CN104242681B - 一种电力机车的列车供电柜 - Google Patents

一种电力机车的列车供电柜 Download PDF

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CN104242681B CN201410460612.9A CN201410460612A CN104242681B CN 104242681 B CN104242681 B CN 104242681B CN 201410460612 A CN201410460612 A CN 201410460612A CN 104242681 B CN104242681 B CN 104242681B
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李小平
罗继光
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张先翔
黄亮
李英华
欧阳天添
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株洲南车时代电气股份有限公司
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Abstract

本发明公开了一种电力机车的列车供电柜,该列车供电柜包括第一切换开关以及至少三个结构相同的供电支路,其中,第一切换开关连接在交流输入电源与至少三个供电支路之间,用于切换出需要的供电支路作为导通支路,与交流输入电源连通,以保证对电力机车的正常供电。本发明所提供的用于电力机车的列车供电柜提高了供电柜的输出能力,在某一个或几个供电支路出现异常时,供电柜均能够保持同样的输出能力,从而保证了对各个用电负载的正常供电。

Description

一种电力机车的列车供电柜
技术领域
[0001] 本发明涉及机车列车技术领域,具体地说,涉及一种电力机车的列车供电柜。
背景技术
[0002] 为促进铁路节能降耗、提高运输效益,铁道部大规模取消了发电车,并同时推广使 用电力机车的DC600V列车供电柜来为电力机车的用电负载进行供电。
[0003] 现有的电力机车列车供电柜的结构相似,均是采用一个集中式供电控制系统控制 供电回路来对电力机车负载进行供电。随着轨道交通技术的发展,电力机车所装载的用电 负载越来越多,而现有的列车供电柜已经无法满足日益增长的用电需求。
[0004] 基于上述情况,亟需一种能够满足现有用电要求的列车供电柜。
发明内容
[0005] 为解决上述问题,本发明提供了一种电力机车的列车供电柜,所述列车供电柜包 括第一切换开关以及至少三个结构相同的供电支路,其中,所述第一切换开关连接在交流 输入电源与所述至少三个供电支路之间,用于切换出需要的供电支路作为导通支路,与所 述交流输入电源连通,以保证对所述电力机车的正常供电。
[0006] 根据本发明的一个实施例,所述列车供电柜还包括:
[0007] 多个电抗器,所述电抗器的数量与所述供电支路的数量相等,所述电抗器相应地 连接在各个供电支路的输出端。
[0008] 根据本发明的一个实施例,所述列车供电柜还包括:
[0009] 多个电抗器,所述电抗器的数量与所述导通支路的数量相等;
[0010] 第三切换开关,其连接在所述多个电抗器与导通支路之间,用于将各个电抗器相 应地连接在各个导通支路的输出端。
[0011] 根据本发明的一个实施例,所述第一切换开关和/或第三切换开关包括双刀开关。
[0012] 根据本发明的一个实施例,所述列车供电柜还包括:
[0013] 多个第一滤波电路,各个第一滤波电路与各个电抗器对应连接。
[0014] 根据本发明的一个实施例,所述供电支路包括:
[0015] 第二滤波电路,其与所述第一切换开关连接,用于对所述交流输入电源提供的交 流电进行滤波;
[0016] 整流电路,其与所述第二滤波电路连接,用于将滤波后的所述交流电转换为直流 电并输出。
[0017] 根据本发明的一个实施例,所述列车供电柜还包括:
[0018] 第二切换开关,其与所述至少三个供电支路连接,用于从所述导通支路中切换出 交流供电支路;
[0019] 逆变单元,其与所述第二切换开关连接,用于将所述交流供电支路提供的交流电 转换为直流电并输出。
