CN111756305A - 机车用辅助变流器拓扑结构 - Google Patents

机车用辅助变流器拓扑结构 Download PDF

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Abstract

本发明涉及机车供电拓扑结构，具体为机车用辅助变流器拓扑结构。解决现有电力机车用辅助变流器采用一台逆变器带多台异步电机的拓扑结构，所造成的电机效率和功率因数都比较低的问题，以及电力机车辅助设备中的风机采用的都是异步电机，而异步电机效率较低的问题。该机车用辅助变流器拓扑结构，由三组辅助逆变器构成，第二组辅助逆变器分别为牵引风机1、牵引风机2供电，牵引风机1、牵引风机2采用高性能的矢量控制策略；第三组辅助逆变器分别为冷却塔风机1、冷却塔风机2供电，冷却塔风机1、冷却塔风机2采用高性能的矢量控制策略；牵引风机1、牵引风机2、冷却塔风机1、冷却塔风机2更换为永磁同步电机或者永磁辅助同步磁阻电机。

Description

机车用辅助变流器拓扑结构
技术领域
本发明涉及机车供电拓扑结构，具体为机车用辅助变流器拓扑结构。
背景技术
电力机车的负载主要包括牵引电机和辅助设备两部分。牵引电机主要为机车提供动力，由牵引变流器供电；辅助设备主要包括风机（牵引风机、冷却塔风机、辅变风机、机械间风机）、泵类（水泵、油泵）和一些生活区的用电设备（司机室空调、压缩机）。现有电力机车常含有两个辅助逆变器，为辅助设备供电。辅助逆变器从牵引变流器的中间直流环节取电，一个工作于定压定频模式，给包括生活区在内的三相AC380V负载和一些较小功率的风机、泵类负载供电，另一个工作于变压变频模式，给其余较大功率的风机供电。两个辅助逆变器互为冗余，当一个逆变器发生故障时，另一个只能工作于定压定频模式，为车上所有的辅助设备供电。
现有电力机车辅助设备中的风机采用的都是异步电机，异步电机的效率较低，多采用一台逆变器带多台异步电机的方式，同时采用恒压频比控制策略，这种控制策略下部分电机的效率和功率因数都相对较低。
发明内容
本发明解决现有电力机车用辅助变流器采用一台逆变器带多台异步电机的拓扑结构，所造成的电机效率和功率因数都比较低的问题，以及电力机车辅助设备中的风机采用的都是异步电机，而异步电机效率较低的问题，提供一种机车用辅助变流器拓扑结构。该拓扑结构改变系统中2台牵引风机和2台冷却塔风机的控制方式，提高系统效率。同时将牵引风机和冷却塔风机由异步电机更换为效率更高的永磁同步电机或者永磁辅助同步磁阻电机，进一步提高系统的效率。
本发明是采用如下技术方案实现的：机车用辅助变流器拓扑结构，由三组辅助逆变器构成，第二组辅助逆变器包括辅助逆变器2_1、辅助逆变器2_3，分别为牵引风机1、牵引风机2供电，牵引风机1、牵引风机2采用高性能的矢量控制策略；第三组辅助逆变器包括辅助逆变器3_1、辅助逆变器3_3，分别为冷却塔风机1、冷却塔风机2供电，冷却塔风机1、冷却塔风机2采用高性能的矢量控制策略；第一组辅助逆变器为除牵引风机1、牵引风机2、冷却塔风机1、冷却塔风机2外的其它负载供电。采用一个逆变器拖一台电机的方式，可采用高性能的矢量控制策略，从而提高了牵引风机1、牵引风机2、冷却塔风机1、冷却塔风机2的效率和功率因数。
进一步地，牵引风机1、牵引风机2、冷却塔风机1、冷却塔风机2更换为效率更高的永磁同步电机或者永磁辅助同步磁阻电机，进一步提高系统效率。
