一种高频辅助变流器及其控制方法与流程

1.本发明主要涉及辅变技术领域，具体涉及一种高频辅助变流器及其控制方法。


背景技术：

2.现有的大部分高铁动车组及城轨的辅助变流器均采用传统的igbt作为开关管，其存在的缺点主要有：1.开关频率低，造成整个功率模块加磁性元器件，体积大、重量沉；2.损耗高，造成整个产品的效率低(效率不足90％)；3.整个功率模块拆装特别不方便，耗时耗力，造成维护成本高。


技术实现要素：

3.本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的问题，本发明提供一种重量轻、体积小、效率高、可靠性高的高频辅助变流器及其控制方法。
4.为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
5.一种高频辅助变流器，包括均流模块、多个dc/dc隔离模块和逆变器模块；多个dc/dc隔离模块并联后再与逆变器模块相连；各所述dc/dc隔离模块采用碳化硅开关管；所述均流模块分别与各所述dc/dc隔离模块相连，用于实现各所述dc/dc隔离模块的均流控制。
6.作为上述技术方案的进一步改进：
7.还包括充电机模块，所述充电机模块的输入端与并联后的dc/dc隔离模块的输出端相连；其中充电机模块采用碳化硅开关管。
8.所述dc/dc隔离模块的数量为3-5个；所述逆变器模块的数量为1-4个，当所述逆变器模块的数量为多个时，各所述逆变器模块并联。
9.本发明还公开了一种基于如上所述的高频辅助变流器的控制方法，包括均流控制方法，具体包括步骤：
10.预先设置其中一个dc/dc隔离模块为主机，其它dc/dc隔离模块为从机；
11.然后设置主机的第一输出电压和输出限流值；
12.正常带载工作时，主机按其对应的第一输出电压和对应输出限流值进行工作，从机按第二输出电压工作，且其对应的输出限流值从零开始，逐渐增大至最终输出限流值，最终实现各所述dc/dc隔离模块的均流；其中最终输出限流值＝多个dc/dc隔离模块输出电流总和/n，n为dc/dc隔离模块的个数；其中第二输出电压大于第一输出电压。
13.作为上述技术方案的进一步改进：
14.在从机的输出限流值增大至最终输出限流值时，从机进入限流环将其输出电压从第二输出电压拉低至第一输出电压。
15.从机的输出限流值按3-8a/ms的幅度逐渐增大。
16.所述第二输出电压与第一输出电压之间的差值为1-10v。
17.所述dc/dc隔离模块的数量为四个，四个dc/dc隔离模块用于将dc1500v隔离降压为dc650v输出，其中单个dc/dc隔离模块的功率为37.5kw，四个dc/dc隔离模块的功率总共
为150kw；其中主机的第一输出电压为dc650v，对应输出限流值为57a；其中从机的第二输出电压为dc652v。
18.各个所述dc/dc隔离模块设置有连续的id号，且以最小id号的正常dc/dc隔离模块为主机，其它dc/dc隔离模块为从机。
19.在进行均流控制后，主机进行恒压环控制，从机进行恒流环控制。
20.与现有技术相比，本发明的优点在于：
21.1、本发明的高频辅助变流器中的开关管采用sic，相比传统的工频辅助变流器(开关管采用igbt)，开关频率高，使其体积小、重量轻；如常用的120kva+15kw工频辅助变流器重量达到1200kg左右，而同样功率的高频辅助变流器重量仅为720kg，重量降低40％；
22.2、本发明的高频辅助变流器的开关管采用sic，相比传统的工频辅助变流器(开关管采用igbt)，整个产品的效率提高，更节能；常用的120kva+15kw工频辅助变流器在额定工况下，效率不足90％，而同样功率的高频辅助变流器在额定工况下效率达到94％，效率高更节能；
23.3、本发明的高频辅助变流器的开关管采用sic，相比传统的工频辅助变流器(开关管采用igbt)，采用模块化的设计，多模块并联工作；单个模块故障，其余模块还能继续提供输出并实现均流，冗余性高；单个模块重量轻，现场便于维护和更换，省时省力省成本。
24.4、本发明的各dc/dc隔离模块并联后采用均流控制，保障各dc/dc隔离模块工作的可靠性，提高其使用寿命；而且将从机的第二输出电压设定高于主机的第一输出电压(如高2v)，且从机限流值逐步放开(如速度为10a/2ms)，能够保证在小负载时也能实现快速均流。
附图说明
25.图1为本发明的高频辅助变流器在实施例的方框结构图。
26.图2为本发明的各dc/dc隔离模块在进行均流的示意图。
27.图3为本发明的控制方法在实施例的流程图。
具体实施方式
28.以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步描述。
29.如图1所示，本发明实施例提供了一种高频辅助变流器，包括均流模块、多个dc/dc隔离模块和逆变器模块；多个dc/dc隔离模块并联后再与逆变器模块相连；各dc/dc隔离模块采用碳化硅开关管；均流模块分别与各dc/dc隔离模块相连，用于实现各dc/dc隔离模块的均流控制。其中上述均流模块可以为独立的控制模块，也可以集成于高频辅助变流器的控制模块(如控制器)中。
30.在一具体实施例中，还包括充电机模块，充电机模块的输入端与并联后的dc/dc隔离模块的输出端相连；其中充电机模块同样采用碳化硅开关管，形成高频充电机模块，高频充电机模块将输入dc650v隔离转换为dc110v输出(随蓄电池温度可调)；单个充电机模块功率15kw，重量25kg，开关频率最高达到100khz；上述充电机模块重量轻，便于现场维护和更换。
