專利名稱：機(jī)車空調(diào)高頻軟開關(guān)不間斷電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種機(jī)車空調(diào)用電源，具體是指一種機(jī)車空調(diào)高頻軟開關(guān)不間斷 電源。
背景技術(shù)：
隨著我國(guó)鐵路建設(shè)的發(fā)展，全國(guó)機(jī)車車頭的數(shù)量已經(jīng)接近一萬(wàn)輛。由于機(jī)車頭內(nèi) 大功率電源及其拖動(dòng)裝置等設(shè)備引起機(jī)車車內(nèi)溫度高達(dá)50°C 70°C，如果在這樣的溫度 下沒有機(jī)車空調(diào)裝置，則將大大的影響設(shè)備運(yùn)行安全和司機(jī)運(yùn)行人員的身心健康，極易造 成操作失誤和事故。目前，我國(guó)機(jī)車空調(diào)組有20多個(gè)生產(chǎn)單位，但其所生產(chǎn)的機(jī)車空調(diào)組故障頻率極 高，其維修費(fèi)用也極為昂貴，從而成為近年來鐵路部門普遍所存在的難題，至今沒有得到很 好的解決。經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的研究和分析，人們才找到導(dǎo)致空調(diào)機(jī)組頻繁出現(xiàn)問題的真正原因 不是空調(diào)機(jī)組本身，95%以上的故障都是由給空調(diào)機(jī)組供電的電力電子變流電源所造成 的。由于機(jī)車都是通過牽引電源接觸網(wǎng)獲得電能的，而接觸網(wǎng)電能卻存在以下幾種弊端1、 輸出電壓波形嚴(yán)重畸變，諧波分量大于15%;2、電壓輸出波幅變化可達(dá)士40%;3、瞬間還會(huì) 產(chǎn)生6 10倍的針形峰值干擾電壓等。因此，傳統(tǒng)的電力電子變流空調(diào)電源很難抵制接觸 網(wǎng)差值電源的影響，從而導(dǎo)致空調(diào)機(jī)組設(shè)備故障頻發(fā)。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于克服目前電力電子變流電源容易受接觸網(wǎng)電源質(zhì)量惡劣 品質(zhì)等的影響，使得空調(diào)機(jī)組設(shè)備故障頻發(fā)的缺陷，提供一種能有效降低針形峰值干擾電 壓等的影響，從而顯著減少空調(diào)機(jī)組設(shè)備故障頻繁產(chǎn)生的機(jī)車空調(diào)高頻軟開關(guān)不間斷電 源。本實(shí)用新型的目的通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)機(jī)車空調(diào)高頻軟開關(guān)不間斷電源，主 要由接觸網(wǎng)接入端所引入的輸入電壓經(jīng)多重濾波網(wǎng)絡(luò)后依次經(jīng)過一級(jí)整流濾波電路、高頻 逆變電路、高頻升壓變壓器、二級(jí)整流濾波電路、PWM斬波電路及三相逆變電路后形成輸出 電壓，同時(shí)，在PWM斬波電路與三相逆變電路之間還并聯(lián)有蓄電池電路形成對(duì)空調(diào)機(jī)組負(fù) 載的不間斷供電。為了更好的實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型，所述的高頻逆變電路為由四個(gè)IGBT管所組成的橋 式高頻開關(guān)電路(由模擬電子技術(shù)控制)；所述的一級(jí)整流濾波電路為普通工頻橋式整流 濾波電路、二級(jí)整流濾波電路為高頻橋式整流濾波電路；所述的三相逆變電路為由智能功 率模塊IPM所構(gòu)成的輸出逆變電路(由DSP單片微機(jī)硬件電路及其實(shí)時(shí)控制軟件控制)； 所述的斬波電路為由IGBT管、續(xù)流二極管D及電感L組成；所述的多重濾波網(wǎng)絡(luò)為由一個(gè) 以上的LC多級(jí)濾波回路依次串聯(lián)而成。本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下的優(yōu)點(diǎn)和有益效果(1)本實(shí)用新型在將接觸網(wǎng)電壓引入一級(jí)整流濾波電路之前預(yù)先進(jìn)行了削峰處
