CN106494238A - 一种城市有轨电车永磁电传动系统 - Google Patents

Abstract

本发明具体为一种城市有轨电车永磁电传动系统，解决了现有交流异步系统存在电车直流电站电网容量受限无法实时检测系统运行数据的问题。牵引逆变器的输入端分别与制动电阻、CAN网络通讯装置及滤波电抗器的一端连接，滤波电抗器的另一端与高速熔断器连接，牵引逆变器包括预充电单元、制动斩波单元、滤波单元、逆变单元A、逆变单元B和控制单元，逆变单元A的输出端与其中一台永磁牵引电机的输入端连接，逆变单元B的输出端与另一台永磁牵引电机的输入端连接，永磁牵引电机的输出端分别与对应的减速装置的输入端连接，减速装置的输出端与轮轨连接。本发明的节能率提高了18‑44%，而且绕组寿命延长，增加了系统的可操作性及安全性。

Description

一种城市有轨电车永磁电传动系统

技术领域

本发明用于城市有轨电车领域，具体为一种城市有轨电车永磁电传动系统。

技术背景

有轨电车电传动系统最早是以直流电机作为动力的直流电传动系统，因为直流电机结构复杂，维修成本高，维护不方便等缺点，直流电传动系统亟需改进升级。2008年开始，异步电传动系统以其系统体积小，出力大，便于维护和整修，同时可靠性提升，增加电制动和馈网功能等优势，逐步替换直流系统。

随着交流异步系统在线车辆的增加，电车直流电站电网容量无法支撑更多的交流异步系统在线同时运行，当异步系统一台电机发生故障时，单电机无法提供空车所需的最大牵引力以及该异步系统没有通讯装置，无法实时检测系统运行数据等局限性慢慢暴露。

发明内容

本发明为了解决现有交流异步系统存在电车直流电站电网容量受限无法实时检测系统运行数据的问题，提供了一种城市有轨电车永磁电传动系统。

本发明是通过如下的技术方案实现的：一种城市有轨电车永磁电传动系统，包括高速熔断器、高压开关箱、滤波电抗器、制动电阻、牵引逆变器、CAN网络通讯装置、减速装置、永磁牵引电机和高压隔离开关，牵引逆变器的输入端分别与制动电阻、CAN网络通讯装置及滤波电抗器的一端连接，滤波电抗器的另一端通过高压开关箱与高速熔断器连接，牵引逆变器包括预充电单元、制动斩波单元、滤波单元、逆变单元A、逆变单元B和控制单元，逆变单元A的输出端通过一个高压隔离开关与其中一台永磁牵引电机的输入端连接，逆变单元B的输出端通过另一个高压隔离开关与另一台永磁牵引电机的输入端连接，永磁牵引电机的输出端分别与对应的减速装置的输入端连接，减速装置的输出端与轮轨连接。

本发明所阐述的城市有轨电车永磁电传动系统采用双三相主回路牵引逆变器，分别控制两台永磁牵引电机，利用控制单元对两套主回路分别控制，同时增加监控功能与可视化操作界面，可视化操作界面通过CAN网络通讯装置与整个系统之间实现数据同步传输，实时显示并记录系统的当前运行状态，满足有轨电车的运行可靠性；牵引逆变器内部经过预充电、滤波、制动斩波、IGBT逆变，将直流电压转换成0-400V频率可调的交流电，控制永磁牵引电机，实现整车的牵引、制动特性；制动电阻的功能主要是消耗直流电路中多余的能量，当中间直流回路电压高于网压而不高于DC680V时，中间电压通过续流二极管向电网馈能，当中间直流电压超过DC685V时，系统控制开通制动斩波IGBT，多余能量通过制动电阻消耗，电压小于DC660V时，制动IGBT关断；为避免永磁同步电机反电势对系统的影响，在牵引逆变器与永磁电机中间增加高压隔离开关，系统正常工作时，开关闭合，牵引逆变器驱动永磁电机工作；当永磁电机出现故障时，避免故障进一步扩大，高压隔离开关断开，保护电路安全，克服了现有交流异步系统存在电车直流电站电网容量受限无法实时检测系统运行数据的问题。

