本發(fā)明涉及軌道交通領域，尤其涉及一種輔助變流器、牽引動力單元及車輛。

背景技術：

輔助變流器是軌道車輛的重要車載設備，可為整車空調、空氣壓縮機等三相負載和部分單相負載提供交流電源。傳統(tǒng)輔助變流器多采用工頻變壓器隔離和硬開關中頻變壓器隔離的方式。

工頻變壓器隔離方式是將直流電逆變成三相交流電后，由工頻變壓器轉換為三相工頻電源輸出，由于工頻變壓器的工作頻率較低，該類變壓器通常體積重量較大。

硬開關中頻變壓器隔離方式是先將直流電經h橋電路逆變?yōu)閱蜗嘀蓄l交流電，經中頻變壓器隔離變壓后整流得到650-700v直流電壓，然后再由三相逆變器輸出三相工頻電源。此種方式由于采用硬開關方式，且整套拓撲中功率開關管數量較多，故損耗較大。

應該注意，上面對技術背景的介紹只是為了方便對本發(fā)明的技術方案進行清楚、完整的說明，并方便本領域技術人員的理解而闡述的。不能僅僅因為這些方案在本發(fā)明的背景技術部分進行了闡述而認為上述技術方案為本領域技術人員所公知。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明實施例提供一種輔助變流器、牽引動力單元及車輛，以解決現(xiàn)有的輔助變流器體積重量較大、損耗較高的問題。

為了達到上述目的，本發(fā)明實施例提供一種輔助變流器，包括輸入濾波單元、預充電單元、前級升壓單元、中頻隔離dc/dc變流器、三相逆變單元、輸出濾波單元以及對外輸出控制單元；所述輸入濾波單元的輸入端與高壓直流母線相連，輸出端連接所述預充電單元，用于濾除直流輸入的諧波和共模干擾；所述預充電單元連接所述輸入濾波單元，用于對直流支撐電容進行預充電；所述前級升壓單元連接所述預充電單元，用于輸出期望的直流電壓；所述中頻隔離dc/dc變流器連接所述前級升壓單元，用于對所述前級升壓單元輸出的直流電壓進行中頻逆變，生成中頻的方波電壓，并對所述中頻的方波電壓進行隔離變壓后整流為中間直流電壓；所述三相逆變單元連接所述中頻隔離dc/dc變流器，用于將所述中間直流電壓逆變?yōu)槿喙ゎl交流電；所述輸出濾波單元連接所述三相逆變單元，用于對所述三相工頻交流電進行濾波；所述對外輸出控制單元連接所述輸出濾波單元，用于控制并將所述濾波后的三相工頻交流電輸出給外部負載。

進一步地，在一實施例中，所述輸入濾波單元包括正負直流母線濾波電感、正負母線間并聯(lián)的rc串聯(lián)支路，并通過復用所述前級升壓單元中的升壓功能電感，形成lcl濾波器。

進一步地，在一實施例中，所述預充電單元包括主接觸器、旁路開關和預充電電阻；所述主接觸器用于接通或斷開所述高壓直流母線上的高壓，所述預充電電阻用于對直流支撐電容進行預充電，所述旁路開關與所述預充電電阻進行并聯(lián)，用于在預充電完成后旁路所述預充電電阻。

進一步地，在一實施例中，所述前級升壓單元包括boost升壓模塊，所述boost升壓模塊由升壓功能電感、二極管、igbt和直流電容構成，用于維持輸出期望的直流電壓。

進一步地，在一實施例中，所述中頻隔離dc/dc變流器包括llc中頻逆變單元和不控整流單元；所述llc中頻逆變單元包括單相逆變單元、諧振電容器組和中頻變壓器；所述單相逆變單元與所述boost升壓模塊相連，用于對所述boost升壓模塊輸出的直流電壓進行中頻逆變，生成中頻的方波電壓；所述諧振電容器組與所述中頻變壓器原邊漏感和激磁電感組成llc串聯(lián)諧振回路，所述中頻變壓器對所述中頻的方波電壓進行變壓處理，并實現(xiàn)電氣隔離；所述不控整流單元包括二極管整流橋和電容器組；所述二極管整流橋輸入與所述中頻變壓器副邊相連，輸出與所述三相逆變單元相連，用于將所述中頻變壓器副邊的方波電壓整流為所述中間直流電壓；所述電容器組與所述二極管整流橋的輸出并聯(lián)，用于消除線路雜散參數對llc控制的影響。

