CN213027820U - 一种用于直流纯电动小火车的辅助变流器 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于直流纯电动小火车技术领域，涉及一种用于直流纯电动小火车的辅助变流器，包括前级DC/DC稳压模块，前级DC/DC稳压模块分别与后级隔离逆变模块、24V直流输出模块、24V充电模块连接；前级DC/DC稳压模块、后级隔离逆变模块、24V直流输出模块均与控制器连接，24V直流输出模块还与24V充电模块连接；后级隔离逆变模块输出三相四线制交流电。该辅助变流器具备多路高压输出，且输出功率大，能够为整车提供220V、380V负载，且能够承受三相不平衡负载；还具备多路低压输出，且输出功率大，能够为整车提供低压24V负载，同时可为整车蓄电池提供24V充电，额定负载下充电机输出效率>85％。

Description

一种用于直流纯电动小火车的辅助变流器

技术领域

本实用新型属于直流纯电动小火车技术领域，涉及一种用于直流纯电动小火车的辅助变流器。

背景技术

随着国际、国内旅游事业的不断发展，全社会大力倡导“节能减排、绿色发展”，纯电动观光旅游小火车的市场得以蓬勃发展。纯电动观光旅游小火车主要应用于旅游景点，整车采用大容量直流动力电池供电，没有尾气排放，其造型美观、载客量大、成本较低，受到了游客、旅游公司的青睐。

纯电动小火车除机械结构装置外，内部还含有牵引变流器、辅助变流器、蓄电池箱、冷却***、电阻制动及火车低压控制***等。由于受火车界限尺寸的限制，造成火车电气和机械布局空间不足，各***部件需要在满足功能设计的基础上精简尺寸，传统大功率辅助变流器不适用于旅游小火车。因此，如何在有限的空间内使辅助变流器为旅游小火车提供整车高压负载供电、低压控制负载供电，且能够满足***各项功能要求的电气***原理及部件选型布局。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种用于直流纯电动小火车的辅助变流器，既能够实现直流输入范围广、低压控制、多路低压输出、多路高压输出的显著功能，还能够满足小尺寸空间的使用。

为实现上述目的，本实用新型提供了如下技术方案：

这种用于直流纯电动小火车的辅助变流器，包括前级DC/DC稳压模块，所述前级DC/DC稳压模块分别与后级隔离逆变模块、24V直流输出模块、24V充电模块连接；所述前级DC/DC稳压模块、后级隔离逆变模块、24V直流输出模块均与控制器连接，所述24V直流输出模块还与24V充电模块连接；所述后级隔离逆变模块输出三相四线制交流电。

进一步，直流电源的直流电通过熔断器FU接入所述前级DC/DC稳压模块。

进一步，所述24V直流输出模块由多个相同的DC/DC单元组成，多个DC/DC单元的输入、输出端并联。

进一步，所述24V直流输出模块采用DC-AC-AC-DC电路拓扑结构，利用高频隔离方式实现输入、输出的隔离。

进一步，所述前级DC/DC稳压模块采用BUCK-BOOST变换电路，所述BUCK-BOOST变换电路包括功率管Q1、Q2、Q3、Q4和电容C1、C2及电感L；

所述功率管Q1的漏极接第一电压V1+，所述功率管Q1的源极分别与电感L、功率管Q2的漏极连接，所述功率管Q2的源极接第一电压V1-，所述第一电压V1+与第一电压V1-设有电容C1；

所述功率管Q3的漏极接第二电压V2+，所述功率管Q3的源极分别与电感L、功率管Q4的漏极连接，所述功率管Q4的源极接第二电压V2-，所述第二电压V2+与第二电压V2-设有电容C2。

进一步，所述后级隔离逆变模块包括两级电路模块，第一级电路模块采用三组独立高频LLC电路拓扑实现输入、输出电气隔离，第二级电路模块采用三组独立的H桥逆变电路。

进一步，所述辅助变流器的输入电压为DC400V-DC750V。

进一步，所述辅助变流器包括柜体，所述柜体内设有用以实现各模块协同工作及与外部通信的控制器，所述控制器包括CAN总线通信接口、调试接口。

进一步，所述柜体设有吊装吊耳及防脱落吊耳。

进一步，所述前级DC/DC稳压模块和后级隔离逆变模块位于柜体内的一侧，所述24V直流输出模块、24V充电模块及控制器位于柜体内的另一侧。

与现有技术相比，本实用新型提供的技术方案包括以下有益效果：通过在辅助变流器柜体内设置前级DC/DC稳压模块、后级隔离逆变模块、24V直流输出模块、24V充电模块及控制器的设计，使其具备多路高压输出，且输出功率大，能够为整车提供220V、380V负载，且能够承受三相不平衡负载；还具备多路低压输出，且输出功率大，能够为整车提供低压24V负载，同时可为整车蓄电池提供24V充电，额定负载下充电机输出效率>85％，空载损耗<600W。

此外，通过在柜体上设置吊装吊耳，可实现辅助变流器在列车底部的吊装安装，不占用列车车上空间；同时配合防脱落吊耳的设计，防止设备使用过程中出现掉落，损坏设备、增强安全保障。

