CN106026691A - 一种可独立轴控的列车主辅一体牵引变流器 - Google Patents

Abstract

一种可独立轴控的列车主辅一体牵引变流器，包括两重完全独立的变流器单元和辅助逆变器，所述辅助逆变器用来通过辅助逆变器投切装置在两重变流器中间环节自由投切，其后端接辅助变压器，降压之后为充电机和辅机负载提供电能；每重所述变流器单元包括：四象限整流器，用于将弓网单相交流电进行交直变换；主逆变器，用于将中间直流变化为供牵引电机使用的三相交流电；充电短接电路，以保证变流器充电和正常工作；接地检测单元，用于监控牵引变流器主电路各处的接地情况；斩波单元，用于中间环节过压抑制及快速放电。本发明具有结构简单紧凑、易实现、可靠性高等优点。

Description

一种可独立轴控的列车主辅一体牵引变流器

技术领域

本发明主要涉及到机车牵引变流器领域，特指一种可独立轴控的列车主辅一体牵引变流器。

背景技术

国内外动车组应用前景广阔，不断有可靠性更高，安全性能更好，舒适性能更佳，性价比更优的动车组产品或者概念出现，少数几个发达国家已经掌握了整套的成熟的动车组技术。目前世界范围内列车市场庞大，动车组将可能成为大部分国家主要的轨道交通工具，在我国各地正大规模进行高铁线路和城际动车线路建设，这有利于缓解区域交通压力及低碳出行。牵引变流器作为动车组的动力来源，具有十分重要的技术和经济价值。

如中国专利CN202737728就公开了一种主辅一体牵引变流器，各重变流器中间回路通过低感母排并联，辅助逆变器固定连接在中间环节上，包含二次电容，电路上可实现一定程度的轴控。在上述方案中提出中间回路并联，四象限、主逆变、辅逆变共用一个中间直流环节，且有二次谐振回路。电路成熟，有利用消除高次谐波，中间直流电压稳定度较高。但主电路上器件多，导致变流器重量较大，中间回路并联，使结构布局麻烦，同时控制上不能实现完全轴控，严重故障时往往会引起故障扩大，使正常变流器单元也丧失功能，辅助变流器直接并在中间回路上，主变流器故障时往往会影响它的正常运行，反过来它发生故障也会影响主变流器的运行。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种结构简单紧凑、易实现、可靠性高的可独立轴控的列车主辅一体牵引变流器。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种可独立轴控的列车主辅一体牵引变流器，包括两重完全独立的变流器单元和辅助逆变器，所述辅助逆变器用来通过辅助逆变器投切装置在两重变流器中间环节自由投切，其后端接辅助变压器，降压之后为充电机和辅机负载提供电能；每重所述变流器单元包括：

四象限整流器，用于将弓网单相交流电进行交直变换；

主逆变器，用于将中间直流变化为供牵引电机使用的三相交流电；

充电短接电路，以保证变流器充电和正常工作；

接地检测单元，用于监控牵引变流器主电路各处的接地情况；

斩波单元，用于中间环节过压抑制及快速放电。

作为本发明的进一步改进：还包括传感器组，所述传感器组包括第一中间电压传感器、第二中间电压传感器、辅助输出电压传感器、主变流器的输入电流传感器、主变流器的输出电流传感器及辅逆变输出电流传感器，上述传感器用于完成控制及保护监控。

作为本发明的进一步改进：还包括辅助变压器中性点接地接触器，所述辅助变压器中性点接地接触器与漏电检测装置构成辅助接地保护系统。

作为本发明的进一步改进：还包括库内充电装置，所述库内充电装置用来判断库内电源相序及是否缺相。

作为本发明的进一步改进：所述库内充电装置包括相序继电器JS、为辅助投切开关K1、库内充电接触器K2；所述辅助投切开关K1、库内充电接触器K2实现互锁，所述相序继电器JS用来判断库内电源相序或和是否缺相后，若辅助投切开关K1断开，则库内充电接触器K2自动吸合，库内充电接触器K2线圈驱动电压为库内电源提供。

作为本发明的进一步改进：所述辅助逆变器投切装置包括第一接触器KM5、第二接触器KM6、第三接触器KM7及第四接触器KM8，所述第一接触器KM5、第二接触器KM6为常闭接触器，所述第三接触器KM7、第四接触器KM8为常开接触器；正常时辅逆变通过第一接触器KM5、第二接触器KM6固定连在某一重变流器中间回路上，若该重变流器故障，第一接触器KM5、第二接触器KM6自动跳开，第三接触器KM7、第四接触器KM8自动吸合，辅助逆变器3投切至另一重变流器中间回路上；若辅助变流器自身故障，第一接触器KM5、第二接触器KM6跳开，同时第三接触器KM7、第四接触器KM8不动作，从主电路上切除辅逆变。

