【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及轨道交通的辅变电路领域，具体为一种轨道交通用中频辅助变流装置主电路。
技术介绍
1、当前对轨道交通车辆在减轻自重、减小动力损耗以及节约能源方面提出了更高的要求，辅助变流装置作为列车电传动系统的重要组成部分，其轻量化、小型化是整车发展的技术关键。目前，基频提升是减小整机重量、体积的途径之一，通过提高辅助变流装置的开关频率，将电源的基频提高到一定范围频率，能够显著减小关键部件的重量和体积，进而提高电源功率密度，实现整机轻量化、小型化。
2、根据输出电压频率，现有辅助变流装置的主电路可分为传统工频变换和高频变换两种，传统中间直流回路取电型工频辅助变流装置主电路通常采用两电平逆变器进行dc/ac变换，再经工频隔离变压器实现电气隔离，输出滤波得到稳定三相交流输出。高频辅助变流装置则加入dc/dc变换和谐振电路实现电气隔离取代工频变压器，再经dc/ac逆变，输出滤波得到稳定三相交流电。但是传统工频辅助变流装置无法避免的需安装体积大、重量重的工频变压器，导致辅助变流装置整体体积、重量大，同时整机效率较低，损耗较高；而高频辅助变流装置虽能实现小型化、轻量化，但电路拓扑复杂、功率器件多，故障点增加，且控制和保护逻辑设计难度较大。
3、因此，为了解决上述问题，需要改进现有的辅助变流装置主电路。
技术实现思路
1、本专利技术为了解决传统工频辅助变流装置无法避免的需安装体积大、重量重的工频变压器，导致整体体积重量大，同时整机效率较低，损耗较高；而高频辅助变流装置虽能实
2、本专利技术是通过如下技术方案来实现的：一种轨道交通用中频辅助变流装置主电路，包括输入单元、中间直流单元、逆变单元、电气隔离单元、输出滤波单元、输出隔离单元以及电压、电流检测单元；所述输入单元包括输入熔断器、输入电流传感器；所述中间直流单元包括慢放电电路、中间支撑电容电路、直流检测电压传感器电路；所述逆变单元包括逆变功率模块，采用三相三电平npc拓扑结构，相比于两电平拓扑在相同母线电压的情况下开关直流电压只有两电平的一半，降低了功率器件的耐压等级，同时电压变化率降低从而改善了系统的电磁干扰。所述电气隔离单元包括隔离变压器；所述输出滤波单元包括交流滤波电抗器、交流滤波电容，其中交流滤波电抗器集成于隔离变压器中，交流滤波电抗器与隔离变压器共用绕组；所述输出隔离单元包括三极输出隔离接触器、emc滤波器；所述电压、电流检测单元包括接触器前端的相电压传感器和相电流传感器，以及接触器后端的相电压传感器和相电流传感器；所述主电路接口分为辅助变流装置输入接口、输出接口和变流装置柜体接地三种。
3、优选的，所述输入单元包括输入熔断器fu、输入电流传感器ct(in)1，其中输入电流传感器ct(in)1一端接至牵引中间直流单元输入端，另一端与输入熔断器fu连接。
4、优选的，所述中间直流单元包括慢放电电路、中间支撑电容电路、直流检测电压传感器电路，均并联接至中间直流电路的正、负母线上；其中慢放电电路包括慢放电阻are1、are2，储能元件的放电通过慢放电阻are1、are2来实现；中间支撑电容电路包括中间支撑电容afc1、afc2，用于稳定中间电路电压；直流检测电压传感器电路包括直流电压传感器pt1、pt2，用来检测中间直流电路的母线电压。
5、优选的，所述逆变单元包括逆变功率模块ainv，采用三相三电平npc拓扑结构；采用sic mosfet功率器件，由牵引中间直流电路提供直流输入电源；所述逆变功率模块ainv由6个sic中点箝位二极管与6个半桥sic mosfet构成，其中sic中点箝位二极管包括第一相桥臂的中点箝位二极管da5、da6，第二相桥臂的中点箝位二极管db5、db6，第三相桥臂的中点箝位二极管dc5、dc6；第一相桥臂包括ta1、ta2、ta3、ta4-sic mosfet以及并联二极管da1、da2、da3、da4；第二相桥臂包括tb1、tb2、tb3、tb4-sic mosfet以及并联二极管db1、db2、db3、db4；第三相桥臂包括tc1、tc2、tc3、tc4-sic mosfet以及并联二极管dc1、dc2、dc3、dc4；采用sic mosfet功率器件，开关频率高，使功率模块整体积小、重量轻；箝位二极管同样采用sic材质，相比于si材质二极管，具有较小的热阻以及较低的能量损耗，使得二极管温升降低，避免传统npc三电平拓扑热分布不均的问题。