该辅助变流器，直流输入范围广，涵盖DC400V-DC750V；整机结构尺寸小，适用于窄空间环境，尤其适用于直流纯电动小火车；整机采用低压控制，稳定可靠、损耗小。

附图说明

图1为本实用新型提供的用于直流纯电动小火车的辅助变流器的电路连接框图；

图2为本实用新型提供的用于直流纯电动小火车的辅助变流器的电气原理图；

图3为本实用新型提供的用于直流纯电动小火车的辅助变流器的结构图；

图4为图3的主视图；

图5为图3的后视图；

图6为图3的左视图；

图7为图3的右视图；

图8为本实用新型提供的BUCK-BOOST变换电路的原理框图；

图9为本实用新型提供的前级DC/DC稳压模块的结构图；

图10为本实用新型提供的后级隔离逆变模块的原理框图；

图11为本实用新型提供的后级隔离逆变模块的结构图；

图12为本实用新型提供的24V直流输出模块的结构图。

其中：1、柜体接地端子；2、直流24V充电正线输出端；3、直流24V充电负线输出端；4、直流24V负载正线输出端；5、直流24V负载负线输出端；6、交流220V/380V输出端；7、排风口；8、柜体；9、柜锁；10、防脱落吊耳；11、吊装吊耳；12、直流正线输入端；13、直流负线输出端；14、前级DC/DC稳压模块；15、后级隔离逆变模块；16、控制器；17、通信端子。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本实用新型相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与所附权利要求书中所详述的、本实用新型的一些方面相一致的装置的例子。

为了使本领域的技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步详细描述。

参见图1所示，本实用新型提供了一种用于直流纯电动小火车的辅助变流器，包括前级DC/DC稳压模块14，前级DC/DC稳压模块14分别与后级隔离逆变模块15、24V直流输出模块、24V充电模块连接；前级DC/DC稳压模块14、后级隔离逆变模块15、24V直流输出模块均与控制器16连接，24V直流输出模块还与24V充电模块连接；后级隔离逆变模块15输出三相四线制交流电。

进一步，结合图2所示，直流电源的直流电通过熔断器FU接入前级DC/DC稳压模块14得到稳定的直流电压，以消除输入电压的波动，为后级电路创造稳定的工作条件。

进一步，结合图12所示，24V直流输出模块由多个相同的DC/DC单元组成，多个DC/DC单元的输入、输出端并联，以达到整车所需的直流电源容量，同时实现输入、输出的电气隔离。

进一步，24V直流输出模块采用DC-AC-AC-DC电路拓扑结构，利用高频隔离方式实现输入、输出的隔离。该24V直流输出模块采用非电解电容设计，具有输出恒流、恒压以及无级调压调流功能；具有过温自动降额、过流、短路等多重保护，具备对输入输出状态等各项参数的监测及自诊断功能。单模块额定功率2.7kW，最大功率3kW，使用多个相同的模块并联，安装在同一个散热器上组成24V直流输出模块。

进一步，24V充电模块在硬件上与24V直流输出模块硬件相同，只包含一个DC/DC单元，通过接受特定的运行指令，可工作于恒流或恒压模式，完成对外部电池的充电功能。

进一步，结合图8-9所示，所述前级DC/DC稳压模块14采用BUCK-BOOST变换电路，实现输入直流电压稳压处理，为后级DC/AC和DC/DC提供稳定的工作电源。BUCK-BOOST变换电路包括功率管Q1、Q2、Q3、Q4和电容C1、C2及电感L；

功率管Q1的漏极接第一电压V1+，功率管Q1的源极分别与电感L、功率管Q2的漏极连接，功率管Q2的源极接第一电压V1-，第一电压V1+与第一电压V1-设有电容C1；

功率管Q3的漏极接第二电压V2+，功率管Q3的源极分别与电感L、功率管Q4的漏极连接，功率管Q4的源极接第二电压V2-，第二电压V2+与第二电压V2-设有电容C2。

进一步，结合图10-11所示，后级隔离逆变模块15包括两级电路模块，第一级电路模块采用三组独立高频LLC电路拓扑实现输入、输出电气隔离，第二级电路模块采用三组独立的H桥逆变电路，通过交流220V/380V输出端6，可满足三相承受不平衡负载。其电气原理如图10所示，整体结构如图11所示，逆变器内部自带辅助供电电路，无需额外增加辅助供电，三相逆变电路控制电路板共用，实现故障统一处理，统一上报，减少控制板数量。

进一步，结合图3-7所示，该辅助变流器包括柜体8，柜体8的右侧面设有柜体接地端子1、直流24V充电正线输出端2、直流24V充电负线输出端3、直流24V负载正线输出端4、直流24V负载负线输出端5、交流220V/380V输出端6；柜体8的左侧面设有直流正线输入端12、直流负线输入端13及通信端子17；柜体8的背部设有排风口7及柜锁9。

进一步，柜体8内设有用以实现各模块的协同工作及与外部通信的控制器16，控制器16包括CAN总线通信接口、调试接口，其中调试接口可用于控制器16本身的数据调整和软件升级。

