CN209700648U - 电气化铁路机车供电辅助装置、供电系统及机车 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种电气化铁路机车供电辅助装置、供电系统及机车。该电气化铁路机车供电辅助装置包括滤波装置和滤波还原装置；所述滤波装置用于从受电弓获取单相交流电压信号，对所述交流电压信号滤波，并输出滤波后的交流电压信号；所述滤波还原装置的输出正端适于连接机车的供电正端；所述滤波还原装置的输出负端适于连接机车的供电负端；所述滤波还原装置用于对获取的滤波后信号进行幅值还原和相位还原，并输出还原后的交流信号，向机车供电。该电气化铁路机车供电辅助装置进一步提高了经受电弓从接触网向机车提供的电能的质量。

Description

电气化铁路机车供电辅助装置、供电系统及机车

技术领域

本实用新型涉及电力及电气工程技术领域，尤其涉及电气化铁路机车供电辅助装置、供电系统及机车。

背景技术

电气化铁路机车的供电系统包括供电线路（包括接触网、高压线路）、设置在机车顶部上的受电弓和作为用电负载的机车组，其中，受电弓从接触网获取电能为机车供电。受高压线路所处环境、高压线与通信线相互作用等因素的影响，受电弓从供电线路直接获取的电能信号通常存在一定程度的干扰。

