[发明专利]一种旅客列车直流供电装置

说明书

本发明涉及旅客列车供电装置，具体为一种旅客列车直流供电装置。解决现有的基于IGBT器件的四象限整流的列车直流供电装置存在的输出电流振荡、所需的滤波电感、电容的自身体积和重量巨大的问题。一种旅客列车直流供电装置，包括变压器、基于IGBT器件的四象限整流器和BUCK斩波器，四象限整流器从变压器的其中一个副边取电，四象限整流器的直流输出端与BUCK斩波器的输入端相连，BUCK斩波器的输出端作为旅客列车直流供电装置的输出。BUCK斩波器内的开关器件S1采用SiC器件。四象限+BUCK斩波器的主电路拓扑，消除了单四象限拓扑结构输出电压的二次脉动，输出电压更加稳定，重载时不会出现输出电流大幅度振荡的情况。

技术领域

本发明涉及旅客列车供电装置，具体为一种旅客列车直流供电装置。

背景技术

旅客列车直流供电装置一般安装于列车机车内部，为客车提供直流电源，是客车空调、蓄电池、供氧机、暖气等设备的电源。旅客列车直流供电装置输出的直流电压的品质直接影响供电系统中后级用电设备的可靠、稳定运行，因此提高旅客列车直流供电装置的电压品质对旅客列车供电系统意义重大。

随着开关器件和机车电传动系统的发展，列车直流供电装置由原先的晶闸管整流发展到基于IGBT器件的四象限整流，这一变化提高了列车直流供电装置输出直流电压的品质，但是四象限整流在保证输出直流电压确定的情况下，输入电压范围无法提高，存在重载时输入电压波动导致列车供电系统电流振荡的问题；且四象限整流需要较大的变压器二次侧漏感，变压器绕组自身漏感往往无法满足这种需要，因此需要额外在变压器二次绕组串联电感。

另一方面，目前高原用旅客列车出现机车双电源供电的情况，这种机车在接触网失电后，由备用柴发机组进行供电。双电源机车的备用柴发机组供电时，发电机的输出电压发生变化，后级整流器输出直流电压跟随变化；另外，为了满足牵引电传动系统的工作特性，发电机的输出电压往往需要在不同电压等级变化，这就需要列车直流供电装置能够适应这种电压的变化。

再者，为了输出满足输出标准要求的直流电压，需要在四象限整流输出加LC滤波装置。目前所用的四象限整流的列车直流供电装置所需的滤波电感、电容的参数较大，参数较大尤其导致电抗器自身体积和重量巨大，而列车机车要求的配重较货运机车大大减小，因此大的电抗器为机车的配重提出了严峻的考验。

发明内容

本发明解决现有的基于IGBT器件的四象限整流的列车直流供电装置存在的上述缺陷和问题，提供一种改进的旅客列车直流供电装置。

本发明是采用如下技术方案实现的：一种旅客列车直流供电装置，包括变压器、基于IGBT器件的四象限整流器和BUCK斩波器，四象限整流器从变压器的其中一个副边取电（变压器列供绕组），四象限整流器的直流输出端与BUCK斩波器的输入端相连，BUCK斩波器的输出端作为旅客列车直流供电装置的输出。四象限整流器将变压器交流电整流到较高的中间直流电压（如700V），BUCK斩波器将直流电压斩波到所需电压（如DC600V）为客车提供直流电源。由于后级的BUCK斩波器能够确保输出直流电压的品质，因此对四象限输出电压波动的要求减小（如四象限输出波动50V时斩波输出依然可以满足使用和标准的要求），因此四象限整流器后的滤波电容参数需求很小，能减小体积和重量。

进一步地，BUCK斩波器内的开关器件S1采用SiC器件，SiC器件的开关频率可以达到10K以上，高开关频率的使用使得BUCK斩波器内的电感和电容参数需求大大减小，能减小体积和重量。

再进一步，变压器的另一个副边绕组为机车辅助变流器供电，当旅客列车直流供电装置位于接触网、备用柴发机组双电源供电的机车上时，备用柴发机组的直流电压经隔离接触器与BUCK斩波器的输入端相连；这样，BUCK斩波器将备用柴发机组的直流电压斩波到所需电压等级的直流电机（如，DC600V）为客车供电；同时，四象限整流器工作于逆变工况，将直流回路电压变换为交流电压输送到与四象限整流器相连的变压器副边绕组，经过变压器的另一个副边绕组向机车辅助变流器供电，减少了柴发机组到辅助变流器的接线及隔离接触器。