用于牽引傳動系統(tǒng)的多功能變壓器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明主要涉及到機車牽引技術(shù)領(lǐng)域，特指一種適用于電力機車，動車組等牽引傳動系統(tǒng)的多功能變壓器。
【背景技術(shù)】
[0002]在電力機車，動車組等牽引傳動系統(tǒng)中，牽引主變壓器為單原邊多副邊的單相工頻變壓器。主變壓器的體積和重量龐大，對機車特別是動車組的空間利用和高速運行有一定的影響。同時，列車在制動時，將會產(chǎn)生大量的制動能量，如果制動能量得不到有效利用，不僅會使?fàn)恳W(wǎng)能量利用率低，而且制動能量會使?fàn)恳W(wǎng)電壓異常升高，導(dǎo)致設(shè)備損壞。列車過分相時，需要斷電，依靠列車慣性度過無電區(qū)。到達(dá)有電區(qū)后，再重新合閘。這樣，列車就會有速度損失。
[0003]如圖1所示，傳統(tǒng)電力機車的工頻變壓器將25kV的交流電壓降到牽引電機及其它車載電器工作所適合的電壓等級，其中主變壓器的副邊繞組給四象限整流裝置供電，輔助繞組給輔變電源供電。四象限整流裝置將工頻交流電壓轉(zhuǎn)換成直流電壓，然后再將直流電提供給牽引逆變器驅(qū)動牽引電機。由于現(xiàn)代列車正朝著多動力單元列車方向發(fā)展，牽引設(shè)備已不再集中安裝在機車上，而是分散安裝在列車的車廂里。這樣，主變壓器，四象限整流裝置的體積和重量的大小對機車的設(shè)計有很大的影響。為了提高列車的功率和速度，提高增加載客量，減小牽引設(shè)備的體積和重量就成了設(shè)計人員需要考慮的主要目標(biāo)；
主變壓器的體積和重量的大小對機車的設(shè)計有很大的影響，特別是在動力分散的高速動車組中，由于要求的牽引功率和回饋的制動功率大，重量將直接影響列車的提速；同時由于分散動力的牽引設(shè)備不再集中安裝在機車上，而是分散安裝在列車的車廂里，體積龐大將增加列車的設(shè)計難度，減小載客量。同時，列車的制動能量不能有效的利用降低了牽引網(wǎng)電能的效率。列車過分相時，列車也存在速度損失。因此，在提高牽引網(wǎng)電能利用率和列車速度的基礎(chǔ)上，減小主變壓器的重量和體積已經(jīng)成為設(shè)計人員的主要目標(biāo)。
[0004]由上可知，既有的工頻牽引變壓器具有簡單、可靠性高，價格低廉等優(yōu)點。但是它也有如下一些明顯的缺點:
(1)體積和重量大，影響列車的載客量和高速性能，特別是在動力分散的動車組上，安裝空間的限制使得變壓器體積和重量的影響尤為突出；
(2)工頻變壓器的輸出電壓會隨著負(fù)載的變化而變化，輸出電壓的跌落會給傳動控制帶來難度；
(3)工頻變壓器在過分相時，需要斷電，牽引變流器停止運行；即，現(xiàn)代列車過分相時，需要斷電，依靠列車慣性度過無電區(qū)。到達(dá)有電區(qū)后，再重新合閘。這樣，列車就會有速度損失;
(4)工頻變壓器需用冷卻油，容易給環(huán)境造成污染。
[0005](5)列車在制動時，將會產(chǎn)生很大的回饋能量，如果制動能量得不到有效利用，不僅會使?fàn)抗璉網(wǎng)能量利用率低，而且制動能量會使?fàn)抗璉網(wǎng)電壓異常升高，導(dǎo)致設(shè)備損壞。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題就在于:針對現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種能夠減輕列車重量、縮小列車體積、提高車輛運行性能和鐵路運力、提高電網(wǎng)電能質(zhì)量和電能利用率，減輕控制系統(tǒng)負(fù)擔(dān)的用于牽引傳動系統(tǒng)的多功能變壓器。
[0007]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
一種用于牽引傳動系統(tǒng)的多功能變壓器，包括:
高壓級組件，接入到牽引網(wǎng)中；所述高壓級組件采用η級相同的橋式功率子模塊級聯(lián)而成；
隔離級組件，包括一個以上的高頻調(diào)制電路和一個以上的高頻變壓器，高頻調(diào)制電路將高壓級組件變換過來的直流電壓調(diào)制成高頻方波電壓，再由高頻變壓器耦合到次邊的兩個繞組，送給輸出級組件；
輸出級組件，包括高頻H橋整流電路，將通過高頻變壓器耦合過來的高頻方波還原成高品質(zhì)的直流電壓輸出，給牽引逆變器、輔助逆變器提供能量。
