一種牽引變壓裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及軌道交通領(lǐng)域，具體說涉及一種牽引變壓裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，在牽引傳動(dòng)系統(tǒng)尤其是電力機(jī)車，動(dòng)車組等的牽引傳動(dòng)系統(tǒng)中，牽引主變壓器通常為單原邊多副邊的單相工頻變壓器。
[0003]傳統(tǒng)的工頻變壓器將25kV的交流電壓降到適合牽引電機(jī)及其它電器工作的電壓等級(jí)，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，由于直流電壓中含有2次脈動(dòng)，還需在四象限輸出側(cè)增加2次濾波回路，然后再將直流電提供給逆變器驅(qū)動(dòng)牽引電機(jī)。
[0004]然而，現(xiàn)有的工頻牽引變壓器具有明顯的缺點(diǎn)。首先，工頻變壓器的輸出電壓會(huì)隨著負(fù)載的變化而變化，輸出電壓的跌落會(huì)給傳動(dòng)控制帶來難度；其次，工頻變壓器需要配套復(fù)雜的繼電保護(hù)裝置；再次，工頻變壓器需用冷卻油，容易給環(huán)境造成污染；最后，工頻變壓器的體積和重量較大。
[0005]工頻變壓器最為突出的缺點(diǎn)就是其體積和重量。尤其是在軌道交通領(lǐng)域，主變壓器的體積和重量會(huì)限制著機(jī)車的設(shè)計(jì)從而影響到列車的載客量和高速性能，特別是在動(dòng)力分散的動(dòng)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。
[0006]由于要求的牽引功率和回饋的制動(dòng)功率大，重量將直接影響列車的提速；同時(shí)由于分散動(dòng)力的牽引設(shè)備不再集中安裝在機(jī)車上，而是分散安裝在列車的車廂里，龐大的體積將增加列車設(shè)計(jì)難度，影響載客量。主變壓器龐大的體積和重量與分散動(dòng)力系統(tǒng)所需的大載客空間和高速運(yùn)行等要求有著極大的沖突。
[0007]因此，針對(duì)現(xiàn)有的工頻變壓器存在的問題，需要一種新的變壓裝置以達(dá)到減小變壓器的重量和體積的目的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]針對(duì)現(xiàn)有的工頻變壓器存在的問題，本發(fā)明提供了一種牽引變壓裝置，所述裝置包括多個(gè)級(jí)聯(lián)的子變壓器以及與所述子變壓器對(duì)應(yīng)的多個(gè)旁路開關(guān)，所述子變壓器包含高壓級(jí)、隔離級(jí)以及輸出級(jí)，其中:
[0009]所述旁路開關(guān)與對(duì)應(yīng)的所述子變壓器的高壓級(jí)的輸入端并聯(lián)連接，并同時(shí)接入供電網(wǎng)中，其用于根據(jù)實(shí)際情況控制所述高壓級(jí)接入/脫離所述供電網(wǎng)；
[0010]所述隔離級(jí)的輸入端連接到所述高壓級(jí)的輸出端；
[0011]所述輸出級(jí)的輸入端連接到所述隔離級(jí)的輸出端；
[0012]各個(gè)所述子變壓器的輸出級(jí)的輸出端并聯(lián)以輸出電壓。
[0013]在一實(shí)施例中，每個(gè)所述子變壓器對(duì)應(yīng)一個(gè)所述旁路開關(guān)。
[0014]在一實(shí)施例中，所述旁路開關(guān)包含反并聯(lián)連接的第一晶閘管、第二晶閘管以及與所述第一晶閘管、第二晶閘管并聯(lián)的接觸器。
[0015]在一實(shí)施例中，所述旁路開關(guān)包含相向串聯(lián)連接的第一絕緣柵極雙極型晶體管、第二絕緣柵極雙極型晶體管，以及與所述第一絕緣柵極雙極型晶體管、所述第二絕緣柵極雙極型晶體管反并聯(lián)的二極管。
[0016]在一實(shí)施例中，所述裝置還包含輔助開關(guān)，所述輔助開關(guān)與所述輸出級(jí)的輸出端相連并連接到牽引電機(jī)，所述輔助開關(guān)被構(gòu)造為根據(jù)所述旁路開關(guān)的開關(guān)控制狀態(tài)建立或關(guān)斷所述輸出級(jí)與所述牽引電機(jī)的連接。
[0017]在一實(shí)施例中，所述裝置還包含連接電抗，所述旁路開關(guān)通過所述連接電抗連接到所述供電網(wǎng)中。
[0018]在一實(shí)施例中，所述裝置還包含濾波回路，所述濾波回路并聯(lián)接到所述輸出級(jí)的兩個(gè)輸出端。
[0019]在一實(shí)施例中，所述高壓級(jí)包含橋形功率子模塊、第一電容以及第一放電回路，其中:
[0020]所述橋形功率子模塊的兩個(gè)輸入端并聯(lián)到對(duì)應(yīng)的所述旁路開關(guān)；
[0021]所述第一放電回路與所述第一電容并聯(lián)到所述橋形功率子模塊的兩個(gè)輸出端。
[0022]在一實(shí)施例中，所述隔離級(jí)包含高頻調(diào)制電路以及單相次邊單繞組高頻變壓器，其中:
[0023]所述高頻調(diào)制電路的兩個(gè)輸入端并聯(lián)到所述高壓級(jí)的兩個(gè)輸出端；
[0024]所述單相次邊單繞組高頻變壓器的兩個(gè)輸入端并聯(lián)到所述高頻調(diào)制電路的兩個(gè)輸出端。
[0025]在一實(shí)施例中，所述輸出級(jí)包含橋形整流電路、第二電容以及第二放電回路，其中:
[0026]所述橋形整流電路的兩個(gè)輸入端并聯(lián)到所述隔離級(jí)的兩個(gè)輸出端；
[0027]所述第二放電回路與所述第二電容并聯(lián)連接到所述橋形整流電路的兩個(gè)輸出端。
[0028]本發(fā)明還公開了一種牽引變壓方法，所述方法包含以下步驟:
[0029]利用多個(gè)級(jí)聯(lián)的子變壓器構(gòu)造牽引變壓裝置；
[0030]根據(jù)實(shí)際需要啟用或關(guān)閉所述牽引變壓裝置中的一個(gè)或多個(gè)所述子變壓器以實(shí)現(xiàn)隔離故障的所述子變壓器/啟用備用的所述子變壓器的目的。
