本實(shí)用新型屬于電源技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種城市軌道交通專用直流大電流電源裝置。

背景技術(shù)：

在城市軌道交通供電系統(tǒng)中，牽引供電主要采取1500V和750V直流供電。而作為牽引供電線路直流電源的主要保護(hù)設(shè)備就是帶有自動(dòng)跳閘保護(hù)功能的直流快速斷路器，即“直流大電流脫扣裝置”。它是當(dāng)供電線路發(fā)生故障，快速切斷故障線路的關(guān)鍵設(shè)備，直流動(dòng)作電流可達(dá)12000A以上，為了保證“直流大電流脫扣裝置”動(dòng)作的準(zhǔn)確性，需要對(duì)其刻度值進(jìn)行校驗(yàn)。

直流大電流電源就是為其提供所需要的0-15000A的直流大電流。在直流斷路器生產(chǎn)廠有固定式直流大電流電源裝置，用于直流斷路器生產(chǎn)所用。國內(nèi)市場(chǎng)目前沒有針對(duì)城市軌道交通專用的、適合移動(dòng)“直流大電流脫扣裝置”專用裝置。早在2006年，國內(nèi)某工廠曾經(jīng)研制一套《一種直流開關(guān)試驗(yàn)裝置》，專利號(hào)CN200720099539.2，公告號(hào)CN201145733，該裝置提交用戶后，由于重量較重、接線復(fù)雜等原因，只能用于工廠車間、試驗(yàn)室，不能滿足城市軌道交通沿線的設(shè)備調(diào)試使用，后續(xù)未進(jìn)入市場(chǎng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服上述不足，根據(jù)我國城市軌道交通的自身技術(shù)和運(yùn)營特點(diǎn)，滿足攜帶方便且功能齊全的符合軌道交通工作習(xí)慣和要求，本實(shí)用新型提供了一種城市軌道交通專用直流大電流電源裝置。

本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種城市軌道交通專用直流大電流電源裝置包含：三項(xiàng)整流濾波電路、高頻逆變電路、高頻變壓器、高頻整流濾波電路、PMW穩(wěn)壓穩(wěn)流控制電路、DSP數(shù)字控制裝置、監(jiān)控裝置、故障保護(hù)裝置、散熱裝置組成。

所述高頻逆變電路包含高頻開關(guān)管和高頻整流管，采用全橋變換結(jié)構(gòu)，同時(shí)采用軟開關(guān)技術(shù)。所述軟開關(guān)電路中增加諧振電感Lr和諧振電容Cr，與濾波電感L、電容C相比，Lr和Cr的值小得多。同時(shí)開關(guān)增加了反并聯(lián)二極管。降壓型零電壓開關(guān)諧振電路中，在開關(guān)過程前后引入諧振，使開關(guān)開通前電壓先降到零，關(guān)斷前電流先降到零，消除了開關(guān)過程中電壓、電流的重疊，從而大大減小甚至消除開關(guān)損耗，同時(shí)，諧振過程限制了開關(guān)過程中電壓和電流的變化率，使開關(guān)噪聲減小。軟開關(guān)技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)功率變換器件的高頻化。軟開關(guān)技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)功率變換器件的高頻化。高頻開關(guān)管采用大功率IGBT模塊，以提高電源可靠性，高頻整流管采用肖特基整流模塊以提高電源的效率。

所述高頻整流濾波電路的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：工作時(shí)電網(wǎng)三相電源輸入經(jīng)整流濾波電路整流成540V直流，經(jīng)高頻逆變電路逆變成2kHz高頻電壓，經(jīng)高頻變壓器降壓升流，最后二級(jí)逆變?yōu)V波得到設(shè)定的直流大電流輸出。

