一種用于鐵路交直交備用電源的單相pwm整流器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于鐵路交直交備用電源的單相PWM整流器，包括電網(wǎng)電壓，還包括與所述電網(wǎng)電壓電連接的輸入濾波單元，所述電網(wǎng)電壓通過輸入濾波單元與整流單元電連接，整流單元與連接有負(fù)載的直流電壓支撐單元電連接，所述整流單元由串聯(lián)的兩個(gè)開關(guān)功率器件組成，所述兩串聯(lián)的開關(guān)功率器件與輸入濾波單元并聯(lián)，所述直流電壓支撐單元由兩組彼此并聯(lián)后再串聯(lián)的正壓電容組成，所述兩組正壓電容與整流單元并聯(lián)。本發(fā)明提供了一種新的單相PWM整流器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在逆變側(cè)不加入中點(diǎn)控制算法的情況下，仍能保證直流母線中點(diǎn)電位平衡。此外，該結(jié)構(gòu)具有簡(jiǎn)單可靠、開關(guān)損耗小、減少無(wú)功交換、功率因數(shù)高、直流電壓穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】—種用于鐵路交直交備用電源的單相PWM整流器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于整流器【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種用于鐵路交直交備用電源的單相PWM整流器。
【背景技術(shù)】
[0002]鐵路備用電源為鐵路車輛和站點(diǎn)多種形式的負(fù)載提供電能，如空調(diào)、通風(fēng)、控制系統(tǒng)、照明等，是鐵路安全有序運(yùn)行的重要保障。隨著電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展，交直交變流裝置已在鐵路系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。
[0003]鐵路備用電源系統(tǒng)主要包括整流器和逆變器兩部分，首先電網(wǎng)的交流電能通過整流器變換成可直流電，然后再將直流電通過逆變器變換為交流負(fù)載可用的交流電。我國(guó)交流負(fù)載的額定電壓為單相AC220V和三相AC380V，因此逆變輸出一般采用三相四線制結(jié)構(gòu)。分裂電容式逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是一種常用的三相四線制結(jié)構(gòu)，其特點(diǎn)是將直流側(cè)電容中點(diǎn)和交流側(cè)濾波電容中點(diǎn)相連以提供不平衡電流，該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、體積相對(duì)小。但是因?yàn)榧y波電流和不平衡電流都從中性線上流入分裂電容，從而導(dǎo)致直流母線中點(diǎn)電位偏離，一般來(lái)說(shuō)，要額外加入中點(diǎn)平衡算法，增加了控制算法的復(fù)雜性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種在逆變側(cè)不加入中點(diǎn)控制算法的情況下，仍能保證直流母線中點(diǎn)電位平衡的用于鐵路交直交備用電源的單相PWM整流器。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是:一種用于鐵路交直交備用電源的單相PWM整流器，包括電網(wǎng)電壓，還包括與所述電網(wǎng)電壓電連接的輸入濾波單元，所述電網(wǎng)電壓通過輸入濾波單元與整流單元電連接，整流單元與連接有負(fù)載的直流電壓支撐單元電連接，所述整流單元由串聯(lián)的兩個(gè)開關(guān)功率器件組成，所述兩串聯(lián)的開關(guān)功率器件與輸入濾波單元并聯(lián)，所述直流電壓支撐單元由兩組彼此并聯(lián)后再串聯(lián)的的正壓電容組成，所述兩組正壓電容與整流單元并聯(lián)。
[0006]上述的用于鐵路交直交備用電源的單相PWM整流器，所述輸入濾波單元與整流單元之間電連接有用于限制啟動(dòng)時(shí)過高沖擊電流的預(yù)充電單元。
[0007]上述的用于鐵路交直交備用電源的單相PWM整流器，所述直流電壓支撐單元與負(fù)載之間連接有用于將線路直流點(diǎn)轉(zhuǎn)化為規(guī)則的220V 50Hz的交流輸出電壓的逆變單元。
[0008]上述的用于鐵路交直交備用電源的單相PWM整流器，所述逆變單元通過輸出濾波單元與負(fù)載電聯(lián)接。
[0009]上述的用于鐵路交直交備用電源的單相PWM整流器，所述逆變單元由兩個(gè)開關(guān)功率器件彼此串聯(lián)后并聯(lián)的三組電路組成。
