CN106274920A - 双动力源动车组的牵引电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种双动力源动车组的牵引电路，属于动车组牵引系统技术领域。该双动力源动车组的牵引电路包括：内燃电源电路、牵引变流电路和电力电源电路，内燃电源电路和牵引变流电路的第一端连接，牵引变流电路的第二端与电力电源电路连接；内燃电源电路、牵引变流电路和电力电源电路分别布置在双动力源动车组的不同车体上。本发明提供的双动力源动车组的牵引电路，实现了分散动力型动车组在内燃动力系统和电力动力系统之间的转换。

Description

双动力源动车组的牵引电路

技术领域

本发明涉及动车组牵引系统技术领域，尤其涉及一种双动力源动车组的牵引电路。

背景技术

目前，国内还存在着大量的非电气化线路，由于受到环境以及投资成本的制约而进行电气化改造。对于电气化线路和非电气化线路，只能分别通过电力动车组和纯内燃动车组，因此，在旅程中需要更换动车组，以适应不同的形式的线路。

为了避免更换动车组，现有技术中，通常采用双动力源动车组，该双动力源动车组将内燃动力系统和电力动力系统集成在一起，既可以在电气化线路上行驶，也可以在非电气化铁路上行驶，从而实现内燃动力系统和电力动力系统之间的转换。

但是，现有技术中双动力源动车组的内燃动力系统和电力动力系统集成在一起，并且设置在同一个车体上，轴重较大，无法适用于目前国内客运专线，因此，该具有双动力源动车组的主电路无法适用于分散动力型动车组，且控制策略无法实现分散动力型动车组在内燃动力系统和电力动力系统之间的转换。

发明内容

本发明提供一种双动力源动车组的牵引电路，以实现分散动力型动车组在内燃动力系统和电力动力系统之间的转换。

本发明实施例提供一种双动力源动车组的牵引电路，包括：

内燃电源电路、牵引变流电路和电力电源电路，所述内燃电源电路和所述牵引变流电路的第一端连接，所述牵引变流电路的第二端与所述电力电源电路连接；所述内燃电源电路、牵引变流电路和电力电源电路分别布置在所述双动力源动车组的不同车体上；

其中，所述内燃电源电路用于在内燃运行状态向所述牵引变流电路提供电源，所述牵引变流电路用于将所述牵引电流电路处的电源转换为牵引电机所需电压驱动所述双动力源动车组运行，所述电力电源电路用于在电力运行状态向所述牵引变流电路提供电源。

在本发明一实施例中，所述内燃电源电路、所述牵引变流电路均布置在车体底部，所述电力电源电路除牵引变压器布置在车体底部，其他设备均布置在车体顶部。

在本发明一实施例中，所述牵引变流电路包括：

牵引逆变器、四象限整流器和线路开关，所述牵引逆变器的第一端和所述四象限整流器的第一端连接，所述牵引逆变器的第二端与所述牵引电机连接，所述线路开关的第一端与所述四象限整流器的第二端连接，所述线路开关的第二端与所述电力电源电路连接。

在本发明一实施例中，所述电力电源电路包括：

受电弓、高压设备电路和牵引变压器，所述受电弓与所述高压设备电路的第一端连接，所述高压设备电路的第二端与所述牵引变压器的第一端连接，所述牵引变压器的第二端与所述牵引变流电路连接；

其中，所述高压设备电路用于在电力运行状态将所述受电弓处的电源牵引至所述牵引变压器。

在本发明一实施例中，所述牵引变流电路还包括：

升压斩波装置、辅助变流装置、制动斩波器和二次滤波电路；所述升压斩波装置的第一端与所述辅助变流装置连接，所述升压斩波装置的第二端与所述四象限整流器的第一端连接，所述制动斩波器与所述四象限整流器的第一端连接，所述二次滤波电路与所述四象限整流器的第一端连接。

