CN108001301A - 轨道车辆的第三轨供电装置与轨道车辆系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种轨道车辆的第三轨供电装置与轨道车辆系统，包括N个第一动力单元，以及连接各所述第一动力单元的辅助供电母线，第一动力单元连接接触轨正线，所述动力单元包括防反二极管、吸收电路以及第一逆变器；所述防反二极管设于对应的所述接触轨正线与所述第一逆变器的输入侧之间，且所述接触轨正线处于所述防反二极管的正极一侧；所述防反二极管的两端并联有所述吸收电路；所述辅助供电母线连接于各防反二极管的负极与对应的所述第一逆变器之间；所述吸收电路，用于在所述接触轨正线无供电输入时，吸收输入至所述防反二极管的负极的反向电压，并在所述接触轨正线输入供电时，释放所吸收的电能。本发明避免了防反二极管被反向电压击穿。

Description

轨道车辆的第三轨供电装置与轨道车辆系统

技术领域

本发明涉及轨道交通领域，尤其涉及一种轨道车辆的第三轨供电装置与轨道车辆系统。

背景技术

第三轨又叫供电轨，是指安装在城市轨道(地铁、轻轨等)线路旁，单独的用来供电的一条轨道。其与受流器(集电靴)配套工作，为轨道车辆上的设备提供电力支持。

现有相关技术，接触轨正线将第三轨的供电供应至各动力单元，再由动力单元将电供应至设备，动力单元之间通过辅助供电母线连接，其中，为避免动力单元的电经辅助供电母线进入其他动力单元后，对其他动力单元产生影响，可在动力单元中设置防反二极管，防反二极管的负极可连接动力单元的逆变器的输入端。

然而，当无第三轨的供电时，防反二极管无正向的电流，逆变器、负载或其他电路部件，都可能会向防反二极管输出反向电压，若防反二极管被反向电压击穿，则会对电路造成不利影响。

发明内容

本发明提供一种轨道车辆的第三轨供电装置与轨道车辆系统，以解决防反二极管被反向电压击穿对电路造成不利影响的问题。

根据本发明的第一方面，提供了一种轨道车辆的第三轨供电装置，包括N个第一动力单元，以及连接各所述第一动力单元的辅助供电母线，所述第一动力单元连接接触轨正线，所述第一动力单元包括防反二极管、吸收电路以及第一逆变器；其中，N为大于或等于1的整数；

所述防反二极管设于对应的所述接触轨正线与所述第一逆变器的输入侧之间，且所述接触轨正线处于所述防反二极管的正极一侧；所述防反二极管的两端并联有所述吸收电路；所述辅助供电母线连接于各防反二极管的负极与对应的所述第一逆变器之间；

所述吸收电路，用于在所述接触轨正线无供电输入时，吸收输入至所述防反二极管的负极的反向电压，并在所述接触轨正线输入供电时，释放所吸收的电能。

可选的，所述吸收电路包括储能部件，所述储能部件，用于在所述接触轨正线无供电输入时，利用所述反向电压储能，在所述接触轨正线输入供电时释放所储电能。

可选的，所述储能部件为吸收电容。

可选的，所述吸收电路还包括缓冲电阻，所述缓冲电阻与所述储能部件串联后，并联于所述防反二极管的两端。

可选的，所述的装置，还包括M个第二动力单元，其中，M为大于或等于1的整数，所述辅助供电母线还分别连接所述M个第二动力单元。

可选的，所述第二动力单元包括第二逆变器，所述辅助供电母线连接所述第二逆变器的输入侧。

可选的，每根所述接触轨正线与对应的所述防反二极管之间设有一高压保护电路。

可选的，所述轨道车辆处于轨道的无电区时，所述接触轨正线无供电输入。

可选的，所述轨道车辆处于轨道的有电区时，所述接触轨正线通过第三轨输入供电。

根据本发明的第二方面，提供了一种轨道车辆系统，包括第一方面提供的轨道车辆的第三轨供电装置。

本发明提供的轨道车辆的第三轨供电装置与轨道车辆系统，通过所述防反二极管的两端并联有所述吸收电路；以及所述吸收电路，用于在所述接触轨正线无供电输入时，吸收输入至所述防反二极管的负极的反向电压，并在所述接触轨正线输入供电时，释放所吸收的电能，本发明消除或降低了反向电压对防反二极管的作用，避免了防反二极管被反向电压击穿，从而对装置的电路进行了保护。

