專利名稱：大功率牽引變流器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及變流器，特別涉及一種大功率牽引變流器。
背景技術：
傳統(tǒng)的大功率牽引變流器由預充電電路、網(wǎng)側(cè)4象限斬波器、中間直流回路和電機側(cè)牽 引逆變器構成。來自牽引變壓器的單相交流電通過預充電電路供給4象限斬波器，4象限斬波 器將單相交流電變換成直流電供給中間直流回路，電機側(cè)牽弓I逆變器將直流電再變換為電壓 和頻率可調(diào)的三相交流電供給三相異步牽引電動機。中間直流回路連接有串聯(lián)諧振電路和制 動斬波電路。
傳統(tǒng)牽引變流器的中間回路過壓保護是用制動斬波電路來實現(xiàn)的，當上述功能失效導致 過壓繼續(xù)升高到某一預定數(shù)值時，就失去了可靠的保護作用。同時，傳統(tǒng)的牽引變流器中間 莨流[Hl路的諧振電容是不可變的。這使串聯(lián)諧振電路的工作不能更加精確有效。
傳統(tǒng)技術中，維持輔助供電系統(tǒng)的供電， 一般是通過主變壓器輔助供電繞組來實現(xiàn)供電 的。這樣，在當動車組通過接觸網(wǎng)分相區(qū)時，就無法實現(xiàn)系統(tǒng)的不間斷供電。
這些傳統(tǒng)變流器存在的問題，使其在應用于動車組時受到很大的局限。
實用新型內(nèi)容
本實用新型的目的是克服上述缺陷，提供一種具有諧振精度高、過壓保護更快更可靠和
可以向輔助供電系統(tǒng)進行不間斷供電的大功率牽引變流器。
為達到上述目的，本實用新型大功率牽引變流器，包括牽引變流器、串聯(lián)諧振電路、電
壓限制電路和輔助供電電路，所述牽引變流器包括用于與外接牽引變壓器相連的輸入端子、
預充電電路、4象限斬波器、牽引逆變器和用于與外接牽引電動機相連的輸出端子，所述牽
引變流器通過所述輸入端子與外接牽引變壓器相連，所述牽引逆變器通過所述輸出端子與外
接牽引電動機相連，還包括串聯(lián)諧振電路、電壓限制電路和一牽引控制單元，所述輸入端子、
預充電電路、4象限斬波器、串聯(lián)諧振電路、電壓限制電路、牽引逆變器和輸出端子依次相
連；
所述串聯(lián)諧振電路由可調(diào)的諧振電容和諧振電感構成，所述可調(diào)的諧振電容與諧振電感 串聯(lián)后連接在所述4象限斬波器的輸出端的直流環(huán)節(jié)上；
所述4象限斬波器的輸出端設有輔助供電電路，所述輔助供電電路包括輔助供電變流器和輔助供電接觸器，所述輔助供電變流器通過所述輔助供電接觸器連接在所述4象限斬波器 的輸出端上；
所述牽引控制單元設有電源模塊、中央處理器和通過內(nèi)部總線與所述中央處理器相連的 數(shù)字信號處理器、I/O模塊、控制信號輸入輸出模塊、通信模塊，以及分別與車輛電氣接口 相連、用于傳輸牽引系統(tǒng)工作狀態(tài)參數(shù)的監(jiān)控模塊和模擬量檢測與轉(zhuǎn)換模塊；
其中，所述數(shù)字信號處理器通過所述監(jiān)控模塊和模擬量檢測與轉(zhuǎn)換模塊分別與車輛電氣 接口相連，用于實時牽引控制和變流器控制；
所述控制信號輸入輸出模塊與車輛電氣接口相連，用于所述中央處理器與車輛電氣接口 之間控制信號和狀態(tài)信號的傳輸；
所述監(jiān)控模塊接于所述數(shù)字信號處理器與車輛電氣接口之間，用于牽引變流器的狀態(tài)檢 測和保護；
所述模擬量檢測與轉(zhuǎn)換模塊將來自車輛電氣接口的電壓、電流、溫度、壓力信號進行變 換，再傳輸?shù)綌?shù)字信號處理器，并通過所述I/0模塊傳輸?shù)剿鲋醒胩幚砥鳎?br> 所述通信模塊用于與列車通信，包括所述牽引控制單元與CCU、 BCU網(wǎng)絡設備的通信；
