CN106379191B - 一种可以运行的机械设备及其电气系统 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种电气系统,包括牵引逆变器和牵引电机,牵引逆变器通过直流母线从供电设备上获取直流电后,将直流电变换为三相交流电供应给牵引电机。在此基础上,本申请还提供了一种可以运行的机械设备,包括包含动力设备的车辆,也可以是包含动力设备的车辆和不包含动力设备的车辆的组合。与现有技术的包括变流器和动力设备的电气设备相比,因为逆变器比变流器功率小,重量小,需要对其进行冷却的方式很多种,且维护便利,实现了缩小电气系统占据的空间和重要的要求,且同时兼顾了电气系统的维护便利性及冷却降温要求,能够实现可运行的机械设备的轻量化和小型化,便于整体的配重和空间布置。
Description
技术领域
本申请涉及机电技术领域,具体地,特别涉及一种可以运行的机械设备及其电气系统。
背景技术
现有的机械设备的电气系统,请参考图1,当机械设备的动力设备需要频率和电压均可调的三相交流电供电时,一般通过变流器来实现供电,即通过变流器将供电设备提供的单项交流电先转换成直流电,再将直流电转换成所述三相交流电输出给所述动力设备。当供电设备的电压对于所述机械设备而言过高时,还需要增加变压器对供电设备的交流电进行降压处理。
一种可运行的机械设备就是需要上述电气系统的一种典型的机械设备,例如可高速运行的车辆,该机械设备的电气系统包括变压器、变流器和动力设备,在配置电气系统时,将该电气系统中的变流器和动力设备一起设置于主车辆上,为了节约空间、降低车辆重量、缩小主车辆的尺寸,一般情况下在该主车辆之外还配有一个辅助车辆,用于安装上述电气系统中的变压器,对供电设备提供的电压进行降压处理后输出给主车辆的变流器,该辅助车辆上不设置有动力设备,是在主车辆的动力驱动下一起运动的,但是发明人在实现本发明的过程中发现,由于变流器电路结构较为复杂,工作时功率较大,需要较大功率的冷却设备对其进行冷却降温处理,另一方便考虑到维护便利性,主车辆的电气系统占据空间较大,重量较重,使得主车辆整体空间紧张,配重不合理,这与车辆的轻量化、小型化的发展方向是相矛盾的。
发明内容
本发明要解决的技术问题为减小电气系统占据的空间和重量的同时兼顾电气系统的维护便利性和冷却降温要求,进一步的,实现一种可运行的机械设备的轻量化和小型化。
本发明提供的技术方案为:
一种电气系统,包括牵引逆变器和牵引电机,所述牵引逆变器通过直流母线从供电设备上获取直流电后,将所述直流电变换为三相交流电供应给所述牵引电机。
一种可以运行的机械设备,包括包含动力设备的车辆,所述包含动力设备的车辆安装的电气系统包括牵引逆变器和牵引电机,所述牵引逆变器通过直流母线从供电设备上获取直流电后,将所述直流电变换为三相交流电供应给所述牵引电机。
一种可以运行的机械设备,包括包含动力设备的车辆和不包含动力设备的车辆,所述包含动力设备的车辆上安装的电气系统包括牵引逆变器和牵引电机,所述牵引逆变器通过直流母线从供电设备上获取直流电后,将所述直流电变换为三相交流电供应给所述牵引电机,所述不包含动力设备的车辆上安装有直流电转换设备,所述直流电转换设备与所述供电设备相连,用于将所述供电设备上供应的单向交流电变换为直流电后,通过所述直流母线输送给包含动力设备的车辆上的电气系统的牵引逆变器。
本发明的有益效果是:通过提供一种包括牵引逆变器和牵引电机的电气系统,与现有技术的包括变流器和动力设备的电气设备相比,因为逆变器比变流器功率小,重量小,需要对其进行冷却的方式很多种,例如风冷和空气冷却均可行,且维护便利,实现了缩小电气系统占据的空间和重要的要求,且同时兼顾了电气系统的维护便利性及冷却降温要求,并且进一步的,通过在可运行的机械设备上设备该电气系统,实现了可运行的机械设备的轻量化和小型化,便于整体的配重和空间布置。
