一種電車供電線網(wǎng)電源轉(zhuǎn)換裝置及電源驅(qū)動系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種電車供電線網(wǎng)電源轉(zhuǎn)換裝置及電源驅(qū)動系統(tǒng)，其中電源轉(zhuǎn)換裝置包括：電磁干擾濾波電路，其與電車供電線網(wǎng)連接，用于濾除電車供電線網(wǎng)提供的線網(wǎng)電源中的電磁干擾；開關電路，其與電磁干擾濾波電路的輸出端正極連接，用于導通或斷開線網(wǎng)電源；第一濾波電路，其連接在開關電路和電車負載之間，用于對線網(wǎng)電源進行濾波，并將濾波后的線網(wǎng)電源提供給電車負載，以驅(qū)動電車負載運行。本實用新型能夠有效凈化電車的電磁兼容環(huán)境，并減小線網(wǎng)電源的波動，還能夠?qū)崿F(xiàn)線網(wǎng)電源和車載電源的電源隔離，從而有助于提高電車電機的使用壽命，改善電車的調(diào)速性、提高操作舒適度，同時為乘客和電車負載的安全提供保障。
【專利說明】
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及電力電子領域，具體地說，涉及一種電車供電線網(wǎng)電源轉(zhuǎn)換裝置 及電源驅(qū)動系統(tǒng)。 -種電車供電線網(wǎng)電源轉(zhuǎn)換裝置及電源驅(qū)動系統(tǒng)
【背景技術】
[0002] 無軌電車線是一種由供電線網(wǎng)為電車內(nèi)部各個用電器件提供電能的城市公交車 輛，其通過安裝在車頂?shù)募娖鞯膬蓚€集電頭從直流線網(wǎng)獲取直流電源。
[0003] 圖1示出了現(xiàn)有的無軌電車電源驅(qū)動系統(tǒng)的原理圖。如圖1所示，電車集電器的 兩個集電頭接觸電車供電線網(wǎng)的相應導線，以接收線網(wǎng)提供的直流電源。該直流電源通過 電抗器L101、熔斷器F102、接觸器J104和熔斷器F105串聯(lián)構成的電路后輸出到電車內(nèi)部 的高壓負載。其中，電車的高壓負載包括：用于控制主驅(qū)動電機Ml的控制器106、為氣泵電 機M2供電的輔助電源107、為方向助力電機M3供電的輔助電源108、24V電源轉(zhuǎn)換模塊109、 高壓充電機110、空調(diào)111、加熱器112、除霜機113等。為了保證電車的安全性，該系統(tǒng)還包 括有避雷器F103,避雷器F103的一端連接在熔斷器F102和接觸器J104之間，另一端與供 電線網(wǎng)的負極相連。
[0004] 此外，隨著電池技術的發(fā)展，雙源無軌電車得到越來越多的應用，圖2示出了現(xiàn)有 的雙源無軌電車的電源驅(qū)動系統(tǒng)的原理圖。如圖2所示，雙源無軌電車的電源驅(qū)動系統(tǒng)在 圖1所示的無軌電車電源驅(qū)動系統(tǒng)的基礎上增加了一組與線網(wǎng)供電系統(tǒng)并聯(lián)的動力電池 供電系統(tǒng)。動力電池供電系統(tǒng)的主要裝置為動力電池215,動力電池215的正極通過熔斷器 F216、接觸器J217和二極管D218串聯(lián)構成的電路與熔斷器F105的輸入端連接，負極通過 接觸器J217和接觸器J104與供電線網(wǎng)的負極連接。
[0005] 上述兩種無軌電車的電源驅(qū)動系統(tǒng)接收的線網(wǎng)電源均是由三相工頻交流電通過 變壓和不可控整流得到的額定600V的直流電源。供電線網(wǎng)為電車供電時，1?3公里長的 供電線網(wǎng)可能同時存在多輛電車，而每輛電車的耗電功率均會在0?220kW的范圍內(nèi)變化。