[0020] 根据本发明的一个实施例,所述逆变单元包括预充电电路和逆变电路,所述预充 电电路连接在所述第二切换开关与所述逆变电路之间。
[0021] 根据本发明的一个实施例,所述预充电电路包括极性电容、限流电路和保护电路, 所述保护电路连接在所述极性电容与限流电路之间。
[0022] 根据本发明的一个实施例,所述列车供电柜还包括:
[0023] 电度表,其分别与各个供电支路连接,用于测量各个供电支路的耗电量。
[0024] 本发明所提供的用于电力机车的列车供电柜通过设置至少三个结构相同的供电 支路,并利用切换开关从这些供电支路中切换出需要的供电支路作为导通支路来为电力机 车的用电负载进行供电,提高了供电柜的输出能力。在某一个或几个供电支路出现异常时, 供电柜均能够保持同样的输出能力,从而保证了对各个用电负载的正常供电。
[0025] 本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述,并且,部分地从说明书中变 得显而易见,或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利 要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
[0026] 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的附图做简单的介绍:
[0027] 图1是根据本发明一个实施例的列车供电柜的结构示意图;
[0028] 图2是根据本发明一个实施例的供电支路的电路结构图;
[0029] 图3是根据本发明另一个实施例的列车供电柜的电路原理图。
具体实施方式
[0030] 以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式,借此对本发明如何应用 技术手段来解决技术问题,并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明 的是,只要不构成冲突,本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合, 所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。
[0031] 同时,在以下说明中,出于解释的目的而阐述了许多具体细节,以提供对本发明实 施例的彻底理解。然而,对本领域的技术人员来说显而易见的是,本发明可以不用这里的具 体细节或者所描述的特定方式来实施。
[0032] 实施例一:
[0033] 针对现有的电力机车的列车供电柜无法满足用电负载日益增大的用电要求的缺 陷,本发明提供了一种新的用于电力机车的列车供电柜。图1示出了本实施例所提供的电力 机车的列车供电柜的结构示意图。
[0034] 如图1所示,本实施例所提供的列车供电柜101包括第一切换开关102以及至少三 个结构相同的供电支路(例如供电支路l〇3a、供电支路103b、…、供电支路10¾等)。其中,第 一切换开关102的一端与交流输入电源100 (例如硅机组等)连接,另一端通过各个端口与各 个供电支路对应连接,以用从各个供电支路中切换出需要的供电支路作为导通支路,来与 交流输入电源1〇〇连接。而接入交流电源的供电支路,即导通支路,能够将所输入的交流电 源转换为直流电源进行输出,从而保证对电力机车的正常供电。
[0035] 例如当前的导通支路为供电支路103a和供电支路103b,而当供电支路103a出现异 常时,第一切换开关102能够将供电支路l〇3a切出,并将供电支路103n切入。因为供电支路 103n与供电支路103a的结构以及性能相同,这样切换后供电柜进行电量转换以及输出的能 力不变,从而保证了向电力机车用电负载的正常供电。