所述電源模塊連接至列車輔助供電系統(tǒng)，用于牽引控制單元的供電輸出。本實用新型大 功率牽引變流器，其中所述4象限斬波器的輸出端設有直流過壓保護電路并聯(lián)在直流環(huán)節(jié)上， 所述直流過壓保護電路由短路晶閘管構成。
本實用新型大功率牽引變流器，其中所述4象限斬波器的輸出端設有接地故障檢測電路 并聯(lián)在直流環(huán)節(jié)上，所述接地故障檢測電路與所述牽引控制單元相連。
本實用新型大功率牽引變流器，其中所述4象限斬波器的輸出端設有支撐電容并聯(lián)在直 流環(huán)節(jié)上。
本實用新型大功率牽引變流器，其中所述4象限斬波器和所述牽引逆變器分別由高電壓 IGBT功率半導體丌關器件和反并聯(lián)功率二極管構成。
本實用新型大功率牽弓I變流器，其中所述電壓限制電路由制動斬波器和限壓電阻構成， 所述制動斬波器連接在所述4象限斬波器的輸出端的直流環(huán)節(jié)上，所述限壓電阻連接在所述 制動斬波器的輸出端。
本實用新型提供的大功率牽引變流器，其有益的技術效果是與現(xiàn)有的變流器相比，采 用了可調(diào)的諧振電容，可以修正諧振的頻率，使串聯(lián)諧振電路的工作更加精確有效。除了具 有原有的過壓保護功能外，還增加了短路晶閘管，當原有功能失效導致過壓繼續(xù)升高到某一 預定數(shù)值時觸發(fā)短路晶閘管，從而迅速封鎖牽引變流器，更快更可靠地起到保護作用。另外， 通過輔助供電接觸器向輔助變流器供電，與已知通過主變壓器輔助供電繞組供電的方案相比，其優(yōu)點在于當動車組通過接觸網(wǎng)分相區(qū)時，可以通過建立電壓保持模式維持向輔助供電系統(tǒng) 進行不間斷供電。
下面將結合實施例參照附圖對本實用新型進行詳細說明。

圖1是本實用新型大功率牽引變流器的電路圖； 圖2是本實用新型大功率牽引變流器中牽引控制單元的方框圖。
具體實施方式

參照圖l，本實用新型大功率牽引變流器，包括牽引變流器2、串聯(lián)諧振電路21、電壓 限制電路22和輔助供電電路23。牽引變流器2包括輸入端子20、預充電電路4、 4象限斬波 器5、直流過壓保護電路8、接地故障檢測電路9、支撐電容IO、牽引逆變器ll、輸出端子 24和牽引控制單元15，牽引變壓器1通過輸入端子20與牽引變流器2相連，牽引逆變器11 通過輸出端子24與外接牽引電動機3相連。4象限斬波器5和牽引逆變器11分別由高電壓 IGBT功率半導體開關器件和反并聯(lián)功率二極管構成。
牽引變流器2的直流側(cè)設有串聯(lián)諧振電路21、電壓限制電路22和輔助供電電路23。輸 入端子20、預充電電路4、 4象限斬波器5、串聯(lián)諧振電路21、電壓限制電路22、牽引逆變 器11和輸出端子24依次相連。電壓限制電路22由制動斬波器7和限壓電阻14構成，制動 斬波器7連接在4象限斬波器5的輸出端的直流環(huán)節(jié)上，限壓電阻14連接在制動斬波器7的 輸出端。4象限斬波器5的輸出端設有直流過壓保護電路8并聯(lián)在直流環(huán)節(jié)上，直流過壓保 護電路8由短路晶閘管構成。4象限斬波器5的輸出端設有接地故障檢測電路9并聯(lián)在直流 環(huán)節(jié)上，接地故障檢測電路9與牽引控制單元15相連。4象限斬波器5的輸出端設有支撐電 容IO并聯(lián)在直流環(huán)節(jié)上。串聯(lián)諧振電路21由可調(diào)的諧振電容6和諧振電感12構成，可調(diào) 的諧振電容6與諧振電感12串聯(lián)后連接在4象限斬波器5的輸出端的直流環(huán)節(jié)上。
