CN109204071A - 一种轨道车辆供电接触轨加热电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轨道车辆供电接触轨加热电路，地面直流电源正极与正极接触轨一端电连接，地面直流电源负极与负极接触轨一端电连接，正极接触轨中段通过车辆负载与负极接触轨中段电连接；包括交流电源U_A1、交流电源U_A2、第一电容C₁、第二电容C₂、第三电容C₃和第四电容C₄，交流电源U_A1、第一电容C₁、正极接触轨、第二电容C₂连成一交流回路，交流电源U_A2、第三电容C₃、负极接触轨、第四电容C₄连成另一交流回路。本发明在不影响车辆从接触轨取电、保证维持车辆正常运行的前提下，保证接触轨持续有效加热效果，不会对车辆供电回路产生任何不利影响，安全性好，行车效率高。

Description

一种轨道车辆供电接触轨加热电路

技术领域

本发明属于轨道车辆技术领域，特别涉及一种轨道车辆供电接触轨加热电路。

背景技术

目前国内外许多轨道车辆，例如中低速磁浮车辆、地铁车辆、轻轨、跨座式单轨等，其外部供电方式采用直流供电方式：正极接触轨供电、负极接触轨回流(也有采用接触网馈电，轨道回流的)，供电电压等级为直流DC 1500V或直流DC 750V。

图1为采用接触轨供电的结构示意图，本发明专利不局限于描述此方式，同样适用采用接触网馈电，轨道回流的供电方式，图1仅是示例。各关键部件组成如下：正极接触轨1、负极接触轨2、地面直流电源3、车辆4、轨道梁5、馈电电缆6、车辆负载7。

车辆外部供电工作描述如下：所述正极接触轨1与所述负极接触轨2分别安装在所述轨道梁5的左右梁墩两侧，所述地面直流电源3通过所述馈电电缆6给所述正极接触轨1和所述负极接触轨2供电；所述车辆4通过专门的受流设备从所述正极接触轨1取电，然后经过所述车辆负载7、所述负极接触轨2、所述馈电电缆6回到所述地面直流电源3负极，形成完整的电流环路。

当出现雨雪冰冻自然天气时，在无防护措施的室外环境下，所述正极接触轨1与所述负极接触轨2较容易结冰，而一旦所述正极接触轨1与所述负极接触轨2结冰，将影响所述车辆4从接触轨上取电，在所述车辆4与所述正极接触轨1和所述负极接触轨2之间产生电拉弧现象，危害行车安全。

为了有效降低雨雪冰冻自然灾害对行车的影响，需要设置接触轨加热电路。常用的做法是将所述正极接触轨1和所述负极接触轨2在线路末端短接，其原理如图2所示，利用地面直流电源3(UD＝1500V)、正极接触轨1和负极接触轨2之间形成短路电流，而接触轨本身具有一定的阻抗值Ri(i＝1,2,3,4)，短路电流会在接触轨上产生发热效应从而防止接触轨结冰。

上述供电接触轨加热电路主要存在的问题有：

1)因供电接触轨自身阻抗值比较小，因而需要较大的短路电流才能产生明显的发热效果，这样地面直流电源将长时间大电流工作，导致馈电电缆及其接头部分发热比接触轨还严重。

2)一旦开关K1、K2闭合，地面直流电源与正负极接触轨形成直流加热环路①，那么在接触轨加热除冰这段时间里，车辆将无法从接触轨上取电，也即接触轨加热和行车无法同时满足。

3)当接触轨加热停止后，直流加热环路开关K2断开，车辆便可从接触轨上取电以继续运行，但恶劣环境下接触轨可能会再次结冰，这样需要车辆停止工作，以给接触轨再次加热，导致行车效率低下，影响车辆的正常运营。

发明内容

本发明的目的在于，针对上述现有技术的不足，提供一种轨道车辆供电接触轨加热电路，在不影响车辆从接触轨取电、保证维持车辆正常运行的前提下，通过以高频交流电源、若干电容装置及供电轨道形成交流导通环路，并设计适当的参数以保证接触轨持续有效加热效果，不会对车辆供电回路产生任何不利影响，行车效率高。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种轨道车辆供电接触轨加热电路，地面直流电源正极与正极接触轨一端电连接，地面直流电源负极与负极接触轨一端电连接，正极接触轨中段通过车辆负载与负极接触轨中段电连接；其结构特点是包括交流电源U_A1、交流电源U_A2、第一电容C₁、第二电容C₂、第三电容C₃和第四电容C₄，交流电源U_A1、第一电容C₁、正极接触轨、第二电容C₂连成一交流回路，交流电源U_A2、第三电容C₃、负极接触轨、第四电容C₄连成另一交流回路。

作为一种优选方式，交流电源U_A1一端、第一电容C₁、正极接触轨、第二电容C₂、交流电源U_A1另一端依次相连；交流电源U_A2一端、第三电容C₃、负极接触轨、第四电容C₄、交流电源U_A2另一端依次相连；第一电容C₁、第二电容C₂、第三电容C₃和第四电容C₄的工作参数均相同；交流电源U_A1、交流电源U_A2的工作参数相同，以保证接触轨及车辆工作安全性。