[0036] 同时,在本发明的一个实施例中,还可以通过多个供电支路同时来为用电负载供 电,这样有助于降低对各个供电支路的性能要求,扩大了各个供电支路中元器件的型号选 择范围,从而有助于降低供电柜的成本,并降低了供电柜的故障率,提高供电柜的可靠性。 [0037]因为现有的电力机车的用电负载的数量繁多,而不同的用电负载对于电源的要求 是不同的,例如有的用电负载需要交流电进行驱动,而有的用电负载则需要直流电进行驱 动。本实施例所提供的导通支路输出的为直流电,所以为了为部分使用交流电来驱动的用 电设备提供电源,本实施例所提供的列车供电柜还包括第二切换开关104和逆变单元105。 [0038]如图1所示,第二切换开关104的一端通过各个端口与各个供电支路对应连接,另 一端与逆变单元105连接。第二切换开关104能够从各个导通支路中切换出为逆变装置105 进行供电的支路(即交流供电支路)。逆变单元105接收第二切换开关104传输来的直流电, 并将该直流电转换为交流电后输出给相应的用电负载,从而驱动该用电负载正常运行。 [0039]需要说明的是,第二切换开关与逆变单元可以根据电力机车的用电负载情况选择 是否配置,例如对于不需要进行交流供电的用电负载,可以直接通过各个导通支路提供的 直流电源进行通电,而对于部分需要交流供电的用电负载,可以相应地配置第二切换开关 与逆变单元,从而得到所需要的交流电来为这些用电负载供电,本发明不限于此。
[0040] 此外,因为不同的用电负载所需要的交流电源也可能不同,所以在本发明的其他 实施例中,还可以通过配置多个由切换开关与逆变单元构成的交流供电支路的形式来为不 同的用电负载供电,每个交流通电支路输出的交流电可以通过配置不同的逆变单元的参数 来输出所需要的交流电,从而实现同时对多个交流用电负载的供电,本发明不限于此。
[0041] 本实施例中,各个供电支路的作用是将输入的交流电转换为直流电进行输出,因 为各个供电支路的电流结构相同,所以以下以图2所示的其中一个供电支路的电路结构图 为例,来对各个供电支路的工作原理以及过程进行进一步地阐述。
[0042] 如图2所示,本实施例所提供的供电支路包括第二滤波电路201、整流电路202、电 抗器203和第一滤波电路204。其中,第二滤波电路201与第一切换开关102连接,用于对第一 切换开关传输来的交流输入电源提供的交流电进行滤波。整流电路202与第二滤波电路201 连接,用于将第二滤波电路201传输来的滤波后的交流电转换为直流电并输出。电抗器203 与第二滤波电路204串联在整流电路202的输出端,其用于对整流电路输出的直流电进行滤 波,以提高直流电的质量,从而保证对电力机车用电负载的可靠供电。
[0043] 从上述描述中可以看出,本实施例中,电抗器的数量与供电支路的数量相等,这样 每个供电支路中均包括电抗器。但是在本发明的其他实施例中,也可以通过合理的电路结 构形式,例如通过第三切换开关将各个电抗器与供电支路连接,通过第三切换开关的切换 导通作用,将各个电抗器与导通支路连接。由于导通支路是从各个供电支路中切换出的,其 数量小于供电支路的总数量,所以需要配置电抗器的数量也就小于供电支路的总数量。这 样便有效较少了所使用的电抗器的数量,减小了整个供电柜的体积,降低了供电柜的成本, 提高了市场竞争力。
[0044] 本实施例中,交流输入电源100提供的是双相交流电,所以第一切换开关采用双刀 开关。因为对于各个供电支路来说,其输入端与交流输入电源100的连接状态是相同的(即 同时连接或同时断开),所以采用双刀开关,能够简化控制流程,这有助于减小整个供电柜 的故障率,提高了供电柜的可靠性。
[0045] 基于上述原理,第二切换开关也可以采用双刀开关,当然,在本发明的其他实施例 中,第一切换开关和/或第二切换开关也可以采用其他合理形式的开关,本发明不限于此。 [0046] 从上述描述中可以看出,本实施例所提供的用于电力机车的列车供电柜通过设置 至少三个结构相同的供电支路,并利用切换开关从这些供电支路中切换出需要的供电支路 作为导通支路来为电力机车的用电负载进行供电,提高了供电柜的输出能力。在某一个或 几个供电支路出现异常时,供电柜均能够保持同样的输出能力,从而保证了对各个用电负 载的正常供电。
[0047] 实施例二:
[0048]图3示出了本实施例所提供的用于电力接车的列车供电柜的电路原理图。
[0049] 从图中可以看出,本实施例所提供的列车供电柜包含了三个结构相同的供电支 路,即供电支路103a、供电支路103b和供电支路103c。本实施例中,以供电支路103a和供电 支路103b为默认供电支路,以供电支路103c为备用供电支路,当供电支路103a或供电支路 103b发生故障时,发生故障的供电支路切出,作为备用供电支路的供电支路103c切入,从而 保证了列车供电柜处于工作状态的供电支路仍有两路,这样列车供电柜的性能保持不变, 从而保证了对外部用电负载的正常供电。