31.在一具体实施例中，dc/dc隔离模块的数量为3-5个，优选为4个；逆变器模块的数量为1-4个，优选为2个；当逆变器模块的数量为多个时，各逆变器模块并联。当然，在其它实
施例中，也可以根据实际情况选择相应数量的dc/dc隔离模块和逆变器模块。
32.具体地，采用四个并联的高频dc/dc隔离模块，将输入dc1500v隔离变换为稳定的dc650v输出；其中单个高频dc/dc隔离模块的功率为37.5kw，重量25kg，开关频率最高达到100khz；单模块重量轻便于现场维护和更换；四个高频dc/dc隔离模块均分配1个id，id最小值为主机，其余默认为从机；主机进行恒压环控制，其余从机进行恒流环控制，所有工作的dc/dc隔离模块总电流之和除以正在工作的模块数量之值作为单个模块的输出电流进行均流控制；采用两个并联的逆变器模块，将输入dc650v转换为ac380v/50hz输出；单个逆变器模块容量可达90kva，重量仅为17kg，单个逆变器模块重量轻，便于现场维护和更换；两个逆变器模块之间无需通讯，仅需其中一个逆变器模块启动，另外一个逆变器模块跟随交流输出母线实现同相位均流输出。
33.本发明的高频辅助变流器中的开关管采用sic，相比传统的工频辅助变流器(开关管采用igbt)，开关频率高，使其体积小、重量轻；如常用的120kva+15kw工频辅助变流器重量达到1200kg左右，而同样功率的高频辅助变流器重量仅为720kg，重量降低40％；
34.本发明的高频辅助变流器的开关管采用sic，相比传统的工频辅助变流器(开关管采用igbt)，整个产品的效率提高，更节能；常用的120kva+15kw工频辅助变流器在额定工况下，效率不足90％，而同样功率的高频辅助变流器在额定工况下效率达到94％，效率高更节能；
35.本发明的高频辅助变流器的开关管采用sic，相比传统的工频辅助变流器(开关管采用igbt)，采用模块化的设计，多模块并联工作；单个模块故障，其余模块还能继续提供输出并实现均流，冗余性高；单个模块重量轻，现场便于维护和更换，省时省力省成本。
36.如图2和图3所示，本发明实施例还提供了一种基于如上所述的高频辅助变流器的控制方法，包括均流控制方法，具体包括步骤：
37.预先设置其中一个dc/dc隔离模块为主机，其它dc/dc隔离模块为从机；
38.然后设置主机的第一输出电压和输出限流值；
39.正常带载工作时，主机按其对应的第一输出电压和对应输出限流值进行工作，从机按第二输出电压工作，且其对应的输出限流值从零开始，逐渐增大至最终输出限流值，实现各dc/dc隔离模块的均流；其中最终输出限流值＝多个dc/dc隔离模块输出电流总和/n，n为dc/dc隔离模块的个数；其中第二输出电压大于第一输出电压。
40.在一具体实施例中，在从机的输出限流值增大至最终输出限流值时，从机进入限流环将其输出电压从第二输出电压拉低至第一输出电压。其中第二输出电压与第一输出电压之间的差值为1-10v；从机的输出限流值按3-8a/ms的幅度逐渐增大。
41.本发明的各dc/dc隔离模块并联后采用均流控制，保障各dc/dc隔离模块工作的可靠性，提高其使用寿命；而且将从机的第二输出电压设定高于主机的第一输出电压(如高2v)，且从机限流值逐步放开速度为10a/2ms，能够保证在小负载时也能实现快速均流。
42.下面结合一完整的具体实施例来对本发明做进一步的详细说明：
43.如图2中四个高频dc/dc隔离模块并联为例进行均流逻辑说明，四个高频模块并联将输入dc1500v隔离降压为dc650v输出，单个dc/dc隔离模块功率为37.5kw，四个高频dc/dc隔离模块总共150kw；
44.四个高频dc/dc隔离模块从up1_1/up1_2/up1_3/up1_4均设置有不同的id，分别为
1、2、3、4，不管哪个模块故障均以id值最小的最为主机，其余模块作为从机；
45.正常空载工作时，主机设定输出电压dc650v，输出限流值设定为57a；从机设定输出电压dc652v，输出限流值为0a，加载后按照10a/2ms速度逐步放开；主机工作在电压环，从机工作在限流环；其中主机输出电压小于从机输出电压，能够避免小负载时由主机承担而无法完成均流(如果从机与主机输出相同的电压650v，主机的输出限流值一直处于57a，而从机最开始限流值为0，加小负载时(输出电流≤57a)电流全部会由主机承担，无法使主从机完成均流)；
46.当负载投入瞬间，主机的输出限流值一直限制为57a，从机会按照10a/2ms将输出限流值放开，直至最终限流值＝四个高频dc/dc隔离模块输出电流值总和/4；各个从机的输出限流值放开至最终限流值后，从机会进入限流环将输出电压拉低至dc650v，大于限流值部分的电流自动分给主机，最终实现四个dc/dc隔离模块均流。
47.由于从机输出电压652v高于主机输出电压650v，在进行加载时，负载会先由输出电压高的从机来承担，而此时从机输出限流值没有放开，会把从机输出电压拉低，当电压拉低至低于650v时，会由主机和从机来共同承担负载；此时，主机和三个从机会将输出电流汇总均分四等份，均分的电流值作为三个从机的输出限流值，以此来不断调节完成四个模块的均流。
48.以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。