CN101434206A - 一种交直交电力机车自动过电分相方法 - Google Patents

Abstract

一种交直交电力机车自动过电分相方法，其作法为：驶入中性段前，牵引控制系统控制牵引电机工作在再生制动状态，控制逆变器使中间直流电压的稳定；脉冲整流器工作于逆变状态，牵引变压器原边产生与牵引电压相同的交流电压，使牵引变压器原边从供电臂上取得的电流为零；进入中性段后，中间直流电压仍保持稳定，处于逆变状态的脉冲整流器逆变生成的交流电相位逐渐变化使牵引变压器原边电压变化到与下一个供电臂的牵引电压相同，然后进入下一供电臂，正常行驶。该方法能自动过电分相，且在过分相时无须分合主断路器、无拉弧、无截流过电压和合闸浪涌过电流，并且辅助系统不断电；过电分相时间短、牵引力损失小、速度降落少。

Description

一种交直交电力机车自动过电分相方法

技术领域

本发明涉及一种交直交电力机车自动过电分相方法。

背景技术

机车过电分相的方法有多种，早期列车速度较慢，通常采用手动过电分相，在分相区设有分相标志指挥司机过电分相操作。到中性段前，司机先将牵引级位降到0，断开辅助系统，再将牵引变压器的原边的主断路器断开，使机车不带电通过中性段。机车进入下一相供电臂的供电区后，司机合上主断路、并启动辅助系统、逐步恢复牵引级位。手动过电分相司机劳动强度大，在过分相时必须由司机断电，如果没断电过电分相，会在进入中性段时牵引网与受电弓产生过电压拉弧，烧坏牵引网和受电弓，甚至两相短路等严重事故，随着列车运行速度的不断提高这一问题将更为突出。

目前，电力机车通常采用自动过电分相方法，主要有二种方法：地面自动过分相和车上自动过分相。

地面自动过分相是在机车接近中性段时，利用开关让中性段先与当前的供电臂相连，在机车位于中性段时，先分断与中性段相连的前一相供电臂开关然后再迅速接通与下一相供电臂相连的开关，实现自动过电分相。地面过电分相时机车本身不作任何动作，因此主电路断电时间很短，但是中性段电压转换时，是带载断开分相开关，会生产截流过电压，对开关要求较高；同时是满载闭合另一个分相开关，机车上有牵引变压器，因为两相相位不一样，变压器的稳态磁通有相差，合闸时会因为动态磁通饱和导致合闸浪涌过电流。对于旋转电机并从牵引变压器取电的机车，合闸时还会导致辅助系统过流。此外地面过电分相要用分相开关，工程较大，造价较高，我国现在只在坡度较大的和运量大的困难地段采用，日本将这种方法用于高速动车组。

车上自动过分相方法是目前我国机车和动车组采用最多的一种方式，它是将手动过电分相过程用车上过电分相控制器来实现，根据机车的位置控制分相过程对应操作按顺序完成。但是过分相时与手动过电分相一样，同样存在供电系统的断、合的过程，首先需要断开牵引系统的主断路器，然后再合上。由于操作过程多，主断路器分断动作和辅助系统的关断和重新启动过也需要时间，因此分相段(断电)时间长，使机车牵引损失大，在困难地段，可能导致列车停下来，过不了分相区，同时频繁分合主断路器，影响主断器寿命，合闸时变压器仍有浪涌电流。

发明内容

本发明的目的就是提供一种交直交电力机车自动过电分相方法，该方法能实现自动过电分相，且在过分相时无须分合主断路器、无拉弧、无截流过电压和合闸浪涌过电流；同时过电分相时辅助系统不断电、过电分相时间短、牵引力损失小、速度降落少。并且，本发明对现有机车的改造成本低，实施容易。

本发明实现其发明目的，所采用的技术方案是：一种交直交电力机车自动过电分相方法，其作法为：

A、正常行驶时，由牵引控制系统控制牵引电机(M)处于牵引工作状态，供电臂上的牵引电压通过牵引变压器降压后，经脉冲整流器转换成稳定的直流电压，经滤波电路后供给牵引逆变器，最后由牵引逆变器转换为三相交流电，供给牵引电机，驱动机车前进。

B、机车驶进到中性段前，由牵引控制系统控制牵引电机工作在再生制动状态，使中间直流电压保持稳定，同时控制脉冲整流器工作于逆变状态，在牵引变压器原边产生与牵引网电压大小相等、相位相同的交流电压，使牵引变压器原边的受电端不从供电臂取得电流，并在此状态下，机车进入中性段。

