[實用新型]一種用于高鐵機車輔助電源變流器系統(tǒng)的高頻濾波電感

有效

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• 申請日: 2012-10-29
• 公開（公告）號: CN202855476U
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發(fā)明（設計）人: 張中
• 申請（專利權）人: 江蘇正強電氣有限公司
• 主分類號: H01F17/04
• 分類號: H01F17/04;H01F27/24;H01F27/28;H01F27/29
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• 代理人: 暫無信息

技術領域

本實用新型屬于特種變壓器領域，涉及一種濾波電感(亦稱濾波電抗器)的特殊設計，具體地說是一種用于高鐵機車輔助電源變流器系統(tǒng)的高頻濾波電感。

背景技術

電力機車輔助系統(tǒng)是電力機車的重要組成部分，主要包括輔助電源、輔助電機以及相應的控制電路等部分。輔助電源系統(tǒng)是機車的重要組成部分，擔負著除機車牽引系統(tǒng)主電路以外各種裝置的供電任務，是提供風源的空氣壓縮機、空調、通風機等輔助電動機的三相交流電源，電熱器、冰箱、信息顯示裝置的電源等。

當前以龐巴迪公司為代表的主流的輔助電源變流器系統(tǒng)采用單相橋式四象限整流+兩電平三相橋式逆變的主電路形式。從機車牽引變壓器輔助繞組獲取單相交流電壓，經四象限整流器轉換為恒定直流電源，并通過支撐電容進行能量儲存，然后由逆變器將恒定直流電源轉換為三相PWM交流電，再通過LC濾波器為機車輔助負載提供三相正弦交流電壓。在輸入端、支撐電容端及輸出端配置電壓傳感器，實現(xiàn)對輸入電壓、中間直流電壓及三相輸出電壓的監(jiān)視及保護；輸入端及逆變器模塊輸出端配置電流傳感器，實現(xiàn)對輸入電流及輸出電流的監(jiān)視及保護。

PWM(脈寬調制)是靠改變脈沖寬度來控制輸出電壓，通過改變周期來控制其輸出頻率。而輸出頻率的變化可通過改變此脈沖的調制周期來實現(xiàn)。這樣，使調壓和調頻兩個作用配合一致，且于中間直流環(huán)節(jié)無關，因而加快了調節(jié)速度，改善了動態(tài)性能。由于輸出等幅脈沖只需恒定直流電源供電，可用不可控整流器取代相控整流器，使電網側的功率因數大大改善。利用PWM逆變器能夠抑制或消除低次諧波。加上使用自關斷器件，開關頻率大幅度提高，輸出波形可以非常接近正弦波。因此，PWM(脈寬調制)技術在高鐵電源變流器、光伏逆變器、風電變流器等領域獲得了越來越廣泛的應用。

由于PWM交流電波形不可避免地含有諸多高頻諧波分量，為減小高頻諧波對輔助電動機的不利影響，在逆變器的輸出端加濾波裝置——LC濾波器必不可少。LC濾波器由濾波電容和濾波電感(亦稱：濾波電抗器)組成。

在光伏逆變器、風電變流器等領域中，用于濾除高頻諧波的濾波電感通常采用干式鐵芯電抗器，如當今普遍應用于500kW光伏逆變器的濾波電感均如此。

但在高鐵機車輔助電源的變流器系統(tǒng)，鐵芯電抗器作為濾波電感存在固有的缺陷。

其一，鐵芯電抗器采用帶氣隙的鐵芯結構，通過調節(jié)氣隙長度來獲得需要的電感量；這種結構由于鐵芯被氣隙隔斷，在氣隙處將產生相應的漏磁場；另外，敞開式的線圈必然也將產生漏磁場；這兩個漏磁場將必然對周遭的電磁環(huán)境產生影響，從而影響到機車的控制系統(tǒng)與通信系統(tǒng)。這就是干式鐵芯電抗器作為濾波電感應用于高鐵機車電源系統(tǒng)時所無法解決的電磁干擾(俗稱EMI：Electro?Magnetic?Interference)問題。

其二，鐵芯電抗器的噪音由于氣隙的存在是比較大的，根據容量大小，通常在70分貝左右。

其三，鐵芯電抗器在高頻諧波的作用下，鐵芯損耗與頻率的平方成正比，高頻諧波在硅鋼片中造成的鐵芯損耗將達到基波鐵芯損耗的數倍，是一個不可忽略的數值，這將顯著降低電源系統(tǒng)的效率。

其四，鐵芯電抗器的電感量在不同的電流下，其電感量幾乎保持恒定不變，這對于高鐵機車輔助變流器對于濾波電感的非線性要求不吻合。

其五，鐵芯電抗器的溫升較高，通常鐵芯和線圈相對于環(huán)境的溫升在80-100K之間，這不利于周圍的其他電氣元件，尤其在相對散熱條件較差的機車內部。

其六，鐵芯電抗器的體積較大，這對于安裝于機車下部而空間有限的輔助電源系統(tǒng)是不利的。

其七，干式鐵芯電抗器系敞開式結構，鐵芯和線圈均暴露在環(huán)境中，且其鐵芯的緊固依賴于拉緊螺桿，而長期處于戶外運行、環(huán)境惡劣、震動不已的機車運行環(huán)境對于電抗器的電氣和機械穩(wěn)定性是嚴峻的考驗。

綜合上述因素，干式鐵芯電抗器作為濾波電感應用于高鐵機車輔助電源變流器系統(tǒng)是不合適的。因此，有必要研發(fā)一種能夠有效彌補上述缺陷的新型濾波電感，它應當具有無電磁干擾、低噪音、低損耗、低溫升、電感量非線性、體積小等電氣機械特性，從而完全適用于高鐵機車輔助電源的變流器系統(tǒng)。這對于保障高鐵機車電源系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性有著不可忽略的作用。

實用新型內容

本實用新型的目的是提供一種具有無電磁干擾、低噪音、低損耗、低溫升、電感量非線性、體積小等電氣機械特性的高頻濾波電感。