進一步地，在一實施例中，所述三相逆變單元包括所述低壓直流支撐電容和三相逆變器；所述三相逆變器用于將所述不控整流單元輸出的直流電逆變?yōu)槿喙ゎl交流電，輸出給所述輸出濾波單元；所述低壓直流支撐電容用于穩(wěn)定所述三相逆變器的輸入電壓。

進一步地，在一實施例中，所述輸出濾波單元包括三相交流電感和三相交流電容，用于對所述三相逆變器輸出的三相工頻交流電進行濾波。

進一步地，在一實施例中，所述對外輸出控制單元包括三相輸出接觸器和庫用電預充電電路；所述三相輸出接觸器連接所述輸出濾波單元，用于在正常運行工況下控制輔助變流器的負載的接通或斷開；所述庫用電預充電電路用于在外接庫用電工況時，通過所述三相逆變器的反并聯(lián)二極管對所述直流支撐電容進行預充電，預充電完成后閉合所述三相輸出接觸器，為充電機供電。

為了達到上述目的，本發(fā)明實施例還提供一種牽引動力單元，包括牽引變流器和上述的輔助變流器。

為了達到上述目的，本發(fā)明實施例還提供一種車輛，包括上述的牽引動力單元。

本發(fā)明實施例的輔助變流器、牽引動力單元及車輛，由于采用了中頻隔離拓撲結構，相比工頻變壓器隔離方案，降低了輔助變流器的體積和重量，提高了輔助變流器的功率密度；并且，本發(fā)明實施例的不控整流單元的輸出并聯(lián)電容器組，消除了從不控整流單元到三相逆變單元之間線路雜散參數對llc電路軟開關效果的影響，保證了系統(tǒng)的高效性。

參照后文的說明和附圖，詳細公開了本發(fā)明的特定實施方式，指明了本發(fā)明的原理可以被采用的方式。應該理解，本發(fā)明的實施方式在范圍上并不因而受到限制。在所附權利要求的精神和條款的范圍內，本發(fā)明的實施方式包括許多改變、修改和等同。

針對一種實施方式描述和/或示出的特征可以以相同或類似的方式在一個或更多個其它實施方式中使用，與其它實施方式中的特征相組合，或替代其它實施方式中的特征。

應該強調，術語“包括/包含”在本文使用時指特征、整件、步驟或組件的存在，但并不排除一個或更多個其它特征、整件、步驟或組件的存在或附加。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實施例的輔助變流器的結構示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例的輔助變流器的具體電路圖。

具體實施方式

下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

本領域技術技術人員知道，本發(fā)明的實施方式可以實現(xiàn)為一種系統(tǒng)、裝置、設備、方法或計算機程序產品。因此，本公開可以具體實現(xiàn)為以下形式，即：完全的硬件、完全的軟件(包括固件、駐留軟件、微代碼等)，或者硬件和軟件結合的形式。

下面參考本發(fā)明的若干代表性實施方式，詳細闡釋本發(fā)明的原理和精神。

本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有輔助變流器的不足，提供一種新的輔助變流器，以實現(xiàn)輔助變流器小型、輕量和高效的目的。

圖1為本發(fā)明實施例的輔助變流器的結構示意圖。如圖1所示，本實施例的輔助變流器包括：輸入濾波單元1、預充電單元2、前級升壓單元3、中頻隔離dc/dc變流器4、三相逆變單元5、輸出濾波單元6以及對外輸出控制單元7。

所述輸入濾波單元1的輸入端與高壓直流母線相連，輸出端連接所述預充電單元2，用于濾除直流輸入的諧波和共模干擾；

所述預充電單元2連接所述輸入濾波單元1，用于對直流支撐電容進行預充電；

所述前級升壓單元3連接所述預充電單元2，用于輸出期望的直流電壓；

所述中頻隔離dc/dc變流器4連接所述前級升壓單元3，用于對所述前級升壓單元3輸出的直流電壓進行中頻逆變，生成中頻的方波電壓，并對所述中頻的方波電壓進行隔離變壓后整流為中間直流電壓；

