CN101898524B - 一种用于轨道车辆的电力牵引链 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于轨道车辆的电力牵引链，包括收集供电线(2)上电能的装置(4)，和至少一个电力电子电路(18)，该电力电子电路包括为至少一个电机(6)提供电力的静态牵引转换器(38)。电力牵引链在收集装置和每个电力电子电路之间包括固态电路断路器(SSCB)(201、202、203；301、302、303)，当流过该固态电路断路器的电流达到预定阈值时控制其断开。

Description

一种用于轨道车辆的电力牵引链
技术领域
本发明涉及一种轨道车辆的电力牵引链，具体涉及这样一种牵引链，该牵引链包括用于在输电线(如悬链线或电动机车的输电轨类型的导体)上收集电能的收集装置(如受电弓)以及包括至少一个电力电子电路，所述电力电子电路包括至少一个电机的电源的静态牵引转换器。
背景技术
为了更好地理解现有技术所带来的问题，首先参照图1说明传统牵引链的主要部件。
该图示出了从悬链线2通过受电弓4被提供有直流电流的轨道车辆的牵引链。该牵引链在另一端包括两个一组的三组电机6。
在断路器箱10的上游布置受电弓电流测量传感器8，该断路器箱包含主断路器12、与电阻15串联的用于对转换器的输入电容进行预充电的预充电接触器14和悬链线电压传感器16，所述预充电接触器的组件将在稍后说明。主断路器12以机电切断的形式实现。
每一组的两个电机6由牵引箱18供电，该牵引箱包含用于为两个电机分别供电的电力电子设备，具体是用于这两个电机的牵引静态牵引转换器。每一个牵引箱18包括辅助静态转换器的输出20。
首先，每个牵引箱18包含用于隔离故障支路以使车辆处于降级的工作模式的机电隔离接触器22。接下来，还包含与隔离接触器22串联的电流传感器24和输入电感26，输入电感26的功能是发生故障时，在断路器12断开之前承受峰值短路电流。接着，并联连接电容式滤波器28。
还并联连接短路开关30(例如IGBT或晶闸管型的开关)以及转换器的输入电容32和总线电压传感器34。
断路开关30具有阻止电压冲击的削减或抑制冲击功能。在牵引链置于工作状态之前，通过闭合预充电接触器14同时仍然断开断路器12来预充电电容32。
同样采用已知的方式，上述电路组后面有制动可变电阻器36和为其组内的两个电机6供电的三相静态牵引转换器38。电流传感器40测量提供给电机的电流。
第一个问题在于机电断流器12的存在。该断流器的目的是依靠其尽可能快的断开，保护牵引链免受由短路型故障、电压阶跃等产生的电流冲击，特别是防止由于三个转换器总线上同时出现故障引起电流冲击的“最坏情况”的情形。该断路器显示了机电组件惯常的缺点，特别是缺乏可靠性、对环境条件敏感、需要频繁维护以及反应相对较慢。
机电断路器的这些缺点同样存在于隔离接触器22。
另外，以下提到对预充电系统的需求。这是因为将牵引链置于工作状态时不可能简单地闭合断路器12。因此提供特殊的电路，其包括接触器14和具有限制电容32的充电电流功能的电阻15。另外，接触器14显现了机电组件的上述缺点。
另一个缺点是输入电感26的尺寸。它们的尺寸被设计为能够承受由短路型故障或供电线上的电压冲击所产生的电流冲击。
最后，还将提到电力电子细件如短路开关的存在。
本发明旨在克服这些缺点。
发明内容
更具体地，本发明的目的是提供一种限制并尽可能地消除机电组件的使用的轨道车辆的电力牵引链。
本发明的另一个目的是提供一种减小输入电感尺寸的轨道车辆的电力牵引链。
本发明的再一个目的是能够去除冲击抑制器的短路开关或能够去除用于避免电压冲击的其它设备。
到此为止，本发明首先涉及一种用于轨道车辆的电力牵引链，该电力牵引链包括收集供电线上电能的装置，和至少一个电力电子电路，该电力电子电路包括为至少一个电机提供电力的静态牵引转换器，牵引链包括位于收集装置和每个电力电子电路之间的固态电路断路器(SSCB)，当流过该固态电路断路器的电流达到预定阈值时控制其断开。
因此本发明能够去除机电断路器并用电力电子组件来进行替换。
在一个特定的实施例中，电力电子电路包括转换器的输入电容，并且控制固态电路断路器为输入电容预充电。
此外，在一个特定的实施例中，控制固态电路断路器以抑制由供电线中的电压冲击在静态牵引转换器的端子两端产生的电压冲击。
根据本发明的牵引链还包括在收集装置和每个固态电路断路器之间的主熔断器。
在另一个实施例中，根据本发明的牵引链包括在每个固态电路断路器和相关电力电子电路之间的熔断器。
本发明还涉及配备有诸如前述呈现的牵引链的牵引链的轨道车辆。
附图说明
现在将参照所附示意图，通过非限制性地举例来说明本发明的特定实施例，其中：
-图1已作了说明，其示出了传统的牵引链；
-图2示出了根据本发明第一实施例的牵引链；和
-图3示出了根据本发明第二实施例的牵引链。
具体实施方式
现在将说明图1的传统牵引链与图2和3的牵引链之间的区别。与在图1中使用的相同的参考标记将用于图2和3中的等同的构件。
在本发明的两个实施例中，牵引链的主机电断路器12由布置于DC总线上的用于每个牵引盒18的单个固态电路断路器所替代。因而此处牵引链包括三个固态电路断路器201、202、203(图2的情况)或301、302、303(图3的情况)。固态电路断路器201、202、203和301、302、303还形成了隔离接触器。因而，去除了图1的主机电断路器和机电隔离接触器。也去除了短路开关。
在图2的实施例中，固态电路断路器201、202、203在每个牵引盒18的输入端处布置在DC总线上。牵引链包括直接连接在受电弓4输出端处的单个熔断器204。
在图3的实施例中，固态电路断路器301、302、303集合在一个单元中。(所有或部分的这些SSCB能够被集中(pool))。牵引链包括连接在每个牵引盒18的输入端处的熔断器304。
每个固态电路断路器的触发阈值是超出该值则必定跳闸断开的最小电流电平，因此该触发阈值等于悬链线的如下电压跃阶所产生的电流值，所述电压跃阶将在各牵引转换器的输入滤波器的端子两端引起从转换器所禁止的低压到高压的电压变化。
至于抑制牵引总线上电压冲击的功能，尽管出现“方波”型(如在例如IEC61287和EN50163的标准中定义的)或“正弦波”型悬链线电压冲击，控制每个固态电路断路器，以在各个牵引转换器的输入电容端子两端将电压保持在转换器所禁止的低电压和高电压之间。可见此功能是可用的，并且仅在“牵引”模式中有效；在“制动”模式中，由变阻式(rheostatic)断路器提供抑制。
根据所采用的管理策略(“故障保护”功能(电流冲击/电压冲击)、“接触器模式”功能、“预充电模式”功能)，与作为驾驶命令、有关车辆的信息(牵引、制动、能耗等)和从牵引链传感器收集的数据(牵引链转换器的输入电压、牵引盒的输入电流和流过牵引转换器的输入滤波器的电感的输入电流、悬链线电压等)的函数，执行用于断开和闭合固态电路断路器的命令。
“故障保护”功能带来下面两个子功能：
-保护免受转换器总线上传递的悬链线电压冲击(仅在牵引模式)；
-保护免受由于短路、悬链线电压跳变等在转换器总线上出现的电流冲击(在牵引和/或制动模式)。
在断开设备后，可操作与固态电路断路器串联设置的隔离器以便提高仅由电力组件所带来的隔离能力。