在本发明一实施例中，所述双动力源动车组的牵引电路还包括：

蓄电池和制动电阻，所述蓄电池和所述牵引变流电路连接，所述制动电阻与所述牵引变流电路连接。

在本发明一实施例中，所述高压设备电路包括：

电流互感器，电压互感器，主断路器，接地开关，避雷器及车顶隔离开关；所述电流互感器的第一端与所述受电弓连接，所述电流互感器的第二端分别与所述电压互感器、所述主断路器的第一端及所述接地开关的第一端连接，所述主断路器的第二端分别与所述避雷器、所述车顶隔离开关及所述接地开关的第二端连接。

在本发明一实施例中，所述内燃电源电路包括：

内燃机组和三相异步发电机，所述内燃机组的第一端与所述三相异步发电机的第一端连接，所述三相异步发电机的第二端通过三相供电接触器与所述牵引变流电路连接。

本发明实施例提供的双动力源动车组的牵引电路，通过设置内燃电源电路、牵引变流电路和电力电源电路，内燃电源电路和牵引变流电路的第一端连接，牵引变流电路的第二端与电力电源电路连接。该双动力源动车组的牵引电路可以实现当内燃运行状态时，内燃电源电路向牵引变流电路提供电源，牵引变流电路将牵引电流电路处的电源转换为牵引电机驱动双动力源动车组运行所需的电源，以驱动双动力源动车组运行，当电力运行状态时，电力电源电路向牵引变流电路提供电源，牵引变流电路将牵引电流电路处的电源转换为牵引电机所需电压驱动双动力源动车组运行。通过优化控制策略，在动车组不停车、辅助供电不中断的情况下，实现内燃牵引和电力牵引之间的快速切换。进一步地，通过将内燃电源电路、牵引变流电路和电力电源电路分别布置在双动力源动车组的不同车体上，优化电路的集成结构，能够实现分散动车型动车组轻量化设计。

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做一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明双动力源动车组的牵引电路实施例一的电路结构图；

图2为本发明双动力源动车组的牵引电路实施例二的电路结构图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例，例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或。

需要说明的是，下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例中不再赘述。

图1为本发明双动力源动车组的牵引电路10实施例一的电路结构图，本发明实施例仅以图1为例进行说明，并不表示本发明仅限于此。在本发明实施例中，以该双动力源动车组为两动三拖为例进行说明，两动是指设置有牵引变流电路的第二车体和第四车体，三拖是指没有设置牵引变流电路的第一车体，第三车体及第五车体。示例的，可以将内燃电源电路分别设置在第一车体和第五车体，将牵引变流电路分别设置在第二车体和第四车体，将电力电源电路设置在第三车体，当然，本发明实施例只是以该双动力源动车组为两动三拖为例进行说明，但并不代表本发明仅局限于此。请参见图1所示，该双动力源动车组的牵引电路10可以包括：

内燃电源电路101、牵引变流电路102和电力电源电路103，内燃电源电路101和牵引变流电路102的第一端连接，牵引变流电路102的第二端与电力电源电路103连接；内燃电源电路101、牵引变流电路102和电力电源电路103分别布置在双动力源动车组的不同车体上。

其中，内燃电源电路101用于在内燃运行状态向牵引变流电路102提供电源，牵引变流电路102用于将牵引电流电路处的电源转换为牵引电机所需电压驱动双动力源动车组运行。电力电源电路103用于在电力运行状态向牵引变流电路102提供电源。

本发明实施例提供的双动力源动车组的牵引电路10，通过设置内燃电源电路101、牵引变流电路102和电力电源电路103，内燃电源电路101和牵引变流电路102的第一端连接，牵引变流电路102的第二端与电力电源电路103连接。该双动力源动车组的牵引电路10可以实现当内燃运行状态时，内燃电源电路101向牵引变流电路102提供电源，牵引变流电路102将牵引变流电路102处的电源转换为牵引电机所需电压驱动双动力源动车组运行。当电力运行状态时，电力电源电路103向牵引变流电路102提供电源，牵引变流电路102将牵引变流电路102处的电源转换为牵引电机所需电压驱动双动力源动车组运行。通过优化控制策略，在动车组不停车、辅助供电不中断的情况下，实现内燃牵引和电力牵引之间的快速切换。进一步地，通过将内燃电源电路101、牵引变流电路102和电力电源电路103分别布置在双动力源动车组的不同车体上，优化电路的集成结构，能够实现分散动车型动车组轻量化设计。

