CN107888097A - 一种全控型整流电路 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种全控型整流电路,包括交流电源、储能及谐振电感L1、全控型整流桥,全控型整流桥包括四个IGBT,T1的发射极与T2的集电极连接并作为第一输入端,T3的发射极与T4的集电极连接并作为第二输入端,T1的集电极和T3的集电极连接并作为正极输出端,T2的发射极和T4的发射极连接并作为负极输出端;交流电源的一端、储能及谐振电感L1、全控型整流桥的第一输入端依次电连接,交流电源的另一端接全控型整流桥的第二输入端,全控型整流桥的正极输出端和负极输出端分别接负载的正极和负极。控制IGBT的驱动参数,以及利用储能及谐振电感L1能够实现交流输入端电流与电压同相位运行,提高输入端的功率因数,减小列车供电设备对电网的谐波污染。
Description
技术领域
本发明涉及列车供电***领域,更具体地,涉及一种全控型整流电路。
背景技术
列车供电***主要应用于铁路客运列车的供电。我国铁路客运列车供电一般由机车将电网输入的交流电整流成直流,并向客运列车各个车厢提供DC600V的直流供电电压,各车厢再将该直流电压转变成所需的电能形式。
国内现有的列车供电***的整流电路普遍采用晶闸管单相半控整流方式实现输入交流电与输出直流电的转换。晶闸管是一种半控型功率半导体器件,整流电路采用晶闸管组成整流桥臂。由于晶闸管整流电路的固有特性决定了输入端的交流电压和电流难以实现相位同步,因此晶闸管整流电路功率因数不高,对输入端交流电网的谐波污染较大。
发明内容
本发明为克服上述现有技术所述的晶闸管整流电路功率因数不高、对输入端交流电网的谐波污染较大的缺陷,提供一种全控型整流电路,能够提高输入端的功率因数,减小列车供电设备对电网的谐波污染。
为解决上述技术问题,本发明的技术方案如下:
一种全控型整流电路,包括交流电源、储能及谐振电感L1、全控型整流桥,所述全控型整流桥包括四个IGBT(绝缘栅双极型晶体管),分别记为T1、T2、T3、T4,T1的发射极与T2的集电极连接并作为全控型整流桥的第一输入端,T3的发射极与T4的集电极连接并作为全控型整流桥的第二输入端,T1的集电极和T3的集电极连接并作为全控型整流桥的正极输出端,T2的发射极和T4的发射极连接并作为全控型整流桥的负极输出端;交流电源的一端、储能及谐振电感L1、全控型整流桥的第一输入端依次电连接,交流电源的另一端接全控型整流桥的第二输入端,全控型整流桥的正极输出端和负极输出端分别接负载的正极和负极。
IGBT是全控型功率半导体器件,具有饱和压降底、驱动功率小、开关速度快、优点,与晶闸管整流电路相比,IGBT整流电路工作频率高,控制精度好。
在一种优选的方案中,所述全控型整流电路还包括支撑及滤波电容C1,支撑及滤波电容C1接在全控型整流桥的正极输出端和负极输出端之间。传统整流电路的直流输出端通过串联平波电抗器进行滤波,平波电抗器的体积较大;本发明通过全控型整流桥和直流输出端的支撑及滤波电容C1实现滤波功能,减小了输出端的直流纹波因数,省去了直流输出端的平波电抗器,可减小列车供电设备体积,实现轻量化。
在一种优选的方案中,所述全控型整流电路还包括串联于储能及谐振电感L1和全控型整流桥第一输入端之间的预充电电路,预充电电路包括充电接触器KM1、充电电阻R1、短接接触器KM2,充电接触器KM1与充电电阻R1串联后与短接接触器KM2并联。
在一种优选的方案中,所述充电电阻R1的阻值为0.2~1.2Ω。当充电电阻R1电阻值与客车用电负载电阻相匹配,即在0.2Ω~1.2Ω范围内时,预充电启动电路可实现带负载软启动功能,支撑及滤波电容C1两端电压的缓慢上升从而使负载两端电压的同步缓慢上升,即实现带负载软启动,减小负载投入过程中的电压电流冲击。
在一种优选的方案中,所述全控型整流电路还包括直流输出隔离电路,直流输出隔离电路包括串联在全控型整流桥正极输出端和负载正极之间的接触器KM3以及串联在全控型整流桥负极输出端和负载负极之间的接触器KM4。
