一種可獨(dú)立軸控的列車(chē)主輔一體牽引變流器的制造方法
【專(zhuān)利摘要】一種可獨(dú)立軸控的列車(chē)主輔一體牽引變流器，包括兩重完全獨(dú)立的變流器單元和輔助逆變器，所述輔助逆變器用來(lái)通過(guò)輔助逆變器投切裝置在兩重變流器中間環(huán)節(jié)自由投切，其后端接輔助變壓器，降壓之后為充電機(jī)和輔機(jī)負(fù)載提供電能；每重所述變流器單元包括：四象限整流器，用于將弓網(wǎng)單相交流電進(jìn)行交直變換；主逆變器，用于將中間直流變化為供牽引電機(jī)使用的三相交流電；充電短接電路，以保證變流器充電和正常工作；接地檢測(cè)單元，用于監(jiān)控牽引變流器主電路各處的接地情況；斬波單元，用于中間環(huán)節(jié)過(guò)壓抑制及快速放電。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、易實(shí)現(xiàn)、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種可獨(dú)立軸控的列車(chē)主輔一體牽引變流器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明主要涉及到機(jī)車(chē)牽引變流器領(lǐng)域，特指一種可獨(dú)立軸控的列車(chē)主輔一體牽引變流器。
【背景技術(shù)】
[0002]國(guó)內(nèi)外動(dòng)車(chē)組應(yīng)用前景廣闊，不斷有可靠性更高，安全性能更好，舒適性能更佳，性價(jià)比更優(yōu)的動(dòng)車(chē)組產(chǎn)品或者概念出現(xiàn)，少數(shù)幾個(gè)發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)掌握了整套的成熟的動(dòng)車(chē)組技術(shù)。目前世界范圍內(nèi)列車(chē)市場(chǎng)龐大，動(dòng)車(chē)組將可能成為大部分國(guó)家主要的軌道交通工具，在我國(guó)各地正大規(guī)模進(jìn)行高鐵線路和城際動(dòng)車(chē)線路建設(shè)，這有利于緩解區(qū)域交通壓力及低碳出行。牽引變流器作為動(dòng)車(chē)組的動(dòng)力來(lái)源，具有十分重要的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
[0003]如中國(guó)專(zhuān)利CN202737728就公開(kāi)了一種主輔一體牽引變流器，各重變流器中間回路通過(guò)低感母排并聯(lián)，輔助逆變器固定連接在中間環(huán)節(jié)上，包含二次電容，電路上可實(shí)現(xiàn)一定程度的軸控。在上述方案中提出中間回路并聯(lián)，四象限、主逆變、輔逆變共用一個(gè)中間直流環(huán)節(jié)，且有二次諧振回路。電路成熟，有利用消除高次諧波，中間直流電壓穩(wěn)定度較高。但主電路上器件多，導(dǎo)致變流器重量較大，中間回路并聯(lián)，使結(jié)構(gòu)布局麻煩，同時(shí)控制上不能實(shí)現(xiàn)完全軸控，嚴(yán)重故障時(shí)往往會(huì)引起故障擴(kuò)大，使正常變流器單元也喪失功能，輔助變流器直接并在中間回路上，主變流器故障時(shí)往往會(huì)影響它的正常運(yùn)行，反過(guò)來(lái)它發(fā)生故障也會(huì)影響主變流器的運(yùn)行。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題就在于:針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、易實(shí)現(xiàn)、可靠性高的可獨(dú)立軸控的列車(chē)主輔一體牽引變流器。
[0005]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
一種可獨(dú)立軸控的列車(chē)主輔一體牽引變流器，包括兩重完全獨(dú)立的變流器單元和輔助逆變器，所述輔助逆變器用來(lái)通過(guò)輔助逆變器投切裝置在兩重變流器中間環(huán)節(jié)自由投切，其后端接輔助變壓器，降壓之后為充電機(jī)和輔機(jī)負(fù)載提供電能;每重所述變流器單元包括:四象限整流器，用于將弓網(wǎng)單相交流電進(jìn)行交直變換；
主逆變器，用于將中間直流變化為供牽引電機(jī)使用的三相交流電；