[0010]本發(fā)明用于鐵路交直交備用電源的單相PWM整流器的優(yōu)點(diǎn)是:本發(fā)明提供了一種新的單相PWM整流器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在逆變側(cè)不加入中點(diǎn)控制算法的情況下，仍能保證直流母線中點(diǎn)電位平衡。此外，該結(jié)構(gòu)具有簡(jiǎn)單可靠、開關(guān)損耗小、減少無(wú)功交換、功率因數(shù)高、直流電壓穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1為本發(fā)明備用電源的主回路拓?fù)潆娐方Y(jié)構(gòu)圖；
圖2為本發(fā)明單相PWM整流主回路拓?fù)潆娐方Y(jié)構(gòu)圖；
圖3為開關(guān)功率器件IGBT7開通時(shí)電流回路狀態(tài)的結(jié)構(gòu)圖；
圖4為開關(guān)功率器件IGBT7關(guān)斷時(shí)電流回路狀態(tài)的結(jié)構(gòu)圖；
圖5為開關(guān)功率器件IGBT8開通時(shí)電流回路狀態(tài)的結(jié)構(gòu)圖；
圖6為開關(guān)功率器件IGBT8關(guān)斷時(shí)電流回路狀態(tài)的結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0012]下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明；
如圖1、2所示，一種用于鐵路交直交備用電源的單相PWM整流器，包括電網(wǎng)電壓I，還包括與所述電網(wǎng)電壓I電連接的輸入濾波單元2，所述電網(wǎng)電壓I通過輸入濾波單元2與整流單元4電連接，在輸入濾波單元2與整流單元4之間電連接有用于限制啟動(dòng)時(shí)過高沖擊電流的預(yù)充電單元3。整流單元4與連接有負(fù)載8的直流電壓支撐單元5電連接,在直流電壓支撐單元5與負(fù)載8之間連接有用于將線路直流點(diǎn)轉(zhuǎn)化為規(guī)則的220V 50Hz的交流輸出電壓的逆變單元6。所述整流單元4由串聯(lián)的兩個(gè)開關(guān)功率器件9、10組成，所述兩串聯(lián)的開關(guān)功率器件9、10與輸入濾波單元2并聯(lián)，所述直流電壓支撐單元5由兩組彼此并聯(lián)后再串聯(lián)的的正壓電容11組成，所述兩組正壓電容11與整流單元4并聯(lián)。逆變單元6通過輸出濾波單元7與負(fù)載8電聯(lián)接。逆變單元6由兩個(gè)開關(guān)功率器件12、13彼此串聯(lián)后并聯(lián)的三組電路組成。
[0013]本備用電源主電路有以下幾個(gè)基本組成部分:
輸入濾波單元2:采用的是簡(jiǎn)單可靠的LCL電路，減少高次諧波對(duì)電網(wǎng)的污染；
預(yù)充電單元3:在啟動(dòng)瞬間，通過預(yù)充電電阻為支撐電容充電，限制啟動(dòng)時(shí)的沖擊電
流；
整流單元4:通過控制功率器件IGBT的開關(guān)，將交流電壓轉(zhuǎn)換成直流電壓；
直流電壓支撐單元5:為一系列電容組，用來(lái)支撐直流母線電壓；
逆變單元6:三相逆變器用于將線路直流點(diǎn)煙轉(zhuǎn)化為規(guī)則的220V 50Hz的交流輸出電壓，通常采用大功率IGBT構(gòu)成，或集成的大功率IPM模塊。
[0014]輸出濾波單元7:三相輸出濾波器用于平滑PWM方波電壓成正弦波，從而使負(fù)載端的電流近似正弦曲線，同時(shí)它也減少受逆變器的高頻脈動(dòng)影響。
[0015]冷卻系統(tǒng):備用電源需要完備的冷卻系統(tǒng)，常采用強(qiáng)迫風(fēng)冷的方式為功率器件的散熱器進(jìn)行散熱。
[0016]設(shè)直流母線電壓中點(diǎn)電位為0，則母線電容可均分成正壓電容和負(fù)壓電容。本發(fā)明所采用結(jié)構(gòu)是將兩個(gè)BOOST升壓電路組合，輸入電流為正時(shí)，正壓電容側(cè)的BOOST升壓電路工作，給直流母線的正壓電容充電；輸入電流為負(fù)時(shí)，負(fù)壓電容側(cè)的BOOST升壓電路工作，給直流母線的負(fù)壓電容充電。其特征在于:該整流器的兩個(gè)功率開關(guān)器件一個(gè)只在輸入電流為正時(shí)工作，一個(gè)只在輸入電流為負(fù)時(shí)工作，分別給對(duì)應(yīng)的電容組充電，以此維持直流母線電壓的穩(wěn)定。
[0017]在拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)方面，上述的PWM整流器為兩個(gè)BOOST電路的合理結(jié)合，依靠其結(jié)構(gòu)特性保證中點(diǎn)電位平衡，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，另外，電能只從電抗器流向電容組，不需反向流動(dòng)，減少無(wú)功交換時(shí)的震蕩，可靠性高；在控制算法方面，兩個(gè)IGBT開關(guān)管分別僅在對(duì)應(yīng)的半周工作，開關(guān)損耗大大降低。
[0018]結(jié)合圖2，對(duì)本發(fā)明提供的PWM整流器的工作原理進(jìn)行分析。
