变流器装置以及变流器系统的制作方法

本发明涉及牵引电机的供电领域，具体而言，涉及一种变流器装置以及变流器系统。

背景技术：

目前牵引电机的变流器的工作原理为，通过牵引变压器降压后经过四象限整流器将交流整流为直流电启动牵引电机。这种变流器主要存在问题是，牵引变流器为工频变压器，体积大，重量重，无法满足以后双层高铁的尺寸的布局要求。

如何解决上述问题，是目前亟待解决的问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种变流器装置，实现了降低重量、减少体积、减少了谐波产生的纹波的功能

为了实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案如下：

本发明实施例提供了一种变流器装置，应用于对牵引电机的输入电流幅值和频率进行调整，所述变流器装置包括四象限整流单元、单相逆变单元、电子变压器单元以及多相整流单元，所述四象限整流单元、所述单相逆变单元、所述电子变压器单元以及所述多相整流单元依次电性连接；

所述四象限整流单元与外部供电端电性连接并将外电整流为直流电发送给所述单相逆变单元；

所述单相逆变单元将所述直流电转化为第一频率的交流电后传输给所述电子变压器单元；

所述电子变压器单元将所述第一频率的交流电转化为第二频率的交流电后传输给所述多相整流单元，其中所述第二频率的交流电大于所述第一频率的交流电；

所述多相整流单元将所述第二频率的交流电转化为第三频率的交流电后传输给所述牵引电机。

在本发明较佳的实施例中，所述变流器装置还包括隔离单元，所述隔离单元设置于所述电子变压器单元与所述多相整流单元之间，用于将所述电子变压器单元与所述多相整流单元进行电气隔离，经过所述隔离单元与所述多相整流单元电性连接。

在本发明较佳的实施例中，所述隔离单元包括第一电感和第一电容；

所述第一电感的一端与所述电子变压器单元电性连接，另一端与所述多相整流单元电性连接；

所述第一电容的一端与所述电子变压器单元电性连接，另一端与所述多相整流单元电性连接。

在本发明较佳的实施例中，所述变流器装置还包括直流支撑电容，所述四象限整流单元两个输出端口之间接入所述直流支撑电容后与所述单相逆变单元电性连接。

在本发明较佳的实施例中，所述多相整流单元包括第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂、第四桥臂、第五桥臂、第六桥臂、第二电容、第三电容、第四电容、第二电感、第三电感以及第四电感，所述第一桥臂以及所述第二桥臂串联后与所述电子变压器单元电性连接，所述第三桥臂以及所述第四桥臂串联后与所述电子变压器单元电性连接，所述第五桥臂以及所述第六桥臂串联后与所述电子变压器单元电性连接；

所述第一桥臂与所述第二桥臂之间电性连接所述第二电感后与三相电中的第一相电连接，所述第三桥臂与所述第四桥臂之间电性连接所述第三电感后与三相电中的第二相电连接，所述第五桥臂与所述第六桥臂之间电性连接所述第四电感后与三相电中的第三相电连接；

所述第二电容、所述第三电容以及所述第四电容一端对应与所述第二电感、所述第三电感以及所述第四电感电性连接，所述第二电容、所述第三电容以及所述第四电容连接于一公共端。

在本发明较佳的实施例中，所述第一桥臂由两个功率器件组成，在两个所述功率器件采用mosfet或igbt时，所述第一桥臂采用共源极连接方式或共射极连接方式；在两个所述功率器件采用rb-igbt时，所述第一桥臂采用反向并联。

在本发明较佳的实施例中，所述四象限整流单元包括单相矩阵开关电路。

在本发明较佳的实施例中，所述单相逆变单元包括单相矩阵开关电路。

本发明实施例还提供了一种变流器系统，应用于对牵引电机的输入电流幅值和频率进行调整，包括多个上述的变流器装置，多个所述变流器装置的所述四象限整流单元串联，多个所述变流器装置的所述多相整流单元并联。

