本發(fā)明涉及牽引電機(jī)的供電領(lǐng)域，具體而言，涉及一種變流器裝置以及變流器系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

目前牽引電機(jī)的變流器的工作原理為，通過(guò)牽引變壓器降壓后經(jīng)過(guò)四象限整流器將交流整流為直流電啟動(dòng)牽引電機(jī)。這種變流器主要存在問(wèn)題是，牽引變流器為工頻變壓器，體積大，重量重，無(wú)法滿足以后雙層高鐵的尺寸的布局要求。

如何解決上述問(wèn)題，是目前亟待解決的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種變流器裝置，實(shí)現(xiàn)了降低重量、減少體積、減少了諧波產(chǎn)生的紋波的功能

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明實(shí)施例采用的技術(shù)方案如下：

本發(fā)明實(shí)施例提供了一種變流器裝置，應(yīng)用于對(duì)牽引電機(jī)的輸入電流幅值和頻率進(jìn)行調(diào)整，所述變流器裝置包括四象限整流單元、單相逆變單元、電子變壓器單元以及多相整流單元，所述四象限整流單元、所述單相逆變單元、所述電子變壓器單元以及所述多相整流單元依次電性連接；

所述四象限整流單元與外部供電端電性連接并將外電整流為直流電發(fā)送給所述單相逆變單元；

所述單相逆變單元將所述直流電轉(zhuǎn)化為第一頻率的交流電后傳輸給所述電子變壓器單元；

所述電子變壓器單元將所述第一頻率的交流電轉(zhuǎn)化為第二頻率的交流電后傳輸給所述多相整流單元，其中所述第二頻率的交流電大于所述第一頻率的交流電；

所述多相整流單元將所述第二頻率的交流電轉(zhuǎn)化為第三頻率的交流電后傳輸給所述牽引電機(jī)。

在本發(fā)明較佳的實(shí)施例中，所述變流器裝置還包括隔離單元，所述隔離單元設(shè)置于所述電子變壓器單元與所述多相整流單元之間，用于將所述電子變壓器單元與所述多相整流單元進(jìn)行電氣隔離，經(jīng)過(guò)所述隔離單元與所述多相整流單元電性連接。

在本發(fā)明較佳的實(shí)施例中，所述隔離單元包括第一電感和第一電容；

所述第一電感的一端與所述電子變壓器單元電性連接，另一端與所述多相整流單元電性連接；

所述第一電容的一端與所述電子變壓器單元電性連接，另一端與所述多相整流單元電性連接。

在本發(fā)明較佳的實(shí)施例中，所述變流器裝置還包括直流支撐電容，所述四象限整流單元兩個(gè)輸出端口之間接入所述直流支撐電容后與所述單相逆變單元電性連接。

在本發(fā)明較佳的實(shí)施例中，所述多相整流單元包括第一橋臂、第二橋臂、第三橋臂、第四橋臂、第五橋臂、第六橋臂、第二電容、第三電容、第四電容、第二電感、第三電感以及第四電感，所述第一橋臂以及所述第二橋臂串聯(lián)后與所述電子變壓器單元電性連接，所述第三橋臂以及所述第四橋臂串聯(lián)后與所述電子變壓器單元電性連接，所述第五橋臂以及所述第六橋臂串聯(lián)后與所述電子變壓器單元電性連接；

所述第一橋臂與所述第二橋臂之間電性連接所述第二電感后與三相電中的第一相電連接，所述第三橋臂與所述第四橋臂之間電性連接所述第三電感后與三相電中的第二相電連接，所述第五橋臂與所述第六橋臂之間電性連接所述第四電感后與三相電中的第三相電連接；

所述第二電容、所述第三電容以及所述第四電容一端對(duì)應(yīng)與所述第二電感、所述第三電感以及所述第四電感電性連接，所述第二電容、所述第三電容以及所述第四電容連接于一公共端。

在本發(fā)明較佳的實(shí)施例中，所述第一橋臂由兩個(gè)功率器件組成，在兩個(gè)所述功率器件采用mosfet或igbt時(shí)，所述第一橋臂采用共源極連接方式或共射極連接方式；在兩個(gè)所述功率器件采用rb-igbt時(shí)，所述第一橋臂采用反向并聯(lián)。

在本發(fā)明較佳的實(shí)施例中，所述四象限整流單元包括單相矩陣開(kāi)關(guān)電路。

在本發(fā)明較佳的實(shí)施例中，所述單相逆變單元包括單相矩陣開(kāi)關(guān)電路。

本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種變流器系統(tǒng)，應(yīng)用于對(duì)牽引電機(jī)的輸入電流幅值和頻率進(jìn)行調(diào)整，包括多個(gè)上述的變流器裝置，多個(gè)所述變流器裝置的所述四象限整流單元串聯(lián)，多個(gè)所述變流器裝置的所述多相整流單元并聯(lián)。

