CN217477100U - 涡流制动励磁电源 - Google Patents

Abstract

本实用新型为一种涡流制动励磁电源，该涡流制动励磁电源至少包括两组供电***，两组供电***的输入端共用一个输入主功率接口，且两组供电***的输入端分别通过输入主功率接口接入车辆牵引***的直流母线；两组供电***的输出端电气隔离，且一组供电***的输出端通过第一输出主功率接口与车辆上一个转向架的涡流制动装置连接，另一组供电***的输出端通过第二输出主功率接口与车辆上另一个转向架的涡流制动装置连接。本实用新型解决了励磁电源仅能满足对列车的一个转向架的供电需求，不仅体积大、结构复杂，而且功率器件损耗大，导致制动***效率低的技术问题。

Description

涡流制动励磁电源

技术领域

本实用新型涉及轨道车辆制动技术领域，进一步的，涉及一种涡流制动励磁电源，尤其涉及一种用于高速列车涡流制动***的励磁电源。

背景技术

用于对轨道车辆进行制动的各种技术中，线性涡流制动是一种非黏着制动技术，涡流制动力不受车辆的轮轨黏着条件的限制，涡流制动可作为电制动及摩擦制动的额外补充，因此该技术是高速动车组进一步提速的关键。

一套完整的涡流制动***包括涡流制动装置、涡流控制单元和励磁电源三部分。其中，涡流制动装置是生成制动力的最终执行部件，涡流制动装置主要包括电磁铁、传力杆和支撑杠杆，电磁铁又包括磁轭梁、线圈组件和电气连接件等。当涡流制动施加时，励磁电源输出励磁电流至线圈组件，在线圈组件上形成N-S极交替排列的磁极，交变磁极与钢轨的相对运动使钢轨的表面产生电涡流并在磁场的作用下形成与车辆运动方向相反且平行的制动力，以及与车辆运动方向相垂直的吸力。在上述过程中，涡流制动控制单元根据制动力请求和车辆运行状态计算所需的电流值，将电流值发送给励磁电源；励磁电源从车辆牵引***中牵引变流器的中间环节接入直流电，根据接收到的所需电流值，向涡流制动装置输出连续可调的电流(直流电)，同时励磁电源实时监控涡流制动装置的电气状态，并将输出电流的实际值、励磁电源和涡流制动装置的状态反馈给涡流控制单元。

另外，传统的车辆(如：列车)所用的励磁电源的输入侧通常采用耐压值高达6.5kV的半导体器件，会产生较大的损耗，为了减小损耗，开关频率通常会控制在低于1kHz，在此种工况下，变压器则需要采用较大的体积和较大的重量。

针对现有技术中的励磁电源仅能满足对列车的一个转向架的供电需求，不仅体积大、结构复杂，而且功率器件损耗大，导致制动***效率低的问题，目前尚未给出有效的解决方案。

由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种涡流制动励磁电源，以克服现有技术的缺陷。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种涡流制动励磁电源，可同时满足两个转向架的供电需求，在减小体积、简化结构的同时，保证为车辆提供稳定、连续的涡流制动力，提高制动***的效率，提升车辆的制动能力。

本实用新型的目的可采用下列方式来实现：

本实用新型提供了一种涡流制动励磁电源，所述涡流制动励磁电源至少包括两组供电***，两组所述供电***的输入端共用一个输入主功率接口，且两组所述供电***的输入端分别通过输入主功率接口接入车辆牵引***的直流母线；两组所述供电***的输出端电气隔离，且一组所述供电***的输出端通过第一输出主功率接口与所述车辆上一个转向架的涡流制动装置接，另一组所述供电***的输出端通过第二输出主功率接口与所述车辆上另一个转向架的涡流制动装置连接。

在本实用新型的一较佳实施方式中，所述涡流制动励磁电源还包括机箱，所述供电***设置于所述机箱内，所述输入主功率接口、所述第一输出主功率接口和所述第二输出主功率接口均设置于所述机箱上；所述机箱的顶部设置有承重梁，所述承重梁装配于所述车辆上。

