CN106564508A - 一种无火回送方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无火回送方法，其步骤为：S1：当主牵引系统不能获得网侧能量的条件下，利用车载蓄电池提供的能量，对直流母线进行预充电，保证逆变器能启动，并对电机进行励磁；S2：在逆变器的控制下，预磁化后的牵引电机作为发电机迅速进入第四象限工作，利用列车被拖动时产生的机械能，将直流母线持续充电至正常水平；逆变器保持对这一电压水平的持续控制；S3：辅助变流器和正常牵引条件一样启动，并从直流母线取电，输出三相交流电；同时，得到三相电源的充电机向蓄电池正常充电。本发明具有原理简单、易实现、能够提高回送列车可靠性和舒适性等优点。

Description

一种无火回送方法
技术领域
本发明主要涉及到轨道交通领域，特指一种适用于轨道交通车辆的无火回送方法。
背景技术
在轨道交通领域，以高速动车组为例，一旦列车主牵引系统发生故障，不能从网侧获得能量，对于主辅一体变流器，辅助系统也不能获得网侧能量，辅助设备无法正常工作。
一般来说，交流传动机车、动车组采用主辅一体牵引变流器已成为一种趋势。牵引变压器将网侧电压降压后输入至牵引变流器，通过四象限整流模块的交直变换使中间直流环节电压稳定在某一值，主逆变器模块从中间直流环节取电，通过直交变换输出三相变频变压电源，带动牵引电机输出一定功率并灵活调速。辅助逆变器模块也从中间直流环节取电，通过直交变换后可输出变频变压或者定频定压的三相电源，以满足不同负载的需要。正常状态下，辅助负载的能量来自网侧，主辅一体牵引变流器若不能从网侧持续获得能量，辅助系统自然不能长时间工作。
当故障列车被牵引回送时，辅助设备若不能正常工作，如制动系统的压缩机不能正常工作，不能打风提高制动风缸压力，以保证列车制动所需能量，会降低列车运行的安全性；同时，蓄电池不能正常充电，列车的控制系统、监控系统就会失去电源，会降低列车的可维护性和可操作性；长时间回送时，车厢内的加热器，空调、照明等设备不能正常，会降低列车的舒适性。对于回送列车，虽然牵引系统无法获得网侧能量，但牵引电机处于被牵引状态，如果能使牵引电机顺利建立励磁，则可通过制动模式有效的将其动能转化为电能，使主逆变器工作于整流状态，将这部分电能传递至牵引变流器的中间直流环节，再通过中间直流环节传递给辅助逆变器，这样可实现故障列车在回送过程中关键的辅助设备仍然正常工作。也就是说，如何能使故障动车在无网侧能量输入时辅助系统仍可正常工作，给制动系统，充电机，车厢用电设备等等一些关键的辅助设备供电，用以提高动车的安全性、可靠性、舒适性。
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，本发明提供一种原理简单、易实现、能够提高回送列车可靠性和舒适性的无火回送方法。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种无火回送方法，其步骤为：
S1：当主牵引系统不能获得网侧能量的条件下，利用车载蓄电池提供的能量，对直流母线进行预充电，保证逆变器能启动，并对电机进行励磁；
S2：在逆变器的控制下，预磁化后的牵引电机作为发电机迅速进入第四象限工作，利用列车被拖动时产生的机械能，将直流母线持续充电至正常水平；逆变器保持对这一电压水平的持续控制；
S3：辅助变流器和正常牵引条件一样启动，并从直流母线取电，输出三相交流电；同时，得到三相电源的充电机向蓄电池正常充电。
作为本发明的进一步改进：在所述步骤S1中，通过无火回送模块利用车载蓄电池提供的能量对直流母线进行预充电；所述无火回送模块包括空气断路器QF和预充电接触器KM，所述空气断路器QF正常情况下是闭合的，传动控制单元TCU给预充电接触器KM闭合命令，预充电接触器KM吸合，传动控制单元TCU收到预充电接触器KM反馈状态后给充电电源模块工作使能信号，开始给中间直流环节充电；中间电压上升至一定值后，中间电压传感器将信息送给传动控制单元TCU，传动控制单元TCU开始命令主逆变器对牵引电机励磁，励磁过程中，所述无火回送模块维持中间电压稳定；励磁完成后，停止充电电源模块工作使能，跳开预充电接触器KM，无火回送模块退出工作。
