一種基于全功率器件的多流制牽引傳動(dòng)系統(tǒng)及方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于全功率器件的多流制牽引傳動(dòng)系統(tǒng)及方法，利用電力機(jī)車(chē)內(nèi)全功率器件與牽引供電網(wǎng)相連，所述全功率器件依次包括輸入級(jí)、中間隔離級(jí)、輸出級(jí)。所述全功率器件的多流制牽引傳動(dòng)系統(tǒng)可用在交流供電制式和直流供電制式。所述輸入級(jí)由n級(jí)H橋型功率變換模塊串聯(lián)級(jí)聯(lián)；中間隔離級(jí)由n級(jí)輸入繞組，m級(jí)輸出繞組的中頻或高頻變壓器組成；輸出級(jí)由m級(jí)H橋型功率變換模塊構(gòu)成。單相多繞組中頻或高頻變壓器和三相逆變器在多流制條件下發(fā)揮出牽引變壓器和直流濾波電感兩種功能，省去了工頻變壓器，有利于降低系統(tǒng)體積、重量、成本和噪聲。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種基于全功率器件的多流制牽引傳動(dòng)系統(tǒng)及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及軌道牽引傳動(dòng)系統(tǒng)領(lǐng)域，特別涉及一種基于全功率器件的多流制牽引傳動(dòng)系統(tǒng)及方法。

【背景技術(shù)】
[0002]今年來(lái)，隨著我國(guó)電氣化鐵道技術(shù)不斷向高速和重載方向發(fā)展，我國(guó)的電氣化鐵道技術(shù)的進(jìn)步已得到世界各國(guó)的廣泛關(guān)注。特別是我國(guó)的高鐵技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展。中國(guó)南車(chē)和中國(guó)北車(chē)目前是我國(guó)電力機(jī)車(chē)的主要生產(chǎn)制造商，各自研發(fā)的高性能、高速的電力機(jī)車(chē)已完全能滿足國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的需求。但我國(guó)生產(chǎn)的電力機(jī)車(chē)僅供國(guó)內(nèi)高速鐵路發(fā)展的需求，必將嚴(yán)重限制了企業(yè)的健康、快速發(fā)展。因此，我國(guó)的電力機(jī)車(chē)技術(shù)還需要不斷拓展國(guó)際市場(chǎng)，使我國(guó)的電力機(jī)車(chē)快速跑入世界軌道。
[0003]目前，我國(guó)電力機(jī)車(chē)的供電制式主要為25kV/50Hz的交流牽引供電系統(tǒng)；因此，長(zhǎng)期以來(lái)我國(guó)研制的高速和重載電力機(jī)車(chē)主要適用于交流供電制式條件下。但在拓展國(guó)際市場(chǎng)的過(guò)程中發(fā)現(xiàn):由于不同國(guó)家因發(fā)展過(guò)程的不同、供電電壓和頻率不同、傳統(tǒng)供電模式依舊存在等多種原因，造成了不同國(guó)家電力機(jī)車(chē)的牽引供電制式存在較大差異。例如:南非牽引供電系統(tǒng)同時(shí)采用25kV/50Hz交流和3kV直流兩種牽引供電制式；而在歐洲，電力機(jī)車(chē)的牽引供電制式更為復(fù)雜，意大利和比利時(shí)采用3kV直流牽引供電系統(tǒng)，法國(guó)和德國(guó)采用25kV/50Hz牽引供電系統(tǒng)，瑞士采用15kV/16.7Hz牽引供電系統(tǒng)，歐洲大陸電力機(jī)車(chē)的供電制式多樣復(fù)雜，亞洲地區(qū)以日本鐵路牽引網(wǎng)為代表，同時(shí)采用了 DCl.5kV、20kV/50Hz及20kV/60Hz三種牽引供電制式；俄羅斯也同時(shí)采用25kV/50Hz和直流3kV的兩種牽引供電制式。今年來(lái)，我國(guó)高速鐵路的飛速發(fā)展也吸引了東南亞各國(guó)的廣泛關(guān)注。特點(diǎn)是今年我國(guó)國(guó)家主席和總理對(duì)東南亞各國(guó)的友好訪問(wèn)，對(duì)推動(dòng)泛亞鐵路的建設(shè)起來(lái)了積極的作用。而東南亞國(guó)家，如越南、泰國(guó)、馬來(lái)西亞等國(guó)由于過(guò)去長(zhǎng)期以來(lái)對(duì)鐵路發(fā)展重視不足，電氣化鐵道的發(fā)展嚴(yán)重滯后，仍有部分國(guó)家的牽引供電系統(tǒng)仍采用1.5kV直流牽引供電系統(tǒng)，而馬來(lái)西亞采用25kV/50Hz牽引供電系統(tǒng)。
