[实用新型]一种无工频变压器的三电平电力电子牵引变压器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种电力电子牵引变压器，尤其涉及在牵引网中无工频变压器的机车车载电力电子牵引变压器。

背景技术

图1所示为传统的车载变换器系统变压器模型电路结构。图中包括交流牵引网、三绕组工频变压器、单相脉冲整流器、牵引逆变器。牵引网与三绕组工频变压器原边绕组始端相连；副边两个绕组分别与两个PWM脉冲整流器，整流器输出侧并联，并与牵引逆变器相连。传统牵引变压器牵引链十分沉重、效率相对较低，电能质量不高，需要额外的谐波补偿装置与无功补偿装置。

为有效解决上述问题，提出了一种无工频变压器的两电平电力电子变压器，如图2所示。其中，包括牵引网(V)、输入电抗器L以及n个采用输入串联输出并联连接的相同模块(M₁-M_n)。所述模块由单相结构的交流-直流变换器的电力电子装置所组成。该电力电子装置主要由单相H桥整流电路、双边H桥两电平双向直直变换器组成。所述电力电子变压器结构简洁，不需满足谐振条件。但是由于开关管IGBT的耐压限制，使得满足牵引网正常运行时,每个模块电压等级较低，导致级联模块太多、系统可靠性降低，给控制和实现上带来难题。

实用新型内容

本实用新型的目的是涉及一种无工频变压器的三电平电力电子牵引变压器，使之克服现有技术的如上不足，具有结构简洁，不需满足谐振条件；大大减轻系统的体积，工作效率与电能质量高的优点。

实现我们实用新型目的的具体方案是：

一种无工频变压器的三电平电力电子牵引变压器，通过输入电抗器L与牵引网(V)连接后实现车载电力变压，由n个采用输入串联输出并联连接的相同的功能模块(M₁-M_n)，所述模块为单相结构的交流-直流变换器的电力电子装置，所述电力电子装置主要由单相二极管嵌位三电平整流电路、半桥三电平双向直直变换器组成，其中：

a、左侧牵引网(V)与输入电抗器(L)的一端相连；输入电抗器(L)的另一端接至模块1(M₁)中整流电路的左桥臂串联开关管(S₁、S₂、S₃、S₄)的中点a₁；模块1(M₁)中整流电路的右桥臂串联开关管(S₅、S₆、S₇、S₈)中点c₁与之相邻模块(M₂)中整流电路的左桥臂上的中点a₂点相连，以此类推，n个模块的输入端呈串联结构，最后一个模块(M_n)中的整流电路右桥臂中点c_n牵引网的负端(R)相连；

b、每个模块中整流电路中左右桥臂的箝位二极管(D₁、D₂与D₃、D₄)中点b₁、d₁及直流侧两个串联电容(C₁、C₂)中点e₁相连。半桥三电平双向直直变换器的左半桥的嵌位二极管中点g₁与中高频变压器(MFT)原边绕组末端相连并连接至e₁点；而其左半桥串联开关管(S₉、S₁₀、S₁₁、S₁₂)中点f₁经电感L_r连接至中频变压器(MFT)原边绕组始端，其副边绕组始端与直直变换器右半桥串联开关管(S₁₃、S₁₄、S₁₅、S₁₆)中点h₁相连,副边绕组末端连接至右半桥嵌位二极管(D₇、D₈)中点i₁，并与直流侧电容(C₃、C₄)中点j₁相连。每个模块中直直变换器直流输出端口k₁、l₁、k₂、l₂…k_n、l_n呈并联结构。