为了消除干扰，使机车获得更好的供电信号，通常在受电弓与机车之间设置滤波装置，对受电弓从接触网直接获取的信号进行改善。

然而，旨在消除引入的干扰成分的滤波装置也会带来新的问题，如，供电电压变化、供电时序不准确等。

实用新型内容

本实用新型提供一种电气化铁路机车供电辅助装置，旨在进一步提高了经受电弓从接触网向机车提供的电能的质量。

第一方面，本实用新型提供一种电气化铁路机车供电辅助装置，包括：

依次连接的滤波装置和滤波还原装置；

所述滤波装置的输入正端适于连接从受电弓获取的交流电压信号的正端，

所述滤波装置的输入负端适于连接从受电弓获取的交流电压信号的负端，

所述滤波装置用于从受电弓获取单相交流电压信号，对所述交流电压信号滤波，并输出滤波后的交流电压信号；

所述滤波还原装置的输入正端与所述滤波装置的输出正端连接；

所述滤波还原装置的输入负端与所述滤波装置的输出负端连接；

所述滤波还原装置的输出正端适于连接机车的供电正端；

所述滤波还原装置的输出负端适于连接机车的供电负端；

所述滤波还原装置用于对获取的滤波后信号进行幅值还原和相位还原，并输出还原后的交流信号，向机车供电。

进一步地，所述滤波还原装置包括串联支路和并联支路；

所述串联支路包括相对设置的第一端和第二端；

所述串联支路的第一端与所述滤波还原装置的输入正端连接；

所述串联支路的第二端与所述滤波还原装置的输出正端连接；

所述并联支路包括相对设置的第一端和第二端；

所述并联支路的第一端与所述串联支路的第二端连接；

所述并联支路的第二端与所述滤波还原装置的输入负端连接；

所述并联支路的第二端还与所述滤波还原装置的输出负端连接。

进一步地，所述串联支路包括串联连接的第一电阻和第一电感；

所述并联支路包括串联连接的第二电阻和第二电感。

进一步地，所述第一电阻的第一端与所述滤波还原装置的输入正端连接；

所述第一电阻的第二端与所述第一电感的第一端连接；

所述第一电感的第二端与所述第二电阻的第一端连接；

所述第一电感的第二端还与所述滤波还原装置的输出正端连接；

所述第二电阻的第二端与所述第二电感的第一端连接；

所述第二电感的第二端与所述滤波还原装置的输入负端连接；

所述第二电感的第二端还与所述滤波还原装置的输出负端连接。

进一步地，所述第一电感的第一端与所述滤波还原装置的输入正端连接；

所述第一电感的第二端与所述第一电阻的第一端连接；

所述第一电阻的第二端与所述第二电阻的第一端连接；

所述第二电阻的第二端与所述第二电感的第一端连接；

所述第二电感的第二端与所述滤波还原装置的输入负端连接；

所述第一电阻的第二端与所述滤波还原装置的输出正端连接；

所述第二电感的第二端还与所述滤波还原装置的输出负端连接。

进一步地，所述第一电感的第一端与所述滤波还原装置的输入正端连接；

所述第一电感的第二端与所述第一电阻的第一端连接；

所述第一电阻的第二端与所述第二电感的第一端连接；

所述第二电感的第二端与所述第二电阻的第一端连接；

所述第二电阻的第二端与所述滤波还原装置的输入负端连接；

所述第一电阻的第二端与所述滤波还原装置的输出正端连接；

所述第二电阻的第二端还与所述滤波还原装置的输出负端连接。

进一步地，所述第一电阻的第一端与所述滤波还原装置的输入正端连接；

所述第一电阻的第二端与所述第一电感的第一端连接；

所述第一电感的第二端与所述第二电感的第一端连接；

所述第二电感的第二端与所述第二电阻的第一端连接；

所述第二电阻的第二端与所述滤波还原装置的输入负端连接；

所述第一电感的第二端与所述滤波还原装置的输出正端连接；

所述第二电阻的第二端还与所述滤波还原装置的输出负端连接。

进一步地，所述第一电阻和所述第二电阻的电阻值为1Ω~1kΩ；

所述第一电感和所述第二电感的电感值为1mH~500mH。

第二方面，本实用新型提供的一种设置在机车上的电气化铁路机车供电系统，包括：

受电弓；

如权利要求1至8中任一项所述的电气化铁路机车供电辅助装置，

其中，所述受电弓设置在机车的顶部；

所述电气化铁路机车供电辅助装置的滤波装置与所述受电弓连接，以获取单相交流电压信号。

第三方面，本实用新型提供一种电气化铁路机车，包括：

设置在机车的顶部的受电弓；

如权利要求1至8中任一项所述的电气化铁路机车供电辅助装置；

所述受电弓与所述电气化铁路机车供电辅助装置的滤波装置连接；

所述电气化铁路机车供电辅助装置的滤波还原装置分别与所述机车的供电正端和供电负端连接，向机车供电。

本实用新型提供的电气化铁路机车供电辅助装置，去除了电气化铁路机车的受电弓从供电线路取得的电能信号中的干扰成分，并使得提供给机车的电压保持与理论电压波形相同的幅值与相位，消除了向电气化铁路机车供电时存在的供电电压变化、供电时序不准确的问题，提升了机车获取的电能质量。

附图说明

通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本实用新型的示例性实施方式：

图1为本实用新型优选实施方式的电气化铁路机车供电辅助装置的应用示意图；

图2是本实用新型优选实施方式的滤波装置和滤波还原装置的组成示意图及机车供电辅助装置的连接示意图。

具体实施方式

现在参考附图介绍本实用新型的示例性实施方式，然而，本实用新型可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本实用新型，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本实用新型的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本实用新型的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。

除非另有说明，此处使用的术语（包括科技术语）对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。

应当理解为，以下的两个器件之间的“连接”，可以是高压导线连接，也可以是信号级别的弱电线路连接， 还可以是由可编程控制门阵列实现的连接；以及PCB板上的敷铜连接或过孔连接。

具体实施时，各种“端”可以是接入端子、电气连接件或某一个电势点。相同名称的“端”，具有相同的电势或电位，或参考电势或参考电位。

理论上，设置在机车顶部上的受电弓从供电线路（包括接触网、高压线路）获取的电能信号具有预先设定的幅值、相位和频率，也即，受电弓获取的电能对应有一个理论电压波形。

实际上，受高压线路所处环境、高压线与通信线相互作用等因素的影响，受电弓从供电线路获取的电压波形与理论电压波形存在一定的偏差。这些偏差中，与电力系统的工作频率（以下称为系统角频率或角频率）相差较大的高频成分对供电质量影响较大，这些高频成分也称为波形中的噪音。

