一体式智能集电器.pdf

本发明公开了一种一体式智能集电器，涉及车辆供电系统技术领域，包括电源转换模块、高压安全隔离模块和集电杆气、电控制模块，它们集成在整体控制箱内，所述控制箱与集电杆总成统一固定在与车顶连接的底座上，实现集电系统的总成模块化，具有高集成度的特点；使用中，高压电经过电源转换模块后，形成可调的稳定电压，高压安全隔离模块能对电路形成有效防护。

权利要求书
1.  一体式智能集电器，其特征在于，包括：电源转换模块、高压安全隔离模块和集电杆气、电控制模块，它们集成在整体控制箱内，所述控制箱与集电杆总成统一固定在与车顶连接的底座上，实现集电系统的总成模块化。

2.  根据权利要求1所述的一体式智能集电器，其特征在于，所述电源转换模块包括斩波电路，至少一组逆变电路，以及与所述逆变电路相匹配的整流电路，所述斩波电路、逆变电路和整流电路集成于控制箱内，通过集电杆与电网相接；所述逆变电路包括第一滤波器以及DC/AC转换器，所述整流电路包括AC/DC转换器以及第二滤波器，在所述DC/AC转换器与所述AC/DC转换器之间设有高压安全隔离模块。

3.  根据权利要求2所述的一体式智能集电器，其特征在于，所述斩波电路与所述电网之间设有过压保护模块，所述过压保护模块包括依次设置于所述电网与所述斩波电路之间的熔断器以及输入开关。

4.  根据权利要求3所述的一体式智能集电器，其特征在于，所述输入开关通过主控模块控制其开关。

5.  根据权利要求2或3所述的一体式智能集电器，其特征在于，包括有一组或多组逆变电路和相应的整流电路，所述多组逆变电路之间并联连接，所述整流电路与对应的逆变电路之间设有高压磁隔离。

6.  根据权利要求3或4所述的一体式智能集电器，其特征在于，所述输入开关与所述斩波电路之间设有抑制高次谐波产生的进线电抗器。

7.  根据权利要求3所述的一体式智能集电器，其特征在于，至少在所述电网与熔断器之间、所述熔断器或所述输入开关与所述进线电抗器之间、所述斩波电路与所述逆变电路之间并联有互感器或压敏电阻。