所述穩(wěn)流穩(wěn)壓控制電路采用PWM控制方式，根據(jù)相應(yīng)載荷的變化來實(shí)現(xiàn)開關(guān)穩(wěn)壓電源輸出晶體管或晶體管導(dǎo)通時(shí)間的改變，這種方式能使電源的輸出電壓在工作條件變化時(shí)保持恒定。穩(wěn)流控制電路通過PWM控制電路調(diào)節(jié)PWM脈沖的占空比，改變高頻逆變電路的輸出，使電源的輸出電流維持不變，達(dá)到穩(wěn)流的目的。

所述控制裝置采用DSP數(shù)字控制裝置，DSP芯片是一種性能價(jià)格比很好的浮點(diǎn)處理芯片，具有很高的數(shù)據(jù)處理速度。在程序運(yùn)行期間，所有的數(shù)據(jù)都位于其中，從而能夠充分發(fā)揮總線結(jié)構(gòu)所帶來的數(shù)據(jù)吞吐量大、運(yùn)算快的優(yōu)點(diǎn)。在算法實(shí)現(xiàn)上，由于采用了浮點(diǎn)計(jì)算格式，將使計(jì)算精度得到提高；采用編程語言C會(huì)使程序編寫效率大大改善，這對(duì)于需要用復(fù)雜算法實(shí)現(xiàn)的控制策略來說是很重要的。提供觸摸屏面板，便于試驗(yàn)人員操作設(shè)備，調(diào)整試驗(yàn)參數(shù)。直流開關(guān)大電流脫扣值校驗(yàn)、開關(guān)動(dòng)作時(shí)間測(cè)試、分流器及隔離放大器特性試驗(yàn)等數(shù)值采集到DSP系統(tǒng)，通過算法計(jì)算比較，得到電路是否可靠結(jié)論。

所述高頻逆變電路包含高頻開關(guān)管和高頻整流管，采用全橋變換結(jié)構(gòu)，同時(shí)采用軟開關(guān)技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)大功率低損耗高頻逆變。高頻開關(guān)管采用大功率IGBT模塊，以提高電源可靠性，高頻整流管采用肖特基整流模塊以提高電源的效率。

所述故障保護(hù)裝置在電源有故障發(fā)生時(shí)，保護(hù)電路切斷PWM電路的輸出及電源輸入，使系統(tǒng)得到保護(hù)，同時(shí)提供相應(yīng)的故障指示。電源故障分為輕故障和重故障(現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際存在)，分別傳至DSP數(shù)字控制系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)故障保護(hù)速斷。通過觸摸屏可控制電源輸入前斷路器或者PWM電路的輸出電路后斷路器，并分別記錄響應(yīng)動(dòng)作時(shí)間，判斷保護(hù)裝置的可靠性。

所述散熱裝置主要在于降低散熱器的熱阻。降低散熱器熱阻的主要措施：①對(duì)散熱器進(jìn)行表面處理，以提高輻射系數(shù)；②利用相對(duì)較輕的熱氣流形成的煙囪效應(yīng)，將散熱器垂直安放，垂直安放的散熱器熱阻比水平安放的散熱器熱阻降低15％～20％；③在保證一定的空氣壓力和空氣流速的前題下，合理設(shè)計(jì)散熱系統(tǒng)風(fēng)道的結(jié)構(gòu)，進(jìn)而改變空氣相對(duì)于散熱器表面的流動(dòng)方向，在空氣流場(chǎng)中引入紊流，以增加系統(tǒng)的對(duì)流換熱效果。