[0050] 具体地,如图3所示,本实施例所采用的切换开关均为双刀三位开关。其中,切换开 关K1的E端口与第一供电绕组的输出端正极(g卩a8端口)连接,F端口与供电绕组的输出端负 极(即x8端口)连接。切换开关K1的E1端口和F1端口分别与供电支路103b的输入端的两个端 口对应连接,E2端口和F2端口分别与供电支路103a的输入端的两个端口对应连接,切换开 关K1的E1端口与F1端口、E2端口与F2端口的状态相同,即同时导通或同时断开。
[0051] 所以本实施例中,当切换开关K1处于第一状态,S卩E端口和F端口分别与E1端口和 F1端口连通时,此时供电支路103b的两个输入端口 G11与G12分别于供电绕组的a8端口和x8 端口连通,这样交流输入电源提供的交流电便被传输到供电支路l〇3b。
[0052] 当切换开关K1处于第二状态时,即E端口和F端口分别与E2端口和F2端口连通时, 此时供电支路l〇3a的两个输入端口 G31与G32分别于供电绕组的a8端口和x8端口连通,这样 交流输入电源提供的交流电便被传输到供电支路l〇3a。
[0053] 当切换开关K1处于第三状态时,E端口和F端口处于悬空状态,此时供电支路l〇3a 与供电支路103b均无电源输入。
[0054] 如图3所示,切换开关K4的E端口与第二供电绕组的输出端正极(即a9端口)连接,F 端口与供电绕组的输出端负极(即x9端口)连接。切换开关K4的E1端口和F1端口分别与供电 支路103c的输入端的两个端口对应连接,E2端口和F2端口分别与供电支路103a的输入端的 两个端口对应连接,切换开关K4的E1端口与F1端口、E2端口与F2端口的状态相同,即同时导 通或同时断开。
[0055] 与切换开关K1类似,切换开关K4也可以使得供电支路103a或供电支路103c与交流 输入电源连通,还可以使得供电支路l〇3a和供电支路l〇3c均处于无电源输入状态。
[0056]从上述描述中可以看出,本实施例中,供电支路103b和供电支路103c作为默认的 供电支路,当这两个供电支路中有一个存在异常时,通过切换开关K1或切换开关K4的相应 动作,异常的供电支路被切出,作为备用的供电支路103a被切入,从而保证了列车供电柜处 于工作状态的供电支路仍有两路,这样列车供电柜的性能保持不变,从而保证了对外部用 电负载的正常供电。
[0057]以下以供电支路103a为例来对各个供电支路进行交直转换的原理以及过程进行 进一步的阐述。
[0058]如图3所示,本实施例中,当供电支路103a与交流输入电源之间的连接导通时,供 电支路10¾的输入端接收到交流输入电源提供的交流电,并将该交流电传输到第二滤波电 路,由第二滤波电路来进行滤波处理。
[0059] 本实施例中,第二滤波电路为由电阻R39、电阻R41和电容C35构成的RC滤波电路。 当然,在本发明的其他实施例中,第二滤波电路还可以采用其他合理的电路形式,本发明不 限于此。
[0060] 整流电路接收经第二滤波电路滤波后的交流电,并根据控制箱U1输出的控制信号 将该交流电转换为直流电进行输出。本实施例中,整流电路采用半控桥式整流电路。当然, 在本发明的其他实施例中,整理电路还可以采用其他合理的电路形式,例如全控桥式整理 电路等,本发明不限于此。
[0061] 本实施例中,在整流电路的输出端,还连接有电流检测电路UA9。电路检测电路UA9 能够实时检测整流电路的输出电流,并将该输出电流传输给控制箱U1。控制箱U1能够根据 整流电路输出的电流调整整流电路中开关单元的通断,从而使得输出的电流更加接近目标 电流,从而保证输出电流的准确性。
[0062] 如图3所示,本实施例例中,每个供电支路均包括第一滤波电路。其中,第一滤波电 路包括电容C37、电阻63R1、电阻63R2、电阻R69和电阻R70,其中,电容C37并联在由电阻63R1 和电阻63R2串联构成的电路的两端,有电阻R69和电阻R70并联而成的电路的一端与电阻 63R1和电阻63R2的公共端连接,另一端与地连接。
