本发明实施例涉及电力机车供电
技术领域：
，尤其涉及一种基于车载辅助变流器的功率开关管的选择方法和装置。
背景技术：
：车载辅助变流器是用在电力机车上为电力机车上的空压机、油泵、风机等辅助设备进行供电的设备。为了保证用电设备安全，会在车载辅助变流器的输出负载端和输入高压端之间设置降压的三相变压器进行电气隔离。由于辅助设备对电压谐波含量的要求很高，所以在车载辅助变流器的三相逆变器和降压的三相变压器之间设置三相LC滤波器，保证车载辅助变流器输出电压的正弦度。图1为车载辅助变流器主电路原理图。如图1所示，车载辅助变流器由输入高压端10，三相逆变器20，三相LC滤波器30和三相变压器40组成，在三相变压器的输出端接入负载50，以对负载50进行供电。其中，Udc为输入高压端10的直流母电压，在三相逆变器20中的VT1～VT6表示相同电流等级的功率开关管，在经过三相逆变器20后，三相逆变器20输出的相电压分别为UA、UB、UC，三相逆变器20输出的相电流分别为：IA、IB、IC，在经过三相逆变器20后，流过三相LC滤波器30中的每相LC滤波器中电容器C的电流分别为：在三相变压器40的原边电流分别为：I1、I2、I3，三相变压器40的原边电压分别为：U1、U2、U3，三相变压器40的副边电流分别为：IU、IV、IW。三相变压器40的副边电压分别为:UU、UV、UW。在车载辅助变流器应用条件确定后，可获知辅助设备的额定电压和额定电流，根据辅助设备的额定电压和额定电流对车载辅助变流器中的各个器件进行选择，尤其是对三相逆变器中的功率开关管进行选择，以满足车载辅助变流器的可用性。但现有技术中只是凭借经验对车载辅助变流器中的功率开关管进行选择，在满足车载辅助变流器可用的条件下，并不能保证选择的功率开关管为较低电流等级的功率开关管，使功率开关管的成本增加，进而增加了车载辅助变流器的成本。技术实现要素：本发明实施例提供一种基于车载辅助变流器的功率开关管的选择方法和装置，实现了车载辅助变流器正常工作的条件下，选择的功率开关管为较低电流等级的功率开关管，减少功率开关管的成本，进而节省了车载辅助变流器的制造成本。本发明实施例提供一种基于车载辅助变流器的功率开关管的选择方法，包括：获取所述车载辅助变流器中三相变压器的额定容量S以及所述车载辅助变流器中输入电压端在最低输入电压下三相逆变器输出的最高相电压Umax；根据所述额定容量S、所述最高相电压Umax和所述车载辅助变流器中三相LC滤波器中的电流设置规则，计算所述三相逆变器输出的相电流I；根据所述三相逆变器输出的相电流I，为所述车载辅助变流器选择和所述三相逆变器输出的相电流I同等电流级别的功率开关管。本发明实施例提供一种基于车载辅助变流器的功率开关管的选择装置，包括：获取模块，用于获取所述车载辅助变流器中三相变压器的额定容量S以及所述车载辅助变流器中输入电压端在最低输入电压下三相逆变器输出的最高相电压Umax；计算模块，用于根据所述额定容量S、所述最高相电压Umax和所述车载辅助变流器中三相LC滤波器中的电流设置规则，计算所述三相逆变器输出的相电流I；选择模块，用于根据所述三相逆变器输出的相电流I，为所述车载辅助变流器选择和所述三相逆变器输出的相电流I同等电流级别的功率开关管。本发明实施例提供一种基于车载辅助变流器的功率开关管的选择方法和装置。通过获取车载辅助变流器中三相变压器的额定容量S以及车载辅助变流器中输入电压端在最低输入电压下三相逆变器输出的最高相电压Umax；根据额定容量S、最高相电压Umax和车载辅助变流器中三相LC滤波器中的电流设置规则，计算三相逆变器输出的相电流I；根据三相逆变器输出的相电流I，为车载辅助变流器选择和三相逆变器输出的相电流I同等电流级别的功率开关管。实现了车载辅助变流器正常工作的条件下，选择的功率开关管为较低电流等级的功率开关管，减少功率开关管的成本，进而节省了车载辅助变流器的制造成本。附图说明为了更清楚地说明本发明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使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为车载辅助变流器主电路原理图；图2为本发明基于车载辅助变流器的功率开关管的选择方法实施例一的流程图；图3为本发明基于车载辅助变流器的功率开关管的选择方法实施例二的流程图；图4为本发明基于车载辅助变流器的功率开关管的选择装置实施例一的结构示意图；图5为本发明基于车载辅助变流器的功率开关管的选择装置实施例二的结构示意图。