通常设置滤波装置将这些干扰或噪音去除，得到滤波后信号。如，选择带通滤波器作为滤波装置。带通滤波器将保留电力系统角频率及其附近频段的成分，滤去其他的成分。当电力系统运行在50Hz时，带通滤波器的通频带可以设置为46-55Hz。

也可以选择低通滤波器作为滤波装置。该低通滤波器将保留电力系统角频率及其之下更低频段的成分，滤去其他的高频成分。当电力系统运行在50Hz时，低通滤波器的截止频率可以设置为52-56Hz。

具体地，上述的带通滤波器或低通滤波器由电容、电感和电阻这三种器件组合而成，器件的数量、连接关系及器件参数可以采用现有技术中公开的方法来实现，这里不再赘述。

但是，引入滤波装置后，滤波后的交流电压信号与理论电压波形或从受电弓获取的交流电压信号相比，其与角频率同频成分的幅值、与角频率同频成分的初始相位均可能发生偏移，从而引发供电电压变化、供电时序不准确等问题，甚至影响到机车的供电安全。

如图1所示，本实用新型实施例的电气化铁路机车供电辅助装置设置在电气化铁路机车的受电弓10与机车30之间，包括依次连接的滤波装置210和滤波还原装置220；

滤波装置的输入正端适于连接从受电弓获取的交流电压信号的正端，

滤波装置的输入负端适于连接从受电弓获取的交流电压信号的负端，

所述滤波装置用于从受电弓获取单相交流电压信号，对所述交流电压信号滤波，并输出滤波后的交流电压信号；

滤波还原装置的输入正端与滤波装置的输出正端连接；

滤波还原装置的输入负端与滤波装置的输出负端连接；

滤波还原装置的输出正端适于连接机车的供电正端；

滤波还原装置的输出负端适于连接机车的供电负端；

所述滤波还原装置用于对获取的滤波后信号进行幅值还原和相位还原，并输出还原后的交流信号，向机车供电。

该电气化铁路机车供电辅助装置中，受电弓接收的交流电压信号经过滤波装置后，被转换为滤波后信号；该滤波后信号经滤波还原装置后，被转换为还原后信号，由该还原后信号（为交流电压波形）向机车供电。

该电气化铁路机车供电辅助装置设置在电气化铁路机车的受电弓与机车之间，滤波装置用于对受电弓经接触网从供电线路获取的交流电压信号做滤波处理，滤波还原装置用于将滤波后信号在角频率处的幅值和相位调整至与理论电压波形或从受电弓获取的交流电压信号的幅值和相位相同。应该理解为，图1中的母线为电力系统的母线；还原后信号与交流电压信号在角频率处的幅值和相位相同。

具体地，受电弓从接触网获取的电能通过滤波装置及滤波还原装置后，被优化为更加平滑、工作在预先设定的角频率的单相交流电，并提供给机车使用。

如图2所示，具体地，滤波还原装置220包括依次连接的串联支路221和并联支路222；两者在共用节点N处相连；

串联支路包括相对设置的第一端和第二端；

并联支路包括相对设置的第一端和第二端；

串联支路的第一端与滤波还原装置的输入正端连接；

串联支路的第二端与并联支路的第一端连接；

并联支路的第二端与滤波还原装置的输入负端连接；

串联支路的第二端或并联支路的第一端在共用节点N处与滤波还原装置的输出正端连接；

并联支路的第二端与滤波还原装置的输出负端连接。

具体实施时，串联支路包括串联连接的第一电阻和第一电感；并联支路包括串联连接的第二电阻和第二电感。

记第一电阻的电阻值为R1；第一电感的电感值为L1；第二电阻的电阻值为R2；第二电感的电感值为L2。

记受电弓经接触网从供电线路获取的交流电压信号的角频率为ω；滤波后信号在角频率ω处的幅值增益为K（K为无量纲参数），在角频率ω处的相移为α，α的单位为弧度。当相位发生滞后相移，α为正值；若发生超前相移，则α为负值。