作为本发明的进一步改进：在预充电过程中，在规定的时间内使中间电压充至一定值，否则视为预充电失败，需要重新充电。
作为本发明的进一步改进：在预充电过程中，规定充电电源模块的最大输入输出电流，如果电流超出规定值，车载蓄电池进行自保护，并反馈给传动控制单元TCU故障信号；如果输入电流过大，空气断路器QF自动跳开。
作为本发明的进一步改进：在预充电过程中，通过充电电源模块来完成预充电的功能；所述充电电源模块的输出端连接有续流二极管和熔断器，二极管为电容Cd升压通道，当它导通时，Cd上会流过充电电流，使电压升高，同时还进行高低压隔离；所述熔断器用来在充电电源模块输出过流时隔离电路，保护无火回送模块及蓄电池系统。
作为本发明的进一步改进：所述充电电源模块自带控制器，与传动控制单元TCU连接的控制信号为工作使能和模块状态，均为IO信号；当传动控制单元TCU给工作使能时，充电电源模块的控制器自动在规定的时间内调节输出电压至某一值，并且检测输入输出的故障，一旦发生故障，通过模块状态信号报告给传动控制单元TCU。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明的无火回送方法，原理简单、易实现，其可以让回送列车的牵引电机建立励磁，通过制动方式将其动能转化为电能并传递给辅助系统，使其在列车回送过程中仍可以正常工作。也就是说，当列车主牵引系统发生故障，该节列车不能从网侧获得动力，故障列车被牵引回送时，辅助设备通过无火回送功可实现正常工作，一些关键的辅助设备，如制动系统的压缩机，可以正常打风提高制动风缸压力，保证列车制动所需能量，提高列车运行的安全性；同时，充电机能给蓄电池充电，列车的控制系统、监控系统能获取电源，列车的可维护性和可操作性能提高；长时间回送时，车厢内的加热器，空调，照明等设备能正常工作，列车的舒适性也将提高。
附图说明
图1是本发明在具体应用时的原理示意图。
图2是本发明在具体应用时的控制关系示意图。
图3是本发明在具体应用时进行无火回送的过程原理示意图。
图4是本发明在具体应用时TCU与无火回送模块的关系示意图。
图5是本发明在具体应用时充电电源模块的原理示意图。
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。
本发明的无火回送方法，是指列车牵引系统不能从网侧获得能量，故障列车被牵引回送时，辅助设备仍可通过无火回送功能实现正常工作，其主要适合所有主电路为主辅一体的牵引变流器。
如图1和图2所示，本发明的无火回送方法，具体步骤为：
S1：列车主控系统在特定条件下启动回送模式。当主牵引系统不能获得网侧能量的条件下，无火回送模块利用车载蓄电池提供的能量，对直流母线做快速且水平有限的预充电，保证逆变器(INV)能启动，并对电机进行励磁，这一过程能量流向如图1中的箭头1。
S2：在逆变器(INV)的控制下，预磁化后的牵引电机作为发电机迅速进入第四象限工作，并接替无火回送模块，利用列车被拖动时产生的机械能，将直流母线持续充电至正常水平。逆变器(INV)保持着对这一电压水平的持续控制。
S3：辅助变流器和正常牵引条件一样启动，并从直流母线取电，从而输出三相交流电，使制动系统主压缩机可正常打风；同时，得到三相电源的充电机也可以向蓄电池正常充电，这一过程能量流向如图1中箭头2，最终实现了将一部份拖动机械能转化为列车所必需的辅助动力这一能量转换过程。
由上述过程可知，无火回送模块是实现上述无火回送功能的关键单元，它利用蓄电池的能量，在规定的时间内使中间直流环节充至一定值。列车主控系统在特定条件下启动回送模式。参见图3和图4，空气断路器QF正常情况下是闭合的，传动控制单元TCU给预充电接触器闭合命令，接触器KM吸合，传动控制单元TCU收到接触器KM反馈状态后给充电电源模块工作使能信号，开始给中间直流环节充电，在规定的时间内应能使中间电压充至一定值，否则视为预充电失败，需要重新充电。预充电过程中，规定充电电源模块的最大输入输出电流，如果电流超出规定值，电源模块可以进行自保护，并反馈给接触器KMTCU故障信号，另外，如果输入电流过大，空气断路器QF也会自动跳开，如果输出电流过大，熔断器FU也会动作。中间电压上升至一定值后，中间电压传感器将信息送给传动控制单元TCU，传动控制单元TCU开始命令主逆变器对牵引电机励磁，励磁过程中，无火回送模块能维持中间电压稳定。励磁完成后，停止充电电源模块工作使能，跳开接触器KM，无火回送模块退出工作。