具体实施方式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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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为车载辅助变流器主电路原理图，图2为本发明基于车载辅助变流器的功率开关管的选择方法实施例一的流程图，本实施例中的基于车载辅助变流器的功率开关管的选择方法是在图1中的车载辅助变流器主电路原理图的基础上进行的。本实施例的执行主体为基于车载辅助变流器的功率开关管的选择装置，具体可通过软件的方式实现。则该方法包括：步骤101，获取车载辅助变流器中三相变压器的额定容量S以及车载辅助变流器中输入电压端在最低输入电压下三相逆变器输出的最高相电压Umax。本实施例中，在车载辅助变流器应用条件确定后，可获知车载辅助变流器的负载50的额定电压UU和额定电流IU，根据车载辅助变流器中的三相变压器的额定电容S和负载50的额定电压UU和额定电流IU的关系，可根据式(1)获取三相变压器的额定容量S。S＝3*IU*UU＝3*I1*U1(1)其中，UU为负载50的额定电压，也为三相变压器的副边电压，IU为负载50的额定电流，也为三相变压器的副边电流。U1为三相变压器的原边电压，I1为三相变压器的原边电流。本实施例中，三相变压器的原边电压U1＝U2＝U3，三相变压器的原边电流I1＝I2＝I3。三相变压器的副边电压UU＝UV＝UW，三相变压器的副边电流IU＝IV＝IW。本实施例中，以三相变压器中的第一原边相电压U1和第一原边相电流I1，第一副边相电压UU和第一副边相电流IU为例进行说明。本实施例中，车载辅助变流器的输入电压端电压Udc在预设范围取值，当采用三相逆变控制方法一定时，车载辅助变流器的三相逆变器的输出相电压会在固定范围内取值。本实施例中，获取输入电压端电压Udc预设范围内的最低电压Udcmin，三相逆变器采用设定的三相逆变控制方法输出的最高相电压为Umax。其中，三相逆变控制方法可以为空间矢量脉宽调制(SpaceVectorPulseWidthModulation，简称SVPWM)的方法，也可以为其它三相逆变控制方法，本实施例不做限定。步骤102，根据额定容量S、最高相电压Umax和车载辅助变流器中三相LC滤波器中的电流设置规则，计算三相逆变器输出的相电流I。本实施例中，如图1所示，车载辅助变流器中三相逆变器输出的相电流值I＝IA＝IB＝IC。本实施例中，以三相逆变器输出的第一相电流IA为例进行说明。根据式(1)所示，可知，I=ICA+I1=ICA+S3*U1=ICA+S3*(Umax-ωLI)---(2)]]>其中，为流过三相LC滤波器30中的第一相LC滤波器中的电容器C的电流，Umax为车载辅助变流器中输入电压端在最低输入电压下三相逆变器输出的最高相电压，ω为车载辅助变流器的输出电压角频率，L为三相LC滤波器中每相LC滤波器的电抗。本实施例中，根据式(2),可知三相逆变器输出的相电流值I为额定容量S、最高相电压Umax和三相LC滤波器中的流过第一相LC滤波器中的电容器C的电流的函数，所以本实施例中，根据额定容量S、最高相电压Umax和车载辅助变流器中三相LC滤波器中的电流设置规则，计算三相逆变器输出的相电流I。步骤103，根据三相逆变器输出的相电流I，为车载辅助变流器选择和三相逆变器输出的相电流I同等电流级别的功率开关管。本实施例中，根据式(2)和车载辅助变流器中三相LC滤波器中的电流设置规则，计算出三相逆变器输出的相电流I后，为车载辅助变流器选择和三相逆变器输出的相电流I同等电流级别的功率开关管。本实施例中，为了保证三相变压器40在任何原边电压下输出的都为额定电压UU，只要保证在车载辅助变流器在最低输入电压Udcmin下，三相变压器输出的为额定电压UU即可。