同时，本发明可以降低防反二极管的截止电压，从而扩大防反二极管的可选型范围，增加装置与系统的普适性，由于选型范围的扩大，可以有效降低电路的成本。

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是本发明一轨道车辆的第三轨供电装置的电路示意图一；

图2是本发明一轨道车辆的第三轨供电装置的电路示意图二；

图3是本发明一轨道车辆的第三轨供电装置的电路示意图三；

图4是本发明一轨道车辆的第三轨供电装置的应用场景示意图一；

图5是本发明一轨道车辆的第三轨供电装置的电路示意图四；

图6是本发明一轨道车辆的第三轨供电装置的应用场景示意图二；

图7是本发明一轨道车辆的第三轨供电装置的电路示意图五；

图8是本发明一轨道车辆的第三轨供电装置的电路示意图六。

附图标记说明：

1-接触轨正线；

2-辅助供电母线；

3-第一动力单元；

31-第一逆变器；

32-防反二极管；

33-吸收电路；

331-吸收电容；

332-缓冲电阻；

34-高压保护电路；

4-第二动力单元；

41-第二逆变器。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅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单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，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单元。

下面以具体地实施例对本发明的技术方案进行详细说明。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不再赘述。

本发明可应用于轨道车辆系统中以第三轨进行供电的电路结构。

第三轨，又叫供电轨，是指安装在城市轨道(地铁、轻轨等)线路旁边的，单独的用来供电的一条轨道。其与受流器(集电靴)配套工作，为轨道交通列车上面所有设备提供电力支持。

第三轨的受流方式有三种：上接触式、下接触式和侧接触式。

上接触式中，取流靴从上压向第三轨轨头，第三轨顶面受流。取流靴的接触力是由下作用的弹簧的压力进行调节的，受流平稳。该方式中，施工作业简便，可以在轨头上部通过支架安装不同类型的防护板。

侧接触式中，第三轨的轨头端面朝向走行轨，取流靴从侧面受流，跨座式独轨车辆就采用侧面接触式取流，其取流靴装在转向架下部。

下接触式中，第三轨的轨头朝下，通过绝缘肩架、橡胶垫、扣板收紧螺栓、支架等安装在底座上。下接触式的优点是防护罩从上部通过橡胶垫直接固定在第三轨周围，对人员安全性好，利于防止下雪和冰冻造成的取流困难。但这种方式安装结构复杂，费用较高。

第三轨安装在轨道梁上，车辆取流靴与第三轨接触面大且对其磨损极小。采用第三轨式接触网的优点是工程易于安装，检修方便、维护简单，寿命长。由于其单位电阻值低，因此可减少牵引变电所的数量和投资，降低能耗。

本发明可适用于以上任意一种受流方式的第三轨供电装置。

图1是本发明一轨道车辆的第三轨供电装置的电路示意图一。

请参考图1，提供了一种轨道车辆的第三轨供电装置，包括N个第一动力单元3，以及连接各所述第一动力单元3的辅助供电母线2，所述第一动力单元3连接接触轨正线1，所述第一动力单元包括防反二极管32、吸收电路33以及第一逆变器31；其中，N为大于或等于1的整数。

所述防反二极管32设于对应的所述接触轨正线1与所述第一逆变器31的输入侧之间，且所述接触轨正线1处于所述防反二极管32的正极一侧。

由于辅助供电母线2连接其他动力单元，防反二极管32的存在可以避免反向电流的发生，进而避免其他动力单元的电流经辅助供电母线2反向进入各动力单元及其接触轨正线，即防止本动力单元的电接入到其他动力单元的牵引回路，同时，可以保证辅助供电母线2不间断供电。