基于图1对应的实施例，在图1对应的实施例的基础上，进一步地，本发明实施例还提供了另一种双动力源动车组的牵引电路10，请参见图2所示，本发明实施例仅以图2为例进行说明，并不表示本发明仅限于此。图2为本发明双动力源动车组的牵引电路10实施例二的电路结构图，该双动力源动车组的牵引电路10还包括：

内燃电源电路101、牵引变流电路102均布置在车体底部，电力电源电路103除牵引变压器1033布置在车体底部，其他设备均布置在车体顶部。

在本发明实施例中，通过可以将内燃电源电路101、牵引变流电路102布置在车体底部，电力电源电路103布置在车体顶部，例如，将内燃电源电路101分别设置在第一车体的底部和第五车体的底部，将牵引变流电路102分别设置在第二车体的底部和第四车体的底部，将电力电源电路103设置在第三车体的顶部，通过将高压设备集成在一个箱体内节省车顶空间。其中，第一车体底部的内燃电源电路101用于向第二车体底部的牵引变流电路102提供电源，第五车体底部的内燃电源电路101用于向第四车体底部的牵引变流电路102提供电源，第三车体顶部的电力电源电路103用于向第二车体底部的牵引变流电路102和第四车体底部的牵引变流电路102提供电源。

可选的，内燃电源电路101包括：

内燃机组1011和三相异步发电机1012，内燃机组1011的第一端与三相异步发电机1012的第一端连接，三相异步发电机1012的第二端通过三相供电接触器与牵引变流电路102连接。

可选的，牵引变流电路102包括：

牵引逆变器1021、四象限整流器1022和线路开关1023，牵引逆变器1021的第一端和四象限整流器1022的第一端连接，牵引逆变器1021的第二端与牵引电机连接，线路开关1023的第一端与四象限整流器1022的第二端连接，线路开关1023的第二端与电力电源电路103连接。

在实际运行过程中，当双动力源动车组处于内燃运行状态时，第一车体底部和第五车体底部的内燃电源电路101中的内燃机组1011驱动三相异步发电机1012输出三相高压交流电，该三相高压交流电通过跨接电缆输出至第二车体底部和第四车体底部的牵引变流电路102，第二车体底部和第四车体底部的牵引电流电路中的四象限整流器1022转换为三相全控桥式整流器将该三相高压交流电整流成中间直流环节电压，再输出至牵引逆变器1021，牵引逆变器1021再将该中间直流环节电压逆变成变压变频三相交流电，再输出至双动力源动车组的牵引电机，从而驱动该双动力源动车组运行。

又可选的，电力电源电路103包括：

受电弓1031、高压设备电路1032和牵引变压器1033，受电弓1031与高压设备电路1032的第一端连接，高压设备电路1032的第二端与牵引变压器1033的第一端连接，牵引变压器1033的第二端与牵引变流电路102连接；其中，高压设备电路1032用于在电力运行状态将受电弓1031处的电源牵引至牵引变压器1033。

在实际运行过程中，当双动力源动车组处于电力运行状态时，第三车体顶部的电力电源电路103中的受电弓1031接触电网受电，并将25千伏的电源通过高压设备电路1032牵引至牵引变压器1033的初级绕组，并经过绕组线圈输出至牵引变压器1033的次级绕组，牵引变压器1033的次级绕组将单相高压交流电输出至第二车体底部和第四车体底部的牵引电流电路，第二车体底部和第四车体底部的牵引电流电路中的四象限整流器1022将该单相高压交流电整流成中间直流环节电压，再输出至牵引逆变器1021，牵引逆变器1021再将该中间直流环节电压逆变成变压变频三相交流电，从而驱动电机运行。

