CN109318713B - 辅助及列车供电电路及轨道车辆 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种辅助及列车供电电路及轨道车辆，辅助及列车供电电路包括：主变压器、与主变压器相连接的牵引整流单元以及与牵引整流单元相连接的牵引支撑电容，牵引支撑电容的输出端依次连接有双斩波降压单元、支撑电容、双高频逆变单元、变压器隔离单元和整流单元，整流单元的输出端连接有相互并联的辅助支撑电容和列车供电支撑电容，列车供电支撑电容与列车负载相连接，辅助支撑电容通过辅助逆变单元和滤波单元与辅助负载相连接。本发明提供的技术方案，实现了同时为列车负载和辅助负载进行供电的效果，通过变压器隔离单元实现电路的隔离作用，有利于整个电路系统的小型化、轻量化，同时不采用三角/星形三相隔离变压器，节省了空间及重量。

Description

辅助及列车供电电路及轨道车辆

技术领域

本发明涉及轨道车辆技术领域，尤其涉及一种辅助及列车供电电路及轨道车辆。

背景技术

目前的电力机车辅助回路、列车供电回路在电路结构上完全分离，辅助回路从牵引回路中间直流环节取电，获得直流电能后通过自身逆变器变换为三相交流电源供给辅助负载，而列供回路直接从主变压器次边绕组取电，输入为单相交流电，经过整流并稳压后直接将直流电输出给后续列车负载电路。

具体的，如图1所示，提供了现有技术中的一种供电电路原理示意图，其中，牵引整流器(2)、牵引中间直流环节(3)、牵引逆变器(4)构成牵引回路变换电路给牵引负载供电。辅助回路从牵引回路中的中间直流环节取电，经过辅助回路逆变单元(5)和三相隔离变压器(6)后供给辅助负载。列车供电回路能量从主变压器(1)取得，经过列车供电回路整流器(7)、列车供电回路直流环节(8)后供给列车负载。需要说明的是，该供电电路中的辅助回路必须采用三角/星形三相隔离变压器(6)对电路的前后级进行隔离。

然而，因为现有技术中的供电电路必须采用三角/星形三相隔离变压器对牵引回路和辅助回路进行隔离，所以体积重量加大，无法实现轻量化。并且，列车供电回路因为直接从主变压器取电，在经过交流供电分相区或者直流供电制式下没有主变压器时，将无法工作，同时在主变压器内需要专门设置辅助绕组对列车供电回路进行供电，加大了主变压器的重量及布线复杂程度。

发明内容

本发明提供了一种辅助及列车供电电路及轨道车辆，以解决现有技术中存在的在直流供电制式下无法同时提供辅助和列车供电、以及重量和体积大，不利于电力机车和动车组减重的问题。

根据本发明的一些实施例，提供了一种辅助及列车供电电路，包括：主变压器、与所述主变压器相连接的牵引整流单元以及与所述牵引整流单元相连接的牵引支撑电容，所述牵引支撑电容的输出端依次连接有双斩波降压单元、支撑电容、双高频逆变单元、变压器隔离单元和整流单元，所述整流单元的输出端连接有相互并联的辅助支撑电容和列车供电支撑电容，所述列车供电支撑电容与列车负载相连接，所述辅助支撑电容通过辅助逆变单元和滤波单元与辅助负载相连接。

如上所述的辅助及列车供电电路，所述变压器隔离单元包括与所述双高频逆变单元相并联连接的第一高频隔离变压器和第二高频隔离变压器。

如上所述的辅助及列车供电电路，所述第一高频隔离变压器和第二高频隔离变压器均包括原边线路和次边线路，所述原边线路的个数小于所述次边线路的个数。

如上所述的辅助及列车供电电路，所述变压器隔离单元包括与所述双高频逆变单元相并联连接的第一双隔离变压器串联模块和第二双隔离变压器串联模块。

如上所述的辅助及列车供电电路，所述第一双隔离变压器串联模块和第二双隔离变压器串联模块均包括：两个相互串联的变压器，所述变压器包括：单个原边线路和单个次边线路。

如上所述的辅助及列车供电电路，所述变压器隔离单元中的原边线路与所述双高频逆变单元相连接，所述次边线路与所述整流单元相连接。

如上所述的辅助及列车供电电路，所述整流单元包括：相互并联的第一辅助整流单元和第一列车供电整流单元、以及相互并联的第二辅助整流单元和第二列车供电整流单元。

如上所述的辅助及列车供电电路，所述列车供电支撑电容与列车负载之间还设置有辅助逆变单元和滤波单元。

如上所述的辅助及列车供电电路，所述牵引支撑电容的输出端还通过牵引逆变单元与牵引负载相连接。

根据本发明的另一些实施例，提供了一种轨道车辆，包括上述的辅助及列车供电电路。

本发明提供的辅助及列车供电电路及轨道车辆，通过双斩波降压单元、支撑电容、双高频逆变单元和整流单元，从而使得辅助回路及列车供电回路电能都来自于牵引回路中间的直流环节，实现了在交流供电制式、直流供电制式下都可以同时提供辅助负载和列车列车供电，提高了该供电电路的适用范围，并且，通过变压器隔离单元实现电路的隔离作用，有利于整个电路系统的小型化、轻量化，同时不采用三角/星形三相隔离变压器，节省了空间及重量，从而提高了该电路使用的方便程度，有利于市场的推广与应用。

