交流传动车辆无变压器控制直流输出的方法技术

本发明专利技术公开了交流传动车辆无变压器拓扑结构和控制直流输出的方法，拓扑结构包括相互级联的二个以上的转换单元；所述的转换单元包括控制器、脉冲整流器、电阻和电感。控制直流输出的方法包括通过电网经电阻和电感向脉冲整流器输入交流电，通过脉冲整流器输出直流电，控制器根据交流电压信号、交流电流信号、直流电压信号、直流电流信号和直流电压给定值控制脉冲整流器，让脉冲整流器具有稳定的直流输出。本发明专利技术省去了变压器，直流输出稳定。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及。
技术介绍
目前，在传统的大功率电力机车或者动车组上牵引电传动系统的结构是：接触 网一牵引变压器一整流器一中间直流电路一逆变器一牵引电机。其中，牵引变压器笨重、造 价昂贵，并占用大量的空间，既增加了机车的重量和制造成本，也在列车牵引或者再生制动 时，产生铜耗和铁耗，使电能利用率降低。此外，变压器还会带来温升、漏抗等一系列问题。
技术实现思路
为了去掉变压器，避免变压器带来的问题，为了让每一转换单元具有稳定的直流 输出，保证各转换单元之间电压稳定且不相互影响，本专利技术提供了一种交流传动车辆无变 压器拓扑结构及控制直流输出的方法。 为达到上述目的，交流传动车辆无变压器拓扑结构，包括相互级联的二个以上的 转换单元；所述的转换单元包括控制器、脉冲整流器、电阻和电感，控制器接收电网侧的交 流电压信号Ua。和交流电流信号Ia。，同时控制器接收脉冲整流器输出端的直流电压信号Ud。 和直流电流信号Ib。，控制器的输出端与脉冲整流器相连接，控制器上具有直流电压给定值 输入端；控制器将直流电压Ud。与直流电压给定值进行比较，将比较的差值输入到控制 器中的PI调节器中，PI调节器输出参考电流IN1;当参考电流IN1增大，控制器控制脉冲整 流器的输入电流增大，从而使脉冲整流器的输出电流增大；当参考电流IN1减小，控制器控 制脉冲整流器的输入电流减小，从而使脉冲整流器的输出电流减小；反复上述控制过程，让 直流电压仏。相对于直流电压给定值在给定范围内变化；电阻的输出端与电网侧连接， 电阻的输出端通过与电感串联与脉冲整流器相连接。 交流传动车辆无变压器控制直流输出的方法是：电网向相互级联的二个以上的转 换单元供电，各转换单元对电网的电压进行分压，转换单元将交流转换为直流输出；具体的 过程是：在每一转换单元中，电网通过相互串联的电阻R和电容LN供电给脉冲整流器，在脉 冲整流器中交流电被转换给直流电输出；脉冲整流器在交流转换为直流过程中，通过控制 器控制脉冲整流器的直流输出，具体的过程是：转换单元中的控制器检测电网侧的交流电 压14。、交流电流Ia。和脉冲整流器输出端的直流电压Ud。、直流电流Ib。，同时向控制器中输入 一直流电压给定值旧；将直流电压Ud。与直流电压给定值扣进行比较，将比较的差值输入 到控制器中的PI调节器中，PI调节器输出参考电流IN1;当参考电流IN1增大，控制器控制 脉冲整流器的输入电流增大，从而使脉冲整流器的输出电流增大；当参考电流IN1减小，控 制器控制脉冲整流器的输入电流减小，从而使脉冲整流器的输出电流减小；反复上述控制 过程，让直流电压Ud。相对于直流电压给定值在给定范围内变化。 上述拓扑结构和控制直流输出的方法，由于利用了多个转换单元对电网侧的电压 进行分压，利用脉冲整流器将交流电转换为直流电，从而省去了变压器，解决了变压器笨 重、造价昂贵、占用大量空间的技术问题，也解决了在列车牵引或者再生制动时产生铜耗和 铁耗的技术问题，使电能利用率高。此外，还解决了变压器带来温升、漏抗等一系列的技术 问题。在本专利技术中，由于采用了控制器的比较方法，从而保证直流电压Ud。相对于直流电压 给定值旧在给定范围内变化，保证各转换单元之间电压稳定且不相互影响，这里所记载的 给定范围是指在±U值中边缘，U值根据需要设定。 进一步的，所述的脉冲整流器为三电平脉冲整流器，其中三电平脉冲整流器的A 极与电感的输出端连接，三电平脉冲整流器的B极与相邻转换单元的A极连接，三电平脉冲 整流器的g极与控制器的输出端连接。 进一步的，在三电平脉冲整流器输出正极和N极之间设置了第一电容，在三电平 脉冲整流器的负极与N极之间设置了第二电容，由于设置了第一电容和第二电容，起到了 平衡电压的作用，保证N极为0电位。 进一步的，在脉冲整流器上并联有交流电压传感器，控制器接收交流电压传感器 的交流电压信号；在电网侧与电阻之间串联有交流电流传感器，控制器接收交流电流传感 器上的交流电流信号。 