一种轨道车辆供电用大功率移动式直流电源系统的制作方法

本实用新型属于电力技术领域，尤其是涉及一种轨道车辆供电用大功率移动式直流电源系统。

背景技术：

目前的移动直流电源可靠性低，容量小，无法满足轨道交通领域的大功率供电需求。如专利cn201020506206.9，公开了一种85w可移动直流电源，电源包括太阳能板、发电装置和输出接口，与太阳能板相连的buck电路与充电控制电路相连接，充电控制电路与连接有led灯的单片机相连，分别与buck电路和单片机相连的输入输出电路上连接有若干个输出接口。这与轨道交通领域的供电需求(200kw)仍存在很大差距，且大部分移动直流电源在轨道交通领域应用时不够稳定，另外虽然可移动，但实际在移动过程中，由于电源箱体震动或发生相对位移很容易产生接触不良、甚至电路损坏等现象，使用不够稳定。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型旨在提出一种轨道车辆供电用大功率移动式直流电源系统，以实现在满足轨道车辆领域供电需求的同时保证使用可靠性，同时兼顾可移动性和使用稳定性。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种轨道车辆供电用大功率移动式直流电源系统，包括柜体、交流供电输入端、直流输出端、电压取样单元、电流取样单元、接地线，所述柜体内安装有软启动单元、整流滤波单元、一个显示屏箱体和四个电源箱体，所述显示屏箱体上设有液晶显示屏和人机界面，该显示屏箱体内部安装有控制单元，控制单元与液晶显示屏、人机界面、接地线分别连接，所述柜体底部安装有滑轮；

所述软启动单元的输入端与交流供电输入端连接，该软启动单元的输出端与整流滤波单元连接，所述电源箱体包括全桥功率变换单元、驱动电路、变压器和输出整流单元，所述全桥功率变换单元的输入端、驱动电路的输入端分别与整流滤波电源输出端连接，所述驱动电路的输入端与全桥功率变换单元连接，该全桥功率变换单元的输出端与变压器连接，所述变压器的输出端与输出整流单元连接，该输出整流单元的输出端与直流输出端连接；

所述控制单元的输出端与四个电源箱体的驱动电路分别连接，所述直流输出端与电压取样单元输入端连接，该电压取样单元输出端与控制单元连接，所述电流取样单元位于电源接地线上，且电流取样单元的输出端与控制单元连接。

为满足轨道交通领域的供电需求，该方案采用四个50kw电源箱体并联输出的方式，且综合防浪涌电路、三相全桥整流、滤波、全桥驱动、主功率变压器及功率变换、控制及反馈电路、输出整流及滤波、限压保护等设计，在满足大功率供电需求的同时，保证了移动直流电源系统的可靠性。

进一步的，所述全桥功率变换单元设有igbt模块。igbt绝缘栅双极晶体管，具有开关速度快，驱动方式简单，载流量大，阻断电压高，通态管压降低等优点。考虑到功率器件的开关速度和所承受的功率，并综合本电源的实际要求，同时简化电路，减少器件使用，改善驱动特性，降低噪音，提高可靠性，主功率开关器件选用对应的隔离驱动igbt功率模块。

进一步的，所述电源箱体内部安装有散热器，所述igbt模块固定在散热器上。优选地，散热方式采用散热器，将igbt和其他所有发热器件固定在散热器上，既增加电源整体可靠性，又可以减小体积。进一步优选的，散热方式采用散热器以及加风冷的方式，进一步提升散热效果。

进一步的，所述软启动单元设有三相交流接触器。由于交流输入电路中存在大电容滤波，因此在电源输入回路中设计软启动单元。通过三相交流接触器，建立启动时间一般为3～5秒，控制三相输入回路中功率电阻限流的通、断，从而防止高压电源启动瞬间，输入浪涌电流对电源本身造成冲击。

