CN215678620U

CN215678620U - 一种交直流弓网电弧试验装置

Info

Publication number: CN215678620U
Application number: CN202121493863.9U
Authority: CN
Inventors: 肖泉华; 熊颉; 陈天喜; 许水平; 贺梁; 杨韬; 李怡文; 胡耀; 李清峰; 吴连贵
Original assignee: Zhuzhou CRRC Times Electric Co Ltd
Current assignee: Zhuzhou CRRC Times Electric Co Ltd
Priority date: 2021-06-30
Filing date: 2021-06-30
Publication date: 2022-01-28
Anticipated expiration: 2031-06-30

Abstract

本实用新型公开了一种交直流弓网电弧试验装置，包括进线单元、整流电源单元、直流输出串并联单元、逆变单元和切换单元；所述进线单元、整流电源单元、直流输出串并联单元和逆变单元依次串联；所述切换单元的两端分别与所述逆变单元的输入端和输出端相连。本实用新型具有输出电压等级可多重可调、体积小、能耗低、可适用于不同电流类型或等级受电弓等优点。

Description

一种交直流弓网电弧试验装置

技术领域

本实用新型主要涉及弓网试验技术领域，具体涉及一种交直流弓网电弧试验装置。

背景技术

轨道交通车辆通过弓网电接触获取电能，随着轨道交通车辆运行速度的提高，受接触网波动、轨道不平顺，及受电弓弓头振动等因素的影响，弓网电接触状态恶化，使得弓网电弧频繁发生，弓网电弧对接触网导线、受电弓滑板侵蚀严重，影响受流质量，制约轨道交通车辆运行的稳定性，因此弓网电弧对于轨道交通车辆运行的安全性和可靠性影响越来越受关注，有必要对弓网电弧进行系统研究。由于弓网电弧具有随机性的特点,通过模拟线路试验进行弓网电弧的研究尤为重要，因此在试验台上进行弓网电弧的模拟和检测,具有非常重要的意义。但是目前的弓网电弧试验时存在高压直流电压源高功耗、体积大的缺点，而且交直流弓网电源不能通用。

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问题，本实用新型提供一种输出电压等级可多重可调、可适用于交流和直流的交直流弓网电弧试验装置。

为解决上述技术问题，本实用新型提出的技术方案为：

一种交直流弓网电弧试验装置，包括进线单元、整流电源单元、直流输出串并联单元、逆变单元和切换单元；所述进线单元、整流电源单元、直流输出串并联单元和逆变单元依次串联；所述切换单元的两端分别与所述逆变单元的输入端和输出端相连。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述切换单元包括第一切换开关、第二切换开关和第三切换开关，所述第一切换开关串联于所述直流输出串并联单元与逆变单元之间，且第一切换开关的一端与所述直流输出串并联单元的输出端相连，另一端与逆变单元的输入端相连；所述第三切换开关串联于所述逆变单元的输出端，且所述第三切换开关的一端与逆变单元的输出端相连，另一端与弓网关系试验台相连；所述第二切换开关的一端与第二切换开关的一端相连，另一端则与第三切换开关的另一端相连。

所述整流电源单元包括隔离整流变压器模块和整流模块。

所述隔离整流变压器模块包括多个隔离整流变压器，所述整流模块包括多个整流器；各所述隔离整流变压器的输出端连接整流器。

所述隔离整流变压器的数量为两个，分别为第一隔离整流变压器和第二隔离整流变压器；所述整流器的数量为四个，分别为第一整流器、第二整流器、第三整流器和第四整流器，其中第一隔离整流变压器的两个输出端分别连接第一整流器和第二整流器，所述第二隔离整流变压器的两个输出端分别连接第三整流器和第四整流器。

所述直流输出串并联单元包括转换开关2KM1～2KM6，其中转换开关2KM1的一端与第一整流器的输出负线相连，另一端与第二整流器的输出正线相连；其中转换开关2KM2的一端与第二整流器的输出负线相连，另一端与第三整流器的输出正线相连；其中转换开关2KM3的一端与第三整流器的输出负线相连，另一端与第四整流器的输出正线相连；转换开关2KM4的一端分别与第一整流器的输出正线和输出负线相连，另一端分别与第二整流器的输出正线和输出负线相连；转换开关2KM5的一端分别与第三整流器的输出正线和输出负线相连，另一端分别与第四整流器的输出正线和输出负线相连；2KM5的一端分别与第一整流器的输出正线和第二整流器的输出负线相连，另一端分别与第三整流器的输出正线和第四整流器的输出负线相连；所述第一整流器的输出正线与第四整流器的输出负线之间形成直流输出串并联单元的输出端。