在本实用新型的一较佳实施方式中，所述机箱上设置有用于接收、发送控制信号的控制接口和用于通讯的通讯接口，所述控制接口和所述通讯接口分别与两组所述供电***连接。

在本实用新型的一较佳实施方式中，每组所述供电***包括输入模块、直流变换模块和输出模块，两组所述供电***中的所述输入模块的输入端均与所述输入主功率接口连接，两组所述供电***中的所述输入模块的输出端分别与对应的所述直流变换模块的输入端连接，两组所述供电***中的所述输出模块分别与所述第一输出主功率接口和所述第二输出主功率接口连接。

在本实用新型的一较佳实施方式中，两组所述供电***中的所述输入模块、所述直流变换模块和所述输出模块在所述机箱内呈中心对称设置，且所述第一输出主功率接口和所述第二输出主功率接口分别设置于机箱的两相对侧壁上。

在本实用新型的一较佳实施方式中，所述涡流制动励磁电源还包括分别对两组所述供电***进行散热的第一风机和第二风机，所述第一风机和所述第二风机相对设置于所述机箱1的两相对外壁上。

在本实用新型的一较佳实施方式中，所述输入模块的输入端通过所述输入主功率接口接入所述车辆牵引***的直流母线，所述输入模块的输电线路上设置有熔断器、输入接触器和第一滤波器。

在本实用新型的一较佳实施方式中，所述输入模块还包括与所述输入接触器相并联的预充电电路，所述预充电电路上串联有电阻和预充电开关。

在本实用新型的一较佳实施方式中，所述直流变换模块包括多个串联谐振变换单元，每个所述串联谐振变换单元包括谐振逆变器、变压器和整流器，各所述串联谐振变换单元中的所述谐振逆变器相串联并与所述输入模块的输出端连接，以形成对母线电压进行均分的初级侧；

各所述串联谐振变换单元中的所述整流器相并联并与所述输出模块的输入端连接，以形成单一输出电压的次级侧；

各所述串联谐振变换单元中的所述谐振逆变器与对应的所述整流器之间设置有变压器，在变压的同时对所述初级侧与所述次级侧形成电气隔离。

在本实用新型的一较佳实施方式中，所述直流变换模块包括降压变换器，所述降压变换器设置于所述次级侧与所述输出模块的输入端之间的输电线路上。

在本实用新型的一较佳实施方式中，所述输出模块的输出端通过所述第一输出主功率接口或所述第二输出主功率接口与所述涡流制动装置的电源连接，所述输出模块的输电线路上设置有第二滤波器和输出接触器。

由上所述，本实用新型的涡流制动励磁电源的特点及优点是：本实用新型的涡流制动励磁电源至少包括两组供电***，两组供电***的输入端共用一个输入主功率接口，且两组供电***的输入端分别通过输入主功率接口接入车辆牵引***的直流母线，且两组供电***的输出端分别通过第一输出主功率接口和第二输出主功率接口与车辆上的两个转向架的涡流制动装置的电源连接，从而可同时满足两个转向架的供电需求，不仅减小体积、简化结构，而且能够保证为车辆提供稳定、连续的涡流制动力，提高制动***的效率，提升车辆的制动能力。

