[发明专利]机车空调高频软开关不间断电源及其实现方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种机车空调用电源，具体是指一种机车空调高频软开关不间断电源及其实现方法。

背景技术

随着我国铁路建设的发展，全国机车车头的数量已经接近一万辆。由于机车头内大功率电源及其拖动装置等设备引起机车车内温度高达50℃～70℃，如果在这样的温度下没有机车空调装置，则将大大的影响设备运行安全和司机运行人员的身心健康，极易造成操作失误和事故。

目前，我国机车空调组有20多个生产单位，但其所生产的机车空调组故障频率极高，其维修费用也极为昂贵，从而成为近年来铁路部门普遍所存在的难题，至今没有得到很好的解决。经过长时间的研究和分析，人们才找到导致空调机组频繁出现问题的真正原因不是空调机组本身，95％以上的故障都是由给空调机组供电的电力电子变流电源所造成的。由于机车都是通过牵引电源接触网获得电能的，而接触网电能却存在以下几种弊端：1、输出电压波形严重畸变，谐波分量大于15％；2、电压输出波幅变化可达±40％；3、瞬间还会产生6～10倍的针形峰值干扰电压等。因此，传统的电力电子变流空调电源很难抵制接触网差值电源的影响，从而导致空调机组设备故障频发。

发明内容

本发明的目的在于克服目前电力电子变流电源容易受接触网电源质量恶劣品质等的影响，使得空调机组设备故障频发的缺陷，提供一种能有效降低针形峰值干扰电压等的影响，从而显著减少空调机组设备故障频繁产生的机车空调高频软开关不间断电源。

本发明的另一目的是提供该机车空调高频软开关不间断电源的实现方法。

本发明的目的通过下述技术方案实现：机车空调高频软开关不间断电源，主要由接触网接入端所引入的输入电压经多重滤波网络后依次经过一级整流滤波电路、高频逆变电路、高频升压变压器、二级整流滤波电路、PWM斩波电路及三相逆变电路后形成输出电压，同时，在PWM斩波电路与三相逆变电路之间还并联有蓄电池电路形成对空调机组负载的不间断供电。

为了更好的实现本发明，所述的高频逆变电路为由四个IGBT管所组成的桥式高频开关电路(由模拟电子技术控制)；所述的一级整流滤波电路为普通工频桥式整流滤波电路、二级整流滤波电路为高频桥式整流滤波电路；所述的三相逆变电路为由智能功率模块IPM所构成的输出逆变电路(由DSP单片微机硬件电路及其实时控制软件控制)；所述的斩波电路为由IGBT管、续流二极管D及电感L组成；所述的多重滤波网络为由一个以上的LC多级滤波回路依次串联而成。

机车空调高频软开关不间断电源的实现方法，主要包括以下步骤：

(a)由接触网接入端将接触网的高压27.5KV单相交流电源变换成220V或396V的交流主电路电源；

(b)交流主电路电源经多重滤波网络进行削峰后再经一级整流滤波电路进行桥式整流滤波，得到一个随接触网电网波动的直流电压；

(c)该直流电压经高频逆变电路及高频升压变压器后得到高频交流调制波电压(采用模拟电路及自动控制闭环反馈电路)；

(d)该高频交流调制波电压经二级整流滤波电路和PWM斩波电路后得到稳定的540V的中间直流变换电压；

(e)该中间直流变换电压经三相逆变电路后生成稳定的380V的交流输出电压。

同时，在执行步骤(e)的同时还由中间直流变换电压对蓄电池电路进行充电。

为了避免机车在通过分相段时断电，本发明蓄电池电路的输出直流电压与中间直流变换电压通过电子合并同时向三相逆变电路供电形成不间断供电。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

(1)本发明在将接触网电压引入一级整流滤波电路之前预先进行了削峰处理，从而有效的抑制了接触网脉冲峰值电压的干扰。

(2)传统的斩波升压电路是单片微机控制技术的单管IGBT管的升压控制电路，其升压原理是采用电感蓄能，由于电感是一个大惯性环节，再加上微机控制技术的控制动态快速跟随性相对于模拟控制技术的动态品质差，面对接触网电压瞬间大波幅变化时非常容易失步(特别是面对接触网由低电压突跳到高电压时)产生过电压，从而击穿该IGBT管等元件。而本发明则采用高频逆变电路和高频升压变压器所组成的模拟控制电路，因此不仅其控制的响应速度非常快，而且其动态品质非常好，从而增加了输出电压的安全性能。

(3)本发明的高频逆变电路还可以采用软开关技术(传统的单管是不可能采用此技术)，对抑制IGBT开关管所承受的du/dt，di/dt以及对IGBT管的开关损耗所引起的发热有明显的作用，提高了IGBT管的运行安全可靠性。