4象限斬波器5的輸出端設有輔助供電電路23，輔助供電電路23包括輔助供電變流器 13和輔助供電接觸器16，輔助供電變流器13通過輔助供電接觸器16連接在4象限斬波器5 的輸出端上。
參照圖2，牽引控制單元15設有電源模塊37、中央處理器30、數(shù)字信號處理器31、控 制信號輸入輸出模塊33、模擬量檢測與轉(zhuǎn)換模塊36、 I/O模塊32、監(jiān)控模塊35和通信模塊 34，牽引控制單元15根據(jù)來自車輛的牽引控制信號和狀態(tài)信號實現(xiàn)對牽引變流器2的控制和保護。
中央處理器30通過內(nèi)部總線分別與控制信號輸入輸出模塊33、 I/O模塊32、數(shù)字信號處理器31和通信模塊34相連，執(zhí)行牽引系統(tǒng)高級別的控制功能，如牽引/制動指令的處理。 數(shù)字信號處理器33通過監(jiān)控模塊35和模擬量檢測與轉(zhuǎn)換模塊36與車輛電氣接口相連，實現(xiàn) 所有實時牽引控制功能和變流器控制功能，以減輕中央處理器30的大部分數(shù)據(jù)處理任務?？?制信號輸入輸出模塊33用于車輛電氣接口與中央處理器30之間的控制信號和狀態(tài)信號的傳 輸，監(jiān)控模塊35用于牽引變流器的狀態(tài)檢測和保護，模擬量檢測與轉(zhuǎn)換模塊36將來自車輛 電氣接U的電壓、電流、溫度、壓力等信號進行變換，再傳輸?shù)綌?shù)字信號處理器31，同時通 過I/O模塊32傳輸?shù)街醒胩幚砥?0,通信模塊34用于與列車的通信，以實現(xiàn)牽引控制單元 15與其它網(wǎng)絡設備如CCU、 BCU的通信，電源模塊37連接至列車輔助供電系統(tǒng)，以實現(xiàn)牽 引控制單元15的供電輸出。
如果通過將裝有專用軟件的服務筆記本電腦與牽引控制單元15進行連接，可以實現(xiàn)牽引 控制單元15的軟件安裝或更新升級，以及牽引變流器工作狀態(tài)的檢測和故障診斷。
下面對本實用新型大功率牽引變流器的工作過程做進一步說明。
來自牽引變壓器1牽引繞組的2組單相交流電經(jīng)過預充電電路4向4象限斬波器5供電。 預充屯電路的工作受牽引控制單元15的控制，以限制牽引變流器啟動時中間直流回路的充電
電流過大。
4象限斬波器5與牽引逆變器11之間通過直流環(huán)節(jié)回路連接。兩個由高電壓IGBT功率 半導體開關器件和反并聯(lián)功率二極管構成的4象限斬波器在牽引控制單元的控制下將來自牽 引變壓器1的單相交流電變換為直流回路的直流電。
連接在直流環(huán)節(jié)的可調(diào)的諧振電容6與諧振電感12串聯(lián)構成串聯(lián)諧振電路21，以提高 網(wǎng)側(cè)電路的功率因數(shù)。為了使串聯(lián)諧振電路21的工作更加精確有效，將諧振電容設計為兩部 分， 一部分是固定電容，另一部分是可以通過改變電容器接法從而改變總電容值的可變部分。 在調(diào)試時需要檢測直流回路的紋波電壓，當紋波電壓超過某一預設數(shù)值時，通過改變電容器 接法修正諧振頻率，從而提高諧振電路的工作精度。
由制動斬波器7和限壓電阻(或制動電阻)14構成的直流回路電壓限制電路(或電阻制 動電路)連接在直流回路，在牽引控制單元15的控制下實現(xiàn)過電壓限制或電阻制動功能。
短路品閘管8并聯(lián)在直流環(huán)節(jié)上，用于直流環(huán)節(jié)過壓的快速保護。支撐電容IO并聯(lián)在 直流環(huán)節(jié)上，起到穩(wěn)壓、儲能和濾波的作用。
