CN102358197B - 电力机车供电*** - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种电力机车供电***，其包括有一外部电源、一牵引逆变器、一辅助逆变器及一充电机，其中，所述充电机包括有一第一三相桥式逆变电路，所述第一三相桥式逆变电路的交流侧与一第一三相变压器的低压侧连接，直流侧与所述蓄电池连接，所述第一三相变压器的高压侧则耦合于所述辅助逆变器的输出端。该电力机车供电***可以在接触网故障时利用蓄电池为牵引电动机供电，维持电力机车的慢速行驶。

Description

电力机车供电***
技术领域
本发明属于一种供电***，尤其是指一种电力机车供电***。
背景技术
常见的电力机车供电***如图1所示，外部电源11将来自于接触网的高压交流电降压整流成预定电压值(例如1500v)的直流电，并通过隔离装置13而加载到牵引逆变器15和辅助逆变器17。牵引逆变器15将1500v的输入直流电转换成三相交流电后驱动牵引电动机19，以拖动电力机车运行。辅助逆变器17则将1500v的输入直流电逆变、降压而转换成三相交流电后供给辅助供电***的负载设备，如照明设备21、通风设备23等，其中，一路作为充电机25的输入，并经充电机25的降压、整流后为蓄电池27充电。
参阅图2，为现有的用于电力机车供电***的充电机的电路原理图，该充电机25包括有顺次连接的一输入整流桥250、一逆变电路251、一变压器252及一输出整流桥253，该输入整流桥250的输入端耦合于辅助逆变器17的输出端，而输出整流桥253的输出端则连接于蓄电池27，来自于辅助逆变器17的交流电经输入整流桥250的整流、逆变电路251的逆变、变压器252的降压及输出整流桥253的整流后，对蓄电池27进行充电。上述结构的充电机，其有变压器的隔离和二极管的整流输出，只能用于对蓄电池充电。这样，当电力机车无法从接触网获取电力时，蓄电池27可为紧急照明通风设备等应急***供电，以维持应急用电量，然而，由于电力机车牵引***缺少电力供应而导致电力机车无法运行，只能停运并等待拖车拖走，在营运高峰期甚至会导致铁路线的堵塞，造成较为严重的后果。
故而，有需要对现有的电力机车供电***进行改进，以使在接触网出现故障的情况下使用蓄电池为牵引***提供电力。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种改进的电力机车供电***，其可以在接触网故障时利用蓄电池为牵引电动机供电，维持电力机车的慢速行使。
为解决上述技术问题，本发明采用如下所述的技术方案：一种电力机车供电***，包括有一外部电源、一牵引逆变器、一辅助逆变器及一充电机，其中，所述外部电源用于将接触网的交流电降压整流而转换成的直流电；所述牵引逆变器用于将由所述外部电源输入的直流电转换成三相交流电，并输出至与之连接的牵引电动机；所述辅助逆变器用于将由所述外部电源输入的直流电进行逆变、降压处理而转换成三相交流电；所述充电机包括有一第一三相桥式逆变电路，所述第一三相桥式逆变电路的交流侧与一第一三相变压器的低压侧连接，直流侧与所述蓄电池连接，所述第一三相变压器的高压侧则耦合于所述辅助逆变器的输出端，其将自所述辅助逆变器输入的三相交流电降压、整流后而对蓄电池进行充电。
上述电机机车供电***中，所述第一三相桥式逆变电路由六个IGBT按照三相三桥臂的组合方式构成，每一IGBT并联有一续流二极管。
上述电机机车供电***中，所述第一三相桥式逆变电路的直流侧连接有一第一滤波电路。
上述电机机车供电***中，所述第一滤波电路由一并联于所述第一三相桥式逆变电路直流侧的电容和一并联于该电容的电阻构成。