可选的，该双动力源动车组的牵引电路10还包括：

蓄电池104和制动电阻105，蓄电池104和牵引变流电路102连接，制动电阻105与牵引变流电路102连接。

可选的，牵引变流电路102还包括：

升压斩波装置1024、辅助变流装置1025、制动斩波器1026和二次滤波电路1027；升压斩波装置1024的第一端与辅助变流装置1025连接，升压斩波装置1024的第二端与四象限整流器1022的第一端连接，制动斩波器1026与四象限整流器1022的第一端连接，二次滤波电路1027与四象限整流器1022的第一端连接。

当该双动力源动车组处于内燃制动状态时，该双动力源动车组的牵引电机处于发电状态，其释放的电能一部分用于辅助变流装置1025，一部分通过制动电阻105消耗掉，从而达到制动的目的。

当双动力源动车组处于电力制动状态时，该双动力源动车组的牵引电机处于发电状态，该变压变频三相交流电输出至牵引逆变器1021，牵引逆变器1021将该变压变频三相交流电逆变成中间直流环节电压，再输出至四象限整流器1022，四象限整流器1022再将该中间直流环节电压整流成单相高压交流电，再输出至牵引变压器1033，再由牵引变压器1033通过高压设备电路1032将25千伏的电源输出至受电弓1031，并由受电弓1031反馈至电网，从而达到再生制动能量反馈的目的。

可选的，高压设备电路1032包括：

电流互感器10321，电压互感器10322，主断路器10323，接地开关10324，避雷器10325及车顶隔离开关10326；电流互感器10321的第一端与受电弓1031连接，电流互感器10321的第二端分别与电压互感器10322、主断路器10323的第一端及接地开关10324的第一端连接，主断路器10323的第二端分别与避雷器10325、车顶隔离开关10326及接地开关10324的第二端连接。

在实际运行过程中，当双动力源动车组处于不同的运行工况时，需要由内燃运行状态转换至电力运行状态，示例的，当该双动力源动车组的速度大于预设阈值时，第二车体底部的牵引变流电路102和第四车体底部的牵引变流电路102可以同时由内燃运行状态转换为电力运行状态，其中，预设阈值可以为70km/h，具体可以根据实际需要进行设置。该具体过程为：在该双动力源动车组接收到转换指令之后，牵引变流电路102进入中间直流环节电压保持模式(通过牵引电机发电维持中间直流环节电压)，受电弓1031升起，检测到电压后，高压设备电路1032的主断路器10323闭合，电路接通，牵引变压器1033处于空载运行状态，同时，第一车体底部和第五车体底部的柴油机组停止工作，若第二车体底部的牵引变流电路102和第四车体底部的牵引变流电路102分别检测到第一车体底部和第五车体底部的三相异步发电机1012输出三相高压交流电中断，且检测到第三车体顶部高压设备电路1032的主断路器10323闭合后，将第二车体底部和第四车体底部的线路开关1023同时闭合，此时，第三车体顶部的电力电源电路103就可以同时向第二车体底部和第四车体底部的牵引变流电路102提供电源，该双动力源动车组进入电力运行状态。

此外，当该双动力源动车组的速度小于预设阈值时，第二车体底部的牵引变流电路102和第四车体的牵引变流电路102可以分段由内燃运行状态转换为电力运行状态。具体为：可以先将第二车体底部的牵引变流电路102由内燃运行状态转换为电力运行状态，在第二车体底部的牵引变流电路102的运行状态转换成功之后，再将第四车体底部的牵引变流电路102的内燃运行状态转换为电力运行状态。当然，也可以先转换第四车体底部的牵引变流电路102的运行状态，再转换第二车体底部的牵引变流电路102的运行状态，在此，对于转换的顺序，本发明不做具体限制。此分段转换模式主要为了保证整车辅助供电工作，在分段转换过程中，第二车体底部的牵引变流电路102由内燃运行状态转换为电力运行状态的过程与其同时与第四车体底部的牵引变流电路102由内燃运行状态转换为电力运行状态的过程类似，在此，本发明实施例不再赘述。