本實(shí)用新型的有益效果是：該城市軌道交通專用直流大電流電源裝置在滿足直流開關(guān)整定檢測(cè)的要求下，使外形設(shè)計(jì)更加簡單，體積盡可能的小，重量輕便，進(jìn)而滿足移動(dòng)試驗(yàn)條件。本實(shí)用新型由于采用了結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)和軟開關(guān)技術(shù)，大大減小了裝置重量，便于現(xiàn)場(chǎng)移動(dòng)使用，提高了工作效率。由于體積和重量的減小，一定程度上為整個(gè)試驗(yàn)裝置節(jié)省了成本，降低了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高試驗(yàn)效率。整機(jī)效率達(dá)70％以上，功率因數(shù)大于0.9；比普通硬開關(guān)高頻電源節(jié)能3％以上，比傳統(tǒng)可控硅電源節(jié)能15％以上；重量僅為同容量可控硅電源1/4；具有狀態(tài)監(jiān)測(cè)、多機(jī)協(xié)同控制等功能。本實(shí)用新型主要用于城市軌道交通DC1500V和DC 750V直流開關(guān)大電流脫扣值校驗(yàn)、開關(guān)動(dòng)作時(shí)間測(cè)試、分流器及隔離放大器特性試驗(yàn)等。本是實(shí)用新型具有良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，符合現(xiàn)在城市軌道交通日新月異的發(fā)展趨勢(shì)，推廣應(yīng)用前景良好。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。

圖1是本實(shí)用新型系統(tǒng)模塊示意圖，圖2是三相整流濾波電路圖，圖3是高頻逆變升壓電路圖，圖4是穩(wěn)壓穩(wěn)流電路圖，圖5是DSP數(shù)字控制電路圖。

圖中：U是電壓，C是電容，R是電阻，D是二極管。

具體實(shí)施方式

本實(shí)用新型中系統(tǒng)模塊主要由三相整流濾波電路、高頻逆變電路、高頻變壓器、高頻整流濾波電路、低頻逆變輸出電路、PWM逆變控制電路、穩(wěn)流穩(wěn)壓控制電路、輸出PWM控制電路(即穩(wěn)流控制電路)、鍵盤和顯示電路及故障保護(hù)電路組成。工作時(shí)電網(wǎng)三相電源輸入經(jīng)整流濾波電路整流成540V直流，經(jīng)高頻逆變電路逆變成2kHz高頻電壓，經(jīng)高頻變壓器升壓，最后二級(jí)逆變?yōu)V波得到設(shè)定的直流或交流方波輸出。

穩(wěn)流控制電路通過PWM控制電路調(diào)節(jié)PWM脈沖的占空比改變高頻逆變電路的輸出，使電源的輸出電壓(或電流)維持不變，達(dá)到穩(wěn)流的目的。

高頻逆變電路采用全橋變換結(jié)構(gòu)，同時(shí)采用軟開關(guān)技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)大功率低損耗高頻逆變。高頻開關(guān)管采用大功率IGBT模塊，以提高電源可靠性，高頻整流管采用肖特基整流模塊以提高電源的效率。

當(dāng)電源有故障發(fā)生時(shí)，保護(hù)電路切斷PWM電路的輸出及電源輸入，使系統(tǒng)得到保護(hù)，同時(shí)提供相應(yīng)的故障指示。

裝置最大輸出直流電流確定：根據(jù)城市軌道交通直流供電線路的特點(diǎn)，經(jīng)過實(shí)際短路計(jì)算，一般進(jìn)線開關(guān)大電流脫扣保護(hù)整定值為12000A；饋線開關(guān)大電流脫扣保護(hù)整定值為8000A，所以，裝置最大輸出直流電流為15000A，裕度為20％。

可根據(jù)客戶不同需要，通過對(duì)顯示屏操作，提供不同供電進(jìn)線開關(guān)大電流或饋線開關(guān)大電流，智能記錄保護(hù)動(dòng)作觸發(fā)值和動(dòng)作時(shí)間，通過算法得出結(jié)論。

系統(tǒng)組裝在生產(chǎn)場(chǎng)地進(jìn)行，以便于保證生產(chǎn)和組裝的工藝和質(zhì)量控制。

系統(tǒng)聯(lián)調(diào)聯(lián)試：系統(tǒng)聯(lián)調(diào)聯(lián)試分兩步進(jìn)行，一是對(duì)樣品進(jìn)行工廠的整機(jī)調(diào)試；二是工廠整機(jī)調(diào)試改進(jìn)后，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)，有使用單位參加的實(shí)際操作使用。

儀器配套設(shè)備設(shè)計(jì)：觸摸屏操作控制、電纜、6mm²接地線。