所述整流器为晶闸管整流器。

所述进线单元包括进线断路器和预充电支路。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：

本实用新型的交直流弓网电弧试验装置，输出电压可调、输出电流稳定、体积小、能耗低、输出负载可调，解决以往弓网电弧试验时采用高压直流电压源高功耗、体积大的缺点，另外输出电压等级可多重可调、输出负载可调，可适用于不同的电流等级的受电弓；其中上述整体方案能够适用交流和直流电源，从而满足不同类型的弓网电弧试验的需求，减少占地面积和固定设备的投入。

本实用新型的交直流弓网电弧试验装置，采用低电压、大电流恒流源取代高压直流电压源；采用电压电流双闭环电流调节恒流控制，具有高稳定性、高动态响应，瞬态特性也得到改善，可满足弓网电弧试验需求及额定负载试验时的需求；采用多级直流串并联模式；在整流模块单元输出侧设置直流输出串并联单元，满足不同电弧电压等级的需求；采用四组晶闸管整流器串并联及调压器组合，使晶闸管整流器始终工作在最佳工作点附近，并提供24脉波的直流，更接近模拟轨道交通领域弓网电源的实际工况。

本实用新型的交直流弓网电弧试验装置，采用模块化单元设计，可靠性、互换性、维护性等性能优越。在其中一套或两套整流模块故障情况下，可屏蔽该整流模块，其余整流模块继续使用，传统试验台的直流电源其中任一环节出现问题，就可能造成整个试验台的无法工作；采用低电压大电流方案，所需的电网容量小，对电网系统无特殊要求；采用了预充电功能，不产生变压器合闸浪涌电流，进一步降低电网所需的容量；整流模块可采用四象限整流器进行替代，若采用四象限整流器会适当提高功率因数、响应速度等性能。

附图说明

图1为本实用新型的试验装置在实施例的方框结构图。

图2为本实用新型的试验装置在实施例的电路原理图。

图3为本实用新型的整流电源单元在实施例的方框结构图。

图中标号表示：1、进线单元；2、整流电源单元；201、隔离整流变压器模块；202、整流模块；3、直流输出串并联单元；4、逆变单元；5、交直流切换单元；6、控制保护单元。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体实施例对本实用新型作进一步描述。

如图1所示，本实施例的交直流弓网电弧试验装置，包括进线单元1、整流电源单元2、直流输出串并联单元3、逆变单元4、切换单元5和控制保护单元6；进线单元1、整流电源单元2、直流输出串并联单元3和逆变单元4依次串联；其中切换单元5的两端则分别与逆变单元4的输入端和输出端相连；控制保护单元6分别与进线单元1、整流电源单元2、直流输出串并联单元3、逆变单元4和切换单元5相连。在需要电源为交流时，此时通过切换单元5的动作，使得逆变单元4串联入整体的电路中，通过逆变单元4将交流逆变成直流，再供给弓网关系试验台；在需要电源为直流时，通过切换单元5的动作，将逆变单元4直接短路掉，从而使得直流直接通过切换开关5供给弓网关系试验台；上述整体方案能够适用交流和直流电源，从而满足不同类型的弓网电弧试验的需求，减少占地面积和固定设备的投入。

如图2所示，在一具体实施例中，进线单元1主要包括进线断路器、预充电支路和进线保护装置，用于三相供电系统中，提供电气设备的电源接入，能够合、分正常和故障状态下的电流，对电网进行保护和分段隔离，并能够显示电压、电流值，具有控制电源的失压保护和保护参数的设定功能的开关及组合电器柜，在约定的供电系统下，由不同的柜型承载额定工作电流，关合、开断故障电流。预充电支路可降低调压器及变压器的合闸涌流，满足电网容量较低情况下，防止对电网的冲击。

