CN105966266B - 一种传动系统主电路 - Google Patents

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Abstract

本申请提出一种传动系统主电路，该电路从电压输入端到动力输出端依次包括：高压电器单元、与所述高压电器单元联接的电容器充放电单元、与所述电容器充放电单元联接的滤波单元、与所述滤波单元联接的各变流器单元及与所述各变流器单元联接的牵引电动机；其中，所述变流器单元数量大于1；所述电路还包括将所述变流器单元互相连接的串并联模式切换开关，用于控制所述变流器单元的串并联模式切换，以使所述变流器单元适用不同的供电电压。采用本发明提出的传动系统主电路，通过变流器单元的串并联切换，使逆变模块可以适用多种不同的供电电压，灵活增大了逆变模块对直流供电电源的适用范围。

Description

一种传动系统主电路
技术领域
本发明属于列车牵引系统领域，尤其涉及一种传动系统主电路。
背景技术
近年来，我国城市轨道交通发展迅猛，列车功能越来越完善，结构越来越复杂，自动化程度越来越高。随着我国轨道交通不断发展，列车运营里程不断增加，各种不同的运行路段和运行环境对列车性能提出了越来越高的要求，尤其是对列车牵引系统的要求越来越高。
现有列车牵引系统主要包括供电电源、中间直流回路和牵引逆变单元三部分。牵引逆变单元的组成包括车控、架控、轴控三种形式，在常见的架控和轴控的情况下，单个逆变模块均并联在中间直流回路上，逆变模块所适用的电压值固定为中间直流回路电压，若中间直流回路电压发生变化，由于逆变模块适用电压值单一，则必须更换与之匹配的逆变模块，才能保证列车牵引系统正常工作。
发明内容
为了解决上述现有技术中逆变模块只能适用一种固定供电电压的局限性问题，本发明提出一种传动系统主电路，其变流器单元的逆变模块能够适用不同的供电电压，打破了传统列车牵引系统逆变模块只能适用一种固定供电电压的局限性。
一种传动系统主电路，从电压输入端到动力输出端依次包括：高压电器单元、与所述高压电器单元联接的电容器充放电单元、与所述电容器充放电单元联接的滤波单元、与所述滤波单元联接的各变流器单元及与所述各变流器单元联接的牵引电动机；其中，所述变流器单元数量大于1；
所述电路还包括将所述变流器单元互相连接的串并联模式切换开关，用于控制所述变流器单元的串并联模式切换，以使所述变流器单元适应不同的供电电压。
优选地，所述将所述变流器单元互相连接的串并联模式切换开关，包括两组转换开关；
其中，所述转换开关包括：第一端口、第二端口和一个开关执行机构；
所述开关执行机构可以交替接触所述第一端口和所述第二端口；所述两组转换开关的第二端口互相连接，所述两组转换开关的第一端口之间及所述两组转换开关的开关执行机构之间互不相连；
其中一组转换开关的开关执行机构和第一端口分别连接与所述串并联模式切换开关连接的变流器单元的正极，另一组转换开关的开关执行机构和第一端口分别连接与所述串并联模式切换开关连接的变流器单元的负极。
优选地，所述高压电器单元包括：与供电电源及所述电容器充放电单元连接的高速断路器及与供电电源及拖车供电线路连接的熔断器及二极管串联电路。
优选地，所述电容器充放电单元，包括：连接所述高压电器单元与所述滤波单元的第一接触器及与所述第一接触器并联的第二接触器与充电电阻串联电路。
优选地，所述滤波单元，包括：与所述电容器充放电单元连接的滤波电抗器及连接在电路正负极之间的直流回路支撑电容器。
优选地，所述变流器单元，包括：连接所述滤波单元及所述检测单元的逆变器单元。
优选地，所述电路还包括检测单元，其中，所述检测单元，包括：
多个电流传感器，分别连接在所述电路的直流输电线上及所述变流器单元与所述牵引电动机之间的三相交流输电线上；
多个电压传感器，分别连接在所述电路的正极与负极之间。
优选地，所述牵引电动机为三相交流牵引电动机，用于将所述电路中的电能转化为牵引动力输出。
本发明提出的传动系统主电路，从电流输入端到动力输出端依次包括：高压电器单元、与所述高压电器单元联接的电容器充放电单元、与所述电容器充放电单元联接的滤波单元、与所述滤波单元联接的各变流器单元及与所述各变流器单元联接的牵引电动机。所述变流器单元数量大于1，所述电路还包括将所述变流器单元互相连接的串并联模式切换开关，用于控制所述变流器单元的串并联模式切换，以使所述变流器单元适用不同的供电电压，打破了传统列车牵引系统逆变模块只能适用一种固定供电电压的局限性。
附图说明
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使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例公开的一种传动系统主电路的电路图；
图2是变流器单元与牵引电动机的组成形式示意图；