在上述过程中，充电电源模块是实现预充电的功能模块，自身具有保护功能，输入输出实现高低压隔离，它将110V输入电压在规定的时间内升压至一定值。参见图5，为在一个具体应用实例中充电电源模块的原理示意图。
充电电源模块接口：电气接口1:Uin+；
电气接口2:Uin-；
电气接口3:Uout+；
电气接口4:Uout-；
控制接口1：工作使能信号；
控制接口2：电源模块状态；
控制电源+：110V+；
控制电源-：110V-；
当输入电压范围在DC77V～DC137.5V内，充电电源模块均可以正常启动。输出端连接有续流二极管和熔断器，二极管为电容Cd升压通道，当它导通时，Cd上会流过充电电流，使电压升高，同时还可以进行高低压隔离。熔断器主要是在充电电源模块输出过流时隔离电路，保护无火回送模块及蓄电池系统。充电电源模块自带控制器，控制器电源为DC110V，与TCU连接的控制信号为工作使能和模块状态，均为IO信号。当TCU给工作使能时，充电电源模块控制器可自动在规定的时间内调节输出电压至某一值，并且可检测输入输出过流、过压、欠压等故障，一旦发生故障，可通过模块状态信号报告给TCU。充电电源模块输入输出进行了高低压隔离，耐压等级可达到10000V。在具体应用实例中，充电电源模块可以根据实际需要采用自然冷却方式。
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 (6)

1.一种无火回送方法，其特征在于，步骤为：
S1：当主牵引系统不能获得网侧能量的条件下，利用车载蓄电池提供的能量，对直流母线进行预充电，保证逆变器能启动，并对电机进行励磁；
S2：在逆变器的控制下，预磁化后的牵引电机作为发电机迅速进入第四象限工作，利用列车被拖动时产生的机械能，将直流母线持续充电至正常水平；逆变器保持对这一电压水平的持续控制；
S3：辅助变流器和正常牵引条件一样启动，并从直流母线取电，输出三相交流电；同时，得到三相电源的充电机向蓄电池正常充电。
2.根据权利要求1所述的无火回送方法，其特征在于，在所述步骤S1中，通过无火回送模块利用车载蓄电池提供的能量对直流母线进行预充电；所述无火回送模块包括空气断路器QF和预充电接触器KM，所述空气断路器QF正常情况下是闭合的，传动控制单元TCU给预充电接触器KM闭合命令，预充电接触器KM吸合，传动控制单元TCU收到预充电接触器KM反馈状态后给充电电源模块工作使能信号，开始给中间直流环节充电；中间电压上升至一定值后，中间电压传感器将信息送给传动控制单元TCU，传动控制单元TCU开始命令主逆变器对牵引电机励磁，励磁过程中，所述无火回送模块维持中间电压稳定；励磁完成后，停止充电电源模块工作使能，跳开预充电接触器KM，无火回送模块退出工作。
3.根据权利要求2所述的无火回送方法，其特征在于，在预充电过程中，在规定的时间内使中间电压充至一定值，否则视为预充电失败，需要重新充电。
4.根据权利要求2所述的无火回送方法，其特征在于，在预充电过程中，规定充电电源模块的最大输入输出电流，如果电流超出规定值，车载蓄电池进行自保护，并反馈给传动控制单元TCU故障信号；如果输入电流过大，空气断路器QF自动跳开。
5.根据权利要求2或3或4所述的无火回送方法，其特征在于，在预充电过程中，通过充电电源模块来完成预充电的功能；所述充电电源模块的输出端连接有续流二极管和熔断器，二极管为电容Cd升压通道，当它导通时，Cd上会流过充电电流，使电压升高，同时还进行高低压隔离；所述熔断器用来在充电电源模块输出过流时隔离电路，保护无火回送模块及蓄电池系统。
6.根据权利要求5所述的无火回送方法，其特征在于，所述充电电源模块自带控制器，与传动控制单元TCU连接的控制信号为工作使能和模块状态，均为IO信号；当传动控制单元TCU给工作使能时，充电电源模块的控制器自动在规定的时间内调节输出电压至某一值，并且检测输入输出的故障，一旦发生故障，通过模块状态信号报告给传动控制单元TCU。
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