所述三相逆變單元5連接所述中頻隔離dc/dc變流器4，用于將所述中間直流電壓逆變?yōu)槿喙ゎl交流電；

所述輸出濾波單元6連接所述三相逆變單元5，用于對所述三相工頻交流電進行濾波；

所述對外輸出控制單元7連接所述輸出濾波單元6，用于控制并將所述濾波后的三相工頻交流電輸出給外部負載。

圖2為本發(fā)明實施例的輔助變流器的具體電路圖。以下結合圖1和圖2，詳細闡述本發(fā)明實施例的輔助變流器的每個組成單元。

1.輸入濾波單元1，輸入端與列車高壓直流母線相連，其包括：正負直流母線濾波電感11、正負母線間并聯(lián)的rc串聯(lián)支路(包括電容12和電阻13)，并復用boost電路的升壓功能電感31，形成lcl濾波器，用于減小變流器輸入諧波并防止變流器產生開關次諧波注入直流電網。所述電阻13用于增大系統(tǒng)阻尼，抑制了lcl電路諧振的發(fā)生。如圖2所示，接觸網電壓經過線路電感11、電容12和電阻13、boost功能電感31組成的lcl濾波器進入，濾除了接觸網上大量諧波干擾，同時上述lcl濾波器抑制了變流器產生的開關次諧波注入接觸網。并且，電阻13增大了系統(tǒng)阻尼，抑制了lcl電路諧振的發(fā)生。

2.預充電單元2，用于對電容進行預充電，其包括：主接觸器21、旁路開關22和預充電電阻23，所述主接觸器21用于接通或斷開高壓，所述預充電電阻23對輸入濾波單元1中的電容12和前級升壓單元3中的電容32進行預充電，所述旁路開關22在預充電完成后旁路預充電電阻23。預充電單元2為輸入濾波單元1中的電容12和前級升壓單元3中的電容32進行預充電，是為了避免在充電初期時的大電流對電容器造成損傷或破壞。具體實施時，通常對中間直流回路的電容器進行預充電，以在變流器的上電階段接入預充電單元限制充電電流的幅值，以防直接投入導致的過大的沖擊電流。

3.前級升壓單元3，包括：升壓功能電感31、二極管、igbt和電容32，構成boost升壓模塊，實現(xiàn)在接觸網電壓變化時維持輸出期望的直流電壓。

4.中頻隔離dc/dc變流器4，包括llc中頻逆變單元41和不控整流單元42。中頻是相對于工頻50hz而言的，其工作頻率可在5khz～100khz范圍內，根據主要部件的能力，通?？稍O置為18khz～25khz范圍內。在本實施例中，參看圖2所示，所述llc中頻逆變單元41包括單相逆變單元411、諧振電容器組412和中頻變壓器413。

所述單相逆變單元411與所述boost升壓模塊相連，用于對所述boost升壓模塊輸出的直流電壓進行中頻逆變，生成中頻的方波電壓；

所述諧振電容器組412與所述中頻變壓器413原邊漏感和激磁電感組成llc串聯(lián)諧振回路，所述中頻變壓器413對所述中頻的方波電壓進行變壓處理，并實現(xiàn)電氣隔離。

所述不控整流單元42包括二極管整流橋421和電容器組422；

所述二極管整流橋421輸入與所述中頻變壓器413副邊相連，輸出與所述三相逆變單元5相連，用于將所述中頻變壓器413副邊的方波電壓整流為所述中間直流電壓；

所述電容器組422與所述二極管整流橋421的輸出并聯(lián)，用于消除線路雜散參數對llc控制的影響。

中頻隔離dc/dc變流器4可采用全橋或半橋llc模式，其中兩個串聯(lián)諧振電感復用中頻變壓器413的原邊漏感和激磁電感，通過單相逆變單元411開關頻率和兩個諧振頻率的配合，使得變壓器原邊逆變電路工作在零電壓軟開關狀態(tài)，變壓器副邊的二極管整流橋421工作在零電流軟開關狀態(tài)，在完成電壓轉換的同時提高了系統(tǒng)效率。

5.三相逆變單元5，輸入與不控整流單元42相連，輸出與輸出濾波單元6相連，其包括三相逆變器51和低壓直流支撐電容組52。所述三相逆變器51用于將直流電逆變?yōu)槿喙ゎl交流電，所述低壓直流支撐電容52組用于穩(wěn)定逆變器輸入電壓。三相逆變器51具備并聯(lián)控制功能，根據負載功率在公差范圍內調整三相工頻交流電的幅值和頻率，保證整列并聯(lián)機組功率平衡。

