CN103192726A - 一种交流传动内燃机车供电*** - Google Patents

一种交流传动内燃机车供电*** Download PDF

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Abstract

本发明实施例公开了一种交流传动内燃机车供电***，该***包括：主发电机、第一牵引供电单元、第二牵引供电单元、第一牵引电机组模块、第二牵引电机组模块、第一隔离变压器、第一交流直流变换器、辅助逆变单元、选择开关、辅助电机模块、充电机模块和励磁控制模块；该***通过中间回路供电，省去了辅助柴油发电机组，节省机车空间减轻重量，辅助电机采用相同的频率，便于平台化设计，可见本发明提供的交流传动内燃机车供电***的集成度高、重量轻、便于维护，以增强交流传动内燃机车的实用性。

Description

一种交流传动内燃机车供电***
技术领域
本发明涉及铁路机车领域，特别是涉及一种交流传动内燃机车供电***。
背景技术
内燃机车传动方式有三种：机械传动、液力传动和电传动。其中，机械传动一般运用在小功率的地方铁路和工控机车上；液力传动包括两种方式：机械换向液力传动和液力换向液力传动；电传动包括三种方式：直流传动、交直流传动、交直交传动，其中，交直交传动简称为交流传动，由于交流传动机车具有构造简单、可靠性高、效率高、使用灵活性强、动力及制动性能高等优点，在客运需要提速、货运需要提速、货运需要提高载重量的现实需求下，大功率交流传动内燃机车成为了我国铁路牵引货物列车的主要机型。
由于交流***主要决定机车的起动、制动和最高运行速率等性能，因此，交流***是大功率交流传动内燃机车的核心部件，目前，机车技术的发展集中反映在交流***上。交流***的发展目标是：小型、轻量、节能、环保、可靠、经济等。现有的交流传动内燃机采用的交流供电方案一般采用柴油发电机组、不可靠整流器、逆变器模块，这种内燃机车在整个***中采用主辅分离的方式进行供电，由于内燃机车内部空间的限制，主辅分离的方式会造成***集成更复杂、增加了部件安装及维护的人力物力的消耗、同时还会存在部件之间的通用性问题。现有的内燃机交流***无法满足结构紧凑、重量轻的要求。
基于上述技术问题，迫切需要提供一种新型交流传动内燃机车供电***为机车使得机车的集成度高、重量轻、便于维护，以增强交流传动内燃机车的实用性。
发明内容
为了解决上述技术问题，本申请实施例中提供了一种新型交流传动内燃机车供电***为机车使得机车的集成度高、重量轻、便于维护，以增强交流传动内燃机车的实用性。
本发明实施例公开了如下技术方案：
一种交流传动内燃机车供电***，包括：
主发电机、第一牵引供电单元、第二牵引供电单元、第一牵引电机组模块、第二牵引电机组模块、第一隔离变压器、第一交流直流变换器、辅助逆变单元、选择开关、辅助电机模块、充电机模块、励磁控制模块；
所述第一牵引供电单元和所述第二牵引供电单元的构造相同；所述第一牵引供电单元包括：线路接触器、整流模块、中间直流回路、三个牵引逆变模块、一个辅助逆变模块；其中，一个辅助逆变单元与三个牵引逆变单元共用中间直流回路；
所述第一牵引供电单元，用于根据逆变输出指令在牵引工况下将所述主发电机输出的直流电压逆变为电压和频率可调的三相交流电输出给所述第一牵引电机组模块；
所述第二牵引供电单元，用于根据逆变输出指令在牵引工况下将所述主发电机输出的直流电压逆变为电压和频率可调的三相交流电输出给所述第二牵引电机组模块；
所述第一牵引供电单元中的辅助逆变单元和所述第二牵引供电单元中的辅助逆变模块分别通过转换开关将直流电压逆变为电压和频率可调的三相交流电输出隔离变压器，所述第一隔离变压器用于将高压转换为低压输出给所述第一交流直流变换器；
所述交直流转换器用于将交流电压转换为直流电输出给所述辅助逆变单元；
