基于LC Plus四象限變流器振蕩回路的變壓器鐵心剩磁的去磁系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及軌道牽引供電系統(tǒng)領(lǐng)域，特別涉及一種基于LCPlus四象限變流器振 蕩回路的變壓器鐵心剩磁的去磁系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 由于鐵磁材料固有的磁滯現(xiàn)象，如圖1所示，斷開變壓器繞組的直流電流后，會在 鐵心中殘留剩磁。給去磁狀態(tài)的變壓器繞組通以逐漸增加的直流勵磁電流，鐵心中的磁場 強度H逐漸增加，磁感應強度B將沿OM增加，當H增大到飽和值Hm，B達到飽和值Bm。OM 稱為起始磁化曲線。如果將直流勵磁電流逐漸減小，磁場強度H逐漸減小，B并不沿原來的 曲線原路返回，而是沿MR曲線下降，即使磁化場H減小到零時，B減小至剩余磁感應強度 Br。此時變壓器繞組通以逐漸增加的反向勵磁電流，當反向磁場強度H逐漸增加到矯頑力 He時，磁感應強度才降到零。繼續(xù)增加反向磁場強度H，反向磁感應強度B很快增加直至反 向飽和。
[0003] 目前，我國軌道交通的供電制式基本上分兩種：一種是用于高速鐵路和城際鐵 路的25kV、50Hz的交流牽引供電制式；另外一種是用于城市軌道交通地鐵和輕軌的直流 1. 5kV(750V)牽引供電制式。為了解決三種軌道交通的互通互聯(lián)問題，多流制牽引供電系統(tǒng) 正在逐步發(fā)展。但是在直流供電制式下，接觸網(wǎng)端口的直流電流高達數(shù)百安培，當多繞組牽 引變壓器的牽引繞組用作直流濾波電抗器時，高達數(shù)百安培的工作電流都會在鐵心中產(chǎn)生 嚴重的剩磁現(xiàn)象。如果不對鐵心采取有效的去磁，當牽引供電制式從直流牽引轉(zhuǎn)換至交流 牽引時，由于鐵心中剩磁的存在，受電弓接觸到交流供電系統(tǒng)后，牽引變壓器會產(chǎn)生嚴重的 勵磁涌流，輕者會造成受電弓觸網(wǎng)不成功，反復升降弓；嚴重時會造成燒毀觸網(wǎng)設備和牽引 變壓器的繞組。尤其是針對現(xiàn)有技術(shù)中的已公開的申請專利基于單相多繞組牽引變壓器的 多流制牽引供電系統(tǒng)，公開號為CN103754123A，考慮到電力機車在進入交流牽引變電所時 受到時間，距離和設備等客觀因素制約，亟需一種簡便快捷的消除剩磁方法。
[0004] 當前的去磁方法主要有直流去磁法和交流去磁法兩種，但是無論哪一種都需要產(chǎn) 生幅值逐漸衰減的電流或者電壓。如果增加額外的去磁電路，不利于節(jié)約電力機車車載牽 引供電系統(tǒng)安裝空間、重量和成本。如何充分利用牽引傳動系統(tǒng)內(nèi)部的設備和元件達到去 磁效果具有重要的工程和理論價值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了解決現(xiàn)有技術(shù)中去磁裝置結(jié)構(gòu)復雜、成本高昂且操作不便的問題，本發(fā)明提 供了一種基于LCPlus四象限變流器振蕩回路的去磁系統(tǒng)和方法，在現(xiàn)有的多流制牽引供 電系統(tǒng)上通過增設幾個簡單的元器件，在多流制牽引供電系統(tǒng)從直流供電制式向交流供 電制式的轉(zhuǎn)換過程中，實現(xiàn)去磁。
[0006] -種基于LCPlus四象限變流器振蕩回路的變壓器鐵心剩磁的去磁系統(tǒng)，包括基 于單相多繞組牽引變壓器的多流制牽引供電系統(tǒng)，還包括電壓采集電路11、PWM發(fā)生器12 和第八連接單元21，其中，整流器為四象限變流器4 ;
[0007] 所述第八連接單元21設置于直流穩(wěn)壓電容5的一端A點與DC/AC逆變器6的一 個輸出端之間；
[0008] 所述電壓采集電路11的輸入端與直流穩(wěn)壓電容5的一端A點相連，輸出端與PWM 發(fā)生器12的輸入端相連；所述PWM發(fā)生器12的輸出端與整流器4的輸入端相連。
[0009] 所述第八連接單元為連接片、手動開關(guān)或電控開關(guān)。