8.  根据权利要求1所述的一体式智能集电器，其特征在于，电源转换模块、高压安全隔离模块和所述智能集电杆的控制单元，可以布置在所述控制箱内。

说明书一体式智能集电器
技术领域
本发明涉及车辆供电系统技术领域，尤其涉及一种集电器供电系 统，包含电源转换模块、高压安全隔离模块和智能集电杆模块。
背景技术
随着我国交通技术的飞速发展，为公众的出行提供了极大的便 利，例如汽车、电车、列车等，在人们的生产和生活中扮演着重要的 作用。
众所周知，电动汽车或者列车需要依赖外部电源来提供动力，通 常在车辆的顶部安装集电杆，将集电杆搭接在外部高压电网上，将高 压电引入车辆供电系统，例如专利公开号CN 104130796 A公开了一 种无轨电车及其隔离式供电系统，通过隔离式DC/DC将直流电引入变 压器形成需求的直流电，其不足之处在于：(1)供电系统中容易出现 所需频率以外的频点，无法得到稳定的电源信号；(2)当供电系统中 出现反向电流时，缺少防护，会导致整个供电系统中断，甚至有可能 引起事故；(3)电网位于车顶上方，一般的集电供电系统，其集电杆 与DC/DC分散布置，集成度差，安装困难；在引入高压电时，需要连 接较多的动力电缆线和控制信号线，增加了漏电和控制信号出错的风 险，降低了安全性。
因此，如何对供电系统进行有效的高压安全隔离，同时在达到高 集成度的前提下，还能使其得到所需频率的稳定的电源信号，成为本 发明需要解决的技术问题。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一体式智能集电器，高压 电经过斩波电路、逆变电路和整流电路后，形成可调的稳定电压，同 时，高压磁隔离能对电路形成有效防护，更重要的是，本发明提供的 集电器具有高集成度的特点。
本发明的技术方案如下：
一体式智能集电器，包括：电源转换模块、高压安全隔离模块和 集电杆气、电控制模块，它们集成在整体控制箱内，所述控制箱与集 电杆总成统一固定在与车顶连接的底座上，实现集电系统的总成模块 化。
作为优选，所述电源转换模块包括有集成于一体的斩波电路，至 少一组以上的逆变电路，以及与所述逆变电路相匹配的整流电路，集 成布置在控制箱内，通过所述智能集电杆与电网相接；其中，所述逆 变电路包括第一滤波器以及DC/AC转换器，所述整流电路包括AC/DC 转换器以及第二滤波器，通过将直流电转换为交流电，再将交流电转 换为直流电，该集电器具有转换功能，同时在所述DC/AC转换器与所 述AC/DC转换器之间设有高压磁隔离，能对电路形成保护。
作为进一步的技术方案，本发明在所述斩波电路与所述电网之间 设有过压保护模块，所述过压保护模块包括依次设置于所述电网与所 述斩波电路之间的熔断器以及输入开关，所述输入开关通过主控模块 进行控制。
作为优选的技术方案，本发明包括有斩波电路，一组或多组逆变 电路和相应的整流电路，所述多组逆变电路之间并联，整流电路与对 应的逆变电路之间设有高压磁隔离。
作为更进一步的技术方案，本发明在电线上装有进线电抗器，所 述进线电抗器位于所述输入开关与所述整流电路之间。
作为进一步的技术方案，本发明至少在所述电网与熔断器之间、 所述熔断器或所述输入开关与所述进线电抗器之间、所述斩波电路与 所述逆变电路之间并联有互感器或者压敏电阻，用于监测高压电路在 经过不同的电器元件之后其电流电压的状态或者进行过载保护，能对 电器元件起到电气隔离作用。
作为优选，所述电源转换模块、所述高压安全隔离模块和所述智 能集电杆的控制单元，可以布置在所述控制箱内。
有益效果：本发明通过对供电系统进行有效的高压安全隔离和高 集成度设计，使其得到所需频率的稳定的电源信号，当出现反向电流 时，能将逆变电路和整流电路及时断开，保护电器元件安全。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面 将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而 易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域 普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些 附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1所公开的带有电源转换功能和高压隔离的 集成式集电器的结构示意图；
图2为本发明实施例2所公开的带有电源转换功能和高压隔离的 集成式集电器的结构示意图；
图3为本发明实施例所公开的带有电源转换功能和高压隔离的 集成式集电器的整体结构示意图。
图中数字和字母所表示的相应部件名称：
1、斩波电路；2、逆变电路；21、第一逆变电路；22、第二逆变 电路；211、第一滤波器；212、DC/AC转换器；3、进线电抗器；4、 高压磁隔离；5、整流电路；51、第一整流电路；52、第二整流电路； 511、AC/DC转换器；512、第二滤波器；6、互感器；7、熔断器；8、 输入开关。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方 案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部 分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普 通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例， 都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一体式智能集电器，其工作原理是：通过将斩波电 路、逆变电路和整流电路集为一体置于车顶，将电缆与智能集电杆相 接，智能集电杆依靠气缸推动实现与外部高压电网(通常为 400V-1200V)连接，引入的电流通过所述斩波电路，能将高压直流电 转变成一种可调的直流电，输出给由IGBT(Insulated Gate Bipolar  Transistor，绝缘栅双极型晶体管)组成的可控H桥逆变电路，经高 压磁隔离后进入整流电路，输出一定范围的可调稳定电压。