在一种优选的方案中,所述全控型整流电路还包括接地检测电路,接地检测电路包括电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电流传感器U2和电压传感器VH3,电阻R3的一端接全控型整流桥正极输出端,电阻R3的另一端通过电阻R4接全控型整流桥负极输出端,电阻R3的另一端、电阻R5、电阻R7的一端依次连接,电阻R7的另一端通过一接触器KM5接地,电阻R6与电阻R5并联,电流传感器U2与电阻R7并联,电压传感器VH3的一端接电阻R3的一端,电压传感器VH3的另一端接电阻R7的另一端。
当与接地检测电路连接的两个测量点任何一个接地时,电流传感器U2、电压传感器VH3检测到异常信号,并向控制单元反馈,控制单元可停止全控整流电路工作。
在一种优选的方案中,所述全控型整流电路还包括信号检测装置,信号检测装置包括同步变压器TBK1、电流传感器LH1和电压传感器VH1,同步变压器TBK1与交流电源连接,电流传感器LH1串联在交流电源的另一端和全控型整流桥第二输入端之间,电压传感器VH1连接全控型整流桥的正极输出端和负极输出端。
同步变压器TBK1测量交流输入端的电压值及电压相位,电流传感器LH1测量交流输入端的电流值,根据同步变压器TBK1、电流传感器LH1反馈的信号,通过控制IGBT的驱动参数,实现交流输入端电流与电压同相位运行。
电压传感器VH1测量输出端的直流电压,通过电压传感器VH1反馈的信号,控制直流输出端电压工作在既定电压范围。
在一种优选的方案中,所述全控型整流桥采用PWM(Pulse Width Modulation,脉冲宽度调制)方式驱动,通过调节PWM驱动参数实现对整流桥的控制。
与现有技术相比,本发明技术方案的有益效果是:本发明提供一种全控型整流电路,包括交流电源、储能及谐振电感L1、全控型整流桥,所述全控型整流桥包括四个IGBT,T1的发射极与T2的集电极连接并作为全控型整流桥的第一输入端,T3的发射极与T4的集电极连接并作为全控型整流桥的第二输入端,T1的集电极和T3的集电极连接并作为全控型整流桥的正极输出端,T2的发射极和T4的发射极连接并作为全控型整流桥的负极输出端;交流电源的一端、储能及谐振电感L1、全控型整流桥的第一输入端依次电连接,交流电源的另一端接全控型整流桥的第二输入端,全控型整流桥的正极输出端和负极输出端分别接负载的正极和负极。通过控制IGBT的驱动参数,以及利用交流输入端串联的储能及谐振电感L1能够实现交流输入端电流与电压同相位运行,提高输入端的功率因数,减小列车供电设备对电网的谐波污染。
附图说明
图1为本发明全控型整流电路的电路图。
图2为本发明全控型整流电路的工作原理图。
图3为2个全控型整流电路并联供电的示意图。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明,不能理解为对本专利的限制;
为了更好说明本实施例,附图某些部件会有省略、放大或缩小,并不代表实际产品的尺寸;
对于本领域技术人员来说,附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
实施例1
如图1所示,一种全控型整流电路,包括交流电源、储能及谐振电感L1、全控型整流桥,所述全控型整流桥包括四个IGBT(绝缘栅双极型晶体管),分别记为T1、T2、T3、T4,T1的发射极与T2的集电极连接并作为全控型整流桥的第一输入端,T3的发射极与T4的集电极连接并作为全控型整流桥的第二输入端,T1的集电极和T3的集电极连接并作为全控型整流桥的正极输出端,T2的发射极和T4的发射极连接并作为全控型整流桥的负极输出端;交流电源的一端、储能及谐振电感L1、全控型整流桥的第一输入端依次电连接,交流电源的另一端接全控型整流桥的第二输入端,全控型整流桥的正极输出端和负极输出端分别接负载的正极和负极。
IGBT是全控型功率半导体器件,具有饱和压降底、驱动功率小、开关速度快、优点,与晶闸管整流电路相比,IGBT整流电路工作频率高,控制精度好。
在具体实施过程中,所述全控型整流电路还包括串联于储能及谐振电感L1和全控型整流桥第一输入端之间的预充电电路,预充电电路包括充电接触器KM1、充电电阻R1、短接接触器KM2,充电接触器KM1与充电电阻R1串联后与短接接触器KM2并联。