C、机车进入中性段后，由牵引控制系统控制牵引电机仍处于再生制动状态，保持中间直流电压的稳定，并且控制脉冲整流器仍工作于逆变状态，使牵引变压器的原边的电压的大小和相位逐渐向下一供电臂变化，在机车进入下一个供电臂前，该交流电相位与下一个供电臂的牵引电压大小和相位相同。

D、机车进入下一供电臂，进入A步的正常行驶过程。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

一、过电分相时，在进入中性段前，牵引控制系统的控制下，控制牵引电机处于再生供电工作状态，并保证中间直流电压恒定；同时在处于逆变工作状态的脉冲整流器的作用下，使牵引变压器原边的交流电压与供电臂上的牵引电网电压大小相等、相位相同，也即使牵引变压器原边的受电端(受电弓)的电位与供电臂的电位相等，从而牵引变压器原边的受电端从供电臂取得的电流为零，保证机车在无拉弧、截流过电压的状态下离开上一供电臂进入中性段。

二、在中性段中，同样在牵引控制系统的控制下，使中间直流电压稳定不变，经脉冲整流器逆变生成的交流电相位逐渐变化，在机车进入下一个供电臂前，该牵引变压器原边交流电相位与下一个供电臂的牵引电压相位相同，从而可保证机车在无合闸浪涌电流的状态下，平缓自动进入下一相供电区间。

三、由于过电分相时不需分断主断路器，可以提高主断路器的寿命，节约运营成本。同时控制系统完成的分相控制过程控制，断电时间不受主断路器开关时间、开关辅助系统和慢慢降级和升级的时间限制，控制时间只受到方式转换和调节时间限制，过电分相时机车断电时间很短，牵引力和速度损失小。

目前车上过电分相断电时间为160km/h、300km/h列车断电时间分别为，2.47S、1.21S。采用本发明方法的断电时间只有机车运行过中性段的时间，如果中性段长度按现有的60m计算，160km/h、300km/h列车断电(牵引电机处于再生制动状态)时间分别为，1.35S、0.72s。实际上按本发明方法过电分相的控制过程时间，只需要十几个工频周期，减小中性段长度，本发明方法的断电时间可降至0.4秒以下。

四、在机车电分过程中，脉冲整流器工作于逆变状态，使牵引变压器原边从供电臂取得的电流为零，牵引变压器由脉冲整流供电，辅助绕组没有断电，对辅助系统没有影响。而对于直接从逆变器的中间直流滤波电路处取电的辅助系统，因为直流电压稳定，同样可保证在整个过分相的过程中完全不断电。

五、本发明方法，只需对牵引控制系统的软件进行升级、改造即可，其改造成本低，便于实施。

总之，本发明方法能使机车实现自动过电分相，且在过分相时无须分合主断路器，进入中性段时无拉弧、无截流过电压，离开中性段时无合闸浪涌过电流；过电分相时间短、牵引力损失小、速度降落少。同时过电分相时辅助系统不断电，对辅助系统无影响；并且，本发明对现有机车的改造成本低，实施容易。

下面结合附图和具体的实施方式对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

图1是本发明实施例的机车过电分相示意图。

图2是本发明实施例的控制原理结构框图。

图3是本发明实施例的机车牵引电力传动系统(牵引变流器)的电路原理示意图。

图4是本发明实施例保持中间直流电压恒定的控制原理框图。

图5是本发明采用电流控制方式对脉冲整流器进行控制，实现牵引变压器原边从供电臂上取得的电流为零的控制方法的原理框图。

图6是本发明采用电压控制方式对脉冲整流器进行控制，实现对牵引变压器原边电压进行控制的原理框图。

具体实施方式

实施例

图1-3示出，本发明的一种具体实施方式为：一种交直交电力机车自动过电分相方法，其作法为：

A、正常行驶时，由牵引控制系统控制牵引电机M处于牵引工作状态，供电臂A上的牵引电压通过牵引变压器T降压后，经脉冲整流器PZ转换成稳定的直流电压，经滤波电路ZC供给牵引逆变器，最后由牵引逆变器NB转换为三相交流电，供给牵引电机M，驱动机车TR前进。

B、机车驶进到中性段前，由牵引控制系统PC控制牵引电机M工作在再生制动状态，使中间直流电压保持稳定，同时控制脉冲整流器PZ工作于逆变状态，在牵引变压器原边产生与牵引网电压大小相等、相位相同的交流电压，使牵引变压器T原边的受电端不从供电臂A取得电流，并在此状态下，机车TR进入中性段NL。

C、机车进入中性段后，由牵引控制系统PC控制牵引电机M仍处于再生制动状态，保持中间直流滤波电路ZC的中间直流电压的稳定，并且控制脉冲整流器PZ仍工作于逆变状态，使牵引变压器的原边的电压的大小和相位逐渐向下一供电臂B变化，在机车TR进入下一个供电臂B前，该交流电相位与下一个供电臂B的牵引电压大小和相位相同。

