本實用新型涉及列車車載供電技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種列車三相輔助逆變器。

背景技術(shù)：

列車三相輔助逆變器，是中低速磁懸浮列車和地鐵列車上車載關(guān)鍵電氣設(shè)備。隨著我國城市化進程加快，各城市對軌道交通方式多樣性的需求日益增強，城市內(nèi)中短距離交通如城際間交通或旅游景區(qū)專線將擁有巨大的市場商機。20 世紀90 年代以來，原國家科委正式將“中低速磁懸浮列車關(guān)鍵技術(shù)研究”列入“八五”國家科技攻關(guān)計劃，由鐵道科學研究院牽頭、國防科技大學、中科院電工所、西南交通大學等單位參加。1995年5月, 國防科技大學成功實現(xiàn)了實驗室內(nèi)單轉(zhuǎn)向架的載人運行，2001年研制成功的中低速磁浮試驗車在長沙試驗線下線并成功進行了試驗運行；2005年初上海強勢啟動了中低速磁懸浮技術(shù)工程化研發(fā)并于2007年初建成了中低速磁懸浮列車試驗線；2006年4月，由西南交通大學沈志云教授主導(dǎo)的中低速磁懸浮列車在都江堰市青城山建成并調(diào)試成功。2011年株機公司開建長約1.5公里的試驗線，并于2012年1月成功試運行。目前, 中國已經(jīng)先后在北京、長沙、成都、上海、大連等城市建立了多家研究基地和試驗線路，對不同制式的磁懸浮技術(shù)開展實用化研究。

現(xiàn)有的列車三相輔助逆變器采用單一的MCU芯片進行算法控制和系統(tǒng)故障保護，存在負載突變響應(yīng)速度慢和保護功能互鎖性不強等缺陷。本技術(shù)方案根據(jù)中低速磁懸浮列車和地鐵列車對三相輔助逆變器車載供電的需求，注重軟硬件的平臺化及模塊化設(shè)計，提出了一種新型列車三相輔助逆變器產(chǎn)品設(shè)計方案。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型所要解決的技術(shù)問題是：現(xiàn)有列車三相輔助逆變器無法滿足中低速磁懸浮列車、地鐵列車等車載供電需求，存在負載突變響應(yīng)速度慢、保護功能互鎖性不強等缺陷。現(xiàn)提供一種列車三相輔助逆變器，采用將數(shù)字信號處理器DSP、FPGA算法控制單元、IO輸入輸出控制單元、DC/DC驅(qū)動單元、DC/3AC驅(qū)動單元、DC/DC電氣回路單元、DC/3AC電氣回路單元集合在一起為地鐵列車等提供安全可靠的供電輸出，實現(xiàn)算法控制和系統(tǒng)故障保護，解決了現(xiàn)有的供電設(shè)備無法滿足地鐵列車等供電需求的技術(shù)問題。

本實用新型的通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種列車三相輔助逆變器，包括

數(shù)字信號處理器DSP，與FPGA算法控制單元連接，且數(shù)字信號處理器DSP上設(shè)有RS485串行接口，與列車的車載通信網(wǎng)絡(luò)連接；

FPGA算法控制單元，通過控制總線分別與DC/DC驅(qū)動單元、DC/3AC驅(qū)動單元連接，用于管理列車車載系統(tǒng)的PWM調(diào)制產(chǎn)生、電壓電流閉環(huán)控制算法、IO邏輯，并將生成的IGBT控制脈沖通過硬線傳遞給DC/DC驅(qū)動單元、DC/3AC驅(qū)動單元；

IO輸入輸出控制單元，與FPGA算法控制單元連接，用于實現(xiàn)與外部單元數(shù)字信號電平變換；

DC/DC驅(qū)動單元，與DC/DC電氣回路單元連接，用于對DC/DC電氣回路單元IGBT控制脈沖的電平轉(zhuǎn)換、故障檢測；

DC/3AC驅(qū)動單元，與DC/3AC電氣回路單元連接，用于對DC/3AC電氣回路單元IGBT控制脈沖的電平轉(zhuǎn)換、故障檢測；

DC/DC電氣回路單元，通過電氣連接線與DC/3AC電氣回路單元連接。

進一步地，所述數(shù)字信號處理器DSP通過數(shù)據(jù)總線與FPGA算法控制單元連接。

進一步地，所述DC/DC電氣回路單元用于將電氣輸入DC1500V轉(zhuǎn)換為DC660V，為DC/3AC電氣回路單元提供電氣輸入。

進一步地，所述DC/3AC電氣回路單元將DC/DC電氣回路單元電氣輸入的DC660V變換為線電壓380V、頻率50Hz的三相正弦交流電壓，為外部單元提供供電輸出。

