CN106671796A - 机车牵引系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种机车牵引系统。本发明的机车牵引系统,包括:内燃机、同步主发电机、交直流转换模块、牵引电动机和辅助负载;同步主发电机的输入端与内燃机连接,同步主发电机用于在内燃机做功时产生电流;交直流转换模块的输入端与发电机输出端电连接,交直流转换模块的第一输出端与牵引电动机电连接,交直流转换模块的第二输出端与辅助负载电连接,牵引电动机用于牵引机车运动。本发明的机车牵引系统能够由一个同步主发电机同时为牵引系统和辅助负载提供电力,机车牵引系统的电路更简单,并且节省了机车内部空间和维护费用。
Description
技术领域
本发明涉及机车领域,尤其涉及一种机车牵引系统。
背景技术
内燃机车以内燃机作为原动力,通过传动装置驱动机车动轮在轨道上转动。内燃机车的电力传动方式主要可分为三种:直流电力传动系统、交—直流电力传动系统和交—直—交流电力传动系统。其中,交-直流电力传动机车和交—直—交流电力传动机车(交流传动机车)在国内外的应用十分普遍,发展迅速。
图1为现有的交-直流电力传动系统的示意图。如图1所示,交—直流电力传动系统的主传动系统中,由柴油机101带动三相交流同步主发电机201转动产生三相交流电,再通过整流模块301输出直流电至直流牵引电动机401,驱动机车运动。图2为现有的交-直-交流电力传动系统的示意图。如图2所示,交—直—交流电动传动系统的主传动系统中,由柴油机102带动三相交流同步主发电机202转动,产生三相交流电并输入至整流模块302,整流为直流电,直流电再通过逆变器502逆变为电压频率可变的交流电,并输出至三相交流牵引电机402,驱动机车运动。图3为现有的电力传动内燃机车的牵引系统的结构示意图。如图3所示,现有的电力传动内燃机车的牵引系统包括主传动系统和辅助传动系统,柴油机103的输出端分别与同步主发电机203和辅助发电机503连接,同步主发电机203和辅助发电机503分别作为主传动系统和辅助传动系统的电能来源。其中,主传动系统的同步主发电机203输出三相交流电至牵引变流器303,从而带动牵引电机403转动,以驱动和控制机车运行;辅助传动系统的辅助发电机503的输出端分别与充电机603和辅助负载703连接,作用在于产生辅助系统电能,为辅助负载703提供电能以及为机车控制设备提供直流控制电源。
但是,现有的交-直流电力传动机车和交-直-交流电力传动机车的牵引系统中,由于辅助发电机与同步主发电机都布置在机车内,不仅占用了车内较大空间,还使得机车牵引系统的电路连接和布设变的复杂,不利于检修和维护。
发明内容
本发明提供一种机车牵引系统,以克服现有机车内存在两个发电机,机车电路复杂,占用机车空间较大的问题。
本发明提供一种机车牵引系统,包括:内燃机、同步主发电机、交直流转换模块、牵引电动机和辅助负载;
同步主发电机的输入端与内燃机连接,同步主发电机用于在内燃机做功时产生电流;交直流转换模块的输入端与发电机输出端电连接,交直流转换模块的第一输出端与牵引电动机电连接,交直流转换模块的第二输出端与辅助负载电连接,牵引电动机用于牵引机车运动。
本发明的机车牵引系统,包括:内燃机、同步主发电机、交直流转换模块、牵引电动机和辅助负载;同步主发电机的输入端与内燃机连接,同步主发电机用于在内燃机做功时产生电流;交直流转换模块的输入端与发电机输出端电连接,交直流转换模块的第一输出端与牵引电动机电连接,交直流转换模块的第二输出端与辅助负载电连接,牵引电动机用于牵引机车运动。通过将同步主发电机的输出端与交直变换模块电连接,并使交直变换模块的输出端分别与牵引电动机和辅助负载连接,在机车牵引系统内仅通过一个同步主发电机,就可同时为牵引电机和辅助负载提供电力,而不需要额外设置辅助发电机,简化了机车牵引系统的电路,降低了机车成本和内部占用空间,还提高了对机车电路的检修和维护效率。
