一种三相变单相牵引电源装置及其供电方法与流程

本发明属于牵引电源，具体涉及一种三相变单相牵引电源装置及其供电方法。

背景技术：

1、变压器通常是交流三相输入和三相输出，如果只应用输出相的两相或者一相，不仅利用率低，还会造成电压和电流的严重不平衡。现有技术中只能是使用scott接线变压器或者vv接线的变压器将三相电源转化为两相电源，并在两个单相电源负载大小相等、负载性质相同的条件下实现输入侧三相电源的完全平衡。

2、但是如果目标输入为单相交流电，就需要将三相电源转变为单相电源，现有技术中只依靠变压器自身是无法满足三相电网平衡度要求的。在高铁机车试验提供牵引电源中，车辆厂在对牵引机车进行检修和维修时，通常需要27.5kv的单相交流牵引电源。这对现有技术中的变压器来说，就只能是采用三相输入，三相或者两相输出，仅应用输出相的其中一相来进行，这不仅利用率低、资源浪费，同时电压和电流不平衡容易造成安全隐患。

技术实现思路

1、本发明提供了一种三相变单相牵引电源装置，用以解决目前三相变压器无法输出单相交流电的问题。

2、为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种三相变单相牵引电源装置的供电方法，其中，包括以下步骤：

3、s1：对三相输入电压进行移相降压，并将移相降压后的电压输入多个功率单元；

4、s2：所述功率单元对输入电压进行调制、整流和逆变；

5、s3：将相邻功率单元的输出端串联，串联后功率单元的输出为单向交流电。

6、本发明一个较佳实施例中，步骤s1中，选用敞开式移相变压器进行移相降压。

7、本发明一个较佳实施例中，步骤s2中，其调制方法包括以下步骤：

8、首先，根据功率单元的输入要求，设置每个功率单元的正弦调制波相同，相邻功率单元的载波依次相差一个相角；

9、其次，调整正弦调制波的周期以及幅值，以调整功率单元的输出电压。

10、本发明一个较佳实施例中，步骤s2中，还包括通过功率单元对输入电压进行igbt可控整流和逆变。

11、本发明一个较佳实施例中，步骤s3中在所述相邻功率单元的输出端串联前将每个功率单元中的三相正弦电压和电流设置为初相角相同，频率相同的单相正弦波。

12、本发明一个较佳实施例中，功率单元中有用于整流的三相桥式pwm整流电路和用于逆变的单相桥式pwm逆变电路，根据最终输出电压的要求，对功率单元进行调整的方法包括以下步骤：

13、首先根据式1获取单个所述整流电路稳态时的输出电压：

14、

15、其中，u0为三相桥式pwm整流电路输出的直流电压，r为线路与开关管的等效电阻，m为调制正弦波峰值和三角载波峰值之比，即调制比，0<m<1，i2m为每个功率单元输入的额定电流，α为整流电路输入端的矢量角(角度可调)，为初始矢量角；

16、然后，根据整流电路输出的目标输出电压调整幅值和相角。

17、本发明一个较佳实施例中，所述式1的计算方式包括以下步骤：

18、首先，根据实际接线情况绘制电源装置的主电路的拓扑图，从而获取等效电路模型；

19、其次，根据所述等效电路模型绘制等效电路向量图；

20、然后，根据等效电路向量图推导出三相桥式pwm整流电路输入电压与输出电压的关系；根据等效电路向量图推导出三相桥式pwm整流电路的瞬时输入功率和瞬时输出功率，进一步获得三相桥式pwm整流电路的输出电流；

