现了能量的传递。
[0024]输出级组件，包括三相整流电路(VSRl-VSRm)，该VSR的原理参见图4 ;输出级组件将通过三相高频变压器耦合过来的高频方波还原成高品质的直流电压输出，给牵引电机逆变器和辅助逆变器提供能量。由于输出级组件采用三相全桥整流，也能够实现能量的双向流动。
[0025]在本发明的上述结构中，隔离级和输出级时都采用了 H桥高频方波调制，单相高频变压器，H桥高频整流的结构。由于在单相H桥整流时，输出的直流电压中必然会存在2倍频(10Hz交流分量)的波动。这种存在2倍频波动的直流电压输出给牵引逆变器和辅助逆变器时，将会增加逆变器的控制难度，甚至会导致逆变器故障。在传统的工频变压器方案中，一般都需在四象限整流输出级并联2次滤波回路，将输出直流电压中的10Hz的交流分量滤除。增加滤波器将会使装置的体积和重量增大。本发明通过在电路拓扑上的创新，巧妙的消除了输出直流电压中的2次交流分量。具体方法:1)控制隔离级高频调制电路的每3个H桥模块(如图2中的SMn+1，SMn+2，SMn+3)的相位保持正序，相差120°，将三相正序高频电压作为高频变压器的输入；2)将单相高频变压器改成三相高频变压器，接受高频调制电路调制出来的三相正序电压，使每个高频变压器的输出为高频三相交流电压；3)高频三相交流电压通过输出级的三相全桥整流后，将输出不含2次交流分量的直流电压。
[0026]在另一实施例中，本发明还可以采用多相整流(整流桥臂个数大于3)的方式来进行2次谐波的消除。如图5所示，为4相整流的牵引电力电子变压器方案，具体实现方法:I)控制隔离级高频调制电路的每4个H桥模块(如图2中的SMn+1，SMn+2, SMn+3, SMn+4)的相位保持正序，相差90° ;2)将单相高频变压器改成4相高频变压器，使每个高频变压器的输出为高频4相交流电压；3)高频4相交流电压通过输出级的4相整流后，将输出不含2次交流分量的直流电压。
[0027]在本发明的上述结构中，如果输出级组件连接的各个牵引电机的功率不平衡时，则高压级组件的各个H桥模块的直流电压也会不平衡。这种高压级组件的直流电压不平衡的情况将会导致高压级组件H桥级联拓扑控制难度提高，甚至导致H桥模块故障。本发明通过拓扑上的改进，即使输出级组件的牵引电机功率不平衡，也不会影响到高压级组件的模块电压平衡。具体方法:1)将输出级组件的直流电容(Cn+1-Cn+m)并联在一起，形成一个总的输出。给所有牵引逆变器和辅助逆变器提供直流电压；2)通过适当的控制策略，抑制并联电容之间的环流。这样，即使是牵引逆变器和辅助逆变器功率不平衡，也能保证高压级组件的H桥模块直流电压平衡。
[0028]综上所述，通过牵引电力电子变压器的发明，能够取代电力机车原有的工频变压器，四象限整流装置和LC滤波支路，能够减小列车的体积和重量。同时，还能够实现牵引网侧的电能质量控制和能量的双向流动。
[0029]以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种牵引传动系统用变压器，其特征在于，包括: 高压级组件，接入到牵引网，所述高压级组件采用η级相同的桥式功率子模块级联而成，所述桥式功率子模块采用H桥模块，每个H桥模块并联着相同容量的电容，所述H桥模块将自身承受的交流电压变换成电容两端的直流电压； 隔离级组件，包括高频调制电路和三相以上的高频变压器，高频调制电路将高压级组件变换过来的直流电压调制成高频方波电压，再由高频变压器耦合到另外一侧，送给输出级组件； 输出级组件，包括三相整流电路，输出级组件将通过高频变压器耦合过来的高频方波还原成高品质的直流电压输出，给牵引电机逆变器和辅助逆变器提供能量。2.根据权利要求1所述的牵引传动系统用变压器，其特征在于，所述高频调制电路采用H桥全桥结构，所述高频变压器采用三相高频变压器。3.根据权利要求2所述的牵引传动系统用变压器，其特征在于，所述隔离级组件中高频调制电路的每3个H桥模块的相位保持正序，相差120°，将三相正序高频电压作为高频变压器的输入。4.根据权利要求1所述的牵引传动系统用变压器，其特征在于，所述高频调制电路采用H桥全桥结构，所述高频变压器采用四相高频变压器。5.根据权利要求1所述的牵引传动系统用变压器，其特征在于，所述隔离级组件中高频调制电路的每4个H桥模块的相位保持正序，相差90°，每个高频变压器的输出为高频4相交流电压。6.根据权利要求1?5中任意一项所述的牵引传动系统用变压器，其特征在于，所述高压级组件通过连接电抗L接入到交流电压25kV的铁路牵引网中。7.根据权利要求1?5中任意一项所述的牵引传动系统用变压器，其特征在于，所述输出级组件的直流电容并联在一起，形成一个总的输出，给所有牵引逆变器和辅助逆变器提供直流电压。
【专利摘要】一种牵引传动系统用变压器，包括：高压级组件，接入到牵引网，高压级组件采用n级相同的桥式功率子模块级联而成，桥式功率子模块采用H桥模块，每个H桥并联着相同容量的电容，H桥模块将自身承受的交流电压变换成电容两端的直流电压；隔离级组件，包括高频调制电路和三相以上的高频变压器，高频调制电路将高压级组件变换过来的直流电压调制成高频方波电压，再由高频变压器耦合到另外一侧，送给输出级组件；输出级组件，包括三相整流电路，输出级组件将通过高频变压器耦合过来的高频方波还原成高品质的直流电压输出，给牵引电机逆变器和辅助逆变器提供能量。本发明可减轻列车重量、缩小列车体积、提高列车运行性能和铁路运力、提高电网电能质量。
【IPC分类】H02M1/14, H02M3/24, H02M7/797, B60L9/28, H02M7/68
【公开号】CN104935205
【申请号】CN201410104052
【发明人】冯江华, 刘华东, 李永东, 张志学, 尚敬, 顾春阳, 范伟, 章志兵, 黄超, 孙璐
【申请人】南车株洲电力机车研究所有限公司
【公开日】2015年9月23日
【申请日】2014年3月20日