Claims (7)

1.一种用于轨道车辆的电力牵引链，所述电力牵引链包括收集供电线(2)上的电能的收集装置(4)，和至少一个电力电子电路(18)，所述电力电子电路包括为至少一个电机(6)供应电力的静态牵引转换器(38)，
其特征在于，所述电力牵引链包括位于所述收集装置和每个电力电子电路之间的固态电路断路器(SSCB)(201、202、203；301、302、303)，当流过所述固态电路断路器的电流达到预定阈值时控制固态电路断路器断开。
2.根据权利要求1所述的电力牵引链，其中，所述电力电子电路包括用于所述静态牵引转换器的输入电容(32)，并且所述固态电路断路器被控制来实现所述输入电容的预充电。
3.根据权利要求1或2所述的电力牵引链，其中，所述固态电路断路器被控制来限制由供电线中的电压冲击在所述静态牵引转换器的端子两端产生的电压冲击。
4.根据权利要求1或2所述的电力牵引链，包括在所述收集装置和每个固态电路断路器之间的主熔断器(204)。
5.根据权利要求1或2所述的电力牵引链，包括在每个固态电路断路器和相关的电力电子电路之间的熔断器(304)。
6.根据权利要求1或2所述的电力牵引链，包括与所述固态电路断路器串联的隔离器。
7.一种轨道车辆，其特征在于配备有根据前述权利要求中任一项所述的电力牵引链。
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