上述电机机车供电***中，所述辅助逆变器包括有一第二三相桥式逆变电路，所述第二三相桥式逆变电路的直流侧通过一第二滤波电路而与所述外部电源的输出端连接，而交流侧则与一第二三相变压器的高压侧连接，所述第二三相变压器的低压侧与所述充电机的第一三相变压器的高压侧耦合。
上述电机机车供电***中，所述第二滤波电路由一串联于所述第二三相桥式逆变电路的直流侧正极端的电感、一并联于所述第二三相桥式逆变电路的直流侧的电容及一并联于所述电容的电阻构成。
上述电机机车供电***中，所述第二三相变压器的低压侧连接有至少一第三滤波电路。
上述电机机车供电***中，所述第三滤波电路由三个滤波电容构成，三个滤波电容三角形或星形连接，其三个端钮分别连接于所述第二三相变压器低压侧的三相线。
上述电机机车供电***中，所述第二三相变压器高压侧的三相线上各自集成有一串联的滤波电感。
上述电机机车供电***中，所述第二三相桥式逆变电路由六个IGBT按照三相三桥臂的组合方式构成，每一IGBT并联有一续流二极管。
本发明的有益技术效果在于：该电力机车供电***的充电机基于三相桥式逆变电路而构建而成，在无需增加额外设备的条件下，使其既可在接触网正常供电的情况下将辅助逆变器所输出的三相交流电整流转换成直流电，以对蓄电池进行充电，又可在接触网无法供电的情况下将蓄电池所输出的直流电逆变成三相交流电，并经辅助逆变器的升压整流后作为牵引逆变器的输入，以供牵引逆变器驱动牵引电动机而拖动电力机车慢速行驶，牵引电机机车通过故障接触网段或行使至车站进行维修。
附图说明
图1是常见的电力机车供电***的结构示意图。
图2是常见的电力机车供电***的充电机的电路原理图。
图3是本发明的电力机车供电***的结构示意图。
图4是本发明的电力机车供电***的充电机的电路原理图。
图5是本发明的电力机车供电***的辅助逆变器的电路原理图。
具体实施方式
为使本领域的普通技术人员更加清楚地理解本发明的目的、技术方案和优点，以下结合附图和实施例对本发明做进一步的阐述。
本发明基于现有的电力机车供电***而主要对其中的充电机结构进行改变，使得可在必要时(例如在接触网出现故障而无法取电的情况下)利用蓄电池为牵引电动机供电，以驱动电力机车的慢速行使。参阅图3所示，本发明所公开的电力机车供电***包括有一外部电源10，其用于将接触网的高压交流电降压整流而转换成预定电压值(例如1500v)的直流电，并优选通过一隔离装置26而加载至牵引逆变器12和辅助逆变器14。
牵引逆变器12将输入的直流电转换成三相交流电后输出至与之连接的牵引电动机16，以驱动该牵引电动机16而拖动电力机车行使。辅助逆变器14将输入的直流电进行逆变、降压处理而转换成预定电压值的三相交流电，并分别作为充电机18、照明设备20、通风设备22等辅助供电***的负载设备的输入，而为上述负载设备提供工作电压。充电机18的输入端连接于辅助逆变器14的输出端，将自该辅助逆变器14输入的三相交流电降压、整流后加载于蓄电池24，而对蓄电池24进行充电。
结合图4所示，该充电机18包括有一第一三相桥式逆变电路180，该第一三相桥式逆变电路180的交流侧与一第一三相变压器181的低压侧连接，直流侧与蓄电池24连接，而该第一三相变压器181的高压侧则耦合于辅助逆变器14的输出端。这样，辅助逆变器14输出的三相交流电经第一三相变压器181的降压后输入第一三相桥式逆变电路180，通过该第一三相桥式逆变电路180中的续流二极管的整流后由直流侧输出直流电，以用于对与之连接的蓄电池24进行充电。