D、机车进入下一供电臂，进入A步的正常行驶过程。

本发明的牵引控制系统对牵引电机M及逆变器NB、脉冲整流器PZ的工作方式、电压及频率进行控制的方法均为现有技术。

如，保持中间直流电压稳定即可采用现有的多种方法实现，图4为其中的一种方法，该方法的具体过程是，在牵引控制系统PC中，首先预设一个希望稳定的参考电压ud_ref，由检测装置检测到的中间直流滤波电路ZC的中间直流电压作为反馈电压ud_f与参考电压ud_ref相减后进入比例积分调节器PI，比例积分调节器PI输出给力矩调节器QC，力矩调节器QC根据当前机车TR的速度信号V生成PWM控制量，经PWM控制器PWMC生成逆变器NB的驱动信号，从而控制机车TR制动，使由机车制动过程产生的能量根据需要改变，保证中间直流电压V的值稳定。

又如：用电流控制方式对脉冲整流器进行控制，实现牵引变压器原边从供电臂上取得的电流为零的控制方法，可以采用图5所示的方法：脉冲整流器PZ处于逆变状态，牵引控制系统PC输入整流器电流指令iN_{_ref}，并从牵引变压器T原边与供电臂之间检测出的电流作为反馈电流iN_-f，二者相减进入电流调节器IG。电流调节器IG可以是滞环比较器，也可是比例积分调节器或其它调节器。电流调节器IG的输出通过脉冲分配电路PD生成控制信号经驱动器QD放大后，控制脉冲整流器PZ，从而实现从供电臂A输入给牵引变压器T原边的电流等于零。显然，此时脉冲整流器PZ逆变出的交流电压通过牵引变压器T转换后，在牵引变压器T原边产生的电压与供电臂A上的电压大小相等、相位相同。

再如：用电压控制方式对脉冲整流器进行控制，实现对牵引变压器原边电压进行控制的方法，可以采用图6所示的方法：脉冲整流器PZ处于逆变状态，牵引控制系统PC输入电压设定值u_{s_ref}与检测出或预存的牵引变压器T原边电压作为反馈电压u_{s_f}相减后，进入电压调节器VG。电压调节器VG可是比例积分调节器也可是其它调节器。电压调节器VG的输出通过脉冲分配电路PD生成控制信号，经驱动器QD放大后控制脉冲整流器PZ的输出电压，使牵引变压器T原边的电压等于给定电压。机车进入中性段时，通过此种方式使其在牵引变压器原边的电压与当前供电臂的牵引电压一样，使得当前供电臂流入牵引变压器原边的电流为零；进入中性段后，通过逐渐改变电压设定值u_{s_ref}，使输出电压逐渐与要进入的下一供电臂B的牵引电压相等。

机车在没有过电分相的正常行驶过程中，根据需要，当然也可以通过牵引控制系统采用现有的控制方法使牵引机车处于制动状态。

在过电分相期间，如果牵引控制系统出现故障不能控制，也可强行断开主断路器K实现保护功能。

本发明方法除了可适用于普通机车外，显然也适合于动车组。也即将本发明方法用于动车组的过分相控制，也属于本发明的保护范围。

Claims (1)

1、一种交直交电力机车自动过电分相方法，其作法为：

A、正常行驶时，由牵引控制系统(PC)控制牵引电机(M)处于牵引工作状态，供电臂(A)上的牵引电压通过牵引变压器(T)降压后，经脉冲整流器(PZ)整流，经滤波电路(ZC)滤波后的中间直流电压供给牵引逆变器，最后由牵引逆变器(NB)转换为三相交流电，供给牵引电机(M)，驱动机车(TR)前进；

B、机车驶进到中性段前，由牵引控制系统(PC)控制牵引电机(M)工作在再生制动状态，使中间直流电压保持稳定，同时控制脉冲整流器(PZ)工作于逆变状态，在牵引变压器原边产生与牵引网电压大小相等、相位相同的交流电压，使牵引变压器(T)原边的受电端不从供电臂(A)取得电流，并在此状态下，机车(TR)进入中性段(NL)；

C、机车进入中性段后，由牵引控制系统(PC)控制牵引电机(M)仍处于再生制动状态，保持中间直流电压的稳定，并且控制脉冲整流器(PZ)仍工作于逆变状态，使牵引变压器的原边的电压的大小和相位逐渐向下一供电臂(B)变化，在机车(TR)进入下一个供电臂(B)前，该交流电相位与下一个供电臂(B)的牵引电压大小和相位相同；

D、机车进入下一供电臂，进入A步的正常行驶过程。

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