本發(fā)明屬于車輛牽引領(lǐng)域，尤其涉及一種車輛牽引中的輔助逆變電源。

背景技術(shù)：

輔助逆變電源作為車輛牽引系統(tǒng)關(guān)鍵部件在整車中起到至關(guān)重要的作用。在車輛的正常運(yùn)營過程中，它負(fù)責(zé)為車輛客室空調(diào)機(jī)組及通風(fēng)裝置、空壓機(jī)、電加熱器、交流照明等交流負(fù)載提供三相與單相交流電源。輔助電源系統(tǒng)工作的安全性、可靠性對車輛正常運(yùn)營具有重要影響。

輔助逆變電源的電氣拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)因車輛供電模式的不同差異很大。目前，我國普通鐵路客車供電電源多采用簡單的相控整流將AC 860V的交流整流成DC600V直流再逆變?yōu)榭蛙嚬╇?；地鐵車輛則將牽引網(wǎng)的DC 1500V或者DC 750V直接逆變給車輛供電；動車系統(tǒng)中多將牽引變流器中間直流母線電壓通過逆變電源給車輛供電。但這三種類型的輔助逆變電源系統(tǒng)的共同的特點(diǎn)是均采用工頻變壓器降壓或者升壓，電氣拓?fù)湟蜃儔浩鞯奈恢貌煌杂胁町?，如圖1所示，其變壓器設(shè)計(jì)在三相濾波回路后，而圖2的變壓器設(shè)計(jì)在三相濾波回路前，兩者在原理上沒有本質(zhì)差異。

但是圖1和圖2中無論變壓器位置如何，上述逆變拓?fù)涠即嬖谝韵聠栴}：

當(dāng)輔助供電輸入電壓較高時，如地鐵DC 1500V，逆變PU中的IGBT(絕緣柵雙極型功率管)必須使用六個3300V或更高電壓等級IGBT，而高壓IGBT價格昂貴、驅(qū)動難度大，這無疑增大了系統(tǒng)成本；其次，高壓IGBT開關(guān)損耗較大、發(fā)熱嚴(yán)重，這使得在設(shè)計(jì)PU模塊散熱器上需要更大尺寸的散熱片，增大了設(shè)備的安裝尺寸和成本；另外，高壓IGBT開關(guān)頻率較低，逆變輸出的三相PWM波中諧波頻率偏低，必須通過增大三相濾波回路中電感值或者電容值才能有效的將諧波濾除。

考慮安全問題，通常要求輸入和輸出回路通過變壓器隔離，但常規(guī)的工頻變壓器無論是在變電效率上還是體積重量上都無法進(jìn)一步突破，這限制了整個輔助逆變器的設(shè)計(jì)效率，增大了設(shè)備重量和體積。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種用中頻變壓器替代傳統(tǒng)工頻變壓器的輔助逆變電源，該輔助逆變電源減少了高壓IGBT的使用數(shù)量減少了設(shè)備重量和體積，降低了設(shè)計(jì)成本。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種輔助逆變電源，包括順次相連的輸入開關(guān)單元、DC/DC單元和輔助逆變單元，其中，輸入開關(guān)單元包括作為預(yù)充電回路且串聯(lián)的接觸器K1和電阻R1，以及與預(yù)充電回路并聯(lián)的接觸器K2；DC/DC單元包括順次相連的輸入濾波回路、變壓器和輸出整流回路；輔助逆變單元包括逆變回路和三相濾波回路。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)化，DC/DC單元的輸入濾波回路包括連接電源輸入端的電抗器L1，串聯(lián)于電抗器L1輸出端的電容C1，以及串聯(lián)于電抗器L1輸出端的功率管VT1和功率管VT2，其中，功率管VT1和功率管VT2的兩端同時并聯(lián)于電容C1的兩端；電容C1包括串聯(lián)的兩個，變壓器包括輸入線圈和輸出線圈，輸入線圈的其中一端連接電容C1的中部，另外一端連接于功率管VT1和功率管VT2之間；輸出整流回路包括兩兩串聯(lián)為一組后并聯(lián)設(shè)置的兩組二極管，分別為二極管D1和二極管D2串聯(lián)，二極管D3和二極管D4串聯(lián)，串聯(lián)后的兩組二極管并聯(lián)，其中變壓器的輸出線圈的兩端分別連接于二極管D1和二極管D2之間以及二極管D3和二極管D4之間。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)化，DC/DC單元進(jìn)一步包括諧振軟開關(guān)電路，諧振軟開關(guān)電路包括串聯(lián)設(shè)置的功率管VT3和電容C2，其中功率管VT3和電容C2的兩端并聯(lián)于二極管D3和二極管D4的兩端。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)化，諧振軟開關(guān)電路并聯(lián)有電抗器L2，并聯(lián)有電容C2，其中，電容C2與電抗器L2串聯(lián)。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)化，輔助逆變單元的逆變回路為三相半橋回路，包括與諧振軟開關(guān)電路共用的電容C2，以及與電容C2并聯(lián)設(shè)置的六個功率管，其中六個功率管分別為功率管VT1、功率管VT2、功率管VT3、功率管VT4、功率管VT5和功率管VT6，功率管VT1與功率管VT4串聯(lián)，功率管VT2和功率管VT5串聯(lián)，功率管VT3和功率管VT6串聯(lián)，兩兩串聯(lián)后的功率管并聯(lián)。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)化，輔助逆變單元的三相濾波回路為LCL型，包括電抗器L3、電容C4和電抗器L4，其中，電抗器L3包括并聯(lián)設(shè)置的三個電抗器，該三個電抗器分別連接于三組并聯(lián)的功率管之間；電抗器L4包括并聯(lián)設(shè)置的三個電抗器，該三個電抗器分別連接于電抗器L3的三個電抗器輸出端；電容C4包括并聯(lián)設(shè)置的三個電容，該三個電容分別連接于電抗器L3和電抗器L4之間，電容C4的輸出端連接零線。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)化，變壓器為大功率中頻變壓器。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)化，功率管VT1、功率管VT2、功率管VT3和功率管VT4均為3300V高壓大功率絕緣柵雙極型功率管。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果在于：