另外,本发明提供的电气系统通过直流母线进行直流供电,与现有技术的交流供电相比,在相同的传输功率的情况下,供电电流更小,即本发明的电气系统的供电电缆通过的电流更小,因此还可以进一步地减小电气系统供电电缆的数量和重量,降低可运行的机械设备的供电电缆的长度和成本,更便于机械设备的轻量化和空间灵活布置,也具有更优的电磁兼容(EMC)特性。
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为现有技术的电气系统电路图;
图2为本发明一种优选实施方式的电气系统电路图;
图3为本发明第二种优选实施方式的电气系统电路图;
图4为本发明第三种优选实施方式的电气系统电路图;
图5为本发明第四种优选实施方式的电气系统电路图;
图6为本发明第五种优选实施方式的电气系统电路图;
图7为本发明第六种优选实施方式的电气系统电路图;
图8为本发明第七种优选实施方式的电气系统电路图;
图9为本发明第八种优选实施方式的电气系统电路图;
图10为本发明第九种优选实施方式的电气系统电路图
图11为本发明第十种优选实施方式的电气系统电路图
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案,下面将结合本申请实施例中的附图,对本申请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申请一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例,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,都应当属于本申请保护的范围。
实施例一
请参考图2,本实施例提供了一种可运行的机械设备的电气系统,包括牵引逆变器1和牵引电机2。其中,牵引逆变器1通过直流母线3从供电设备上获取直流电后,将直流电转换为三相交流电供应给牵引电机2。
可选地,请参考图7,本实施例中的牵引逆变器1的输出端并联有四台牵引电机2。
可选地,请参考图2、图3和图4,本实施例中的牵引逆变器1包含两个逆变单元,每个逆变单元分别与两台并联的牵引电机2相连。牵引逆变器1的数量可以是一个,如图2,也可以是两个或者两个以上,如图3。
可选地,请参考图8,本实施例中的牵引逆变器1包含四个牵引逆变单元11,每个牵引逆变单元11和一个牵引电机2相连。
作为进一步的优化方案,请参考图2至图9,本实施例中的牵引逆变器1和/或牵引逆变单元11的输入端包括一个电气开关12,电气开关12优选接触器或者断路器。在每个牵引逆变器1、牵引逆变单元的输入端设置电气开关12,能够提高系统的冗余性,当某个逆变器发生故障时,可以进行切除,其他的逆变器可以正常工作,系统受到的影响可以降到最低。
可选地,请参考图8,上述方案中的牵引电机2还可以是永磁电机。每台牵引逆变器1单独为每台永磁电机供电,并且在牵引逆变器1和永磁电机之间设有电气开关,电气开关可以选择接触器或者断路器。
本实施例中的直流母线3的电压值范围不小于750伏特,不大于3600伏特。
本实施例提供的电气系统,利用直流母线3从供电设备获取直流电,直流母线3作为牵引逆变器1的输入电源,为后端的牵引逆变器1供电,实现了供电设备和用电设备拓扑结构的重新划分,与现有技术的包括变流器和动力设备的电气系统相比,由于牵引逆变器1比变流器功率小,重量小,需要对其进行冷却的方式多种多样,比如风冷、油冷。实现了缩小电气系统空间占用和减轻重量的要求,同时兼顾了电气系统的维护便利性与冷却降温效果。通过在可运行的机械设备上配备该系统,可以实现机械设备的轻量化和小型化,便于整体配重和空间布置。与现有技术相比,本发明将供电设备和用电设备进行了分离,用电设备利用直流母线3供电,有效地降低了电磁干扰,提高了系统的电磁兼容性。