所述辅助逆变单元，用于将接收的直流电逆变为交流电并通过所述切换开关为所述辅助电机模块、所述充电机和所述励磁控制单元供电；
所述充电机模块，用于将交流电转换为直流电为机车蓄电池充电；
所述励磁控制模块，用于根据主发电机的励磁电流控制所述中间直流回路的电压。
优选的，所述中间直流回路包括：
接地检测单元、中间电压检测单元和滤波电容；
所述接地检测单元是由两个电阻串联构成，所述电阻用于滤波电容残余电量的释放；
所述中间电压检测单元，用于检测中间直流回路电压，以便***维持中间直流回路电压的稳定；
所述滤波电容，用于对中间直流回路的高次谐波进行滤波处理和中间直流回路的储能。
优选的，所述辅助电机模块包括：空压机电机、主发风机电机、牵引通风机电机、冷却风扇电机、排尘风机、水泵电机，所述电机均采用相同的频率。
优选的，所述发电机组可根据机车功率等级选择采用单绕组或者双绕组。
优选的，还包括：制动电阻单元，用于消耗所述第一牵引供电单元或者所述第二牵引供电单元在制动工况下的制动能量。
优选的，在变频起动工况下机车蓄电池对中间直流回路进行充电，所述第一牵引供电单元或者所述第二牵引供电单元中的任意一个牵引逆变单元，用于对发电机进行供电，通过斩波单元给发电机进行励磁，以实现变频起动。
优选的，在制动工况下，所述第一牵引电机组模块和所述第二牵引电机组模块，用于将牵引电机输出的三相电通过牵引逆变单元转换成直流电，输出给辅助逆变模块或者消耗在制动电阻上。
优选的，还包括：直流交流变换器，用于将直流电压变换成生活用电；所述直流交流变换器与所述充电机模块直接耦合。
优选的，所述辅助逆变单元包括三个辅助逆变模块；所述选择开关，用于当所述三个辅助逆变模块中任意一个或者任意两个模块发生故障时，断开相应的故障模块的线路开关，以便剩余的两个或者一个模块为所述辅助电机进行恒定电压恒定频率供电。
优选的，所述第一牵引供电单元中的辅助逆变模块，用于根据逆变控制指令将所述中间直流回路输入的直流电逆变为变化的电压和频率，为所述交流直流变换器供电。
优选的，所述第二牵引供电单元中的辅助逆变模块，用于根据逆变控制指令将所述中间直流回路输入的直流电逆变为恒定的电压和频率，为所述交流直流变换器供电。
优选的，还包括：列车供电模块、第二隔离变压器和第二交流直流变换器，所述列车供电模块，用于将所述中间直流回路提供的直流电压逆变为电压和频率可调的三相交流电输出给第二隔离变压器；所述第二隔离变压器，用于将高压转换为低压并输出给第二交流直流变换器；所述第二交流直流变换器，用于将接收到的交流转换成直流输出给机车内的其他用电设备。
由上述实施例可以看出，本申请的一种交流传动内燃机车供电***，包括：主发电机、第一牵引供电单元、第二牵引供电单元、第一牵引电机组模块、第二牵引电机组模块、隔离变压器、交直流转换器、三个辅助逆变器、选择开关、冷却风扇模块、主发风机及变流器通风模块、牵引电机通风机模块、充电机、励磁控制器；通过中间回路供电，省去了辅助柴油发电机组，节省机车空间减轻重量，辅助电机采用相同频率，便于平台化设计，可见该***的集成度高、重量轻、便于维护，以增强交流传动内燃机车的实用性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例一揭示的一种交流传动内燃机车供电***的***结构图；
图2为本申请揭示的一种双绕组交流传动内燃机车供电***的电路图；
图3为本申请揭示的一种单绕组交流传动内燃机车供电***的电路图；
图4为本申请揭示的另一种交流传动内燃机车供电***的***结构图；
图5为图4所示的另一种交流传动内燃机车供电***的电路图；
图6为本申请实施例二揭示的另一种交流传动内燃机车供电***的***电路图；
图7为本申请实施例三揭示的另一种交流传动内燃机车供电***的***电路图；