在本發(fā)明較佳的實(shí)施例中，所述變流器裝置的數(shù)量為3個(gè)。

相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明實(shí)施例具有以下有益效果：

本發(fā)明實(shí)施例提供的一種變流器裝置，應(yīng)用于對(duì)牽引電機(jī)的輸入電流幅值和頻率進(jìn)行調(diào)整，所述變流器裝置包括四象限整流單元、單相逆變單元、電子變壓器單元以及多相整流單元，所述四象限整流單元、所述單相逆變單元、所述電子變壓器單元以及所述多相整流單元依次電性連接；所述四象限整流單元與外部供電端電性連接并將外電整流為直流電發(fā)送給所述單相逆變單元；所述單相逆變單元將所述直流電轉(zhuǎn)化為第一頻率的交流電后傳輸給所述電子變壓器單元；所述電子變壓器單元將所述第一頻率的交流電轉(zhuǎn)化為第二頻率的交流電后傳輸給所述多相整流單元，其中所述第二頻率的交流電大于所述第一頻率的交流電，所述多相整流單元將所述第二頻率的交流電轉(zhuǎn)化為第三頻率的交流電后傳輸給所述牽引電機(jī)。降低了重量，減小了體積，據(jù)研究表明功率升高10倍，體積減小5倍。因此使用電子變壓器，減小了牽引變流器的安裝空間和重量，為乘客騰出更多的空間，提高了空間的利用率。使用軟開(kāi)關(guān)技術(shù)，減小了工作時(shí)對(duì)輸入產(chǎn)生的諧波和直流母線產(chǎn)生的紋波，減小無(wú)源器件的尺寸和重量。

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉較佳實(shí)施例，并配合所附附圖，作詳細(xì)說(shuō)明如下。

附圖說(shuō)明

為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。通常在此處附圖中描述和示出的本發(fā)明實(shí)施例的組件可以以各種不同的配置來(lái)布置和設(shè)計(jì)。因此，以下對(duì)在附圖中提供的本發(fā)明的實(shí)施例的詳細(xì)描述并非旨在限制要求保護(hù)的本發(fā)明的范圍，而是僅僅表示本發(fā)明的選定實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

圖1示出了本發(fā)明實(shí)施例所提供的一種變流器裝置的原理示意圖。

圖2示出了本發(fā)明實(shí)施例所提供的一種變流器裝置的電路的原理示意圖。

圖3示出了本發(fā)明實(shí)施例所提供的一種變流器裝置的功率器件的部分電路圖。

圖4示出了本發(fā)明實(shí)施例所提供的一種變流器裝置的功率器件另一部分電路圖。

圖5示出了本發(fā)明實(shí)施例所提供的一種變流器系統(tǒng)的原理示意圖。

圖中：100-變流器裝置；110-外部供電端；120-四象限整流單元；130-單相逆變單元；140-電子變壓器單元；150-多相整流單元；160-牽引電機(jī)；170-隔離單元；200-變流器系統(tǒng)。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。通常在此處附圖中描述和示出的本發(fā)明實(shí)施例的組件可以以各種不同的配置來(lái)布置和設(shè)計(jì)。因此，以下對(duì)在附圖中提供的本發(fā)明的實(shí)施例的詳細(xì)描述并非旨在限制要求保護(hù)的本發(fā)明的范圍，而是僅僅表示本發(fā)明的選定實(shí)施例。基于本發(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

應(yīng)注意到：相似的標(biāo)號(hào)和字母在下面的附圖中表示類似項(xiàng)，因此，一旦某一項(xiàng)在一個(gè)附圖中被定義，則在隨后的附圖中不需要對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步定義和解釋。同時(shí)，在本發(fā)明的描述中，術(shù)語(yǔ)“第一”、“第二”等僅用于區(qū)分描述，而不能理解為指示或暗示相對(duì)重要性。

實(shí)施例

請(qǐng)參閱圖1，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種變流器裝置100，應(yīng)用于對(duì)牽引電機(jī)160的輸入電流進(jìn)行調(diào)整。變流器裝置100包括四象限整流單元120、單相逆變單元130、電子變壓器單元140以及多相整流單元150。四象限整流單元120、單相逆變單元130、電子變壓器單元140以及多相整流單元150依次電性連接。變流器裝置100分別與外部供電端110以及牽引電機(jī)160電性連接。

請(qǐng)參閱圖2，變流器裝置100還包括隔離單元170。隔離單元170設(shè)置于電子變壓器單元140與多相整流單元150之間，用于將電子變壓器單元140與多相整流單元150進(jìn)行電氣隔離，經(jīng)過(guò)隔離單元170與多相整流單元150電性連接。