牵引逆变器的输入端连接有司机操控台。

本发明具有的优势是：永磁牵引系统的节能率提高了18-44%，永磁电机的额定功率可以提升30%，而且由于永磁电机为封闭式电机，噪音小，尘土不会侵入电机内部，绕组寿命延长，同时CAN网络通讯装置的设置，增加了系统的可操作性及安全性，在车辆启动和制动阶段，更加可靠、平稳、舒适、安全。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1的电路原理图；

图3为图1的实施示意图。

图中：1-受电弓装置，2-高压开关箱，3-滤波电抗器，4-制动电阻，5-牵引逆变器，6-CAN网络通讯装置，7-减速装置，8-永磁牵引电机，9-高压隔离开关。

具体实施方式

一种城市有轨电车永磁电传动系统，包括高速熔断器、高压开关箱2、滤波电抗器3、制动电阻4、牵引逆变器5、CAN网络通讯装置6、减速装置7、永磁牵引电机8和高压隔离开关9，牵引逆变器5的输入端分别与制动电阻4、CAN网络通讯装置6及滤波电抗器3的一端连接，滤波电抗器3的另一端通过高压开关箱2与高速熔断器连接，牵引逆变器5包括预充电单元、制动斩波单元、滤波单元、逆变单元A、逆变单元B和控制单元，逆变单元A的输出端通过一个高压隔离开关9与其中一台永磁牵引电机8的输入端连接，逆变单元B的输出端通过另一个高压隔离开关9与另一台永磁牵引电机8的输入端连接，永磁牵引电机8的输出端分别与对应的减速装置的输入端连接，减速装置的输出端与轮轨连接。

牵引逆变器5的输入端连接有司机操控台。

当电压接通后，软件检测数字信号处理是否封脉冲，牵引逆变器5输入电压传感器、输出电流传感器是否正常，电机温度、速度信号是否正常，如果自检正常，系统进入工作状态，通过司机控制，开通高压开关箱2，系统高压电接通。

电传动系统达到运行准备完成状态后，开始给电容充电，软件检测充电电压达到DC400V时，触发晶闸管，晶闸管开通后，自动切除预充电，预充电完毕；系统预充电完成后，检测输出电流正常后，司机推动司控器手柄，逆变器接收到信号，触发逆变IGBT（绝缘栅双极型晶体管）开通，控制逆变器输出需要的转矩，使得永磁牵引电机8工作。

电制动时，由于反电势作用，中间电压超过DC685V时，软件触发制动斩波IGBT，中间过电压通过制动电阻4消耗，当电压会落到DC660V时，软件控制关断制动斩波IGBT。