[0019]I)當(dāng)輸入電流為正時(shí)，開關(guān)功率器件IGBTlO關(guān)斷，只對(duì)開關(guān)功率器件IGBT9的開通和關(guān)斷進(jìn)行控制。
[0020]當(dāng)開關(guān)功率器件IGBT9開通時(shí)，電流回路如圖3所示。同時(shí)存在兩個(gè)電流回路:
①回路1:1 —2 —3 —9 — I。電網(wǎng)對(duì)輸入電抗器2正向充電，輸入電抗器2存儲(chǔ)能
量;
②回路2:12 — 11 — 13 — 12。正容電壓11和負(fù)壓電容12放電，提供負(fù)載13所消耗
電能，維持正常工作。
[0021]當(dāng)開關(guān)功率器件IGBT9關(guān)斷時(shí)，電流回路如圖4所示。電流回路描述具體如下:
①回路1:1— 2 — 3 — 4 — 11 — I。2中電能釋放，電網(wǎng)電壓I和輸入電抗器2共同對(duì)正容電壓11充電，正容電壓11存儲(chǔ)電能，保持電壓恒定；
②回路2:1— 2 — 3 — 4 — 13 — 12—I。電網(wǎng)電壓I和輸入電抗器2同時(shí)要提供負(fù)載13所消耗的電能，電流通過負(fù)壓電容12流回電網(wǎng)。
[0022]2)當(dāng)輸入電流為負(fù)時(shí)，7關(guān)斷，只對(duì)8的開通和關(guān)斷進(jìn)行控制。
[0023]當(dāng)開關(guān)功率器件IGBTlO開通時(shí)，電流回路如圖5所示。同時(shí)存在兩個(gè)電流回路:
①回路1:1 — 10 — 6 — 2— I。電網(wǎng)對(duì)輸入電抗器2反向充電,輸入電抗器2存儲(chǔ)能
量;
②回路2:12—11 — 13— 12。正容電壓11和負(fù)壓電容12放電，提供正容電壓11所
消耗電能，維持正常工作。
[0024]當(dāng)開關(guān)功率器件IGBTlO關(guān)斷時(shí)，電流回路如圖6所示。電流回路描述具體如下:
①回路1:1— 12 — 5 — 6 — 2 — I。輸入電抗器2中電能釋放，電網(wǎng)電壓I和輸入電抗器2共同對(duì)負(fù)壓電容12充電，負(fù)壓電容12存儲(chǔ)電能，保持電壓恒定；
②回路2:1 — 11 — 13 — 5 — 6 — 2 — I。電網(wǎng)電壓I和輸入電抗器2同時(shí)要提供負(fù)載13所消耗的電能，電流通過正容電壓11流回電網(wǎng)。
[0025]當(dāng)然，上述說(shuō)明并非是對(duì)本發(fā)明的限制，本發(fā)明也并不限于上述舉例，本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員，在本發(fā)明的實(shí)質(zhì)范圍內(nèi)，作出的變化、改型、添加或替換，都應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種用于鐵路交直交備用電源的單相PWM整流器，包括電網(wǎng)電壓，其特征在于:還包括與所述電網(wǎng)電壓電連接的輸入濾波單元，所述電網(wǎng)電壓通過輸入濾波單元與整流單元電連接，整流單元與連接有負(fù)載的直流電壓支撐單元電連接，所述整流單元由串聯(lián)的兩個(gè)開關(guān)功率器件組成，所述兩串聯(lián)的開關(guān)功率器件與輸入濾波單元并聯(lián)，所述直流電壓支撐單元由兩組彼此并聯(lián)后再串聯(lián)的的正壓電容組成，所述兩組正壓電容與整流單元并聯(lián)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于鐵路交直交備用電源的單相PWM整流器，其特征是:所述輸入濾波單元與整流單元之間電連接有用于限制啟動(dòng)時(shí)過高沖擊電流的預(yù)充電單元。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于鐵路交直交備用電源的單相PWM整流器，其特征是:所述直流電壓支撐單元與負(fù)載之間連接有用于將線路直流點(diǎn)轉(zhuǎn)化為規(guī)則的220V 50Hz的交流輸出電壓的逆變單元。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于鐵路交直交備用電源的單相PWM整流器，其特征是:所述逆變單元通過輸出濾波單元與負(fù)載電聯(lián)接。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于鐵路交直交備用電源的單相PWM整流器，其特征是:所述逆變單元由兩個(gè)開關(guān)功率器件彼此串聯(lián)后并聯(lián)的三組電路組成。
【文檔編號(hào)】H02M5/458GK103888004SQ201410137802
【公開日】2014年6月25日 申請(qǐng)日期:2014年4月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月8日
【發(fā)明者】呂洪章 申請(qǐng)人:青島威控電氣有限公司