CN108556642A - 永磁牵引***及轨道车辆 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种永磁牵引***及轨道车辆。本发明提供的永磁牵引***包括：依次电连接的直流电网、牵引变流器和永磁牵引电机，以及超级电容储能***；其中，所述超级电容储能***的第一端连接在所述直流电网和所述牵引变流器之间；所述超级电容储能***的第二端连接在所述永磁牵引电机和所述牵引变流器之间；所述超级电容储能***，用于在轨道车辆惰性时，吸收所述永磁牵引电机产生的反电动势，或，在轨道车辆制动时，吸收所述永磁牵引电机产生的制动能量。本发明实施例车辆惰性时，减少永磁牵引电机产生的反电动势对牵引变流器的影响；同时，可以实现能源的节约。
Description
技术领域
本发明涉及轨道车辆牵引技术领域，尤其涉及一种永磁牵引***及轨道车辆。
背景技术
随着轨道交通技术的发展，永磁牵引***应运而生。永磁牵引***以其牵引电机体积小，电能利用率高等优点已被广泛推广使用。
永磁牵引***由永磁牵引电机和牵引变流器两大部分组成，永磁牵引电机，具有高效率、高功率密度、大启动转矩以及宽调速范围的优点。反电势作为永磁同步电机的重要参数之一，其大小将影响到电机以致整个永磁牵引***的运行性能。
车辆惰性时如果反电势较大，容易损坏牵引变流器中逆变器器件，而且如果电机重新投入运行较为困难，因此如何减少车辆惰性时反电动势的影响，是本领域技术人员亟需解决的技术问题。
发明内容
本发明提供一种永磁牵引***及轨道车辆，以减少车辆惰性时反电动势的影响。
第一方面，本发明提供一种永磁牵引***，包括：
依次电连接的直流电网、牵引变流器和永磁牵引电机，以及超级电容储能***；
其中，所述超级电容储能***的第一端连接在所述直流电网和所述牵引变流器之间；
所述超级电容储能***的第二端连接在所述永磁牵引电机和所述牵引变流器之间；
所述超级电容储能***，用于在轨道车辆惰性时，吸收所述永磁牵引电机产生的反电动势，或，在轨道车辆制动时，吸收所述永磁牵引电机产生的制动能量。
可选的，所述超级电容储能***，包括：
超级电容和控制装置；
其中，所述超级电容的第一端连接在所述直流电网和所述牵引变流器之间；
所述超级电容的第二端连接在所述永磁牵引电机和所述牵引变流器之间；
所述控制装置与所述超级电容通过第一通信接口连接。
可选的，所述超级电容储能***，还包括：
直流变换电路；
其中，所述直流变换电路连接在所述超级电容的第一端与所述直流电网之间。
可选的，所述超级电容储能***，还包括：
交直变换电路：
其中，所述交直变换电路连接在所述超级电容的第二端与所述永磁牵引电机之间。
可选的，所述牵引变流器，包括：牵引逆变器；
所述牵引逆变器，用于将所述直流电网输出的直流电逆变为驱动电流，并将所述驱动电流输出给所述永磁牵引电机。
可选的，作为一种可实施的方式，所述控制装置与所述牵引逆变器通过第二通信接口连接。
可选的，所述直流变换电路，包括：
升压电路；
其中，所述升压电路连接在所述超级电容的第一端与所述直流电网之间。
可选的，所述牵引变流器，还包括滤波电路；
其中，所述滤波电路的一端连接至所述直流电网，所述滤波电路的一端连接至所述牵引逆变器，所述滤波电路用于将所述直流电网输出的直流电，经过滤波处理后输出给所述牵引逆变器。
可选的，所述牵引逆变器，包括：多个相互并联的逆变单元，每一个所述逆变单元连接一个所述永磁牵引电机。
第二方面，本发明提供一种轨道车辆，包括：
车体和如第一方面中任一项所述的永磁牵引***，所述永磁牵引***安装在所述车体内，用于对轨道车辆进行牵引。
本发明提供的永磁牵引***及轨道车辆，包括：依次电连接的直流电网、牵引变流器和永磁牵引电机，以及超级电容储能***；其中，所述超级电容储能***的第一端连接在所述直流电网和所述牵引变流器之间；所述超级电容储能***的第二端连接在所述永磁牵引电机和所述牵引变流器之间；所述超级电容储能***，用于在轨道车辆惰性时，吸收所述永磁牵引电机产生的反电动势，或，在轨道车辆制动时，吸收所述永磁牵引电机产生的制动能量，车辆惰性时，减少永磁牵引电机产生的反电动势对牵引变流器的影响；同时，最大限度实现能量的再利用，实现能源节约化。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。