在附图所示的实施例中，该第一三相桥式逆变电路180由六个绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor；IGBT)S1～S6按照三相三桥臂的结构组合而成，每一IGBT并联有一续流二极管。在其他的实施例中，该第一三相桥式逆变电路180也可采用由八个IGBT按照三相四桥臂结构组成的逆变电路。诚然，形成该第一三相桥式逆变电路180的开关器件并不限定于选用IGBT，也可采用诸如金属氧化物半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-SemiconductorField-Effect Transistor；MOSFET)等其他适宜的半导体开关器件，同样地，每一MOSFET也并联有一二极管。
优选地，该第一三相桥式逆变电路180的直流侧连接有一第一滤波电路182，用于滤除输出直流电压中的纹波，使输出电压的波形变得较为平滑。附图所示实施例中，该第一滤波电路182由一并联于该第一三相桥式逆变电路180直流侧的电容C1和一并联于该电容C1的电阻R1构成。
参阅图5，该辅助逆变器14包括有一第二三相桥式逆变电路140，该第二三相桥式逆变电路140的直流侧通过一第二滤波电路141而与外部电源10的输出端连接，而交流侧则与一第二三相变压器142的高压侧连接。在此实施例中，第二滤波电路141由一串联于该第二三相桥式逆变电路140的直流侧正极端的电感L1、一并联于该第二三相桥式逆变电路140的直流侧的电容C2及一并联于该电容C2的电阻R2构成。外部电源10输出的直流电经该第二滤波电路141的滤波平滑后输入第二三相桥式逆变电路140而转换成三相交流电，并输入至第二三相变压器142。
第二三相变压器142的低压侧连接有至少一第三滤波电路143，再与充电机18的第一三相变压器181的高压侧耦合。如此，第二三相桥式逆变电路140所输出的三相交流电经该第二三相变压器142的降压、第三滤波电路143的滤波后输入至充电机18，并同时为电力机车上的除牵引***外的设备供电。在此实施例中，每一第三滤波电路143由三个滤波电容构成，三个滤波电容三角形连接，其三个端钮分别连接于该第二三相变压器142低压侧的三相线。当然，该第三滤波电路143的三个滤波电容也可以采用星形连接，而将其三个端钮分别连接于第二三相变压器142低压侧的三相线。
优选地，利用磁集成技术而于该第二三相变压器142高压侧的三相线上各自集成有一串联的滤波电感(图中没有示出)，其可与该第二三相变压器142低压侧的第三滤波电路143构成LC滤波电路，以起滤波之用。将滤波电感设于变压器的高压侧，而将滤波电容设于变压器的低压侧，均有利于滤波电感和滤波电容的小型化，利于较小体积和降低成本。
如图5所示，此实施例中的第二三相桥式逆变电路140由六个IGBTS7～S12按照三相三桥臂的组合方式构成，每一IGBT并联有一续流二极管。
当接触网出现故障时，蓄电池24的直流电作为充电机18的直流输入，经第一三相桥式逆变电路180逆变而转换成三相交流电，并通过该第一三相变压器181的升压后送入辅助逆变器14，同时输出一路供电至紧急通风照明设备28处，以保证紧急通风照明设备28的运行。辅助逆变器14切断照明设备20、通风设备22等辅助设备的电力供应，并将由充电机18所输入的三相交流电经第二三相变压器142升压、再经第二三相桥式逆变电路140中的续流二极管的整流后，由辅助逆变器14输出得到电压高于蓄电池24输出电压的直流电，此直流电可加载于牵引逆变器12，以供牵引逆变器12驱动牵引电动机16，从而拖动电力机车慢速行驶。
综上所述，本发明所公开的电力机车供电***的充电机基于三相桥式逆变电路而构建而成，在无需增加额外设备的条件下，使其既可在接触网正常供电的情况下将辅助逆变器所输出的三相交流电整流转换成直流电，以对蓄电池进行充电，又可在接触网无法供电的情况下将蓄电池所输出的直流电逆变成三相交流电，并经辅助逆变器的升压整流后作为牵引逆变器的输入，以供牵引逆变器驱动牵引电动机而拖动电力机车慢速行驶，牵引电机机车通过故障接触网段或行使至车站进行维修。