本发明通过优化辅助变流器拓扑结构，将不同种类的电机负载通过同一个辅助变流器控制，提高了辅助系统的效率。这里不同种类的电机有异步电机、永磁同步电机和永磁辅助同步磁阻电机。
本发明技术方案带来的有益效果：
1、采用本发明提出的变流器拓扑结构，可以将辅助设备中功率较大的牵引风机和冷却塔风机由恒压频比控制策略提升为矢量控制策略，提高辅助系统的效率和功率因数。
2、采用本发明提出的变流器拓扑结构，牵引风机和冷却塔风机可由异步电机更换为永磁同步电机和永磁辅助同步磁阻电机，进一步提高系统的效率。
3、采用本发明提出的变流器拓扑结构，进一步增加了牵引风机和冷却塔风机供电的冗余度，从而提高系统的可靠性。
附图说明
图1为本发明所述的机车用辅助变流器拓扑结构。
具体实施方式
机车用辅助变流器拓扑结构，由三组辅助逆变器构成，第二组辅助逆变器包括辅助逆变器2_1、辅助逆变器2_3，分别为牵引风机1、牵引风机2供电，牵引风机1、牵引风机2采用高性能的矢量控制策略；第三组辅助逆变器包括辅助逆变器3_1、辅助逆变器3_3，分别为冷却塔风机1、冷却塔风机2供电，冷却塔风机1、冷却塔风机2采用高性能的矢量控制策略；第一组辅助逆变器为除牵引风机1、牵引风机2、冷却塔风机1、冷却塔风机2外的其它负载供电。牵引风机1、牵引风机2、冷却塔风机1、冷却塔风机2更换为效率更高的永磁同步电机或者永磁辅助同步磁阻电机，进一步提高系统效率。
具体实施时，第二组辅助逆变器中，辅助逆变器2_1的输出端经接触器K2_1与牵引风机1的输入端连接，辅助逆变器2_3的输出端经接触器K2_4与牵引风机2的输入端连接，牵引风机1的输入端与牵引风机2的输入端之间连接有接触器K2_5。通过控制接触器K2_1、接触器K2_4、接触器K2_5实现辅助逆变器2_1和辅助逆变器2_3的互为冗余。同样地，第三组辅助逆变器中，辅助逆变器3_1的输出端经接触器K3_1与冷却塔风机1的输入端连接，辅助逆变器3_3的输出端经接触器K3_4与冷却塔风机2的输入端连接，冷却塔风机1的输入端与冷却塔风机2的输入端之间连接有接触器K3_5。通过控制接触器K3_1、接触器K3_4、接触器K3_5实现辅助逆变器3_1和辅助逆变器3_3的互为冗余。
第二组辅助逆变器中，还包括辅助逆变器2_2，辅助逆变器2_2的输出端经接触器K2_2与牵引风机1的输入端连接，辅助逆变器2_2的输出端经接触器K2_3与牵引风机2的输入端连接。正常工况下，闭合接触器K2_1和K2_4，断开接触器K2_2、K2_3和K2_5，辅助逆变器2_1给牵引风机1供电，辅助逆变器2_2不工作，辅助逆变器2_3给牵引风机2供电，可采用高性能矢量控制策略；当辅助逆变器2_1发生故障时，闭合接触器K2_2和K2_4，断开接触器K2_1 、K2_3、K2_5，辅助逆变器2_2给牵引风机1供电，辅助逆变器2_3给牵引风机2供电，可采用高性能矢量控制策略；当辅助逆变器2_3发生故障时，闭合接触器K2_1和K2_3，断开接触器K2_2 