图1是现有的永磁牵引***的结构示意图；
图2是本发明提供的永磁牵引***一实施例的结构示意图；
图3是本发明提供的永磁牵引***另一实施例的结构示意图。
附图标记说明：
1、直流电网；
2、牵引变流器；
21、牵引逆变器；
22、滤波电路；
3、永磁牵引电机；
4、超级电容储能***；
41、超级电容；
42、控制装置；
43、直流变换电路；
44、交直变换电路。
通过上述附图，已示出本公开明确的实施例，后文中将有更详细的描述。这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本公开构思的范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本公开的概念。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的设备的例子。
本发明的说明书和权利要求书及所述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、***、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
首先对本发明所涉及的名词进行解释：
超级电容，不同于传统的化学电源，是一种介于传统电容器与电池之间、具有特殊性能的电源，主要依靠双电层和氧化还原假电容电荷储存电能。但在其储能的过程并不发生化学反应，这种储能过程是可逆的，也正因为此超级电容器可以反复充放电数十万次。其基本原理和其它种类的双电层电容器一样，都是利用活性炭多孔电极和电解质组成的双电层结构获得超大的容量。
永磁牵引***，是第三代轨道交通牵引技术。永磁牵引***具有高效率、高功率密度的显著优势。
永磁牵引***是轨道车辆的动力***，由牵引变流器和永磁牵引电机两大部分组成，牵引变流器用于驱动永磁牵引电机，以使所述永磁牵引电机对轨道车辆进行牵引。
反电势作为永磁牵引电机的重要参数之一，其大小将影响到电机以致整个永磁牵引电机的运行性能。
首先，轨道车辆惰行时如果反电势较大，且牵引逆变器直流侧不能完全吸收再生能量导致直流侧过电压，电压的值大于牵引逆变器中绝缘栅双极型晶体管(InsulatedGate Bipolar Transistor，简称IGBT)的耐压值，那么IGBT有可能被烧毁。
其次，如果电机反电势大于直流侧电压，那么电流经牵引逆变器的反并联二极管导通，将产生再生制动，这也是实际情况中所不允许的。
再次，电机若需要重新投入运行，则较高的反电势会为重新投入带来困难。
最后，如果牵引逆变器发生故障，比如相与相之间短路，则车辆惰行时的反电势会扩大故障对整个牵引***的影响。
相关技术中的永磁牵引***。车辆惰行时，为减少反电势过高造成的影响，要么采取弱磁来降低牵引电机本体的反电势，要么在牵引逆变器与牵引电机之间加入接触器。图1是现有的永磁牵引***的结构示意图。如图1所示，车辆高速惰性时，接触器关闭，待车辆车速降低后，车辆需牵引时再打开接触器；车辆制动时，制动能量由牵引电机产生并反馈至直流电网侧，由制动电阻吸收。
上述方案中，车辆高速惰行时若投入接触器，在接触器闭合时的带速重投也是较大问题；另外反电势对电机的性能影响较大，太大或太小都会对电机产生影响，采取弱磁来降低牵引电机本体的反电势，对于电机设计也有较大的困难。
另外，车辆惰性时的永磁牵引电机作为发电机，其能量并没有充分利用。
因此，本发明实施例的永磁牵引***，通过加入超级电容储能***，减少车辆惰性时反电动势的影响，同时也实现了能源节约化，能源节约化也是城市轨道交通发展的必然趋势。
下面以具体的实施例对本发明的技术方案进行详细说明。下面这几个实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。
图2是本发明提供的永磁牵引***一实施例的结构示意图。如图2所示，本实施例提供的永磁牵引***，包括：
依次电连接的直流电网1、牵引变流器2和永磁牵引电机3，以及超级电容储能***4；
其中，所述超级电容储能***4的第一端连接在所述直流电网1和所述牵引变流器2之间；