实施例二
请参考图2至图9,本实施例在实施例一的基础上,在直流母线3上增设了电感设备,电感设备设置在牵引逆变器1的电流输入端,用于一直直流母线3上的电流波动,避免短路情况下的故障电流过大,导致电气设备损坏。电感设备优选线路电抗器4。
实施例三
请参考图2至图9,本实施例在实施例一和实施例二的基础上,增加了直流电转换设备,直流电转换设备和供电设备相连,用于将供电设备上的单向交流电变换为直流电后,通过直流母线3输送到牵引逆变器1,再输送给牵引电机2。本实施例中的直流电转换设备具体包括牵引变压器5和牵引整流器6,其中,牵引变压器5和供电设备相连,用于对供电设备提供的单向交流电进行降压,牵引整流器6和牵引变压器5相连,用于将降压后的单向交流电变换为直流电。本方案中的直流电转换设备还可以是电力电子变压器9。
增设直流电转换设备的目的在于,直流电升压困难,大功率的牵引电机2必然产生大电流,线路电阻产生的功率损耗会非常大。交流电升压容易,因此供电设备优选交流供电,本实施例中的牵引变压器5和牵引整流器6,能够从供电设备获取交流电并进行变压和整流,获得直流电再通过实施例一中的直流母线3传输到牵引逆变器1。
可选地,请参考图2、图4、图6至图9,上述方案中的牵引整流器6不少于两个,全部整流器的输出端并联到一条直流母线3上,输出直流电流。
可选地,请参考图3和图5,上述方案中的牵引整流器6不少于两个,牵引整流器6的输出端并联在两根直流母线3上,输出直流电流。
作为更加优选的方案,请参考图2至图9,上述的牵引整流器6的输出端都单独配置有电气开关,电气开关优选接触器或者断路器。提高了系统的冗余性,当某个牵引整流器6发生故障,可以进行切除,将故障整流器从系统中隔离,其他的牵引整流器6正常工作,可将对系统的影响降到最低。
实施例四
请参考图6,本实施例在上述全部实施例的基础上,还增设了辅助变压器和辅助变流器。其中,辅助变压器用于将供电设备的交流电源进行降压处理,输送给辅助变流器,辅助变流器获得经过辅助变压器降压的交流电后,转换成电压、频率可控的三相交流电输出给负载设备。本实施例中所述的负载设备,指的是出牵引电机2或者永磁电机之外的用电设备,比如冷却风机或者水泵。
可选地,上述的辅助变流器可以作为牵引整流器或者牵引逆变器的一个组成部分,辅助变流器和牵引变压器5相连,用于将牵引变压器5输出的单向交流电转换成三相交流电后输出给负载设备。辅助变流器还可以单独作为一个设备,可以布置在拖车上,也可以布置在动车上。这样牵引逆变器和辅助变流器的尺寸和重量可以进一步降低,从整车来讲,可以更加灵活和方便地进行各种配置,满足功能、空间和重量上的要求。
上述方案中的辅助变流器具体包括辅助整流器和辅助逆变器13,辅助整流器用于将获取的交流电转换为直流电后输入给辅助逆变器13,然后经辅助逆变器13转换成三相交流电输出给负载设备。
进一步地,请参考图10,还可以将辅助逆变器13集成在牵引逆变器或者牵引整流器中,辅助逆变器13与直流母线相连,用于将所述直流电变换为三相交流电后输出给负载设备。
实施例五
本实施例提供的是一种搭载了上述任意实施例所提供的电气系统的车辆。
请参考图2至图10,本实施例提供了一种车辆,分为包含动力设备的部分和不包含动力设备的部分,包含动力设备的部分称为动车设备7,不包含动力设备的部分称为拖车设备8。其中,直流电转换设备设置在拖车设备8上,牵引逆变器1和牵引电机2设置在动车设备7上。牵引电机2即为动车设备7的动力设备。
请参考图3,本实施例中的动车设备7可以是两台或两台以上,每一台动车设备7都装有牵引逆变器1和与之相连的牵引电机2。每一台动车设备7上的牵引逆变器1并联在拖车设备8的直流电转换设备上。设置在拖车设备8上的直流电转换设备具体为实施例三中的直流电转换设备,用于将供电设备上供应的单向交流电变换为直流电后,通过直流母线3输送给包含动力设备的车辆上的电气系统的牵引逆变器1。
