CN210427691U

CN210427691U - 一种机车变流器试验电源

Info

Publication number: CN210427691U
Application number: CN201921096892.4U
Authority: CN
Inventors: 肖泉华; 许水平; 陈天喜; 杨韬; 李怡文; 胡耀; 李清峰; 黄志国; 周立明; 吴连贵; 康维
Original assignee: Zhuzhou National Engineering Research Center of Converters Co Ltd
Current assignee: Zhuzhou CRRC Times Electric Co Ltd
Priority date: 2019-07-12
Filing date: 2019-07-12
Publication date: 2020-04-28
Anticipated expiration: 2029-07-12

Abstract

本实用新型公开了一种机车变流器试验电源，包括整流电源系统和串并联开关单元，所述整流电源系统包括多个整流单元，所述串并联开关单元与各整流单元的输出端相连，用于实现各整流单元之间的串联或/和并联；各整流单元均包括依次相连的隔离整流变压器单元、整流模块单元和双向DC/DC模块单元。本实用新型的机车变流器试验电源具有结构简单、输出电压可调、可靠性高等优点。

Description

一种机车变流器试验电源

技术领域

本实用新型主要涉及变流器试验技术领域，特指一种机车变流器试验电源。

背景技术

近年来，铁路运输高速发展，铁路运输安全关系着国计民生，因此，对机车各种部件的性能要求都非常高，机车变流器作为机车牵引传动系统的核心部件，在出厂或者检修时需要经过试验台进行严格的试验验证，试验台中的核心设备为直流电源。现有直流电源目前采用两种型式；第一种采用调压器+整流变压器+二极管整流器的模式，如图1所示；第二种为整流变压器+晶闸管整流器的模式，如图2所示。其中第一种模式的调压闭环速度慢，并且必须有一个调压器，占地面积较大；第二种模式低电压时输出电流较低、功率小，闭环响应速度不够快；另外这两种模式的输出电压固定，不便调节，而且工作可靠性较低。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本实用新型提供一种结构简单、输出电压可调的机车变流器试验电源。

为解决上述技术问题，本实用新型提出的技术方案为：

一种机车变流器试验电源，包括整流电源系统和串并联开关单元，所述整流电源系统包括多个整流单元，所述串并联开关单元与各整流单元的输出端相连，用于实现各整流单元之间的串联或/和并联；各整流单元均包括依次相连的隔离整流变压器单元、整流模块单元和双向DC/DC模块单元。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述整流模块单元包括多个整流器和开关组件，所述开关组件的输入端与各整流器的输出端相连，用于实现各整流器之间的串联或/和并联。

所述整流器的数量为两个，分别为整流器REC1和整流器REC2，所述开关组件包括开关 2KM1和开关2KM2；2KM1的两端分别与整流器REC1的一端和整流器REC2的一端相连；2KM2的一对触点位于REC2的一端与REC1的另一端之间，2KM2的另一对触点位于REC1 的一端与REC2的另一端之间。

各所述整流单元中的隔离整流变压器单元的输入单元均连接有软启动上电单元。

所述软启动上电单元包括充电接触器、充电电阻和短接接触器；所述充电接触器与所述充电电阻串联后与所述短接接触器并联。

所述串并联开关单元的输出端连接有放电单元。

所述放电单元包括制动单元和制动电阻，所述制动单元和制动电阻相互串联后并接在所述串并联开关单元的输出端上。

所述整流单元的数量为四个，分别为第一整流单元、第二整流单元、第三整流单元和第四整流单元。

所述串并联开关单元包括开关3KM1～3KM6；第一整流单元的一端与第四整流单元的另一端形成试验电源的输出端，第一整流单元的另一端通过3KM1与第二整流单元的一端相连；第二整流单元的另一端通过3KM2与第三整流单元的一端相连；第三整流单元的另一端通过 3KM3与第四整流单元的一端相连；第一整流单元的一端通过3KM4的一对触点与第二整流单元的一端相连；第一整流单元的另一端通过3KM4的另一对触点与第二整流单元的另一端相连；第一整流单元的一端通过3KM6的一对触点与第三整流单元的一端相连，第二整流单元的另一端通过3KM6的另一对触点与第四整流单元的另一端相连；第三整流单元的另一端通过3KM5的一对触点与第四整流单元的另一端相连；第四整流单元的一端通过3KM5的另一对触点与第三整流单元的一端相连。