图3是本发明实施例公开的当列车牵引系统中有四个变流器单元时，变流器单元与串并联模式切换开关之间的连接示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例公开了一种传动系统主电路，参见图1，该电路从电压输入端到动力输出端依次包括：高压电器单元101、与所述高压电器单元101联接的电容器充放电单元102、与所述电容器充放电单元102联接的滤波单元103、与所述滤波单元联接103的各变流器单元104及与所述各变流器单元104联接的牵引电动机105；其中，所述变流器单元104数量大于1；
所述电路还包括将所述变流器单元104互相连接的串并联模式切换开关106，用于控制所述变流器单元104的串并联模式切换，以使所述变流器单元104适用不同的供电电压。
具体的，如图2所示，在现行列车牵引系统中，变流器单元104与牵引电动机105之间的组成包括车控、架控、和轴控三种形式：在车控形式中，只有一个变流器单元104控制四台牵引电动机105；在架控形式中，有两个变流器单元104控制四台牵引电动机105，每个变流器单元104控制两台牵引电动机105；在轴控形式中，有四个变流器单元104控制四台牵引电动机105，每个变流器单元104控制一台牵引电动机105。本发明提出的传动系统主电路中变流器单元104数量大于1，则变流器单元104与牵引电动机105可以按照架控或轴控形式组成。
如图1所示，列车牵引系统主电路包括两个变流器单元104，每个变流器单元104控制两台牵引电动机105，变流器单元104与牵引电动机105按照架控形式组成。单个变流器单元104的适用电压值为Supply_DC1。具体的，将串并联模式切换开关106打到1端，此时两个变流器单元104并联，由于单个变流器单元104的适用电压值为Supply_DC1，因此两个变流器单元104并联可以适用Supply_DC1的供电电压；将串并联模式切换开关106打到2端，此时两个变流器单元104串联，由于单个变流器单元104的适用电压值为Supply_DC1，两个变流器单元104可以共同分担2*Supply_DC1的电压值，我们假设2*Supply_DC1＝Supply_DC2因此两个变流器单元104串联可以适用Supply_DC2的供电电压。由此可见，当列车牵引系统主电路中有两个变流器单元104时，通过串并联模式切换开关106控制两个变流器单元104之间的串并联切换，可以使列车牵引系统主电路适用Supply_DC1和Supply_DC2两种不同的供电电压。
还需说明的是，当列车牵引系统中有四个变流器单元104，即变流器单元104与牵引电动机105之间按照轴控形式组成时，本发明提出的传动系统主电路依然可以适用不同的供电电压。具体的，如图3所示，变流器单元104与串并联模式切换开关106之间按照图示方法连接。为了更加简洁明了地说明本发明方案，我们用QS1、QS2、QS3区分不同的串并联模式切换开关106，用INVMK1、INVMK2、INVMK3、INVMK4区分不同的变流器单元104。同样，单个变流器单元104的适用电压值为Supply_DC1。将三个串并联模式切换开关106(QS1、QS2、QS3)全部打到1端，此时四个变流器单元104(INVMK1、INVMK2、INVMK3、INVMK4)并联，由于单个变流器单元104的适用电压值为Supply_DC1，此时该牵引系统主电路可以适用Supply_DC1的供电电压；将串并联模式切换开关QS1和QS3打到2端，QS2打到1端，此时变流器单元INVMK1和INVMK2串联，变流器单元INVMK3和INVMK4串联，变流器单元INVMK1和INVMK2串联模块与变流器单元INVMK3和INVMK4串联模块并联，由于单个变流器单元104的适用电压值为Supply_DC1，因此变流器单元INVMK1和INVMK2串联模块分担电压2*Supply_DC1，变流器单元INVMK3和INVMK4串联模块分担电压2*Supply_DC1，我们假设2*Supply_DC1＝Supply_DC2，此时该牵引系统主电路可以适用Supply_DC2的供电电压；将三个串并联模式切换开关106(QS1、QS2、QS3)全部打到2端，此时四个变流器单元104(INVMK1、INVMK2、INVMK3、INVMK4)串联，由于单个变流器单元104的适用电压值为Supply_DC1，此时该牵引系统主电路可以适用4*Supply_DC1的供电电压，我们假设4*Supply_DC1＝Supply_DC3。由此可见，当列车牵引系统主电路中有四个变流器单元104时，通过三个串并联模式切换开关106控制四个变流器单元104之间的串并联切换，可以使列车牵引系统主电路适用Supply_DC1、Supply_DC2和Supply_DC3三种不同的供电电压。