此外，在无电区域停车状态下，需要该双动力源动车组的第一车体底部和第五车体底部的内燃机组1011在静止下启动，具体为：通过升压斩波装置1024，由蓄电池给牵引变流电路102中间直流环节充电，通过四象限整流器1022组成的三相逆变器驱动三相异步发电机1012运转，带动内燃机组1011工作，此时，四象限整流器1022转换至三相全控整流器，将三相异步发电机1012输出的三相交流电转换为牵引变流器电路102中间直流环节直流电，从而使得该双动力源动车组进入内燃运行状态。

进一步地，在实际运行过程中，当双动力源动车组处于不同的运行工况时，需要由电力运行状态转换为内燃运行状态，示例的，当该双动力源动车组的速度大于预设阈值时，第二车体底部的牵引变流电路102和第四车体底部的牵引变流电路102可以同时由电力运行状态转换为内燃运行状态，其中，预设阈值可以为70km/h，具体可以根据实际需要进行设置。该具体过程为：在该双动力源动车组接收到转换指令之后，第二车体底部的牵引变流电路102与第四车体底部的牵引变流电路102同时进入电压保持模式，维持中间直流环节电压且第二车体底部的线路开关1023和第四车体底部的线路开关1023同时断开，第三车体的高压设备电路1032的主断路器10323断开，第二车体底部的四象限整流器1022和第四车体底部的四象限整流器1022的三个相控模块转化为三相逆变器输出三相交流电，从而驱动第一车体底部的三相异步发电机1012和第五车体底部的三相异步发电机1012，带动其对应的内燃机组1011工作，此时四象限整流器1022的三个相控模块由逆变状态转换为三相全控整流状态。第一车体底部的三相异步发电机1012和第五车体底部的三相异步发电机1012输出电压维持中间直流环节电压，第二车体底部的牵引变流电路102和第四车体的牵引变流电路102同时退出电压保持模式，该双动力源动车组进入内燃运行状态。

此外，当该双动力源动车组的速度小于预设阈值时，第二车体底部的牵引变流电路102和第四车体底部的牵引变流电路102可以分段由电力运行状态转换为内燃运行状态。具体为：在第三车体顶部的高压设备电路1032的主断路器10323闭合的前提下，可以先将第二车体底部的牵引变流电路102的线路开关1023断开与牵引变压器1033的连接，此时第四车体底部的牵引变流电路102处于电力运行工况，整车辅助供电正常。第二车体底部的升压斩波装置1024将蓄电池104电压转换成中间直流电压，再通过四象限整流器1022组成的三相逆变器驱动第一车体底部的三相异步发电机1012工作，带动内燃机组1011工作，第二车体底部的牵引变流电路102进入内燃运行状态。在第二车体的牵引变流电路102的运行状态转换成功之后，再将第四车体底部的牵引变流电路102的电力运行状态转换为内燃运行状态。当然，也可以先转换第四车体底部的牵引变流电路102的运行状态，再转换第二车体底部的牵引变流电路102的运行状态，在此，对于转换的顺序，本发明不做具体限制。在分段转换过程中，第四车体底部的牵引变流电路102由电力运行状态转换为内燃运行状态的过程与第二车体底部的牵引变流电路102由电力运行状态转换为内燃运行状态的过程类似，在此，本发明实施例不再赘述。