作为本发明的进一步改进：在硬线上所述第一接触器KM5、第二接触器KM6与所述第三接触器KM7、第四接触器KM8为单向连锁，并把四个接触器状态反馈给传动控制单元DCU。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、本发明的的可独立轴控的列车主辅一体牵引变流器，包含多重变流器，并集成辅助系统。各重变流器完全独立，中间回路取消并联，取消二次谐振回路，可实现完全轴控，各重变流器完全独立工作，故障发生时互不影响，有利于变流器结构布局和轻量化设计。辅助逆变器通过切换开关可以在各重中间回路上自由投切，辅助逆变器故障时可从主电路上隔离，增加了辅助系统接地保护及库内充电新功能，提高辅助系统运行的可靠性和安全性。

2、本发明的的可独立轴控的列车主辅一体牵引变流器，电路简洁，各重变流器独立，可实现完全轴控，任何一重变流器故障时不会影响其它重变流器，取消二次回路可以大大降低变流器重量，辅助投切开关可使辅助变流器自由切换，故障时还可隔离辅变，增加了辅助接地保护和库内充电功能，提高了辅助系统的可靠安全运行。总体上讲，本发明提出的变流器从系统功能、可靠性、经济性、安全性具有较好的优势。

3、本发明的的可独立轴控的列车主辅一体牵引变流器，具有库内充电功能，并可对库内电源相序和缺相进行判断。

附图说明

图1是本发明的电路原理示意图。

图2是本发明在具体应用实例中辅助逆变器投切开关控制原理示意图。

图3是本发明在具体应用实例中库内充电控制原理示意图。

图例说明：

1、四象限整流器；2、主逆变器；3、辅助逆变器；4、充电短接电路；5、接地检测单元；6、第一中间电压检测传感器；7、中间直流环节；8、斩波单元；9、输入电流传感器；10、输出电流传感器；11、辅助逆变器投切装置；12、辅助直流环节电压传感器；13、辅逆输出电流传感器；14、辅助变压器；15、辅助输出电压传感器；16、辅助变压器中性点接地接触器；17、辅助滤波电容；18、漏电检测装置；19、库内充电装置；20、辅助投切开关；21、110V系统绝缘监控装置；22、辅助系统投切开关；23、传动控制单元DCU。

具体实施方式

以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

如图1所示，本发明的可独立轴控的列车主辅一体牵引变流器，包括两重完全独立的变流器单元和辅助逆变器3，辅助逆变器3用来通过辅助逆变器投切装置11在两重变流器中间直流环节7自由投切，其后端接辅助变压器14，降压之后为充电机和辅机负载提供电能；每重变流器单元包括：

四象限整流器1，用于将弓网单相交流电进行交直变换；

主逆变器2，用于将中间直流变化为供牵引电机使用的三相交流电；

充电短接电路4，变流器充电和正常工作时KM3、KM1依次动作。

接地检测单元5，用于监控牵引变流器主电路各处的接地情况，其中R3、R4为固定放电电阻，可对中间环节进行慢速放电。

斩波单元8，用于中间环节过压抑制及快速放电。

本实例作为较佳的实施例，本发明还包括传感器组，该传感器组包括第一中间电压检测传感器6、第二中间电压传感器12、辅助输出电压传感器15、 主变流器的输入电流传感器9、主变流器的输出电流传感器10及辅逆输出电流传感器13，这些传感器用于控制及保护监控。

本实例作为较佳的实施例，本发明还包括辅助变压器中性点接地接触器16，辅助变压器中性点接地接触器16与漏电检测装置18构成辅助接地保护系统。

本实例作为较佳的实施例，本发明还包括辅助滤波电容17、辅助投切开关20、110V系统绝缘监控装置21。

本实例作为较佳的实施例，本发明还包括库内充电装置19，该库内充电装置19用来判断库内电源相序及是否缺相。

以下将以一重变流器简要介绍其功能：一重变流器包含一个整流模块、一个逆变模块、充电短接单元、中间直流环节7、过压斩波单元等，牵引变压器原边连弓网，次边绕组降压后绕组接入动车组变流装置箱内，变流器启动时，经充电和短接单元使中间直流电容充电至一定电压值，之后启动四象限整流模块升压，并使中间电压稳定；主逆变启动由司控手柄决定，其后端接牵引电机，当司控手柄打牵引位时，电机牵引，能量从网侧流向牵引电机，当司控手柄打制动位时，电机制动，能量从电机反馈回网侧，变流器可实现能量的双向流动。当直流环节出现过压时，过压斩波单元启动，将中间电压控制在合理范围内。每重变流器主电路完全独立，均可独立实现以上功能。动车组变流装置中还包括传动控制单元DCU23，它依据列车网络指令对变流器和辅逆变的投切和实时控制，实现交直交的电能转换，同时也具备完整的故障保护、故障自诊断等功能。