[0063] 本实施例所提供的供电柜包括两个电抗器,即电抗器L1与电抗器L2。其中,切换开 关K2的E端口与电抗器L1的一端(即端口G279)连接,F端口与电抗器L1的一端(即端口G281) 连接。切换开关K2的E1端口和F1端口分别与供电支路103b的输出端正极(即端口G33)和该 供电支路中的第一滤波电路的输入端正极连接,E2端口和F2端口分别与供电支路103b的输 出端正极(即端口G33)和该供电支路的第一滤波电路的输入端正极连接,切换开关K2的E1 端口与F1端口、E2端口与F2端口的状态相同,即同时导通或同时断开。
[0064] 所以本实施例中,当切换开关K1处于第一状态,且切换开关K2处于第一状态,即E 端口和F端口分别与E1端口和F1端口连通时,此时电抗器L1接入供电支路10 3b的输出端口 G13与第一滤波电路的输入端口 G14。此时,滤波供电支路103b输出的直流电将先后通过电 抗器L1和该供电支路中的第一滤波电路,经过滤波后进行输出。
[0065] 当第一切换开关K1处于第二状态,且切换开关K2处于第二状态,g卩E端口和F端口 分别与E2端口和F2端口连通时,此时电抗器L1接入供电支路103a的输出端口 G33与第一滤 波电路的输入端口 G34。此时,滤波供电支路10¾输出的直流电将先后通过电抗器L1和该供 电支路中的第一滤波电路,经过滤波后进行输出。
[0066]当切换开关K2处于第三状态时,E端口和F端口处于悬空状态,此时供电支路l〇3a 与供电支路103b均不进行输出。
[0067] 本实施例所提供的供电柜还包括电压检测电路31SV。电压检测电路31SV与电容 C40并联,其能够检测电容C40两端的电压,并将该电压传输给控制箱U1。控制箱U1根据接收 到的电压对输出的电压进行闭环控制,从而保证了输出电压的准确性和稳定性。
[0068] 类似地,电抗器L2可以由切换开关K5切换到供电支路103a或供电支路103c中,其 原理以及过程与上述电抗器L1的切换过程相同,在此不再赘述。
[0069] 从上述描述中可以看出,本实施例中,当供电柜正常工作时,有两个供电支路会输 出直流电。而在一些情况下,电力机车的用电负载(例如压缩机)需要交流电进行驱动,所以 这里就需要对得到的直流电转换为交流电。
[0070] 如图3所示,本实施例所提供的列车供电柜还包括有逆变单元和第二切换切换开 关。其中,第二切换开关的一端通过各个端口与各个供电支路中的第一滤波电路的输出端 连接,另一端与逆变单元连接。
[0071] 例如,本实施例中供电支路103b和供电直流103c工作正常,这两个供电支路均有 直流电输出。第二切换开关的一端与三个供电支路连接,压缩机需要由供电支路103b提供 电能时,此时第二切换开关将供电支路103b与逆变单元连通。这样逆变单元便可以讲供电 支路l〇3b输出的直流电转换为交流电后传输给压缩机,从驱动压缩机运行。
[0072] 如图3所示,本实施例中,逆变单元包括预充电电路和逆变电路。预充电电路连接 在第二切换开关和逆变电路之间。具体地,预充电电路包括极性电容、限流电路和保护电 路。本实施例中,极性电容采用了两个极性电容(即电容C201和电容C202)串联的结构,在电 容C201和电容C202的两端分别并联有电阻R203和电阻R204,电容C201的正极与逆变电路的 输入端正极连接,电容C202的负极与逆变电路的输入端负极连接。限流电路有开关KM201、 开关KM202和电阻R201构成,其中开关KM201与开关KM202串联,电阻R201并联在开关KM202 两端。
[0073] 本实施例中,整流电路采用三相全桥整流电路,其各个输出端均连接有LC滤波电 路,其中,LC滤波电路中的电容采用相相连接,从而提高了所输出的交流电的质量。
[0074] 从图3中还可以看出,本实施例所提供的列车供电柜还包括电度表U3和电度表U4, 其中,电度表U3连接在供电支路103a的输入端,电度表U4连接在供电支路103b和供电支路 l〇3c的输入端,用于检测各个供电支路所流过的电量,从而为对电力机车的进一步的管理 提供数据依据。
[0075] 需要说明的是,在本发明的其他实施例中,还可以采用其他合理的方式来检测各 个供电支路所流过的电量,例如每个支路均连接一电度表等,发明不限于此。同时,在本发 明的其他实施例中,各个供电支路可以采用同一控制箱,也可以采用不同的控制箱吧,本发 明同样不限于此。
