CN204915320U - 一种混合动力机车的辅助变流系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种混合动力机车的辅助变流系统，包括用于为负载提供电源的辅助变流器，还包括与辅助变流器的输入端连接的辅助电源供电电路，辅助电源供电电路包括相互连接的牵引变流器以及降压滤波单元，牵引变流器接入主发电机输出的初始交流电源或蓄电池输出的初始直流电源进行变换，经过降压滤波单元后输出稳定的所需交流电源给辅助变流器供电。本实用新型具有结构简单、成本低廉、能够适用于混合动力机车，且供电质量以及可靠性高的优点。

Description

一种混合动力机车的辅助变流系统

技术领域

本实用新型涉及混合动力机车技术领域，尤其涉及一种混合动力机车的辅助变流系统。

背景技术

辅助变流器是交流辅助内燃机车的核心部件之一，将辅助发电机输出交流电压转换为负载所需幅值与频率的三相交流电压，负责根据机车工况对辅助负载系统进行供电管理，包括：

1)柴油机冷却风机为柴油机高温水、中冷水提供风冷散热，通常必须由辅助变流器独立配置一个变流模块进行供电管理，辅助变流器根据柴油机高温水、中冷水温度实时调节冷却风扇电机的工作电压幅值和频率，从而调节冷却风机转速，使冷却水温度保持在柴油机最佳工作效率点，达到节能目的；

2)牵引通风机为牵引电机提供风冷散热，辅助变流器根据牵引电机平均电流或者牵引变流器冷却水温实时调节牵引通风机电机的工作电压幅值和频率，从而调节通风机转速，达到节能目的；

3)空气压缩机是机车制动系统的关键设备，负责将空气压缩到机车的总风缸中，用于实现机车空气制动功能；

4)空调机组、干燥器、除尘风机、车体通风机、生活用电等负载为AC380V/50Hz或AC220V/50Hz正弦电压供电。

目前的内燃机车辅助变流系统中，辅助变流器通常是由机车配置一台交流辅助发电机进行独立供电，辅助发电机按照固定U/f曲线进行输出，输出电压范围一般为AC180V～AC480V。但辅助变流器直接采用辅助发电机供电时，一方面电压变化会使得辅助变流器的逆变控制变得较为困难，尤其是在辅助变流器高负荷运行时，机车级位的突然变化会使辅助发电机输出电压在2S～3S时间内产生AC50V左右的变化，从而会造成辅助变流器输出不稳定，影响供电质量，且容易导致故障的发生；另一方面，采用辅助发电机直接供电时辅助变流器必须执行软启动，因而主电路通常需要设置预充电电路，如图1所示，辅助变流器的主电路中设置包括1KM2和R1-R3组成的预充电电路、输入接触器1KM1以及输入电抗器1L1，因而成本高且所需占用的安装空间大。

混合动力机车是一种采用燃油、蓄电池双动力源的机车，采用与传统单一动力源的内燃机车不同的供电制式；传统内燃机车交流传动系统中，机车电传动系统是由发电机提供三相交流电源，而混合动力机车主传动系统则有两种供电制式：一是通过发电机提供三相交流电源，二是通过蓄电池提供直流电源，机车可以通过该两种电源都可以进行牵引制动，另外当机车在纯柴油机工况下还可以通过主变流柜斩波为蓄电池组进行充电，有效提升机车节油环保性能。如上所述，目前的内燃机车辅助系统一般是由辅助发电机独立提供三相交流电源，而混合动力机车则取消了辅助发电机，辅助系统由主变单独设置一个变流模块供电。由于机车蓄电池机组容量达到1000kW，工作时产生热量较大，且电池为温度敏感器件，因此辅助变流器除为机车辅助负载系统供电外，还需为蓄电池组冷却风扇供电，保证蓄电池组工作在最佳性能点，同时需要能够满足节能、高效的要求，因而目前单动力源内燃机车辅助变流系统不适合直接应用于混合动力机车中。混合动力机车作为新型动力源机车，针对于辅助变流系统的研究还较少，目前急需提供一种适用于混合动力机车，且供电性能以及可靠性高的辅助变流系统。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本实用新型提供一种结构简单、成本低廉、能够适用于混合动力机车，且供电质量以及可靠性高的混合动力机车的辅助变流系统。

为解决上述技术问题，本实用新型提出的技术方案为：

一种混合动力机车的辅助变流系统，包括用于为负载提供电源的辅助变流器，其特征在于：还包括与所述辅助变流器的输入端连接的辅助电源供电电路，所述辅助电源供电电路包括相互连接的牵引变流器以及降压滤波单元，所述牵引变流器接入辅助发电机输出的初始交流电源或蓄电池输出的输出初始直流电流进行变换，经过所述降压滤波单元后输出稳定的所需交流电源给所述辅助变流器供电。