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为现有的交-直流电力传动系统的示意图;
图2为现有的交-直-交流电力传动系统的示意图;
图3为现有的电力传动内燃机车的牵引系统的结构示意图;
图4为本发明实施例一的机车牵引系统示意图;
图5为本发明实施例二的机车牵引系统示意图。
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作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。
实施例一
图4为本发明实施例一的机车牵引系统示意图,如图4所示,本实施例提供的机车牵引系统,包括:
内燃机1、同步主发电机2、交直流转换模块3、牵引电动机4和辅助负载5;
同步主发电机2的输入端与内燃机1连接,同步主发电机2用于在内燃机1做功时产生电流;交直流转换模块3的输入端与发电机2输出端电连接,交直流转换模块3的第一输出端与牵引电动机4电连接,交直流转换模块3的第二输出端与辅助负载5电连接,牵引电动机4用于牵引机车运动。
具体的,同步主发电机2可以采用低(中)速同步发电机,内燃机1可以为柴油机或汽油机,只要是能够将内能转化为动力的热力发动机即可,本发明不对内燃机的类型进行具体限定,例如可以为柴油机做功带动同步主发电机2转动产生三相交流电。
具体的,交直流转换模块3用于将同步主发电机2输入的三相交流电进行交-直流或交-直-交流转换后,输出至牵引电动机4和辅助负载5。
具体的,机车的辅助负载5为辅助设备提供电能以及为机车控制设备提供直流控制电源,机车辅助负载5主要包括:对内燃机进行降温的冷却风扇、对牵引电动机提供风源的通风机、用于机车制动的空气压缩机、空调机组以及车体通风机等设备。
进一步地,本实施例只通过一台同步主发电机2将产生的交流电输出至交直流转换模块3,其中,交直流转换模块3的第一输出端和第二输出端分别与牵引电动机4和辅助负载5电连接,实现机车牵引。与现有技术相比,由于取消了辅助发电机,实现了将现有辅助传动系统中的辅助负载直接与主传动系统电连接,大大简化了机车牵引系统的电路,提高了机车电路的检修效率。
本实施例通过由内燃机做功带动同步主发电机产生三相交流电,并输入至交直流转换模块进行转换,再由交直流转换模块的两个输出端将电流分别输出至牵引电动机和辅助负载,其中牵引电动机用于驱动机车运动,辅助负载为辅助设备提供电能以及为机车控制设备提供直流控制电源,解决了现有技术中,机车内需要同时设置同步主发电机和辅助发电机以分别为主传动系统和辅助传动系统提供电力,造成机车内部电路复杂的问题,实现了只通过同步主发电机就可以分别为机车牵引电机和辅助负载提供电力的目的,因而不需要设置辅助发电机,降低了机车成本和内部占用空间,简化了机车牵引系统的电路,提高了机车电路的检修和维护效率,减少了电路的故障率。
实施例二
图5为本发明实施例二的机车牵引系统示意图,本实施例提供的机车牵引系统,参见图5,交直流转换模块包括整流模块31,整流模块31的输入端与同步主发电机2电连接,整流模块31的第一输出端为交直流转换模块的第一输出端,整流模块31的第二输出端为交直流转换模块的第二输出端。
整流模块31为三相桥式不可控整流,可以将同步主发电机2输出的三相交流电整流为直流电。
进一步的,交直流转换模块还可以包括:整流模块31、牵引变流模块32和辅助变流模块33,整流模块31输入端与同步主发电机2电连接,整流模块31的输出端分别与牵引变流模块32的输入端以及辅助变流模块33的输入端电连接,牵引变流模块32的输出端为交直流转换模块的第一输出端,辅助变流模块33的输出端为交直流转换模块的第二输出端。
整流模块31可将输出的直流电输出至牵引变流模块32和辅助变流模块33,每个整流模块可以连接3个牵引变流模块32及2个辅助变流模块33。
牵引变流模块32可将整流模块31输入的直流电逆变为交流电,并根据控制指令的要求输出为相应的变频变压电源,对机车牵引、制动实行连续控制。牵引变流可以采用轴控方式,由1个牵引变流模块32控制1台牵引电动机4。