进一步的，所述整流滤波单元采用铝电解电容，其容值为10mf。采用该方案，一方面，为满足输出功率要求，电源输入功率较大，当高频功率开关工作时，会使供电输入电压出现波动，而利用储能元件电容和电感的平波作用，减小输入纹波，获得较好的输入滤波效果；另一方面，抑制供电端的电磁噪声及杂波信号，避免对高压电源的扰动；同时也防止高压电压自身产生的高频噪声对供电端的干扰。

进一步的，所述输出整流单元包括输出整流二极管，该输出整流二极管采用电流1200v/60a快恢复的整流管串并联组合。

由于本电源模块的输出电流大，输出整流二极管应选用大电流的快恢复二极管，根据输出整流电路，计算出输出整流管上的反向电压值，并考虑一定的电压余量。优选地，选用电流1200v/60a快恢复的整流管串并联使用，增加器件使用的可靠性。

进一步的，所述输出整流单元还包括输出滤波电容，该输出滤波电容采用多组高频cbb电容串并联组合。选用多组高频cbb电容设计，多组串并联形式可有效减少高频滤波损耗、提高可靠性。

进一步的，所述变压器的型号为uf120，且其初级绕组采用多股漆包线方式绕制，次级绕组采用多股0.1*1000的丝包线绕制。

高频变压器是开关电源实现功率转换和传输的核心部件，由于本电源的输出电流和功率很大，如何合理选取高频变压器，减小变压器分布参数，提高转换效率，减小电源系统体积成为关键。

优选地，变压器选择型号为uf120，符合功率输出要求；在绕制方面，初级绕组采用多股漆包线方式绕制；由于次级电流较大，为减小绕组间的分布电容，对次级绕组采用多股0.1*1000的丝包线绕制。该绕制方案相比以往方案中采用的多股线绕制，内阻显著降低，损耗大大减少。

相对于现有技术，本实用新型所述的一种轨道车辆供电用大功率移动式直流电源系统具有以下优势：

(1)本实用新型所述的一种轨道车辆供电用大功率移动式直流电源系统，采用四个50kw电源箱体并联输出的方式，且综合防浪涌电路、三相全桥整流、滤波、全桥驱动、主功率变压器及功率变换、控制及反馈电路、输出整流及滤波、限压保护等设计，具有输出短路、过载、过热、电弧、高压异常等智能停机自动保护功能，在满足大功率供电需求的同时，保证了移动直流电源系统的可靠性。

(2)本实用新型所述的一种轨道车辆供电用大功率移动式直流电源系统，变压器选择型号为uf120，符合功率输出要求；在绕制方面，初级绕组采用多股漆包线方式绕制；由于次级电流较大，为减小绕组间的分布电容，对次级绕组采用多股0.1*1000的丝包线绕制，该绕制方案相比以往方案中采用的多股线绕制，内阻显著降低，损耗大大减少。

(3)本实用新型所述的一种轨道车辆供电用大功率移动式直流电源系统，整流滤波单元采用铝电解电容，其容值为10mf。采用该方案，一方面，为满足输出功率要求，电源输入功率较大，当高频功率开关工作时，会使供电输入电压出现波动，而利用储能元件电容和电感的平波作用，减小输入纹波，获得较好的输入滤波效果；另一方面，抑制供电端的电磁噪声及杂波信号，避免对高压电源的扰动；同时也防止高压电压自身产生的高频噪声对供电端的干扰。

附图说明

构成本实用新型的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型实施例所述的一种轨道车辆供电用大功率移动式直流电源系统的电路设计原理图；

图2为本实用新型实施例所述的一种轨道车辆供电用大功率移动式直流电源系统的正视图；

图3为本实用新型实施例所述的一种轨道车辆供电用大功率移动式直流电源系统的左视图。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

实施例：

如图1-3所示，一种轨道车辆供电用大功率移动式直流电源系统，包括柜体、交流供电输入端、直流输出端、电压取样单元、电流取样单元、接地线，柜体内安装有软启动单元、整流滤波单元、一个显示屏箱体和四个电源箱体，显示屏箱体上设有液晶显示屏和人机界面，该显示屏箱体内部安装有控制单元，控制单元与液晶显示屏、人机界面、接地线分别连接，柜体底部安装有滑轮；