可以理解的是，本发明只提供了能够适用2种和适用3种供电电源的传动系统主电路示例。在现有列车牵引系统主电路中，牵引系统主电路共驱动四台牵引电动机105，变流器单元104(逆变模块)数量大于1的情况只有架控和轴控两种组成形式。当牵引系统主电路中存在更多个牵引电动机105和变流器单元104(逆变模块)时，参照本发明提出的牵引系统主电路搭建方法，可以通过变流器单元104多级串联、并联，使传动系统主电路适用多种供电电源。
本发明提出的传动系统主电路，从电流输入端到动力输出端依次包括：高压电器单元101、与所述高压电器单元101联接的电容器充放电单元102、与所述电容器充放电单元102联接的滤波单元103、与所述滤波单元103联接的各变流器单元104及与所述各变流器单元104联接的牵引电动机105。所述变流器单元104数量大于1，所述电路还包括将所述变流器单元104互相连接的串并联模式切换开关106，用于控制所述变流器单元104的串并联模式切换，以使所述变流器单元104适用不同的供电电压，打破了传统列车牵引系统逆变模块只能适用一种固定供电电压的局限性。
可选的，在本发明的另一个实施例中，所述将所述变流器单元104互相连接的串并联模式切换开关，参见图1所示，包括两组转换开关；
其中，所述转换开关包括：第一端口1、第二端口2和一个开关执行机构K；
所述开关执行机构K可以交替接触所述第一端口1和所述第二端口2；所述两组转换开关的第二端口2互相连接，所述两组转换开关的第一端口1之间及所述两组转换开关的开关执行机构K之间互不相连；
其中一组转换开关的开关执行机构K和第一端口1分别连接与所述串并联模式切换开关连接的变流器单元104的正极，另一组转换开关的开关执行机构K和第一端口1分别连接与所述串并联模式切换开关连接的变流器单元104的负极。
需要说明的是，当所述串并联模式切换开关动作时，所述两组转换开关同时动作。具体的，两组转换开关应处于同一起始端，即在开关动作之前，两组转换开关的开关执行机构K同时连接各自的第一端口1或第二端口2。当串并联模式切换开关动作时，两组转换开关的开关执行机构K同时从起始端打到另一端。当串并联模式切换开关打到2端，即两组转换开关的开关执行机构K同时打到第二端口2时，与所述串并联模式切换开关连接的变流器单元104串联；当串并联模式切换开关打到1端，即两组转换开关的开关执行机构K同时打到第一端口1时，与所述串并联模式切换开关连接的变流器单元104并联。
可选的，在本发明的另一个实施例中，所述高压电器单元101，参见图1，包括：与供电电源及所述电容器充放电单元连接的高速断路器1011及与供电电源及拖车供电线路连接的熔断器1012及二极管1013串联电路。
具体的，所述供电电源包括直流电源和交流电源。当供电电源为直流电源时，通过直流受电弓将所述交流电源引入电容器充放电单元；当供电电源为交流电源时，通过交流受电弓将交流电引入变压器，通过变压器将交流电压转换为适用于整流器的交流电压，之后通过整流器将所述交流电转换为直流电，引入电容器充放电单元。
所述高速断路器1011(图中1Q01、1Q02)用于主电路的故障保护及主电路跨车母线(Mcar)的保护。当主电路或与主电路跨车母线(Mcar)连接的另一车厢的主电路出现严重故障时，高速断路器1011断开，以实现主电路的故障保护。同时高速断路器1011能对检测出的过电流进行快速响应，即检测电流是否过流，并根据电流情况(判断是否超过保护阈值)进行断开操作，以实现主电路短路瞬时保护。
所述熔断器1012(图中F1、F2)及二极管1013串联电路将供电电源引入拖车供电线路，满足拖车用电需求。熔断器1012(图中F1、F2)用于对接入拖车供电线路的辅助电源及辅助母线进行保护，当辅助母线电流过大(超过熔断器保护值)时，熔断器烧毁。
可选的，在本发明的另一个实施例中，所述电容器充放电单元102，参见图1所示，包括：连接所述高压电器单元与所述滤波单元的第一接触器KM1及与所述第一接触器KM1并联的第二接触器KM2与充电电阻R1串联电路。
具体的，电容器充放电单元102主要用于主电路支撑电容器(C11及C21)的充放电。当主电路接通后，第二接触器KM2闭合，第一接触器KM1断开，电流流经充电电阻R1后给支撑电容器C11及C21进行缓慢充电，当支撑电容器充电至一定容量不易被强电流击穿时，闭合第一接触器KM1进行快速充电，之后断开第二接触器。当主电路高速断路器断开后，第二接触器KM2闭合，然后第一接触器KM1断开，通过制动电阻(图中1R01、1R02)放电。
可选的，在本发明的另一个实施例中，所述滤波单元103，参见图1，包括：与所述电容器充放电单元连接的滤波电抗器L1及连接在电路正负极之间的直流回路支撑电容器C11和C21。
具体的，滤波电抗器L1及支撑电容器C11和C21，使主电路直流侧电容(C11和C21)电压保持稳定并将电压波动限制在允许范围内，同时，吸收直流输入端的谐波电压，抑制逆变器对输入电源网的干扰，在逆变器发生短路时抑制短路电流并满足逆变器开关元件换相的要求。