为避免防反二极管32被反向电压击穿，本发明中，所述防反二极管32的两端并联有所述吸收电路33；所述辅助供电母线2连接于各防反二极管32的负极与对应的所述第一逆变器31之间。

所述吸收电路33，用于在所述接触轨正线1无供电输入时，吸收输入至所述防反二极管32的负极的反向电压，并在所述接触轨正线1输入供电时，释放所吸收的电能。

对于反向电压，可以为第一逆变器31中的器件产生的，例如第一逆变器31中可设有电容、电感等具有储能功能的部件，其也可以为其他任意的感抗部件，反向电压也可以由负载中的其他任意器件产生的，在接触轨正线1无供电输入时，此类部件会输出一定的电能，以产生反向电压。

对于供电装置所采用的逆变器，其可以具有逆变功能与储能功能，以保障车辆中的用电设备在进入有电区与无电区时均可提供供电。

第一逆变器，可以理解为辅助逆变器(SIV)或辅助电源装置。

本发明提供的轨道车辆的第三轨供电装置，通过所述防反二极管的两端并联有所述吸收电路；以及所述吸收电路，用于在所述接触轨正线无供电输入时，吸收输入至所述防反二极管的负极的反向电压，并在所述接触轨正线输入供电时，释放所吸收的电能，本发明消除或降低了反向电压对防反二极管的作用，避免了防反二极管被反向电压击穿，从而对装置的电路进行了保护。

同时，可以降低防反二极管的截止电压，从而扩大防反二极管的可选型范围，增加装置与系统的普适性，由于选型范围的扩大，可以有效降低电路的成本。

图2是本发明一轨道车辆的第三轨供电装置的电路示意图二。

图2示意的电路为图1所示电路的进一步改进。

吸收电路33，可以理解为实现以上功能的任意电路形式。

其中一种实施方式中，请参考图2，吸收电路33包括储能部件。

所述储能部件，用于在所述接触轨正线1无供电输入时，利用所述反向电压储能，在所述接触轨正线1输入供电时释放所储电能。

储能部件，可以理解为任意具有储能功能的部件，具体实施方式中，所述储能部件可以为吸收电容331。吸收电容331，可以为领域内任意电容，其电容值的取值可以选择能够完成以上功能的数值，其可以通过理论计算以及有限次实验确定，以达到避免防反二极管被反向击穿的效果。

请参考图2，所述吸收电路33还可包括缓冲电阻332，所述缓冲电阻332与所述储能部件串联后，并联于所述防反二极管32的两端。

在其他可选实施例中，缓冲电阻332与储能部件的串联的顺序可以为如图2所示，即：若储能部件为吸收电容331，则吸收电容331的第一端连接于防反二极管32的负极，吸收电容331的第二端连接缓冲电阻332的第一端，缓冲电阻332的第二端连接防反二极管32的正极；缓冲电阻332与储能部件的串联的顺序可以为其他，例如：缓冲电阻332的第一端连接防反二极管32的负极，缓冲电阻332的第二端连接吸收电容331的第一端，吸收电容331的第二端连接防反二极管32的正极。

缓冲电阻332，其取值可以使得：既保证吸收电容331在接触轨正线1通过第三轨输入供电后的较短时间内完成完全放电，也可限制吸收电容331的放电电流。

缓冲电阻332与吸收电容331可组合形成RC吸收电路。

其中一种实施方式中，所述轨道车辆处于轨道的无电区时，所述接触轨正线1无供电输入。所述轨道车辆处于轨道的有电区时，所述接触轨正线1通过第三轨输入供电。

基于以上描述，可对轨道车辆的第三轨供电装置的工作原理描述如下：

当车辆进入无电区时，系统各部件产生反向电压，吸收电容331限制了防反二极管32反向电压的上升，大部分反向电压经吸收电路33对吸收电容331充电，有效降低反向电压对防反二极管32的冲击。