隔離單元170將電子變壓器單元140與多相整流單元150進(jìn)行電氣隔離，提高安全和可靠性，實(shí)用性強(qiáng)。

在本實(shí)施例中，隔離單元170包括第一電感l(wèi)4和第一電容c4，第一電容c4的一端與電子變壓器單元140電性連接，另一端與多相整流單元150電性連接；第一電感l(wèi)4的一端與電子變壓器單元140電性連接，另一端與多相整流單元150電性連接。

在本實(shí)施例中，變流器裝置100還包括直流支撐電容c5，四象限整流單元120兩個(gè)輸出端口之間接入直流支撐電容c5后與單相逆變單元130電性連接。用于為單相逆變單元130提供穩(wěn)定的電壓。

多相整流單元150包括第一橋臂s1、第二橋臂s2、第三橋臂s3、第四橋臂s4、第五橋臂s5、第六橋臂s6、第一電感l(wèi)1、第二電感l(wèi)2、第三電感l(wèi)3、第二電容c1、第三電容c2以及第四電容c3。第一橋臂s1以及第二橋臂s2串聯(lián)后與電子變壓器單元140電性連接，第三橋臂s3以及第四橋臂s4串聯(lián)后與電子變壓器單元140電性連接，第五橋臂s5以及第六橋臂s6串聯(lián)后與電子變壓器單元140電性連接，第一橋臂s1與第二橋臂s2之間電性連接第二電感l(wèi)1后與三相電中的第一相a電連接，第三橋臂s3與第四橋臂s4之間電性連接第三電感l(wèi)2后與三相電中的第二相b電連接，所述第五橋臂s5與第六橋臂s6之間電性連接所述第四電感l(wèi)3后與三相電中的第三相c電連接；第二電容c1、第三電容c2以及第四電容c3一端對(duì)應(yīng)與第二電感l(wèi)1、第三電感l(wèi)2以及第四電感l(wèi)3電性連接，第二電容c1、第三電容c2以及第四電容c3連接與一公共端。

在本實(shí)施例中，第一橋臂s1、第二橋臂s2、第三橋臂s3、第四橋臂s4、第五橋臂s5以及第六橋臂s6六個(gè)橋臂由十二個(gè)功率器件組成，每?jī)芍还β势骷M成一個(gè)橋臂，形成一個(gè)雙向開(kāi)關(guān)，功率器件可以采用金氧半場(chǎng)效晶體管(metal-oxide-semiconductorfield-effecttransistor，mosfet)或絕緣柵雙極型晶體管(insulatedgatebipolartransistor，igbt)時(shí)，所述第一橋臂采用共源極連接方式或共射極連接方式(如圖3)；功率器件采用rb-igbt時(shí)，兩只功率器件采用反向并聯(lián)(如圖4)。采用軟開(kāi)關(guān)技術(shù)，減小了工作時(shí)對(duì)輸入產(chǎn)生的諧波和直流母線產(chǎn)生的紋波，提高牽引電機(jī)160的壽命和安全性。

單相逆變單元130包括單相矩陣開(kāi)關(guān)電路，單相矩陣開(kāi)關(guān)電路包括第七橋臂s7、第八橋臂s8、第九橋臂s9丶第十橋臂s10，第七橋臂s7以及第八橋臂s8串聯(lián)后與四象限整流單元120電性連接，第九橋臂s9以及第十橋臂s10串聯(lián)后與四象限整流單元120電性連接，電子變壓器單元140兩個(gè)端口分別接入第七橋臂s7、第八橋臂s8之間和第九橋臂s9、第十橋臂s10之間。

在本實(shí)施例中，第七橋臂s7、第八橋臂s8、第九橋臂s9以及第十橋臂s10由八個(gè)功率器件組成，每?jī)芍还β势骷M成一個(gè)橋臂，形成一個(gè)雙向開(kāi)關(guān)，功率器件可以采用金氧半場(chǎng)效晶體管(metal-oxide-semiconductorfield-effecttransistor，mosfet)或絕緣柵雙極型晶體管(insulatedgatebipolartransistor，igbt)時(shí)，所述第一橋臂采用共源極連接方式或共射極連接方式(如圖3)；功率器件采用rb-igbt時(shí)，兩只功率器件采用反向并聯(lián)(如圖4)。

四象限整流單元120包括單相矩陣開(kāi)關(guān)電路，單相矩陣開(kāi)關(guān)電路包括第十一橋臂s11、第十二橋臂s12、第十三橋臂s13以及第十四橋臂s14，第十一橋臂s11以及第十二橋臂s12串聯(lián)后與單相逆變單元130電性連接，第十三橋臂s13以及第十四橋臂s14串聯(lián)后與單相逆變單元130電性連接，外部供電段110的兩個(gè)端口分別接入第十一橋臂s11、第十二橋臂s12之間和第十三橋臂s13、第十四橋臂s14之間。