在本发明较佳的实施例中，所述变流器装置的数量为3个。

相对于现有技术，本发明实施例具有以下有益效果：

本发明实施例提供的一种变流器装置，应用于对牵引电机的输入电流幅值和频率进行调整，所述变流器装置包括四象限整流单元、单相逆变单元、电子变压器单元以及多相整流单元，所述四象限整流单元、所述单相逆变单元、所述电子变压器单元以及所述多相整流单元依次电性连接；所述四象限整流单元与外部供电端电性连接并将外电整流为直流电发送给所述单相逆变单元；所述单相逆变单元将所述直流电转化为第一频率的交流电后传输给所述电子变压器单元；所述电子变压器单元将所述第一频率的交流电转化为第二频率的交流电后传输给所述多相整流单元，其中所述第二频率的交流电大于所述第一频率的交流电，所述多相整流单元将所述第二频率的交流电转化为第三频率的交流电后传输给所述牵引电机。降低了重量，减小了体积，据研究表明功率升高10倍，体积减小5倍。因此使用电子变压器，减小了牵引变流器的安装空间和重量，为乘客腾出更多的空间，提高了空间的利用率。使用软开关技术，减小了工作时对输入产生的谐波和直流母线产生的纹波，减小无源器件的尺寸和重量。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1示出了本发明实施例所提供的一种变流器装置的原理示意图。

图2示出了本发明实施例所提供的一种变流器装置的电路的原理示意图。

图3示出了本发明实施例所提供的一种变流器装置的功率器件的部分电路图。

图4示出了本发明实施例所提供的一种变流器装置的功率器件另一部分电路图。

图5示出了本发明实施例所提供的一种变流器系统的原理示意图。

图中：100-变流器装置；110-外部供电端；120-四象限整流单元；130-单相逆变单元；140-电子变压器单元；150-多相整流单元；160-牵引电机；170-隔离单元；200-变流器系统。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

实施例

请参阅图1，本发明实施例提供了一种变流器装置100，应用于对牵引电机160的输入电流进行调整。变流器装置100包括四象限整流单元120、单相逆变单元130、电子变压器单元140以及多相整流单元150。四象限整流单元120、单相逆变单元130、电子变压器单元140以及多相整流单元150依次电性连接。变流器装置100分别与外部供电端110以及牵引电机160电性连接。

请参阅图2，变流器装置100还包括隔离单元170。隔离单元170设置于电子变压器单元140与多相整流单元150之间，用于将电子变压器单元140与多相整流单元150进行电气隔离，经过隔离单元170与多相整流单元150电性连接。

隔离单元170将电子变压器单元140与多相整流单元150进行电气隔离，提高安全和可靠性，实用性强。

在本实施例中，隔离单元170包括第一电感l4和第一电容c4，第一电容c4的一端与电子变压器单元140电性连接，另一端与多相整流单元150电性连接；第一电感l4的一端与电子变压器单元140电性连接，另一端与多相整流单元150电性连接。

在本实施例中，变流器装置100还包括直流支撑电容c5，四象限整流单元120两个输出端口之间接入直流支撑电容c5后与单相逆变单元130电性连接。用于为单相逆变单元130提供稳定的电压。

多相整流单元150包括第一桥臂s1、第二桥臂s2、第三桥臂s3、第四桥臂s4、第五桥臂s5、第六桥臂s6、第一电感l1、第二电感l2、第三电感l3、第二电容c1、第三电容c2以及第四电容c3。第一桥臂s1以及第二桥臂s2串联后与电子变压器单元140电性连接，第三桥臂s3以及第四桥臂s4串联后与电子变压器单元140电性连接，第五桥臂s5以及第六桥臂s6串联后与电子变压器单元140电性连接，第一桥臂s1与第二桥臂s2之间电性连接第二电感l1后与三相电中的第一相a电连接，第三桥臂s3与第四桥臂s4之间电性连接第三电感l2后与三相电中的第二相b电连接，所述第五桥臂s5与第六桥臂s6之间电性连接所述第四电感l3后与三相电中的第三相c电连接；第二电容c1、第三电容c2以及第四电容c3一端对应与第二电感l1、第三电感l2以及第四电感l3电性连接，第二电容c1、第三电容c2以及第四电容c3连接与一公共端。

在本实施例中，第一桥臂s1、第二桥臂s2、第三桥臂s3、第四桥臂s4、第五桥臂s5以及第六桥臂s6六个桥臂由十二个功率器件组成，每两只功率器件组成一个桥臂，形成一个双向开关，功率器件可以采用金氧半场效晶体管(metal-oxide-semiconductorfield-effecttransistor，mosfet)或绝缘栅双极型晶体管(insulatedgatebipolartransistor，igbt)时，所述第一桥臂采用共源极连接方式或共射极连接方式(如图3)；功率器件采用rb-igbt时，两只功率器件采用反向并联(如图4)。采用软开关技术，减小了工作时对输入产生的谐波和直流母线产生的纹波，提高牵引电机160的寿命和安全性。

