模塊等級(jí)不夠的缺陷，還能夠通過(guò)載波移相PWM控制，提高裝置的等效開(kāi)關(guān)頻率，控制牽引網(wǎng)側(cè)的功率因數(shù)和諧波。
[0023]隔離級(jí)組件，由高頻調(diào)制電路(SMn+1 - SM2n)和單相次邊雙繞組高頻變壓器(Tl-Tn)組成，高頻調(diào)制電路將高壓級(jí)變換過(guò)來(lái)的直流電壓調(diào)制成高頻方波電壓，再由單相高頻變壓器耦合到次邊的兩個(gè)繞組，送給輸出級(jí)。高頻調(diào)制電路采用H橋全橋結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)能量的雙向流動(dòng)。高頻變壓器的作用主要是隔離電力電子變壓器高低電位，保證整個(gè)電路的安全，同時(shí)也起到了降壓的作用，實(shí)現(xiàn)了能量的傳遞。
[0024]輸出級(jí)組件，包括高頻H橋整流電路，將通過(guò)單相高頻變壓器耦合過(guò)來(lái)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，輔助逆變器和儲(chǔ)能裝置提供能量。由于輸出級(jí)組件采用全控整流，也能夠?qū)崿F(xiàn)能量的雙向流動(dòng)。為了能夠?qū)崿F(xiàn)高壓級(jí)各分散子模塊電容電壓的平衡，將每個(gè)高頻變壓器采用次邊雙繞組模式，每個(gè)繞組對(duì)應(yīng)一組高頻H橋整流電路。然后，將每個(gè)高頻變壓器次邊第一個(gè)繞組對(duì)應(yīng)的高頻H橋整流輸出并聯(lián)在一起，構(gòu)成第一個(gè)牽引逆變器的輸入；每個(gè)高頻變壓器次邊第二個(gè)繞組對(duì)應(yīng)的高頻H橋整流輸出并聯(lián)在一起，構(gòu)成第二個(gè)牽引逆變器的輸入。這樣，即使兩個(gè)牽引逆變器所需要的功率不相等，每個(gè)高頻變壓器所提供的功率也相同，從而實(shí)現(xiàn)了高壓級(jí)子模塊的功率平衡，也實(shí)現(xiàn)了子模塊的電壓平衡。例如，有高壓級(jí)有10個(gè)子模塊，對(duì)應(yīng)10個(gè)高頻變壓器。牽引逆變器I所需的功率為200kW，牽引逆變器2所需的功率為400kW。即所有高頻變壓器次邊第一個(gè)繞組需提供的功率為200kW，每個(gè)繞組提供的功率為20kW ;所有所有高頻變壓器次邊第二個(gè)繞組需提供的功率為400kW，每個(gè)繞組提供的功率為40kW。所以，每個(gè)高頻變壓器提供的功率為兩個(gè)繞組功率之和，即60kW。
[0025]進(jìn)一步，在本實(shí)施例中，本發(fā)明的輸出級(jí)組件還連接有超級(jí)電容儲(chǔ)能單元；即，輸出級(jí)組件除了連接牽引變流器和輔助變流器并為兩者提供能量外，同時(shí)，兩個(gè)牽引逆變器的直流側(cè)各并聯(lián)一個(gè)超級(jí)電容儲(chǔ)能單元。超級(jí)電容儲(chǔ)能單元的作用是:當(dāng)電機(jī)制動(dòng)時(shí)，超級(jí)電容儲(chǔ)能單元吸收牽引逆變器反饋的能量；當(dāng)輸出級(jí)欠壓或者失壓時(shí)，短時(shí)間給牽引逆變器和輔助變流器提供能量。
[0026]如圖4所示，本實(shí)施例中，超級(jí)電容儲(chǔ)能單元包括一個(gè)雙向DC-DC變換器(IGBT半橋結(jié)構(gòu)，Tl, Dl, T2，D3)、一個(gè)濾波電感L和超級(jí)電容單元(Rl為超級(jí)電容等效內(nèi)阻，C為等效電容)。超級(jí)電容儲(chǔ)能單元通過(guò)雙向DC-DC變換器與電力電子變壓器輸出級(jí)的正極“ + ”和負(fù)極相連。
[0027]在電力電子變壓器的運(yùn)行過(guò)程中，將超級(jí)電容儲(chǔ)能單元控制在以下3種工作狀態(tài):
I)牽引電機(jī)制動(dòng)時(shí)，通過(guò)逆變器反饋能量至輸出級(jí)組件，使輸出級(jí)組件的直流電壓提高，當(dāng)輸出級(jí)組件的直流電壓高于額定值，這時(shí)如果超級(jí)電容的電壓值未充電至期望值，則通過(guò)輸出級(jí)直流電壓給超級(jí)電容儲(chǔ)能單元充電，一旦充電至額定值，則控制DC-DC變換器，使超級(jí)電容儲(chǔ)能單元的電壓值保持穩(wěn)定。
[0028]2)當(dāng)處于牽引網(wǎng)末端或者牽引網(wǎng)負(fù)載增加而導(dǎo)致?tīng)恳W(wǎng)交流電壓降低時(shí)，輸出級(jí)組件的直流電壓降低，使輸出級(jí)組件的直流電壓低于額定值，這時(shí)超級(jí)電容儲(chǔ)能單元通過(guò)DC-DC變換器放電，維持輸出級(jí)電壓穩(wěn)定，給牽引逆變器和輔助逆變器提供能量。
[0029]3)當(dāng)牽引網(wǎng)過(guò)分相時(shí)，電網(wǎng)電壓為0，則輸出級(jí)組件的直流電壓逐漸降低到零。這時(shí)，超級(jí)電容儲(chǔ)能單元通過(guò)DC-DC變換器放電，維持輸出級(jí)電壓穩(wěn)定，給牽引逆變器和輔助逆變器提供過(guò)分相的能量，以維持過(guò)分相的機(jī)車(chē)速度不變。