、K2_4、K2_5，辅助逆变器2_1给牵引风机1供电，辅助逆变器2_2给牵引风机2供电，可采用高性能矢量控制策略；当辅助逆变器2_1和2_2同时故障时，闭合接触器K2_4和K2_5，断开接触器K2_1、K2_2和K2_3，此时由辅助逆变器2_3同时给2台牵引风机供电，此时1台逆变器拖两台电机，只能采用恒压频比控制策略；当辅助逆变器2_1和2_3同时故障时，闭合接触器K2_2和K2_3，断开接触器K2_1、K2_4和K2_5，此时由辅助逆变器2_2同时给2台牵引风机供电，此时1台逆变器拖两台电机，只能采用恒压频比控制策略；当辅助逆变器2_2和2_3同时故障时，闭合接触器K2_1和K2_5，断开接触器K2_2、K2_3和K2_4，此时由辅助逆变器2_1同时给2台牵引风机供电，此时1台逆变器拖两台电机，只能采用恒压频比控制策略。
同样地，第三组辅助逆变器中，还包括辅助逆变器3_2，辅助逆变器3_2的输出端经接触器K3_2与冷却塔风机1的输入端连接，辅助逆变器3_2的输出端经接触器K3_3与冷却塔风机2的输入端连接。正常工况下，闭合接触器K3_1和K3_4，断开接触器K3_2、K3_3和K3_5，辅助逆变器3_1给冷却塔风机1供电，辅助逆变器3_2不工作，辅助逆变器3_3给冷却塔风机2供电，可采用高性能矢量控制策略；当辅助逆变器3_1发生故障时，闭合接触器K3_2和K3_4，断开接触器K3_1 、K3_3、K3_5，辅助逆变器3_2给冷却塔风机1供电，辅助逆变器3_3给冷却塔风机2供电，可采用高性能矢量控制策略；当辅助逆变器3_3发生故障时，闭合接触器K3_1和K3_3，断开接触器K3_2 、K3_4、K3_5，辅助逆变器3_1给冷却塔风机1供电，辅助逆变器3_2给冷却塔风机2供电，可采用高性能矢量控制策略；当辅助逆变器3_1和3_2同时故障时，闭合接触器K3_4和K3_5，断开接触器K3_1、K3_2和K3_3，此时由辅助逆变器3_3同时给2台冷却塔风机供电，此时1台逆变器拖两台电机，只能采用恒压频比控制策略；当辅助逆变器3_1和3_3同时故障时，闭合接触器K3_2和K3_3，断开接触器K3_1、K3_4和K3_5，此时由辅助逆变器3_2同时给2台冷却塔风机供电，此时1台逆变器拖两台电机，只能采用恒压频比控制策略；当辅助逆变器3_2和3_3同时故障时，闭合接触器K3_1和K3_5，断开接触器K3_2、K3_3和K3_4，此时由辅助逆变器3_1同时给2台冷却塔风机供电，此时1台逆变器拖两台电机，只能采用恒压频比控制策略。
第一组辅助逆变器由辅助逆变器1_1和辅助逆变器1_2构成，除牵引风机1、牵引风机2、冷却塔风机1、冷却塔风机2外的其它负载由负载1和负载2构成，负载1包括4个水泵、2个油泵、2个辅变风机、2个机械间风机及生活区用电设备，负载2包括压缩机和司机室空调；辅助逆变器1_1为负载1供电，辅助逆变器1_2为负载2供电。进一步，辅助逆变器1_1的输出端经接触器K1_1与负载1的输入端连接，辅助逆变器1_2的输出端经接触器K1_2与负载2的输入端连接，负载1的输入端与负载2的输入端之间连接有接触器K1_3；通过控制接触器K1_1、接触器K1_2、接触器K1_3实现辅助逆变器1_1和辅助逆变器1_2的互为冗余。正常工况下，闭合接触器K1_1和K1_2，断开接触器K1_3,辅助逆变器1_1给负载1供电，辅助逆变器1_2给负载2供电；当辅助逆变器1_1发生故障时，断开接触器K1_1,闭合接触器K1_2和K1_3,由辅助逆变器1_2给负载1和负载2供电；当辅助逆变器1_2发生故障时，断开接触器K1_2,闭合接触器K1_1和K1_3,由辅助逆变器1_1给负载1和负载2供电。