单相逆变单元130包括单相矩阵开关电路，单相矩阵开关电路包括第七桥臂s7、第八桥臂s8、第九桥臂s9丶第十桥臂s10，第七桥臂s7以及第八桥臂s8串联后与四象限整流单元120电性连接，第九桥臂s9以及第十桥臂s10串联后与四象限整流单元120电性连接，电子变压器单元140两个端口分别接入第七桥臂s7、第八桥臂s8之间和第九桥臂s9、第十桥臂s10之间。

在本实施例中，第七桥臂s7、第八桥臂s8、第九桥臂s9以及第十桥臂s10由八个功率器件组成，每两只功率器件组成一个桥臂，形成一个双向开关，功率器件可以采用金氧半场效晶体管(metal-oxide-semiconductorfield-effecttransistor，mosfet)或绝缘栅双极型晶体管(insulatedgatebipolartransistor，igbt)时，所述第一桥臂采用共源极连接方式或共射极连接方式(如图3)；功率器件采用rb-igbt时，两只功率器件采用反向并联(如图4)。

四象限整流单元120包括单相矩阵开关电路，单相矩阵开关电路包括第十一桥臂s11、第十二桥臂s12、第十三桥臂s13以及第十四桥臂s14，第十一桥臂s11以及第十二桥臂s12串联后与单相逆变单元130电性连接，第十三桥臂s13以及第十四桥臂s14串联后与单相逆变单元130电性连接，外部供电段110的两个端口分别接入第十一桥臂s11、第十二桥臂s12之间和第十三桥臂s13、第十四桥臂s14之间。

在本实施例中，第十一桥臂s11、第十二桥臂s12、第十三桥臂s13以及第十四桥臂s14由八个功率器件组成，每两只功率器件组成一个桥臂，形成一个双向开关，功率器件可以采用金氧半场效晶体管(metal-oxide-semiconductorfield-effecttransistor，mosfet)或绝缘栅双极型晶体管(insulatedgatebipolartransistor，igbt)时，所述第一桥臂采用共源极连接方式或共射极连接方式(如图3)；功率器件采用rb-igbt时，两只功率器件采用反向并联(如图4)。

工作原理如下：

四象限整流单元120与外部供电端110电性连接并将外电整流为直流电发送给单相逆变单元130；单相逆变单元130将直流电转化为第一频率的交流电后传输给电子变压器单元140；电子变压器单元140将第一频率的交流电转化为第二频率的交流电后传输给多相整流单元150，其中第二频率的交流电大于第一频率的交流电，多相整流单元150将第二频率的交流电转化为第三频率的交流电后传输给牵引电机160。

请参阅图5，本发明实施例还提供了一种变流器系统200。应用于对牵引电机160的输入电流进行调整。包括多个变流器装置100，多个变流器装置100的四象限整流单元120串联，多个变流器装置100的多相整流单元150并联。

在本实施例中变流器装置100的数量为3个，提高牵引的功率，满足用户的需求。

综上所述，本发明实施例提供了一种变流器装置以及变流器系统，应用于对牵引电机的输入电流幅值和频率进行调整，变流器装置包括四象限整流单元、单相逆变单元、电子变压器单元以及多相整流单元，四象限整流单元、单相逆变单元、电子变压器单元以及多相整流单元依次电性连接；四象限整流单元与外部供电端电性连接并将外电整流为直流电发送给单相逆变单元；单相逆变单元将直流电转化为第一频率的交流电后传输给电子变压器单元；电子变压器单元将第一频率的交流电转化为第二频率的交流电后传输给多相整流单元，其中第二频率的交流电大于第一频率的交流电，多相整流单元将第二频率的交流电转化为第三频率的交流电后传输给牵引电机。降低了重量，减小了体积，据研究表明功率升高10倍，体积减小5倍。因此使用电子变压器，减小了牵引变流器的安装空间和重量，为乘客腾出更多的空间，提高了空间的利用率。使用软开关技术，减小了工作时对输入产生的谐波和直流母线产生的纹波，减小无源器件的尺寸和重量。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个…...”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。