一種傳動系統主電路的制作方法
【專利摘要】本申請提出一種傳動系統主電路，該電路從電壓輸入端到動力輸出端依次包括：高壓電器單元、與所述高壓電器單元聯接的電容器充放電單元、與所述電容器充放電單元聯接的濾波單元、與所述濾波單元聯接的各變流器單元及與所述各變流器單元聯接的牽引電動機；其中，所述變流器單元數量大于1；所述電路還包括將所述變流器單元互相連接的串并聯模式切換開關，用于控制所述變流器單元的串并聯模式切換，以使所述變流器單元適用不同的供電電壓。采用本發明提出的傳動系統主電路，通過變流器單元的串并聯切換，使逆變模塊可以適用多種不同的供電電壓，靈活增大了逆變模塊對直流供電電源的適用范圍。
【專利說明】
一種傳動系統主電路
技術領域
[0001]本發明屬于列車牽引系統領域，尤其涉及一種傳動系統主電路。
【背景技術】
[0002]近年來，我國城市軌道交通發展迅猛，列車功能越來越完善，結構越來越復雜，自動化程度越來越高。隨著我國軌道交通不斷發展，列車運營里程不斷增加，各種不同的運行路段和運行環境對列車性能提出了越來越高的要求，尤其是對列車牽引系統的要求越來越尚O
[0003]現有列車牽引系統主要包括供電電源、中間直流回路和牽引逆變單元三部分。牽引逆變單元的組成包括車控、架控、軸控三種形式，在常見的架控和軸控的情況下，單個逆變模塊均并聯在中間直流回路上，逆變模塊所適用的電壓值固定為中間直流回路電壓，若中間直流回路電壓發生變化，由于逆變模塊適用電壓值單一，則必須更換與之匹配的逆變模塊，才能保證列車牽引系統正常工作。
【發明內容】
[0004]為了解決上述現有技術中逆變模塊只能適用一種固定供電電壓的局限性問題，本發明提出一種傳動系統主電路，其變流器單元的逆變模塊能夠適用不同的供電電壓，打破了傳統列車牽引系統逆變模塊只能適用一種固定供電電壓的局限性。
[0005]—種傳動系統主電路，從電壓輸入端到動力輸出端依次包括:高壓電器單元、與所述高壓電器單元聯接的電容器充放電單元、與所述電容器充放電單元聯接的濾波單元、與所述濾波單元聯接的各變流器單元及與所述各變流器單元聯接的牽引電動機;其中，所述變流器單元數量大于I;
[0006]所述電路還包括將所述變流器單元互相連接的串并聯模式切換開關，用于控制所述變流器單元的串并聯模式切換，以使所述變流器單元適應不同的供電電壓。
[0007]優選地，所述將所述變流器單元互相連接的串并聯模式切換開關，包括兩組轉換開關；
[0008]其中，所述轉換開關包括:第一端口、第二端口和一個開關執行機構；
[0009]所述開關執行機構可以交替接觸所述第一端口和所述第二端口；所述兩組轉換開關的第二端口互相連接，所述兩組轉換開關的第一端口之間及所述兩組轉換開關的開關執行機構之間互不相連；
[0010]其中一組轉換開關的開關執行機構和第一端口分別連接與所述串并聯模式切換開關連接的變流器單元的正極，另一組轉換開關的開關執行機構和第一端口分別連接與所述串并聯模式切換開關連接的變流器單元的負極。
[0011 ] 優選地，所述高壓電器單元包括:與供電電源及所述電容器充放電單元連接的高速斷路器及與供電電源及拖車供電線路連接的熔斷器及二極管串聯電路。
[0012]優選地，所述電容器充放電單元，包括:連接所述高壓電器單元與所述濾波單元的第一接觸器及與所述第一接觸器并聯的第二接觸器與充電電阻串聯電路。
[0013]優選地，所述濾波單元，包括:與所述電容器充放電單元連接的濾波電抗器及連接在電路正負極之間的直流回路支撐電容器。
[0014]優選地，所述變流器單元，包括:連接所述濾波單元及所述檢測單元的逆變器單
J L ο
[0015]優選地，所述電路還包括檢測單元，其中，所述檢測單元，包括:
[0016]多個電流傳感器，分別連接在所述電路的直流輸電線上及所述變流器單元與所述牽引電動機之間的三相交流輸電線上；
[0017]多個電壓傳感器，分別連接在所述電路的正極與負極之間。
[0018]優選地，所述牽引電動機為三相交流牽引電動機，用于將所述電路中的電能轉化為牽引動力輸出。
