基于固态变压器的机车AC-DC-AC牵引系统及方法 .pdfVIP

(19)中华人民共和国国家知识产权局

(12)发明专利说明书

(10)申请公布号CN104201908A

(43)申请公布日2014.12.10

(21)申请号CN201410493224.0

(22)申请日2014.09.24

(71)申请人武汉大学

地址430072湖北省武汉市武昌区珞珈山武汉大学

(72)发明人袁佳歆曾雯珺赵震陈立陈柏超

(74)专利代理机构武汉科皓知识产权代理事务所(特殊普通合伙)

代理人鲁力

(51)Int.CI

权利要求说明书说明书幅图

(54)发明名称

基于固态变压器的机车AC-DC-AC

牵引系统及方法

(57)摘要

本发明涉及一种基于高压SiC固态

变压器的高速铁路机车AC-DC-AC牵引系

统，尤其涉及一种基于固态变压器的机车

AC-DC-AC牵引系统及方法。本发明采用

新型的SiC材料构成的固态变压器模块，

将其输入侧串联、输出侧并联，构成高速

铁路机车AC-DC-AC牵引系统。相比于传

统半导体材料构成的牵引变压器，SiC材

料的固态变压器，由于具有良好的功率处

理能力和频率能力，可以减少其体积和重

量，较大地减少了机车的负载重量，具有

良好的经济性；输入侧串联、输出侧并

联，使高铁机车牵引系统易于扩展，若一

个固态变压器模块的副边损耗了，在一段

时间内机车还能维持正常运行，从而提高

了可靠性。

法律状态

法律状态公告日法律状态信息法律状态

权利要求说明书

1.一种基于固态变压器的机车AC-DC-AC牵引系统,其特征在于,包括至少三个固态

变压器,所述固态变压器输入侧串联且输出侧并联;每个固态变压器均包括依次连接

的AC/DC整流器、DC/DC变换器以及DC/AC逆变器;

其中,AC/DC整流器将供电臂母线电压的单相交流电整流成直流电,包括四个IGBT

以及分别与四个IGBT并联的二极管共同组成的H桥电路;支撑电容并连直流母线

两极用以支撑直流母线电压的作用,在开关周期内为负载提供续流回路,减小开关周

期纹波,在切载时,减小输出电压的波动;

DC/DC变换器包括高压H桥电路、输入端与高压H桥电路输出端连接的中间高频

变压器、以及输入端与中间高频变压器输出端连接的低压H桥电路;高压H桥电路

和低压H桥电路均包括四个IGBT以及分别与四个IGBT并联的二极管;

DC/AC逆变器包括三组高压IGBT组件构成的低压H桥以及与低压H桥输出连接

的三个滤波电感;每组高压IGBT组件均包括两个高压IGBT以及分别与该两个高压

IGBT并联的二极管;该DC/AC逆变器还包括一个跨接在DC/AC逆变器输入端的支

撑电容。

2.一种采用权利要求1所述的基于固态变压器的机车AC-DC-AC牵引系统的控制方

法,其特征在于,包括三个阶段:

阶段一:即AC/DC整流阶段,具体操作方法是:T

1

~T

4

分别表示AC/DC整流器中四个IGBT;若T

1

导通,则T

1

=1,若T

1

关断,则T

1

=0;则在交流侧产生三电平:V

dc

、0、V

dc

,通过SPWM调制技术对全控开关器件T

1

~T

4

进行控制以改变U

ab

的幅值和相位,即可控制整流器功率的流向和功率因数角,实现能量双向流动;

阶段二:即DC/DC变换阶段,将整流后的14kV直流电通过高压H桥调制成高频方波,

再通过高频变压器耦合到副方,最后通过一个由同步信号控制的低压H桥电路还原

成电压的直流电;具体操作方法是:低压H桥电路与原边高压H桥均采用PWM