当车辆进入有电区后，吸收电容331通过缓冲电阻332构成放电回路进行放电，在车辆下次进入无电区前将充满的电压放完。缓冲电阻332既可保证吸收电容331在车辆进入有电区后短时完全放电，又可限制吸收电容331的放电电流。

以上采用了RC电路的电路形式实现吸收电路33的功能，在其他可选实施例中，也可采用其他吸收电路的常用形式，例如，还可采用RCD电路的电路形式实现吸收电路33的功能。

RCD电路形式的吸收电路33可以包括缓冲电阻、吸收电容和缓冲二极管。缓冲电阻可以与吸收电容并联后与缓冲二极管串联，串联后形成RCD电路并联于防反二极管32。

具体可以描述为：吸收电容的第一端连接于所述防反二极管32的负极，吸收电容的第二端连接于缓冲二极管的正极，缓冲二极管的负极连接于防反二极管32的正极，缓冲电阻并联于吸收电容的正极与负极之间。

图3是本发明一轨道车辆的第三轨供电装置的电路示意图三。

图3示意的电路为图1和/或图2所示电路的进一步改进。

其中一种实施方式中，请参考图3，每根所述接触轨正线1与对应的所述防反二极管32之间设有一高压保护电路34。

高压保护电路34，可以理解为任意可避免高压对电路进行损坏或其他不利影响，从而对电路进行保护的电路形式。

例如：可以在电压高于阈值时，切断供电，或者，可以在电流高于阈值时，切断供电，进而通过切断供电进行保护，除了切断供电，还可采用放电的方式实现保护。高压保护电路34还可以采用任意浪涌保护器SPD的电路形式来实现。

图4是本发明一轨道车辆的第三轨供电装置的应用场景示意图一。

请参考图4，第一动力单元3可以为多个，第一动力单元之间的牵引供电母线完全隔离，即，各第一动力单元3分别对应连接有一根接触轨正线1，各第一动力单元3可以通过辅助供电母线2互连，利用辅助供电母线2可以使得任意之一接触轨正线1具有供电时，均可供应至各第一逆变器31。

同时，各第一动力单元3可分别供应至车辆用电系统的不同部分，也可以供应至同一部分。

图5是本发明一轨道车辆的第三轨供电装置的电路示意图四。

请参考图5，基于图4所示的应用场景，可以使用本发明及其可选方案提供的供电装置。

其中，所述辅助供电母线2连接于各防反二极管32的负极与对应的所述第一逆变器31之间，其也可理解为：

车辆可经第三轨受流，使得接触轨正线1具有供电，进而向辅助供电母线2供电，防反二极管32设于辅助供电母线2的前端设置，防止本动力单元3的高压电接入到其他动力单元3的牵引回路，即防止本动力单元3的高压电经辅助供电母线2接入到其他动力单元3的接触轨正线1。

图6是本发明一轨道车辆的第三轨供电装置的应用场景示意图二。

请参考图6，轨道车辆的第三轨供电装置还可包括第二动力单元4，第二动力单元4可与辅助供电母线2连接。

第二动力单元4，可以理解为其中的第二逆变器41未直接接入接触轨正线1的动力单元，其与第一动力单元3的区别在于：第一动力单元3中的第一逆变器31可以为未经辅助供电母线2接入接触轨正线1，第二动力单元3为其第二逆变器41经辅助供电母线2接入供电。同时，第一动力单元3中的第一逆变器31也可以经辅助供电母线2接入接触轨正线1。

第一动力单元3的第一逆变器31与第二动力单元4的第二逆变器41，可以为同样的逆变器，也可以为不同的逆变器，其可供应至同样的用电区域与用电设备，也可以供应至不同的用电区域与用电设备。

辅助供电母线2连接的第二逆变器41可以为是辅助逆变器(SIV)或辅助电源系统。

图7是本发明一轨道车辆的第三轨供电装置的电路示意图五。

请参考图7，吸收电路33并联于防反二极管32的两端，第二动力单元4的第二逆变器41经辅助供电母线2连接至防反二极管32与第一逆变器31之间，接触轨正线1接入的供电经防反二极管32可分别进入第一逆变器31与第二逆变器41。故而，第一逆变器31与第二逆变器41也可均连接辅助供电母线2，以通过辅助供电母线2接入供电。