请参考图2、图4、图6至图11,本实施例中,拖车设备8上的牵引整流器6优选两个或者两个以上,全部的牵引整流器6通过一条直流母线3输出直流电,提供给动车设备7。
请参考图3和图5,本实施例中,拖车设备8上的牵引整流器6优选两个或两个以上,牵引整流器6的输出端并联在两根直流母线3上,输出直流电流,提供给动车设备7。
上述方案中的车辆,具体为电力机车、动车或者动车组。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。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的前提下,还可以对本发明进行若干改进和修饰,这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (34)
1.一种电气系统,其特征在于,包括牵引逆变器和牵引电机,所述牵引逆变器通过直流母线从供电设备上获取直流电后,将所述直流电变换为三相交流电供应给所述牵引电机;
还包括直流电转换设备,所述直流电转换设备与所述供电设备相连,用于将所述供电设备上供应的单向交流电变换为直流电后,通过所述直流母线输送给所述牵引逆变器;
所述直流电转换设备包括牵引变压器和牵引整流器,所述牵引变压器与所述供电设备相连,用于对所述供应网上供应的单向交流电进行降压处理,所述牵引整流器与所述牵引变压器相连,用于将所述降压后的单向交流电变换为直流电;
所述电气系统的直流电转换设备位于不包含动力设备的车辆上,所述牵引逆变器和牵引电机位于包含动力设备的车辆上;
所述牵引逆变器还包括辅助逆变器,所述辅助逆变器与所述直流母线相连,用于将所述直流电变换为三相交流电后输出给负载设备;或,所述牵引整流器还包括辅助逆变器,所述辅助逆变器与所述直流母线相连,用于将所述直 流点变换为三相交流电后输出给负载设备;或,所述牵引逆变器还包括辅助变流器,所述辅助变流器与所述牵引变压器相连,用于将所述牵引变压器输出的交流电转换成三相交流电后输出给负载设备。
2.如权利要求1所述的电气系统,其特征在于,所述直流电转换设备为电力电子变压器。
3.如权利要求1所述的电气系统,其特征在于,所述牵引逆变器为1个,所述牵引逆变器包含2个逆变单元。
4.如权利要求3所述的电气系统,其特征在于,每个所述逆变单元与两台并联的所述牵引电机相连。
5.如权利要求1所述的电气系统,其特征在于,所述牵引逆变器为2个以上,每个所述牵引逆变器均包含2个逆变单元,每个所述逆变单元与两台并联的所述牵引电机相连。
6.如权利要求1所述的电气系统,其特征在于,所述牵引逆变器为2个,每个所述牵引逆变器与两台并联的所述牵引电机相连。
7.如权利要求1所述的电气系统,其特征在于,所述牵引逆变器为1个,所述牵引逆变器与四台并联的所述牵引电机相连。
8.如权利要求1所述的电气系统,其特征在于,所述牵引逆变器为1个,所述牵引逆变器包括4个牵引逆变单元,每个所述牵引逆变单元与一个所述牵引电机相连。
9.如权利要求1、6、7任一所述的电气系统,其特征在于,所述牵引逆变器的电流输入端还包括一个电气开关。
10.如权利要求9所述的电气系统,其特征在于,所述电气开关为接触器或者断路器。
11.如权利要求3、4、5、8任一所述的电气系统,其特征在于,每个所述逆变单元的电流输入端还包括一个电气开关。
12.如权利要求11所述的电气系统,其特征在于,所述电气开关为接触器或者断路器。
13.如权利要求1所述的电气系统,其特征在于,所述牵引电机为永磁电机。
14.如权利要求1所述的电气系统,其特征在于,所述直流母线的电压值范围为大于或等于750伏特且小于或等于3600伏特。
15.如权利要求1所述的电气系统,其特征在于,还包括电感设备,所述电感设备位于直流母线上所述牵引逆变器的电流输入端,用于抑制所述直流母线上的电流波动。