该点为最大创新点，逆变功率模块ainv采用全sic mosfet作为开关管，输出电压最大基波频率为400hz，与传统工频相比提升了8倍，因此能够减小隔离变压器ivtr、交流滤波电抗器acl以及交流滤波电容acc的重量和体积；同时将开关频率提升至6khz，以保证足够的调制比，传统igbt由于少数载流子的积聚在关断时会产生尾流，高开关频率将导致较大的开关损耗，而sic从结构上抑制了该现象，因此关断损耗可以减少约90%；逆变功率模块ainv功率器件的开关频率为6khz，由于开关频率较高，开关损耗较大，功率模块的散热采用水冷冷却方式；采用半桥sic mosfet，相比于传统igbt降低了水冷基板的尺寸及重量。
6、优选的，所述电气隔离单元包括隔离变压器ivtr，使一次侧和二次侧完全绝缘，其中隔离变压器ivtr一次侧三相接至逆变功率模块ainv，隔离变压器ivtr二次侧三相接至三极输出隔离接触器。
7、优选的，所述输出滤波单元包括交流滤波电抗器acl与交流滤波电容acc，所述交流滤波电抗器acl集成于隔离变压器ivtr中，即交流滤波电抗器acl与隔离变压器ivtr共用绕组，省去电抗器绕组，整体重量相对小、成本更低；所述交流滤波电容acc与隔离变压器ivtr二次侧三相相连，对输出的三相交流电压平滑滤波，使之成为标准正弦波提供给负载。
8、优选的，所述输出隔离单元包括三极输出隔离接触器3phmk、emc滤波器；所述三极输出隔离接触器3phmk闭合为辅助负载供电；所述emc滤波器输入端与三极输出隔离接触器3phmk三相相连，输出端接至辅助负载端，用于谐振源输出侧抑制高次谐波，以到达电磁兼容的目的，更好的为辅助负载供电。
9、优选的，所述电压、电流检测单元包括三极输出隔离接触器3phmk前端的相电压传感器pt3、pt4和相电流传感器ctu1、ctv1、ctw1，以及三极输出隔离接触器3phmk后端的相电压传感器pt5、pt6和相电流传感器ctu2、ctw2，用于检测输出相电压与相电流，并可通过三极输出隔离接触器3phmk前后端的电压值与电流值进行对比判断，实现电路输出侧的保护。
10、优选的，所述主电路接口分为辅助变流装置的输入接口、输出接口和变流装置接地三大类；输入接口包括直流输入正端dc+，输入负端dc-；输出接口包括u相、v相、w相三相接口；设置变流装置接地接本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种轨道交通用中频辅助变流装置主电路，其特征在于：包括输入单元、中间直流单元、逆变单元、电气隔离单元、输出滤波单元、输出隔离单元以及电压、电流检测单元；
2.根据权利要求1所述的一种轨道交通用中频辅助变流装置主电路，其特征在于：所述输入单元包括输入熔断器FU、输入电流传感器CT(IN)1，其中输入电流传感器CT(IN)1一端接至牵引中间直流单元输入端，另一端与输入熔断器FU连接。
3.根据权利要求2所述的一种轨道交通用中频辅助变流装置主电路，其特征在于：所述中间直流单元包括慢放电电路、中间支撑电容电路、直流检测电压传感器电路，均并联接至中间直流电路的正、负母线上；其中慢放电电路包括慢放电阻ARe1、ARe2，储能元件的放电通过慢放电阻ARe1、ARe2来实现；中间支撑电容电路包括中间支撑电容AFC1、AFC2，用于稳定中间电路电压；直流检测电压传感器电路包括直流电压传感器PT1、PT2，用来检测中间直流电路的母线电压。
4.根据权利要求3所述的一种轨道交通用中频辅助变流装置主电路，其特征在于：所述逆变单元包括逆变功率模块AINV，采用三相三
5.根据权利要求4所述的一种轨道交通用中频辅助变流装置主电路，其特征在于：所述电气隔离单元包括隔离变压器IvTR，使一次侧和二次侧完全绝缘，其中隔离变压器IvTR一次侧三相接至逆变功率模块AINV，隔离变压器IvTR二次侧三相接至三极输出隔离接触器。