图8是本发明一轨道车辆的第三轨供电装置的电路示意图六。

请参考图8，其可以理解为对以上实施例的电路的变形，基于该电路可以理解为：

第一逆变器31与第二逆变器42均连接辅助供电母线2的下游侧，接触轨正线1经防反二极管32连接辅助供电母线2的上游侧，可见，辅助供电母线2并非简单的线缆，其还可以包括用于实现电路连通的任意器件。

本实施例还提供了一种轨道车辆系统，包括以上实施例及其可选方案提供的轨道车辆的第三轨供电装置。

轨道车辆系统，可以理解为车辆需要在特定轨道上行驶的一类交通工具或运输系统。

具体举例中，轨道车辆系统可以例如：传统火车和标准铁路所组成的铁路系统、地铁系统、轻轨系统、有轨电车系统、高铁系统、动车系统、捷运系统等等。随着技术的多元化发展，轨道交通呈现出越来越多的类型，不仅遍布于长距离的陆地运输，也广泛运用于中短距离的城市公共交通中。其也可以定义为：通常以电能为动力，采取轮轨运转方式的快速交通系统。

本发明提供的轨道车辆系统，通过所述防反二极管的两端并联有所述吸收电路；以及所述吸收电路，用于在所述接触轨正线无供电输入时，吸收输入至所述防反二极管的负极的反向电压，并在所述接触轨正线输入供电时，释放所吸收的电能，本发明消除或降低了反向电压对防反二极管的作用，避免了防反二极管被反向电压击穿，从而对装置的电路进行了保护。

同时，可以降低防反二极管的截止电压，从而扩大防反二极管的可选型范围，增加装置与系统的普适性，由于选型范围的扩大，可以有效降低电路的成本。

此外，以上所称连接，可以为直接连接，也可以为间接连接。

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)

1.一种轨道车辆的第三轨供电装置，其特征在于，包括N个第一动力单元，以及连接各所述第一动力单元的辅助供电母线，所述第一动力单元连接接触轨正线，所述第一动力单元包括防反二极管、吸收电路以及第一逆变器；其中，N为大于或等于1的整数；

所述防反二极管设于对应的所述接触轨正线与所述第一逆变器的输入侧之间，且所述接触轨正线处于所述防反二极管的正极一侧；所述防反二极管的两端并联有所述吸收电路；所述辅助供电母线连接于各防反二极管的负极与对应的所述第一逆变器之间；

所述吸收电路，用于在所述接触轨正线无供电输入时，吸收输入至所述防反二极管的负极的反向电压，并在所述接触轨正线输入供电时，释放所吸收的电能。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述吸收电路包括储能部件，所述储能部件，用于在所述接触轨正线无供电输入时，利用所述反向电压储能，在所述接触轨正线输入供电时释放所储电能。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述储能部件为吸收电容。

4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述吸收电路还包括缓冲电阻，所述缓冲电阻与所述储能部件串联后，并联于所述防反二极管的两端。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括M个第二动力单元，其中，M为大于或等于1的整数，所述辅助供电母线还分别连接所述M个第二动力单元。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述第二动力单元包括第二逆变器，所述辅助供电母线连接所述第二逆变器的输入侧。

7.根据权利要求1至6任一项所述的装置，其特征在于，每根所述接触轨正线与对应的所述防反二极管之间设有一高压保护电路。

8.根据权利要求1至6任一项所述的装置，其特征在于，所述轨道车辆处于轨道的无电区时，所述接触轨正线无供电输入。

9.根据权利要求1至5任一项所述的装置，其特征在于，所述轨道车辆处于轨道的有电区时，所述接触轨正线通过第三轨输入供电。

10.一种轨道车辆系统，其特征在于，包括权利要求1至9任一项所述的轨道车辆的第三轨供电装置。