辅助变流模块33可将整流模块31输入的直流电逆变为交流电,负责为辅助系统提供逆变电源。
进一步的,交直流转换模块的数量为多个,机车牵引系统还包括:多个输入接触器6,每个输入接触器6对应一个交直流转换模块,且每个输入接触器6用于断开与其对应的交直流转换模块和同步主发电机2之间的电连接。当输入接触器6检测到一个转向架对应的任何一个牵引变流模块32和辅助变流模块33出现过流、短路等重大故障时,能够带电安全切除该转向架,保证故障不扩大。
优选的,交直流转换模块还包括第一交直流转换模块与第二交直流转换模块,第一交直流转换模块包括第一辅助变流模块331与第二辅助变流模块332,第二交直流转换模块包括第三辅助变流模块333与第四辅助变流模块334,第一辅助变流模块331与第三辅助变流模块333互为冗余备份,第二辅助变流模块332与第四辅助变流模块334互为冗余备份,其中,第一辅助变流模块331与第三辅助变流模块333为变频变压(Variable Voltage andVariable Frequency,简称VVVF)辅助变流模块,第二辅助变流模块332与第四辅助变流模块334为定频定压(Constant Voltage and ConstantFrequency,简称CVCF)辅助变流模块。
具体的,两组VVVF辅助变流模块和两组CVCF辅助变流模块互为冗余,当其中任意一组故障时,通过自动切换,另一组对应的VVVF或者CVCF为所有的辅助负载5提供电源,每一组辅助变流模块33都有足够大的容量来保证辅助系统的过载能力,解决了现有技术中,辅助变流模块只有一组VVVF和CVCF,当其中一个VVVF或CVCF故障时,只能使用剩下的一个CVCF或VVVF单独为辅助负载供电的问题。
进一步的,第一辅助变流模块331、第二辅助变流模块332、第三辅助变流模块333和第四辅助变流模块334的输出端均设置有转换接触器10,当转换接触器10对应的辅助变流模块33出现故障时,转换接触器10断开出现故障的辅助变流模块33与辅助负载5之间的连接。
具体的,转换接触器10用于协助辅助变流器33实现冗余备份,其可以为空气式转换接触器10,当VVVF或者CVCF中的任何一个辅助变流模块33出现故障时,其所对应的接触器自动断开,冗余转换接触器闭合,工作正常的辅助变流模块33驱动VVVF或者CVCF为对应的所有负载提供电源。
进一步的,本实施例提供的机车牵引系统还包括:滤波器7,滤波器7的输入端与交直流转换模块的第二输出端连接,滤波器7的输出端与辅助负载5连接,滤波器7用于对交直流转换模块输出的信号进行滤波。滤波器7可以对辅助变流模块33输出的三相SVPWM波进行滤波,输出符合要求的正弦波供给各个辅助负载5。
具体的,交直流转换模块的第二输出端与辅助负载5之间还设置有变压充电装置8,变压充电装置8用于将交直流转换模块3第二端输出的电压进行变压,并为机车上的蓄电池充电。变压充电装置8采用相控整流控制技术,当机车运行时,变压充电装置8还可为机车控制电路、照明电路等提供稳定的74VDC电源,同时还用于为机车的蓄电池充电,负责为蓄电池恒压限流充电,根据电池电压和电池箱内的周边温度优化充电电压,限制充电电流以防止损坏蓄电池。输出端的LC滤波器7可以使充电电流波纹最小化。另外,当机车不运行时,充电后的蓄电池可为机车控制电路、照明电路等提供电源。进一步的,本实施例提供的机车牵引系统还包括:冷却装置9,冷却装置9用于为机车牵引系统进行冷却散热,冷却装置9可以与滤波器7设置在同一个柜内。
