无轨电车线是一种由供电线网为电车内部各个用电器件提供电能的城市公交车辆，其通过安装在车顶的集电器的两个集电头从直流线网获取直流电源。

图1示出了现有的无轨电车电源驱动系统的原理图。如图1所示，电车集电器的两个集电头接触电车供电线网的相应导线，以接收线网提供的直流电源。该直流电源通过电抗器L101、熔断器F102、接触器J104和熔断器F105串联构成的电路后输出到电车内部的高压负载。其中，电车的高压负载包括：用于控制主驱动电机M1的控制器106、为气泵电机M2供电的辅助电源107、为方向助力电机M3供电的辅助电源108、24V电源转换模块109、高压充电机110、空调111、加热器112、除霜机113等。为了保证电车的安全性，该系统还包括有避雷器F103，避雷器F103的一端连接在熔断器F102和接触器J104之间，另一端与供电线网的负极相连。

此外，随着电池技术的发展，双源无轨电车得到越来越多的应用，图2示出了现有的双源无轨电车的电源驱动系统的原理图。如图2所示，双源无轨电车的电源驱动系统在图1所示的无轨电车电源驱动系统的基础上增加了一组与线网供电系统并联的动力电池供电系统。动力电池供电系统的主要装置为动力电池215，动力电池215的正极通过熔断器F216、接触器J217和二极管D218串联构成的电路与熔断器F105的输入端连接，负极通过接触器J217和接触器J104与供电线网的负极连接。

上述两种无轨电车的电源驱动系统接收的线网电源均是由三相工频交流电通过变压和不可控整流得到的额定600V的直流电源。供电线网为电车供电时，1～3公里长的供电线网可能同时存在多辆电车，而每辆电车的耗电功率均会在0～220kW的范围内变化。

例如当电车制动时，电车不从线网取电，此时电车的耗电功率为0。而电车正常运行时，电车的耗电功率则为220kW。与供电线网连接的电车的耗电功率的变化会引起供电线网电流的波动。而供电线网和馈线存在的电感效应，在电流波动时会造成电压震荡和波动，进而造成线网电压在300V到720V之间跳动，使得此时与供电线网连接的电车的输入电压也随之跳动。此外，供电线网在不同供电区之间存在10～20厘米的绝缘节，无轨电车的集电头在通过绝缘节时，线网供电电压就变为0V，所以此时无轨电车的输入电压也存在剧烈跳动的情况。

直流输入电源的电压跳动对车载高压负载会产生很多危害。车载高压负载中的车载辅助电源和驱动电机控制器是由接触器、电容、绝缘栅双极型晶体管变流电路等电力电子器件构成，跳动的电压会对这些电力电子器件产生电压冲击和电流冲击，从而缩短元器件的使用寿命。供电电压变化区间过大还会对车载高压负载的工作点标定造成困难，对车载高压负载的输出也会产生冲击，进而影响辅助电机正常工作，从而缩短了电机使用寿命。

此外，线网电压变化还会导致电车驱动电机的输出转速和力矩不稳定，使整车的调速性能变差、降低司机的操作舒适性，也为电车运行带来安全隐患。

同时，由于无轨电车的供电线网是架设在城市道路的上空，这种环境下的供电线网会受到大量周围的无线电发射塔、工厂的电磁辐射干扰。而这些电磁干扰会通过电网传导至无轨电车的电气系统中，从而使得无轨电车的电磁兼容环境变得恶劣，影响车载电气设备的工作，干扰严重时会造成车载电气设备误动作甚至失效等故障。

基于上述情况，亟需一种能够向无轨电车提供稳定、可靠、电磁干扰少的直流电源的电源转换装置。

实用新型内容

为解决上述问题，本实用新型提供了一种电车供电线网电源转换装置，所述装置包括：

电磁干扰滤波电路，其与电车供电线网连接，用于滤除所述电车供电线网提供的线网电源中的电磁干扰；

开关电路，其与所述电磁干扰滤波电路的输出端正极连接，用于导通或断开所述线网电源；

第一滤波电路，其连接在所述开关电路和电车负载之间，用于对所述线网电源进行滤波，并将滤波后的线网电源提供给所述电车负载。

根据本实用新型的一个实施例，所述电磁干扰滤波电路包括三端电容。

根据本实用新型的一个实施例，所述开关电路包括预充电电路，所述预充电电路包括第一电阻、第一接触器和第二接触器，其中所述第一电阻和第一接触器串联构成的电路与所述第二接触器并联。

