铁路通信电源设计

发布时间：2020-06-05 08:09

【摘要】：在如今的大工业时代,信息处理技术变得异常重要,通信电源在信息处理技术系统中扮演着重要的角色。稳定可靠的通信电源,是保证通信系统安全可靠运行的关键。由于通信电源直接与供电网相连,因而其性能优劣还会对电网产生重要的影响。铁路通信电源是指应用在铁路通信系统中的高频开关通信电源,主要应用于铁路通信段、铁路的中间站通信机械室等通信系统中。由于铁路系统的社会属性,稳定安全是铁路通信电源设计的前提;此外,根据通信网络等级及位置的差异,实现铁路通信系统集中监控管理,实现少人维护甚至无人值守,最终实现监视系统智能化。本文对铁路通信电源模块设计中的各个环节进行了研究,优化设计电源模块结构,提高电源的性能;设置数字化控制电路为集中监控系统提供各铁路通信电源模块的状态信息,使铁路通信系统更加智能化;设置软开关电路,减小电源模块的开关应力,保护电路器件并提高电源的效率。本文对铁路通信电源的各种拓扑和结构进行了研究和比较,初步确定了电源的各个主体环节:即由输入滤波电路、功率因数校正电路、DC/DC变换电路、控制电路、采样电路、驱动和保护电路等组成。首先展开对功率因数电路的研究,由于整流之后出现大量谐波,造成了输入电压、电流相位不同,选择有源功率因数校正(APFC)对整流后电压进行校正,并对其进行了建模仿真;针对APFC电路主开关管高频开关导致能量损耗的现象,本设计方案中提出一种新的无源无损网络,使电路开关管实现零电压零电流开关(ZVZCS);并对缓冲网络进行了详细的分析;随后本文根据所设计的电源功率等级较大这个特点,采用移相全桥倍流整流电路的设计方式进行DC/DC变换,对所设计电路的原理进行了详细的分析;最后完成控制电路的选择,使控制系统不仅可以对功率电路进行控制,还可以为集中监控系统提供各个电源模块的状态信息,便于集中监控系统的智能化管理;另外本文还对其他电路如驱动电路、采样电路和输入滤波电路进行了设计。在完成铁路通信电路拓扑选型的基础上,本文分别对上述模型进行了电气参数计算,并对电路中各个主要元器件进行选型,为后续电路搭建奠定基础。为了验证电路结构的正确性,本设计在MATLAB SIMULINK仿真平台上分别对各个电路模块进行仿真验证,并对结果进行了分析;由于MATLABSIMULINK平台仿真波形过于理想化,本文中为了模拟实际工作中开关管开关过程的波形变化,在SABER中搭建了软开关部分的仿真模型,验证了所设计电路的可行性。
【图文】：

ｐ为正弦电压与正弦电流之间的相位角度差。逡逑铁路通信电源的设计中，输入电压为交流市电，电压波形为正弦形式，通过逡逑二极管整流，大电容滤波的组合方式生成直流电，电路结构见图２－１。这种电压变逡逑换方式的整流电路采用一系列非线性器件，输入电流将会发生相位变化，波形发逡逑生严重畸变，呈窄脉冲状，，波形见图２＿２，因此常规的整流一电容滤波电路使电源逡逑电路的输入功率因数下降。这些谐波电流还会从通信电源模块倒流进入交流电网，逡逑对电网造成严重的污染，甚至可能损坏电网及相关的配电设备。逡逑２ｉ邋２ｉ逡逑ｉ逡逑逦？N逡逑Ｏ逦逦Ｉ逡逑Ｕ逦Ｉ逡逑ｏ逦逦逦邋■■逦ｉ邋ｔ逡逑２ｉ邋７ｉ逡逑图２－１整流－滤波电路逡逑Ｆｉｇ．邋２－１邋Ｒｅｃｔｉｆｉｅｒ－ｆｉｌｔｅｒ邋ｃｉｒｃｕｉｔ逡逑１３逡逑

式中：一一输入电流基波有效值逡逑／Ｒ——输入电流高次谐波有效值逡逑图２－３基波电流与电压的相位差逡逑Ｆｉｇ．邋２－３邋Ｐｈａｓｅ邋ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ邋ｂｅｔｗｅｅｎ邋ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌ邋ｃｕｒｒｅｎｔ邋ａｎｄ邋ｖｏｌｔａｇｅ逡逑设基波电流／，滞后于输入电压的相位为ｐ，则电网为电源提供的有功功率逡逑为：逡逑Ｐ邋－邋ＵＪ｝邋ｃｏｓ邋ｃｐ逦（２－４）逡逑电网侧输入电路的视在功率＾为：逡逑Ｓ邋＝邋Ｕ１逦（２－５）逡逑此时：逡逑Ｕ邋？邋Ｌ邋ｃｏｓ邋ｃｐ邋Ｌ邋ｃｏｓ邋ｃｐ邋Ｌ逦，，逦、逡逑ＰＦ＝－＾＝＾＝ｆｃ0ｓ（ｐ＝Ｋ－Ｋ逦＾逡逑１４逡逑
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM46;U285

【参考文献】

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本文编号：2697759