图8为本申请揭示的另一种交流传动内燃机车供电***的***电路图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。
实施例一
请参阅图1，其为本申请实施例一揭示的一种交流传动内燃机车供电***的***结构图，该***包括：主发电机1、第一牵引供电单元2A、第二牵引供电单元2B、第一牵引电机组模块3A、第二牵引电机组模块3B、隔离变压器4、交直流转换器5、辅助逆变单元6、选择开关7、辅助电机模块8、充电机模块9、励磁控制器10。下面结合该***的工作原理进一步介绍其内部结构以及连接关系。
所述第一牵引供电单元2A和所述第二牵引供电单元2B的构造相同；所述第一牵引供电单元2A包括：线路接触器A1、整流模块A2、中间直流回路A3、三个牵引逆变模块(牵引逆变模块1～3)、一个辅助逆变模块(辅助逆变模块1)；其中，一个辅助逆变模块与三个牵引逆变模块共用中间直流回路；
所述第二牵引供电单元2B包括：线路接触器B1、整流模块B2、中间直流回路B3、三个牵引逆变模块(牵引逆变模块4～6)、一个辅助逆变模块(辅助逆变模块2)；其中，一个辅助逆变模块与三个牵引逆变模块共用中间直流回路；
所述第一牵引供电单元，用于根据逆变输出指令在牵引工况下将所述主发电机输出的直流电压逆变为电压和频率可调的三相交流电输出给所述第一牵引电机组模块3A；
所述第二牵引供电单元，用于根据逆变输出指令在牵引工况下将所述主发电机输出的直流电压逆变为电压和频率可调的三相交流电输出给所述第二牵引电机组模块3B；
所述第一牵引供电单元中的辅助逆变单元和第二牵引供电单元中的辅助逆变模块分别通过转换开关(KM1和KM2)与隔离变压器4相连，所述第一隔离变压器4用于将高压转换为低压输出给所述第一交流直流变换器5；
所述交直流转换器5用于将交流电压转换为直流电输出给所述辅助逆变单元(辅助逆变模块3～5)；
所述辅助逆变单元，用于将接收的直流电逆变为交流电并通过所述切换开关为所述辅助电机模块8、所述充电机9和所述励磁控制模块10供电；
所述充电机模块9，用于将交流电转换为直流电为机车蓄电池充电；
所述励磁控制模块10，用于根据主发电机的励磁电流控制所述中间直流回路的电压。
所述***中的牵引逆变模块1～6的构造相同，辅助逆变模块1～5的构造相同。
优选的，所述中间直流回路包括：接地检测单元、中间电压检测单元和滤波电容；所述接地检测单元是由两个电阻串联构成，所述电阻用于滤波电容残余电量的释放；所述中间电压检测单元，用于检测中间直流回路电压，以便***维持中间直流回路电压的稳定；所述滤波电容，用于对中间直流回路的高次谐波进行滤波处理和中间直流回路的储能。
优选的，所述辅助电机模块包括：空压机电机、主发风机电机、牵引通风机电机、冷却风扇电机、排尘风机、水泵电机，所述电机均采用相同的频率。
优选的，所述冷却风扇电机采用交流风机。
当然为了满足机车的需求，辅助电机的类型是多种多样的，则所述辅助电机模块根据机车的现实需求还可以包括其他电机，相应地通过辅助逆变模块给辅助电机供电。
不同的机车所需功率大小不同，为了满足不同机车的供电需求，优选的，所述发电机组可根据机车功率等级选择采用单绕组或者双绕组。
当采用双绕组时，请参阅图2所示的一种双绕组交流传动内燃机车供电***的电路图；
当采用单绕组时，请参阅图3所示的一种单绕组交流传动内燃机车供电***的电路图；