根据本实用新型的一个实施例，所述第一滤波电路包括LC滤波电路。

根据本实用新型的一个实施例，所述装置还包括电源隔离电路，其连接在所述第一滤波电路和电车负载之间，用于对所述第一滤波电路和电车负载进行电源隔离。

根据本实用新型的一个实施例，所述电源隔离电路包括：

逆变电路，其输入端与所述第一滤波电路连接，用于将所述第一滤波电路输出的直流电源转换为第一交流电源；

隔离变压器，其与所述逆变电路连接，用于将所述第一交流电源转换为第二交流电源，实现所述第一交流电源和第二交流电源之间的电源隔离；

整流电路，其与所述隔离变压器连接，用于将所述第二交流电源转换为直流电源，以供所述电车负载使用。

根据本实用新型的一个实施例，所述逆变电路包括全桥逆变电路。

根据本实用新型的一个实施例，所述整流电路包括二极管整流电路。

根据本实用新型的一个实施例，所述装置还包括第二滤波电路，其连接在所述电源隔离电路和电车负载之间，用于对所述整流电路输出的直流电源进行滤波，并将滤波后的直流电源提供给所述电车负载。

本实用新型还提供了一种电车电源驱动系统，所述系统包括：

电车负载；

供电线网，其用于为所述电车负载提供电源；

如上所述的电源转换装置，其连接在所述电车负载和供电线网之间，用于将接收到的所述供电线网提供的线网电源进行处理后输出给所述电车负载，以驱动所述电车负载运行。

本实用新型提供了一种新型电车供电线网电源转换装置，同时还提供了一种使用该装置的电车驱动电气系统。本实用新型提供的线网电源转换装置通过电磁干扰滤波电路来滤除电车供电线网从周围无线电发射塔、工厂电磁辐射等接收到的电磁干扰，能够有效净化电车的电磁兼容环境，为电车的正常工作提供保障。

同时，本实用新型提供的线网电源转换装置还通过开关电路和滤波电路减小线网电压的变化区间，能够有效提高电车电机的使用寿命，改善电车的调速性、提高操作舒适度。此外，还通过电源隔离电路来隔离线网电源和车载电源，消除了因线网电源对车体漏电或放电而带来的安全隐患，从而为乘客和电车负载的安全提供了保障。

本实用新型的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要的附图做简单的介绍：

图1是现有的单电源无轨电车驱动电气系统的原理图；

图2是现有的双电源无轨电车驱动电气系统的原理图；

图3是根据本实用新型的电车供电线网电源转换装置的一个实施例的的原理图；

图4是根据本实用新型的电车电源驱动系统的一个实施例的的原理图。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本实用新型的实施方式，借此对本实用新型如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本实用新型中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本实用新型的保护范围之内。

针对现有的无轨电车双电源平台驱动电气系统对于线网电压波动不适应的问题，本实用新型提供了一种新的电车供电线网电源转换装置，图3示出了本实施例中该装置的原理图。

如图3所示，本实施例中，电车供电线网电源转换装置300包括电磁干扰滤波电路301、开关电路302和第一滤波电路303。

电车供电线网提供的线网电源中常常会存在大量从周围的无线电发射塔、工厂的电磁辐射引入的电磁干扰。电磁干扰滤波电路301能够滤除上述电磁干扰，使得线网电源的质量得到改善，从而降低对电车负载的电磁环境的影响。本实施例中，电磁干扰滤波电路301包括三端电容C3。如图3所示，三端电容C3的第一端口与线网电源的正极连接，第二端口与线网电源的负极连接，第三端口与地连接，但本实用新型不限于此，在本实用新型的其它实施例中，电磁干扰滤波电路301还可以采用其它合理电路形式。

