CN110492756A - 一种内燃机车用牵引-辅助变流器及变流柜 - Google Patents

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王彬
金春羽
刘谆
孙湘漪
马连凤
柴媛
孙晓丽
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02M5/00—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases
    • H02M5/40—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc

Abstract

本发明涉及变流器技术领域，具体是一种内燃机车用牵引‑辅助变流器及变流柜，旨在解决现有内燃交流传动机车集成度低、节能减排效果较差、占用机车空间较大的技术问题。采用如下技术方案：包括与主发电机电连接的整流器，所述整流器连接有中间直流回路，所述中间直流回路中设置有相互并联的接地检测模块、手动放电模块、制动斩波器、逆变器组，所述制动斩波器配置有斩波制动电阻，所述逆变器组包括相互并联的辅助定频逆变器、辅助变频逆变器及三个牵引逆变器。变流柜包括两组上述变流器，且两组牵引‑辅助变流器的辅助定频逆变器之间通过定频扩展回路电连接，两组牵引‑辅助变流器的辅助变频逆变器之间通过变频扩展回路电连接。

Description

一种内燃机车用牵引-辅助变流器及变流柜
技术领域
本发明涉及变流器技术领域，具体是一种内燃机车用牵引-辅助变流器及变流柜。
背景技术
随着柴油机功率和转速的不断提高，内燃机车不断向大功率发展，而直流牵引发电机的功率受到换向、机车限界等因素的制约，单机功率几乎限制在2200KW以下，不能很好地满足发展需要。铁路运输事业飞速发展，要达到机车“客运高速，货运重载”的目标，就需要把先进实用的交流电传动技术结合内燃机车的特点应用于内燃机车以提高机车性能、提升铁路装备制造水平。目前国国内已有了HXN3、HXN5型内燃交流传动机车，但存在以下问题：1）其交流传动系统中辅助系统采用辅助发电机供电，牵引逆变器和辅助逆变器为单独设计，集成度低；2）在制动工况时，系统无法利用牵引电机回馈的能量，电制动产生的能量全部在制动电阻上发热消耗掉，节能减排效果较差；3）部件分散，未实现牵引-辅助变流装置整体模块设计，组装时工序较多，系统功率密度低，占用机车空间较大。
发明内容
本发明旨在解决现有内燃交流传动机车上述三点技术问题。为此，本发明提出一种内燃机车用牵引-辅助变流器及变流柜。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种内燃机车用牵引-辅助变流器，包括整流器，所述整流器通过输入电路与主发电机电连接，所述整流器连接有中间直流回路，所述中间直流回路中设置有相互并联的接地检测模块、手动放电模块、制动斩波器、逆变器组，所述制动斩波器配置有斩波制动电阻，所述逆变器组包括相互并联的辅助定频逆变器、辅助变频逆变器及多个牵引逆变器。
进一步的，所述中间直流回路包括复合母排、中间支撑电容、高压指示装置。
优选的，每个逆变器组设置有三个所述牵引逆变器。
优选的，所述整流器为六脉波不控整流器。
一种内燃机车用牵引-辅助变流柜，包括两组上述的牵引-辅助变流器，两组牵引-辅助变流器的辅助定频逆变器之间通过定频扩展回路电连接，两组牵引-辅助变流器的辅助变频逆变器之间通过变频扩展回路电连接。
本发明的有益效果是：
1）通过主、辅共直流母线设计实现动力制动能量回馈辅助系统技术的应用，可使以往传统内燃机车动力制动工况下辅助发电机消耗额外能量为辅助系统运行提供动力以及制动能量全部由制动电阻消耗得不到利用的情况发生转变，降低了机车动力制动工况下能量的消耗，制动电阻将电能转换成的热能也相应减少，是实现机车节能环保减排的重要举措；
2）本牵引-辅助变流器通过集成整流器、牵引逆变器、辅助逆变器和制动斩波器从而实现了从内燃机车主发电机到牵引负载和辅助负载电能变换和输送，实现了整车牵引-辅助变流装置模块化设计，简化了组装工艺，具有较高的集成度、功率密度，节约了空间；
3）本牵引-辅助变流柜通过辅助二备二冗余能够有效降低机车因为单个辅助变流器故障而导致的机破等故障发生的可能性，有利于机车提高任务完成率。
附图说明
图1是本发明的变流柜的拓扑图；
图2是本发明的牵引状态下的能量流动示意图；
图3是本发明的制动状态下的能量流动示意图。
具体实施方式
参照图1~图3，本发明的一种内燃机车用牵引-辅助变流器，包括整流器1，所述整流器1通过输入电路与主发电机电连接，所述整流器1连接有中间直流回路2，主发电机发出的三相交流电通过整流器1转变为直流电，然后输入至中间直流回路2，所述中间直流回路2中设置有相互并联的接地检测模块3、手动放电模块4、制动斩波器5、逆变器组，所述制动斩波器5配置有斩波制动电阻，所述逆变器组包括相互并联的辅助定频逆变器6、辅助变频逆变器7及多个牵引逆变器8。作为一种优选实施例，每个逆变器组设有3个牵引逆变器8，每个牵引逆变器8对应连接有一个牵引电机；辅助定频逆变器6连接辅助定频负载，辅助变频逆变器7连接辅助变频负载。变流器输入端与主发电机的三相输出电缆相连接，通过控制输入电路来实现三相电源的通断。牵引工况下，主发电机输出的三相交流电经整流器1转换为直流电，部分经过牵引逆变器8逆变成交流电输送给牵引电机，驱动其旋转，部分经过辅助定频逆变器6输送给定频负载，部分经过辅助变频逆变器7输送给变频负载。制动工况下，牵引电动机再生制动运行，其输出的能量回馈到牵引变流器 ，经过转换传输到直流母线上，辅助变流器可利用此能量经过转换后提供给所需的辅助负载。动力制动的能量回馈与斩波制动电阻的斩波控制密切相关，当牵引电机回馈的能量巨大，辅助系统并没有能力完全消耗，通过脉宽调节母线电压的方式制动斩波控制将母线上多余的能量消耗在斩波制动电阻上。这里，中间直流回路2是用以承受交流电经整流器1后的直流电的，属于本领域人员容易设计的，具体包括复合母排、中间支撑电容、高压指示装置，起到连接整流器1和逆变器，支撑母线电压和滤波的作用。接地检测回路，用于系统的接地故障检测。手动放电回路，用于停机检修前手动放电，确保维保时柜体在无电状态。制动斩波器5，用于在制动工况或母线电压过高时消耗掉直流母线上多余的能量。优选的，所述整流器1为六脉波不控整流器，输入的三相电流经整流器进行六脉波不控整流后输出到中间直流回路。
本发明还提供一种内燃机车用牵引-辅助变流柜，包括两组牵引-辅助变流器，每组牵引-辅助变流器皆包括与主发电机电连接的整流器1，所述整流器1连接有中间直流回路2，主发电机发出的三相交流电通过整流器1转变为直流电，然后输入至中间直流回路2，所述中间直流回路2中设置有相互并联的接地检测模块3、手动放电模块4、制动斩波器5、逆变器组，所述制动斩波器5配置有斩波制动电阻，所述逆变器组包括相互并联的辅助定频逆变器6、辅助变频逆变器7及多个牵引逆变器8，两组牵引-辅助变流器的辅助定频逆变器6之间通过定频扩展回路9电连接，两组牵引-辅助变流器的辅助变频逆变器7之间通过变频扩展回路10电连接。作为一种优选实施例，每个逆变器组设有3个牵引逆变器8，每个牵引逆变器8对应连接有一个牵引电机，每个变流柜有六个牵引逆变器8，即每个变流柜连接六个牵引电机；两个辅助定频逆变器6共同连接辅助定频负载，两个辅助变频逆变器7共同连接辅助变频负载。牵引工况下，主发电机输出的三相交流电经整流器1转换为直流电，部分经过牵引逆变器8逆变成交流电输送给牵引电机，驱动其旋转，部分经过辅助定频逆变器6输送给定频负载，部分经过辅助变频逆变器7输送给变频负载。制动工况下，牵引电动机再生制动运行，其输出的能量回馈到牵引变流器 ，经过转换传输到直流母线上，辅助变流器可利用此能量经过转换后提供给所需的辅助负载。动力制动的能量回馈与斩波制动电阻的斩波控制密切相关，当牵引电机回馈的能量巨大，辅助系统并没有能力完全消耗，通过脉宽调节母线电压的方式制动斩波控制将母线上多余的能量消耗在斩波制动电阻上。这里，中间直流回路2是用以承受交流电经整流器1后的直流电的，属于本领域人员容易设计的，具体包括复合母排、中间支撑电容、高压指示装置，起到连接整流器1和逆变器，支撑母线电压和滤波的作用。接地检测回路，用于系统的接地故障检测。手动放电回路，用于停机检修前手动放电，确保维保时柜体在无电状态。制动斩波器5，用于在制动工况或母线电压过高时消耗掉直流母线上多余的能量。辅助定频逆变器6和辅助变频逆变器7各两组，分别为机车定频负载和变频负载提供稳定的三相交流电，从而实现二备二冗余。两组定频逆变器通过定频扩展回路9实现连接，两组变频逆变器通过变频扩展回路10实现连接，当一组牵引-辅助变流器内的辅助定频或变频逆变器故障时，可由另一组变流器内对应的定频或变频逆变器冗余供电。
以上具体结构和尺寸数据是对本发明的较佳实施例进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (5)