進一步地，還包括電源，電源為三相輔助逆變器供電。

進一步地，所述數(shù)字信號處理器DSP采用的控制芯片型號TMS320F28335。

進一步地，所述FPGA算法控制單元采用的控制芯片型號為XC3S400。

進一步地，所述數(shù)據(jù)總線為15MHz、16bitEBI總線。

本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下的優(yōu)點和有益效果：

（1）本技術(shù)方案中采用FPGA算法控制單元、數(shù)字信號處理器DSP，解決了現(xiàn)有采用單一MCU芯片負載突變動態(tài)響應(yīng)速度慢，保護功能互鎖性不強的缺陷。本實用新型采用FPGA算法控制單元主要實現(xiàn)算法控制、系統(tǒng)故障，數(shù)字信號處理器DSP可進行系統(tǒng)協(xié)助控制處理，實現(xiàn)更快的負載突變動態(tài)響應(yīng)和保護功能互鎖。

（2）本實用新型通過設(shè)置IO輸入輸出控制單元與FPGA算法控制單元連接，F(xiàn)PGA算法控制單元直接控制IO輸入輸出控制單元，實現(xiàn)更安全，響應(yīng)更及時。

（3）本技術(shù)方案中主電氣回路由DC/DC電氣回路單元和DC/3 AC電氣回路單元兩部分組成，有效實現(xiàn)主回路電氣隔離和分模塊控制，增強了系統(tǒng)安全可靠性和易維護性。

附圖說明

此處所說明的附圖用來提供對本實用新型實施例的進一步理解，構(gòu)成本申請的一部分，并不構(gòu)成對本實用新型實施例的限定。在附圖中：

圖1為本實用新型結(jié)構(gòu)示意框圖；

圖2為本實用新型中實施例1的結(jié)構(gòu)示意框圖；

圖3為本實用新型中DC/DC電氣回路單元的電路圖；

圖4為本實用新型中DC/3AC電氣回路單元電路圖。

具體實施方式

為使本實用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，下面結(jié)合實施例和附圖，對本實用新型作進一步的詳細說明，本實用新型的示意性實施方式及其說明僅用于解釋本實用新型，并不作為對本實用新型的限定。

實施例1：

如圖1、圖2 所示，一種列車三相輔助逆變器，包括：

數(shù)字信號處理器DSP，與FPGA算法控制單元連接，且數(shù)字信號處理器DSP上設(shè)有RS485串行接口，與列車的車載通信網(wǎng)絡(luò)連接；

其中，數(shù)字信號處理器DSP為列車三相輔助逆變器邏輯控制核心，對內(nèi)用于實現(xiàn)系統(tǒng)通信管理、邏輯控制、故障保護與狀態(tài)監(jiān)測，對外具備RS485串行接口，實現(xiàn)與列車車載控制網(wǎng)絡(luò)的通信及調(diào)試功能。

FPGA算法控制單元，通過控制總線分別與DC/DC驅(qū)動單元、DC/3AC驅(qū)動單元連接，用于管理列車車載系統(tǒng)的PWM調(diào)制產(chǎn)生、電壓電流閉環(huán)控制算法、IO邏輯管理，并將生成的IGBT控制脈沖分別通過硬線傳遞給DC/DC驅(qū)動單元、DC/3AC驅(qū)動單元；

IO輸入輸出控制單元，與FPGA算法控制單元連接，用于實現(xiàn)與外部單元數(shù)字信號電平變換；

其中，IO輸入輸出控制單元為數(shù)字信號輸入輸出端口，實現(xiàn)5V電平與110V電平的轉(zhuǎn)換，其主要輸入輸出信號為接觸器的控制信號、反饋信號、狀態(tài)的檢測信號、指示信號、溫度開關(guān)的檢測信號。

DC/DC驅(qū)動單元，與DC/DC電氣回路單元連接，用于對DC/DC電氣回路單元IGBT控制脈沖的電平轉(zhuǎn)換、故障檢測、快速保護，DC/DC驅(qū)動單元的結(jié)構(gòu)及其原理為現(xiàn)有技術(shù)，不再詳述；

DC/3AC驅(qū)動單元，與DC/3AC電氣回路單元連接，用于對DC/3AC電氣回路單元IGBT控制脈沖的電平轉(zhuǎn)換、故障檢測及快速保護，DC/3AC驅(qū)動單元的結(jié)構(gòu)及其原理為現(xiàn)有技術(shù)，不再詳述；

DC/DC電氣回路單元，用于實現(xiàn)電氣輸入DC1500V變換為DC660V，并控制其在設(shè)定的700V~500V范圍內(nèi)，為DC/3AC電氣回路單元提供安全可靠的電氣輸入。其中DC/DC電氣回路單元的電路圖如圖3所示，包括支撐電容C1~C6、均壓電阻R1~R6、IGBT模塊I1~I4、高頻隔離變壓器T1~T2、整流二級管H1~H8、濾波電抗L1~L2及功率電阻R7~R8。