所述超级电容储能***4的第二端连接在所述永磁牵引电机3和所述牵引变流器2之间；
所述超级电容储能***4，用于在轨道车辆惰性时，吸收所述永磁牵引电机3产生的反电动势，或，在轨道车辆制动时，吸收所述永磁牵引电机3产生的制动能量。
具体的，为了吸收电机反电动势，减少对牵引变流器的影响，本发明实施例中在牵引变流器与永磁牵引电机之间增加超级电容储能***。
当轨道车辆惰性时，此时永磁牵引电机为发电机状态，永磁牵引电机产生的反电动势由超级电容储能***吸收，所储存的能量可用于车辆辅助***或车辆牵引时应用，可以减少对牵引变流器的影响。
当轨道车辆制动时，也可将永磁牵引电机产生的制动能量由超级电容储能***吸收，所储存的能量可用于车辆辅助***或车辆牵引时应用。
本发明实施例所提出的车辆惰性时永磁牵引电机反电动势能量回收方式，利用超级电容储能大、功率密度大、充放电快等优点，使车辆惰行时，采用此种方式储存反电动势能量，既可降低惰性时反电动势产生的影响；又可以实现能源的节约。
本实施例的永磁牵引***，包括依次电连接的直流电网、牵引变流器和永磁牵引电机，以及超级电容储能***；其中，所述超级电容储能***的第一端连接在所述直流电网和所述牵引变流器之间；所述超级电容储能***的第二端连接在所述永磁牵引电机和所述牵引变流器之间；所述超级电容储能***，用于在轨道车辆惰性时，吸收所述永磁牵引电机产生的反电动势，或，在轨道车辆制动时，吸收所述永磁牵引电机产生的制动能量，车辆惰性时，减少永磁牵引电机产生的反电动势对牵引变流器的影响；同时，最大限度实现能量的再利用，实现能源节约化。
在上述实施例的基础上，可选的，如图3所示，所述超级电容储能***4，包括：
超级电容41和控制装置42；
其中，所述超级电容41的第一端连接在所述直流电网1和所述牵引变流器2之间；
所述超级电容41的第二端连接在所述永磁牵引电机3和所述牵引变流器2之间；
所述控制装置42与所述超级电容41通过第一通信接口连接。
具体的，控制装置可以对超级电容发送控制信号，控制何时进行充放电。
可选的超级电容两端还可以连接滤波电路。滤波电路可以采用三相全桥整流器。
在上述实施例的基础上，可选的，如图3所示，所述超级电容储能***4，还包括：
直流变换电路43；
其中，所述直流变换电路43连接在所述超级电容41的第一端与所述直流电网1之间。
通过直流变换电路可以把超级电容输出的电流转换成稳定的电流输出，用于车辆辅助***或车辆牵引时应用。
其中，直流变换电路43可以包括：升压电路；
其中，所述升压电路连接在所述超级电容41的第一端与所述直流电网1之间。
具体地，升压电路的具体电路结构可以根据实际需要设定。
本实施例中，通过设置升压电路，可是超级电容输出的电流的电压值升高，使超级电容输出的电流满足实际应用的需要。
可选的，所述超级电容储能***4，还包括：
交直变换电路44：
其中，所述交直变换电路44连接在所述超级电容41的第二端与所述永磁牵引电机3之间。
在上述实施例的基础上，可选的，如图3所示，所述牵引变流器2，包括：牵引逆变器21；
所述牵引逆变器21，用于将所述直流电网输出的直流电逆变为驱动电流，并将所述驱动电流输出给所述永磁牵引电机3。
在上述实施例的基础上，可选的，如图3所示，所述控制装置42与所述牵引逆变器21通过第二通信接口连接。
超级电容储能***可以通过控制装置接收牵引逆变器的控制信号，如控制何时进行充放电等。
可选的，所述牵引逆变器，包括：多个相互并联的逆变单元，每一个所述逆变单元连接一个所述永磁牵引电机。
其中，在实际应用中，所述逆变单元包括功率开关管，所述功率开关管由绝缘栅双极晶体管和二极管反并联连接组成。
在上述实施例的基础上，进一步地，超级电容还与上述轨道车辆的辅助***相连，超级电容，还用于给上述轨道车辆的辅助***供电。
本实施例提供的轨道车辆，通过将超级电容与轨道车辆的辅助***相连，这样，还可以通过超级电容给轨道车辆的辅助***供电。
在上述实施例的基础上，可选的，如图3所示，所述牵引变流器2，还包括滤波电路22；
其中，所述滤波电路22的一端连接至所述直流电网1，所述滤波电路22的另一端连接至所述牵引逆变器21，所述滤波电路22用于将所述直流电网输出的直流电，经过滤波处理后输出给所述牵引逆变器。