[0019]本發明提出的傳動系統主電路，從電流輸入端到動力輸出端依次包括:高壓電器單元、與所述高壓電器單元聯接的電容器充放電單元、與所述電容器充放電單元聯接的濾波單元、與所述濾波單元聯接的各變流器單元及與所述各變流器單元聯接的牽引電動機。所述變流器單元數量大于I，所述電路還包括將所述變流器單元互相連接的串并聯模式切換開關，用于控制所述變流器單元的串并聯模式切換，以使所述變流器單元適用不同的供電電壓，打破了傳統列車牽引系統逆變模塊只能適用一種固定供電電壓的局限性。
【附圖說明】
[0020]為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據提供的附圖獲得其他的附圖。
[0021]圖1是本發明實施例公開的一種傳動系統主電路的電路圖；
[0022]圖2是變流器單元與牽引電動機的組成形式示意圖；
[0023]圖3是本發明實施例公開的當列車牽引系統中有四個變流器單元時，變流器單元與串并聯模式切換開關之間的連接示意圖。
【具體實施方式】
[0024]下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。
[0025]本發明實施例公開了一種傳動系統主電路，參見圖1，該電路從電壓輸入端到動力輸出端依次包括:高壓電器單元101、與所述高壓電器單元101聯接的電容器充放電單元102、與所述電容器充放電單元102聯接的濾波單元103、與所述濾波單元聯接103的各變流器單元104及與所述各變流器單元104聯接的牽引電動機105;其中，所述變流器單元104數量大于I;
[0026]所述電路還包括將所述變流器單元104互相連接的串并聯模式切換開關106，用于控制所述變流器單元104的串并聯模式切換，以使所述變流器單元104適用不同的供電電壓。
[0027]具體的，如圖2所示，在現行列車牽引系統中，變流器單元104與牽引電動機105之間的組成包括車控、架控、和軸控三種形式:在車控形式中，只有一個變流器單元104控制四臺牽引電動機105;在架控形式中，有兩個變流器單元104控制四臺牽引電動機105，每個變流器單元104控制兩臺牽引電動機105;在軸控形式中，有四個變流器單元104控制四臺牽引電動機105，每個變流器單元104控制一臺牽引電動機1 5。本發明提出的傳動系統主電路中變流器單元104數量大于1，則變流器單元104與牽引電動機105可以按照架控或軸控形式組成。
[0028]如圖1所示，列車牽引系統主電路包括兩個變流器單元104，每個變流器單元104控制兩臺牽引電動機105，變流器單元104與牽引電動機105按照架控形式組成。單個變流器單元104的適用電壓值為Supply_DCl。具體的，將串并聯模式切換開關106打到I端，此時兩個變流器單元104并聯，由于單個變流器單元104的適用電壓值為Supply_DCl，因此兩個變流器單元104并聯可以適用Supply_DCl的供電電壓;將串并聯模式切換開關106打到2端，此時兩個變流器單元104串聯，由于單個變流器單元104的適用電壓值為Supply_DCl，兩個變流器單元104可以共同分擔2*Supply_DCl的電壓值，我們假設2*Supply_DCl = Supply_DC2因此兩個變流器單元104串聯可以適用Supply_DC2的供電電壓。由此可見，當列車牽引系統主電路中有兩個變流器單元104時，通過串并聯模式切換開關106控制兩個變流器單元104之間的串并聯切換，可以使列車牽引系統主電路適用Supply_DCl和Supply_DC2兩種不同的供電電壓。