附图说明

以下附图仅旨在于对本实用新型做示意性说明和解释，并不限定本实用新型的范围。其中：

图1：为本实用新型涡流制动励磁电源的结构示意图之一。

图2：为本实用新型涡流制动励磁电源的结构示意图之二。

图3：为本实用新型涡流制动励磁电源的仰视图。

图4：为本实用新型涡流制动励磁电源与涡流制动装置的连接线路图。

图5：为本实用新型涡流制动励磁电源中单组供电***的电路结构图。

图6：为本实用新型涡流制动励磁电源控制方法的流程框图。

本实用新型中的附图标号为：

1、机箱； 2、承重梁；

3、第一风机； 4、控制接口；

5、通讯接口； 6、输入主功率接口；

7、第二输出主功率接口； 8、第二风机；

9、第一输出主功率接口； 10、输入模块；

101、熔断器； 102、输入接触器；

103、第一滤波器； 104、预充电电路；

1041、电阻； 1042、预充电开关；

11、直流变换模块； 111、串联谐振变换单元；

1111、谐振逆变器； 1112、变压器；

1113、整流器； 112、降压变换器；

113、电容器； 12、输出模块；

121、第二滤波器； 122、输出接触器；

13、直流母线； 14、涡流制动装置；

15、转向架； 16、供电***。

具体实施方式

为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本实用新型的具体实施方式。

如图1至图4所示，本实用新型提供了一种涡流制动励磁电源，该涡流制动励磁电源至少包括两组供电***16，两组供电***16的输入端共用一个输入主功率接口6，且两组供电***16的输入端分别通过输入主功率接口6接入车辆牵引***的直流母线13；两组供电***16的输出端电气隔离，且一组供电***16的输出端通过第一输出主功率接口9与车辆上一个转向架15的涡流制动装置14的负载连接，另一组供电***16的输出端通过第二输出主功率接口7与所述车辆上另一个转向架15的涡流制动装置14的负载连接。

本实用新型中的两组供电***16的输入端共用一个输入主功率接口6，且两组供电***16的输入端分别通过输入主功率接口6接入车辆牵引***的直流母线13(即：两组供电***16的输入端并联接入输入车辆牵引***的直流母线13)，且两组供电***16的输出端分别通过第一输出主功率接口9和第二输出主功率接口7与车辆上的两个转向架15的涡流制动装置的负载连接，因此，本实用新型的两组供电***16可同时从输入车辆牵引***中牵引变流器的中间直流环节取电，同时为两个转向架15上的涡流制动装置的电磁铁提供连续可调的励磁电流，满足供电需求。本实用新型的涡流制动励磁电源不仅减小体积、简化结构，而且能够保证为车辆提供稳定、连续的涡流制动力，提高制动***的效率，提升车辆的制动能力。

在本实用新型的一个可选实施例中，如图1、图2所示，涡流制动励磁电源还包括机箱1，供电***16设置于机箱1内，输入主功率接口6、第一输出主功率接口9和第二输出主功率接口7均设置于机箱1上；机箱1的顶部两侧分别设置有沿水平方向延伸的承重梁2，承重梁2装配于车辆上。通过承重梁2承载励磁电源的重量，保证励磁电源的稳定安装。

进一步的，如图1、图2所示，机箱1上设置有控制接口4和通讯接口5，控制接口4与整车的控制器或者车辆上其它***的控制器连接，且两组供电***16均与控制接口4连接，供电***16通过控制接口4接收、发送控制信号；通讯接口5与车辆的MVB总线和/或以太网连接，且两组供电***16均与通讯接口5连接，供电***16通过通讯接口5与外部进行通讯信息的传输。

在本实用新型的一个可选实施例中，如图3所示，每组供电***16包括输入模块10、直流变换模块11和输出模块12，两组供电***16中的输入模块10的输入端均与输入主功率接口6连接，两组供电***16中的输入模块10的输出端分别与对应的直流变换模块11的输入端连接，两组供电***16中的输出模块12分别与第一输出主功率接口9和第二输出主功率接口7连接。

进一步的，如图3所示，两组供电***16中的输入模块10、直流变换模块11和输出模块12在机箱1内呈中心对称设置，且第一输出主功率接口9和第二输出主功率接口7分别设置于机箱1的两相对侧壁上，不仅方便对每组供电***16的拆装和检修，而且布局更加合理，便于简化结构、减小体积，使两组供电***16在机箱1内单独工作，互不影响。

进一步的，如图1、图2所示，涡流制动励磁电源还包括第一风机3和第二风机8，第一风机3和第二风机8相对设置于机箱1的两相对外壁上(位于机箱1外部)，通过第一风机3和第二风机8分别对两组供电***16进行散热。

在本实用新型的一个可选实施例中，如图5所示，输入模块10的输入端通过输入主功率接口6接入车辆牵引***的直流母线13，输入模块10的输电线路上由输入端至直流变换模块11方向依次设置有熔断器101、输入接触器102和第一滤波器103。输入模块10的输入端从直流母线13取电，输入电压Vin为牵引直流母线电压，然后通过第一滤波器103进行滤波，滤波后的直流电在输出至直流变换模块11。