接地故障檢測電路9連接在直流環(huán)節(jié)，當檢測到接地故障時，牽引控制單元15封鎖牽引 變流器的工作。在牽引控制單元15的控制下，由高電壓IGBT功率半導體開關器件和反并聯(lián)功率二極管 構成的牽引逆變器11將直流問路的直流電變換為電壓和頻率可變的三相交流電供給三相異 歩牽引電動機3。
由電源模塊37、中央處理器30、數(shù)字信號處理器31、控制信號輸入輸出模塊33、模擬 量檢測與轉(zhuǎn)換模塊36、 I/O模塊32、監(jiān)控模塊35和通信模塊34等核心部件構成的牽引控制 單元15安裝在牽引變流器的箱體內(nèi)，牽引控制單元15根據(jù)來自車輛的控制指令和電壓、電 流等狀態(tài)參數(shù)，通過程序控制變流器的工作，并具有完善的故障診斷和保護功能。
在本實用新型的實施例中，大功率牽引變流器的輔助供電變流器13通過輔助供電接觸器 16連接在直流環(huán)節(jié)上。優(yōu)點在于當動車組通過分相區(qū)時，只要車速大于某一數(shù)值，通過自動 建立電壓保持模式使牽引電動機工作于發(fā)電狀態(tài)并向直流冋路供電，從而保證輔助供電系統(tǒng) 在動車組通過分相區(qū)時能夠不停電持續(xù)工作。
牽引變流器2在牽引控制單元15的控制下可以實現(xiàn)再生制動功能。在再生制動工作狀態(tài) 下，牽引電動機3工作在發(fā)電狀態(tài)，來自牽引電動機3的交流電通過牽引逆變器11轉(zhuǎn)化為直 流電供給直流回路，4象限斬波器5將直流回路電壓轉(zhuǎn)換為交流電通過牽引變壓器1反饋回 接觸網(wǎng)。
以上所述的實施例僅僅是對本實用新型的優(yōu)選實施方式進行描述，并非對本實用新型的 范圍進行限定，在不脫離本實用新型涉及精神的前提下，本領域普通工程技術人員對本實用 新型的技術方案做出的各種變形和改進，均應落入本實用新型的權利要求書確定的保護范圍內(nèi)。
權利要求1. 一種大功率牽引變流器，包括牽引變流器(2)、串聯(lián)諧振電路(21)、電壓限制電路(22)和輔助供電電路(23)，所述牽引變流器(2)包括用于與外接牽引變壓器(1)相連的輸入端子(20)、預充電電路(4)、4象限斬波器(5)、牽引逆變器(11)和用于與外接牽引電動機(3)相連的輸出端子(24)，所述牽引變流器(2)通過所述輸入端子(20)與外接牽引變壓器(1)相連，所述牽引逆變器(11)通過所述輸出端子(24)與外接牽引電動機(3)相連，其特征在于還包括串聯(lián)諧振電路(21)、電壓限制電路(22)和一牽引控制單元(15)，所述輸入端子(20)、預充電電路(4)、4象限斬波器(5)、串聯(lián)諧振電路(21)、電壓限制電路(22)、牽引逆變器(11)和輸出端子(24)依次相連；所述串聯(lián)諧振電路(21)由可調(diào)的諧振電容(6)和諧振電感(12)構成，所述可調(diào)的諧振電容(6)與諧振電感(12)串聯(lián)后連接在所述4象限斬波器(5)的輸出端的直流環(huán)節(jié)上；所述4象限斬波器(5)的輸出端設有輔助供電電路(23)，所述輔助供電電路(23)包括輔助供電變流器(13)和輔助供電接觸器(16)，所述輔助供電變流器(13)通過所述輔助供電接觸器(16)連接在所述4象限斬波器(5)的輸出端上；所述牽引控制單元(15)設有電源模塊(37)、中央處理器(30)和通過內(nèi)部總線與所述中央處理器(30)相連的數(shù)字信號處理器(31)、I/O模塊(32)、控