[0029]還需說明的是，當列車牽引系統中有四個變流器單元104，即變流器單元104與牽引電動機105之間按照軸控形式組成時，本發明提出的傳動系統主電路依然可以適用不同的供電電壓。具體的，如圖3所示，變流器單元104與串并聯模式切換開關106之間按照圖示方法連接。為了更加簡潔明了地說明本發明方案，我們用QS1、QS2、QS3區分不同的串并聯模式切換開關106，用INVMK1、INVMK2、INVMK3、INVMK4區分不同的變流器單元104。同樣，單個變流器單元104的適用電壓值為Supply_DCl。將三個串并聯模式切換開關106(QS1、QS2、QS3)全部打到I端，此時四個變流器單元104(INVMKl、INVMK2、INVMK3、INVMK4)并聯，由于單個變流器單元104的適用電壓值為Supply_DCl，此時該牽引系統主電路可以適用Supply_DCl的供電電壓;將串并聯模式切換開關QSl和QS3打到2端，QS2打到I端，此時變流器單元INVMKl和INVMK2串聯，變流器單元INVMK3和INVMK4串聯，變流器單元INVMKl和INVMK2串聯模塊與變流器單元INVMK3和INVMK4串聯模塊并聯，由于單個變流器單元104的適用電壓值為Supply_DCl，因此變流器單元INVMKl和INVMK2串聯模塊分擔電壓2*Supply_DCl，變流器單元INVMK3和INVMK4串聯模塊分擔電壓2*Supply_DCl，我們假設2*Supply_DCl = Supply_DC2，此時該牽引系統主電路可以適用Supply_DC2的供電電壓;將三個串并聯模式切換開關106(031、032、033)全部打到2端，此時四個變流器單元104(1附]\0(1、1附]\?(2、1附]\0(3、INVMK4)串聯，由于單個變流器單元104的適用電壓值為Supply_DCl，此時該牽引系統主電路可以適用4* Supp I y_DC I的供電電壓，我們假設4*Supp I y_DC I = Supp I y_DC3。由此可見，當列車牽引系統主電路中有四個變流器單元104時，通過三個串并聯模式切換開關106控制四個變流器單元104之間的串并聯切換，可以使列車牽引系統主電路適用Supply_DCl、Supply_DC2和Supply_DC3三種不同的供電電壓。
[0030]可以理解的是，本發明只提供了能夠適用2種和適用3種供電電源的傳動系統主電路示例。在現有列車牽引系統主電路中，牽引系統主電路共驅動四臺牽引電動機105，變流器單元104(逆變模塊)數量大于I的情況只有架控和軸控兩種組成形式。當牽引系統主電路中存在更多個牽引電動機105和變流器單元104(逆變模塊)時，參照本發明提出的牽引系統主電路搭建方法，可以通過變流器單元104多級串聯、并聯，使傳動系統主電路適用多種供電電源。
[0031]本發明提出的傳動系統主電路，從電流輸入端到動力輸出端依次包括:高壓電器單元101、與所述高壓電器單元101聯接的電容器充放電單元102、與所述電容器充放電單元102聯接的濾波單元103、與所述濾波單元103聯接的各變流器單元104及與所述各變流器單元104聯接的牽引電動機105。所述變流器單元104數量大于I，所述電路還包括將所述變流器單元104互相連接的串并聯模式切換開關106，用于控制所述變流器單元104的串并聯模式切換，以使所述變流器單元104適用不同的供電電壓，打破了傳統列車牽引系統逆變模塊只能適用一種固定供電電壓的局限性。
[0032]可選的，在本發明的另一個實施例中，所述將所述變流器單元104互相連接的串并聯模式切換開關，參見圖1所示，包括兩組轉換開關；
[0033]其中，所述轉換開關包括:第一端口1、第二端口 2和一個開關執行機構K;
[0034]所述開關執行機構K可以交替接觸所述第一端口I和所述第二端口 2;所述兩組轉換開關的第二端口 2互相連接，所述兩組轉換開關的第一端口 I之間及所述兩組轉換開關的開關執行機構K之間互不相連；
[0035]其中一組轉換開關的開關執行機構K和第一端口I分別連接與所述串并聯模式切換開關連接的變流器單元104的正極，另一組轉換開關的開關執行機構K和第一端口 I分別連接與所述串并聯模式切換開關連接的變流器單元104的負極。