则滤波还原装置中的第一电阻R1、第一电感L1、第二电阻R2、第二电感L2与幅值增益K、相移α和角频率ω满足以下两个方程：

在具体实施时，根据受电弓经接触网从供电线路获取的交流电压信号的特性，设计滤波装置并从选择商用器件，实现该滤波装置；该滤波装置在角频率ω处具有固定的幅值增益K、相移α。

随后，根据方程（1）和方程（2），确定滤波还原装置中的第一电阻、第一电感、第二电阻、和第二电感这4个器件的特性参数及对应的商用器件的型号，并实现该滤波还原装置。

将以上滤波装置和滤波还原装置串联连接后，接入在受电弓与机车之间，既可以通过滤波技术改善机车受电弓从供电线获取的电能信号的质量，又可以消除因滤波产生的原信号幅值变化及相位偏移，使经过滤波后产生幅值变化和相位偏移的信号还原，使滤波后信号在角频率处的幅值和相位调整至与理论电压波形或从受电弓获取的交流电压信号的幅值和相位相同，从而提高机车获取的交流电压信号的精度和电能质量。

如图2所示，串联支路221在其第一端与滤波装置的输出正端连接，并联支路222在其第二端与滤波装置的输出负端连接；

第一电阻的第一端与滤波还原装置的输入正端连接；

第一电阻的第二端与第一电感的第一端连接；

第一电感的第二端与第二电阻的第一端连接；

第一电感的第二端还与滤波还原装置的输出正端连接；

第二电阻的第二端与第二电感的第一端连接；

第二电感的第二端与滤波还原装置的输入负端连接；

第二电感的第二端还与滤波还原装置的输出负端连接。

这时，第一电阻的第一端与该滤波还原装置的输入正端连接或者作为该滤波还原装置的输入正端使用；第一电感的第二端或第二电阻的第一端与该滤波还原装置的输出正端连接或者作为该滤波还原装置的输出正端使用；第二电感的第二端与该滤波还原装置的输出负端连接或者作为该滤波还原装置的输出负端使用。