21、最后，结合基尔霍夫电流定律、三相桥式pwm整流电路输入电压与输出电压的关系和整流电路的输出电流，计算出三相桥式pwm整流电路稳态时的输出电压。

22、本发明一个较佳实施例中，通过调整三相桥式pwm整流电路的调制电压的幅值和相位，使所述等效电路向量图四象限运行。

23、一种三相变单相牵引电源装置，其中，包括：输入单元、移相变压器、功率单元组、电抗器以及输出单元，所述输入单元的输出端与所述移相变压器的一次侧连接，所述移相变压器的二次侧与功率单元组的输入端连接，所述功率单元组的输出端与电抗器连接，所述电抗器与输出单元连接，所述功率单元组包括若干功率单元，所述移相变压器的输出端分为若干绕组，并分别与所述功率单元的输入端一一对应连接，若干所述功率单元的输出端串联，调节所述功率单元的正弦调制波的周期以及幅值大小以调节功率单元组的输出电压。

24、本发明一个较佳实施例中，所述移相变压器为nomex绝缘材料制作的、绝缘等级为h级的干式变压器，所述变压器的原边绕组与10kv高压电网连接。

25、本发明提供的技术方案与现有技术相比具有如下优势：

26、本发明采用移相变压器的功率单元结合，可以消除电网中因功率单元内电力电子器件工作而产生的谐波电流，输入电压、电流的总谐波含量远小于国家标准的要求，并且能保持接近1的输入功率因数，极大的改善了网侧电源的质量。

技术特征：

1.一种三相变单相牵引电源装置的供电方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种三相变单相牵引电源装置的供电方法，其特征在于，步骤s1中，选用敞开式移相变压器进行移相降压。

3.根据权利要求1所述的一种三相变单相牵引电源装置的供电方法，其特征在于：步骤s2中，其调制方法包括以下步骤：

4.根据权利要求1所述的一种三相变单相牵引电源装置的供电方法，其特征在于：步骤s2中，还包括通过功率单元对输入电压进行igbt可控整流和逆变。

5.根据权利要求1所述的一种三相变单相牵引电源装置的供电方法，其特征在于：步骤s3中在所述相邻功率单元的输出端串联前将每个功率单元中的三相正弦电压和电流设置为初相角相同，频率相同的单相正弦波。

6.根据权利要求1所述的一种三相变单相牵引电源装置的供电方法，其特征在于：功率单元中有用于整流的三相桥式pwm整流电路和用于逆变的单相桥式pwm逆变电路，根据最终输出电压的要求，对功率单元进行调整的方法包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的一种三相变单相牵引电源装置的供电方法，其特征在于，所述式1的计算方式包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述的一种三相变单相牵引电源装置的供电方法，其特征在于：通过调整三相桥式pwm整流电路的调制电压的幅值和相位，使所述等效电路向量图四象限运行。

9.一种三相变单相牵引电源装置，其特征在于，包括：输入单元、移相变压器、功率单元组、电抗器以及输出单元，所述输入单元的输出端与所述移相变压器的一次侧连接，所述移相变压器的二次侧与功率单元组的输入端连接，所述功率单元组的输出端电抗器连接，电抗器与所述输出单元连接，所述功率单元组包括若干功率单元，所述移相变压器的输出端分为若干绕组，并分别与所述功率单元的输入端一一对应连接，若干所述功率单元的输出端串联，调节所述功率单元的电压以调节功率单元组的总的输出电压。

10.根据权利要求9所述的一种三相变单相牵引电源装置，其特征在于：所述移相变压器为nomex绝缘材料制作的、绝缘等级为h级的干式变压器，所述变压器的原边绕组与10kv高压电网连接。

技术总结
本发明属于牵引电源技术领域，具体公开了一种三相变单相牵引电源装置及其供电方法，包括以下步骤：S1：对三相输入电压进行移相降压，并将移相降压后的电压输入多个功率单元；S2：所述功率单元对输入电压进行调制、整流和逆变；S3：将相邻功率单元的输出端串联，串联后功率单元的输出为单向交流电。本发明采用移相变压器的功率单元结合，可以消除电网中因功率单元内电力电子器件工作而产生的谐波电流，输入电压、电流的总谐波含量远小于国家标准的要求，并且能保持接近1的输入功率因数，极大的改善了网侧电源的质量。

技术研发人员：贾冰冰,孙思奇,宁开
受保护的技术使用者：吴江变压器有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/1