专利名称：机车车辆用直流24v充电机的制作方法
技术领域：
本实用新型所述的机车车辆用直流24V充电机，涉及电气自动控制整流电源。
技术背景目前电力机车车辆用直流24V充电机系统是电力机车和动车组车辆的重要组 成部分，它为机车车辆和动车组车辆的控制系统提供控制电源，为旅客提供安 全的低压服务电源，同时为备用电源一蓄电池充电。电力机车或动车组上的充电机系统其直流输入电源分为两种情况 一种为来自于机车四象限整流器输出的直流电压， 一种为三相交流电压经过整流后得到 的直流脉动电压。以第二种直流脉动电压为输入的充电机一般在输入侧都加有 大容量的直流支撑电容，以平滑直流输入电压，获得稳定的输出电压。用普通的铝电解电容做支撑电容，只能使用于低于400V电压的场合，如果要用到更高 的电压等级，就要将多个电容串联使用，以提高电压等级。而且铝电解电容容 易发热，功率损耗大，可靠性也差。较先进的膜电容电压等级比较高，功率损 耗也较小，但价格较高。而且，无论是铝电解电容还是膜电容，其体积都很庞 大，这对于减小充电机的体积和提高功率密度来说，都是一个困难。所以，取 消充电机直流输入侧的支撑电容有着很大的实际意义。对于前端有着可靠输入 的机车或车辆充电机来说，取消直流支撑电容的一个弊端就在于直流脉动的电 压会给输出造成很大的电压纹波。针对上述现有技术中所存在的问题，研究设 计一种新型的DC/DC变换器输出电压纹波调节装置，从而克服现有技术中所存在 的问题是十分必要的。 发明内容鉴于上述现有技术中所存在的问题，本实用新型的目的是研究设计一种新 型的机车车辆用直流24V充电机，从而解决整流电路取消滤波大电容，DC/DC 变换后输出电压纹波较大的问题。本实用新型所述的机车车辆用直流24V充电 机是由输入整流电路、逆变器、高频变压器、整流滤波器、输出电路和控制电 路系统所组成。其结构在于逆变器直流输入端去掉了传统的大容量直流滤波电容。控制电路系统中增加了输出电压纹波调节装置。本实用新型所述的输出电 压纹波调节装置包括电压采样传感器、输入电压调节、输出电压调节、调整移 相脉冲角度装置和驱动板。本实用新型所述的电压采样传感器包括输入电压采 样传感器和输出电压采样传感器。本实用新型目的是提供一种新型的可供电力机车和动车组车辆使用的直流 24V充电机系统，取消了传统充电机前端的大容量直流支撑电容，而在控制电路和控制方法上做了改进，根据对输入和输出电压的采样，依靠高速的DSP芯片实时调整输出电压的大小，达到减小输出纹波电压的目的。本实用新型的具体工作原理为经过整流的三相交流电变成脉动的直流电压后，进入逆变器逆变成交流的方 波电压，交流方波电压再经过高频变压器降压后，送到倍流整流电路中，整流 成直流电压。逆变器、高频变压器和整流滤波器共同组成移相全桥零电压开关DC/DC变换器，完成零电压开关过程的谐振电感主要由高频变压器的漏感提供。这样输出的直流电压会因为输入电压的周期性脉动，而出现很大的纹波电压， 无法满足系统的输出要求。本实用新型增加了纹波补偿环节的控制电路系统， 可以对输出电压的纹波进行很好的抑制。控制电路系统通过其自身的传感器系 统(包括一系列的电压和电流传感器)对输出电压的纹波和输入电压的脉动进 行精确采样。采样到的模拟信号输送到信号处理板上的信号调理电路之中，调理之后的信号去除了干扰，而且幅值调整到合适的电平。控制系统的CPU为TI公 司的TMS320F2812，为数字信号处理芯片，它采用数字化的方式处理采样信号和 进行驱动控制。调理后的信号进入CPU后，由AD模块转换成相应的数字量。在控 制程序高速的定时中断中，CPU不断将采样到的纹波电压值与给定输出电压作比 较，给出一个输出电压调节值；同时将采样到的输入电压脉动值与经过软件滤 波后相对稳定的输入电压值做比较，给出一个输入电压调节值。CPU再综合输入 和输出电压调节值，实时地调整驱动脉冲移相角度的大小，也就调整了输出电 压的大小。也就是说，当输入脉动电压处在正弦波形波峰处时，就减小输出电 压的大小，当输出电压反馈值较大时，也减小输出电压的大小。而当输入脉动 电压处于波谷时或输出电压反馈值较小时，就提高输出电压的大小。这样就可 以通过软件控制将输出电压纹波限制在一个很小的允许范围之内，保证机车车辆用直流24V充电机安全可靠地工作。本实用新型具有结构新颖、体积小，重量轻，效率高，发热量小，运行可 靠等优点，其大批量投入市场必将产生积极的社会效益和显著的经济效益。