该变流器除了各重主变主电路实现了完全独立外，辅助系统增加了部分新功能，主要有以下两点：

a、辅助逆变器3投切功能：辅助逆变器投切装置11有四个接触器组合构成，其中第一接触器KM5、第二接触器KM6为常闭接触器，第三接触器KM7、第四接触器KM8为常开接触器。正常时辅逆变通过第一接触器KM5、第二接触器KM6固定连在某一重变流器中间回路上，若该重变流器故障，第一接触器KM5、第二接触器KM6自动跳开，第三接触器KM7、第四接触器KM8自动吸合，辅助逆变器3投切至另一重变流器中间回路上。若辅助变流器自身故障，第一接触器KM5、第二接触器KM6跳开，同时第三接触器KM7、第四接触器KM8不动作，从主电路上切除辅逆变。控制过程由硬线和软件共同完成。参见图2，硬线上第一接触器KM5、第二接触器KM6与第三接触器KM7、第四接触器KM8实现单向连锁，并把四个接触器状态反馈给传动控制单元DCU23，软件上传动控制器DCU根据故障模式、接触器状态、中间电压值等综合给出接触器动作指令。

b、库内充电功能：如图3所示，库内充电装置19包括相序继电器（JS）、为辅助投切开关20（K1）、辅助系统投切开关22、库内充电接触器（K2）。K1、K2实现互锁，JS用来判断库内电源相序或和是否缺相后，若K1断开，则K2自动吸合，K2线圈驱动电压为库内电源提供，这样，可以通过JS判断库内电源相序以确定是否可合K2，并且无需再给控制电，保证列车在库内无控制电时可由外部电源给充电机和其他辅助系统供电。

通过采用本发明的上述方案，各重变流器完全独立，能实现完全轴控，故障时各重之间互不影响，可使动力损失降至最低。同时，取消中间二次回路，有利于器件布置和轻量化设计，且辅助系统新增辅助逆变器3投切、接地保护、库内充电等功能有助于提高其运行的可靠性、安全性。

通过采用本发明的上述方案，牵引变流器内任何一重变流器故障，其它重变流器仍可正常运行。各重变流器完全独立可降低桥臂贯穿故障的能量，降低元件爆炸风险。辅助逆变器3与主变流器可分成多个柜体布置，但主电路形式不变。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种可独立轴控的列车主辅一体牵引变流器，其特征在于，包括两重完全独立的变流器单元和辅助逆变器（3），所述辅助逆变器（3）用来通过辅助逆变器投切装置（11）在两重变流器中间环节（7）自由投切，其后端接辅助变压器（14），降压之后为充电机和辅机负载提供电能；每重所述变流器单元包括：

四象限整流器（1），用于将弓网单相交流电进行交直变换；

主逆变器（2），用于将中间直流变化为供牵引电机使用的三相交流电；

充电短接电路（4），以保证变流器充电和正常工作；

接地检测单元（5），用于监控牵引变流器主电路各处的接地情况；

斩波单元（8），用于中间环节过压抑制及快速放电。

2.根据权利要求1所述的可独立轴控的列车主辅一体牵引变流器，其特征在于，还包括传感器组，所述传感器组包括第一中间电压传感器（6）、第二中间电压传感器（12）、辅助输出电压传感器（15）、主变流器的输入电流传感器（9）、主变流器的输出电流传感器（10）及辅逆输出电流传感器（13），上述传感器用于完成控制及保护监控。

3.根据权利要求1所述的可独立轴控的列车主辅一体牵引变流器，其特征在于，还包括辅助变压器中性点接地接触器（16），所述辅助变压器中性点接地接触器（16）与漏电检测装置（18）构成辅助接地保护系统。

4.根据权利要求1或2或3所述的可独立轴控的列车主辅一体牵引变流器，其特征在于，还包括库内充电装置（19），所述库内充电装置（19）用来判断库内电源相序及是否缺相。

5.根据权利要求4所述的可独立轴控的列车主辅一体牵引变流器，其特征在于，所述库内充电装置（19）包括相序继电器JS、为辅助投切开关K1（20）、库内充电接触器K2；所述辅助投切开关K1（20）、库内充电接触器K2实现互锁，所述相序继电器JS用来判断库内电源相序或和是否缺相后，若辅助投切开关K1（20）断开，则库内充电接触器K2自动吸合，库内充电接触器K2线圈驱动电压为库内电源提供。

6.根据权利要求1或2或3所述的可独立轴控的列车主辅一体牵引变流器，其特征在于，所述辅助逆变器投切装置（11）包括第一接触器KM5、第二接触器KM6、第三接触器KM7及第四接触器KM8，所述第一接触器KM5、第二接触器KM6为常闭接触器，所述第三接触器KM7、第四接触器KM8为常开接触器；正常时辅逆变通过第一接触器KM5、第二接触器KM6固定连在某一重变流器中间回路上，若该重变流器故障，第一接触器KM5、第二接触器KM6自动跳开，第三接触器KM7、第四接触器KM8自动吸合，辅助逆变器（3）投切至另一重变流器中间回路上；若辅助变流器自身故障，第一接触器KM5、第二接触器KM6跳开，同时第三接触器KM7、第四接触器KM8不动作，从主电路上切除辅逆变。

7.根据权利要求6所述的可独立轴控的列车主辅一体牵引变流器，其特征在于，在硬线上所述第一接触器KM5、第二接触器KM6与所述第三接触器KM7、第四接触器KM8为单向连锁，并把四个接触器状态反馈给传动控制单元DCU（23）。