一种高速列车辅助变流器的制作方法

文档序号:11594459阅读:1510来源:国知局

本实用新型涉及高速列车供电技术领域,特别涉及高速列车辅助设备供电技术。



背景技术:

高速动车组技术是各项复杂技术的集合体,而辅助变流器是高速动车组的重要组成部分之一。为了保证高速动车组长时间的正常运行,列车需要稳定、高效的辅助变流器为众多辅助设备提供电源,这些设备包括空气压缩机、冷却通风机、油泵/水泵电机、空气调节系统、采暖、照明、旅客信息系统等。辅助变流器的工作性能直接关系到高速动车组能否正常行驶。

目前,高速动车组的辅助变流器按前端取电主要分有两种形式:交直交型与直交型。目前在CRH2型动车组上使用交直交型辅助变流器,这一形式装置成本较低,但只能适用于带有辅助绕组的牵引变压器,且在过分相时辅助变流器无法正常取电,处于断电状态,对辅助设备的运行和寿命有严重影响。目前CRH1、CRH3和CRH5均采用直交型辅助变流器,与交直交型相比,直交型的优点在于省去了牵引变压器的辅助绕组,简化了牵引变压器的设计与制造工作,并且在过分相区段的时候可以使用牵引电动机发电,维持牵引回路直流侧的电压,从而保证辅助变流器不断电。

现有高速列车辅助变流器不具备软开关能力,存在较大的开关损耗,不利于提高工作频率,难以实现轻量化、小型化设计。对此,本实用新型提供了一种高速列车高效率辅助变流器。



技术实现要素:

本实用新型的目的就是提供一种高速列车辅助变流器,它能有效地解决利用LLC谐振变换器实现软开关的问题。

本实用新型解决其技术问题,所采用的技术方案为:

一种高速列车辅助变流器,包括LLC谐振变换器、二次纹波滤波装置、三相逆变器和控制电路,辅助变流器输入侧Ui与列车牵引变流装置直流环节相连,其输出侧Uo与负载相连;LLC谐振变换器低压侧连接二次纹波滤波装置并与三相逆变器相连;LLC谐振变换器的高压侧为二极管箝位三电平半桥结构,低压侧为全桥整流电路,三相逆变器为两电平结构; LLC谐振变换器高压侧和低压侧分别与中频变压器(MFT)原边和副边相连。

所述辅助变流器的隔离型DC-DC变流部分为LLC谐振变换器结构,高压侧为二极管钳位三电平半桥结构;低压侧(1b)采用全桥整流电路,并与二次纹波滤波装置连接。

一种高速列车辅助变流器,包括LLC谐振变换器、二次纹波滤波装置、三相逆变器和控制电路,其中:

辅助变流器输入侧与列车牵引变流装置直流环节相连,其输出侧与负载相连;LLC谐振变换器低压侧与三相逆变器相连;LLC谐振变换器的高压侧采用二极管箝位三电平半桥结构,低压侧采用全桥整流电路;三相逆变器采用两电平结构;LLC谐振变换器低压侧并联二次纹波滤波装置;LLC谐振变换器高压侧和低压侧分别与中频变压器原边和副边相连;LLC谐振变换器工作在开环状态下,控制电路采集三相逆变器输出端口电压va、vb、vc进行控制。

本实用新型辅助变流器的工作原理是:

1、LLC谐振变换器的高压侧桥臂的输出电压U1可以输出+Ui/2、-Ui/2、0,即正、负、零三个电平。当S11和S12导通,U1为正电平;当S12和D1或S13和D2导通,U1为零电平;当S13和S14导通,U1为负电平。隔离变压器变比n=U1/U2,将能量由原边传递至副边。LLC谐振变换器的开关频率为fs,由电感Lr、Lm和电容Cr组成的谐振腔具有两个谐振频率fr和fm