本实施例二提供的机车牵引系统,通过在交直流转换模块中设置整流模块、牵引变流模块和辅助变流模块,其中,整流模块的输出端分别与牵引变流模块的输入端以及辅助变流模块的输入端电连接,整流模块将主发电机输入的三相交流电整流为直流电,再分别输入至牵引变流模块和辅助变流模块,进行逆变后输出为交流电,并在交直转换模块内设置四组辅助变流模块,两组输出为变频变压(VVVF),另外两组输出为定频定压(CVCF),当VVVF或者CVCF中的任何一个辅助变流器出现故障时,其所对应的转换接触器断开,冗余转换接触器闭合,另一组对应的VVVF或者CVCF为所有的辅助负载提供电源,实现了冗余备份,提高了机车辅助系统的可靠性。同时,本实施例提供的机车牵引系统通过一个同步主发电机同时为牵引电动机和辅助负载提供电力,在交直流转换模块中设置相应的模块,可不仅适用于交直流电力传动机车,也适用于交-直-交流电力传动机车,适用性好。
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 (10)
1.一种机车牵引系统,其特征在于,包括:内燃机、同步主发电机、交直流转换模块、牵引电动机和辅助负载;
所述同步主发电机的输入端与所述内燃机连接,所述同步主发电机用于在所述内燃机做功时产生电流;所述交直流转换模块的输入端与所述发电机输出端电连接,所述交直流转换模块的第一输出端与所述牵引电动机电连接,所述交直流转换模块的第二输出端与所述辅助负载电连接,所述牵引电动机用于牵引机车运动。
2.根据权利要求1所述的机车牵引系统,其特征在于,所述交直流转换模块包括整流模块,所述整流模块的输入端与所述同步主发电机电连接,所述整流模块的第一输出端为所述交直流转换模块的第一输出端,所述整流模块的第二输出端为所述交直流转换模块的第二输出端。
3.根据权利要求1所述的机车牵引系统,其特征在于,所述交直流转换模块包括整流模块、牵引变流模块和辅助变流模块,所述整流模块输入端与所述同步主发电机电连接,所述整流模块的输出端分别与所述牵引变流模块的输入端以及所述辅助变流模块的输入端电连接,所述牵引变流模块的输出端为所述交直流转换模块的第一输出端,所述辅助变流模块的输出端为所述交直流转换模块的第二输出端。
4.根据权利要求3所述的机车牵引系统,其特征在于,所述交直流转换模块的数量为多个,所述机车牵引系统还包括:多个输入接触器,每个输入接触器对应一个所述交直流转换模块,且每个所述输入接触器用于断开与其对应的交直流转换模块和所述同步主发电机之间的电连接。
5.根据权利要求4所述的机车牵引系统,其特征在于,所述交直流转换模块包括第一交直流转换模块与第二交直流转换模块,所述第一交直流转换模块包括第一辅助变流模块与第二辅助变流模块,所述第二交直流转换模块包括第三辅助变流模块与第四辅助变流模块,所述第一辅助变流模块与所述第三辅助变流模块互为冗余备份,所述第二辅助变流模块与所述第四辅助变流模块互为冗余备份,其中,所述第一辅助变流模块与所述第三辅助变流模块为变频变压VVVF辅助变流模块,所述第二辅助变流模块与所述第四辅助变流模块为定频定压CVCF辅助变流模块。
6.根据权利要求5所述的机车牵引系统,其特征在于,所述第一辅助变流模块、所述第二辅助变流模块、所述第三辅助变流模块和所述第四辅助变流模块的输出端均设置有转换接触器,当所述转换接触器对应的辅助变流模块出现故障时,所述转换接触器断开出现故障的辅助变流模块与辅助负载之间的连接。
7.根据权利要求1-6任一项所述的机车牵引系统,其特征在于,还包括:滤波器,所述滤波器的输入端与所述交直流转换模块的第二输出端连接,所述滤波器的输出端与所述辅助负载连接,所述滤波器用于对所述交直流转换模块输出的信号进行滤波。
8.根据权利要求1-6任一项所述的机车牵引系统,其特征在于,所述交直流转换模块的第二输出端与所述辅助负载之间还设置有变压充电装置,所述变压充电装置用于将所述交直流转换模块第二输出端输出的电压进行变压;
所述变压充电装置还用于为所述机车的蓄电池充电。
9.根据权利要求1-6任一项所述的机车牵引系统,其特征在于,还包括:冷却装置,所述冷却装置用于为所述机车牵引系统进行冷却散热。
10.根据权利要求1-6任一项所述的机车牵引系统,其特征在于,所述辅助负载包括冷却风扇、通风机、空气压缩机、空调机组以及车体通风机。
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