[0006] 例如當電車制動時，電車不從線網(wǎng)取電，此時電車的耗電功率為0。而電車正常運 行時，電車的耗電功率則為220kW。與供電線網(wǎng)連接的電車的耗電功率的變化會引起供電線 網(wǎng)電流的波動。而供電線網(wǎng)和饋線存在的電感效應，在電流波動時會造成電壓震蕩和波動， 進而造成線網(wǎng)電壓在300V到720V之間跳動，使得此時與供電線網(wǎng)連接的電車的輸入電壓 也隨之跳動。此外，供電線網(wǎng)在不同供電區(qū)之間存在10?20厘米的絕緣節(jié)，無軌電車的集 電頭在通過絕緣節(jié)時，線網(wǎng)供電電壓就變?yōu)?V，所以此時無軌電車的輸入電壓也存在劇烈 跳動的情況。
[0007] 直流輸入電源的電壓跳動對車載高壓負載會產(chǎn)生很多危害。車載高壓負載中的車 載輔助電源和驅(qū)動電機控制器是由接觸器、電容、絕緣柵雙極型晶體管變流電路等電力電 子器件構成，跳動的電壓會對這些電力電子器件產(chǎn)生電壓沖擊和電流沖擊，從而縮短元器 件的使用壽命。供電電壓變化區(qū)間過大還會對車載高壓負載的工作點標定造成困難，對車 載高壓負載的輸出也會產(chǎn)生沖擊，進而影響輔助電機正常工作，從而縮短了電機使用壽命。
[0008] 此外，線網(wǎng)電壓變化還會導致電車驅(qū)動電機的輸出轉(zhuǎn)速和力矩不穩(wěn)定，使整車的 調(diào)速性能變差、降低司機的操作舒適性，也為電車運行帶來安全隱患。
[0009] 同時，由于無軌電車的供電線網(wǎng)是架設在城市道路的上空，這種環(huán)境下的供電線 網(wǎng)會受到大量周圍的無線電發(fā)射塔、工廠的電磁輻射干擾。而這些電磁干擾會通過電網(wǎng)傳 導至無軌電車的電氣系統(tǒng)中，從而使得無軌電車的電磁兼容環(huán)境變得惡劣，影響車載電氣 設備的工作，干擾嚴重時會造成車載電氣設備誤動作甚至失效等故障。
[0010] 基于上述情況，亟需一種能夠向無軌電車提供穩(wěn)定、可靠、電磁干擾少的直流電源 的電源轉(zhuǎn)換裝置。 實用新型內(nèi)容
[0011] 為解決上述問題，本實用新型提供了一種電車供電線網(wǎng)電源轉(zhuǎn)換裝置，所述裝置 包括：
[0012] 電磁干擾濾波電路，其與電車供電線網(wǎng)連接，用于濾除所述電車供電線網(wǎng)提供的 線網(wǎng)電源中的電磁干擾；
[0013] 開關電路，其與所述電磁干擾濾波電路的輸出端正極連接，用于導通或斷開所述 線網(wǎng)電源；
[0014] 第一濾波電路，其連接在所述開關電路和電車負載之間，用于對所述線網(wǎng)電源進 行濾波，并將濾波后的線網(wǎng)電源提供給所述電車負載。
[0015] 根據(jù)本實用新型的一個實施例，所述電磁干擾濾波電路包括三端電容。
[0016] 根據(jù)本實用新型的一個實施例，所述開關電路包括預充電電路，所述預充電電路 包括第一電阻、第一接觸器和第二接觸器，其中所述第一電阻和第一接觸器串聯(lián)構成的電 路與所述第二接觸器并聯(lián)。
[0017] 根據(jù)本實用新型的一個實施例，所述第一濾波電路包括LC濾波電路。
[0018] 根據(jù)本實用新型的一個實施例，所述裝置還包括電源隔離電路，其連接在所述第 一濾波電路和電車負載之間，用于對所述第一濾波電路和電車負載進行電源隔離。
[0019] 根據(jù)本實用新型的一個實施例，所述電源隔離電路包括：
[0020] 逆變電路，其輸入端與所述第一濾波電路連接，用于將所述第一濾波電路輸出的 直流電源轉(zhuǎn)換為第一交流電源；
[0021] 隔離變壓器，其與所述逆變電路連接，用于將所述第一交流電源轉(zhuǎn)換為第二交流 電源，實現(xiàn)所述第一交流電源和第二交流電源之間的電源隔離；
[0022] 整流電路，其與所述隔離變壓器連接，用于將所述第二交流電源轉(zhuǎn)換為直流電源， 以供所述電車負載使用。
[0023] 根據(jù)本實用新型的一個實施例，所述逆變電路包括全橋逆變電路。
[0024] 根據(jù)本實用新型的一個實施例，所述整流電路包括二極管整流電路。