进一步，柜体8设有吊装吊耳11及防脱落吊耳10，采用吊装吊耳11的设计，可实现辅助变流器在列车底部的吊装安装，不占用列车车上空间；采用防脱落吊耳10的设计，防止设备使用过程中出现掉落，损坏设备，增强安全保障。

进一步，前级DC/DC稳压模块14和后级隔离逆变模块15位于柜体8内的一侧，且前级DC/DC稳压模块14位于后级隔离逆变模块15的上方；24V直流输出模块、24V充电模块及控制器16位于柜体8内的另一侧，且24V直流输出模块、24V充电模块均位于控制器16的上方。

进一步，辅助变流器的输入电压为DC400V-DC750V。

该辅助变流器的参数规格分别如下：

1)输入规格

2)交流380V输出规格

3)交流220V输出规格

4)直流24V输出规格

5)充电机输出规格

综上，本实用新型提供的这种用于直流纯电动小火车的辅助变流器，结合图2所示，DC400V-DC750V直流输入电源，通过熔断器FU后接入前级DC/DC稳压模块14进行稳压，得到稳定的直流电压(如稳压到DC750V)，以消除输入电压的波动，为后级电路创造稳定的工作条件。后级隔离逆变模块15将输入电源逆变为三相四线制AC380V 50Hz交流电输出，以提供给整车交流设备使用，同时实现输入与输出的电气隔离；24V直流输出模块由多个相同的DC/DC单元组成，其输入和输出并联以达到整车所需的直流电源容量，同时实现输入输出的电气隔离。24V充电模块在硬件上与直流模块相同，其只包含一个DC/DC单元，通过接受特定的运行指令，可工作于恒流或恒压模式，完成对外部电池的充电功能。

以上所述仅是本实用新型的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。

应当理解的是，本实用新型并不局限于上述已经描述的内容，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本实用新型的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种用于直流纯电动小火车的辅助变流器，其特征在于，包括前级DC/DC稳压模块(14)，所述前级DC/DC稳压模块(14)分别与后级隔离逆变模块(15)、24V直流输出模块、24V充电模块连接；所述前级DC/DC稳压模块(14)、后级隔离逆变模块(15)、24V直流输出模块均与控制器(16)连接，所述24V直流输出模块还与24V充电模块连接；所述后级隔离逆变模块(15)输出三相四线制交流电。

2.根据权利要求1所述的用于直流纯电动小火车的辅助变流器，其特征在于，直流电源的直流电通过熔断器FU接入所述前级DC/DC稳压模块(14)。

3.根据权利要求1所述的用于直流纯电动小火车的辅助变流器，其特征在于，所述24V直流输出模块由多个相同的DC/DC单元组成，多个DC/DC单元的输入、输出端并联。

4.根据权利要求1所述的用于直流纯电动小火车的辅助变流器，其特征在于，所述24V直流输出模块采用DC-AC-AC-DC电路拓扑结构，利用高频隔离方式实现输入、输出的隔离。

5.根据权利要求1所述的用于直流纯电动小火车的辅助变流器，其特征在于，所述前级DC/DC稳压模块(14)采用BUCK-BOOST变换电路，所述BUCK-BOOST变换电路包括功率管Q1、Q2、Q3、Q4和电容C1、C2及电感L；

所述功率管Q1的漏极接第一电压V1+，所述功率管Q1的源极分别与电感L、功率管Q2的漏极连接，所述功率管Q2的源极接第一电压V1-，所述第一电压V1+与第一电压V1-设有电容C1；

所述功率管Q3的漏极接第二电压V2+，所述功率管Q3的源极分别与电感L、功率管Q4的漏极连接，所述功率管Q4的源极接第二电压V2-，所述第二电压V2+与第二电压V2-设有电容C2。

6.根据权利要求1所述的用于直流纯电动小火车的辅助变流器，其特征在于，所述后级隔离逆变模块(15)包括两级电路模块，第一级电路模块采用三组独立高频LLC电路拓扑实现输入、输出电气隔离，第二级电路模块采用三组独立的H桥逆变电路。

7.根据权利要求1所述的用于直流纯电动小火车的辅助变流器，其特征在于，所述辅助变流器的输入电压为DC400V-DC750V。

8.根据权利要求1-7任一项所述的用于直流纯电动小火车的辅助变流器，其特征在于，包括柜体(8)，所述柜体(8)内设有用以实现各模块协同工作及与外部通信的控制器(16)，所述控制器(16)包括CAN总线通信接口、调试接口。

9.根据权利要求8所述的用于直流纯电动小火车的辅助变流器，其特征在于，所述柜体(8)设有吊装吊耳(11)及防脱落吊耳(10)。

10.根据权利要求8所述的用于直流纯电动小火车的辅助变流器，其特征在于，所述前级DC/DC稳压模块(14)和后级隔离逆变模块(15)位于柜体(8)内的一侧，所述24V直流输出模块、24V充电模块及控制器(16)位于柜体(8)内的另一侧。

Images