6.根据权利要求5所述的一种轨道交通用中频辅助变流装置主电路，其特征在于：所述输出滤波单元包括交流滤波电抗器ACL与交流滤波电容ACC，所述交流滤波电抗器ACL集成于隔离变压器IvTR中，即交流滤波电抗器ACL与隔离变压器IvTR共用绕组；所述交流滤波电容ACC与隔离变压器IvTR二次侧三相相连，对输出的三相交流电压平滑滤波，使之成为标准正弦波提供给负载。
7.根据权利要求6所述的一种轨道交通用中频辅助变流装置主电路，其特征在于：所述输出隔离单元包括三极输出隔离接触器3PHMK、EMC滤波器；所述三极输出隔离接触器3PHMK闭合为辅助负载供电；所述EMC滤波器输入端与三极输出隔离接触器3PHMK三相相连，输出端接至辅助负载端。
8.根据权利要求7所述的一种轨道交通用中频辅助变流装置主电路，其特征在于：所述电压、电流检测单元包括三极输出隔离接触器3PHMK前端的相电压传感器PT3、PT4和相电流传感器CTU1、CTV1、CTW1，以及三极输出隔离接触器3PHMK后端的相电压传感器PT5、PT6和相电流传感器CTU2、CTW2，用于检测输出相电压与相电流，并可通过三极输出隔离接触器3PHMK前后端的电压值与电流值进行对比判断，实现电路输出侧的保护。
9.根据权利要求8所述的一种轨道交通用中频辅助变流装置主电路，其特征在于：所述主电路接口分为辅助变流装置的输入接口、输出接口和变流装置接地三大类；输入接口包括直流输入正端DC+，输入负端DC-；输出接口包括U相、V相、W相三相接口；设置变流装置接地接口四个，设置于柜体上。
10.根据权利要求4所述的一种轨道交通用中频辅助变流装置主电路，其特征在于：所述逆变功率模块AINV输出电压最大基波频率为400Hz，开关频率达到6KHz。
...【技术特征摘要】
1.一种轨道交通用中频辅助变流装置主电路，其特征在于：包括输入单元、中间直流单元、逆变单元、电气隔离单元、输出滤波单元、输出隔离单元以及电压、电流检测单元；
2.根据权利要求1所述的一种轨道交通用中频辅助变流装置主电路，其特征在于：所述输入单元包括输入熔断器fu、输入电流传感器ct(in)1，其中输入电流传感器ct(in)1一端接至牵引中间直流单元输入端，另一端与输入熔断器fu连接。
3.根据权利要求2所述的一种轨道交通用中频辅助变流装置主电路，其特征在于：所述中间直流单元包括慢放电电路、中间支撑电容电路、直流检测电压传感器电路，均并联接至中间直流电路的正、负母线上；其中慢放电电路包括慢放电阻are1、are2，储能元件的放电通过慢放电阻are1、are2来实现；中间支撑电容电路包括中间支撑电容afc1、afc2，用于稳定中间电路电压；直流检测电压传感器电路包括直流电压传感器pt1、pt2，用来检测中间直流电路的母线电压。
4.根据权利要求3所述的一种轨道交通用中频辅助变流装置主电路，其特征在于：所述逆变单元包括逆变功率模块ainv，采用三相三电平npc拓扑结构；采用sic mosfet功率器件，由牵引中间直流电路提供直流输入电源；所述逆变功率模块ainv由6个sic中点箝位二极管与6个半桥sic mosfet构成，其中sic中点箝位二极管包括第一相桥臂的中点箝位二极管da5、da6，第二相桥臂的中点箝位二极管db5、db6，第三相桥臂的中点箝位二极管dc5、dc6；第一相桥臂包括ta1、ta2、ta3、ta4-sic mosfet以及并联二极管da1、da2、da3、da4；第二相桥臂包括tb1、tb2、tb3、tb4-sic mosfet以及并联二极管db1、db2、db3、db4；第三相桥臂包括tc1、tc2、tc3、tc4-sic mosfet以及并联二极管dc1、dc2、dc3、dc4。
5.根据权利要求4所述的一种轨道交通用中频辅助变流装置主电路，其特...
【专利技术属性】
技术研发人员：李诗泓，王天博，赵俊宇，苏鹏程，詹哲军，于森林，
申请(专利权)人：中车永济电机有限公司，
类型：发明
国别省市：
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