优选的，在起动工况下机车蓄电池对中间直流回路进行充电，所述第一牵引供电单元或者所述第二牵引供电单元中的任意一个牵引逆变单元，用于对发电机进行供电，通过斩波单元对发电机进行励磁，以实现变频起动。具体请参阅图2所示的供电***电路图，其中，以第二牵引供电单元中的牵引逆变单元4为例，该牵引逆变单元具有双重功能，通过控制信令切换CTS转换开关，实现机车牵引和机车起动两个功能之间的功能转换。当然，在图2只是给出了以牵引逆变单元4为例的供电***电路图，还可以是，所述第一牵引供电单元或者所述第二牵引供电单元中的任意一个牵引逆变单元，即可以是牵引逆变模块1～6中的任意一个模块，通过控制信令切换CTS转换开关，实现机车牵引和机车起动两个功能之间的功能转换。在此对***中的哪一个牵引逆变单元不做具体限定。
以牵引逆变模块4为例进行说明，在牵引工况下，牵引逆变模块4为与其相连的牵引电机供电，维持机车牵引功能。在起动工况下，可实现机车的变频起动，具体过程是：通过控制信令闭合机车蓄电池开关BJ+、BJ-，给中间直流回路进行充电，通过牵引逆变模块4所属的辅助逆变模块对发电机进行供电，通过自身的斩波单元对发电机进行励磁，实现变频起动。
优选的，在制动工况下，所述第一牵引电机组模块和所述第二牵引电机组模块，用于将牵引电机输出的三相电通过牵引逆变模块转换成直流电，输出给辅助逆变模块或者消耗在制动电阻上。如图2中所示的第一牵引电机组输出三相电给牵引逆变模块1～3，第二牵引电机组输出三相电给牵引逆变模块4～6，牵引逆变模块将直流电分别消耗在制动电阻BR1和BR2上。或者将直流电输出给辅助逆变模块1和辅助逆变模块2。
如图2的电路图所示，当在制动工况下时，所述第一牵引电机组模块3A和所述第二牵引电机组模块3B，用于将牵引电机TM1～TM6输出的三相电输出给各自对应的牵引逆变模块，图中所示TM1对应牵引逆变模块1、TM2对应牵引逆变模块2、TM3对应牵引逆变模块3、TM4对应牵引逆变模块4、TM5对应牵引逆变模块5、TM6对应牵引逆变模块6，通过牵引逆变模块转换成直流电，输出给辅助逆变模块或者消耗在制动电阻上。
优选的，所述第一牵引供电单元中的辅助逆变模块，用于根据逆变控制指令将所述中间直流回路输入的直流电逆变为变化的电压和频率，为所述交流直流变换器供电。
优选的，所述第二牵引供电单元中的辅助逆变模块，用于根据逆变控制指令将所述中间直流回路输入的直流电逆变为恒定的电压和频率，为所述交流直流变换器供电。
所述辅助逆变单元包括三个辅助逆变模块；则所述选择开关7，用于当所述辅助逆变模块(辅助逆变模块6A～6B)中任意一个或者任意两个模块发生故障时，断开相应的故障模块的线路开关，以便剩余的两个或者一个模块为所述辅助电机进行恒定电压恒定频率供电。在正常工作状态下，如图2所示的，选择开关7中的KM3、KM5、KM7处于闭合状态，KM4、KM6处于断开状态；当其中任意一个或者两个模块发生故障时，断开相应故障的线路开关，闭合KM4、KM6，此时所有负载由一个或者两个辅助逆变模块提供恒定压力恒定频率的电源集中供电。
当机车上还有生活用电需求是，上述***还包括：直流交流变换器12，用于将直流电压变换成生活用电，给空调等其他电器供电；所述直流交流变换器与所述充电机模块直接耦合。具体如图4所示的另一种交流传动内燃机车供电***的***图；该***包括：主发电机1、第一牵引供电单元2A、第二牵引供电单元2B、第一牵引电机组模块3A、第二牵引电机组模块3B、隔离变压器4、交直流转换器5、三个辅助逆变模块6A～6C、选择开关7、辅助电机模块8、充电机模块9、励磁控制模块10、直流交流变换器12。图4所示供电***的具体电路图如图5的另一种交流传动内燃机车供电***电路图所示。
为了使得励磁控制响应速度更快，使得整个供电***的性能更优异，本发明实施二还提供了另外一种交流传动内燃机车供电***，具体如图6的结构图所示，所述主发电机输出绕组通过变压器与励磁控制模块的输入直接耦合；变压器将主发电机输出的三相交流电变换成励磁***所需的电压，进行励磁***的自励磁控制。除了励磁控制模块与其他模块直接的连接关系发生变换之外，其他模块之间的相互关系保持不变，具体连接关系及作用已在上述实施例一中详细描述，在此不再赘述。