所述整流模块单元为四象限整流单元或晶闸管整流单元或二极管整流单元。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：

本实用新型的机车变流器试验电源，采用双向DC/DC模块单元的串并联模式实现电压多个档位可调，可满足机车、动车、地铁的牵引变流器、辅助变流器的试验电压和功率需求。采用多级直流串并联模式；在整流模块单元内部设置开关组件，在双向DC/DC模块单元后侧设置串并联开关单元；当有一个或两个整流单元故障时，可直接将故障单元切除而降容使用；将一个或两个正常的整流单元由并联模式改成串联模式；保证整个系统的最高电压的输出，不影响变流器的检修及出厂试验需求，可靠性高。

附图说明

图1为现有技术中第一种试验电源电路框图。

图2为现有技术中第二种试验电源电路框图。

图3为本实用新型实施例的拓扑图。

图4为本实用新型整流单元实施例的拓扑图。

图5为本实用新型实施例的电路原理图。

图中标号表示：1、进线柜；2、整流电源系统；21、整流单元；211、软启动上电单元；212、隔离整流变压器单元；213、整流模块单元；214、双向DC/DC模块单元；3、串并联开关单元；4、放电单元；5、控制保护系统。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体实施例对本实用新型作进一步描述。

如图3所示，本实施例的机车变流器试验电源，适用于各机车、动车、地铁的牵引变流器、辅助变流器的试验，具体包括依次相连的进线柜1、整流电源系统2和串并联开关单元3，整流电源系统2包括多个整流单元21，串并联开关单元3与各整流单元21的输出端相连，用于实现各整流单元21之间的串并联(串联、并联、或者串联与并联结合)；各整流单元21均包括依次相连的软启动上电单元211、隔离整流变压器单元212、整流模块单元213和双向DC/DC模块单元214。

如图4和图5所示，本实施例中，软启动上电单元211包括充电接触器1KM1、充电电阻和短接接触器1KM2；充电接触器1KM1与充电电阻串联后与短接接触器1KM2并联。软启动上电单元211为中间直流电容进行预充电，上电前期充电接触器和充电电阻所在充电支路接通，短接接触器所在支路断开，给中间直流电容缓慢预充电，当中间电压达到设定值时，短接接触器合上，充电支路断开。

如图4和图5所示，本实施例中，隔离整流变压器单元212包括隔离变压器ITM1，用于将供电电源电压转化成整流模块单元213所需的电压，实现电压的变换和隔离，将网侧的电源变换成二次侧的低电压，完成整流模块单元213与电网连接的功能；变压器能够抑制高次谐波，保证在多种高次谐波联合作用下铁芯依然工作在非饱和状态。变压器原边设有5档抽头，分别为+10％、+5％、0％、-5％、-10％，采用无载调压方式进行抽头变换，可对一次侧的电压进行五挡微调。

如图4和图5所示，本实施例中，整流模块单元213将交流整流成双向DC/DC模块单元 214所需的直流母线电压。整流模块单元213由整流器REC1、REC2和开关组件组成，开关组件的输入端与各整流器的输出端相连，用于实现各整流器之间的串联或/和并联。开关组件包括开关2KM1和开关2KM2；2KM1的两端分别与整流器REC1的一端和整流器REC2的一端相连；2KM2的一对触点位于REC2的一端与REC1的另一端之间，2KM2的另一对触点位于REC1的一端与REC2的另一端之间。REC1、REC2输出串并联形成多重整流器；正常工作时整流器并联工作，2KM2合闸，2KM1分闸；当有其它整流单元21故障时，可把故障整流单元21切除，整流器串联工作，2KM1合闸，2KM2分闸，保证后端直流输出压不变。其中整流器为四象限整流单元21或晶闸管整流单元21或二极管整流单元21，优先采用四象限整流单元21。另外，在此并不对整流器的数量进行限定，在其它实施例中，也可以实际情况进行适当选择。