充電短接電路，以保證變流器充電和正常工作；
接地檢測(cè)單元，用于監(jiān)控牽引變流器主電路各處的接地情況；
斬波單元，用于中間環(huán)節(jié)過(guò)壓抑制及快速放電。
[0006]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn):還包括傳感器組，所述傳感器組包括第一中間電壓傳感器、第二中間電壓傳感器、輔助輸出電壓傳感器、主變流器的輸入電流傳感器、主變流器的輸出電流傳感器及輔逆變輸出電流傳感器，上述傳感器用于完成控制及保護(hù)監(jiān)控。
[0007]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn):還包括輔助變壓器中性點(diǎn)接地接觸器，所述輔助變壓器中性點(diǎn)接地接觸器與漏電檢測(cè)裝置構(gòu)成輔助接地保護(hù)系統(tǒng)。
[0008]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn):還包括庫(kù)內(nèi)充電裝置，所述庫(kù)內(nèi)充電裝置用來(lái)判斷庫(kù)內(nèi)電源相序及是否缺相。
[0009]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn):所述庫(kù)內(nèi)充電裝置包括相序繼電器JS、為輔助投切開(kāi)關(guān)Kl、庫(kù)內(nèi)充電接觸器K2;所述輔助投切開(kāi)關(guān)Kl、庫(kù)內(nèi)充電接觸器K2實(shí)現(xiàn)互鎖，所述相序繼電器JS用來(lái)判斷庫(kù)內(nèi)電源相序或和是否缺相后，若輔助投切開(kāi)關(guān)Kl斷開(kāi)，則庫(kù)內(nèi)充電接觸器K2自動(dòng)吸合，庫(kù)內(nèi)充電接觸器K2線圈驅(qū)動(dòng)電壓為庫(kù)內(nèi)電源提供。
[0010]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn):所述輔助逆變器投切裝置包括第一接觸器KM5、第二接觸器KM6、第三接觸器KM7及第四接觸器KM8，所述第一接觸器KM5、第二接觸器KM6為常閉接觸器，所述第三接觸器KM7、第四接觸器KM8為常開(kāi)接觸器；正常時(shí)輔逆變通過(guò)第一接觸器KM5、第二接觸器KM6固定連在某一重變流器中間回路上，若該重變流器故障，第一接觸器KM5、第二接觸器KM6自動(dòng)跳開(kāi)，第三接觸器KM7、第四接觸器KM8自動(dòng)吸合，輔助逆變器3投切至另一重變流器中間回路上；若輔助變流器自身故障，第一接觸器KM5、第二接觸器KM6跳開(kāi)，同時(shí)第三接觸器KM7、第四接觸器KM8不動(dòng)作，從主電路上切除輔逆變。
[0011]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn):在硬線上所述第一接觸器KM5、第二接觸器KM6與所述第三接觸器KM7、第四接觸器KM8為單向連鎖，并把四個(gè)接觸器狀態(tài)反饋給傳動(dòng)控制單元DCU0
[0012]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
1、本發(fā)明的的可獨(dú)立軸控的列車(chē)主輔一體牽引變流器，包含多重變流器，并集成輔助系統(tǒng)。各重變流器完全獨(dú)立，中間回路取消并聯(lián)，取消二次諧振回路，可實(shí)現(xiàn)完全軸控，各重變流器完全獨(dú)立工作，故障發(fā)生時(shí)互不影響，有利于變流器結(jié)構(gòu)布局和輕量化設(shè)計(jì)。輔助逆變器通過(guò)切換開(kāi)關(guān)可以在各重中間回路上自由投切，輔助逆變器故障時(shí)可從主電路上隔離，增加了輔助系統(tǒng)接地保護(hù)及庫(kù)內(nèi)充電新功能，提高輔助系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和安全性。
[0013]2、本發(fā)明的的可獨(dú)立軸控的列車(chē)主輔一體牽引變流器，電路簡(jiǎn)潔，各重變流器獨(dú)立，可實(shí)現(xiàn)完全軸控，任何一重變流器故障時(shí)不會(huì)影響其它重變流器，取消二次回路可以大大降低變流器重量，輔助投切開(kāi)關(guān)可使輔助變流器自由切換，故障時(shí)還可隔離輔變，增加了輔助接地保護(hù)和庫(kù)內(nèi)充電功能，提高了輔助系統(tǒng)的可靠安全運(yùn)行。總體上講，本發(fā)明提出的變流器從系統(tǒng)功能、可靠性、經(jīng)濟(jì)性、安全性具有較好的優(yōu)勢(shì)。