在具体实施过程中,所述全控型整流电路还包括直流输出隔离电路,直流输出隔离电路包括串联在全控型整流桥正极输出端和负载正极之间的接触器KM3以及串联在全控型整流桥负极输出端和负载负极之间的接触器KM4。
在具体实施过程中,所述全控型整流电路还包括接地检测电路,接地检测电路包括电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电流传感器U2和电压传感器VH3,电阻R3的一端接全控型整流桥正极输出端,电阻R3的另一端通过电阻R4接全控型整流桥负极输出端,电阻R3的另一端、电阻R5、电阻R7的一端依次连接,电阻R7的另一端通过一接触器KM5接地,电阻R6与电阻R5并联,电流传感器U2与电阻R7并联,电压传感器VH3的一端接电阻R3的一端,电压传感器VH3的另一端接电阻R7的另一端。
当与接地检测电路连接的两个测量点任何一个接地时,电流传感器U2、电压传感器VH3检测到异常信号,并向控制单元反馈,控制单元可停止全控整流电路工作。
在具体实施过程中,所述全控型整流电路还包括信号检测装置,信号检测装置包括同步变压器TBK1、电流传感器LH1和电压传感器VH1,同步变压器TBK1与交流电源连接,电流传感器LH1串联在交流电源的另一端和全控型整流桥第二输入端之间,电压传感器VH1连接全控型整流桥的正极输出端和负极输出端。
同步变压器TBK1测量交流输入端的电压值及电压相位,电流传感器LH1测量交流输入端的电流值,根据同步变压器TBK1、电流传感器LH1反馈的信号,通过控制IGBT的驱动参数,实现交流输入端电流与电压同相位运行。
电压传感器VH1测量输出端的直流电压,通过电压传感器VH1反馈的信号,控制直流输出端电压工作在既定电压范围。
在具体实施过程中,所述全控型整流桥采用PWM(Pulse Width Modulation,脉冲宽度调制)方式驱动,通过调节PWM驱动参数实现对整流桥的控制。
如图2所示,本发明全控型整流电路在工作时,信号检测装置检测全控型整流电路的工作状态,包括多处电压值和电流值,控制单元根据信号检测装置的测量值产生控制指令,控制全控型整流电路的工作状态,将交流电转化为直流电,供给列车负载。
多个全控型整流电路可并联供电,图3为2个全控型整流电路并联供电的示意图,在直流侧并网时,2个全控型整流电路的直流输出分别经过接触器KM6和接触器KM7后进行直流并网,KM6和KM7用于并联供电隔离。
本发明提供一种全控型整流电路,包括交流电源、储能及谐振电感L1、全控型整流桥,所述全控型整流桥包括四个IGBT,通过控制IGBT的驱动参数,以及利用交流输入端串联的储能及谐振电感L1能够实现交流输入端电流与电压同相位运行,提高输入端的功率因数,减小列车供电设备对电网的谐波污染。
实施例2
本实施例在实施例1基础上进一步改进,所述全控型整流电路还包括支撑及滤波电容C1,支撑及滤波电容C1接在全控型整流桥的正极输出端和负极输出端之间。
传统整流电路的直流输出端通过串联平波电抗器进行滤波,平波电抗器的体积较大;本实施例通过全控型整流桥和直流输出端的支撑及滤波电容C1实现滤波功能,减小了输出端的直流纹波因数,省去了直流输出端的平波电抗器,可减小列车供电设备体积,实现轻量化。
实施例3
本实施例在实施例2基础上进一步改进,将充电电阻R1的阻值设置为为0.2~1.2Ω。客车用电负载电阻通常在0.2Ω~1.2Ω范围内,当充电电阻R1电阻值与客车用电负载电阻相匹配,即在0.2Ω~1.2Ω范围内时,预充电启动电路可实现带负载软启动功能,支撑及滤波电容C1两端电压的缓慢上升从而使负载两端电压的同步缓慢上升,即实现带负载软启动,减小负载投入过程中的电压电流冲击。
相同或相似的标号对应相同或相似的部件;
附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明,不能理解为对本专利的限制;