如图2～3所示，在一具体实施例中，整流电源单元2包括隔离整流变压器模块201和整流模块202。隔离整流变压器模块201，将供电电源电压转化成整流模块202所需的电压，实现电压的变换和隔离，将网侧的电源变换成二次侧的低电压，完成整流模块201与电网连接的功能，变压器能够抑制高次谐波，保证在多种高次谐波联合作用下铁心依然工作在非饱和状态。整流模块202，用于将交流整流成电弧产生所需直流母线电压。整流模块202包括四套整流器，分别为第一整流器REC1、第二整流器REC2、第三整流器REC3和第四整流器REC4，REC1、REC2、REC3、REC4输出串并联形成多重整流器，可满足不同电压等级的需求。另外，可以在隔离整流变压器模块201的输入端串联调压器模块，可根据电弧所需的最低电压，调整整流变压器的输入电压，从而调整整流器的输入电压，使晶闸管整流器处于最佳工作状态附近满足电弧所需电压需求。其中整流模块202可以采用四象限整流器或者调压器加二极管等。

具体地，直流输出串并联单元3包括转换开关2KM1～2KM6，其中转换开关2KM1的一端与第一整流器的输出负线相连，另一端与第二整流器的输出正线相连；其中转换开关2KM2的一端与第二整流器的输出负线相连，另一端与第三整流器的输出正线相连；其中转换开关2KM3的一端与第三整流器的输出负线相连，另一端与第四整流器的输出正线相连；转换开关2KM4的一端分别与第一整流器的输出正线和输出负线相连，另一端分别与第二整流器的输出正线和输出负线相连；转换开关2KM5的一端分别与第三整流器的输出正线和输出负线相连，另一端分别与第四整流器的输出正线和输出负线相连；2KM5的一端分别与第一整流器的输出正线和第二整流器的输出负线相连，另一端分别与第三整流器的输出正线和第四整流器的输出负线相连；第一整流器的输出正线与第四整流器的输出负线之间形成直流输出串并联单元3的输出端。四个整流器的输出通过串并联转换开关的档位切换，输出得到三个不同的工作档位，以满足不同的电弧电压的试验需要，当四组并联时可产生24脉波整流与地铁弓网供电保持一致。负载试验时，在人机操作界面上选择输出档位开关，由PLC操作控制系统发出串并联转换连锁控制指令，相应的直流输出串并联转换开关动作。

在一具体实施例中，切换单元5包括第一切换开关3KM1、第二切换开关3KM2和第三切换开关3KM3，第一切换开关串联于直流输出串并联单元3与逆变单元之间，且第一切换开关的一端与直流输出串并联单元3的输出端相连，另一端与逆变单元4的输入端相连；第三切换开关串联于所述逆变单元的输出端，且第三切换开关的一端与逆变单元的输出端相连，另一端与弓网关系试验台相连；第二切换开关的一端与第二切换开关的一端相连，另一端则与第三切换开关的另一端相连。在需要电源为交流时，其中第一切换开关3KM1和第三切换开关3KM3闭合，、第二切换开关3KM2断开，从而使得逆变单元4串联至整体电路中；在需要电源为直流时，其中第一切换开关3KM1和第三切换开关3KM3断开，、第二切换开关3KM2闭合，从而使得逆变单元4不再串联至整体电路中。

在一具体实施例中，逆变单元4由H桥逆变器(DC/AC)、正弦滤波器组成，逆变器将直流转换成交流，通过正弦滤波器后，输出符合系统要求的交流电源至接触网。

在一具体实施例中，控制保护单元6为PLC等，包括以下功能：控制试验装置所有开关的分合及软件联锁；控制整流器模块单元的导通和关断；输出闭环控制，提供稳定的输出电流；提供人机操作界面，可对底层参数进行修改设定包括加减速时间、PI D参数调节等；智能组网通信功能实现与整个试验台设备的联动；所有参数统筹收集，保护功能的实现。

本实用新型的交直流弓网电弧试验装置，输出电压可调、输出电流稳定、体积小、能耗低、输出负载可调，解决以往直流弓网电弧试验时采用高压直流电压源高功耗、体积大的缺点，另外输出电压等级可多重可调、输出负载可调，可适用于不同的电流等级的受电弓；其中上述整体方案能够适用交流和直流电源，从而满足不同类型的弓网电弧试验的需求，减少占地面积和固定设备的投入。