[0014]3、本發(fā)明的的可獨(dú)立軸控的列車(chē)主輔一體牽引變流器，具有庫(kù)內(nèi)充電功能，并可對(duì)庫(kù)內(nèi)電源相序和缺相進(jìn)行判斷。
【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1是本發(fā)明的電路原理示意圖。
[0016]圖2是本發(fā)明在具體應(yīng)用實(shí)例中輔助逆變器投切開(kāi)關(guān)控制原理示意圖。
[0017]圖3是本發(fā)明在具體應(yīng)用實(shí)例中庫(kù)內(nèi)充電控制原理示意圖。
[0018]圖例說(shuō)明:
1、四象限整流器;2、主逆變器;3、輔助逆變器;4、充電短接電路;5、接地檢測(cè)單元;6、第一中間電壓檢測(cè)傳感器;7、中間直流環(huán)節(jié);8、斬波單元;9、輸入電流傳感器;10、輸出電流傳感器；11、輔助逆變器投切裝置；12、輔助直流環(huán)節(jié)電壓傳感器；13、輔逆輸出電流傳感器；14、輔助變壓器;15、輔助輸出電壓傳感器;16、輔助變壓器中性點(diǎn)接地接觸器;17、輔助濾波電容；18、漏電檢測(cè)裝置;19、庫(kù)內(nèi)充電裝置;20、輔助投切開(kāi)關(guān);21、110V系統(tǒng)絕緣監(jiān)控裝置；22、輔助系統(tǒng)投切開(kāi)關(guān);23、傳動(dòng)控制單元ECU。
【具體實(shí)施方式】
[0019]以下將結(jié)合說(shuō)明書(shū)附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0020]如圖1所示，本發(fā)明的可獨(dú)立軸控的列車(chē)主輔一體牽引變流器，包括兩重完全獨(dú)立的變流器單元和輔助逆變器3，輔助逆變器3用來(lái)通過(guò)輔助逆變器投切裝置11在兩重變流器中間直流環(huán)節(jié)7自由投切，其后端接輔助變壓器14，降壓之后為充電機(jī)和輔機(jī)負(fù)載提供電能;每重變流器單元包括:
四象限整流器I，用于將弓網(wǎng)單相交流電進(jìn)行交直變換；
主逆變器2，用于將中間直流變化為供牽引電機(jī)使用的三相交流電；
充電短接電路4，變流器充電和正常工作時(shí)KM3、KMl依次動(dòng)作。
[0021]接地檢測(cè)單元5，用于監(jiān)控牽引變流器主電路各處的接地情況，其中R3、R4為固定放電電阻，可對(duì)中間環(huán)節(jié)進(jìn)行慢速放電。
[0022]斬波單元8，用于中間環(huán)節(jié)過(guò)壓抑制及快速放電。
[0023]本實(shí)例作為較佳的實(shí)施例，本發(fā)明還包括傳感器組，該傳感器組包括第一中間電壓檢測(cè)傳感器6、第二中間電壓傳感器12、輔助輸出電壓傳感器15、主變流器的輸入電流傳感器9、主變流器的輸出電流傳感器10及輔逆輸出電流傳感器13，這些傳感器用于控制及保護(hù)監(jiān)控。
[0024]本實(shí)例作為較佳的實(shí)施例，本發(fā)明還包括輔助變壓器中性點(diǎn)接地接觸器16，輔助變壓器中性點(diǎn)接地接觸器16與漏電檢測(cè)裝置18構(gòu)成輔助接地保護(hù)系統(tǒng)。
[0025]本實(shí)例作為較佳的實(shí)施例，本發(fā)明還包括輔助濾波電容17、輔助投切開(kāi)關(guān)20、110V系統(tǒng)絕緣監(jiān)控裝置21。
[0026]本實(shí)例作為較佳的實(shí)施例，本發(fā)明還包括庫(kù)內(nèi)充電裝置19，該庫(kù)內(nèi)充電裝置19用來(lái)判斷庫(kù)內(nèi)電源相序及是否缺相。