本发明的附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

通过参照附图的以下详细描述，本发明实施例的上述和其他目的、特征和优点将变得更容易理解。在附图中，将以示例以及非限制性的方式对本发明的多个实施例进行说明，其中：

图1为本发明现有技术中提供的一种列车供电电路的原理示意图；

图2为本发明实施例提供的一种辅助及列车供电电路的原理示意图一；

图3为本发明实施例提供的一种辅助及列车供电电路的原理示意图二。

图中，

1、主变压器；

2、牵引整流单元；

3、牵引支撑电容；

4、牵引逆变单元；

5、辅助逆变单元；

6、三角/星形三相隔离变压器；

701、第一列车供电整流单元；

702、第二列车供电整流单元；

8、列车供电支撑电容；

9、双斩波降压单元；

10、支撑电容；

11、双高频逆变单元；

1201、第一高频隔离变压器；

1202、第二高频隔离变压器；

1301、第一辅助整流单元；

1302、第二辅助整流单元；

14、辅助支撑电容；

15、滤波单元；

1601、第一双隔离变压器串联模块；

1602、第二双隔离变压器串联模块。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“高度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

图2为本发明实施例提供的一种辅助及列车供电电路的原理示意图一，参考附图2可知，本实施例提供了一种辅助及列车供电电路，该电路可以解决现有技术中存在的“在直流供电制式下无法同时提供辅助和列车供电；重量和体积大，不利于电力机车和动车组减重”的技术问题，具体的，该电路可以包括：主变压器1、与主变压器1相连接的牵引整流单元2以及与牵引整流单元2相连接的牵引支撑电容3，牵引支撑电容3的输出端依次连接有双斩波降压单元9、支撑电容10、双高频逆变单元11、变压器隔离单元(图中未示出)和整流单元(图中未示出)，整流单元的输出端连接有相互并联的辅助支撑电容14和列车供电支撑电容8，列车供电支撑电容8与列车负载相连接，辅助支撑电容14通过辅助逆变单元5和滤波单元15与辅助负载相连接。

其中，牵引支撑电容3的输出端还可以通过牵引逆变单元4与牵引负载相连接。

另外，本实施例中的双斩波降压单元9可以采用两个降压斩波电路串联的形式完成直流降压，可以有效降低降压斩波电路中碳化硅半导体器件的耐压等级要求，并且通过提高双斩波降压单元9中碳化硅半导体器件的开关频率，还可以进一步减小电感值，减小电抗器的重量和体积。

此外，双高频逆变单元11可以采用两个半桥逆变电路串联的方式使得电路高频化，以实现变压器隔离单元的小型化、可行性化的要求，通过采用变压器隔离单元实现对电路的前后级进行隔离，可以省略现有技术中的三角/星形三相隔离变压器6；并且，采用整流单元可以实现电路的平衡，即使是在没有列供负载或辅助负载的情况下，也可以保证电路的正常工作。

具体应用时，牵引支撑电容3的输出端包括输出端A和输出端B，输出端A和输出端B与双斩波降压单元9的输入端相连接，而双斩波降压单元9的输出端连接至支撑电容10的两端，以对其进行充电，双高频逆变单元11的输入侧与支撑电容10的两端相连接，输出侧与变压器隔离单元(图中未示出)连接，变压器隔离单元与整流单元相连，整流单元的输出侧分别与辅助支撑电容14和列车供电支撑电容8相连，其中，列车供电支撑电容8与列车负载连接，以实现向列车负载进行供电；而辅助逆变器的输入侧与辅助支撑电容14相连，输出侧连接至滤波单元15，该滤波单元15具体可以为LC滤波单元，然后，经过滤波单元15向辅助负载输出三相交流电源。

本实施例提供的辅助及列车供电电路，通过双斩波降压单元9、支撑电容10、双高频逆变单元11和整流单元，从而使得辅助回路及列车供电回路电能都来自于牵引回路中间的直流环节，实现了在交流供电制式、直流供电制式下都可以同时提供辅助负载和列车列车供电的效果，提高了该供电电路的适用范围，并且，通过变压器隔离单元实现电路的隔离作用，有利于整个电路系统的小型化、轻量化，同时不采用三角/星形三相隔离变压器6，节省了空间及重量，从而提高了该电路使用的方便程度，有利于市场的推广与应用。