16.如权利要求15所述的电气系统,其特征在于,所述电感设备为线路电抗器。
17.如权利要求1所述的电气系统,其特征在于,所述牵引变压器包括2个以上的牵引绕组,每个所述牵引绕组与一个所述牵引整流器相连。
18.如权利要求1所述的电气系统,其特征在于,所述牵引整流器包括2个以上,每个所述牵引整流器通过一条直流母线输出直流电流。
19.如权利要求1所述的电气系统,其特征在于,所述牵引整流器包括2个以上,所有的所述牵引整流器通过一条直流母线输出直流电流。
20.如权利要求1所述的电气系统,其特征在于,还包括辅助变流器,所述辅助变流器从所述供电设备获取交流电源后转换成三相交流电输出给负载设备。
21.如权利要求20所述的电气系统,其特征在于,还包括辅助变压器,所述辅助变压器用于将所述供电设备的交流电源进行降压处理后,输出给所述辅助变流器。
22.如权利要求20所述的电气系统,其特征在于,所述辅助变流器包括辅助整流器和辅助逆变器,所述辅助整流器用于将获取的交流电转换为直流电后输入给所述辅助逆变器,所述辅助逆变器用于将所述直流电转换为三相交流电。
23.如权利要求1所述的电气系统,其特征在于,所述辅助变流器包括辅助整流器和辅助逆变器,所述辅助整流器用于将所述牵引变压器输出的交流电转换为直流电后输入给所述辅助逆变器,所述辅助逆变器用于将所述直流电转换为三相交流电。
24.如权利要求1或20所述的电气系统,其特征在于,所述负载设备为冷却风机或者水泵。
25.如权利要求1所述的电气系统,其特征在于,所述电气系统位于包含动力设备的车辆上。
26.如权利要求5或6所述的电气系统,其特征在于,每个所述牵引逆变器和与之连接的牵引电机安装在一台包含动力设备的车辆上,不同的所述牵引逆变器安装在不同的所述车辆上。
27.一种可以运行的机械设备,其特征在于,包括包含动力设备的车辆,所述包含动力设备的车辆安装有所述权利要求1、3至16,20至25任一所述的电气系统。
28.一种可以运行的机械设备,其特征在于,包括包含动力设备的车辆和不包含动力设备的车辆,所述包含动力设备的车辆上安装有所述权利要求1、3至16,20至25任一所述的电气系统,所述不包含动力设备的车辆上安装有直流电转换设备,所述直流电转换设备与所述权利要求1、3至16,20至25任一所述的电气系统的供电设备相连,用于将所述供电设备上供应的单向交流电变换为直流电后,通过所述直流母线输送给包含动力设备的车辆上的电气系统的牵引逆变器。
29.如权利要求28所述的机械设备,其特征在于,所述直流电转换设备为电力电子变压器。
30.如权利要求28所述的机械设备,其特征在于,所述直流电转换设备包括牵引变压器和牵引整流器,所述牵引变压器与所述供电设备相连,用于对所述供应网上供应的单向交流电进行降压处理,所述牵引整流器与所述牵引变压器相连,用于将所述降压后的单向交流电变换为直流电。
31.如权利要求28所述的机械设备,其特征在于,所述不包含动力设备的车辆为一台,所述包含动力设备的车辆为2台以上。
32.如权利要求30所述的机械设备,其特征在于,所述不包含动力设备的车辆为一台,所述包含动力设备的车辆为2台以上,所述不包含动力设备的车辆上的牵引整流器包括2个以上,每个所述牵引整流器通过直流母线输出直流电流给一台所述包含动力设备的车辆。
33.如权利要求28所述的机械设备,其特征在于,所述不包含动力设备的车辆为一台,所述包含动力设备的车辆为2台以上,所述不包含动力设备的车辆上的牵引整流器包括2个以上,所有的所述牵引整流器通过一条直流母线输出直流电流给所述包含动力设备的车辆。
34.如权利要求27-33任一所述的机械设备,其特征在于,所述机械设备在轨道上运行。
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