永磁牵引电机8从牵引开始到制动、制动到牵引和过无电区惰行到牵引等工况，都涉及到永磁电机的高速重投。

当电车发生空转或者滑行时，可以通过快速削减牵引力对轮轴空转现象进行有效抑制，当空转消失后，应尽快自动恢复粘着牵引力。

网络显示屏和主控制系统通过CAN网络通讯装置6实现数据传递，将系统的主要数据实时的显示在操控台，网络显示屏主频扫频速度为1s两次，每0.5s时间更新一次数据。

具体实施过程中，受电弓装置1使车辆接收电网电压，额定电压DC550V；高压开关箱2内部安装有熔断器、高速断路器装置，是车辆隔离高压的终极保护；滤波电抗器3应用在逆变器回路，主要减小逆变部分直流回路的电流的纹波、抑制短路电流上升、抑制冲击电流等，该永磁系统选用的滤波电抗器为2mH/200A；当车辆再生制动时产生的能量不能回馈电网时，可通过制动电阻4消耗吸收，保证直流电网电压在合理的范围内而不损坏器件，电阻能耗型吸收也是再生制动能量吸收的一种方式，该方式的优点是控制简单、技术成熟、性能可靠、投资少、维护和维修成本较低；牵引逆变器5为本系统的“大脑”装置，控制永磁牵引电机、与上位机通讯，接收司机控制指令，反馈系统实时状态，保证车辆安全可靠运行，两套逆变单元共用一套预充电和斩波回路，并由一套控制单元（TCU）实现控制。CAN网络通讯装置6安装在主司机室，是整个系统的数据显示、传输、存储装置，协议总线为CAN2.0B，通讯速率为250Kbps，存储容量为32G；每台车配有相同的两个减速装置7，与永磁牵引电机8相连，将动能装换为机械能，驱动车轮；每台车配有相同的两个永磁牵引电机8，该永磁牵引电机8为全封闭电机，额定功率50kW，峰值功率100kW；每台车配有相同的两个高压隔离开关9，安装于牵引逆变器5和永磁牵引电机8中间，主要用做高压隔离，当电机故障时，为避免永磁牵引电机8因反电势对系统造成影响，通过断开该高压隔离开关9，保护电路。

本发明具有如下系统保护功能：

ⅰ）过压/欠压保护功能

电压传感器检测直流电压，中间直流电压过压或者欠压时，会有硬件和软件两级保护，硬件保护先于软件保护。

ⅱ）过流保护

输出电流保护分为硬件保护和软件保护，硬件保护先于软件保护。

ⅲ）IGBT保护

IGBT保护分为过压、过流保护、过压保护分为硬件保护和软件保护。过流保护分为三级，第一级为IGBT驱动板SCALL保护，第二级为硬件保护，第三级为软件保护。

ⅳ）电机过温保护

系统检测电机温度，通过通讯CAN网络通讯装置显示，当电机温度过高时，逆变器控制单元进行判断，并降功运行。

ⅴ）电机失速保护

系统检测电机速度，通过CAN网络通讯装置显示，当电机失速时，逆变器控制单元进行判断，适时封IGBT脉冲，关断IGBT，逆变器无输出。

进一步的，本发明还具有数据检测和传输功能：

ⅰ）通讯功能

通讯装置与牵引逆变器连接，接收实时的数据，同时也可以与整车网络进行通讯，通讯接口可以为CAN2.0，也可以为以太网。

ⅱ）数据显示

将接收到的数据显示，行车/制动档位和车速；电机转速、转矩、电压、电流、功率、温度；母线侧电压。

ⅲ）故障记录

可记录电机过流、过温、空转；逆变器过压、欠压、过温、IGBT故障、接地等故障信息，便于后期故障分析。

ⅳ）故障处理提示

简单快捷的故障处理提示，可以帮助司机更快、更准的判断故障点，并给出合理、正确的处理方案，保证车辆的安全性及乘客的舒适度。

Claims (2)

1.一种城市有轨电车永磁电传动系统，其特征在于：包括高速熔断器、高压开关箱（2）、滤波电抗器（3）、制动电阻（4）、牵引逆变器（5）、CAN网络通讯装置（6）、减速装置（7）、永磁牵引电机（8）和高压隔离开关（9），牵引逆变器（5）的输入端分别与制动电阻（4）、CAN网络通讯装置（6）及滤波电抗器（3）的一端连接，滤波电抗器（3）的另一端通过高压开关箱（2）与高速熔断器连接，牵引逆变器（5）包括预充电单元、制动斩波单元、滤波单元、逆变单元A、逆变单元B和控制单元，逆变单元A的输出端通过一个高压隔离开关（9）与其中一台永磁牵引电机（8）的输入端连接，逆变单元B的输出端通过另一个高压隔离开关（9）与另一台永磁牵引电机（8）的输入端连接，永磁牵引电机（8）的输出端分别与对应的减速装置的输入端连接，减速装置的输出端与轮轨连接。

2.根据权利要求1所述的一种城市有轨电车永磁电传动系统，其特征在于：牵引逆变器（5）的输入端连接有司机操控台。