[0031]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的牽引變壓裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行穩(wěn)定，其體積和重量大大減小，不僅減小了列車設(shè)計(jì)難度，而且大大有益于列車提速。
[0032]本發(fā)明的其它特征或優(yōu)點(diǎn)將在隨后的說明書中闡述。并且，本發(fā)明的部分特征或優(yōu)點(diǎn)將通過說明書而變得顯而易見，或者通過實(shí)施本發(fā)明而被了解。本發(fā)明的目的和部分優(yōu)點(diǎn)可通過在說明書、權(quán)利要求書以及附圖中所特別指出的步驟來實(shí)現(xiàn)或獲得。
【附圖說明】
[0033]附圖用來提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與本發(fā)明的實(shí)施例共同用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。在附圖中:
[0034]圖1是工頻變壓器供電原理示意圖；
[0035]圖2是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例原理示意圖；
[0036]圖3是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例橋形功率子模塊電路結(jié)構(gòu)不意圖；
[0037]圖4是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例旁路開關(guān)電路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0038]圖5是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例旁路開關(guān)電路結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0039]以下將結(jié)合附圖及實(shí)施例來詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施方式，借此本發(fā)明的實(shí)施人員可以充分理解本發(fā)明如何應(yīng)用技術(shù)手段來解決技術(shù)問題，并達(dá)成技術(shù)效果的實(shí)現(xiàn)過程并依據(jù)上述實(shí)現(xiàn)過程具體實(shí)施本發(fā)明。需要說明的是，只要不構(gòu)成沖突，本發(fā)明中的各個(gè)實(shí)施例以及各實(shí)施例中的各個(gè)特征可以相互結(jié)合，所形成的技術(shù)方案均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
[0040]目前，在牽引傳動(dòng)系統(tǒng)尤其是電力機(jī)車，動(dòng)車組等的牽引傳動(dòng)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。如圖1所示，傳統(tǒng)的工頻變壓器101將供電網(wǎng)100的25kV的交流電壓降到適合牽引電機(jī)102及其它電器工作的電壓等級(jí)，其中工頻變壓器101的副邊繞組給四象限整流裝置103供電，輔助繞組給輔變電源104供電。四象限整流裝置103將工頻交流電壓轉(zhuǎn)換成直流電壓，由于直流電壓中含有2次脈動(dòng)，還需在四象限整流裝置103輸出側(cè)增加2次濾波回路105，然后再將直流電提供給逆變器106驅(qū)動(dòng)牽引電機(jī)102。
[0041]然而以圖1所示結(jié)構(gòu)為基本結(jié)構(gòu)的變壓器具有明顯的缺點(diǎn)。首先，工頻變壓器101的輸出電壓會(huì)隨著負(fù)載的變化而變化，輸出電壓的跌落會(huì)給傳動(dòng)控制帶來難度；其次，工頻變壓器101需要配套復(fù)雜的繼電保護(hù)裝置；再次，工頻變壓器101需用冷卻油，容易給環(huán)境造成污染；最后，工頻變壓器101的體積和重量較大。
[0042]工頻變壓器最為突出的缺點(diǎn)就是其體積和重量。尤其是在軌道交通領(lǐng)域，主變壓器的體積和重量會(huì)限制著機(jī)車的設(shè)計(jì)從而影響到列車的載客量和高速性能，特別是在動(dòng)力分散的動(dòng)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。
[0043]由于要求的牽引功率和回饋的制動(dòng)功率大，重量將直接影響列車的提速；同時(shí)由于分散動(dòng)力的牽引設(shè)備不再集中安裝在機(jī)車上，而是分散安裝在列車的車廂里，龐大的體積將增加列車設(shè)計(jì)難度，影響載客量。主變壓器龐大的體積和重量與分散動(dòng)力系統(tǒng)所需的大載客空間和高速運(yùn)行等要求有著極大的沖突。
[0044]針對(duì)現(xiàn)有的工頻變壓器存在的問題，本發(fā)明提出了一種牽引變壓裝置。本發(fā)明的牽引變壓裝置基于中高頻牽引固態(tài)變壓器構(gòu)造，從而克服當(dāng)前工頻變壓器的缺點(diǎn)。同時(shí)，為了解決絕緣柵雙極型晶體管的耐壓限制，本發(fā)明的牽引變壓裝置采取級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)來分壓。
[0045]本發(fā)明的牽引變壓裝置包括多個(gè)級(jí)聯(lián)的子變壓器，每個(gè)子變壓器均包含高壓級(jí)、隔離級(jí)以及輸出級(jí)。如圖2所示，牽引變壓裝置包含η個(gè)級(jí)聯(lián)的子變壓器(201、202、…20η)。這里需要指出的是，圖2的示意圖并沒有具體限制牽引變壓裝置所包含的子變壓器的數(shù)目(η可以為任意整數(shù))。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)牽引變壓裝置中包含的子變壓器的數(shù)目是根據(jù)牽引變壓裝置的實(shí)際分壓需求決定的。
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