Claims (10)

1.一种机车用辅助变流器拓扑结构，其特征在于，由三组辅助逆变器构成，第二组辅助逆变器包括辅助逆变器2_1、辅助逆变器2_3，分别为牵引风机1、牵引风机2供电，牵引风机1、牵引风机2采用高性能的矢量控制策略；第三组辅助逆变器包括辅助逆变器3_1、辅助逆变器3_3，分别为冷却塔风机1、冷却塔风机2供电，冷却塔风机1、冷却塔风机2采用高性能的矢量控制策略；第一组辅助逆变器为除牵引风机1、牵引风机2、冷却塔风机1、冷却塔风机2外的其它负载供电。
2.根据权利要求1所述的机车用辅助变流器拓扑结构，其特征在于，牵引风机1、牵引风机2、冷却塔风机1、冷却塔风机2采用永磁同步电机或者永磁辅助同步磁阻电机。
3.根据权利要求1或2所述的机车用辅助变流器拓扑结构，其特征在于，第二组辅助逆变器中，辅助逆变器2_1的输出端经接触器K2_1与牵引风机1的输入端连接，辅助逆变器2_3的输出端经接触器K2_4与牵引风机2的输入端连接，牵引风机1的输入端与牵引风机2的输入端之间连接有接触器K2_5。
4.根据权利要求1或2所述的机车用辅助变流器拓扑结构，其特征在于，第三组辅助逆变器中，辅助逆变器3_1的输出端经接触器K3_1与冷却塔风机1的输入端连接，辅助逆变器3_3的输出端经接触器K3_4与冷却塔风机2的输入端连接，冷却塔风机1的输入端与冷却塔风机2的输入端之间连接有接触器K3_5。
5.根据权利要求3所述的机车用辅助变流器拓扑结构，其特征在于，第三组辅助逆变器中，辅助逆变器3_1的输出端经接触器K3_1与冷却塔风机1的输入端连接，辅助逆变器3_3的输出端经接触器K3_4与冷却塔风机2的输入端连接，冷却塔风机1的输入端与冷却塔风机2的输入端之间连接有接触器K3_5。
6.根据权利要求5所述的机车用辅助变流器拓扑结构，其特征在于，第二组辅助逆变器中，还包括辅助逆变器2_2，辅助逆变器2_2的输出端经接触器K2_2与牵引风机1的输入端连接，辅助逆变器2_2的输出端经接触器K2_3与牵引风机2的输入端连接。
7.根据权利要求5所述的机车用辅助变流器拓扑结构，其特征在于，第三组辅助逆变器中，还包括辅助逆变器3_2，辅助逆变器3_2的输出端经接触器K3_2与冷却塔风机1的输入端连接，辅助逆变器3_2的输出端经接触器K3_3与冷却塔风机2的输入端连接。
8.根据权利要求6所述的机车用辅助变流器拓扑结构，其特征在于，第三组辅助逆变器中，还包括辅助逆变器3_2，辅助逆变器3_2的输出端经接触器K3_2与冷却塔风机1的输入端连接，辅助逆变器3_2的输出端经接触器K3_3与冷却塔风机2的输入端连接。
9.根据权利要求8所述的机车用辅助变流器拓扑结构，其特征在于，第一组辅助逆变器由辅助逆变器1_1和辅助逆变器1_2构成，除牵引风机1、牵引风机2、冷却塔风机1、冷却塔风机2外的其它负载由负载1和负载2构成，负载1包括4个水泵、2个油泵、2个辅变风机、2个机械间风机及生活区用电设备，负载2包括压缩机和司机室空调；辅助逆变器1_1为负载1供电，辅助逆变器1_2为负载2供电。
10.根据权利要求9所述的机车用辅助变流器拓扑结构，其特征在于，辅助逆变器1_1的输出端经接触器K1_1与负载1的输入端连接，辅助逆变器1_2的输出端经接触器K1_2与负载2的输入端连接，负载1的输入端与负载2的输入端之间连接有接触器K1_3。
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