为了实现货运机车和客运机车之间的变换，本发明实施例三还提供了另外一种交流传动内燃机车供电***，当列车发生故障时，列车的供电需求仍旧能够得到满足，具体如图7的结构图所示，所述***在实施一提供的供电***的基础上增加了列车供电模块13、第二隔离变压器14和第二交流直流变换器15，所述列车供电模块，用于将所述中间直流回路提供的直流电压逆变为电压和频率可调的三相交流电输出给第二隔离变压器；所述第二隔离变压器，用于将高压转换为低压并输出给第二交流直流变换器；所述第二交流直流变换器，用于将接收到的交流转换成直流输出给机车内的其他用电设备。除了增加这三个模块之外，其他模块之间的相互关系保持不变，具体连接关系及作用已在上述实施例一中详细描述，在此不再赘述。
上述***还可通过改变第一牵引供电单元和第二牵引供电单元中的牵引逆变单元的数量，实现四轴控制方式与六轴控制方式两种方式之间的变换，具体将如图7所示的原供电***中的牵引逆变单元3和牵引逆变单元6去除，使得第一牵引供电单元和第二牵引供电单元中都只有两个牵引逆变模块分别给对应的牵引电机组供电，即可实现六轴到四轴的转换，实现机车的四轴控制。具体请参阅图8，其为本申请揭示的另一种交流传动内燃机车供电***电路图。
上述三个实施例中给出的供电***可实现不同的功能，在实际应用中可以根据实际功能需求添加或者删除相应的模块，进行自由组合实现相应的功能。
通过上述实施例可以看出，本申请提供的一种交流传动内燃机车供电***，采用中间回路给交流***供电，使得主辅电路集成度高，省去了辅助柴油发电机组，节省了机车空间减轻了机车重量，采用相同额定频率的辅助电机，使得供电***集成度更好，便于平台设计，模块化设计易于维护，模块的兼容性高通用性强，因此，该供电***使得机车的集成度高、重量轻、便于维护，以增强交流传动内燃机车的实用性。
本说明书中的各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例中的说明的都是与其他实施例的不同之处。以上描述的***实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元或者模块，可以是或者也可以不是物理上分开的。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例中技术方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
以上对本发明所提供的一种交流传动内燃机车供电***进行了详细介绍，本文中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (12)

1.一种交流传动内燃机车供电***，其特征在于，包括：
主发电机、第一牵引供电单元、第二牵引供电单元、第一牵引电机组模块、第二牵引电机组模块、第一隔离变压器、第一交流直流变换器、辅助逆变单元、选择开关、辅助电机模块、充电机模块、励磁控制模块；
所述第一牵引供电单元和所述第二牵引供电单元的构造相同；所述第一牵引供电单元包括：线路接触器、整流模块、中间直流回路、三个牵引逆变模块、一个辅助逆变模块；其中，一个辅助逆变单元与三个牵引逆变单元共用中间直流回路；
所述第一牵引供电单元，用于根据逆变输出指令在牵引工况下将所述主发电机输出的直流电压逆变为电压和频率可调的三相交流电输出给所述第一牵引电机组模块；
所述第二牵引供电单元，用于根据逆变输出指令在牵引工况下将所述主发电机输出的直流电压逆变为电压和频率可调的三相交流电输出给所述第二牵引电机组模块；
所述第一牵引供电单元中的辅助逆变单元和所述第二牵引供电单元中的辅助逆变模块分别通过转换开关将直流电压逆变为电压和频率可调的三相交流电输出隔离变压器，所述第一隔离变压器用于将高压转换为低压输出给所述第一交流直流变换器；