也即，该电气化铁路机车供电辅助装置的输出正端连接在在第一电感的第二端与第二电阻的第一端之间。

这时，在该滤波还原装置的输入正端和该滤波还原装置的输入负端之间，串联支路与并联支路内器件的连接关系为以下第一种情形：

R1-L1-R2-L2。

应该理解为，串联支路与并联支路内器件的连接关系为以下3种情形时，该滤波还原装置具有与第一种情形相同的工作原理和技术效果：

第二种情形：R1-L1-L2-R2；

第三种情形：L1-R1-L2-R2；

第四种情形：L1-R1-R2-L2。

具体地，第二种情形为：

第一电阻的第一端与滤波还原装置的输入正端连接；

第一电阻的第二端与第一电感的第一端连接；

第一电感的第二端与第二电感的第一端连接；

第二电感的第二端与第二电阻的第一端连接；

第二电阻的第二端与滤波还原装置的输入负端连接；

第一电感的第二端与滤波还原装置的输出正端连接；

第二电阻的第二端还与滤波还原装置的输出负端连接。

具体地，第三种情形为：

第一电感的第一端与滤波还原装置的输入正端连接；

第一电感的第二端与第一电阻的第一端连接；

第一电阻的第二端与第二电感的第一端连接；

第二电感的第二端与第二电阻的第一端连接；

第二电阻的第二端与滤波还原装置的输入负端连接；

第一电阻的第二端与滤波还原装置的输出正端连接；

第二电阻的第二端还与滤波还原装置的输出负端连接。

具体地，第四种情形为：

第一电感的第一端与滤波还原装置的输入正端连接；

第一电感的第二端与第一电阻的第一端连接；

第一电阻的第二端与第二电阻的第一端连接；

第二电阻的第二端与第二电感的第一端连接；

第二电感的第二端与滤波还原装置的输入负端连接；

第一电阻的第二端与滤波还原装置的输出正端连接；

第二电感的第二端还与滤波还原装置的输出负端连接。

如图2的左侧所示，滤波装置包括与滤波装置的输入正端连接的滤波电阻R10和滤波电感L10，其中，滤波电阻R10和滤波电感L10串联连接；还包括并联地连接在滤波还原装置的输入正端和输入负端的滤波电容C10，并且，在其一端，滤波电容C10还与滤波装置的输入负端连接；滤波电阻R10的电阻值为1Ω~1kΩ；滤波电容C10的电容值为20nF~1mF；滤波电感L10的电感值为100μH~0.9H。

上述的滤波信号还原装置中，两个电阻（即R1和R2）的电阻值均为1Ω~1kΩ，两个电感（即L1和L2）的电感值均为1mH~500mH；这时，对应的滤波装置为低通滤波器；在向机车供电的电压信号的角频率为50Hz时，该低通滤波器的截止频率为53Hz，起始频率为0Hz。

在一个优选的实施例中，该电气化铁路机车供电辅助装置的滤波电阻（即R10）的电阻值为8.944Ω，滤波电容（即C10）的电容值为212.31μF，滤波电感（即L10）的电感值为10mH；串联支路内的第一电阻（即R1）的电阻值为2.4Ω，第一电感（即L1）的电感值为7.5mH；并联支路内的第二电阻（即R2）的电阻值为2.3103Ω，第二电感（即L2）的电感值为14.786mH。

综上，该滤波还原装置能够消除信号幅值变化及相位偏移，使经过滤波还原装置的信号的幅值和/或相位与理论电压波形或从受电弓获取的交流电压信号的幅值和/或相位具有预先设定的关系，从而减小了向机车提供的电压波形与理论波形之间的偏差，提高了供电质量。

另外，本实用新型还提供了一种设置在机车上的电气化铁路机车供电系统，包括受电弓和上述的电气化铁路机车供电辅助装置，其中，受电弓设置在机车的顶部。

另外，本实用新型还提供了一种电气化铁路机车，其设置有受电弓和上述的电气化铁路机车供电辅助装置。

以上已经通过参考少量实施方式描述了本实用新型。然而，本领域技术人员所公知的，正如附带的专利权利要求所限定的，除了本实用新型以上公开的其他的实施例等同地落在本实用新型的范围内。

通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个//该[装置、组件等]”都被开放地解释为装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行，除非明确地说明。

Claims (10)