[0025] 根據(jù)本實用新型的一個實施例，所述裝置還包括第二濾波電路，其連接在所述電 源隔離電路和電車負載之間，用于對所述整流電路輸出的直流電源進行濾波，并將濾波后 的直流電源提供給所述電車負載。
[0026] 本實用新型還提供了一種電車電源驅(qū)動系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：
[0027] 電車負載；
[0028] 供電線網(wǎng)，其用于為所述電車負載提供電源；
[0029] 如上所述的電源轉(zhuǎn)換裝置，其連接在所述電車負載和供電線網(wǎng)之間，用于將接收 到的所述供電線網(wǎng)提供的線網(wǎng)電源進行處理后輸出給所述電車負載，以驅(qū)動所述電車負載 運行。
[0030] 本實用新型提供了一種新型電車供電線網(wǎng)電源轉(zhuǎn)換裝置，同時還提供了一種使用 該裝置的電車驅(qū)動電氣系統(tǒng)。本實用新型提供的線網(wǎng)電源轉(zhuǎn)換裝置通過電磁干擾濾波電路 來濾除電車供電線網(wǎng)從周圍無線電發(fā)射塔、工廠電磁輻射等接收到的電磁干擾，能夠有效 凈化電車的電磁兼容環(huán)境，為電車的正常工作提供保障。
[0031] 同時，本實用新型提供的線網(wǎng)電源轉(zhuǎn)換裝置還通過開關電路和濾波電路減小線網(wǎng) 電壓的變化區(qū)間，能夠有效提高電車電機的使用壽命，改善電車的調(diào)速性、提高操作舒適 度。此外，還通過電源隔離電路來隔離線網(wǎng)電源和車載電源，消除了因線網(wǎng)電源對車體漏電 或放電而帶來的安全隱患，從而為乘客和電車負載的安全提供了保障。
[0032] 本實用新型的其它特征和優(yōu)點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書 中變得顯而易見，或者通過實施本實用新型而了解。本實用新型的目的和其他優(yōu)點可通過 在說明書、權利要求書以及附圖中所特別指出的結構來實現(xiàn)和獲得。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0033] 為了更清楚地說明本實用新型實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例 或現(xiàn)有技術描述中所需要的附圖做簡單的介紹：
[0034] 圖1是現(xiàn)有的單電源無軌電車驅(qū)動電氣系統(tǒng)的原理圖；
[0035] 圖2是現(xiàn)有的雙電源無軌電車驅(qū)動電氣系統(tǒng)的原理圖；
[0036] 圖3是根據(jù)本實用新型的電車供電線網(wǎng)電源轉(zhuǎn)換裝置的一個實施例的的原理圖；
[0037] 圖4是根據(jù)本實用新型的電車電源驅(qū)動系統(tǒng)的一個實施例的的原理圖。
【具體實施方式】
[0038] 以下將結合附圖及實施例來詳細說明本實用新型的實施方式，借此對本實用新型 如何應用技術手段來解決技術問題，并達成技術效果的實現(xiàn)過程能充分理解并據(jù)以實施。 需要說明的是，只要不構成沖突，本實用新型中的各個實施例以及各實施例中的各個特征 可以相互結合，所形成的技術方案均在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
[0039] 針對現(xiàn)有的無軌電車雙電源平臺驅(qū)動電氣系統(tǒng)對于線網(wǎng)電壓波動不適應的問題， 本實用新型提供了一種新的電車供電線網(wǎng)電源轉(zhuǎn)換裝置，圖3示出了本實施例中該裝置的 原理圖。
[0040] 如圖3所示，本實施例中，電車供電線網(wǎng)電源轉(zhuǎn)換裝置300包括電磁干擾濾波電路 301、開關電路302和第一濾波電路303。