进一步的，在脉冲整流器的输出端并联有直流电压传感器，控制器接收直流电压 传感器的直流电压信号；在脉冲整流器的输出端串联有直流电流传感器，控制器接收直流 电流传感器的直流电流信号。由于设置了交流电压传感器、交流电流传感器、直流电压传感 器和直流电流传感器，因此，方便精确的得到交流电压、交流电流、直流电压和直流电流。 进一步的，根据t/I和ud。得到IN1的方法为： 其中，Kp为控制器中PI调节器的比例系数，Ti为控制器中PI调节器的积分时间 常数。 进一步的，在控制器中产生电压仏信号，将电压^信号的波形转换成脉冲信号，通 过脉冲信号控制脉冲整流器，产生电压Us信号的过程为： (1)在控制器中，根据1&、1^和UN计算出IN2; IN2=IdcUdc/UN 其中，仏为交流侧电压有效值； (2)在控制器中，根据4和IN2计算出I， !n*=Ini+In2 (3)在控制器中，计算出Us; 其中，R为电阻值，LN为电感值，《为电网侧电压的角频率，G2为比例放大系数，iN 为交流侧电流有效值。 上述方法，一方面为了让脉冲整流器能够接收到能够识别的信号，另一方面，通过 上述计算能得到较为精确的控制信号。【附图说明】 图1为本专利技术的拓扑结构图。 图2为脉冲整流器输出的波形图。【具体实施方式】 如图1所示，交流传动车辆无变压器拓扑结构包括相互级联的二个以上的转换单 元100,所述的级联是指利用转换单元进行分压，每一转换单元都具有输出端。所述的转换 单元100包括控制器1、脉冲整流器2、电阻3和电感4。 控制器1具有直流电压给定值输入端、交流电压信号输入端、交流电流信号输入 端、直流电压信号输入端、直流电流信号输入端和输出端pulse。直流电压给定值输入端 接收直流电压给定值，交流电压信号输入端接收来自交流电压传感器的交流电压信号 Ua。，交流电流信号输入端接收来自交流电流传感器的交流电流信号Ia。，直流电压信号输入 端接收来自直流电压传感器的直流电压信号Ud。，直流电流信号输入端接收来自直流电流传 感器的直流电流信号Id。，输出端pulse与脉冲整流器的g极连接。 所述的脉冲整流器2为三电平脉冲整流器，其中三电平脉冲整流器的A极与电感4 的输出端连接，三电平脉冲整流器的B极与相邻转换单元中的三电平脉冲整流器的A极连 接，三电平脉冲整流器的g极与控制器1的输出端pulse连接。 在三电平脉冲整流器输出正极和N极之间设置了第一电容5,在三电平脉冲整流 器的负极与N极之间设置了第二电容6,起到了平衡电压的作用，保证N极为0电位。 电阻3和电感4依次串联，电阻3的输出端连接在电感4的输入端。电阻3的输 入端与电网200侧连接。 在电网侧200与第一个转换单元中的三电平脉冲整流器B极之间并联有交流电压 传感器7 ;第二个转换单元中的三电平脉冲整流器B极与第一个转换单元中的三电平脉冲 整流器B极之间并联有交流电压传感器，第三个转换单元中的三电平脉冲整流器B极与第 二个转换单元中的三电平脉冲整流器B极之间并联有交流电压传感器，依次类推直到倒数 第二个转换单元，最后一个转换单元中的三电平脉冲整流器B极之间并联有交流电压传感 器7,控制器的交流电压信号输入端本文档来自技高网...

【技术保护点】
交流传动车辆无变压器拓扑结构，其特征在于：包括相互级联的二个以上的转换单元；所述的转换单元包括控制器、脉冲整流器、电阻和电感，控制器接收电网侧的交流电压信号Uac和交流电流信号Iac，同时控制器接收脉冲整流器输出端的直流电压信号Udc和直流电流信号Ibc，控制器的输出端与脉冲整流器相连接，控制器上具有直流电压给定值输入端；控制器将直流电压Udc与直流电压给定值进行比较，将比较的差值输入到控制器中的PI调节器中，PI调节器输出参考电流IN1；参考电流IN1增大，控制器控制脉冲整流器的输入电流增大，从而使脉冲整流器的输出电流增大；当参考电流IN1减小，控制器控制脉冲整流器的输入电流减小，从而使脉冲整流器的输出电流减小；反复上述控制过程，让直流电压Udc相对于直流电压给定值在给定范围内变化；电阻的输出端与电网侧连接，电阻的输出端通过与电感串联与脉冲整流器相连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：邓泽靖，
申请(专利权)人：广州电力机车有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44