[0010] 一種基于LCPlus四象限變流器振蕩回路的變壓器鐵心剩磁的去磁方法，采用所 述的基于LCPlus四象限變流器振蕩回路的變壓器鐵心剩磁的去磁系統(tǒng)，當牽引供電接觸 網(wǎng)從直流供電制式向交流供電制式轉(zhuǎn)換時，斷開第八連接單元，連通第一連接單元、第三連 接單元和第四連接單元，使得單相多繞組牽引變壓器1、四象限變流器4和直流穩(wěn)壓電容5 形成二階衰減振蕩電路，基于電壓采集電路11采集的直流穩(wěn)壓電容上的電壓值u。的正負， 通過PWM發(fā)生器12來控制四象限變流器中各晶體管的通斷，使得電磁能量在二階衰減振蕩 回路中反復流動，從而在變壓器牽引繞組中產(chǎn)生衰減振蕩電流，利用衰減振蕩電流產(chǎn)生的 磁勢實現(xiàn)對變壓器鐵心剩磁的去磁；
[0011] 其中，所述二階衰減振蕩電路中需要滿足C〈4L/R2,R是二階衰減振蕩回路的總電 阻，L是單相多繞組牽引變壓器的牽引繞組端口電感量，C是直流穩(wěn)壓電容的電容值。
[0012] 通過PWM發(fā)生器12來控制四象限變流器中各晶體管的通斷，改變牽引繞組中形 成的衰減振蕩電流，具體過程為：利用電壓采集電路11實時采集直流穩(wěn)壓電容的電壓，當 uc>0時，觸發(fā)VT1和VT4導通，關(guān)斷VT2和VT3 ;ue〈0時，觸發(fā)VT2和VT3導通，關(guān)斷VT1和 VT4〇
[0013] 通過對四象限變流器進行協(xié)調(diào)控制，改變牽引繞組中形成的衰減振蕩電流，具體 步驟如下：
[0014] 在斷開第八連接單元，連通第一連接單元、第三連接單元和第四連接單元的初始 時刻，進入步驟1 ;
[0015] 步驟1 :觸發(fā)VT1和VT4導通，VT2和VT3處于關(guān)斷狀態(tài)，二階衰減振蕩回路中的電 流沿著直流穩(wěn)壓電容一VT1-單相多繞組牽引變壓器一VT4-直流穩(wěn)壓電容的回路流通；
[0016] 該過程中直流穩(wěn)壓電容釋放電能，電容電壓不斷下降；
[0017] 步驟2 :當直流穩(wěn)壓電容電壓處于過零時刻時，關(guān)斷VT1和VT4,觸發(fā)VT2和VT3導 通，二階衰減振蕩回路中的電流沿著單相多繞組牽引變壓器一VD3-直流穩(wěn)壓電容一VD2- 單相多繞組牽引變壓器回路流通；
[0018] 該過程中，單相多繞組牽引變壓器的牽引繞組中的電流不斷下降，牽引繞組端口 電感不斷釋放儲能，保證直流穩(wěn)壓電容電壓為正，防止直流穩(wěn)壓電容兩端因產(chǎn)生反向電壓 沿著穩(wěn)壓電容一VD2-VD3-穩(wěn)壓電容回路釋放電能；
[0019] 步驟3 :當單相多繞組牽引變壓器的牽引繞組中的電流處于過零時刻時，VT1和 VT4持續(xù)關(guān)斷，VT2和VT3持續(xù)導通，二階衰減振蕩回路中的電流沿著直流穩(wěn)壓電容一VT3- 單相多繞組牽引變壓器一VT2-直流穩(wěn)壓電容回路流通；
[0020] 該過程直流穩(wěn)壓電容釋放電能，電容電壓不斷下降；
[0021] 步驟4 :當直流穩(wěn)壓電容電壓再次處于過零時刻時，重新關(guān)斷VT1和VT4,觸發(fā)VT2 和VT3導通，二階衰減振蕩回路中的電流沿著單相多繞組牽引變壓器一VD1-直流穩(wěn)壓電 容一VD4-單相多繞組牽引變壓器回路流通；
[0022] 該過程中，單相多繞組牽引變壓器的牽引繞組中的電流不斷下降，牽引繞組端口 電感不斷釋放儲能，保證直流穩(wěn)壓電容電壓為正；
[0023] 返回步驟1，重復上述步驟，使得衰減振蕩電流逐漸減小。
[0024] 對R和L進行設置，使得二階衰減振蕩回路中電感電流的衰減速度滿足牽引 供電接觸網(wǎng)從直流供電制式向交流供電制式進行轉(zhuǎn)換的時間要求，其中，S=R/2L，R是二 階衰減振蕩回路的總電阻，L是單相多繞組牽引變壓器的牽引繞組端口電感量。
[0025] 有益效果
[0026] 本發(fā)明一種基于LCPlus四象限變流器振蕩回路的去磁系統(tǒng)和方法，通過在現(xiàn)有 的多流制牽引供電系統(tǒng)上通過增設幾個簡單的元器件，包括電壓采集電路、PWM發(fā)生器和第 八連接單元，利用四象限變流器中晶閘管的通斷，解決了多流制牽引供電系統(tǒng)從直流制式 向交流制式切換過程中牽引變壓器鐵心中存在的剩磁問題。該變壓器鐵心剩磁的去磁新 技術(shù)方案無需系統(tǒng)額外配置去磁電路，完全利用電力機車牽引傳動系統(tǒng)中現(xiàn)有的設備和元 件，達到去除變壓器鐵心中剩磁的目的。節(jié)省了電力機車車載牽引供電系統(tǒng)的安裝空間、重 量和成本，對提高多流制車載系統(tǒng)運行經(jīng)濟性和可靠性很有價值。
【附圖說明】
[0027] 圖1為變壓器鐵心中存在的磁滯現(xiàn)象示意圖；