进一步的，第一滤波器103可为但不限于EMC电感器。

进一步的，如图5所示，输入模块10还包括与输入接触器102相并联的预充电电路104，预充电电路104上串联有电阻1041和预充电开关1042，在直流变换模块11的输电线路上设置有电容器13。在励磁电源开始工作之前，需要断开输入接触器102、闭合预充电开关1042，通过预充电电路104对励磁电源进行预充电，之后即可闭合输入接触器102、断开预充电开关1042，向直流变换模块11中持续送电。

在本实用新型的一个可选实施例中，如图5所示，直流变换模块11包括多个串联谐振变换单元111，每个串联谐振变换单元111包括谐振逆变器1111、变压器1112和整流器1113，各串联谐振变换单元111中的谐振逆变器1111相串联并与输入模块10的输出端连接，以形成对母线电压进行均分的初级侧；各串联谐振变换单元111中的整流器1113相并联并与输出模块12的输入端连接，以形成单一输出电压的次级侧；各串联谐振变换单元111中的谐振逆变器1111与对应的整流器1113之间设置有变压器1112，在变压的同时对初级侧与次级侧形成电气隔离。

进一步的，变压器1112可为但不限于中频变压器。

在本实用新型的一个具体实施例中，如图5所示，串联谐振变换单元111的数量为4个，且每个串联谐振变换单元111均包括一个谐振逆变器1111、一个变压器1112和一个整流器1113，4个谐振逆变器1111相串联用于均分由直流母线13提供的输入电压Vin，每一路串联谐振变换单元111的输入电压被均分为Vin/4；串联谐振变换单元111采用中频变压器，使直流变换模块11的初级侧与次级侧之间电气隔离。4个整流器1113相并联，从而转换成一个直流电压Vdclink进行输出。

进一步的，如图5所示，直流变换模块11包括降压变换器112，降压变换器112设置于次级侧与输出模块12的输入端之间的输电线路上。通过降压变换器112对直流电压Vdclink进行降压后输出至输出模块12。

进一步的，降压变换器112可为但不限于三电平降压变换器。

在本实用新型的一个具体实施例中，如图5所示，输出模块12的输出端通过第一输出主功率接口9或第二输出主功率接口7与涡流制动装置14的负载连接，输出模块12的输电线路上由直流变换模块11至输出端方向依次设置有第二滤波器121和输出接触器122。通过第二滤波器121进行滤波后，将输出电压Vout(即：每组供电***16最终输出的直流电压)进行输出，其输出电流为恒流恒流输出且连续可调。

进一步的，第二滤波器121可为但不限于EMC电感器。

本实用新型的涡流制动励磁电源的初级侧采用四个完全相同的谐振逆变器1111进行串联，每一路串联谐振变换单元111的输入电压被均分为输入模块10中输入电压Vin的1/4，从而可以选用耐压值为1.7kV的半导体器件，从而可将开关频率提升至20kHz以上，因此变压器1112的体积和重量可以大幅地减小，在相同的功率等级下，相较于传统的工频变压器，本申请的涡流制动励磁电源所采用的中频变压器的重量可以降低到十分之一左右。

如图6所示，对本实用新型的涡流制动励磁电源的控制方法包括如下步骤：

步骤S1：励磁电源上电后，励磁电源进行参数初始化，初始化后励磁电源进入待机状态；

其中，若励磁电源处于待机状态下出现故障(可为但不限于输电线路出现的短路和/或断路故障)，则励磁电源进入故障状态；故障消除后，励磁电源重新进入待机状态。

进一步的，故障状态指励磁电源检测到电源内部或者涡流制动装置(负载)过流、过压、过温、短路、断路等电气特性超出设计值，元器件状态异常、或者励磁电源与其他控制器间通信异常等，统称为故障状态。励磁电源进入故障状态后，会根据故障执行预设的相应保护动作(包括但不限于停机、部分停机、与牵引变流器或者涡流制动装置断开电气连接等)。

步骤S2：若待机状态下检测到有效输入电压，则励磁电源进入预充电状态；

其中，有效输入电压的范围可根据励磁电源的调压能力以及涡流制动装置所需电流进行预设，若通过直流母线13输出至供电***16中的电压在预设的电压范围内，则可判定为有效输入电压。