[0041] 電車供電線網(wǎng)提供的線網(wǎng)電源中常常會存在大量從周圍的無線電發(fā)射塔、工廠的 電磁輻射引入的電磁干擾。電磁干擾濾波電路301能夠濾除上述電磁干擾，使得線網(wǎng)電源 的質(zhì)量得到改善，從而降低對電車負載的電磁環(huán)境的影響。本實施例中，電磁干擾濾波電路 301包括三端電容C3。如圖3所示，三端電容C3的第一端口與線網(wǎng)電源的正極連接，第二 端口與線網(wǎng)電源的負極連接，第三端口與地連接，但本實用新型不限于此，在本實用新型的 其它實施例中，電磁干擾濾波電路301還可以采用其它合理電路形式。
[0042] 從圖3中看以看出，本實施例中，開關電路302串聯(lián)在電磁干擾濾波電路301的輸 出端正極與第一濾波電路303的輸入端正極之間，用于通過自身的關斷來導通或斷開線網(wǎng) 電源。本實施例中，開關單元302為一預充電電路，如圖3所示，該預充電電路包括第一電 阻R1、第一接觸器K1和第二接觸器K2,其中第一電阻R1和第一接觸器K1串聯(lián)構成的電路 與第二接觸器K2并聯(lián)。
[0043] 預充電電路不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對線網(wǎng)電源的通斷，還具有線路保護功能。當電車供電 線網(wǎng)提供的線網(wǎng)電源存在由較低電壓到較高電壓的大幅跳變時，首先先閉合接觸器K1而 斷開接觸器K2,當電車負載側(cè)的電壓與線網(wǎng)電壓的壓差小于預設值后，再斷開接觸器K1而 閉合接觸器K2。因為接觸器K1與電阻R1串聯(lián)，電阻R1能夠起到限流作用，從而保護電路 中的電流波動不至于過大，實現(xiàn)對電路中負載的保護。
[0044] 第一濾波電路303連接在開關電路302與電車負載之間，用于對開關電路302輸 出的電源信號進行濾波，并將濾波后的電源信號提供給電車負載。本實施例中，第一濾波電 路303采用LC濾波電路，包括電感L1和電容C1，其中，電感L1的一端作為第一濾波電路 303的輸入端正極與開端電路302的輸出端正極連接，另一端作為第一濾波電路303的輸出 端正極與電車電車負載的輸入端正極連接，電容C1并聯(lián)在電車負載的輸入端正負極之間。
[0045] 現(xiàn)有電車的供電線網(wǎng)多為三相工頻交流電網(wǎng)，而三相工頻交流電網(wǎng)與大地之間存 在的較高電勢差，會使得電車的直流供電線網(wǎng)對大地也存在較高的電勢差。如果無軌電車 的高壓部件的耐壓、絕緣措施設計不合理，或經(jīng)過長時間的工作，雨水、灰塵、鹽霧等惡劣環(huán) 境容易導致絕緣失效，線網(wǎng)電源會對車體漏電或者放電，使得無軌電車的電氣系統(tǒng)中存在 安全隱患。而且在乘客上車過程中，乘客踏在地上的腳與接觸車門或者車身的手之間可能 會產(chǎn)生電勢差，一旦絕緣失效遠超過安全標準的電壓，就會引起人員觸電的安全事故。
[0046] 針對上述現(xiàn)有的電車驅(qū)動電氣系統(tǒng)中電車供電線網(wǎng)與電車負載沒有進行電源隔 離而存在安全隱患的問題，如圖3所示，本實施例中，電車供電線網(wǎng)電源轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)置300還包 括電源隔離電路。而對于高壓電源的隔離多采用交流隔離的方法，所以本實施例中，電源隔 離電路包括逆變電路304、隔離變壓器305、整流電路306。
[0047] 逆變電路304的輸入端與第一濾波電路303的輸出端連接，從而將第一濾波電路 303輸出的直流電源轉(zhuǎn)換為第一交流電源。隔離變壓器305與逆變電路304連接，其能夠 將逆變電路304輸出的第一交流電源按照自身的匝比轉(zhuǎn)換為第二交流電源。因為隔離變壓 器303的初級線圈與次級線圈之間不共地，所以能夠?qū)崿F(xiàn)第一交流電源與第二交流電源的 電源隔離，從而有效保證乘客以及電車負載的安全。