[0027]以下將以一重變流器簡(jiǎn)要介紹其功能:一重變流器包含一個(gè)整流模塊、一個(gè)逆變模塊、充電短接單元、中間直流環(huán)節(jié)7、過(guò)壓斬波單元等，牽引變壓器原邊連弓網(wǎng)，次邊繞組降壓后繞組接入動(dòng)車(chē)組變流裝置箱內(nèi)，變流器啟動(dòng)時(shí)，經(jīng)充電和短接單元使中間直流電容充電至一定電壓值，之后啟動(dòng)四象限整流模塊升壓，并使中間電壓穩(wěn)定;主逆變啟動(dòng)由司控手柄決定，其后端接牽引電機(jī)，當(dāng)司控手柄打牽引位時(shí)，電機(jī)牽引，能量從網(wǎng)側(cè)流向牽引電機(jī)，當(dāng)司控手柄打制動(dòng)位時(shí)，電機(jī)制動(dòng)，能量從電機(jī)反饋回網(wǎng)側(cè)，變流器可實(shí)現(xiàn)能量的雙向流動(dòng)。當(dāng)直流環(huán)節(jié)出現(xiàn)過(guò)壓時(shí)，過(guò)壓斬波單元啟動(dòng)，將中間電壓控制在合理范圍內(nèi)。每重變流器主電路完全獨(dú)立，均可獨(dú)立實(shí)現(xiàn)以上功能。動(dòng)車(chē)組變流裝置中還包括傳動(dòng)控制單元DCU23，它依據(jù)列車(chē)網(wǎng)絡(luò)指令對(duì)變流器和輔逆變的投切和實(shí)時(shí)控制，實(shí)現(xiàn)交直交的電能轉(zhuǎn)換，同時(shí)也具備完整的故障保護(hù)、故障自診斷等功能。
[0028]該變流器除了各重主變主電路實(shí)現(xiàn)了完全獨(dú)立外，輔助系統(tǒng)增加了部分新功能，主要有以下兩點(diǎn):
a、輔助逆變器3投切功能:輔助逆變器投切裝置11有四個(gè)接觸器組合構(gòu)成，其中第一接觸器KM5、第二接觸器KM6為常閉接觸器，第三接觸器KM7、第四接觸器KM8為常開(kāi)接觸器。正常時(shí)輔逆變通過(guò)第一接觸器KM5、第二接觸器KM6固定連在某一重變流器中間回路上，若該重變流器故障，第一接觸器KM5、第二接觸器KM6自動(dòng)跳開(kāi)，第三接觸器KM7、第四接觸器KM8自動(dòng)吸合，輔助逆變器3投切至另一重變流器中間回路上。若輔助變流器自身故障，第一接觸器KM5、第二接觸器KM6跳開(kāi)，同時(shí)第三接觸器KM7、第四接觸器KM8不動(dòng)作，從主電路上切除輔逆變。控制過(guò)程由硬線和軟件共同完成。參見(jiàn)圖2，硬線上第一接觸器KM5、第二接觸器KM6與第三接觸器KM7、第四接觸器KM8實(shí)現(xiàn)單向連鎖，并把四個(gè)接觸器狀態(tài)反饋給傳動(dòng)控制單元DCU23，軟件上傳動(dòng)控制器DCU根據(jù)故障模式、接觸器狀態(tài)、中間電壓值等綜合給出接觸器動(dòng)作指令。
[0029]b、庫(kù)內(nèi)充電功能:如圖3所示，庫(kù)內(nèi)充電裝置19包括相序繼電器(JS)、為輔助投切開(kāi)關(guān)20(K1)、輔助系統(tǒng)投切開(kāi)關(guān)22、庫(kù)內(nèi)充電接觸器(K2) m2實(shí)現(xiàn)互鎖，JS用來(lái)判斷庫(kù)內(nèi)電源相序或和是否缺相后，若Kl斷開(kāi)，則Κ2自動(dòng)吸合，Κ2線圈驅(qū)動(dòng)電壓為庫(kù)內(nèi)電源提供，這樣，可以通過(guò)JS判斷庫(kù)內(nèi)電源相序以確定是否可合Κ2，并且無(wú)需再給控制電，保證列車(chē)在庫(kù)內(nèi)無(wú)控制電時(shí)可由外部電源給充電機(jī)和其他輔助系統(tǒng)供電。
[0030]通過(guò)采用本發(fā)明的上述方案，各重變流器完全獨(dú)立，能實(shí)現(xiàn)完全軸控，故障時(shí)各重之間互不影響，可使動(dòng)力損失降至最低。同時(shí)，取消中間二次回路，有利于器件布置和輕量化設(shè)計(jì)，且輔助系統(tǒng)新增輔助逆變器3投切、接地保護(hù)、庫(kù)內(nèi)充電等功能有助于提高其運(yùn)行的可靠性、安全性。
[0031]通過(guò)采用本發(fā)明的上述方案，牽引變流器內(nèi)任何一重變流器故障，其它重變流器仍可正常運(yùn)行。各重變流器完全獨(dú)立可降低橋臂貫穿故障的能量，降低元件爆炸風(fēng)險(xiǎn)。輔助逆變器3與主變流器可分成多個(gè)柜體布置，但主電路形式不變。