其中，若励磁电源处于预充电状态下出现故障(可为但不限于输电线路出现的短路和/或断路故障)，则励磁电源进入故障状态；故障消除后，励磁电源重新进入待机状态。

步骤S3：励磁电源预充电完成后进入等待状态；

其中，若励磁电源处于等待状态下出现故障(可为但不限于输电线路出现的短路和/或断路故障)，则励磁电源进入故障状态；故障消除后，励磁电源重新进入待机状态。

其中，若励磁电源处于等待状态下检测到无效输入电压，则励磁电源重新进入待机状态。无效输入电压的范围可根据励磁电源的调压能力以及涡流制动装置所需电流进行预设，若通过直流母线13输出至供电***16中的电压在预设的电压不在预设电压范围内，则可判定为无效输入电压。

步骤S4：若等待状态下接收到目标电流指令，则励磁电源进入供电状态。

其中，若励磁电源处于供电状态下检测到无效输入电压，则励磁电源重新进入待机状态。

其中，若励磁电源接收到目标电流指令不复合预设要求(即：不能响应目标电流)，则励磁电源重新进入等待状态。

在上述过程中若励磁电源接收到目标电流指令，则需要对其是否具备响该目标电流指令的条件进行判断(该条件可进行预设)，再根据判断结果进行下一步动作。

在本实用新型中对励磁电源的控制过程即为对励磁电源中每组供电***16的控制过程，进而分别对车辆不同的转向架的涡流制动装置的制动状态进行控制。

本实用新型的涡流制动励磁电源的特点及优点是：

一、该涡流制动励磁电源至少包括两组供电***16，两组供电***16的输入端共用一个输入主功率接口6，且两组供电***16的输出端分别通过第一输出主功率接口9和第二输出主功率接口7与车辆上的两个转向架的涡流制动装置的电源连接，从而可同时满足两个转向架的供电需求，不仅减小体积、简化结构，而且能够保证为车辆提供稳定、连续的涡流制动力，提高制动***的效率，提升车辆的制动能力。

二、该涡流制动励磁电源中，在串联谐振变换单元111的次级侧的半导体配置采用三电平降压变换器，采用了交错开关技术(其为一种软开关技术，能够优化输出电流的纹波特性，本实用新型中三电平降压变换器即使用了该控制技术)，可以有效改善输出电流的纹波特性，减小输出电流的纹波。

三、该涡流制动励磁电源中，在串联谐振变换单元111的初级侧采用四个谐振逆变器1111串联的方式，且通过变压器1112在串联谐振变换单元111的初级侧与次级侧之间形成电气隔离，因此，可以将次级侧的对地电压降至初级侧的一半以下，具体次级侧的对地电压可根据涡流制动装置的实际需求进行设计，从而降低了涡流制动装置的绝缘耐压等级，能够有效解决涡流制动装置难以适应牵引直流中压环节对地耐压过高的难题，提升了涡流制动电磁铁设计与生产的可行性和工艺性，改善涡流制动装置产品的质量，延长其使用寿命。

四、该涡流制动励磁电源由于输出电流纹波减小，从而无需再通过增加EMC电感器的感量来达到减小输出电流的纹波的目的，有助于减小EMC电感的体积和重量，进而减少励磁电源的体积和重量。另外，该涡流制动励磁电源中串联谐振变换单元111的初级侧采用四个谐振逆变器1111串联，对输入模块10的输入电压进行均分，从而可以使用低压的半导体器件，提升开关频率，可使用体积更小、重量更轻的变压器，变压器的重量可降低为同类型产品的十分之一，励磁电源的重量可降低为传统同类型产品的一半。

五、该涡流制动励磁中，串联谐振变换单元111的初级侧的主功率开关管及次级侧的整流器1113都实现了软开关技术(其为对半导体开关器件的一种控制技术；本实用新型中由于设置有谐振逆变器1111等器件，能够在电路中形成谐振，因此控制过程中能够使开关开通前电压先降到零，关断前电流先降到零，从而减小开关损耗)，可以最大程度降低功率器件的开关损耗、有效提高***效率。