根据图1所示，可知，为了使功率开关管VT1～VT6的电流等级为使车载辅助变流器正常工作下的较低电流等级的功率开关管，需要尽量减小三相逆变器的输出相电流，为了尽量减小三相逆变器的输出相电流，将尽量增大三相逆变器的输出相电压，在尽量增大三相逆变器的输出相电压的同时，要保证辅助变流器中的三相逆变器能够输出该相电压，即要保证辅助变流器在输入电压端在最低输入电压下三相逆变器能够输出最高相电压Umax，所以本实施例中，为了保证三相逆变器的输出相电流最小，并使辅助变流器能够正常工作，就要将三相逆变器输出的最高相电压设置为辅助变流器在输入电压端在最低输入电压下三相逆变器输出的最高相电压Umax。所以，在计算三相逆变器的输出相电流时，根据额定容量S、输入电压端在最低输入电压下三相逆变器输出的最高相电压Umax和车载辅助变流器中三相LC滤波器中的电流设置规则，计算三相逆变器输出的相电流I不仅为使车载辅助变压器正常工作的三相逆变器输出的相电流，也为车载辅助变压器正常工作时三相逆变器输出的最小相电流。当三相逆变器输出的相电流为最小相电流时，为车载辅助变流器选择和三相逆变器输出的相电流I同等电流级别的功率开关管也为使车载辅助变流器正常工作时的功率开关管的最低电流等级的功率开关管。本实施例中，通过获取车载辅助变流器中三相变压器的额定容量S以及车载辅助变流器中输入电压端在最低输入电压下三相逆变器输出的最高相电压Umax；根据额定容量S、最高相电压Umax和车载辅助变流器中三相LC滤波器中的电流设置规则，计算三相逆变器输出的相电流I；根据三相逆变器输出的相电流I，为车载辅助变流器选择和三相逆变器输出的相电流I同等电流级别的功率开关管。实现了车载辅助变流器正常工作的条件下，选择的功率开关管为较低电流等级的功率开关管，减少功率开关管的成本，进而节省了车载辅助变流器的制造成本。图3为本发明基于车载辅助变流器的功率开关管的选择方法实施例二的流程图，如图3所示，本实施例中的基于车载辅助变流器的功率开关管的选择方法是在图1中的车载辅助变流器主电路原理图的基础上进行的。本实施例的执行主体为基于车载辅助变流器的功率开关管的选择装置，具体可通过软件的方式实现。则该方法包括：步骤201，获取车载辅助变流器中三相变压器的额定容量S以及车载辅助变流器中输入电压端在最低输入电压下三相逆变器输出的最高相电压Umax本实施例中，步骤201和本发明基于车载辅助变流器的功率开关管的选择方法实施例一中的步骤101相同，在此不再一一赘述。步骤202，根据额定容量S、最高相电压UAmax，确定三相变压器的原边电流I′=S3(Umax-ωLI).]]>本实施例中，根据图1所示，确定车载辅助变流器中三相变压器原边电压U′与三相逆变器输出最高相电压Umax、三相LC滤波器中电压UL的关系为：U′＝U1＝U2＝U3＝Umax-UL＝Umax-ωLI(3)根据式(1)和式(3)可推到出:I′=S3(Umax-ωLI)---(4)]]>步骤203，若三相LC滤波器中的每相LC滤波器中的电容器的电容值小于或等于预设的电容阈值，则设置三相LC滤波器的输入电流和输出电流相等。本实施例中，根据图1所示，确定三相LC滤波器的输入电流为三相逆变器输出的相电流I＝IA＝IB＝IC，三相LC滤波器的输出电流为三相变压器的原边电流I′＝I1＝I2＝I3。本实施例中，在三相LC滤波器中的每相LC滤波器的电容器的电容值相等，并且每相LC滤波器的电容器的电容值一般为几十微法。若三相LC滤波器中的每相LC滤波器中的电容器的电容值小于或等于预设的电容阈值，则设置三相LC滤波器的输入电流和输出电流相等。本实施例中，预设的电容阈值可以为30μF，也可以为其它阈值，本实施例不做限定。本实施例中，若三相LC滤波器中的每相LC滤波器中的电容器的电容值小于或等于预设的电容阈值，则说明流过每相LC滤波器中的电容器C的电流很小，可以忽略不计，所以忽略流过每相LC滤波器中的电容器C中的电流，设置三相LC滤波器的输入电流和输出电流相等。步骤204，根据三相LC滤波器的输入电流和三相LC滤波器的输出电流的关系，计算三相逆变器输出的相电流本实施例中，三相LC滤波器的输入电流为三相逆变器输出的相电流I＝IA＝IB＝IC，三相LC滤波器的输出电流为三相变压器的原边电流I′＝I1＝I2＝I3，由于设置三相LC滤波器的输入电流等于三相LC滤波器的输出电流，所以三相逆变器输出的相电流I和三相变压器的原边电流I′的关系为：I＝I′(5)根据式(4)和式(5)中三相LC滤波器的输入电流和三相变压器的原边电流的关系，计算三相逆变器输出的相电流I为：I=Umax±Umax2-4ωLS32ωL---(6)]]>其中，ω为车载辅助变流器的输出电压角频率，L为三相LC滤波器中的每相LC滤波器的电抗。