6]在本實(shí)施例中，每個(gè)子變壓器(201、202、…20η)具有相同的結(jié)構(gòu)，為方便描述，下面主要針對(duì)子變壓器201進(jìn)行描述，其他子變壓器就不再贅述。
[0047]在本實(shí)施例中，每個(gè)子變壓器均包含高壓級(jí)(210)、隔離級(jí)220以及輸出級(jí)230。高壓級(jí)210基于橋形功率子模塊(Sub-Module，SM)構(gòu)建。橋型功率子模塊包括四組絕緣柵雙極性晶體管和續(xù)流二極管，四組絕緣柵雙極性晶體管和續(xù)流二極管連接成H橋結(jié)構(gòu)。橋形功率子模塊的結(jié)構(gòu)如圖3所示，絕緣柵雙極性晶體管Tl和續(xù)流二極管Dla、絕緣柵雙極性晶體管T2a和續(xù)流二極管D2a、絕緣柵雙極性晶體管T3a和續(xù)流二極管D3a以及絕緣柵雙極性晶體管T4a和續(xù)流二極管D4a以H橋結(jié)構(gòu)相互連接，其輸出節(jié)點(diǎn)為a和b。
[0048]針對(duì)子變壓器201 (202、…20η)，其高壓級(jí)210包含橋形功率子模塊SMll (SM12、…SMln)。每個(gè)橋形功率子模塊(SM11、SM12、…SMln)包含2個(gè)輸入端，所有橋形功率子模塊(SM11、SM12、…SMln)的輸入端級(jí)聯(lián)接入牽引供電網(wǎng)200中(在本實(shí)施例中，牽引供電網(wǎng)200為25kV的鐵路牽引網(wǎng))。橋形功率子模塊SM11(SM12、…SMln)將自身承受的交流電壓變換成直流電壓輸出。
[0049]在本實(shí)施例中，為保護(hù)裝置，高壓級(jí)210通過(guò)連接電抗LI接入供電網(wǎng)200。
[0050]H橋級(jí)聯(lián)拓?fù)洳粌H能夠提升裝置的電壓等級(jí)，彌補(bǔ)單個(gè)功率模塊等級(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。
[0051]隔離級(jí)220包含高頻調(diào)制電路(SM21、SM22、…SM2n)以及單相次邊單繞組高頻變壓器(Τ1、Τ2、”.Τη)。高頻調(diào)制電路(SM21、SM22、…SM2n)的兩個(gè)輸入端并聯(lián)到橋形功率子模塊(SM11、SM12、…SMln)的兩個(gè)輸出端，其將高壓級(jí)變換過(guò)來(lái)的直流電壓調(diào)制成高頻方波電壓并輸出。
[0052]在本實(shí)施例中，高頻調(diào)制電路(SM21、SM22、…SM2n)采用與橋形功率子模塊(SM11、SM12、…SMln)相同的結(jié)構(gòu)，即如圖3所示的H橋結(jié)構(gòu)。
[0053]單相次邊單繞組高頻變壓器(Tl、T2、-Tn)的兩個(gè)輸入端并聯(lián)到高頻調(diào)制電路(SM21、SM22、…SM2n)的兩個(gè)輸出端，其將來(lái)自高頻調(diào)制電路(SM21、SM22、…SM2n)的高頻方波電壓耦合到另外一側(cè)，送給輸出級(jí)。單相次邊單繞組高頻變壓器(T1、T2、一Tn)的作用主要是隔離高低電位，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。
[0054]針對(duì)子變壓器201 (202、…20η)，其隔離級(jí)220包含高頻調(diào)制電路SM21 (SM22、…SM2n)以及單相次邊單繞組高頻變壓器Tl (T2、…Tn)。高頻調(diào)制電路SM21 (SM22、…SM2n)的兩個(gè)輸入端并聯(lián)到橋形功率子模塊SMll (SM12、…SMln)的兩個(gè)輸出端，單相次邊單繞組高頻變壓器Tl (T2、-Tn)的兩個(gè)輸入端并聯(lián)到高頻調(diào)制電路SM21(SM22、…SM2n)的兩個(gè)輸出端。