[0030]以上僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，本發(fā)明的保護(hù)范圍并不僅局限于上述實(shí)施例，凡屬于本發(fā)明思路下的技術(shù)方案均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理前提下的若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于牽引傳動(dòng)系統(tǒng)的多功能變壓器，其特征在于，包括: 高壓級(jí)組件，接入到牽引網(wǎng)中；所述高壓級(jí)組件采用η級(jí)相同的橋式功率子模塊級(jí)聯(lián)而成； 隔離級(jí)組件，包括一個(gè)以上的高頻調(diào)制電路和一個(gè)以上的高頻變壓器，高頻調(diào)制電路將高壓級(jí)組件變換過(guò)來(lái)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(gè)繞組，送給輸出級(jí)組件； 輸出級(jí)組件，包括高頻H橋整流電路，將通過(guò)高頻變壓器耦合過(guò)來(lái)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。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于牽引傳動(dòng)系統(tǒng)的多功能變壓器，其特征在于，所述高壓級(jí)組件通過(guò)連接電抗L接入到交流電壓25kV的鐵路牽引網(wǎng)中，所述橋式功率子模塊采用H橋模塊，每個(gè)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。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于牽引傳動(dòng)系統(tǒng)的多功能變壓器，其特征在于，所述高頻調(diào)制電路采用H橋全橋結(jié)構(gòu)，用來(lái)隔離變壓器高低電位。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于牽引傳動(dòng)系統(tǒng)的多功能變壓器，其特征在于，每個(gè)所述高頻變壓器采用次邊雙繞組模式，每個(gè)繞組對(duì)應(yīng)一組高頻H橋整流電路；然后，將每個(gè)高頻變壓器次邊第一個(gè)繞組對(duì)應(yīng)的高頻H橋整流輸出并聯(lián)在一起，構(gòu)成第一個(gè)牽引逆變器的輸入；每個(gè)所述高頻變壓器次邊第二個(gè)繞組對(duì)應(yīng)的高頻H橋整流輸出并聯(lián)在一起，構(gòu)成第二個(gè)牽引逆變器的輸入。5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4所述的用于牽引傳動(dòng)系統(tǒng)的多功能變壓器，其特征在于，所述輸出級(jí)組件還連接有超級(jí)電容儲(chǔ)能單元，當(dāng)電機(jī)制動(dòng)時(shí)所述超級(jí)電容儲(chǔ)能單元吸收牽引逆變器反饋的能量；當(dāng)輸出級(jí)欠壓或者失壓時(shí)，所述超級(jí)電容儲(chǔ)能單元短時(shí)間給牽引逆變器和輔助變流器提供能量。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于牽引傳動(dòng)系統(tǒng)的多功能變壓器，其特征在于，所述超級(jí)電容儲(chǔ)能單元包括一個(gè)雙向DC-DC變換器、一個(gè)濾波電感L和超級(jí)電容單元，通過(guò)雙向DC-DC變換器與輸出級(jí)組件的正極“ + ”和負(fù)極相連。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于牽引傳動(dòng)系統(tǒng)的多功能變壓器，其特征在于，所述雙向DC-DC變換器為IGBT半橋結(jié)構(gòu)。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種用于牽引傳動(dòng)系統(tǒng)的多功能變壓器，包括：高壓級(jí)組件，接入到牽引網(wǎng)中；所述高壓級(jí)組件采用n級(jí)相同的橋式功率子模塊級(jí)聯(lián)而成；隔離級(jí)組件，包括一個(gè)以上的高頻調(diào)制電路和一個(gè)以上的高頻變壓器，高頻調(diào)制電路將高壓級(jí)組件變換過(guò)來(lái)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(gè)繞組，送給輸出級(jí)組件；輸出級(jí)組件，包括高頻H橋整流電路，將通過(guò)高頻變壓器耦合過(guò)來(lái)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。本發(fā)明能夠減輕列車(chē)重量、縮小列車(chē)體積、提高車(chē)輛運(yùn)行性能和鐵路運(yùn)力、提高電網(wǎng)電能質(zhì)量和電能利用率。
【IPC分類(lèi)】H02P27/06, H02M3/315, H02J15/00
【公開(kāi)號(hào)】CN104935168
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410103966
【發(fā)明人】馮江華, 張志學(xué), 劉華東, 鄭澤東, 尚敬, 王奎, 張定華, 許浩, 陳志博, 嚴(yán)偉光
【申請(qǐng)人】南車(chē)株洲電力機(jī)車(chē)研究所有限公司
【公開(kāi)日】2015年9月23日
【申請(qǐng)日】2014年3月20日