所述交直流转换器用于将交流电压转换为直流电输出给所述辅助逆变单元；
所述辅助逆变单元，用于将接收的直流电逆变为交流电并通过所述切换开关为所述辅助电机模块、所述充电机和所述励磁控制单元供电；
所述充电机模块，用于将交流电转换为直流电为机车蓄电池充电；
所述励磁控制模块，用于根据主发电机的励磁电流控制所述中间直流回路的电压。
2.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述中间直流回路包括：
接地检测单元、中间电压检测单元和滤波电容；
所述接地检测单元是由两个电阻串联构成，所述电阻用于滤波电容残余电量的释放；
所述中间电压检测单元，用于检测中间直流回路电压，以便***维持中间直流回路电压的稳定；
所述滤波电容，用于对中间直流回路的高次谐波进行滤波处理和中间直流回路的储能。
3.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述辅助电机模块包括：空压机电机、主发风机电机、牵引通风机电机、冷却风扇电机、排尘风机、水泵电机，所述电机均采用相同的频率。
4.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述发电机组可根据机车功率等级选择采用单绕组或者双绕组。
5.根据权利要求1所述的***，其特征在于，还包括：制动电阻单元，用于消耗所述第一牵引供电单元或者所述第二牵引供电单元在制动工况下的制动能量。
6.根据权利要求1所述的***，其特征在于，在变频起动工况下机车蓄电池对中间直流回路进行充电，所述第一牵引供电单元或者所述第二牵引供电单元中的任意一个牵引逆变单元，用于对发电机进行供电，通过斩波单元给发电机进行励磁，以实现变频起动。
7.根据权利要求1所述的***，其特征在于，在制动工况下，所述第一牵引电机组模块和所述第二牵引电机组模块，用于将牵引电机输出的三相电通过牵引逆变单元转换成直流电，输出给辅助逆变模块或者消耗在制动电阻上。
8.根据权利要求1所述的***，其特征在于，还包括：直流交流变换器，用于将直流电压变换成生活用电；所述直流交流变换器与所述充电机模块直接耦合。
9.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述辅助逆变单元包括三个辅助逆变模块；所述选择开关，用于当所述三个辅助逆变模块中任意一个或者任意两个模块发生故障时，断开相应的故障模块的线路开关，以便剩余的两个或者一个模块为所述辅助电机进行恒定电压恒定频率供电。
10.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述第一牵引供电单元中的辅助逆变模块，用于根据逆变控制指令将所述中间直流回路输入的直流电逆变为变化的电压和频率，为所述交流直流变换器供电。
11.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述第二牵引供电单元中的辅助逆变模块，用于根据逆变控制指令将所述中间直流回路输入的直流电逆变为恒定的电压和频率，为所述交流直流变换器供电。
12.根据权利要求1所述的***，其特征在于，还包括：
列车供电模块、第二隔离变压器和第二交流直流变换器，所述列车供电模块，用于将所述中间直流回路提供的直流电压逆变为电压和频率可调的三相交流电输出给第二隔离变压器；所述第二隔离变压器，用于将高压转换为低压并输出给第二交流直流变换器；所述第二交流直流变换器，用于将接收到的交流转换成直流输出给机车内的其他用电设备。
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