3理，從而有效的抑制了接觸網(wǎng)脈沖峰值電壓的干擾。(2)傳統(tǒng)的斬波升壓電路是單片微機(jī)控制技術(shù)的單管IGBT管的升壓控制電路，其 升壓原理是采用電感蓄能，由于電感是一個(gè)大慣性環(huán)節(jié)，再加上微機(jī)控制技術(shù)的控制動(dòng)態(tài) 快速跟隨性相對(duì)于模擬控制技術(shù)的動(dòng)態(tài)品質(zhì)差，面對(duì)接觸網(wǎng)電壓瞬間大波幅變化時(shí)非常容 易失步(特別是面對(duì)接觸網(wǎng)由低電壓突跳到高電壓時(shí))產(chǎn)生過電壓，從而擊穿該IGBT管等 元件。而本實(shí)用新型則采用高頻逆變電路和高頻升壓變壓器所組成的模擬控制電路，因此 不僅其控制的響應(yīng)速度非常快，而且其動(dòng)態(tài)品質(zhì)非常好，從而增加了輸出電壓的安全性能。(3)本實(shí)用新型的高頻逆變電路還可以采用軟開關(guān)技術(shù)(傳統(tǒng)的單管是不可能采 用此技術(shù))，對(duì)抑制IGBT開關(guān)管所承受的du/dt，di/dt以及對(duì)IGBT管的開關(guān)損耗所引起 的發(fā)熱有明顯的作用，提高了 IGBT管的運(yùn)行安全可靠性。(4)本實(shí)用新型設(shè)置了獨(dú)立的蓄電池組及其控制電路，而傳統(tǒng)的空調(diào)電源則是利 用機(jī)車本身的蓄電池供電，因此避免和防止了機(jī)車本身設(shè)置的蓄電池的損壞而導(dǎo)致機(jī)車控 制電源失調(diào)等缺陷，提高了安全等級(jí)。(5)無論本實(shí)用新型的電源還是傳統(tǒng)的電源的高頻升壓電路都是電源的核心部 分，由于面對(duì)惡劣的接觸網(wǎng)供電品質(zhì)，本實(shí)用新型的電源的升壓控制電路部分采用了模擬 控制電路技術(shù)，因此其抗干擾能力比傳統(tǒng)電源強(qiáng)得多，從而進(jìn)一步提高了運(yùn)行的穩(wěn)定和可靠性。
圖1為現(xiàn)有機(jī)車空調(diào)機(jī)組變流電源的整體流程示意圖。圖2為本實(shí)用新型的機(jī)車空調(diào)機(jī)組變流電源的整體流程示意圖。圖3為圖2所示的具體電路結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步地詳細(xì)說明，但本實(shí)用新型的實(shí)施方式不 限于此。實(shí)施例如圖1所示，現(xiàn)有的機(jī)車空調(diào)機(jī)組的變流電源均是先將接觸網(wǎng)電源27. 5KV的高電 壓經(jīng)過降壓變壓器27. 5KV/220VAC或者27. 5KV/396VAC后降成220V或296V的單相交流電 源，然后進(jìn)行不控整流濾波后生成隨電網(wǎng)電壓波動(dòng)的直流電壓。該直流電壓通過微機(jī)控制的IGBT管升壓斬波電路后變成穩(wěn)定的540V直流電壓， 然后該直流電壓在通過微機(jī)控制的IGBT三相逆變器變成頻率、電壓可變的三相正弦脈寬 調(diào)制波電壓輸出去控制三相空調(diào)機(jī)組。在過分相段時(shí)通過升壓斬波器將機(jī)車蓄電池組IlOV升壓后，通過三相逆變器變 為頻率電壓可變的三相交流電壓作為驅(qū)動(dòng)空調(diào)機(jī)之用。為限制蓄電池組的輸出電流，在過 分相段時(shí)，三相逆變器的輸出頻率降至32HZ，空調(diào)機(jī)降功使用。因設(shè)置了自備的蓄電池電源 輸出頻率也可以不降，但分相電路時(shí)間大于15S以上可視為機(jī)車停滯故障，蓄電池電源將 自動(dòng)斷開。如圖2、3所示，為了抑制機(jī)車過分相段時(shí)所產(chǎn)生的針形峰值干擾電壓，本實(shí)用新型在由將27. 