从图3中看以看出，本实施例中，开关电路302串联在电磁干扰滤波电路301的输出端正极与第一滤波电路303的输入端正极之间，用于通过自身的关断来导通或断开线网电源。本实施例中，开关单元302为一预充电电路，如图3所示，该预充电电路包括第一电阻R1、第一接触器K1和第二接触器K2，其中第一电阻R1和第一接触器K1串联构成的电路与第二接触器K2并联。

预充电电路不仅能够实现对线网电源的通断，还具有线路保护功能。当电车供电线网提供的线网电源存在由较低电压到较高电压的大幅跳变时，首先先闭合接触器K1而断开接触器K2，当电车负载侧的电压与线网电压的压差小于预设值后，再断开接触器K1而闭合接触器K2。因为接触器K1与电阻R1串联，电阻R1能够起到限流作用，从而保护电路中的电流波动不至于过大，实现对电路中负载的保护。

第一滤波电路303连接在开关电路302与电车负载之间，用于对开关电路302输出的电源信号进行滤波，并将滤波后的电源信号提供给电车负载。本实施例中，第一滤波电路303采用LC滤波电路，包括电感L1和电容C1，其中，电感L1的一端作为第一滤波电路303的输入端正极与开端电路302的输出端正极连接，另一端作为第一滤波电路303的输出端正极与电车电车负载的输入端正极连接，电容C1并联在电车负载的输入端正负极之间。

现有电车的供电线网多为三相工频交流电网，而三相工频交流电网与大地之间存在的较高电势差，会使得电车的直流供电线网对大地也存在较高的电势差。如果无轨电车的高压部件的耐压、绝缘措施设计不合理，或经过长时间的工作，雨水、灰尘、盐雾等恶劣环境容易导致绝缘失效，线网电源会对车体漏电或者放电，使得无轨电车的电气系统中存在安全隐患。而且在乘客上车过程中，乘客踏在地上的脚与接触车门或者车身的手之间可能会产生电势差，一旦绝缘失效远超过安全标准的电压，就会引起人员触电的安全事故。

针对上述现有的电车驱动电气系统中电车供电线网与电车负载没有进行电源隔离而存在安全隐患的问题，如图3所示，本实施例中，电车供电线网电源转换转置300还包括电源隔离电路。而对于高压电源的隔离多采用交流隔离的方法，所以本实施例中，电源隔离电路包括逆变电路304、隔离变压器305、整流电路306。

逆变电路304的输入端与第一滤波电路303的输出端连接，从而将第一滤波电路303输出的直流电源转换为第一交流电源。隔离变压器305与逆变电路304连接，其能够将逆变电路304输出的第一交流电源按照自身的匝比转换为第二交流电源。因为隔离变压器303的初级线圈与次级线圈之间不共地，所以能够实现第一交流电源与第二交流电源的电源隔离，从而有效保证乘客以及电车负载的安全。

因为电车负载的电源通常采用的是直流电源，所以隔离变压器305产生的第二交流电源还需要通过整流电路306整流为直流电源，以便为电车负载供电。

本实施例中，逆变电路304采用全桥逆变电路，整流电路306采用二极管桥式整流电路，但本实用新型不限于此，在本实用新型的其它实施例中，逆变电路304和整流电路306均可以采用其它合理的电路形式。

如图3所示，电车供电线网电源转换转置300还包括第二滤波电路307，第二滤波电路307用于对整流电路306产生的直流电源进行进一步地滤波，以进一步改善输出到电车负载的直流电源。本实施例中，第二滤波电路307与第一滤波电路303的电路结构相同，在此不再赘述。同时需要说明的是，在本实用新型的其它实施例中，第二滤波电路还可以采用其它合理的电路形式，本实用新型不限于此。

本实用新型还提供了一种电车电源驱动系统，图4示出了该系统的原理图。

如图4所示，电车驱动电气系统包括供电线网401、电车供电线网电源转换转置300和电车负载402。其中，电车供电线网电源转换装置300与电车的供电线网401连接，用于对接收到的供电线网401提供的线网电源进行处理，并将处理后的线网电源输出给电车负载402，以便为电车负载402提供滤波与电源隔离后的电源。