显然,本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例,而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种全控型整流电路,其特征在于,包括交流电源、储能及谐振电感L1、全控型整流桥,所述全控型整流桥包括四个IGBT,分别记为T1、T2、T3、T4,T1的发射极与T2的集电极连接并作为全控型整流桥的第一输入端,T3的发射极与T4的集电极连接并作为全控型整流桥的第二输入端,T1的集电极和T3的集电极连接并作为全控型整流桥的正极输出端,T2的发射极和T4的发射极连接并作为全控型整流桥的负极输出端;交流电源的一端、储能及谐振电感L1、全控型整流桥的第一输入端依次电连接,交流电源的另一端接全控型整流桥的第二输入端,全控型整流桥的正极输出端和负极输出端分别接负载的正极和负极。
2.根据权利要求1所述的全控型整流电路,其特征在于,所述全控型整流电路还包括支撑及滤波电容C1,支撑及滤波电容C1接在全控型整流桥的正极输出端和负极输出端之间。
3.根据权利要求1所述的全控型整流电路,其特征在于,所述全控型整流电路还包括串联于储能及谐振电感L1和全控型整流桥第一输入端之间的预充电电路,预充电电路包括充电接触器KM1、充电电阻R1、短接接触器KM2,充电接触器KM1与充电电阻R1串联后与短接接触器KM2并联。
4.根据权利要求 3所述的全控型整流电路,其特征在于,所述充电电阻R1的阻值为0.2~1.2Ω。
5.根据权利要求1-4任一项权利要求所述的全控型整流电路,其特征在于,所述全控型整流电路还包括直流输出隔离电路,直流输出隔离电路包括串联在全控型整流桥正极输出端和负载正极之间的接触器KM3以及串联在全控型整流桥负极输出端和负载负极之间的接触器KM4。
6.根据权利要求1-4任一项权利要求所述的全控型整流电路,其特征在于,所述全控型整流电路还包括接地检测电路,接地检测电路包括电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电流传感器U2和电压传感器VH3,电阻R3的一端接全控型整流桥正极输出端,电阻R3的另一端通过电阻R4接全控型整流桥负极输出端,电阻R3的另一端、电阻R5、电阻R7的一端依次连接,电阻R7的另一端通过一接触器KM5接地,电阻R6与电阻R5并联,电流传感器U2与电阻R7并联,电压传感器VH3的一端接电阻R3的一端,电压传感器VH3的另一端接电阻R7的另一端。
7.根据权利要求5所述的全控型整流电路,其特征在于,所述全控型整流电路还包括接地检测电路,接地检测电路包括电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电流传感器U2和电压传感器VH3,电阻R3的一端接全控型整流桥正极输出端,电阻R3的另一端通过电阻R4接全控型整流桥负极输出端,电阻R3的另一端、电阻R5、电阻R7的一端依次连接,电阻R7的另一端通过一接触器KM5接地,电阻R6与电阻R5并联,电流传感器U2与电阻R7并联,电压传感器VH3的一端接电阻R3的一端,电压传感器VH3的另一端接电阻R7的另一端。
8.根据权利要求1-4任一项权利要求所述的全控型整流电路,其特征在于,所述全控型整流电路还包括信号检测装置,信号检测装置包括同步变压器TBK1、电流传感器LH1和电压传感器VH1,同步变压器TBK1与交流电源连接,电流传感器LH1串联在交流电源的另一端和全控型整流桥第二输入端之间,电压传感器VH1连接全控型整流桥的正极输出端和负极输出端。
9.根据权利要求5所述的全控型整流电路,其特征在于,所述全控型整流电路还包括信号检测装置,信号检测装置包括同步变压器TBK1、电流传感器LH1和电压传感器VH1,同步变压器TBK1与交流电源连接,电流传感器LH1串联在交流电源的另一端和全控型整流桥第二输入端之间,电压传感器VH1连接全控型整流桥的正极输出端和负极输出端。
10.根据权利要求1-4任一项权利要求所述的全控型整流电路,其特征在于,所述全控型整流桥采用PWM方式驱动,通过调节PWM驱动参数实现对整流桥的控制。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20180406 |
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