制信號輸入輸出模塊(33)、通信模塊(34)，以及分別與車輛電氣接口相連、用于傳輸牽引系統(tǒng)工作狀態(tài)參數(shù)的監(jiān)控模塊(35)和模擬量檢測與轉(zhuǎn)換模塊(36)，其中，所述數(shù)字信號處理器(31)通過所述監(jiān)控模塊(35)和模擬量檢測與轉(zhuǎn)換模塊(36)分別與車輛電氣接口相連，用于實時牽引控制和變流器控制；所述控制信號輸入輸出模塊(33)與車輛電氣接口相連，用于所述中央處理器(30)與車輛電氣接口之間控制信號和狀態(tài)信號的傳輸；所述監(jiān)控模塊(35)接于所述數(shù)字信號處理器(31)與車輛電氣接口之間，用于牽引變流器的狀態(tài)檢測和保護；所述模擬量檢測與轉(zhuǎn)換模塊(36)將來自車輛電氣接口的電壓、電流、溫度、壓力信號進行變換，再傳輸?shù)綌?shù)字信號處理器(31)，并通過所述I/O模塊(32)傳輸?shù)剿鲋醒胩幚砥?30)；所述通信模塊(34)用于與列車通信，包括所述牽引控制單元(15)與CCU、BCU網(wǎng)絡設備的通信；所述電源模塊(37)連接至列車輔助供電系統(tǒng)，用于牽引控制單元(15)的供電輸出。
2. 根據(jù)權利要求1所述的大功率牽引變流器，其中所述4象限斬波器(5)的輸出端設有 直流過壓保護電路(8)并聯(lián)在直流環(huán)節(jié)上，所述直流過壓保護電路(8)由短路晶閘管構成。
3. 根據(jù)權利要求1或2所述的大功率牽引變流器，其中所述4象限斬波器(5)的輸出端 設有接地故障檢測電路(9)并聯(lián)在直流環(huán)節(jié)上，所述接地故障檢測電路(9)與所述牽引控制單元 (15)相連。
4. 根據(jù)權利要求3所述的大功率牽引變流器，其中所述4象限斬波器(5)的輸出端設有 支撐電容(10)并聯(lián)在直流環(huán)節(jié)上。
5. 根據(jù)權利要求4所述的大功率牽引變流器，其中所述4象限斬波器(5)和所述牽引逆 變器(ll)分別由高電壓IGBT功率半導體開關器件和反并聯(lián)功率二極管構成。
6. 根據(jù)權利要求5所述的大功率牽引變流器，其中所述電壓限制電路(22)由制動斬波器 (7)和限壓電阻(14)構成，所述制動斬波器(7)連接在所述4象限斬波器(5)的輸出端的直流環(huán)節(jié) 上，所述限壓電阻(14)連接在所述制動斬波器(7)的輸出端。
專利摘要本實用新型大功率牽引變流器，包括預充電電路、4象限斬波器和牽引逆變器，以及串聯(lián)諧振電路、電壓限制電路、牽引控制單元和輔助供電電路，輸入端子、預充電電路、4象限斬波器、串聯(lián)諧振電路、電壓限制電路、牽引逆變器和輸出端子依次相連。串聯(lián)諧振電路由可調(diào)的諧振電容和諧振電感構成。牽引控制單元設有電源模塊、中央處理器、數(shù)字信號處理器、控制信號輸入輸出模塊、模擬量檢測與轉(zhuǎn)換模塊、I/O模塊、監(jiān)控模塊和通信模塊。本實用新型大功率牽引變流器有益的技術效果是由于采用了可調(diào)的諧振電容，使串聯(lián)諧振電路的工作更加精確有效。輔助供電電路在動車組通過接觸網(wǎng)分相區(qū)時，可以維持向輔助供電系統(tǒng)進行不間斷供電。
文檔編號H02M5/458GK201252488SQ200820110038
公開日2009年6月3日 申請日期2008年8月14日 優(yōu)先權日2008年8月14日
發(fā)明者孫幫成, 紅 李, 杜會謙, 陸嘯秋 申請人:鐵道部運輸局;唐山軌道客車有限責任公司;中國鐵道科學研究院