本实用新型共有四张附图，其中附图1、机车车辆用的直流24V充电机系统的原理框图 附图2、机车车辆用的直流24V充电机系统的主电路图 附图3、控制电路系统6的原理框图 附图4、控制电路系统6的纹波调节环节的示意图图中1、输入电路部分2、逆变器3、高频变压器4、整流滤波器 5、输出电路部分6、和控制电路系统具体实施方式
本实用新型的具体实施例如附图所示，附图1所示，，由输入整流电路l、逆变器2、高频变压器3、整流滤波器4、输出电路5和控制电路系统6所组成； 其特征在于逆变器直流输入端去掉了传统的大容量直流滤波电容；控制电路系 统6中增加了输出电压纹波调节装置(见附图3的纹波补偿环节)。输出电压纹 波调节装置(见附图4)包括电压采样传感器、输入电压调节、输出电压调节、 调整移相脉冲角度装置和驱动板。电压采样传感器包括输入电压采样传感器和 输出电压采样传感器。本实用新型所述的输入电路l (见附图2)包括输入快熔及接触器等。逆变 器2由四个开关管(IGBT) VTA VTD，及和四个开关管并联的谐振电容Ca Cd，隔直电容C4，吸收电容C1 C3组成。整流滤波器4由滤波电抗L2 L3， 快恢复整流二极管VD2 VD3和输出滤波电容C6 C7组成。输出电路5包括 输出快熔和防反向二极管。控制电路系统6由CPU板，信号处理板，驱动板， 电源板和传感器系统组成。控制系统的CPU板采用TI公司的TMS320F2812作 为信号处理芯片，主频可达到150MHz，芯片的高速处理能力保证了纹波调节的 可靠性。同时芯片带有CAN通信模块，可通过CAN网络与机车或车辆的控制 系统通信。试验证明，采用这样的方式控制输出电压纹波的大小非常有效。设 计的样品符合铁路相关标准，被铁路装备制造企业所接受。本实用新型所涉及的直流24V充电机系统具有体积小，重量轻，效率高，发 热量小，运行可靠等优点，可以很好的适应我国新型铁路机车及动车组车辆应用。
权利要求1、一种机车车辆用直流24V充电机，由输入整流电路(1)、逆变器(2)、高频变压器(3)、整流滤波器(4)、输出电路(5)和控制电路系统(6)所组成；其特征在于逆变器直流输入端去掉了传统的大容量直流滤波电容；控制电路系统(6)中增加了输出电压纹波调节装置。
2、 根据权利要求1所述的机车车辆用直流24V充电机，其特征在于输出电 压纹波调节装置包括电压采样传感器、输入电压调节、输出电压调节、调整移 相脉冲角度装置和驱动板。
3、 根据权利要求2所述的机车车辆用直流24V充电机，其特征在于电压采 样传感器包括输入电压采样传感器和输出电压采样传感器。
专利摘要本实用新型所述的机车车辆用直流24V充电机，涉及对目前国产电力机车或动车组车辆传统的充电机的改进。该充电机系统采用副边倍流整流的移相全桥零电压开关的电路拓扑结构，其结构在于去掉了传统充电机前端的大容量直流支撑电容，依靠增加输入电压传感器和输出电压传感器组成的传感器系统，和由输入电压调节、输出电压调节以及调整移相脉冲角度组成的纹波补偿环节获得稳定的直流输出电压。本实用新型具有结构新颖、体积小，重量轻，效率高，发热量小，运行可靠等特点，故属于一种集经济性与实用性为一体的新型DC/DC变换器输出电压纹波调节装置。
文档编号H02J7/00GK201122859SQ20072001619
公开日2008年9月24日 申请日期2007年11月26日 优先权日2007年11月26日
发明者强 付, 磊 姜, 戴碧君, 王文举 申请人:谢步明