[0032]以上僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，本發(fā)明的保護(hù)范圍并不僅局限于上述實(shí)施例，凡屬于本發(fā)明思路下的技術(shù)方案均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理前提下的若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種可獨(dú)立軸控的列車(chē)主輔一體牽引變流器，其特征在于，包括兩重完全獨(dú)立的變流器單元和輔助逆變器(3)，所述輔助逆變器(3)用來(lái)通過(guò)輔助逆變器投切裝置(11)在兩重變流器中間環(huán)節(jié)(7)自由投切，其后端接輔助變壓器(14)，降壓之后為充電機(jī)和輔機(jī)負(fù)載提供電能;每重所述變流器單元包括: 四象限整流器(I)，用于將弓網(wǎng)單相交流電進(jìn)行交直變換； 主逆變器(2)，用于將中間直流變化為供牽引電機(jī)使用的三相交流電； 充電短接電路(4)，以保證變流器充電和正常工作； 接地檢測(cè)單元(5)，用于監(jiān)控牽引變流器主電路各處的接地情況； 斬波單元(8)，用于中間環(huán)節(jié)過(guò)壓抑制及快速放電。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可獨(dú)立軸控的列車(chē)主輔一體牽引變流器，其特征在于，還包括傳感器組，所述傳感器組包括第一中間電壓傳感器(6)、第二中間電壓傳感器(12)、輔助輸出電壓傳感器(15)、主變流器的輸入電流傳感器(9)、主變流器的輸出電流傳感器(10)及輔逆輸出電流傳感器(13)，上述傳感器用于完成控制及保護(hù)監(jiān)控。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可獨(dú)立軸控的列車(chē)主輔一體牽引變流器，其特征在于，還包括輔助變壓器中性點(diǎn)接地接觸器(16)，所述輔助變壓器中性點(diǎn)接地接觸器(16)與漏電檢測(cè)裝置(18)構(gòu)成輔助接地保護(hù)系統(tǒng)。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的可獨(dú)立軸控的列車(chē)主輔一體牽引變流器，其特征在于，還包括庫(kù)內(nèi)充電裝置(19)，所述庫(kù)內(nèi)充電裝置(19)用來(lái)判斷庫(kù)內(nèi)電源相序及是否缺相。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的可獨(dú)立軸控的列車(chē)主輔一體牽引變流器，其特征在于，所述庫(kù)內(nèi)充電裝置(19)包括相序繼電器JS、為輔助投切開(kāi)關(guān)Kl(20)、庫(kù)內(nèi)充電接觸器K2;所述輔助投切開(kāi)關(guān)Kl(20)、庫(kù)內(nèi)充電接觸器K2實(shí)現(xiàn)互鎖，所述相序繼電器JS用來(lái)判斷庫(kù)內(nèi)電源相序或和是否缺相后，若輔助投切開(kāi)關(guān)Kl(20)斷開(kāi)，則庫(kù)內(nèi)充電接觸器K2自動(dòng)吸合，庫(kù)內(nèi)充電接觸器K2線圈驅(qū)動(dòng)電壓為庫(kù)內(nèi)電源提供。6.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的可獨(dú)立軸控的列車(chē)主輔一體牽引變流器，其特征在于，所述輔助逆變器投切裝置(11)包括第一接觸器KM5、第二接觸器KM6、第三接觸器KM7及第四接觸器KM8，所述第一接觸器KM5、第二接觸器KM6為常閉接觸器，所述第三接觸器KM7、第四接觸器KM8為常開(kāi)接觸器;正常時(shí)輔逆變通過(guò)第一接觸器KM5、第二接觸器KM6固定連在某一重變流器中間回路上，若該重變流器故障，第一接觸器KM5、第二接觸器KM6自動(dòng)跳開(kāi)，第三接觸器KM7、第四接觸器KM8自動(dòng)吸合，輔助逆變器(3 )投切至另一重變流器中間回路上;若輔助變流器自身故障，第一接觸器KM5、第二接觸器KM6跳開(kāi)，同時(shí)第三接觸器KM7、第四接觸器KM8不動(dòng)作，從主電路上切除輔逆變。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的可獨(dú)立軸控的列車(chē)主輔一體牽引變流器，其特征在于，在硬線上所述第一接觸器KM5、第二接觸器KM6與所述第三接觸器KM7、第四接觸器KM8為單向連鎖，并把四個(gè)接觸器狀態(tài)反饋給傳動(dòng)控制單元DCU(23)。
【文檔編號(hào)】H02M5/48GK106026691SQ201610366458
【公開(kāi)日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年5月30日
【發(fā)明人】李華, 劉永江, 榮智林, 忻力, 陳斌, 左鵬, 龔昱, 劉大, 祁善軍, 唐雄輝, 吳剛
【申請(qǐng)人】株洲中車(chē)時(shí)代電氣股份有限公司