1.一种内燃机车用牵引-辅助变流器，其特征在于：包括整流器（1），所述整流器（1）通过输入电路与主发电机电连接，所述整流器（1）连接有中间直流回路（2），所述中间直流回路（2）中设置有相互并联的接地检测模块（3）、手动放电模块（4）、制动斩波器（5）、逆变器组，所述制动斩波器（5）配置有斩波制动电阻，所述逆变器组包括相互并联的辅助定频逆变器（6）、辅助变频逆变器（7）及多个牵引逆变器（8）。
2.根据权利要求1所述的一种内燃机车用牵引-辅助变流器，其特征在于：所述中间直流回路（2）包括复合母排、中间支撑电容、高压指示装置。
3.根据权利要求1所述的一种内燃机车用牵引-辅助变流器，其特征在于：每个逆变器组设置有三个所述牵引逆变器（8）。
4.根据权利要求1所述的一种内燃机车用牵引-辅助变流器，其特征在于：所述整流器（1）为六脉波不控整流器。
5.一种内燃机车用牵引-辅助变流柜，其特征在于：包括两组如权利要求1-4任一项所述的牵引-辅助变流器，两组牵引-辅助变流器的辅助定频逆变器（6）之间通过定频扩展回路（9）电连接，两组牵引-辅助变流器的辅助变频逆变器（7）之间通过变频扩展回路（10）电连接。
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