下面结合实施例和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
一体式智能集电器，包括集成于一体的电源转换模块、高压安全 隔离模块和智能集电杆，电源转换模块、高压安全隔离模块布置在控 制箱9内，结合图3，固定在与车顶连接的底座10上，具有高集成 度、安装方便、抗干扰性强的特点。
结合图1，电源转换模块包括通过电线依次相接的斩波电路1， 一组逆变电路2，以及与所述逆变电路2连接的整流电路5，所述斩 波电路1与外部电网相接，此连接可以通过利用集电杆与外部电网相 接，或者直接通过电源线与外部电网相接，将外部电网上的高压电引 入至所述斩波电路1上，通过所述斩波电路1，能将高压直流电转换 为可调的直流电，并输入至逆变电路2上。
所述逆变电路包括滤波器A211，以及与所述滤波器A211相接的 DC/AC212，所述滤波器A211能对输入的可调直流电中的特定频率的 频点以外的频率进行有效滤除，能得到需求的特定频率的电源信号， 通过DC/AC212将直流电转为交流电。
所述整流电路5包括AC/DC511以及滤波器B512，在所述 DC/AC212与所述AC/DC511之间设有高压磁隔离4，从所述DC/AC212 中输出的电流，经过所述高压磁隔离4输入至所述AC/DC511，经过 所述滤波器B512，输出可调的直流电。
在使用过程中，由于电网的电压很高，电流在由电网直接接入至 斩波电路1的过程中，为了能够对电路形成防护，本发明在所述斩波 电路1与所述电网之间设有过压保护模块，所述过压保护模块包括依 次设置于所述电网与所述斩波电路1之间的熔断器7以及输入开关8， 所述输入开关8通过主控模块进行控制，当电流经过斩波电路1，所 述熔断器7能对电路形成保护，即当电流高出熔断器7的规定值后， 会使得熔断器7断开，避免对斩波电路1和逆变电路，以及整流电流 构成损伤。
在实际工作过程中，通常电网与集电器保持长期接通的状态，熔 断器7随时保护电路的安全性，而车辆在有些情形下不需要使用外部 电源，长期接触会缩短电器元件的使用寿命，因此，本发明在所述斩 波电路1与所述熔断器7之间增加了输入开关8，通过整车控制系统 向主控模块发出信号，所述主控模块能放大信号来控制输入开关8的 闭合与断开。
为了能够对电流进入过压保护模块前后的电流进行监测，本发明 在所述电网与所述熔断器7之间，以及所述熔断器7与斩波电路1之 间，所述斩波电路1与所述逆变电路之间并联有互感器6或压敏电阻， 通过所述互感器6或所述压敏电阻能对电流在流入熔断器7之前的电 流值，流经熔断器7之后，斩波电路1之前的电流值，以及经过所述 斩波电路1之后的电流值进行监控，所述压敏电阻能实现过载保护。
综上所述，本发明通过对引入的电流通过过压保护模块进行保 护，能对所述斩波电路1、所述逆变电路2以及所述整流电路5内的 电气元器件形成防护，尤其是通过所述过压保护模块，能确保车辆上 电路的安全性；当电流通过所述斩波电路1进入至所述逆变电路2后， 在流向所述整流电路5后，反向电流会造成所述整流电路5、所述逆 变电路2和所述斩波电路1损毁，此时，通过在所述逆变电路2和所 述整流电路5之间设置高压磁隔离4，当检测到一定的反向电流时， 所述高压磁隔离4能自动切断所述整流电路5与所述逆变电路2之间 的连接，确保集电器整体电路上的电器元件的安全性。
实施例2
一体式智能集电器，其余与实施例1相同，所不同之处在于，本 实施例包含有两组逆变电路和两组整流电路，其中不同的逆变电路之 间并联相接，在此实施例中，请参照图2，逆变电路分为第一逆变电 路21和第二逆变电路22，整流电路分为第一整流电路51和第二整 流电路52，所述第一整流电路51与所述第一逆变电路21之间、所 述第二整流电路52与所述第二逆变电路22之间分别设有高压磁隔离 4，所述第二逆变电路22与所述第一逆变路相接，通过斩波电路1处 理后的电流，经过所述第一逆变电路21，一部分流向所述第一整流 电路51，另一部分流向所述第二逆变电路22，然后再经高压磁隔离 4，通过所述第二整流电路52输出。
在本实施例中，所述第一整流电流与所述第二整流电路52的输 出端相接，形成统一的输出端，输出可调电压的直流电，采用该实施 例的电路结构，相比较实施例1，能输出更高的功率，同时，如果在 电流流动过程中出现反向电流，各线路之间不会形成相互影响，提升 车辆运行的安全性。
实施例3
其余与实施例1或者实施例2相同，所不同之处在于，本发明在 电线上装有进线电抗器3，请结合图1和图2，所述进线电抗器3位 于所述输入开关8与所述斩波电路之间，通过所述进线电抗器3，能 有效抑制电流在流向斩波电路1中产生的高次谐波，进一步提升整体 系统的安全性。
在所述输入开关与所述进线电抗器之间并联有互感器6或压敏 电阻，通过所述互感器6或压敏电阻，能对电流进入所述进线电抗器 3前后的电流值进行监控，同时所述互感器6或压敏电阻能对所述进 线电抗器3起到保护。
在此需要说明的是，本发明所提及的逆变电路和整流电路，可以 为一组，两组或者多组，两组或者多组采用并联方式相接，在此不作 组数上的限制。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域 的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做 出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。