[實用新型]一種車載無工頻電力電子變壓器的拓撲構造

有效

• 申請號: 201520231427.2
• 申請日: 2015-04-17
• 公開（公告）號: CN204707044U
• 公開（公告）日: 2015-10-14
• 發明（設計）人: 舒澤亮;張自偉;趙莉;何曉瓊
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: H02M5/458
• 分類號: H02M5/458;H02M3/335;H02M7/493
• 代理公司: 成都信博專利代理有限責任公司 51200
• 代理人: 張澎;毛建平

技術領域

本實用新型涉及一種應用于電力機車的電力電子變壓器拓撲結構，屬于電力電子技術在電力牽引系統中的應用。

背景技術

傳統電力變壓器由于其制作工藝簡單，可靠性高等優點，成為輸配電系統的基本組成設備，數量巨大，機車車載工頻變壓器是其應用領域之一；但是其缺點也很明顯，體積、重量比較大，變壓器絕緣油會帶來環境問題，不易維護；由于鐵磁元件的非線性特性，當變壓器鐵芯出現磁飽和時，會造成系統中電壓電流的波形畸變，產生諧波污染；不能維持變壓器副邊電壓恒定，負荷側發生故障時，不能隔離故障，從而導致故障擴大。

為此車載電力電子變壓器(PETT-Power?Electronic?Traction?Transformer)的概念應運而生，PETT是一種通過電力電子變換系統進行電壓變換和能量傳遞的新型變壓器；它可以有效地減小車載變壓器的體積和重量，提高電能傳輸效率，通過對變壓器副邊電壓、原邊電流以及功率的靈活調節，可以實現電網側單位功率因數運行。

諸如上述所提的諸多優點，此種新型電力電子變壓器具有廣闊的應用前景。

實用新型內容

本實用新型的目的是提供一種車載無工頻電力電子變壓器的拓撲構造，它可以有效地減小車載變壓器的體積和重量，提高電能傳輸效率，通過對變壓器副邊電壓、原邊電流以及功率的靈活調節，可以實現電網側單位功率因數運行。

本實用新型的目的是通過如下的手段實現的：

一種車載無工頻電力電子變壓器的拓撲構造，車載電力電子變壓器采用三級構成，即輸入整流級，中頻隔離級，輸出級；輸入整流級采用的是橋式拓撲結構，中頻隔離級采用的是兩個橋式電路串聯連接的拓撲結構，隔離變壓器采用的三繞組變壓器；輸出級每個模塊單獨向負載供電；

所述的中頻隔離級為雙向DC-DC拓撲結構，其輸入側逆變器由兩個橋式逆變電路串聯而成，S2的發射極接到S3的集電極，S6的發射極接到S7的集電極；中頻變壓器為三繞組變壓器，原邊為雙繞組T11,T12,副邊為單繞組T2，T11，T12的同名端分別接到S1和S3的發射極，異名端分別接到S5和S7的發射極，T2的同名端接至功率管S11的發射極，異名端接至功率管S13的發射極；

所述輸出級采用獨立功率輸出，變壓器副邊直流輸出側通過穩壓電容C13分別與牽引逆變器的輸入正端N₁₊和輸入負端N_1-連接，n個牽引逆變器N₁，N₂……N_n各自連接一個三相電機，單獨給電機供電。

本實用新型輸出級將變壓器副邊每個子模塊傳出的功率通過逆變單元單獨輸送給電機，可以減小模塊之間相互間的干擾；

整個裝置由基本功率單元組合而成，首先整流輸入的級聯操作即功率分配操作為下一級中頻變壓器的利用提供了可能，將工頻信號變換為高頻信號后通過隔離變壓器耦合到副方，高頻信號隨后又被還原為工頻信號，該裝置不僅可以替代傳統車載電力變壓器，實現變壓變換，能量傳遞，電氣隔離的作用，還可以通過相應的控制策略穩定輸出電壓，實現電壓調節器的作用；

有益效果：本實用新型車載電力電子變壓器除了具備傳統電力變壓器的優勢外，還具有以下優點：

1、由于采用了中頻變壓器，可以有效地降低整體裝置的體積和重量，還可提高裝置功率傳輸效率；中頻輸入側較現有電力電子變壓器拓撲結構可以進一步降低功率管的耐壓要求；

2、輸出級獨立向電機供電，消除了現存電力電子變壓器輸出模塊間相互干擾的問題；

3、可以通過控制系統實現網側單位功率因數運行，實現電網與負載的干擾隔離，提高電能質量；

4、可以更加靈活的調節電壓電流的幅值、頻率和相位信息，實現對系統更靈活的控制；

附圖說明

圖1：車載電力電子變壓器拓撲結構示意圖；

圖2：中頻隔離級原邊為雙橋串聯結構，輸出級為獨立輸出的結構圖；

V_s:牽引網網側電壓；

L_s:網側電感；

S11-S14，S1-S8：帶有反并聯二極管的功率開關；

C11-C13：直流側穩壓電容；

C12：儲能電容；

具體實施方式

下面結合附圖對本實用新型進行詳細說明如下，為便于敘述，