如图4和图5所示，本实施例中，双向DC/DC模块单元214用于将中间直流母线电压转化成变流器试验所需的直流母线电压。每个双向DC/DC模块单元214由三个并联的IGBT组成的BUCK/BOOST电路，主要由直流母线支撑电容器、IGBT开关、高频直流输出滤波电感、滤波电容器和DSP数字控制器、IGBT驱动板、电流传感器等组成。双向DC/DC模块单元 214采用模块单元化机箱结构，内部主电路采用叠层母线工艺结构，减小分布电感，提高模块的可靠性。另外，双向DC/DC模块单元214(如双向DC/DC变换器)的原理就是在保持直流变换器两端的直流电压极性不变的情况下，根据需要改变电流的方向，从而实现能量的双向流动。与传统的采用两套单向DC/DC变换器来达到能量双向传输的方案相比，双向 DC/DC变换器具有体积小、器件数量少、效率高的优点。另外，双向DC/DC模块单元214，采用电压电流双闭环控制技术，能够提供高精度、低纹波的直流电源，满足不同变流器试验电源需求。采用双向DC/DC模块单元214级联模式，保证每个双向DC/DC模块单元214均流、均压工作。

如图5所示，本实施例中，进线柜1主要由进线断路器、进线保护装置等组成，用于三相供电系统中，提供电气设备的电源接入，能够分合正常和故障状态下的电流，对电网进行保护和分段隔离，能够显示电压电流值，具有控制电源的失压保护和保护参数的设定功能，在约定的供电系统下，由不同的柜型承载额定工作电流，关合开断故障电流。

如图5所示，本实施例中，串并联开关单元3的输出端连接有放电单元4。放电单元4包括制动单元和制动电阻，制动单元和制动电阻相互串联后并接在串并联开关单元3的输出端上。制动单元(如IGBT)在中间直流母线电压高于设定值时开通，制动电阻消耗过高的能量，电压瞬间降低到设定值以下时，封锁IGBT。在突然切换负载时，可快速稳定中间直流母线电压。其中放电单元4和串并联开关单元3均置于同一柜体内。

如图3所示，控制保护系统5用于实现对各部件的常规控制以及常规保护，具体常规功能有：控制直流电源所有开关的分合及软件联锁；控制整流器模块单元、双向DC/DC模块单元214的导通和关断；提供人机操作界面，可对底层参数进行修改设定包括加减速时间、PID 参数调节等；智能组网通信功能实现与整个试验台设备的联动；直流电源保护功能的实现等。

如图5所示，本实施例中，整流电源系统2包括四个整流单元21，分别为第一整流单元 21、第二整流单元21、第三整流单元21和第四整流单元21。本实施例中，串并联开关单元3包括开关3KM1～3KM6；第一整流单元21的一端与第四整流单元21的另一端形成试验电源的输出端，第一整流单元21的另一端通过3KM1与第二整流单元21的一端相连；第二整流单元21的另一端通过3KM2与第三整流单元21的一端相连；第三整流单元21的另一端通过3KM3与第四整流单元21的一端相连；第一整流单元21的一端通过3KM4的一对触点与第二整流单元21的一端相连；第一整流单元21的另一端通过3KM4的另一对触点与第二整流单元21的另一端相连；第一整流单元21的一端通过3KM6的一对触点与第三整流单元21 的一端相连，第二整流单元21的另一端通过3KM6的另一对触点与第四整流单元21的另一端相连；第三整流单元21的另一端通过3KM5的一对触点与第四整流单元21的另一端相连；第四整流单元21的一端通过3KM5的另一对触点与第三整流单元21的一端相连。具体地，四个整流单元21的输出通过串并联开关单元3的档位切换，可输出得到三个不同的工作档位 (如5000V，2500V，1250V)，以满足不同的机车、城轨、地铁变流器的试验需要。各开关状态及输出电压档位如表1所示：

表1：

序号	档位选择	串并联开关单元3开关状态	输出电压
				1	第1档位(四组串联)	3KM1、3KM2、3KM3闭合；3KM4、3KM5、3KM6断开	100～5000V
2	第2档位(2串再2组并联)	3KM1、3KM3、3KM6闭合；3KM2、3KM4、3KM5断开	100～2500V
				3	第3档位(4组并联)	3KM4、3KM5、3KM6闭合；3KM1、3KM2、3KM3断开	100～1250V

在负载试验时，在人机操作界面上选择输出档位开关，由PLC操作控制系统发出串并联转换连锁控制指令，相应的直流输出串并联转换开关动作。

由于采用多级直流串并联模式；在整流模块单元213内部设置开关组件，在双向DC/DC 模块单元214后侧设置串并联开关单元3；当有一个或两个整流单元21故障时，可直接将故障整流单元21切除以降容使用；将一个或两个正常的整流单元21由并联模式改成串联模式；保证整个系统的最高电压的输出，不影响变流器的检修及出厂试验需求。正常工作时各开关状态及输出电压档位如表2所示：