可选的，在本发明的另一个实施例中，所述变流器单元104，参见图1，包括：连接所述滤波单元及所述检测单元的逆变器单元INVMK。
具体的，变流器单元104的主电路由采用绝缘栅双极性晶体管(IGBT)元件构成的逆变器INVMK(图中INVMK1、INVMK2)组成。逆变器INVMK将电路直流侧的直流电转换成交流电，驱动牵引电动机105。
需要说明的是，在安装所述逆变器INVMK的逆变器箱内，还有逆变器控制装置，即控制单元(DCU)。控制单元(DCU)放置于逆变器箱内，从两侧输入/输出信号，DCU与IGBT变流器之间通过屏蔽电缆传输触发脉冲和反馈信号，实现对IGBT变流器的控制目的。DCU是电传动系统核心控制部分，可以接收列车网络或硬线连接指令信号，控制主电路中的主断路器和各接触器，输出逆变器的控制脉冲，可以根据司机指令完成对列车牵引/制动特性控制和逻辑控制，实现对主电路中接触器的通断控制和逆变器启停控制，计算列车所需的牵引/电制动力等。另外，控制单元DCU还具有故障诊断和记录功能。
可选的，在本发明的另一个实施例中，所述电路还包括检测单元，其中，所述检测单元，参见图1，包括：
多个电流传感器LH，分别连接在所述电路的直流输电线上及所述变流器单元104与所述牵引电动机105之间的三相交流输电线上；
多个电压传感器VH，分别连接在所述电路的正极与负极之间。
具体的，电流传感器LH(参见图1中LH1、LH2、LH13、LH14、LH23、LH24)，用于检测的输入差分电流、直流回路电流、电阻制动斩波电流、主逆变器输出电流、辅助逆变器输出电流；电压传感器(图1中VH1、VH2)，用于检测电网直流网压、逆变器上的电容器电压等。
可选的，在本发明的另一个实施例中，所述牵引电动机105为三相交流牵引电动机105，用于将所述电路中的电能转化为牵引动力输出。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种传动系统主电路，其特征在于，从电压输入端到动力输出端依次包括：高压电器单元、与所述高压电器单元联接的电容器充放电单元、与所述电容器充放电单元联接的滤波单元、与所述滤波单元联接的各变流器单元及与所述各变流器单元联接的牵引电动机；其中，所述变流器单元数量大于1；
所述电路还包括将所述变流器单元互相连接的串并联模式切换开关，用于控制所述变流器单元的串并联模式切换，以使所述变流器单元适用不同的供电电压。
2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述将所述变流器单元互相连接的串并联模式切换开关，包括两组转换开关；
其中，所述转换开关包括：第一端口、第二端口和一个开关执行机构；
所述开关执行机构可以交替接触所述第一端口和所述第二端口；所述两组转换开关的第二端口互相连接，所述两组转换开关的第一端口之间及所述两组转换开关的开关执行机构之间互不相连；
其中一组转换开关的开关执行机构和第一端口分别连接与所述串并联模式切换开关连接的变流器单元的正极，另一组转换开关的开关执行机构和第一端口分别连接与所述串并联模式切换开关连接的变流器单元的负极。
3.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述高压电器单元包括：与供电电源及所述电容器充放电单元连接的高速断路器及与供电电源及拖车供电线路连接的熔断器及二极管串联电路。
4.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述电容器充放电单元，包括：连接所述高压电器单元与所述滤波单元的第一接触器及与所述第一接触器并联的第二接触器与充电电阻串联电路。
5.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述滤波单元，包括：与所述电容器充放电单元连接的滤波电抗器及连接在电路正负极之间的直流回路支撑电容器。
6.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述变流器单元，包括：连接所述滤波单元及检测单元的逆变器单元。
7.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述电路还包括检测单元，其中，所述检测单元，包括：
多个电流传感器，分别连接在所述电路的直流输电线上及所述变流器单元与所述牵引电动机之间的三相交流输电线上；
多个电压传感器，分别连接在所述电路的正极与负极之间。
8.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述牵引电动机为三相交流牵引电动机，用于将所述电路中的电能转化为牵引动力输出。
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