[0036]需要說明的是，當所述串并聯模式切換開關動作時，所述兩組轉換開關同時動作。具體的，兩組轉換開關應處于同一起始端，即在開關動作之前，兩組轉換開關的開關執行機構K同時連接各自的第一端口 I或第二端口2。當串并聯模式切換開關動作時，兩組轉換開關的開關執行機構K同時從起始端打到另一端。當串并聯模式切換開關打到2端，即兩組轉換開關的開關執行機構K同時打到第二端口 2時，與所述串并聯模式切換開關連接的變流器單元104串聯；當串并聯模式切換開關打到I端，即兩組轉換開關的開關執行機構K同時打到第一端口 I時，與所述串并聯模式切換開關連接的變流器單元104并聯。
[0037]可選的，在本發明的另一個實施例中，所述高壓電器單元101，參見圖1，包括:與供電電源及所述電容器充放電單元連接的高速斷路器1011及與供電電源及拖車供電線路連接的熔斷器1012及二極管1013串聯電路。
[0038]具體的，所述供電電源包括直流電源和交流電源。當供電電源為直流電源時，通過直流受電弓將所述交流電源引入電容器充放電單元；當供電電源為交流電源時，通過交流受電弓將交流電引入變壓器，通過變壓器將交流電壓轉換為適用于整流器的交流電壓，之后通過整流器將所述交流電轉換為直流電，引入電容器充放電單元。
[0039]所述高速斷路器1011(圖中1Q0U1Q02)用于主電路的故障保護及主電路跨車母線(Mcar)的保護。當主電路或與主電路跨車母線(Mcar)連接的另一車廂的主電路出現嚴重故障時，高速斷路器1011斷開，以實現主電路的故障保護。同時高速斷路器1011能對檢測出的過電流進行快速響應，即檢測電流是否過流，并根據電流情況(判斷是否超過保護閾值)進行斷開操作，以實現主電路短路瞬時保護。
[0040]所述熔斷器1012(圖中Fl、F2)及二極管1013串聯電路將供電電源引入拖車供電線路，滿足拖車用電需求。熔斷器1012(圖中F1、F2)用于對接入拖車供電線路的輔助電源及輔助母線進行保護，當輔助母線電流過大(超過熔斷器保護值)時，熔斷器燒毀。
[0041]可選的，在本發明的另一個實施例中，所述電容器充放電單元102，參見圖1所示，包括:連接所述高壓電器單元與所述濾波單元的第一接觸器KMl及與所述第一接觸器KMl并聯的第二接觸器KM2與充電電阻Rl串聯電路。
[0042]具體的，電容器充放電單元102主要用于主電路支撐電容器(Cll及C21)的充放電。當主電路接通后，第二接觸器KM2閉合，第一接觸器KMl斷開，電流流經充電電阻Rl后給支撐電容器Cll及C21進行緩慢充電，當支撐電容器充電至一定容量不易被強電流擊穿時，閉合第一接觸器KMl進行快速充電，之后斷開第二接觸器。當主電路高速斷路器斷開后，第二接觸器KM2閉合，然后第一接觸器KMl斷開，通過制動電阻(圖中IROl、1R02)放電。
[0043]可選的，在本發明的另一個實施例中，所述濾波單元103，參見圖1，包括:與所述電容器充放電單元連接的濾波電抗器LI及連接在電路正負極之間的直流回路支撐電容器Cll和 C21。
[0044]具體的，濾波電抗器LI及支撐電容器CU和C21，使主電路直流側電容(Cll和C21)電壓保持穩定并將電壓波動限制在允許范圍內，同時，吸收直流輸入端的諧波電壓，抑制逆變器對輸入電源網的干擾，在逆變器發生短路時抑制短路電流并滿足逆變器開關元件換相的要求。
[0045]可選的，在本發明的另一個實施例中，所述變流器單元104，參見圖1，包括:連接所述濾波單元及所述檢測單元的逆變器單元INVMK。
[0046]具體的，變流器單元104的主電路由采用絕緣柵雙極性晶體管(IGBT)元件構成的逆變器INVMK(圖中INVMK1、INVMK2)組成。逆變器INVMK將電路直流側的直流電轉換成交流電，驅動牽引電動機105。
[0047]需要說明的是，在安裝所述逆變器INVMK的逆變器箱內，還有逆變器控制裝置，SP控制單元(D⑶)。控制單元(D⑶)放置于逆變器箱內，從兩側輸入/輸出信號，D⑶與IGBT變流器之間通過屏蔽電纜傳輸觸發脈沖和反饋信號，實現對IGBT變流器的控制目的。DCU是電傳動系統核心控制部分，可以接收列車網絡或硬線連接指令信號，控制主電路中的主斷路器和各接觸器，輸出逆變器的控制脈沖，可以根據司機指令完成對列車牽引/制動特性控制和邏輯控制，實現對主電路中接觸器的通斷控制和逆變器啟停控制，計算列車所需的牽引/電制動力等。另外，控制單元DCU還具有故障診斷和記錄功能。
