空调变频器供电装置及空调变频器供电系统的制作方法

本实用新型涉及一种空调变频器供电领域，尤其涉及一种空调变频器供电装置及空调变频器供电系统。

背景技术：

目前地铁车辆中电气设备的供电电压为dc1500v、ac380v和dc110v这三种，其中dc1500v为地铁接触网的电压，dc110v为所有电气设备的控制设备的输入电压，ac380v为空调、风机、压缩机和充电机等设备的供电电压。随着全球能源供应趋势的日益紧张，各行各业均提出了节能减排的口号。而轨道交通系统耗电量很大，运行成本非常高。其中，空调系统和牵引系统是轨道交通车辆的主要损耗来源，空调系统损耗占辅助系统的一半以上，为了降低损耗，越来越多的地铁车辆上均使用变频空调来替代以前的定频空调；牵引系统的损耗主要来源于电制动时电量的浪费。

传统的变频空调所采用的供电拓扑如图1所示。从图中可看出该空调供电装置由ac/dc变换器单元和dc/ac变换器单元组成，该供电装置的前端输入为交流电压，该电压由前端dc/ac变换器产生。传统变频空调供电电源中的ac/dc变换器单元通常采用二极管整流拓扑；dc/ac单元通常采用三相半桥拓扑。

二极管整流装置会对前端dc/ac单元的输出波形质量产生很大的影响，会影响前端380v输出辅助变流器的效率和使用寿命；传统变频空调供电拓扑中从地铁接触网到空调压缩机中需经过三组变流器单元，由于每级变流器单元均不能百分百的转换能量，这无疑会降低设备的整体效率，同时也浪费能源；受电弓故障断电时，空调机组不能正常工作，严重影响乘客的乘车体验。

因此，亟需开发一种新的空调变频器供电装置及空调变频器供电系统，以解决上述问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种空调变频器供电装置及空调变频器供电系统，以克服传统变频空调供电拓扑中从地铁接触网到空调压缩机中需经过三组变流器单元所造成能源浪费的问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种空调变频器供电装置，其包括：双向dc/dc变换器单元、dc/ac变换器单元和储能单元；其中所述双向dc/dc变换器单元适于将前端直流输入电压转换成相应等级直流电压输出至dc/ac变换器单元和储能单元，即所述dc/ac变换器单元适于将直流电压转换成与空调压缩机的实际功率相匹配的交流电压，并输送至空调压缩机；以及所述储能单元适于向dc/ac变换器单元输送电压。

进一步，所述双向dc/dc变换器单元包括：第一级变换电路和第二级变换电路；所述第一级变换电路和第二级变换电路串联连接；所述第一级变换电路连接地铁接触网，第二级变换电路连接负载；当电压从地铁接触网侧流入负载侧时，电压依次通过第一级变换电路、第二级变换电路后降压输出至负载；以及当电压从负载侧流入地铁接触网侧时，电压依次通过第二级变换电路、第一级变换电路后升压补充至地铁接触网。

进一步，所述第一级变换电路包括：半桥igbt电路；所述第二级变换电路包括：与所述半桥igbt电路串联的igbt器件vt1、igbt器件vt4；通过控制半桥igbt电路和/或igbt器件vt1和/或igbt器件vt4的工作状态，以调整输出至负载的电压等级。

进一步，所述第一级变换电路和第二级变换电路的驱动波形相差180°。

进一步，所述储能单元的储能介质可以采用钛酸锂电池、超级电容或锂超级电容。

进一步，所述空调变频器供电装置还包括：紧急逆变器单元；当所述双向dc/dc变换器单元故障时，紧急逆变器单元适于对dc/ac变换器单元进行供电。

另一方面，本实用新型提供一种空调变频器供电系统，其包括：若干并联的如上述的空调变频器供电装置；当任一空调变频器供电装置中双向dc/dc变换器单元故障时，剩余空调变频器供电装置中双向dc/dc变换器单元适于对与该故障的双向dc/dc变换器单元相连的dc/ac变换器单元进行供电。

本实用新型的有益效果是，本实用新型通过双向dc/dc变换器单元能够实现直流直接供电，在提高实用性的同时还节约了能源，克服了传统变频空调供电拓扑中从地铁接触网到空调压缩机中需经过三组变流器单元，因每级变流器单元不能百分百的转换能量造成能源浪费的问题。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1是传统的变频空调所采用的供电拓扑图；

图2是本实用新型的空调变频器供电装置的原理框图；

图3是本实用新型的双向dc/dc变换器单元的电路图；

图4是双向dc/dc变换器单元中igbt器件的驱动波形图；

图5是本实用新型的共直流母线供电拓扑示意图；

图6是本实用新型的空调变频器供电系统的原理框图。

具体实施方式

现在结合附图对本实用新型作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本实用新型的基本结构，因此其仅显示与本实用新型有关的构成。

实施例1

图2是本实用新型的空调变频器供电装置的原理框图；

在本实施例中，如图2所示，本实施例提供了一种空调变频器供电装置，其包括：双向dc/dc变换器单元、dc/ac变换器单元和储能单元；其中所述双向dc/dc变换器单元适于将前端直流输入电压转换成相应等级直流电压输出至dc/ac变换器单元和储能单元，即所述dc/ac变换器单元适于将直流电压转换成与空调压缩机的实际功率相匹配的交流电压，并输送至空调压缩机；以及所述储能单元适于向dc/ac变换器单元输送电压。