6.輸出濾波單元6，包括三相交流電感和三相交流電容，用于對所述三相逆變器輸出的三相工頻交流電進行濾波。

7.對外輸出控制單元7，包括三相輸出接觸器71和庫用電預充電電路72，所述三相輸出接觸器71連接所述輸出濾波單元，用于在正常運行工況下控制輔助變流器的負載的接通或斷開；所述庫用電預充電電路72用于在外接庫用電工況時，通過所述三相逆變器的反并聯(lián)二極管對所述直流支撐電容進行預充電，預充電完成后閉合所述三相輸出接觸器，為充電機供電，便于庫內或站內調試。

本發(fā)明實施例所揭示的輔助變流器可用于地鐵或者高鐵等軌道車輛的牽引動力單元中，并且，與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明存在以下技術效果：

1.本發(fā)明通過前級升壓電路可應對輸入電壓大范圍變化的工況；

2.本發(fā)明輸入端通過復用boost升壓功能電感，并增加rc串聯(lián)支路，形成lcl濾波器，減小變流器輸入諧波并防止變流器產生開關次諧波注入直流電網；

3.本發(fā)明在lcl濾波器的電容上串聯(lián)電阻，增大了系統(tǒng)阻尼，抑制了諧振的發(fā)生；

4.本發(fā)明的中頻隔離拓撲結構，相比工頻變壓器隔離方案，降低了輔助變流器的體積和重量，提高了輔助變流器的功率密度；

5.本發(fā)明的llc電路拓撲，可保證單相逆變單元工作在零電壓軟開關模式、不控整流單元工作在零電流軟開關模式，降低了系統(tǒng)損耗，提高了輔助變流器的變換效率；

6.本發(fā)明的不控整流單元的輸出并聯(lián)電容器，消除了從不控整流單元到三相逆變單元之間線路雜散參數對llc電路軟開關效果的影響，保證了系統(tǒng)的高效性；

7.本發(fā)明的庫用電預充電電路可在庫用電供電工況下通過三相逆變器的反并聯(lián)二極管對直流支撐電容進行充電，預充電完成后閉合輸出接觸器，可穩(wěn)定為充電機供電，方便庫內或站內調試工作。

本領域內的技術人員應明白，本發(fā)明的實施例可提供為方法、系統(tǒng)、或計算機程序產品。因此，本發(fā)明可采用完全硬件實施例、完全軟件實施例、或結合軟件和硬件方面的實施例的形式。而且，本發(fā)明可采用在一個或多個其中包含有計算機可用程序代碼的計算機可用存儲介質(包括但不限于磁盤存儲器、cd-rom、光學存儲器等)上實施的計算機程序產品的形式。

本發(fā)明是參照根據本發(fā)明實施例的方法、設備(系統(tǒng))、和計算機程序產品的流程圖和/或方框圖來描述的。應理解可由計算機程序指令實現(xiàn)流程圖和/或方框圖中的每一流程和/或方框、以及流程圖和/或方框圖中的流程和/或方框的結合?？商峁┻@些計算機程序指令到通用計算機、專用計算機、嵌入式處理機或其他可編程數據處理設備的處理器以產生一個機器，使得通過計算機或其他可編程數據處理設備的處理器執(zhí)行的指令產生用于實現(xiàn)在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能的裝置。

這些計算機程序指令也可存儲在能引導計算機或其他可編程數據處理設備以特定方式工作的計算機可讀存儲器中，使得存儲在該計算機可讀存儲器中的指令產生包括指令裝置的制造品，該指令裝置實現(xiàn)在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能。

這些計算機程序指令也可裝載到計算機或其他可編程數據處理設備上，使得在計算機或其他可編程設備上執(zhí)行一系列操作步驟以產生計算機實現(xiàn)的處理，從而在計算機或其他可編程設備上執(zhí)行的指令提供用于實現(xiàn)在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能的步驟。

本發(fā)明中應用了具體實施例對本發(fā)明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時，對于本領域的一般技術人員，依據本發(fā)明的思想，在具體實施方式及應用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內容不應理解為對本發(fā)明的限制。