其中，滤波电路22还可以包括EMC滤波电路。
当牵引逆变器21接收到滤波电路22对其提供的直流电压时，牵引逆变器21将其转变为驱动电流，以驱动与其连接的永磁牵引电机3转动，从而使永磁牵引电机3对轨道车辆进行牵引。而当轨道车辆进行刹车、临时停车等制动状态时，则永磁牵引电机3停止对轨道车辆的牵引，此时电动机上的反电动势可以通过超级电容储能***吸收，保证了轨道车辆在整个运行过程中稳定性的同时，提高了能源的利用率。
需要说明的是，本发明实施例中的牵引变流器电路还可以有多种不同的结构形式，本发明实施例对其并不限定。
本发明实施例还提供一种轨道车辆，包括：车体和如图2、图3所示任一实施例所述的永磁牵引***，所述永磁牵引***安装在所述车体内，用于对轨道车辆进行牵引。
本实施例的轨道车辆中的超级电容储能***，用于在轨道车辆惰性时，吸收所述永磁牵引电机产生的反电动势，或，在轨道车辆制动时，吸收所述永磁牵引电机产生的制动能量，车辆惰性时，减少永磁牵引电机产生的反电动势对牵引变流器的影响；同时，最大限度实现能量的再利用，实现能源节约化。
本实施例的轨道车辆与上述实施例的实现原理和技术效果类似，此处不再赘述。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其它实施方案。本发明旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由下面的权利要求书指出。
应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求书来限制。
Claims (10)
1.一种永磁牵引***，其特征在于，包括：
依次电连接的直流电网、牵引变流器和永磁牵引电机，以及超级电容储能***；
其中，所述超级电容储能***的第一端连接在所述直流电网和所述牵引变流器之间；
所述超级电容储能***的第二端连接在所述永磁牵引电机和所述牵引变流器之间；
所述超级电容储能***，用于在轨道车辆惰性时，吸收所述永磁牵引电机产生的反电动势，或，在轨道车辆制动时，吸收所述永磁牵引电机产生的制动能量。
2.根据权利要求1所述的永磁牵引***，其特征在于，所述超级电容储能***，包括：
超级电容和控制装置；
其中，所述超级电容的第一端连接在所述直流电网和所述牵引变流器之间；
所述超级电容的第二端连接在所述永磁牵引电机和所述牵引变流器之间；
所述控制装置与所述超级电容通过第一通信接口连接。
3.根据权利要求2所述的永磁牵引***，其特征在于，所述超级电容储能***，还包括：
直流变换电路；
其中，所述直流变换电路连接在所述超级电容的第一端与所述直流电网之间。
4.根据权利要求3所述的永磁牵引***，其特征在于，所述超级电容储能***，还包括：
交直变换电路：
其中，所述交直变换电路连接在所述超级电容的第二端与所述永磁牵引电机之间。
5.根据权利要求2-4任一项所述的永磁牵引***，其特征在于，所述牵引变流器，包括：牵引逆变器；
所述牵引逆变器，用于将所述直流电网输出的直流电逆变为驱动电流，并将所述驱动电流输出给所述永磁牵引电机。
6.根据权利要求5所述的永磁牵引***，其特征在于，所述控制装置与所述牵引逆变器通过第二通信接口连接。
7.根据权利要求3或4所述的永磁牵引***，其特征在于，所述直流变换电路，包括：
升压电路；
其中，所述升压电路连接在所述超级电容的第一端与所述直流电网之间。
8.根据权利要求5所述的永磁牵引***，其特征在于，所述牵引变流器，还包括：滤波电路；
其中，所述滤波电路的一端连接至所述直流电网，所述滤波电路的一端连接至所述牵引逆变器，所述滤波电路用于将所述直流电网输出的直流电，经过滤波处理后输出给所述牵引逆变器。
9.根据权利要求5所述的永磁牵引***，其特征在于，所述牵引逆变器，包括：多个相互并联的逆变单元，每一个所述逆变单元连接一个所述永磁牵引电机。
10.一种轨道车辆，其特征在于，包括：
车体和如权利要求1至9任一项所述的永磁牵引***，所述永磁牵引***安装在所述车体内，用于对轨道车辆进行牵引。
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