[0048] 因為電車負載的電源通常采用的是直流電源，所以隔離變壓器305產(chǎn)生的第二交 流電源還需要通過整流電路306整流為直流電源，以便為電車負載供電。
[0049] 本實施例中，逆變電路304采用全橋逆變電路，整流電路306采用二極管橋式整 流電路，但本實用新型不限于此，在本實用新型的其它實施例中，逆變電路304和整流電路 306均可以采用其它合理的電路形式。
[0050] 如圖3所示，電車供電線網(wǎng)電源轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)置300還包括第二濾波電路307,第二濾波 電路307用于對整流電路306產(chǎn)生的直流電源進行進一步地濾波，以進一步改善輸出到電 車負載的直流電源。本實施例中，第二濾波電路307與第一濾波電路303的電路結構相同， 在此不再贅述。同時需要說明的是，在本實用新型的其它實施例中，第二濾波電路還可以采 用其它合理的電路形式，本實用新型不限于此。
[0051] 本實用新型還提供了一種電車電源驅(qū)動系統(tǒng)，圖4示出了該系統(tǒng)的原理圖。
[0052] 如圖4所示，電車驅(qū)動電氣系統(tǒng)包括供電線網(wǎng)401、電車供電線網(wǎng)電源轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)置 300和電車負載402。其中，電車供電線網(wǎng)電源轉(zhuǎn)換裝置300與電車的供電線網(wǎng)401連接， 用于對接收到的供電線網(wǎng)401提供的線網(wǎng)電源進行處理，并將處理后的線網(wǎng)電源輸出給電 車負載402,以便為電車負載402提供濾波與電源隔離后的電源。
[0053] 本實施例中，電車驅(qū)動電氣系統(tǒng)還包括保護電路403,其連接在電車供電線網(wǎng)和供 電線網(wǎng)電源轉(zhuǎn)換裝置300之間，用于為供電線網(wǎng)電源轉(zhuǎn)換裝置300和電車負載402提供保 護。
[0054] 如圖4所示，本實施例中，保護電路403包括電抗器L101、熔斷器F102和避雷器 F103。其中，電抗器L101與熔斷器F102串聯(lián)在供電線網(wǎng)電源的正極與供電線網(wǎng)電源轉(zhuǎn)換 裝置300的輸入端正極之間，當供電線網(wǎng)電源輸出回路中的電流過大時，保護電路403能夠 斷開供電線網(wǎng)與供電線網(wǎng)電源轉(zhuǎn)換裝置300之間的連接，從而達到對電源轉(zhuǎn)換裝置300以 及其連接的電車負載402的保護。避雷器F103并聯(lián)在供電線網(wǎng)電源轉(zhuǎn)換裝置300的輸入 端正負極之間，能夠使得電源轉(zhuǎn)換裝置300以及電車負載402免受雷電過電壓或操作過電 壓損害。為了進一步對電車負載402進行過流保護，本實施例中，電源轉(zhuǎn)換裝置300與電車 負載402之間還串接有熔斷器F105,當電車負載402中流過的電流過大時，熔斷器F105熔 斷，從而斷開電源轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)置300與電車負載402之間的連接，達到對電車負載進行過流保護 的目的。
[0055] 本實用新型提供了一種新型電車供電線網(wǎng)電源轉(zhuǎn)換裝置，同時還提供了一種使用 該裝置的電車電源驅(qū)動系統(tǒng)，本實用新型提供的線網(wǎng)電源轉(zhuǎn)換裝置通過電磁干擾濾波電路 來濾除電車供電線網(wǎng)從周圍無線電發(fā)射塔、工廠電磁輻射接收到的電磁干擾，能夠有效凈 化電車的電磁兼容環(huán)境，為電車的正常工作提供保障。同時，本實用新型提供的線網(wǎng)電源轉(zhuǎn) 換裝置還通過開關電路和濾波電路減小線網(wǎng)電壓的變化幅度，能夠有效提1?電車電機的使 用壽命，改善電車的調(diào)速性、提高操作舒適度。此外，還通過電源隔離電路來隔離線網(wǎng)電源 和車載電源，消除了因線網(wǎng)電源對車體漏電或放電而帶來的安全隱患，保證了電車負載和 乘客的安全。