在上述实施例的基础上，继续参考附图2可知，本实施例中对于变压器隔离单元的具体形状结构不做限定，本领域技术人员可以根据具体的设计需求进行设置，其中，一种可实现的方式为，变压器隔离单元包括与双高频逆变单元11相并联连接的第一高频隔离变压器1201和第二高频隔离变压器1202。

进一步的，第一高频隔离变压器1201和第二高频隔离变压器1202均包括原边线路和次边线路，原边线路的个数小于次边线路的个数。其中，附图中的第一高频隔离变压器1201和第二高频隔离变压器1202的原边线路个数为1，而次边线路的个数为2。当然的，本领域技术人员还可以采用其他形式的原边线路与次边线路的个数组合，只要能够实现相应的功能效果即可，在此不再赘述。

具体的，参考附图2所示，牵引支撑电容3的输出端包括输出端A和输出端B，输出端A和输出端B与双斩波降压单元9相连接，而双斩波降压单元9的输出端连接至支撑电容10的两端，以对其进行充电，双高频逆变单元11的输入侧与支撑电容10的两端相连接，双高频逆变单元11具有两个输出侧，两个输出侧分别与第一高频隔离变压器1201的原边线路和第二高频隔离变压器1202的原边线路相连接，而第一高频隔离变压器1201的次边线路和第二高频隔离变压器1202的次边线路分别与整流单元相连，也即，变压器隔离单元中的原边线路与双高频逆变单元11相连接，次边线路与整流单元相连接；整流单元的输出侧分别与辅助支撑电容14和列车供电支撑电容8相连，辅助逆变器输入侧与辅助支撑电容14相连，输出侧连接至滤波单元15，然后向辅助负载输出三相交流电源。

本实施例中，通过采用具体的高频隔离变压器(第一高频隔离变压器1201和第二高频隔离变压器1202)作为变压器隔离单元，实现方式简单，成本较低，并且可以省略三角/星形三相隔离变压器6，有利于变流系统的小型化、轻量化。

图3为本发明实施例提供的一种辅助及列车供电电路的原理示意图二，在上述实施例的基础上，继续参考附图3可知，本实施例中，对于变压器隔离单元而言，另一种可实现的方式为，变压器隔离单元包括与双高频逆变单元11相并联连接的第一双隔离变压器串联模块1601和第二双隔离变压器串联模块1602。

其中，第一双隔离变压器串联模块1601和第二双隔离变压器串联模块1602均包括：两个相互串联的变压器，变压器包括：单个原边线路和单个次边线路。

具体的，参考附图3所示，牵引支撑电容3的输出端包括输出端A和输出端B，输出端A和输出端B与双斩波降压单元9相连接，而双斩波降压单元9的输出端连接至支撑电容10的两端，以对其进行充电，双高频逆变单元11的输入侧与支撑电容10的两端相连接，双高频逆变单元11具有两个输出侧，两个输出侧分别与第一双隔离变压器串联模块1601的原边线路和第二双隔离变压器串联模块1602的原边线路相连接，而第一双隔离变压器串联模块1601的次边线路和第二双隔离变压器串联模块1602的次边线路分别与整流单元相连，也即，变压器隔离单元中的原边线路与双高频逆变单元11相连接，次边线路与整流单元相连接；整流单元的输出侧分别与辅助支撑电容14和列车供电支撑电容8相连，辅助逆变器输入侧与辅助支撑电容14相连，输出侧连接至滤波单元15，然后向辅助负载输出三相交流电源。

本实施例中，通过采用具体的第一双隔离变压器串联模块1601和第二双隔离变压器串联模块1602作为变压器隔离单元，实现方式简单，成本较低，并且可以省略三角/星形三相隔离变压器6，有利于变流系统的小型化、轻量化。

进一步的，在上述实施例的基础上，继续参考附图2或3可知，本实施例中的整流单元可以包括：相互并联的第一辅助整流单元1301和第一列车供电整流单元701、以及相互并联的第二辅助整流单元1302和第二列车供电整流单元702。

采用两组辅助整流单元(第一辅助整流单元1301和第二辅助整流单元1302)和两组列车供电整流单元(第一列车供电整流单元701和第二列车供电整流单元702)并联输出以实现电路的平衡，即使是在没有列供负载或辅助负载的情况下，也可以保证电路正常工作。辅助整流单元和列车供电整流单元可以直接采用二极管全波整流电路，也可以采用四象限全波整流电路。

进一步的，在上述实施例的基础上，继续参考附图3可知，为了保证该电路使用的稳定可靠性，本实施例中的列车供电支撑电容8与列车负载之间还设置有辅助逆变单元5和滤波单元15。