[0048]可選的，在本發明的另一個實施例中，所述電路還包括檢測單元，其中，所述檢測單元，參見圖1，包括:
[0049]多個電流傳感器LH，分別連接在所述電路的直流輸電線上及所述變流器單元104與所述牽引電動機105之間的三相交流輸電線上；
[0050]多個電壓傳感器VH，分別連接在所述電路的正極與負極之間。
[0051 ] 具體的，電流傳感器1^(參見圖1中1^1、1^2、1^13、1^14、1^23、1^24)，用于檢測的輸入差分電流、直流回路電流、電阻制動斬波電流、主逆變器輸出電流、輔助逆變器輸出電流;電壓傳感器(圖1中VH1、VH2)，用于檢測電網直流網壓、逆變器上的電容器電壓等。
[0052]可選的，在本發明的另一個實施例中，所述牽引電動機105為三相交流牽引電動機105，用于將所述電路中的電能轉化為牽引動力輸出。
[0053]對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業技術人員能夠實現或使用本發明。對這些實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本發明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。
【主權項】
1.一種傳動系統主電路，其特征在于，從電壓輸入端到動力輸出端依次包括:高壓電器單元、與所述高壓電器單元聯接的電容器充放電單元、與所述電容器充放電單元聯接的濾波單元、與所述濾波單元聯接的各變流器單元及與所述各變流器單元聯接的牽引電動機；其中，所述變流器單元數量大于I; 所述電路還包括將所述變流器單元互相連接的串并聯模式切換開關，用于控制所述變流器單元的串并聯模式切換，以使所述變流器單元適用不同的供電電壓。2.根據權利要求1所述的電路，其特征在于，所述將所述變流器單元互相連接的串并聯模式切換開關，包括兩組轉換開關； 其中，所述轉換開關包括:第一端口、第二端口和一個開關執行機構； 所述開關執行機構可以交替接觸所述第一端口和所述第二端口；所述兩組轉換開關的第二端口互相連接，所述兩組轉換開關的第一端口之間及所述兩組轉換開關的開關執行機構之間互不相連； 其中一組轉換開關的開關執行機構和第一端口分別連接與所述串并聯模式切換開關連接的變流器單元的正極，另一組轉換開關的開關執行機構和第一端口分別連接與所述串并聯模式切換開關連接的變流器單元的負極。3.根據權利要求1所述的電路，其特征在于，所述高壓電器單元包括:與供電電源及所述電容器充放電單元連接的高速斷路器及與供電電源及拖車供電線路連接的熔斷器及二極管串聯電路。4.根據權利要求1所述的電路，其特征在于，所述電容器充放電單元，包括:連接所述高壓電器單元與所述濾波單元的第一接觸器及與所述第一接觸器并聯的第二接觸器與充電電阻串聯電路。5.根據權利要求1所述的電路，其特征在于，所述濾波單元，包括:與所述電容器充放電單元連接的濾波電抗器及連接在電路正負極之間的直流回路支撐電容器。6.根據權利要求1所述的電路，其特征在于，所述變流器單元，包括:連接所述濾波單元及所述檢測單元的逆變器單元。7.根據權利要求1所述的電路，其特征在于，所述電路還包括檢測單元，其中，所述檢測單元，包括: 多個電流傳感器，分別連接在所述電路的直流輸電線上及所述變流器單元與所述牽引電動機之間的三相交流輸電線上； 多個電壓傳感器，分別連接在所述電路的正極與負極之間。8.根據權利要求1所述的電路，其特征在于，所述牽引電動機為三相交流牽引電動機，用于將所述電路中的電能轉化為牽引動力輸出。
【文檔編號】B60L15/32GK105966266SQ201610393083
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年6月6日
【發明人】陳文光, 應婷, 劉海濤, 何紅成, 張宇, 陳超錄, 劉勇, 徐立恩, 張志學, 解培金
【申請人】中車株洲電力機車研究所有限公司