5KV的接觸網(wǎng)電壓進(jìn)行降壓處理后所得到的220V或396V的交流電壓輸入一 級(jí)整流濾波電路之前預(yù)先通過多重濾波網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了多重削峰處理，然后再將進(jìn)行削峰處理 后的交流電壓輸入到一級(jí)整流濾波電路進(jìn)行橋式整流、濾波，得到一個(gè)隨接觸網(wǎng)(外電網(wǎng)) 波動(dòng)的直流電壓。隨后，該直流電壓經(jīng)高頻逆變電路和高頻升壓變壓器升壓后得到一個(gè)高頻交流調(diào) 制波電壓。該高頻交流調(diào)制波電壓再經(jīng)二級(jí)整流濾波電路和PWM斬波電路后得到一個(gè)穩(wěn)定 的540VDC中間直流變換電壓，以供給由IPM(智能功率模塊)構(gòu)成的三相逆變電路，從而得 到穩(wěn)定的380VAC輸出電壓。而該380V的交流輸出電壓則可以直接供給機(jī)車空調(diào)組使用。在由PWM斬波電路將540VDC中間直流變換電壓供給三相逆變電路的同時(shí)對(duì)蓄電 池電路進(jìn)行充電。即，通過控制PWM斬波電路中的IGBT管的合理通斷，給蓄電池電路中的 蓄電池組進(jìn)行恒流恒壓合理充電，以避免蓄電池過充電。相應(yīng)的，蓄電池組再由放電控制電 路，通過合理的控制其放電電流及放電時(shí)間，避免蓄電池過放電。蓄電池放電電路輸出直流電壓與540VDC中間直流電壓通過電子合并同時(shí)向三相 逆變電路供電，從而達(dá)到在接觸網(wǎng)停電時(shí)蓄電池能不間斷的零時(shí)間切換到蓄電池向三相逆 變電路供電的目的。該多重濾波網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)如圖3所示，即該多重濾波網(wǎng)絡(luò)由一個(gè)以上的LC濾波回路 依次串聯(lián)而成，其一端為該多重濾波網(wǎng)絡(luò)的輸入端，另一端為其輸出端。一級(jí)整流濾波電路 為由四個(gè)二極管D、兩個(gè)電解電容E、兩個(gè)電容C、兩個(gè)電阻R及一個(gè)電感L組成普通工頻橋 式整流電路，其輸入端與多重濾波網(wǎng)絡(luò)的輸出端相連接。27. 5KV的接觸網(wǎng)電壓經(jīng)降壓處理 后所得到的220V或396V的交流電壓作為本實(shí)用新型的主電路電源，并與多重濾波網(wǎng)絡(luò)的 輸入端相連。高頻逆變電路由四只IGBT管構(gòu)成高頻單相橋式開關(guān)模擬電路，其輸入端與一級(jí) 整流濾波電路的輸出端相連接，其輸出端則與高頻升壓變壓器的原邊相連接。同時(shí)，該高頻 逆變電路中的每個(gè)IGBT管均還分別并聯(lián)有一個(gè)續(xù)流二極管D。二級(jí)整流濾波電路為由四個(gè)二極管D、兩個(gè)電解電容E、兩個(gè)電容C、兩個(gè)電阻R及 一個(gè)電感L所組成的高頻橋式整流濾波電路，高頻升壓變壓器的副邊則與該二級(jí)整流濾波 電路的輸入端相連接，而二級(jí)整流濾波電路的輸出端則與PWM斬波電路的輸入端相連接。所述的PWM斬波電路則由一只IGBT管、兩只二極管D、一只電感L、兩只電解電容 E和兩只電容C所組成的單相橋式逆變升壓模擬電路。其中，一只二極管D與IGBT管相并 聯(lián)，作為其續(xù)流二極管。兩只電解電容E和兩只電容C組成一個(gè)橋式結(jié)構(gòu)后，其一端經(jīng)電感 L與IGBT管相連接，同時(shí)，另一只二極管D則連接在電感L與IGBT管的連接點(diǎn)以及由電容 所組成的橋式結(jié)構(gòu)后的另一端。該P(yáng)WM斬波電路的輸出端分別與三相逆變電路及蓄電池電路相連接，其中，三相 逆變電路由六只智能功率模塊IPM組成橋式電路結(jié)構(gòu)，其輸入端與PWM斬波電路的輸出端 相連接，輸出端則直接輸出380V的三相交流電壓。其中，該智能功率模塊IPM是由DSP單 片微機(jī)硬件電路及其實(shí)時(shí)控制軟件控制。本實(shí)用新型的蓄電池電路屬于獨(dú)立的系統(tǒng)，是直接從PWM斬波電路中取電源，而 不是從機(jī)車的供電系統(tǒng)中取電源。該蓄電池電路由蓄電池充電電路和蓄電池放電電路兩部 分組成，其中，蓄電池充電電路由一只IGBT管、并聯(lián)在該IGBT管兩端的續(xù)流二極管D，由兩只電解電容E和兩只電容C組成的橋式結(jié)構(gòu)、大電感L及二極管D組成，而蓄電池放電電路