[0055]輸出級(jí)230包含橋形整流電路(SM31、SM32、…SM3n)。橋形整流電路(SM31、SM32、…SM3n)的兩個(gè)輸入端并聯(lián)到單相次邊單繞組高頻變壓器(Tl、T2、…Tn)的兩個(gè)輸出端，其作用是將通過(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(221以及222)和輔助逆變器223提供能量，從而驅(qū)動(dòng)牽引電機(jī)(231以及 232)ο
[0056]在本實(shí)施例中，橋形整流電路(SM31、SM32、…SM3n)采用與橋形功率子模塊(SM11、SM12、…SMln)相同的結(jié)構(gòu)，即如圖3所示的H橋結(jié)構(gòu)。由于輸出級(jí)高頻H橋整流電路采用全控整流，也能夠?qū)崿F(xiàn)能量的雙向流動(dòng)。
[0057]本發(fā)明采用級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)的固態(tài)變壓裝置，相較于當(dāng)前常用的工頻變壓器，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。
[0058]本發(fā)明的牽引變壓裝置采取級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)來(lái)分壓，但是，多個(gè)子變壓器的存在降低了整個(gè)變壓裝置的可靠性，即，一個(gè)或多個(gè)子變壓器的故障會(huì)影響到變壓裝置整體的正常工作。為了解決這一問(wèn)題，提高變壓裝置的可靠性，本發(fā)明采用了冗余設(shè)計(jì)。即在變壓裝置內(nèi)構(gòu)造超過(guò)正常需求數(shù)目的子變壓器。在裝置運(yùn)行時(shí)，根據(jù)實(shí)際需要啟用或關(guān)閉牽引變壓裝置中的一個(gè)或多個(gè)子變壓器以實(shí)現(xiàn)隔離故障的子變壓器/啟用備用的子變壓器的目的。
[0059]當(dāng)裝置正常工作時(shí)，按照正常的實(shí)際分壓需求啟動(dòng)特定數(shù)目的子變壓器進(jìn)行分壓，多余的子變壓器作為備用并不啟動(dòng)。當(dāng)一個(gè)或多個(gè)子變壓器發(fā)生故障無(wú)法正常工作時(shí)，關(guān)閉故障的子變壓器并從備用的子變壓器中啟動(dòng)相應(yīng)數(shù)目的子變壓器以保證裝置正常工作。
[0060]為了實(shí)現(xiàn)根據(jù)實(shí)際需要啟用或關(guān)閉牽引變壓裝置中的一個(gè)或多個(gè)子變壓器的目的。本發(fā)明的裝置構(gòu)造了與子變壓器對(duì)應(yīng)的旁路開(kāi)關(guān)(Bypass switch，BS)。旁路開(kāi)關(guān)與對(duì)應(yīng)的子變壓器的高壓級(jí)的輸入端連接并連接到供電網(wǎng)中，其用于控制相應(yīng)的子變壓器接入/脫離供電網(wǎng)。
[0061]如圖2所示，裝置包含旁路開(kāi)關(guān)(BS1、BS2、-BSn) ο在本實(shí)施例中，旁路開(kāi)關(guān)元件(BS1、BS2、…BSn)與子變壓器(201,202,…20η)——對(duì)應(yīng)。級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)中每一級(jí)都并聯(lián)著芳路開(kāi)關(guān)。
[0062]旁路開(kāi)關(guān)(BS1、BS2、…BSn)被構(gòu)造為根據(jù)外部操作改變自身的通斷狀態(tài)。旁路開(kāi)關(guān)元件的兩端連接到子變壓器(201、202、…20η)的兩個(gè)輸入端。由于子變壓器(201、202、…20η)采取級(jí)聯(lián)的方式連接，因此當(dāng)旁路開(kāi)關(guān)元件(BS1、BS2、…BSn)導(dǎo)通時(shí)，其對(duì)應(yīng)的子變壓器(201、202、…20η)即被短路，相當(dāng)脫離供電網(wǎng)；反之，當(dāng)旁路開(kāi)關(guān)元件(BS1、BS2、…BSn)切斷時(shí)，其對(duì)應(yīng)的子變壓器(201,202,…20η)即接入供電網(wǎng)。