本发明实施例提供的双动力源动车组的牵引电路10，通过设置内燃电源电路101、牵引变流电路102和电力电源电路103，内燃电源电路101和牵引变流电路102的第一端连接，牵引变流电路102的第二端与电力电源电路103连接。该双动力源动车组的牵引电路10可以实现当内燃运行状态时，内燃电源电路101向牵引变流电路102提供电源，牵引变流电路102将牵引电流电路处的电源转换为牵引电机所需电压驱动双动力源动车组运行，当电力运行状态时，电力电源电路103向牵引变流电路102提供电源，牵引变流电路102将牵引电流电路处的电源转换为牵引电机所需电压，驱动双动力源动车组运行。进一步地，通过对内燃电源电路101以及牵引变流电路102所包含设备的选型，转换控制策略的优化，在动车组辅助供电不中断，动车组不停车的情况下，实现内燃运行状态和电力运行状态之间的切换，以使该双动力源动车组适用于不同形式的线路，并且通过将内燃电源电路101、牵引变流电路102和电力电源电路103分别布置在双动力源动车组的不同车体上，降低车辆轴重，优化电路的集成结构，能够实现分散动车型动车组轻量化设计。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种双动力源动车组的牵引电路，其特征在于，包括：

内燃电源电路、牵引变流电路和电力电源电路，所述内燃电源电路和所述牵引变流电路的第一端连接，所述牵引变流电路的第二端与所述电力电源电路连接；所述内燃电源电路、牵引变流电路和电力电源电路分别布置在所述双动力源动车组的不同车体上；

其中，所述内燃电源电路用于在内燃运行状态向所述牵引变流电路提供电源，所述牵引变流电路用于将所述牵引电流电路处的电源转换为牵引电机所需电压驱动所述双动力源动车组运行，所述电力电源电路用于在电力运行状态向所述牵引变流电路提供电源。

2.根据权利要求1所述的牵引电路，其特征在于，

所述内燃电源电路、所述牵引变流电路均布置在车体底部，所述电力电源电路除牵引变压器布置在车体底部，其他设备均布置在车体顶部。

3.根据权利要求1所述的牵引电路，其特征在于，所述牵引变流电路包括：

牵引逆变器、四象限整流器和线路开关，所述牵引逆变器的第一端和所述四象限整流器的第一端连接，所述牵引逆变器的第二端与所述牵引电机连接，所述线路开关的第一端与所述四象限整流器的第二端连接，所述线路开关的第二端与所述电力电源电路连接。

4.根据权利要求1所述的牵引电路，其特征在于，所述电力电源电路包括：

受电弓、高压设备电路和牵引变压器，所述受电弓与所述高压设备电路的第一端连接，所述高压设备电路的第二端与所述牵引变压器的第一端连接，所述牵引变压器的第二端与所述牵引变流电路连接；

其中，所述高压设备电路用于在电力运行状态将所述受电弓处的电源牵引至所述牵引变压器。

5.根据权利要求3所述的牵引电路，其特征在于，所述牵引变流电路还包括：

升压斩波装置、辅助变流装置、制动斩波器和二次滤波电路；所述升压斩波装置的第一端与所述辅助变流装置连接，所述升压斩波装置的第二端与所述四象限整流器的第一端连接，所述制动斩波器与所述四象限整流器的第一端连接，所述二次滤波电路与所述四象限整流器的第一端连接。

6.根据权利要求1所述的牵引电路，其特征在于，还包括：

蓄电池和制动电阻，所述蓄电池和所述牵引变流电路连接，所述制动电阻与所述牵引变流电路连接。

7.根据权利要求4所述的牵引电路，其特征在于，所述高压设备电路包括：

电流互感器，电压互感器，主断路器，接地开关，避雷器及车顶隔离开关；所述电流互感器的第一端与所述受电弓连接，所述电流互感器的第二端分别与所述电压互感器、所述主断路器的第一端及所述接地开关的第一端连接，所述主断路器的第二端分别与所述避雷器、所述车顶隔离开关及所述接地开关的第二端连接。

8.根据权利要求1-7任一项所述的牵引电路，其特征在于，所述内燃电源电路包括：

内燃机组和三相异步发电机，所述内燃机组的第一端与所述三相异步发电机的第一端连接，所述三相异步发电机的第二端通过三相供电接触器与所述牵引变流电路连接。