則由固體繼電器及二極管D組成。 如上所述，便可以很好的實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型。
權(quán)利要求機(jī)車空調(diào)高頻軟開關(guān)不間斷電源，主要由接觸網(wǎng)接入端及三相逆變電路組成，其特征在于該接觸網(wǎng)接入端所引入的輸入電壓經(jīng)多重濾波網(wǎng)絡(luò)后依次與一級(jí)整流濾波電路、高頻逆變電路、高頻升壓變壓器、二級(jí)整流濾波電路、PWM斬波電路及三相逆變電路后形成輸出電壓，同時(shí)，在PWM斬波電路與三相逆變電路之間還并聯(lián)有蓄電池電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)車空調(diào)高頻軟開關(guān)不間斷電源，其特征在于所述的高頻 逆變電路為由四個(gè)IGBT管所組成的單相橋式高頻開關(guān)模擬電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)車空調(diào)高頻軟開關(guān)不間斷電源，其特征在于所述的一級(jí) 整流濾波電路為普通工頻橋式整流濾波電路，所述的二級(jí)整流濾波電路為高頻橋式整流濾 波電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求1 3任一項(xiàng)所述的機(jī)車空調(diào)高頻軟開關(guān)不間斷電源，其特征在于 所述的三相逆變電路為由智能功率模塊IPM所構(gòu)成的輸出逆變電路。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的機(jī)車空調(diào)高頻軟開關(guān)不間斷電源，其特征在于所述的PWM 斬波電路為由IGBT管、續(xù)流二極管D及電感L所組成的單相橋式逆變升壓模擬電路。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的機(jī)車空調(diào)高頻軟開關(guān)不間斷電源，其特征在于所述的多重 濾波網(wǎng)絡(luò)為由一個(gè)以上的LC多級(jí)濾波回路依次串聯(lián)而成。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種機(jī)車空調(diào)高頻軟開關(guān)不間斷電源，主要由接觸網(wǎng)接入端及三相逆變電路組成，其特征在于該接觸網(wǎng)接入端所引入的輸入電壓經(jīng)多重濾波網(wǎng)絡(luò)后依次與一級(jí)整流濾波電路、高頻逆變電路、高頻升壓變壓器、二級(jí)整流濾波電路、PWM斬波電路及三相逆變電路后形成輸出電壓，同時(shí)，在PWM斬波電路與三相逆變電路之間還并聯(lián)有蓄電池電路。本實(shí)用新型不僅能對(duì)接觸網(wǎng)脈沖峰值電壓進(jìn)行抑制，而且其PWM斬波電路采用單相橋式逆變升壓電路，用模擬電路的方法進(jìn)行控制，因此還具有動(dòng)態(tài)品質(zhì)好、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)H02J7/34GK201682316SQ201020172548
公開日2010年12月22日 申請(qǐng)日期2010年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月26日
發(fā)明者黃方智 申請(qǐng)人:成都方脈科技有限公司