在本实施例中，本实施例通过双向dc/dc变换器单元能够实现直流直接供电，在提高实用性的同时还节约了能源，克服了传统变频空调供电拓扑中从地铁接触网到空调压缩机中需经过三组变流器单元，因每级变流器单元不能百分百的转换能量造成能源浪费的问题。

图3是本实用新型的双向dc/dc变换器单元的电路图。

为了将前端直流输入电压转换成相应等级直流电压输出至dc/ac变换器单元和储能单元，如图3所示，所述双向dc/dc变换器单元包括：第一级变换电路和第二级变换电路；所述第一级变换电路和第二级变换电路串联连接；所述第一级变换电路连接地铁接触网，第二级变换电路连接负载；当电压从地铁接触网侧流入负载侧时，电压依次通过第一级变换电路、第二级变换电路后降压输出至负载；以及当电压从负载侧流入地铁接触网侧时，电压依次通过第二级变换电路、第一级变换电路后升压补充至地铁接触网。

在本实施例中，本实施例中双向dc/dc变换器单元采用的是三电平飞跨电容拓扑，双向dc/dc变换器单元的作用是将地铁接触网中dc1500v转变成后端储能单元或dc/ac变换器单元所需的电压等级。双向dc/dc变换器单元当能量从地铁接触网侧流入负载侧时，属于降压拓扑；当能量从负载侧流入地铁接触网侧时，属于升压拓扑。双向dc/dc变换器单元的输出电压可以连续调整，以实现储能单元的恒流充电或者后端逆变器单元的软启动和输出电压的匹配。

在本实施例中，如图3所示，ui端连接地铁接触网，uo端连接负载。

具体的，作为一种可选实施方式，所述第一级变换电路包括：半桥igbt电路；所述第二级变换电路包括：与所述半桥igbt电路串联的igbt器件vt1、igbt器件vt4；通过控制半桥igbt电路和/或igbt器件vt1和/或igbt器件vt4的工作状态，以调整输出至负载的电压等级。

第一级变换电路包括：半桥igbt电路（igbt器件vt2和igbt器件vt3）和母线电容c2，母线电容c2并接于半桥igbt电路两端；第二级变换电路包括：igbt器件vt1、igbt器件vt4和母线电容c1。

当占空比d<0.5，即igbt器件vt1和igbt器件vt2不会同时闭合；双向dc/dc变换器单元等效为输入电压为ui/2时的降压拓扑电路，开通时的电流路径为：电压ui经平波电抗器l1、igbt器件vt1、母线电容c2、igbt器件vt3的反并联二极管和输出滤波电抗器l3，此时母线电容c1正端的电位为ui，母线电容c1负端的电位为ui/2，母线电容c1两端的电压为ui/2；关断时的电流流过的器件为：igbt器件vt3的反并联二极管、igbt器件vt4的反并联二极管和输出滤波电抗器l3。

当占空比d>0.5，即igbt器件vt1和igbt器件vt2存在同时闭合的情况；双向dc/dc变换器单元等效为输入电压为ui时的降压拓扑电路，开通时的电流路径有两种，其一为：电压ui经平波电抗器l1、igbt器件vt1、母线电容c2、igbt器件vt3的反并联二极管和输出滤波电抗器l3，此时母线电容c1正端的电位为ui，母线电容c1负端的电位为ui/2，母线电容c1两端的电压为ui/2；其二为：电压ui经平波电抗器l1、igbt器件vt1、igbt器件vt2和输出滤波电抗器l3，此时母线电容c1正端的电位为ui，母线电容c1负端的电位为0，母线电容c1两端的电压为ui；关断时的电流流过的器件为：igbt器件vt3的反并联二极管、igbt器件vt4的反并联二极管和输出滤波电抗器l3。

图4是双向dc/dc变换器单元中igbt器件的驱动波形图。

为了第一级变换电路和第二级变换电路中上下管的驱动波形能够形成互补，如图4所示，所述第一级变换电路和第二级变换电路的驱动波形相差180°。

具体的，作为一种可选实施方式，所述储能单元的储能介质可以采用钛酸锂电池、超级电容或锂超级电容。

图5是本实用新型的共直流母线供电拓扑示意图。

为了提高本空调变频器供电装置的兼容性和实用性，如图5所示，所述空调变频器供电装置还包括：紧急逆变器单元；当所述双向dc/dc变换器单元故障时，紧急逆变器单元适于对dc/ac变换器单元进行供电。

实施例2

图6是本实用新型的空调变频器供电系统的原理框图。

在实施例1的基础上，如图6所示，本实施例提供一种空调变频器供电系统，其包括：若干并联的如实施例1所提供的空调变频器供电装置；当任一空调变频器供电装置中双向dc/dc变换器单元故障时，剩余空调变频器供电装置中双向dc/dc变换器单元适于对与该故障的双向dc/dc变换器单元相连的dc/ac变换器单元进行供电。

在本实施例中，空调变频器供电装置已在上述实施例中阐述清楚。

综上所述，本实用新型通过双向dc/dc变换器单元能够实现直流直接供电，在提高实用性的同时还节约了能源，克服了传统变频空调供电拓扑中从地铁接触网到空调压缩机中需经过三组变流器单元，因每级变流器单元不能百分百的转换能量造成能源浪费的问题。

以上述依据本实用新型的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项实用新型技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项实用新型的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。