DC/3AC電氣回路單元，用于實現(xiàn)DC/DC電氣回路單元電氣輸入的DC660V直流電壓變換為線電壓380V、頻率50Hz的三相正弦交流電壓，并控制其在設(shè)定的418V~342V范圍內(nèi)，為外部單元用電提供安全可靠的供電輸出。

DC/3AC電氣回路單元電路圖如圖4所示，包括支撐電容C7~C8、均壓電阻R9~R10、IGBT模塊I5~I7、濾波電抗L3~L5及濾波電容C9~C10。

其中，DC/DC電氣回路單元通過電氣連接線與DC/3AC電氣回路單元連接。

具體地，本實施例中，數(shù)字信號處理器DSP通過數(shù)據(jù)總線與FPGA算法控制單元連接。

數(shù)據(jù)總線由數(shù)字信號處理器DSP管理、是列車三相輔助逆變器主要的通信方式，實現(xiàn)與FPGA算法控制單元之間數(shù)據(jù)通訊連接。

實施例2：

本實施例在實施例1的基礎(chǔ)上，列車三相輔助逆變器進一步還包括電源，電源為列車三相輔助逆變器供電。

其中，本實施例中采用的數(shù)字信號處理器DSP采用的控制芯片型號TMS320F28335。

FPGA算法控制單元采用的控制芯片型號為XC3S400，采用的控制算法為基于矢量控制的SVPWM調(diào)制算法及基于dq解耦控制的電壓電流雙閉環(huán)控制算法，同時具備V/F軟啟動功能和電容電壓平衡控制功能，其控制性能及諧波要求滿足地鐵列車車載供電需求。

本實施例中，DC/DC電氣回路單元采用變壓器隔離技術(shù)，主要采用采用“半橋移相逆變+隔離變壓器+不控整流”結(jié)構(gòu)。

上述兩個實施例所述技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比主要創(chuàng)新點在于：

（1）通過設(shè)置數(shù)字信號處理器DSP實現(xiàn)故障檢測和保護，能針對的故障類型有DC/DC電壓電流類故障、DC/3AC電壓電流類故障、主電路接觸器類故障、通信類故障、散熱系統(tǒng)故障、軟啟動故障及預(yù)充電故障等。

（2）本技術(shù)方案所述的列車三相輔助逆變器對電壓電流類故障進行檢測并輸出，并將故障輸出給FPGA算法控制單元進行故障保護，同時若檢測到嚴重的過壓過流保護，則可對硬件快速保護，直接封鎖脈沖以確保系統(tǒng)安全，從而確保電壓電流類故障檢測的實時性和有效性。

（3）本技術(shù)方案所述的列車三相輔助逆變器可實現(xiàn)脈沖封鎖功能，脈沖封鎖功能是系統(tǒng)進行失效和故障保護的關(guān)鍵功能，為提高系統(tǒng)安全性及可靠性，脈沖封鎖采用硬線控制實現(xiàn)，同時FPGA算法控制單元可通過內(nèi)部組合邏輯實現(xiàn)對脈沖直接封鎖。硬線脈沖封鎖遵循故障導(dǎo)向安全，采用低電平代表脈沖封鎖命令有效

本實施例所述的列車三相輔助逆變器具備便捷的調(diào)試與測試接口，其中主控制板具備RS485串行接口。系統(tǒng)可配合上位機調(diào)試模塊，上位機調(diào)試模塊為現(xiàn)有技術(shù)，通過各調(diào)試接口實現(xiàn)控制程序下載、控制狀態(tài)及數(shù)據(jù)實時顯示、歷史數(shù)據(jù)存儲與顯示及在線參數(shù)調(diào)試功能。

實施例3：

電氣輸入DC1500V 通過三相輔助逆變器DC/DC電氣回路單元變換為DC660V，為DC/3AC電氣回路單元提供安全可靠的電氣輸入；

電氣變換的DC660V通過 DC/3AC電氣回路單元變換為線電壓380V、頻率50Hz的三相正弦交流電壓，為外部單元用電提供安全可靠的三相供電輸出。

列車三相輔助逆變器RS485串行接口與機車控制單元進行網(wǎng)絡(luò)通訊交換控制數(shù)據(jù)，其中網(wǎng)絡(luò)通訊具體可為RS485網(wǎng)絡(luò)通訊；并通過IO輸入輸出控制單元輸出數(shù)字信號給機車控制單元，通過硬線使外部控制單元確定三相輔助逆變器運行狀態(tài)。

以上所述的具體實施方式，對本實用新型的目的、技術(shù)方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本實用新型的具體實施方式而已，并不用于限定本實用新型的保護范圍，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。