1、本發(fā)明的輔助逆變電源，其通過采用半橋型隔離型DC/DC模塊和中頻變壓器技術(shù)，減少了高壓IGBT的使用數(shù)量，降低了設(shè)計(jì)成本；

2、本發(fā)明的輔助逆變電源，通過在逆變PU中使用低電壓等級IGBT模塊和軟開關(guān)技術(shù)，降低了IGBT在開關(guān)過程中的發(fā)熱功率，減小了散熱片的尺寸，實(shí)現(xiàn)了整機(jī)的小型輕量化設(shè)計(jì)。

3、本發(fā)明的輔助逆變電源，通過實(shí)際的測量對比，相比與傳統(tǒng)工頻隔離的方案，整機(jī)效率至少提高三個百分點(diǎn)，大大提高了能量的利用率，具有較高的節(jié)能效益。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有技術(shù)輔助逆變電源第一種實(shí)施例的電路拓?fù)鋱D；

圖2為現(xiàn)有技術(shù)輔助逆變電源第二種實(shí)施例的電路拓?fù)鋱D；

圖3為本發(fā)明輔助逆變電源的電路拓?fù)鋱D。

其中，1、輸入開關(guān)單元；2、DC/DC單元；3、輔助逆變單元。

具體實(shí)施方式

下面，通過示例性的實(shí)施方式對本發(fā)明進(jìn)行具體描述。然而應(yīng)當(dāng)理解，在沒有進(jìn)一步敘述的情況下，一個實(shí)施方式中的元件、結(jié)構(gòu)和特征也可以有益地結(jié)合到其他實(shí)施方式中。

如圖3所示，是本發(fā)明輔助電路逆變電源的電路拓?fù)鋱D。參見圖3，本發(fā)明的輔助逆變電源，包括順次相連的輸入開關(guān)單元1、DC/DC單元2和輔助逆變單元3，其中，輸入開關(guān)單元1包括作為預(yù)充電回路且串聯(lián)的接觸器K1和電阻R1，以及與預(yù)充電回路并聯(lián)的接觸器K2；DC/DC單元2包括順次相連的輸入濾波回路、變壓器和輸出整流回路；輔助逆變單元3包括逆變回路和三相濾波回路。