软启动单元的输入端与交流供电输入端连接，该软启动单元的输出端与整流滤波单元连接，电源箱体包括全桥功率变换单元、驱动电路、变压器和输出整流单元，全桥功率变换单元的输入端、驱动电路的输入端分别与整流滤波电源输出端连接，驱动电路的输入端与全桥功率变换单元连接，该全桥功率变换单元的输出端与变压器连接，变压器的输出端与输出整流单元连接，该输出整流单元的输出端与直流输出端连接；软启动单元设有三相交流接触器；整流滤波单元采用铝电解电容，其容值为10mf。变压器的型号为uf120，且其初级绕组采用多股漆包线方式绕制，次级绕组采用多股0.1*1000的丝包线绕制。

控制单元的输出端与四个电源箱体的驱动电路分别连接，直流输出端与电压取样单元输入端连接，该电压取样单元输出端与控制单元连接，电流取样单元位于电源接地线上，且电流取样单元的输出端与控制单元连接；

全桥功率变换单元设有igbt模块。电源箱体内部安装有散热器，igbt模块固定在散热器上。

输出整流单元包括输出整流二极管，该输出整流二极管采用电流1200v/60a快恢复的整流管串并联组合。输出整流单元还包括输出滤波电容，该输出滤波电容采用多组高频cbb电容串并联组合。

本移动直流电源系统的总电源输出功率为200kw，故电源功率部分采用分四组50kw并联输出形式，并采用pwm脉宽调制电路设计方式，功率变换部分采用igbt为主功率开关器件的全桥拓扑结构，主电路采用全桥串联llc串联谐振电路，提高振荡幅值，通过软开关技术降低损耗，提高电源的转换效率。

优选地，显示屏箱体和四个电源箱体均为4u标准箱体(4u标箱)，显示屏箱体位于最上方，显示屏箱体位于柜体正面的一侧设有7寸液晶显示屏，并设有人机界面的控制面，用户可通过人机界面，选择不同的工作模式；直接设定调节电压；实时监测输出电压、电流；并且指示短路、过载、过热、电弧、高压等异常状态。

如图2-3所示，优选地，柜体尺寸为正视时长度为600mm，侧视时长度为800mm，柜体高度为1900mm。该尺寸与4u标准箱体方案相配合，可使箱体与柜体之间不至于产生过大缝隙，以避免在装置移动时箱体剧烈震动而引起接触不良、电路损坏等情况。优选地，柜体材质为铝型材及板筋。优选地，在柜体表面处理进行静电喷涂(黑色)。

优选地，上述移动直流电源系统的供电电压为ac380v±10％(三相五线)，输入电源频率为50hz±1hz，输出电压为dc1500v，额定功率为200kw，过压保护值为dc2200v，欠压保护值为dc800v，额定工况下效率≥90％，电压调整率≤2％，负载调整率≤2％，工作频率为18khz，稳压精度≤±5％，纹波系数小于额定电压的2％。

优选地，散热方式为强制风冷。优选地，使用环境为工作温度范围0℃～+40℃，储存温度范围为-10℃～+50℃。

优选地，柜体背面包括柜体门，高压输出地(大地)端、交流供电输入端及总电源开关。

工作原理：使用时，启动移动直流电源系统，交流电经软启动单元、整流滤波单元滤波后分别进入四个电源箱体，经过全桥功率变换单元、变压器转化为所需直流电后，进入输出整流单元，整流和滤波后汇总输出。驱动电路1、驱动电路2、驱动电路3和驱动电路4分别驱动四个电源箱体的全桥功率变换单元，根据电压取样单元和电流取样电源反馈的信号，控制单元控制驱动电路1、驱动电路2、驱动电路3和驱动电路4工作，进而控制整个功率变换过程，控制移动直流电源的工作。根据显示屏显示的电压取样单元和电流取样电源反馈的信号，用户可通过人机界面选择工作模式，进而控制移动直流电源的工作。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。