在本實(shí)施例中，第十一橋臂s11、第十二橋臂s12、第十三橋臂s13以及第十四橋臂s14由八個(gè)功率器件組成，每?jī)芍还β势骷M成一個(gè)橋臂，形成一個(gè)雙向開(kāi)關(guān)，功率器件可以采用金氧半場(chǎng)效晶體管(metal-oxide-semiconductorfield-effecttransistor，mosfet)或絕緣柵雙極型晶體管(insulatedgatebipolartransistor，igbt)時(shí)，所述第一橋臂采用共源極連接方式或共射極連接方式(如圖3)；功率器件采用rb-igbt時(shí)，兩只功率器件采用反向并聯(lián)(如圖4)。

工作原理如下：

四象限整流單元120與外部供電端110電性連接并將外電整流為直流電發(fā)送給單相逆變單元130；單相逆變單元130將直流電轉(zhuǎn)化為第一頻率的交流電后傳輸給電子變壓器單元140；電子變壓器單元140將第一頻率的交流電轉(zhuǎn)化為第二頻率的交流電后傳輸給多相整流單元150，其中第二頻率的交流電大于第一頻率的交流電，多相整流單元150將第二頻率的交流電轉(zhuǎn)化為第三頻率的交流電后傳輸給牽引電機(jī)160。

請(qǐng)參閱圖5，本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種變流器系統(tǒng)200。應(yīng)用于對(duì)牽引電機(jī)160的輸入電流進(jìn)行調(diào)整。包括多個(gè)變流器裝置100，多個(gè)變流器裝置100的四象限整流單元120串聯(lián)，多個(gè)變流器裝置100的多相整流單元150并聯(lián)。

在本實(shí)施例中變流器裝置100的數(shù)量為3個(gè)，提高牽引的功率，滿足用戶的需求。

綜上所述，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種變流器裝置以及變流器系統(tǒng)，應(yīng)用于對(duì)牽引電機(jī)的輸入電流幅值和頻率進(jìn)行調(diào)整，變流器裝置包括四象限整流單元、單相逆變單元、電子變壓器單元以及多相整流單元，四象限整流單元、單相逆變單元、電子變壓器單元以及多相整流單元依次電性連接；四象限整流單元與外部供電端電性連接并將外電整流為直流電發(fā)送給單相逆變單元；單相逆變單元將直流電轉(zhuǎn)化為第一頻率的交流電后傳輸給電子變壓器單元；電子變壓器單元將第一頻率的交流電轉(zhuǎn)化為第二頻率的交流電后傳輸給多相整流單元，其中第二頻率的交流電大于第一頻率的交流電，多相整流單元將第二頻率的交流電轉(zhuǎn)化為第三頻率的交流電后傳輸給牽引電機(jī)。降低了重量，減小了體積，據(jù)研究表明功率升高10倍，體積減小5倍。因此使用電子變壓器，減小了牽引變流器的安裝空間和重量，為乘客騰出更多的空間，提高了空間的利用率。使用軟開(kāi)關(guān)技術(shù)，減小了工作時(shí)對(duì)輸入產(chǎn)生的諧波和直流母線產(chǎn)生的紋波，減小無(wú)源器件的尺寸和重量。

需要說(shuō)明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關(guān)系術(shù)語(yǔ)僅僅用來(lái)將一個(gè)實(shí)體或者操作與另一個(gè)實(shí)體或操作區(qū)分開(kāi)來(lái)，而不一定要求或者暗示這些實(shí)體或操作之間存在任何這種實(shí)際的關(guān)系或者順序。而且，術(shù)語(yǔ)“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過(guò)程、方法、物品或者設(shè)備不僅包括那些要素，而且還包括沒(méi)有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過(guò)程、方法、物品或者設(shè)備所固有的要素。在沒(méi)有更多限制的情況下，由語(yǔ)句“包括一個(gè)…...”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過(guò)程、方法、物品或者設(shè)備中還存在另外的相同要素。

在本發(fā)明的描述中，還需要說(shuō)明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語(yǔ)“設(shè)置”、“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過(guò)中間媒介間接相連，可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通。對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語(yǔ)在本發(fā)明中的具體含義。

在本發(fā)明的描述中，需要說(shuō)明的是，術(shù)語(yǔ)“上”、“下”、“左”、“右”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，或者是該發(fā)明產(chǎn)品使用時(shí)慣常擺放的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡(jiǎn)化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。應(yīng)注意到：相似的標(biāo)號(hào)和字母在下面的附圖中表示類似項(xiàng)，因此，一旦某一項(xiàng)在一個(gè)附圖中被定義，則在隨后的附圖中不需要對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步定義和解釋。