[0063]在本實(shí)施例中，針對(duì)子變壓器201 (202、…20η)，其對(duì)應(yīng)的旁路開(kāi)關(guān)元件BS1(BS2、…BSn)連接到子變壓器201 (202、…20η)的兩個(gè)輸入端。
[0064]為實(shí)現(xiàn)旁路開(kāi)關(guān)的功能，如圖4所示，在本實(shí)施例中，任意一個(gè)旁路開(kāi)關(guān)(BS1、BS2、…或BSn)包含反并聯(lián)連接的兩個(gè)晶閘管402以及403以及與兩個(gè)晶閘管并聯(lián)的接觸器401。當(dāng)旁路開(kāi)關(guān)對(duì)應(yīng)的子變壓器接入供電網(wǎng)時(shí)，晶閘管(402以及403)和接觸器401處于關(guān)斷狀態(tài)。當(dāng)旁路開(kāi)關(guān)對(duì)應(yīng)的子變壓器脫離供電網(wǎng)時(shí)因接觸器401含有機(jī)械部分開(kāi)通速度慢，兩個(gè)晶閘管(402以及403)開(kāi)通將模塊短路，直至接觸器401完成開(kāi)通。
[0065]當(dāng)然，本發(fā)明的旁路開(kāi)關(guān)的結(jié)構(gòu)并不限于圖4所示，在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，旁路開(kāi)關(guān)采取了另一種結(jié)構(gòu)。如圖5所示，旁路開(kāi)關(guān)包含相向串聯(lián)連接的兩個(gè)絕緣柵極雙極型晶體管(Tlb以及T2b)以及與兩個(gè)絕緣柵極雙極型晶體管(Tlb以及T2b)反并聯(lián)的二極管(D2b以及Dlb)。兩個(gè)分別反并聯(lián)著二級(jí)管的IGBT模塊相向串聯(lián)。
[0066]子變壓器在工作狀態(tài)下時(shí)，兩個(gè)絕緣柵極雙極型晶體管(Tlb以及T2b)處于關(guān)斷狀態(tài)，此時(shí)旁路開(kāi)關(guān)處于開(kāi)路狀態(tài)。子變壓器被旁路時(shí)，兩個(gè)絕緣柵極雙極型晶體管(Tlb以及T2b)開(kāi)通，子變壓器被被短路從而被旁路。
[0067]本實(shí)施例的裝置通過(guò)旁路開(kāi)關(guān)自由接入或旁路任意一個(gè)子變壓器，以在故障發(fā)生的第一時(shí)間迅速切除故障模塊，啟用冗余模塊，從而保證裝置的可靠性。同時(shí)通過(guò)冗余設(shè)計(jì)和旁路控制技術(shù)，還能夠?qū)崿F(xiàn)故障模塊旁路處理和冗余模塊替換接入。
[0068]為了進(jìn)一步提高裝置的可靠性，如圖2所示，高壓級(jí)210還包含電容(C11、C12、...Cln)，電容(C11、C12、…Cln)的作用是穩(wěn)壓儲(chǔ)能以及濾波，從而提高裝置的穩(wěn)定性。同時(shí)，為了在高壓級(jí)210停止工作時(shí)釋放電容(C11、C12、…Cln)殘留的電量，高壓級(jí)210還包含放電回路。在本實(shí)施例中，放電回路由放電電阻(Rll、R12、…Rln)和晶閘管(D11、D12、…Dln)串聯(lián)構(gòu)成。放電回路與電容(C11、C12、…Cln)并聯(lián)接入橋形功率子模塊(SMI 1、SM12、…SMln)的兩個(gè)輸出端。
[0069]針對(duì)子變壓器201 (202、...20η)，其高壓級(jí)210包含放電電阻Rll (R12、...Rln)和晶閘管D11(D12、-Din) ο放電電阻R11(R12、…Rln)和晶閘管D11(D12、…Dln)串聯(lián)構(gòu)成放電回路。放電回路與電容C11(C12、…Cln)并聯(lián)接入橋形功率子模塊