一种基于扼流变压器的新型直流电源电路

摘要

一种基于扼流变压器的新型直流电源电路，包括基于扼流变压器的取电电源单元（10）、滤波电路（20）、充电器单元（30）和稳压输出单元（40）。本发明利用扼流变压器获取电能，并通过电气控制手段最终得到期望的低压电源以满足各种电气设备的电源需求，具备充电储能力，无需铺设专门的低压电缆，也无需架设支架等辅助设置，解决方案灵活易实现、成本低、维护少。本发明电路结构简单、可靠、实用。系统具备高可靠性与高效率，解决了目前电气化铁路沿线因为不便铺设电缆带来的低压电源不易获取的问题，能提供优质直流电源供给电气与电子设备使用，并通过这类设备的投入运行进而提高电气化铁路系统整体可靠性与信息化水平，控制与监控手段也将更灵活。

说明书

技术领域    

本发明涉及一种基于扼流变压器的新型直流电源电路，属于铁路电气技术领域与电力电子技术领域。

背景技术    

电气化铁路沿线特别是高速铁路和动车沿线均有高压线路铺设，并伴有相关设置，但由于没有低压电源导致众多低压电气设备依然无法接入进行应用，极大地限制了高速铁路的自动化与信息化的进一步提高与改善。

在电气化牵引区段中，为了保证牵引电流顺利流过绝缘节，在轨道电路的发送端、接受端设置扼流变压器，轨道电路设备通过扼流变压器接向轨道，并传递信号信息。对于电气化轨道系统包括扼流变压器研究比较多，而利用电气化轨道系统本身，特别是利用扼流变压器获得电能再转化为稳定的直流电源以供给其它用电设备的方案尚未见相关报道。目前不铺设电力线缆获得低压电源的解决方案多采用光伏发电、风力发电方案、电力储能或是它们的各类组合供电方式等。传统的不拉线获得电源方案多采用各类绿色能源方案来实现。

扼流变压器是安装于电气化铁路牵引回流与钢轨的连接处，用于导通牵引电流，或安装于区间上、下行轨道电路中平衡牵引电流，使之不影响轨道电路的正常工作的重要设备。这是由于电气化列车的轨道与大地之间是不绝缘的，所以牵引电流的一部分要流经大地，从埋设在牵引变电所下面的接地网回到变压器。同时钢轨和吸上线不直接相连，而是通过在轨道电路绝缘节处增设的扼流变压器，二者分别与变压器的接线柱和中性点牢固连接，从而使牵引电流回路和轨道信号回路各自形成导通回路，互不干扰。

基于扼流变压器的新型直流电源电路极有前途的新技术，有着极为广泛的应用前景。该方案采用非拉线取电技术，无需铺设专门的低压电缆，也无需架设支架等辅助设置，解决方案灵活易实现、成本低、维护少，在工业应用中可使取电设计更灵活从而有利于其它需电源的技术设备投入使用，有效提高电气化铁道系统整体的可靠性与灵活性。

发明内容    

本发明的目的是，为了解决电气化铁道沿线低压电源不易获取的技术问题，本发明提出一种基于扼流变压器的新型直流电源电路，为采用不拉线取电技术提供一种全新的实现方案。

实现本发明的技术方案是，本发明一种基于扼流变压器的新型直流电源电路包括：

基于扼流变压器的取电电源单元，用于获得电能，并将交流整流成直流；

滤波电路，用于减小电压波动，进行直流滤波；

充电器单元，用于对能量存贮装置进行充电，存贮能量；

稳压输出单元，用于稳定直流输出，得到期望的直流电源。

基于扼流变压器的取电电源单元连接滤波电路的输入端；滤波电路的输出端连接滤波电路的输入端；滤波电路的输出端连接充电器单元；充电器单元的电能经稳压输出单元输出。

基于扼流变压器的取电电源单元包括扼流变压器T1、取电变压器T3、取电变压器T4、第一全桥整流器DB1和第二全桥整流桥DB2。扼流变压器T1原边二个线圈分别连接取电变压器T3和取电变压器T4的原边；取电变压器T3的副边连接第一全桥整流器DB1的输入端，取电变压器T4的副边连接第二全桥整流桥DB2的输入端；第一全桥整流器DB1的输出端和第二全桥整流桥DB2的输出端连接滤波电路。

本发明电路的基于扼流变压器的取电电源单元，当电力机车经过铁路沿线时，将有电流流经第一铁轨→扼流变压器T1原边上侧节点A→扼流变压器中性点N；电流流经第二铁轨→扼流变压器T1原边下侧节点C→扼流变压器中性点N，此时在扼流变压器原边侧A-N与C-N两端产生感应电压，则取电变压器T3与T4得电工作，即向第一全桥整流桥DB1与第二全桥整流桥DB2提供电能，此两个整流桥给后端提供一个变化的直流，其大小受制于流过A-N及C-N的电流大小及扼流变压器自身具体性能参数。