步骤205，根据三相逆变器输出的相电流I，计算待选择的功率开关管的等级电流与三相逆变器输出的相电流I的电流差值。本实施例中，每个待选择的功率开关管存在一个等级电流值，根据三相逆变器输出的相电流I，计算待选择的功率开关管的等级电流与三相逆变器输出的相电流I的电流差值。步骤206，根据电流差值，选择电流差值为非负数且最小的对应的电流等级的功率开关管为车载辅助变流器的功率开关管。本实施例中，根据电流差值，选择和三相逆变器输出的相电流I相差最小的，并且等于或大于三相逆变器输出的相电流I的等级电流对应的功率开关管为车载辅助变流器的功率开关管。优选地，本实施例中的功率开关管为绝缘栅双极型晶体管IGBT。它们为同等电流等级的绝缘栅双极型晶体管。本实施例中，根据额定容量S、最高相电压UAmax，确定三相变压器的原边电流I′，并在三相LC滤波器中的每相LC滤波器中的电容器的电容值小于或等于预设的电容阈值，设置三相LC滤波器的输入电流和输出电流相等，根据三相LC滤波器的输入电流和三相LC滤波器的输出电流的关系，计算三相逆变器输出的相电流I，实现了车载辅助变流器正常工作的条件下，利用三相逆变器输出的相电流和三相变压器的原边电流相等的关系，选择的功率开关管为较低电流等级的功率开关管，减少功率开关管的成本，进而节省了车载辅助变流器的制造成本。图4为本发明基于车载辅助变流器的功率开关管的选择装置实施例一的结构示意图，如图4所示，该装置包括：获取模块401，计算模块402和选择模块403。其中，获取模块401，用于获取车载辅助变流器中三相变压器的额定容量S以及车载辅助变流器中输入电压端在最低输入电压下三相逆变器输出的最高相电压Umax。计算模块402，用于根据额定容量S、最高相电压Umax和车载辅助变流器中三相LC滤波器中的电流设置规则，计算三相逆变器输出的相电流I。选择模块403，用于根据三相逆变器输出的相电流I，为车载辅助变流器选择和三相逆变器输出的相电流I同等电流级别的功率开关管。本实施例的装置可以执行图2所示方法实施例的技术方案，其实现原理和技术效果类似，此处不再赘述。图5为本发明基于车载辅助变流器的功率开关管的选择装置实施例二的结构示意图；如图5所示，该装置包括：获取模块501，计算模块502和选择模块503。其中，获取模块501，用于获取车载辅助变流器中三相变压器的额定容量S以及车载辅助变流器中输入电压端在最低输入电压下三相逆变器输出的最高相电压Umax。计算模块502，用于根据额定容量S、最高相电压Umax和车载辅助变流器中三相LC滤波器中的电流设置规则，计算三相逆变器输出的相电流I。选择模块503，用于根据三相逆变器输出的相电流I，为车载辅助变流器选择和三相逆变器输出的相电流I同等电流级别的功率开关管。进一步地，计算模块502具体用于：根据额定容量S、最高相电压UAmax，确定三相变压器的原边电流若三相LC滤波器中的每相LC滤波器中的电容器的电容值小于或等于预设的电容阈值，则设置三相LC滤波器的输入电流和输出电流相等，三相LC滤波器的输入电流为三相逆变器输出的相电流I，三相LC滤波器的输出电流为三相变压器的原边电流I′；根据三相LC滤波器的输入电流和三相LC滤波器的输出电流的关系，计算三相逆变器输出的相电流其中ω为车载辅助变流器的输出电压角频率，L为三相LC滤波器中的每相LC滤波器的电抗。进一步地，选择模块503，具体用于：根据三相逆变器输出的相电流I，计算待选择的功率开关管的等级电流与三相逆变器输出的相电流I的电流差值；根据电流差值，选择电流差值为非负数且最小的对应的电流等级的功率开关管为车载辅助变流器的功率开关管。优选地，车载辅助变流器中选择的同等电流等级的功率开关管为绝缘栅双极型晶体管IGBT。本实施例的装置可以执行图3所示方法实施例的技术方案，其实现原理和技术效果类似，此处不再赘述。本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。当前第1页1 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