作为本实用新型的进一步改进：所述辅助电源供电电路还包括故障监测单元，所述故障监测单元包括电压电流传感器以及输出接触器KM1，所述电压电流传感器的一端连接所述牵引变流器的输出端，另一端通过所述输出接触器KM1连接降压滤波单元。

作为本实用新型的进一步改进：所述降压滤波单元包括三相降压变压器T1以及输出滤波电路，所述三相降压变压器T1的一端连接所述牵引变流器，另一端通过所述输出滤波电路连接所述辅助变流器。

作为本实用新型的进一步改进：所述输出滤波电路包括第一电容C1、第二电容C2以及第三电容C3，所述第一电容C1、第二电容C2以及第三电容C3分别连接在所述三相降压变压器T1的三相输出端中每两相输出端之间。

作为本实用新型的进一步改进：所述牵引变流器、所述辅助变流器均包括主电路部分以及控制系统部分，所述主电路部分均包括依次连接的整流单元、中间直流电路以及逆变单元。

作为本实用新型的进一步改进：所述辅助变流器、辅助电源供电电路中所述主电路部分与控制系统部分分置于一柜体的正面不同腔体中。

作为本实用新型的进一步改进：还包括用于管理机车蓄电池以及为部分直流负载供电的充电机模块。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：

1)本实用新型混合动力机车辅助变流系统，通过辅助电源供电电路对辅助发电机输出的交流电源进行变换处理，输出稳定的交流电源给辅助变流器供电，辅助电源供电电路采用牵引变流器能够提供完善的输出电压、电流保护以及闭环调节功能，能够为辅助变流器提供高品质的电源电压、输入端保护等，因而供电质量以及可靠性高；

2)本实用新型混合动力机车辅助变流系统，通过采用牵引变流器进行软启动，因而辅助变流器的主电路中无需设置预充电电路、控制预充电电路的接触器以及输出滤波器等，能够有效降低电路成本，同时减少所需安装空间，提高了系统的集成度；

3)本实用新型混合动力机车辅助变流系统中辅助电源供电电路进一步还包括故障监测单元，通过电压电流传感器检测牵引变流器的输出电流、输出电压，并在检测到输出电流或输出电压故障时，控制断开输出接触器KM1以切除后级电路，有效防止了故障进一步扩展，从而进一步提高了系统的安全可靠性能；

4)本实用新型将控制系统与主电路分置于独立腔体中、变压器与滤波器等感性器件单独安装在柜体背面的密闭腔体中，因而能够从物理上对控制系统进行隔离防护，以及提升了系统的电磁兼容性能，从而进一步提高了系统的稳定性。

附图说明

图1是传统的内燃机车辅助变流器的主电路结构示意图。

图2是本实施例中辅助变流器的主电路结构示意图。

图3是本实施例混合机车动力机车的辅助变流系统的结构示意图。

图例说明：1、辅助变流器；2、辅助电源供电电路；21、牵引变流器；22、降压滤波单元；221、输出滤波电路；23、故障监测单元。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本实用新型作进一步描述，但并不因此而限制本实用新型的保护范围。

如图2、3所示，本实施例混合动力机车的辅助变流系统，包括用于为负载提供电源的辅助变流器1，还包括与辅助变流器1的输入端连接的辅助电源供电电路2，辅助电源供电电路2包括相互连接的牵引变流器21以及降压滤波单元22，牵引变流器21接入主发电机输出的初始交流电源或蓄电池输出的输出初始直流电流进行变换，经过降压滤波单元22后输出稳定的所需交流电源给辅助变流器1供电。本实施例辅助电源供电电路2中通过牵引变流器21将辅助发电机输出的AC180～AC480V电源变换为稳定的AC720V的PWM电压，经过降压滤波单元22进行降压、滤波后输出稳定的AC480V的正弦电压给辅助变流器1。

本实施例混合动力机车通过辅助电源供电电路2对辅助发电机输出的交流电源进行变换处理，输出稳定的交流电源给辅助变流器1供电，辅助电源供电电路2采用牵引变流器21能够提供完善的输出电压、电流保护以及闭环调节功能，能够为辅助变流器1提供高品质的电源电压、输入端保护等，因而供电质量以及可靠性高。

如图2所示，本实施例辅助变流器1的主电路包括变流电路INV2，变流电路INV2通过熔断器FU1直接接入辅助电源供电电路2输出的交流电源。由于牵引变流器21自身采用软启动，因而本实施例辅助变流器1的主电路中无需设置预充电电路、控制预充电电路的接触器(如图1所示的1KM1接触器)以及输出滤波器(如图1所示的1L1滤波器)，能够有效降低电路成本，同时减少所需安装空间，提高了系统的集成度。