本实施例中，电车驱动电气系统还包括保护电路403，其连接在电车供电线网和供电线网电源转换装置300之间，用于为供电线网电源转换装置300和电车负载402提供保护。

如图4所示，本实施例中，保护电路403包括电抗器L101、熔断器F102和避雷器F103。其中，电抗器L101与熔断器F102串联在供电线网电源的正极与供电线网电源转换装置300的输入端正极之间，当供电线网电源输出回路中的电流过大时，保护电路403能够断开供电线网与供电线网电源转换装置300之间的连接，从而达到对电源转换装置300以及其连接的电车负载402的保护。避雷器F103并联在供电线网电源转换装置300的输入端正负极之间，能够使得电源转换装置300以及电车负载402免受雷电过电压或操作过电压损害。为了进一步对电车负载402进行过流保护，本实施例中，电源转换装置300与电车负载402之间还串接有熔断器F105，当电车负载402中流过的电流过大时，熔断器F105熔断，从而断开电源转换转置300与电车负载402之间的连接，达到对电车负载进行过流保护的目的。

本实用新型提供了一种新型电车供电线网电源转换装置，同时还提供了一种使用该装置的电车电源驱动系统，本实用新型提供的线网电源转换装置通过电磁干扰滤波电路来滤除电车供电线网从周围无线电发射塔、工厂电磁辐射接收到的电磁干扰，能够有效净化电车的电磁兼容环境，为电车的正常工作提供保障。同时，本实用新型提供的线网电源转换装置还通过开关电路和滤波电路减小线网电压的变化幅度，能够有效提高电车电机的使用寿命，改善电车的调速性、提高操作舒适度。此外，还通过电源隔离电路来隔离线网电源和车载电源，消除了因线网电源对车体漏电或放电而带来的安全隐患，保证了电车负载和乘客的安全。

虽然本实用新型所揭露的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本实用新型而采用的实施方式，并非用以限定本实用新型。任何本实用新型所属技术领域内的技术人员，在不脱离本实用新型所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本实用新型的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种电车供电线网电源转换装置，其特征在于，包括：

电磁干扰滤波电路，其与电车供电线网连接，用于滤除所述电车供电线网提供的线网电源中的电磁干扰；

开关电路，其与所述电磁干扰滤波电路的输出端正极连接，用于导通或断开所述线网电源；

第一滤波电路，其连接在所述开关电路和电车负载之间，用于对所述线网电源进行滤波，并将滤波后的线网电源提供给所述电车负载。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电磁干扰滤波电路包括三端电容。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述开关电路包括预充电电路，所述预充电电路包括第一电阻、第一接触器和第二接触器，其中所述第一电阻和第一接触器串联构成的电路与所述第二接触器并联。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一滤波电路包括LC滤波电路。

5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括电源隔离电路，其连接在所述第一滤波电路和电车负载之间，用于对所述第一滤波电路和电车负载进行电源隔离。

6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述电源隔离电路包括：

逆变电路，其输入端与所述第一滤波电路连接，用于将所述第一滤波电路输出的直流电源转换为第一交流电源；

隔离变压器，其与所述逆变电路连接，用于将所述第一交流电源转换为第二交流电源，实现所述第一交流电源和第二交流电源之间的电源隔离；

整流电路，其与所述隔离变压器连接，用于将所述第二交流电源转换为直流电源，以供所述电车负载使用。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述逆变电路包括全桥逆变电路。

8.如权利要求6或7所述的装置，其特征在于，所述整流电路包括二极管整流电路。

9.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述装置还包括第二滤波电路，其连接在所述电源隔离电路和电车负载之间，用于对所述整流电路输出的直流电源进行滤波，并将滤波后的直流电源提供给所述电车负载。

10.一种电车电源驱动系统，其特征在于，所述系统包括：

电车负载；

供电线网，其用于为所述电车负载提供电源；

如权利要求1～9中任一项所述的电源转换装置，其连接在所述电车负载和供电线网之间，用于将接收到的所述供电线网提供的线网电源进行处理后输出给所述电车负载，以驱动所述电车负载运行。