[0008]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn):所述高壓級組件通過連接電抗L接入到交流電壓25kV的鐵路牽弓I網(wǎng)中，所述橋式功率子模塊采用H橋模塊，每個所述H橋模塊并聯(lián)著相同容量的電容，所述H橋模塊將自身承受的交流電壓變換成電容兩端的直流電壓。
[0009]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn):所述高頻調(diào)制電路采用H橋全橋結(jié)構(gòu)，用來隔離變壓器高低電位。
[0010]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn):每個所述高頻變壓器采用次邊雙繞組模式，每個繞組對應(yīng)一組高頻H橋整流電路；然后，將每個高頻變壓器次邊第一個繞組對應(yīng)的高頻H橋整流輸出并聯(lián)在一起，構(gòu)成第一個牽引逆變器的輸入；每個所述高頻變壓器次邊第二個繞組對應(yīng)的高頻H橋整流輸出并聯(lián)在一起，構(gòu)成第二個牽引逆變器的輸入。通過電路拓?fù)涞那擅钤O(shè)計，使高壓級組件上的子模塊輸出功率保持平衡，降低控制系統(tǒng)對級聯(lián)子模塊電壓平衡控制的難度，減輕控制系統(tǒng)負(fù)擔(dān)。
[0011]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn):所述輸出級組件還連接有超級電容儲能單元，當(dāng)電機制動時所述超級電容儲能單元吸收牽引逆變器反饋的能量；當(dāng)輸出級欠壓或者失壓時，所述超級電容儲能單元短時間給牽引逆變器和輔助變流器提供能量。
[0012]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn):所述超級電容儲能單元包括一個雙向DC-DC變換器、一個濾波電感L和超級電容單元，通過雙向DC-DC變換器與輸出級組件的正極“ + ”和負(fù)極
相連。
[0013]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn):所述雙向DC-DC變換器為IGBT半橋結(jié)構(gòu)。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于:
(I)本發(fā)明的用于牽引傳動系統(tǒng)的多功能變壓器，基于電子電力變壓器技術(shù)，大大減小了牽引設(shè)備的體積和重量，提高了列車的運力和牽引網(wǎng)的能量利用率，實現(xiàn)了牽引網(wǎng)側(cè)的電能質(zhì)量控制和能量的雙向流動。
[0015](2)本發(fā)明的用于牽引傳動系統(tǒng)的多功能變壓器，能夠吸收列車的制動能量，減小列車過分相的速度損失，提高了列車的運力和牽引網(wǎng)的能量利用率。
[0016]( 3 )本發(fā)明不僅能實現(xiàn)牽弓I電力電子變壓器的牽弓I，電能質(zhì)量控制等常規(guī)功能，還能夠僅僅通過電路拓?fù)涞姆绞綄崿F(xiàn)功率自平衡，能量回饋及無需減速過分相等功能。
【附圖說明】
[0017]圖1是傳統(tǒng)牽引變流器供電原理示意圖。
[0018]圖2是本發(fā)明在具體應(yīng)用實例中的原理示意圖。
[0019]圖3是本實施例中H橋功率模塊(SM)的原理示意圖。
[0020]圖4是本實施例中超級電容儲能單元的原理示意圖。
【具體實施方式】
[0021]以下將結(jié)合說明書附圖和具體實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0022]本發(fā)明的用于牽引傳動系統(tǒng)的多功能變壓器，是基于電子電力變壓器技術(shù)；如圖2所示，以變壓器帶兩個牽引電機的具體應(yīng)用為例，該變壓器包括:
高壓級組件，通過連接電抗L接入到交流電壓25kV的鐵路牽引網(wǎng)中，采用η級相同的橋式功率子模塊(SMl-SMn，Submodule)級聯(lián)而成，其功率子模塊SM的電路圖如圖3所示；每個H橋并聯(lián)著相同容量的電容(Cl-Cm)，電容有儲能和濾波的作用。H橋模塊將自身承受的交流電壓變換成電容兩端的直流電壓。H橋級聯(lián)拓?fù)洳粌H能夠提升裝置的電壓等級，彌補單個功率