本实用新型的交直流弓网电弧试验装置，采用低电压、大电流恒流源取代高压直流电压源；采用电压电流双闭环电流调节恒流控制，具有高稳定性、高动态响应，瞬态特性也得到改善，可满足弓网电弧试验需求及额定负载试验时的需求；采用多级直流串并联模式；在整流模块202输出侧设置直流输出串并联单元3，满足不同电弧电压等级的需求；采用四组晶闸管整流器串并联及调压器组合，使晶闸管整流器始终工作在最佳工作点附近，并提供24脉波的直流，更接近模拟轨道交通领域弓网电源的实际工况。

本实用新型的交直流弓网电弧试验装置，采用模块化单元设计，可靠性、互换性、维护性等性能优越。在其中一套或两套整流模块202故障情况下，可屏蔽该整流模块202，其余整流模块202继续使用，传统试验台的直流电源其中任一环节出现问题，就可能造成整个试验台的无法工作；采用低电压大电流方案，所需的电网容量小，对电网系统无特殊要求；采用了预充电功能，不产生变压器合闸浪涌电流，进一步降低电网所需的容量；整流模块202可采用四象限整流器或调压器加二极管的形式进行替代，若采用四象限整流器会适当提高功率因数、响应速度等性能。

以上仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰，应视为本实用新型的保护范围。

Claims

1.一种交直流弓网电弧试验装置，其特征在于，包括进线单元(1)、整流电源单元(2)、直流输出串并联单元(3)、逆变单元和切换单元；所述进线单元(1)、整流电源单元(2)、直流输出串并联单元(3)和逆变单元依次串联；所述切换单元的两端分别与所述逆变单元的输入端和输出端相连。

2.根据权利要求1所述的交直流弓网电弧试验装置，其特征在于，所述切换单元包括第一切换开关、第二切换开关和第三切换开关，所述第一切换开关串联于所述直流输出串并联单元(3)与逆变单元之间，且第一切换开关的一端与所述直流输出串并联单元(3)的输出端相连，另一端与逆变单元的输入端相连；所述第三切换开关串联于所述逆变单元的输出端，且所述第三切换开关的一端与逆变单元的输出端相连，另一端与弓网关系试验台相连；所述第二切换开关的一端与第二切换开关的一端相连，另一端则与第三切换开关的另一端相连。

3.根据权利要求2所述的交直流弓网电弧试验装置，其特征在于，所述整流电源单元(2)包括隔离整流变压器模块(201)和整流模块(202)。

4.根据权利要求3所述的交直流弓网电弧试验装置，其特征在于，所述隔离整流变压器模块(201)包括多个隔离整流变压器，所述整流模块(202)包括多个整流器；各所述隔离整流变压器的输出端连接整流器。

5.根据权利要求4所述的交直流弓网电弧试验装置，其特征在于，所述隔离整流变压器的数量为两个，分别为第一隔离整流变压器和第二隔离整流变压器；所述整流器的数量为四个，分别为第一整流器、第二整流器、第三整流器和第四整流器，其中第一隔离整流变压器的两个输出端分别连接第一整流器和第二整流器，所述第二隔离整流变压器的两个输出端分别连接第三整流器和第四整流器。

6.根据权利要求5所述的交直流弓网电弧试验装置，其特征在于，所述直流输出串并联单元(3)包括转换开关2KM1～2KM6，其中转换开关2KM1的一端与第一整流器的输出负线相连，另一端与第二整流器的输出正线相连；其中转换开关2KM2的一端与第二整流器的输出负线相连，另一端与第三整流器的输出正线相连；其中转换开关2KM3的一端与第三整流器的输出负线相连，另一端与第四整流器的输出正线相连；转换开关2KM4的一端分别与第一整流器的输出正线和输出负线相连，另一端分别与第二整流器的输出正线和输出负线相连；转换开关2KM5的一端分别与第三整流器的输出正线和输出负线相连，另一端分别与第四整流器的输出正线和输出负线相连；2KM5的一端分别与第一整流器的输出正线和第二整流器的输出负线相连，另一端分别与第三整流器的输出正线和第四整流器的输出负线相连；所述第一整流器的输出正线与第四整流器的输出负线之间形成直流输出串并联单元(3)的输出端。

7.根据权利要求4～6中任意一项所述的交直流弓网电弧试验装置，其特征在于，所述整流器为晶闸管整流器。

8.根据权利要求1～6中任意一项所述的交直流弓网电弧试验装置，其特征在于，所述进线单元(1)包括进线断路器和预充电支路。