本实施例中，辅助电源供电电路2还包括故障监测单元23，故障监测单元23包括电压电流传感器以及输出接触器KM1，电压电流传感器的一端连接牵引变流器21的输出端，另一端通过输出接触器KM1连接降压滤波单元22。电压电流传感器检测牵引变流器21的输出电流、输出电压，并在检测到输出电流或输出电压故障(包括输出过压、输出过流或短路等)时，控制断开输出接触器KM1以切除后级电路，有效防止了故障进一步扩展，从而进一步提高了系统的安全可靠性能。本实施例牵引变流器21的输出端具体设置有电压传感器SV1以及电流传感器(SC1～SC3)，其中电压传感器SV1用于检测牵引变流器21的输出电压，电流传感器(SC1～SC3)分别用于检测牵引变流器21的三相输出电流，由电压传感器SV1以及电流传感器(SC1～SC3)的检测结果控制输出接触器KM1的通断。

如图3所示，本实施例中降压滤波单元22包括三相降压变压器T1以及输出滤波电路221，三相降压变压器T1的一端连接牵引变流器21，另一端通过输出滤波电路221连接辅助变流器1。牵引变流器21输出的AC720的PWM电压通过三相降压变压器T1进行降压，再经过输出滤波电路221进行滤波后转换为AC480V的正弦电压。

本实施例中，输出滤波电路221包括第一电容C1、第二电容C2以及第三电容C3，第一电容C1、第二电容C2以及第三电容C3分别连接在三相降压变压器T1的三相输出端中每两相输出端之间。通过输出滤波电路221将三相降压变压器T1输出的电压进行滤波，从而得到稳定的正弦电压。

本实施例中，牵引变流器21、辅助变流器1均包括主电路以及控制系统，主电路包括依次连接的整流单元、中间直流电路以及逆变单元。本实施例牵引变流器21、辅助变流器1的主电路结构如图2、3中变流电路INV1、INV2所示，其中整流单元具体采用桥式整流电路，逆变单元采用IGBT全桥逆变电路。

本实施中，辅助变流器1、辅助电源供电电路2中控制系统与主电路分置于一柜体的不同腔体中。本实施例具体将控制系统与主电路分置于柜体正面的独立腔体中、变压器与滤波器等感性器件单独安装在柜体背面的密闭腔体中，因而能够从物理上对控制系统进行隔离防护，以及提升了系统的电磁兼容性能，从而进一步提高了系统的稳定性。

本实施例中，还包括用于管理机车蓄电池以及为部分直流负载供电的充电机模块，通过配置充电机模块来负责管理机车蓄电池以及部分直流负载，能够有效保护蓄电池充电过程，提升蓄电池使用寿命。

上述只是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何形式上的限制。虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型。因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本实用新型技术方案保护的范围内。

Claims (7)

1.一种混合动力机车的辅助变流系统，包括用于为负载提供电源的辅助变流器(1)，其特征在于：还包括与所述辅助变流器(1)的输入端连接的辅助电源供电电路(2)，所述辅助电源供电电路(2)包括相互连接的牵引变流器(21)以及降压滤波单元(22)，所述牵引变流器(21)接入辅助发电机输出的初始交流电源或蓄电池输出的输出初始直流电流进行变换，经过所述降压滤波单元(22)后输出稳定的所需交流电源给所述辅助变流器(1)供电。

2.根据权利要求1所述的混合动力机车的辅助变流系统，其特征在于：所述辅助电源供电电路(2)还包括故障监测单元(23)，所述故障监测单元(23)包括电压电流传感器以及输出接触器KM1，所述电压电流传感器的一端连接所述牵引变流器(21)的输出端，另一端通过所述输出接触器KM1连接降压滤波单元(22)。

3.根据权利要求2所述的混合动力机车的辅助变流系统，其特征在于：所述降压滤波单元(22)包括三相降压变压器T1以及输出滤波电路(221)，所述三相降压变压器T1的一端连接所述牵引变流器(21)，另一端通过所述输出滤波电路(221)连接所述辅助变流器(1)。

4.根据权利要求3所述的混合动力机车的辅助变流系统，其特征在于：所述输出滤波电路(221)包括第一电容C1、第二电容C2以及第三电容C3，所述第一电容C1、第二电容C2以及第三电容C3分别连接在所述三相降压变压器T1的三相输出端中每两相输出端之间。

5.根据权利要求1～4中任意一项所述的混合动力机车的辅助变流系统，其特征在于：所述牵引变流器(21)、所述辅助变流器(1)均包括主电路部分以及控制系统部分，所述主电路部分均包括依次连接的整流单元、中间直流电路以及逆变单元。

6.根据权利要求5所述的混合动力机车的辅助变流系统，其特征在于：所述辅助变流器(1)、辅助电源供电电路(2)中所述主电路部分与控制系统部分分置于一柜体的不同腔体中。

7.根据权利要求6所述的混合动力机车的辅助变流系统，其特征在于：还包括用于管理机车蓄电池以及为部分直流负载供电的充电机模块。