上述輸入開關(guān)單元1在正常工況下連接電源，故障工況下將輔助逆變電源與電源隔離。

上述中，DC/DC單元2的輸入濾波回路包括連接電源輸入端的電抗器L1，串聯(lián)于電抗器L1輸出端的電容C1，以及串聯(lián)于電抗器L1輸出端的功率管VT1和功率管VT2，其中，功率管VT1和功率管VT2的兩端同時并聯(lián)于電容C1的兩端；電容C1包括串聯(lián)的兩個，變壓器包括輸入線圈和輸出線圈，輸入線圈的其中一端連接電容C1的中部，另外一端連接于功率管VT1和功率管VT2之間；輸出整流回路包括兩兩串聯(lián)為一組后并聯(lián)設(shè)置的兩組二極管，分別為二極管D1和二極管D2串聯(lián)，二極管D3和二極管D4串聯(lián)，串聯(lián)后的兩組二極管并聯(lián)，其中變壓器的輸出線圈的兩端分別連接于二極管D1和二極管D2之間以及二極管D3和二極管D4之間。DC/DC單元進(jìn)一步包括諧振軟開關(guān)電路，諧振軟開關(guān)電路包括并聯(lián)設(shè)置的功率管VT3和電容C2，其中功率管VT3和電容C2的兩端并聯(lián)于二極管D3和二極管D4的兩端；諧振軟開關(guān)電路可以實(shí)現(xiàn)半橋拓?fù)渲泄β使躒T1和功率管VT2的零電流關(guān)斷，降低IGBT關(guān)斷損耗，消除IGBT關(guān)斷電壓尖峰，減小散熱系統(tǒng)的尺寸和重量。另外，DC/DC單元的輸出采用LC濾波回路，電容C2與電抗器L2串聯(lián)，該電路結(jié)構(gòu)能夠?qū)⒍O管整流后的方波電壓變成直流輸出。

DC/DC單元2的變壓器T1采用新型大功率中頻變壓器，通過提高變壓器的工作頻率，可以解決傳統(tǒng)工頻變壓器笨重、效率較低的問題，實(shí)現(xiàn)整機(jī)的小型輕量化。DC/DC單元通過變壓器T1實(shí)現(xiàn)了輸入和輸出的隔離，確保了電氣的安全隔離。

DC/DC單元2采用半橋結(jié)構(gòu)具有兩大優(yōu)點(diǎn)：一，相比于全橋拓?fù)?，半橋結(jié)構(gòu)中高壓IGBT的使用數(shù)量僅是其一半，降低了高壓IGBT及其驅(qū)動板的使用數(shù)量，減少了系統(tǒng)成本；二，支撐電容C1由兩個均壓電容串聯(lián)組成，通過從C1中性點(diǎn)抽出一個抽頭連接變壓器，將IGBT和變壓器的電壓應(yīng)力降低至輸入電壓的二分之一，減小了IGBT關(guān)斷時的電壓尖峰和過壓風(fēng)險。

輔助逆變單元3的逆變回路為三相半橋回路，包括與諧振軟開關(guān)電路共用的電容C2，以及與電容C2并聯(lián)設(shè)置的六個功率管，其中六個功率管分別為功率管VT1、功率管VT2、功率管VT3、功率管VT4、功率管VT5和功率管VT6，功率管VT1與功率管VT4串聯(lián)，功率管VT2和功率管VT5串聯(lián)，功率管VT3和功率管VT6串聯(lián)，兩兩串聯(lián)后的功率管并聯(lián)。上述中，功率管VT1、功率管VT2、功率管VT3和功率管VT4均為3300V高壓大功率絕緣柵雙極型功率管。

輔助逆變單元3的三相濾波回路為LCL型，包括電抗器L3、電容C4和電抗器L4，其中，電抗器L3包括并聯(lián)設(shè)置的三個電抗器，該三個電抗器分別連接于三組并聯(lián)的功率管之間；電抗器L4包括并聯(lián)設(shè)置的三個電抗器，該三個電抗器分別連接于電抗器L3的三個電抗器輸出端；電容C4包括并聯(lián)設(shè)置的三個電容，該三個電容分別連接于電抗器L3和電抗器L4之間，電容C4的輸出端連接零線。

輔助逆變單元3的三相濾波回路相比LC濾波回路，LCL濾波器對高頻諧波具有更高的衰減特性，能取得更好的濾波效果。同時，由于輸入電壓通過前級DC/DC降壓，故輔助逆變單元中的電容C2和IGBT均可以采用較低的電壓等級，減小了整個輔助逆變回路電氣間的間隙，降低了逆變回路的絕緣等級，進(jìn)一步節(jié)省成本。

本發(fā)明通過實(shí)際的測量對比，相比與傳統(tǒng)工頻隔離的方案，整機(jī)效率至少提高三個百分點(diǎn)，大大提高了能量的利用率，具有較高的節(jié)能效益。