1.一种电气化铁路机车供电辅助装置，其特征在于，包括：

依次连接的滤波装置和滤波还原装置；

所述滤波装置的输入正端适于连接从受电弓获取的交流电压信号的正端，

所述滤波装置的输入负端适于连接从受电弓获取的交流电压信号的负端，

所述滤波装置用于从受电弓获取单相交流电压信号，对所述交流电压信号滤波，并输出滤波后的交流电压信号；

所述滤波还原装置的输入正端与所述滤波装置的输出正端连接；

所述滤波还原装置的输入负端与所述滤波装置的输出负端连接；

所述滤波还原装置的输出正端适于连接机车的供电正端；

所述滤波还原装置的输出负端适于连接机车的供电负端；

所述滤波还原装置用于对获取的滤波后信号进行幅值还原和相位还原，并输出还原后的交流信号，向机车供电。

2.根据权利要求1所述的电气化铁路机车供电辅助装置，其特征在于，

所述滤波还原装置包括串联支路和并联支路；

所述串联支路包括相对设置的第一端和第二端；

所述串联支路的第一端与所述滤波还原装置的输入正端连接；

所述串联支路的第二端与所述滤波还原装置的输出正端连接；

所述并联支路包括相对设置的第一端和第二端；

所述并联支路的第一端与所述串联支路的第二端连接；

所述并联支路的第二端与所述滤波还原装置的输入负端连接；

所述并联支路的第二端还与所述滤波还原装置的输出负端连接。

3.根据权利要求2所述的电气化铁路机车供电辅助装置，其特征在于，

所述串联支路包括串联连接的第一电阻和第一电感；

所述并联支路包括串联连接的第二电阻和第二电感。

4.根据权利要求3所述的电气化铁路机车供电辅助装置，其特征在于，

所述第一电阻的第一端与所述滤波还原装置的输入正端连接；

所述第一电阻的第二端与所述第一电感的第一端连接；

所述第一电感的第二端与所述第二电阻的第一端连接；

所述第一电感的第二端还与所述滤波还原装置的输出正端连接；

所述第二电阻的第二端与所述第二电感的第一端连接；

所述第二电感的第二端与所述滤波还原装置的输入负端连接；

所述第二电感的第二端还与所述滤波还原装置的输出负端连接。

5.根据权利要求3所述的电气化铁路机车供电辅助装置，其特征在于，

所述第一电感的第一端与所述滤波还原装置的输入正端连接；

所述第一电感的第二端与所述第一电阻的第一端连接；

所述第一电阻的第二端与所述第二电阻的第一端连接；

所述第二电阻的第二端与所述第二电感的第一端连接；

所述第二电感的第二端与所述滤波还原装置的输入负端连接；

所述第一电阻的第二端与所述滤波还原装置的输出正端连接；

所述第二电感的第二端还与所述滤波还原装置的输出负端连接。

6.根据权利要求3所述的电气化铁路机车供电辅助装置，其特征在于，

所述第一电感的第一端与所述滤波还原装置的输入正端连接；

所述第一电感的第二端与所述第一电阻的第一端连接；

所述第一电阻的第二端与所述第二电感的第一端连接；

所述第二电感的第二端与所述第二电阻的第一端连接；

所述第二电阻的第二端与所述滤波还原装置的输入负端连接；

所述第一电阻的第二端与所述滤波还原装置的输出正端连接；

所述第二电阻的第二端还与所述滤波还原装置的输出负端连接。

7.根据权利要求3所述的电气化铁路机车供电辅助装置，其特征在于，

所述第一电阻的第一端与所述滤波还原装置的输入正端连接；

所述第一电阻的第二端与所述第一电感的第一端连接；

所述第一电感的第二端与所述第二电感的第一端连接；

所述第二电感的第二端与所述第二电阻的第一端连接；

所述第二电阻的第二端与所述滤波还原装置的输入负端连接；

所述第一电感的第二端与所述滤波还原装置的输出正端连接；

所述第二电阻的第二端还与所述滤波还原装置的输出负端连接。

8.根据权利要求4至7中任一项所述的电气化铁路机车供电辅助装置，其特征在于，

所述第一电阻和所述第二电阻的电阻值为1Ω~1kΩ；

所述第一电感和所述第二电感的电感值为1mH~500mH。

9.一种设置在机车上的电气化铁路机车供电系统，其特征在于，包括：

受电弓；

如权利要求1至8中任一项所述的电气化铁路机车供电辅助装置，

其中，所述受电弓设置在机车的顶部；

所述电气化铁路机车供电辅助装置的滤波装置与所述受电弓连接，以获取单相交流电压信号。

10.一种电气化铁路机车，其特征在于，包括：

设置在机车的顶部的受电弓；

如权利要求1至8中任一项所述的电气化铁路机车供电辅助装置；

所述受电弓与所述电气化铁路机车供电辅助装置的滤波装置连接；

所述电气化铁路机车供电辅助装置的滤波还原装置分别与所述机车的供电正端和供电负端连接，向机车供电。