表2：

假设2#整流单元21故障，切除2#支路，对应的各开关状态及输出电压档位如表3所示：

表3：

本实用新型的机车变流器试验电源，采用双向DC/DC模块单元214的串并联模式实现电压多个档位可调，可满足机车、动车、地铁的牵引变流器、辅助变流器的试验电压和功率需求。采用多级直流串并联模式；在整流模块单元213内部设置开关组件，在双向DC/DC模块单元214后侧设置串并联开关单元3；当有一个或两个整流单元21故障时，可直接将故障单元切除而降容使用；将一个或两个正常的整流单元21由并联模式改成串联模式；保证整个系统的最高电压的输出，不影响变流器的检修及出厂试验需求。

本实用新型的机车变流器试验电源，采用模块化单元设计，可靠性、互换性、维护性等性能优越，而且不需要调压器，占地面积小。在其中一套或两套整流单元21故障情况下，可屏蔽该整流单元21。

本实用新型的机车变流器试验电源，采用双向DC/DC技术，进行适当接线更改后可实现两台被试变流器对拖试验，解决传统试验时通过电阻、电抗进行消耗，从而大大节约了能耗。

虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本实用新型技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本实用新型技术方案保护的范围内。

Claims

1.一种机车变流器试验电源，其特征在于，包括整流电源系统(2)和串并联开关单元(3)，所述整流电源系统(2)包括多个整流单元(21)，所述串并联开关单元(3)与各整流单元(21)的输出端相连，用于实现各整流单元(21)之间的串联或/和并联；各整流单元(21)均包括依次相连的隔离整流变压器单元(212)、整流模块单元(213)和双向DC/DC模块单元(214)。

2.根据权利要求1所述的机车变流器试验电源，其特征在于，所述整流模块单元(213)包括多个整流器和开关组件，所述开关组件的输入端与各整流器的输出端相连，用于实现各整流器之间的串联或/和并联。

3.根据权利要求2所述的机车变流器试验电源，其特征在于，所述整流器的数量为两个，分别为整流器REC1和整流器REC2，所述开关组件包括开关2KM1和开关2KM2；2KM1的两端分别与整流器REC1的一端和整流器REC2的一端相连；2KM2的一对触点位于REC2的一端与REC1的另一端之间，2KM2的另一对触点位于REC1的一端与REC2的另一端之间。

4.根据权利要求1或2或3所述的机车变流器试验电源，其特征在于，各所述整流单元(21)中的隔离整流变压器单元(212)的输入单元均连接有软启动上电单元(211)。

5.根据权利要求4所述的机车变流器试验电源，其特征在于，所述软启动上电单元(211)包括充电接触器、充电电阻和短接接触器；所述充电接触器与所述充电电阻串联后与所述短接接触器并联。

6.根据权利要求1或2或3所述的机车变流器试验电源，其特征在于，所述串并联开关单元(3)的输出端连接有放电单元(4)。

7.根据权利要求6所述的机车变流器试验电源，其特征在于，所述放电单元(4)包括制动单元和制动电阻，所述制动单元和制动电阻相互串联后并接在所述串并联开关单元(3)的输出端上。

8.根据权利要求1或2或3所述的机车变流器试验电源，其特征在于，所述整流单元(21)的数量为四个，分别为第一整流单元、第二整流单元、第三整流单元和第四整流单元。

9.根据权利要求8所述的机车变流器试验电源，其特征在于，所述串并联开关单元(3)包括开关3KM1～3KM6；第一整流单元的一端与第四整流单元的另一端形成试验电源的输出端，第一整流单元的另一端通过3KM1与第二整流单元的一端相连；第二整流单元的另一端通过3KM2与第三整流单元的一端相连；第三整流单元的另一端通过3KM3与第四整流单元的一端相连；第一整流单元的一端通过3KM4的一对触点与第二整流单元的一端相连；第一整流单元的另一端通过3KM4的另一对触点与第二整流单元的另一端相连；第一整流单元的一端通过3KM6的一对触点与第三整流单元的一端相连，第二整流单元的另一端通过3KM6的另一对触点与第四整流单元的另一端相连；第三整流单元的另一端通过3KM5的一对触点与第四整流单元的另一端相连；第四整流单元的一端通过3KM5的另一对触点与第三整流单元的一端相连。

10.根据权利要求1或2或3所述的机车变流器试验电源，其特征在于，所述整流模块单元(213)为四象限整流单元或晶闸管整流单元或二极管整流单元。