本发明电路的滤波电路，采用LC滤波电路，将DB1与DB2之后的滤波电感绕制在同一磁芯。

本发明电路的充电器单元，采用第一充电器和第二充电器两组输入，如各自部分输入电流不一致将导致变压器T1出现直流偏磁，将对系统造成不利影响，对充电器单元采用输出平衡控制方案，即对其充电器输入电流采用均流方案。

本发明电路的DC/DC稳压输出单元，输入为超级电容（UC）或是蓄电池（B），其端口电压会变化，输出则采用稳压输出，其电压根据实际系统应用确定，与一般开关电源方案类似，此处不再给出具体电路。

本发明的有益效果是，本发明采用基于扼流变压器的新型直流电源电路；电源系统具备充电与储能能力，以确保没有系统没有能量输入的情况下仍然持续工作。该电路结构简单、可靠、实用。系统具备高可靠性与高效率，解决了目前电气化铁路沿线因为不便铺设电缆带来的低压电源不易获取的问题，很好地提供优质直流电源供给电气与电子设备使用，并通过这类设备的投入运行进而大大提高电气化铁路系统整体可靠性与信息化水平，控制与监控手段也将更灵活。这一解决方案本身应用并不仅限于得到直流电源，也可以用于获得稳定的交流电源，更进一步说，此方案不限于电气化铁路系统，还可应用于类似场合。

附图说明    

图1为扼流变压器工作原理示意图；

图2为本发明一种基于扼流变压器的新型直流电源电路的原理框图；

图中，10是基于扼流变压器的取电电源单元；20是滤波电路单元；30是充电器单元；40是稳压输出单元。

具体实施方式

本发明实施例结合附图进一步说明。

图1是扼流变压器示意图；其中一路电流从第一铁轨的A点进入扼流变压器原边的一组线圈，再流经扼流变压器原边中性点N接地；另一路电流第二铁轨的C点进入扼流变压器原边的另一组线圈，再流经扼流变压器原边中性点N接地；扼流变压器的副边1、2向列车提供低压供电。

图2是本实施例基于扼流变压器的新型直流电源电路原理图；

图中，10是基于扼流变压器的取电电源单元；20是滤波电路单元；30充电器单元；40稳压输出单元。

如图2所示：

基于扼流变压器的取电电源单元20包括扼流变压器T1、取电变压器T3、取电变压器T4、第一全桥整流器DB1和第二全桥整流桥DB2。扼流变压器T1原边二个线圈分别连接取电变压器T3和取电变压器T4的原边；取电变压器T3的副边连接第一全桥整流器DB1的输入端，取电变压器T4的副边连接第二全桥整流桥DB2的输入端；第一全桥整流器DB1的输出端和第二全桥整流桥DB2的输出端连接滤波电路单元20。

本实施例基于扼流变压器的取电电源单元10中，当电力机车经过铁路沿线时，将有电流流经第一铁轨→扼流变压器T1原边上侧节点A→扼流变压器中性点N；电流流经第二铁轨→扼流变压器T1原边下侧节点C→扼流变压器中性点N，此时在扼流变压器原边侧A-N与C-N两端产生感应电压，则取电变压器T3与T4得电工作，即向第一全桥整流桥DB1与第二全桥整流桥DB2提供电能，此两个整流桥给后端提供一个变化的直流，其大小受制于流过A-N及C-N的电流大小及扼流变压器自身具体性能参数。

本实施例滤波电路单元20，采用LC低通滤波电路，其中将第一全桥整流桥DB1与第二全桥整流桥DB2之后的滤波电感绕制在同一磁芯。

本实施例充电器单元30采用第一充电器和第二充电器两组输入，如各自部分输入电流不一致将导致变压器T1出现直流偏磁，将对系统造成不利影响，因而对充电器单元采用输入电流平衡控制方案，即对其充电器输入电流采用均流方案，以保证扼流变压器不发生偏磁，其中能量存贮装置为超级电容（UC）或蓄电池（B），具备相关专业能力的技术人员均能进行设计，此处不再给出具体电路。

本实施例电路的DC/DC稳压输出单元40，输入为能量存贮装置即为超级电容（UC）或蓄电池（B），其端口电压会变化，输出则采用稳压输出，对其电压根据实际系统应用确定。由于超级电容（UC）或蓄电池（B）的过放电将严重影响其寿命，故加入荷电容量状态SOC过低保护或低电压保护，其它与一般工业电源方案类似，具备相关专业能力的技术人员均能进行设计，此处不再给出具体电路。