[0056] 雖然本實用新型所揭露的實施方式如上，但所述的內(nèi)容只是為了便于理解本實用 新型而采用的實施方式，并非用以限定本實用新型。任何本實用新型所屬【技術領域】內(nèi)的技 術人員，在不脫離本實用新型所揭露的精神和范圍的前提下，可以在實施的形式上及細節(jié) 上作任何的修改與變化，但本實用新型的專利保護范圍，仍須以所附的權利要求書所界定 的范圍為準。
【權利要求】
1. 一種電車供電線網(wǎng)電源轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，包括： 電磁干擾濾波電路，其與電車供電線網(wǎng)連接，用于濾除所述電車供電線網(wǎng)提供的線網(wǎng) 電源中的電磁干擾； 開關電路，其與所述電磁干擾濾波電路的輸出端正極連接，用于導通或斷開所述線網(wǎng) 電源； 第一濾波電路，其連接在所述開關電路和電車負載之間，用于對所述線網(wǎng)電源進行濾 波，并將濾波后的線網(wǎng)電源提供給所述電車負載。
2. 如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述電磁干擾濾波電路包括三端電容。
3. 如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述開關電路包括預充電電路，所述預充電 電路包括第一電阻、第一接觸器和第二接觸器，其中所述第一電阻和第一接觸器串聯(lián)構成 的電路與所述第二接觸器并聯(lián)。
4. 如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述第一濾波電路包括LC濾波電路。
5. 如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述裝置還包括電源隔離電路，其連接在所 述第一濾波電路和電車負載之間，用于對所述第一濾波電路和電車負載進行電源隔離。
6. 如權利要求5所述的裝置，其特征在于，所述電源隔離電路包括： 逆變電路，其輸入端與所述第一濾波電路連接，用于將所述第一濾波電路輸出的直流 電源轉(zhuǎn)換為第一交流電源； 隔離變壓器，其與所述逆變電路連接，用于將所述第一交流電源轉(zhuǎn)換為第二交流電源， 實現(xiàn)所述第一交流電源和第二交流電源之間的電源隔離； 整流電路，其與所述隔離變壓器連接，用于將所述第二交流電源轉(zhuǎn)換為直流電源，以供 所述電車負載使用。
7. 如權利要求6所述的裝置，其特征在于，所述逆變電路包括全橋逆變電路。
8. 如權利要求6或7所述的裝置，其特征在于，所述整流電路包括二極管整流電路。
9. 如權利要求6所述的裝置，其特征在于，所述裝置還包括第二濾波電路，其連接在所 述電源隔離電路和電車負載之間，用于對所述整流電路輸出的直流電源進行濾波，并將濾 波后的直流電源提供給所述電車負載。
10. -種電車電源驅(qū)動系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括： 電車負載； 供電線網(wǎng)，其用于為所述電車負載提供電源； 如權利要求1?9中任一項所述的電源轉(zhuǎn)換裝置，其連接在所述電車負載和供電線網(wǎng) 之間，用于將接收到的所述供電線網(wǎng)提供的線網(wǎng)電源進行處理后輸出給所述電車負載，以 驅(qū)動所述電車負載運行。
【文檔編號】H02M3/315GK203851020SQ201420144233
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年3月27日 優(yōu)先權日:2014年3月27日
【發(fā)明者】謝斌, 黃巋, 蔣時軍 申請人:湖南南車時代電動汽車股份有限公司