六、该涡流制动励磁电源中设置有两组独立的供电***16，可对车辆的两个转向架15的制动力分别进行控制，在一个转向架15的涡流制动装置或其供电回路故障时，不影响另一个转向架15的涡流制动装置正常工作，不会导致整车涡流制动力的丢失，有效保障了涡流制动力的可用性，提升涡流制动***安全性。

以上所述仅为本实用新型示意性的具体实施方式，并非用以限定本实用新型的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本实用新型的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本实用新型保护的范围。

Claims (11)

1.一种涡流制动励磁电源，其特征在于，所述涡流制动励磁电源至少包括两组供电***，两组所述供电***的输入端共用一个输入主功率接口，且两组所述供电***的输入端分别通过输入主功率接口接入车辆牵引***的直流母线；两组所述供电***的输出端电气隔离，且一组所述供电***的输出端通过第一输出主功率接口与所述车辆上一个转向架的涡流制动装置连接，另一组所述供电***的输出端通过第二输出主功率接口与所述车辆上另一个转向架的涡流制动装置连接。

2.如权利要求1所述的涡流制动励磁电源，其特征在于，所述涡流制动励磁电源还包括机箱，所述供电***设置于所述机箱内，所述输入主功率接口、所述第一输出主功率接口和所述第二输出主功率接口均设置于所述机箱上；所述机箱的顶部设置有承重梁，所述承重梁装配于所述车辆上。

3.如权利要求2所述的涡流制动励磁电源，其特征在于，所述机箱上设置有用于接收、发送控制信号的控制接口和用于通讯的通讯接口，所述控制接口和所述通讯接口分别与两组所述供电***连接。

4.如权利要求2所述的涡流制动励磁电源，其特征在于，每组所述供电***包括输入模块、直流变换模块和输出模块，两组所述供电***中的所述输入模块的输入端均与所述输入主功率接口连接，两组所述供电***中的所述输入模块的输出端分别与对应的所述直流变换模块的输入端连接，两组所述供电***中的所述输出模块分别与所述第一输出主功率接口和所述第二输出主功率接口连接。

5.如权利要求4所述的涡流制动励磁电源，其特征在于，两组所述供电***中的所述输入模块、所述直流变换模块和所述输出模块在所述机箱内呈中心对称设置，且所述第一输出主功率接口和所述第二输出主功率接口分别设置于机箱的两相对侧壁上。

6.如权利要求5所述的涡流制动励磁电源，其特征在于，所述涡流制动励磁电源还包括分别对两组所述供电***进行散热的第一风机和第二风机，所述第一风机和所述第二风机相对设置于所述机箱的两相对外壁上。

7.如权利要求4所述的涡流制动励磁电源，其特征在于，所述输入模块的输入端通过所述输入主功率接口接入所述车辆牵引***的直流母线，所述输入模块的输电线路上设置有熔断器、输入接触器和第一滤波器。

8.如权利要求7所述的涡流制动励磁电源，其特征在于，所述输入模块还包括与所述输入接触器相并联的预充电电路，所述预充电电路上串联有电阻和预充电开关。

9.如权利要求4所述的涡流制动励磁电源，其特征在于，所述直流变换模块包括多个串联谐振变换单元，每个所述串联谐振变换单元包括谐振逆变器、变压器和整流器，各所述串联谐振变换单元中的所述谐振逆变器相串联并与所述输入模块的输出端连接，以形成对母线电压进行均分的初级侧；

各所述串联谐振变换单元中的所述整流器相并联并与所述输出模块的输入端连接，以形成单一输出电压的次级侧；

各所述串联谐振变换单元中的所述谐振逆变器与对应的所述整流器之间设置有变压器，在变压的同时对所述初级侧与所述次级侧形成电气隔离。

10.如权利要求9所述的涡流制动励磁电源，其特征在于，所述直流变换模块包括降压变换器，所述降压变换器设置于所述次级侧与所述输出模块的输入端之间的输电线路上。

11.如权利要求4所述的涡流制动励磁电源，其特征在于，所述输出模块的输出端通过所述第一输出主功率接口或所述第二输出主功率接口与所述涡流制动装置的电源连接，所述输出模块的输电线路上设置有第二滤波器和输出接触器。

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