以上所述仅为本发明的优选实施例，而非对本发明做任何形式上的限制。本领域的技术人员可在上述实施例的基础上施以各种等同的更改和改进，凡在权利要求范围内所做的等同变化或修饰，均应落入本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种电力机车供电***，其特征在于包括有：
一外部电源（10），用于将接触网的交流电降压整流而转换成的直流电；
一牵引逆变器（12），用于将由所述外部电源（10）输入的直流电转换成三相交流电，并输出至与之连接的牵引电动机（16）；
一辅助逆变器（14），用于将由所述外部电源（10）输入的直流电进行逆变、降压处理而转换成三相交流电，其包括有一第二三相桥式逆变电路（140），所述第二三相桥式逆变电路（140）的直流侧通过一第二滤波电路（141）而与所述外部电源（10）的输出端连接，而交流侧则与一第二三相变压器（142）的高压侧连接；
一充电机（18），其输入端连接于所述辅助逆变器（14）的输出端，将自所述辅助逆变器（14）输入的三相交流电降压、整流后而对蓄电池（24）进行充电，所述充电机（18）包括有一第一三相桥式逆变电路（180），所述第一三相桥式逆变电路（180）的交流侧与一第一三相变压器（181）的低压侧连接，直流侧与所述蓄电池（24）连接，所述第一三相变压器（181）的高压侧则耦合于所述第二三相变压器（142）的低压侧；
当接触网出现故障时，所述蓄电池（24）的直流电作为所述充电机（18）的直流输入，经所述第一三相桥式逆变电路（180）逆变而转换成三相交流电，并通过所述第一三相变压器（181）的升压后送入所述辅助逆变器（14），所述辅助逆变器（14）将所述充电机（18）所输入的三相交流电经升压、整流后得到电压高于所述蓄电池（24）输出电压的直流电，此直流电加载于所述牵引逆变器（12）以供所述牵引逆变器（12）驱动牵引电动机（16）而拖动电力机车慢速行驶。
2.如权利要求1所述的电力机车供电***，其特征在于：所述第一三相桥式逆变电路（180）由六个IGBT按照三相三桥臂的组合方式构成，每一IGBT并联有一续流二极管。
3.如权利要求1所述的电力机车供电***，其特征在于：所述第一三相桥式逆变电路（180）的直流侧连接有一第一滤波电路（182）。
4.如权利要求3所述的电力机车供电***，其特征在于：所述第一滤波电路（182）由一并联于所述第一三相桥式逆变电路（180）直流侧的电容（C1）和一并联于该电容（C1）的电阻（R1）构成。
5.如权利要求1所述的电力机车供电***，其特征在于：所述第二滤波电路（141）由一串联于所述第二三相桥式逆变电路（140）的直流侧正极端的电感（L1）、一并联于所述第二三相桥式逆变电路（140）的直流侧的电容（C2）及一并联于所述电容（C2）的电阻（R2）构成。
6.如权利要求5所述的电力机车供电***，其特征在于：所述第二三相变压器（142）的低压侧连接有至少一第三滤波电路（143）。
7.如权利要求6所述的电力机车供电***，其特征在于：所述第三滤波电路（143）由三个滤波电容构成，三个滤波电容三角形或星形连接，其三个端钮分别连接于所述第二三相变压器（142）低压侧的三相线。
8.如权利要求7所述的电力机车供电***，其特征在于：所述第二三相变压器（142）高压侧的三相线上各自集成有一串联的滤波电感。
9.如权利要求1所述的电力机车供电***，其特征在于：所述第二三相桥式逆变电路（140）由六个IGBT按照三相三桥臂的组合方式构成，每一IGBT并联有一续流二极管。
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