[0076] 应该理解的是,本发明所公开的实施例不限于这里所公开的特定结构、处理步骤 或材料,而应当延伸到相关领域的普通技术人员所理解的这些特征的等同替代。还应当理 解的是,在此使用的术语仅用于描述特定实施例的目的,而并不意味着限制。
[0077] 说明书中提到的“一个实施例”或“实施例”意指结合实施例描述的特定特征、结构 或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此,说明书通篇各个地方出现的短语“一个实 施例”或“实施例”并不一定均指同一个实施例。 _
[0078] 为了方便,在此使用的多个项目、结构单元、组成单元和/或材料可出现在共同列 表中。然而,这些列表应解释为该列表中的每个元素分别识别为单独唯一的成员。因此,在 没有反面说明的情况下,该列表中没有一个成员可仅基于它们出现在共同列表中便被解释 为相同列表的任何其它成员的实际等同物。另外,在此还可以连^针对各元件的替代一起 来参照本发明的各种实施例和示例。应当理解的是,这些实施例、示例和替代并不解释为彼 此的等同物,而被认为是本发明的单独自主的代表。
[0079] 虽然上述示例用于说明本发明在一个或多个应用中的原理,但对于本领域的技术 人员来说,在不背离本发明的原理和思想的情况下,明显可以在形式上、用法及实施的细节 上作各种修改而不用付出创造性劳动。因此,本发明由所附的权利要求书来限定。

Claims (10)

1. 一种电力机车的列车供电柜,其特征在于,所述列车供电柜包括第一切换开关以及 至少三个结构相同的供电支路,其中,所述第一切换开关连接在交流输入电源与所述至少 三个供电支路之间,用于切换出需要的供电支路作为导通支路,与所述交流输入电源连通, 以保证对所述电力机车的正常供电, 所述列车供电柜还包括: 第二切换开关,其与所述至少三个供电支路连接,用于从所述导通支路中切换出交流 供电支路; 逆变单元,其与所述第二切换开关连接,用于将所述交流供电支路提供的直流电转换 为交流电并输出, 所述逆变单元包括预充电电路和逆变电路,所述预充电电路连接在所述第二切换开关 与所述逆变电路之间, 所述预充电电路包括极性电容、限流电路和保护电路,所述保护电路连接在所述极性 电容与限流电路之间,所述限流电路包括两个开关和一个电阻,其中,两个开关串联,其中 一个开关与电阻并联。
2. 如权利要求1所述的列车供电柜,其特征在于,所述列车供电柜还包括: 多个电抗器,所述电抗器的数量与所述供电支路的数量相等,各个电抗器相应地连接 在各个供电支路的输出端。
3.如权利要求1所述的列车供电柜,其特征在于,所述列车供电柜还包括: 多个电抗器,所述电抗器的数量与所述导通支路的数量相等; 第三切换开关,其连接在所述多个电抗器与导通支路之间,用于将各个电抗器相应地 连接在各个导通支路的输出端。
4.如权利要求3所述的列车供电柜,其特征在于,所述第一切换开关和/或第三切换开 关包括双刀开关。
5.如权利要求2所述的列车供电柜,其特征在于,所述列车供电柜还包括: 多个第一滤波电路,各个第一滤波电路与各个电抗器对应连接。
6.如权利要求3所述的列车供电柜,其特征在于,所述列车供电柜还包括: 多个第一滤波电路,各个第一滤波电路与各个电抗器对应连接。
7.如权利要求4所述的列车供电柜,其特征在于,所述列车供电柜还包括: 多个第一滤波电路,各个第一滤波电路与各个电抗器对应连接。
8.如权利要求1〜7中任一项所述的列车供电柜,其特征在于,所述供电支路包括: 第二滤波电路,其与所述第一切换开关连接,用于对所述交流输入电源提供的交流电 进行滤波; 整流电路,其与所述第二滤波电路连接,用于将滤波后的交流电转换为直流电并输出。
9.如权利要求1〜7中任一项所述的列车供电柜,其特征在于,所述列车供电柜还包括: 电度表,其分别与各个供电支路连接,用于测量各个供电支路的耗电量。
10.如权利要求8所述的列车供电柜,其特征在于,所述列车供电柜还包括: 电度表,其分别与各个供电支路连接,用于测量各个供电支路的耗电量。
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