由于当LLC谐振变换器开关频率fs<fm时,谐振腔为容性阻抗,电流相位超前于电压,无法实现软开关,所以一般开关频率fs>fm。根据开关频率fs的大小分为3个工作状态:fm<fs<fr、fs=fr、 fr<fs,由于实际电路中谐振参数无法精确设计,难以实现fs=fr的工作状态,而fr<fs时,电感Lm不能加入串联谐振,开关器件无法实现软关断。开关频率fs具有fm<fs<fr时,LLC谐振变换器在半个开关周期内具有四个工作阶段:阶段一(t0~t1),S13和S14关断,流过Lr的电流为负,由 S11和S12的反并联二极管形成回路,为S11和S12的ZVS导通创造条件,流经变压器原边绕组的电流为正,原边绕组电压U1为正,D3、D6正向导通,能量由谐振腔向电容C1和变压器副边传输;阶段二(t1~t2),t1时刻流过Lr的电流由负变正,S11和S12正向导通,Lm电压被箝位在nU2,流过Lm的电流线性上升,流过Lr和Cr的电流呈正弦变化;阶段三(t2~t3),t2时刻,Lr与Lm电流相等,Lm加入谐振回路,变压器被旁路,原边由S12和D1形成回路,副边由C3向负载供电;阶段四(t3~t4),t3时刻,S11、S14关断,Lr与Lm电流相同为正,工作状态与阶段三相同。在另外半个周期内,变换器的工作状态与阶段一与阶段四互补。

2、三相逆变电路为两电平结构,采用SPWM调制方法,输出幅值稳定可控的三相工频交流电压。控制电路采集逆变电路输出端三相相电压va、vb、vc,求取其有效值之后,将其平均有效值与参考电压有效值做差得到电压误差信号ΔV,经由PI控制器得到初始调制度m1

针对三相负载可能存在的不平衡情况,将逆变电路输出端三相相电压va、vb、vc的有效值分别与参考电压有效值做差得到三路电压误差信号,分别经由PI控制器得到每一相对应的调制度补偿量m2i(i=a,b,c),将m1与m2i相加得到每一相的调制度mi(i=a,b,c)。随后,经由SPWM调制模块得到三相逆变器的开关信号。

与现有技术相比的优点和效果:

本实用新型中辅助变流器采用直交型结构,辅助变流器从牵引回路中间直流环节取电,经过LLC谐振变换器降压,由三相逆变器向交流供电母线供电。相比现有高速列车辅助变流器,本实用新型可以显著减少装置开关损耗,提高工作效率的同时可以提高装置工作频率,从而减少磁性元件、散热构件的使用,实现装置轻量化设计。此外,本实用新型装置电路结构、控制方法大大简化,可以减少对电力电子器件以及控制电路的占用,大大降低生产成本。能够有效实现车载设备小型化,减轻车辆运行功耗,增大车厢利用空间。

附图说明

图1是本实用新型与牵引回路连接结构图;

图2是本实用新型拓扑结构图;

具体实施方式

一种高速列车辅助变流器,包括LLC谐振变换器1、二次纹波滤波装置2、三相逆变器3 和控制电路4,辅助变流器输入侧Ui与列车牵引变流装置直流环节相连,其输出侧Uo与负载相连;LLC谐振变换器1低压侧连接二次纹波滤波装置2并与三相逆变器3相连;LLC谐振变换器1的高压侧为二极管箝位三电平半桥结构,低压侧为全桥整流电路,三相逆变器3 为两电平结构;LLC谐振变换器1高压侧1a和低压侧1b分别与中频变压器(MFT)原边和副边相连。

所述辅助变流器的隔离型DC-DC变流部分为LLC谐振变换器1结构,其高压侧1a为二极管钳位三电平半桥结构,低压侧1b采用全桥整流电路,并与二次纹波滤波装置2连接。

其中:

a、辅助变流器输入侧Ui和列车牵引变流装置直流环节相连,其输出侧Uo与三相交流负载相连;

b、LLC谐振变换器1低压侧1b与三相逆变器3相连;

c、LLC谐振变换器1的高压侧1a采用二极管箝位三电平半桥结构,低压侧1b采用全桥整流电路;

d、LLC谐振变换器1低压侧1b并联二次纹波滤波装置;LLC谐振变换器1高压侧1a 和低压侧1b分别与中频变压器(MFT)原边和副边相连;

e、LLC谐振变换器1工作在开环状态下,控制电路4采集三相逆变器3输出端口电压va、vb、 vc进行控制。

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