进一步地，正极接触轨一端、地面直流电源、负极接触轨一端连成的路径上还串接有开关K₁。

与现有技术相比，本发明在不影响车辆从接触轨取电、保证维持车辆正常运行的前提下，通过以交流电源、若干电容装置及供电轨道形成交流导通环路，并设计适当的参数以保证接触轨持续有效加热效果，不会对车辆供电回路产生任何不利影响，安全性好，行车效率高。

附图说明

图1为轨道车辆外部接触轨供电工作示意图。

图2为现有轨道车辆供电接触轨加热电路原理图。

图3为本发明一实施例结构示意图。

具体实施方式

如图3所示，轨道车辆供电接触轨加热电路中，地面直流电源3正极与正极接触轨1一端电连接，地面直流电源3负极与负极接触轨2一端电连接，正极接触轨1中段通过车辆负载7与负极接触轨2中段电连接；包括交流电源U_A1、交流电源U_A2、第一电容C₁、第二电容C₂、第三电容C₃和第四电容C₄，交流电源U_A1、第一电容C₁、正极接触轨1、第二电容C₂连成一交流回路，交流电源U_A2、第三电容C₃、负极接触轨2、第四电容C₄连成另一交流回路。

交流电源U_A1一端、第一电容C₁、正极接触轨1、第二电容C₂、交流电源U_A1另一端依次相连；交流电源U_A2一端、第三电容C₃、负极接触轨2、第四电容C₄、交流电源U_A2另一端依次相连；第一电容C₁、第二电容C₂、第三电容C₃和第四电容C₄的工作参数均相同；交流电源U_A1、交流电源U_A2的工作参数相同。

正极接触轨1一端、地面直流电源3、负极接触轨2一端连成的路径上还串接有开关K₁。

车辆负载7看成为由开关K_s、电阻R_s、电感L_s形成的串联支路。

正极接触轨1一端与车辆负载7之间的电阻为R₁，正极接触轨1另一端与第三电容C₃之间的电阻为R₂。

负极接触轨2一端与车辆负载7之间的电阻为R₃，负极接触轨2另一端与第三电容C₃之间的电阻为R₄。

从图3中可以看出，本发明中：

地面直流电源3(U_D＝1500V)依然保持与正极接触轨1、负极接触轨2的电连接关系。

高频交流电源U_A1通过高压电容C₁/C₂与正极接触轨1相连，高频交流电源UA2通过高压电容C3/C4与负极接触轨2相连，由于C1＝C2＝C3＝C4，因而高压电容C₁/C₂/C3/C4的存在使得地面直流电源U_D和交流电源U_A1、交流电源U_A2工作时不会相互影响。

因供电线路较长，满足R₁＝R₃，R₂＝R₄，当高频交流电源U_A1、U_A2保持同幅值同相位同频率(ω₁＝ω₂)工作时，车辆不论行驶在线路任何位置，其车辆负载7(Rs/Ls)在正极接触轨1的A点与负极接触轨2的B点之间的电势差为零，也即高频交流电源U_A1、U_A2不会通过车辆负载7形成环路电流，从而保护车辆部件正常工作不受影响。

地面直流电源3给车辆负载7供电，形成直流工作环路①，其电压电流关系如下：

I_D＝U_D/(R₁+R₃+R_s)

高频同步交流电源U_A1给正极接触轨1提供加热电流，形成交流工作环路②，ω₁为交流电源频率，取值越高，高压电容值可设计的越小，其电压电流关系如下：

高频同步交流电源U_A2给负极接触轨2提供加热电流，形成交流工作环路③，ω₂为交流电源频率，取值越高，高压电容值可设计的越小，其电压电流关系如下：

上述直流环路①和交流环路②、③都是各自独立工作的，直流环路持续给车辆运行供电，交流环路持续给供电接触轨加热并预防其再次结冰。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是局限性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种轨道车辆供电接触轨加热电路，地面直流电源(3)正极与正极接触轨(1)一端电连接，地面直流电源(3)负极与负极接触轨(2)一端电连接，正极接触轨(1)中段通过车辆负载(7)与负极接触轨(2)中段电连接；其特征在于，包括交流电源U_A1、交流电源U_A2、第一电容C₁、第二电容C₂、第三电容C₃和第四电容C₄，交流电源U_A1、第一电容C₁、正极接触轨(1)、第二电容C₂连成一交流回路，交流电源U_A2、第三电容C₃、负极接触轨(2)、第四电容C₄连成另一交流回路。

2.如权利要求1所述的轨道车辆供电接触轨加热电路，其特征在于，交流电源U_A1一端、第一电容C₁、正极接触轨(1)、第二电容C₂、交流电源U_A1另一端依次相连；交流电源U_A2一端、第三电容C₃、负极接触轨(2)、第四电容C₄、交流电源U_A2另一端依次相连；第一电容C₁、第二电容C₂、第三电容C₃和第四电容C₄的工作参数均相同；交流电源U_A1、交流电源U_A2的工作参数相同。

3.如权利要求1或2所述的轨道车辆供电接触轨加热电路，其特征在于，正极接触轨(1)一端、地面直流电源(3)、负极接触轨(2)一端连成的路径上还串接有开关K₁。