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整流器的拓撲結(jié)構(gòu)，在逆變側(cè)不加入中點控制算法的情況下，仍能保證直流母線中點電位平衡。此外，該結(jié)構(gòu)具有簡單可靠、開關(guān)損耗小、減少無功交換、功率因數(shù)高、直流電壓穩(wěn)定等優(yōu)點。
【專利說明】—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多種形式的負載提供電能，如空調(diào)、通風、控制系統(tǒng)、照明等，是鐵路安全有序運行的重要保障。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載可用的交流電。我國交流負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撲結(jié)構(gòu)是一種常用的三相四線制結(jié)構(gòu)，其特點是將直流側(cè)電容中點和交流側(cè)濾波電容中點相連以提供不平衡電流，該拓撲結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、體積相對小。但是因為紋波電流和不平衡電流都從中性線上流入分裂電容，從而導致直流母線中點電位偏離，一般來說，要額外加入中點平衡算法，增加了控制算法的復雜性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對現(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)不加入中點控制算法的情況下，仍能保證直流母線中點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時過高沖擊電流的預充電單元。
[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載之間連接有用于將線路直流點轉(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)點是:本發(fā)明提供了一種新的單相PWM整流器的拓撲結(jié)構(gòu)，在逆變側(cè)不加入中點控制算法的情況下，仍能保證直流母線中點電位平衡。此外，該結(jié)構(gòu)具有簡單可靠、開關(guān)損耗小、減少無功交換、功率因數(shù)高、直流電壓穩(wěn)定等優(yōu)點。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1為本發(fā)明備用電源的主回路拓撲電路結(jié)構(gòu)圖；
圖2為本發(fā)明單相PWM整流主回路拓撲電路結(jié)構(gòu)圖；
圖3為開關(guān)功率器件IGBT7開通時電流回路狀態(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)斷時電流回路狀態(tài)的結(jié)構(gòu)圖。
【具體實施方式】
[0012]下面結(jié)合附圖及具體實施例對本發(fā)明做進一步詳細說明；
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時過高沖擊電流的預充電單元3。整流單元4與連接有負載8的直流電壓支撐單元5電連接,在直流電壓支撐單元5與負載8之間連接有用于將線路直流點轉(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與負載8電聯(lián)接。逆變單元6由兩個開關(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基本組成部分:
輸入濾波單元2:采用的是簡單可靠的LCL電路，減少高次諧波對電網(wǎng)的污染；
預充電單元3:在啟動瞬間，通過預充電電阻為支撐電容充電，限制啟動時的沖擊電
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，從而使負載端的電流近似正弦曲線，同時它也減少受逆變器的高頻脈動影響。
[0015]冷卻系統(tǒng):備用電源需要完備的冷卻系統(tǒng)，常采用強迫風冷的方式為功率器件的散熱器進行散熱。
[0016]設(shè)直流母線電壓中點電位為0，則母線電容可均分成正壓電容和負壓電容。本發(fā)明所采用結(jié)構(gòu)是將兩個BOOST升壓電路組合，輸入電流為正時，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；輸入電流為負時，負壓電容側(cè)的BOOST升壓電路工作，給直流母線的負壓電容充電。其特征在于:該整流器的兩個功率開關(guān)器件一個只在輸入電流為正時工作，一個只在輸入電流為負時工作，分別給對應的電容組充電，以此維持直流母線電壓的穩(wěn)定。
[0017]在拓撲結(jié)構(gòu)方面，上述的PWM整流器為兩個BOOST電路的合理結(jié)合，依靠其結(jié)構(gòu)特性保證中點電位平衡，結(jié)構(gòu)簡單，另外，電能只從電抗器流向電容組，不需反向流動，減少無功交換時的震蕩，可靠性高；在控制算法方面，兩個IGBT開關(guān)管分別僅在對應的半周工作，開關(guān)損耗大大降低。
[0018]結(jié)合圖2，對本發(fā)明提供的PWM整流器的工作原理進行分析。
[0019]I)當輸入電流為正時，開關(guān)功率器件IGBTlO關(guān)斷，只對開關(guān)功率器件IGBT9的開通和關(guān)斷進行控制。
[0020]當開關(guān)功率器件IGBT9開通時，電流回路如圖3所示。同時存在兩個電流回路:
①回路1:1 —2 —3 —9 — I。電網(wǎng)對輸入電抗器2正向充電，輸入電抗器2存儲能
量;
②回路2:12 — 11 — 13 — 12。正容電壓11和負壓電容12放電，提供負載13所消耗
電能，維持正常工作。
[0021]當開關(guān)功率器件IGBT9關(guān)斷時，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共同對正容電壓11充電，正容電壓11存儲電能，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同時要提供負載13所消耗的電能，電流通過負壓電容12流回電網(wǎng)。
[0022]2)當輸入電流為負時，7關(guān)斷，只對8的開通和關(guān)斷進行控制。
[0023]當開關(guān)功率器件IGBTlO開通時，電流回路如圖5所示。同時存在兩個電流回路:
①回路1:1 — 10 — 6 — 2— I。電網(wǎng)對輸入電抗器2反向充電,輸入電抗器2存儲能
量;
②回路2:12—11 — 13— 12。正容電壓11和負壓電容12放電，提供正容電壓11所
消耗電能，維持正常工作。
[0024]當開關(guān)功率器件IGBTlO關(guān)斷時，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共同對負壓電容12充電，負壓電容12存儲電能，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同時要提供負載13所消耗的電能，電流通過正容電壓11流回電網(wǎng)。
[0025]當然，上述說明并非是對本發(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)明的實質(zhì)范圍內(nèi)，作出的變化、改型、添加或替換，都應屬于本發(fā)明的保護范圍。
【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時過高沖擊電流的預充電單元。
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載之間連接有用于將線路直流點轉(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】H02M5/458GK103888004SQ201410137802
【公開日】2014年6月25日 申請日期: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 申請人:青島威控電氣有限公司