具体应用时，无论是在交流供电制式或直流供电制式下，还是牵引工况或电制动工况，辅助及列车供电电路都从牵引回路中间直流环节获取直流电能，经过双斩波降压单元9进行降压后对支撑电容10进行充电，以维持其两端的电压稳定，同时双高频逆变单元11对直流电进行高频逆变为单相脉冲波形输出给连接至双高频逆变单元11的高频隔离变压器、辅助整流单元和列车供电整流单元自高频隔离变压器的次边线路获得脉冲波形的交流电能后对其进行整流，辅助整流单元给辅助支撑电容14充电后，输出给辅助逆变单元5，辅助逆变单元5输出的三相交流还需要经过LC滤波单元15后成为三相正弦交流电，供给辅助负载。同时列车供电整流单元的直流输出经列车供电支撑电容8稳压后输出给列车负载。

需要注意的是，上述的高频隔离变压器也可采用两个单原边单次边变压器进行串联，组成双隔离变压器串联模块，完成高频隔离变压器一样的功能。

此外，还可以采用列车供电逆变器，将直流输出变换为交流输出，以适应交流制列车供电需求，如图3所示。

本发明的辅助及列车供电电路结构，可以满足所有的旅客列车车辆供电需求，提高了带有380V车辆的使用率，省去了内燃发电车，提高了效率，保护了环境；具体的，该电路结构可以实现辅助负载和列车供电负载同时从牵引回路获取电能，减少了对主变压器1的依赖，可以解决直流供电制式下列车负载的供电问题，且主变压器1不需要辅助绕组及列车供电绕组，减小了主变压器1的重量和体积，同时本发明省略了三角/星形三相隔离变压器6，大大减轻机车重量，为电力机车及动车组减重做出了贡献。

本实施例的又一方面提供了一种轨道车辆，包括上述的辅助及列车供电电路。

本实施例提供的轨道车辆，通过设置的上述的辅助及列车供电电路，而辅助即列车供电电路具体通过所设置的双斩波降压单元、支撑电容、双高频逆变单元和整流单元，从而使得辅助回路及列车供电回路电能都来自于牵引回路中间的直流环节，实现了在交流供电制式、直流供电制式下都可以同时提供辅助负载和列车列车供电的效果，提高了该供电电路的适用范围，并且，通过变压器隔离单元实现电路的隔离作用，有利于整个电路系统的小型化、轻量化，本实施例提供的供电电路同时不采用三角/星形三相隔离变压器，节省了空间及重量，从而提高了该轨道车辆使用的方便程度，有利于市场的推广与应用。

最后应说明的是：以上实施方式仅用以说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施方式对本发明已经进行了详细的说明，但本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施方式技术方案的范围。

Claims (5)

1.一种辅助及列车供电电路，其特征在于，包括：主变压器、与所述主变压器相连接的牵引整流单元以及与所述牵引整流单元相连接的牵引支撑电容，所述牵引支撑电容的输出端依次连接有双斩波降压单元、支撑电容、双高频逆变单元、变压器隔离单元和整流单元，所述整流单元的输出端连接有相互并联的辅助支撑电容和列车供电支撑电容，所述列车供电支撑电容与列车负载相连接，所述辅助支撑电容通过辅助逆变单元和滤波单元与辅助负载相连接；

所述双斩波降压单元包括两个串联连接的斩波电路，以实现直流降压；

所述双高频逆变单元包括两个串联连接的逆变电路；

所述变压器隔离单元包括与所述双高频逆变单元相并联连接的第一高频隔离变压器和第二高频隔离变压器；

所述第一高频隔离变压器和第二高频隔离变压器均包括原边线路和次边线路，所述原边线路的个数小于所述次边线路的个数；

或者，所述变压器隔离单元包括与所述双高频逆变单元相并联连接的第一双隔离变压器串联模块和第二双隔离变压器串联模块；

所述第一双隔离变压器串联模块和第二双隔离变压器串联模块均包括：两个相互串联的变压器，所述变压器包括：单个原边线路和单个次边线路；

所述整流单元包括：相互并联的第一辅助整流单元和第一列车供电整流单元、以及相互并联的第二辅助整流单元和第二列车供电整流单元。

2.根据权利要求1所述的辅助及列车供电电路，其特征在于，所述变压器隔离单元中的原边线路与所述双高频逆变单元相连接，所述次边线路与所述整流单元相连接。

3.根据权利要求1所述的辅助及列车供电电路，其特征在于，所述列车供电支撑电容与列车负载之间还设置有辅助逆变单元和滤波单元。

4.根据权利要求1所述的辅助及列车供电电路，其特征在于，所述牵引支撑电容的输出端还通过牵引逆变单元与牵引负载相连接。

5.一种轨道车辆，其特征在于，包括权利要求1-4中任意一项所述的辅助及列车供电电路。

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