[0004]同時(shí)，隨著我國(guó)城市軌道交流的迅猛發(fā)展，特別是城市地鐵的快速發(fā)展，電力牽引以其高效、快捷、節(jié)能的特點(diǎn)正在廣泛地應(yīng)用于城市軌道交流領(lǐng)域，從單一線路到多條線路和，從城市內(nèi)部到城際之間，從單一的地鐵系統(tǒng)到地下-地面-高架相結(jié)合的多元化牽引系統(tǒng)。由于我國(guó)鐵路電力機(jī)車(chē)牽引供電系統(tǒng)與城市軌道交流車(chē)輛牽引供電系統(tǒng)大都采用各自獨(dú)立的供電制式，電壓等級(jí)和電流制均不同:電力機(jī)車(chē)采用25kV/50Hz牽引供電，城市軌道交流車(chē)輛采用1.5kV直流供電制式，因此，研制適用于不同供電制式的電力機(jī)車(chē)牽引變壓器和牽引供電系統(tǒng)能夠降低電力機(jī)車(chē)牽引與城軌交流牽引綜合變電站的投資成本，對(duì)實(shí)現(xiàn)電力機(jī)車(chē)和城市軌道車(chē)輛功能復(fù)用具有重要意義。
[0005]為了滿足多種牽引供電制式下，電力機(jī)車(chē)跨國(guó)或跨區(qū)域的軌道客運(yùn)和貨運(yùn)的需求，跨國(guó)或跨區(qū)域電力機(jī)車(chē)必須能夠滿足在多種牽引供電制式下工作。由于受到電力機(jī)車(chē)車(chē)載牽引供電系統(tǒng)安裝空間、重量及成本的限制，在同一輛電力機(jī)車(chē)是不可能采用多個(gè)獨(dú)立的牽引傳動(dòng)系統(tǒng)。
[0006]傳統(tǒng)的單一車(chē)載牽引系統(tǒng)或多流制牽引系統(tǒng)均先采用常規(guī)工頻變壓器來(lái)降低輸入電壓，常規(guī)的工頻變壓器是實(shí)現(xiàn)電能傳輸?shù)淖罨静考?，其性能?yōu)劣對(duì)供電系統(tǒng)的可靠性和電能的質(zhì)量具有重大影響。目前，國(guó)內(nèi)外牽引傳動(dòng)系統(tǒng)中多采用強(qiáng)迫油冷單相牽引變壓器，其主要缺點(diǎn)是體積大、設(shè)備笨重，礦物油引起環(huán)境污染問(wèn)題且不易維護(hù)，鐵心飽和時(shí)造成電壓電流的波形畸變而產(chǎn)生諧波，負(fù)載波動(dòng)對(duì)網(wǎng)側(cè)產(chǎn)生影響，噪聲大等等。因此傳統(tǒng)的單一牽引傳動(dòng)系統(tǒng)或多流制牽引傳動(dòng)系統(tǒng)會(huì)因采用工頻牽引變壓器而存在上述各種問(wèn)題。因此，研制新型多流制電力機(jī)車(chē)牽引傳動(dòng)系統(tǒng)對(duì)推動(dòng)我國(guó)鐵路牽引供電系統(tǒng)與城市軌道交流車(chē)輛牽引傳動(dòng)系統(tǒng)的融合、電力機(jī)車(chē)供電制式的多元化及向國(guó)際市場(chǎng)推廣我國(guó)的高鐵技術(shù)具有重要的工程和理論價(jià)值。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明提供了一種基于全功率器件的多流制牽引傳動(dòng)系統(tǒng)及方法，為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)中牽引傳動(dòng)系統(tǒng)體積大、設(shè)備笨重，礦物油引起環(huán)境污染問(wèn)題且不易維護(hù)，鐵心飽和時(shí)造成電壓電流的波形畸變而產(chǎn)生諧波，負(fù)載波動(dòng)對(duì)網(wǎng)側(cè)產(chǎn)生影響，噪聲大的問(wèn)題。
[0008]一種基于全功率器件的多流制牽引傳動(dòng)系統(tǒng)，包括全功率器件和交流電感1、受電弓2、牽引供電接觸網(wǎng)3、牽引電機(jī)13及輪軌14，所述全功率器件包括輸入級(jí)、中間隔離級(jí)以及輸出級(jí)；
[0009]所述輸入級(jí)由η級(jí)H橋型功率變換輸入模塊串聯(lián)級(jí)聯(lián)，每一級(jí)H橋型功率變換輸入模塊包括H橋型整流器4、半橋逆變器6及第一諧振電容7 ;
[0010]所述中間隔離級(jí)為具有η級(jí)輸入繞組和m級(jí)輸出繞組的中頻或高頻變壓器；
[0011]所述輸出級(jí)包括m級(jí)H橋型功率變換輸出模塊，每一級(jí)H橋型功率變換輸出模塊包括第二諧振電容9、半橋整流器10及三相逆變器12 ；
[0012]所述受電弓2連接于牽引供電接觸網(wǎng)3上，所述η級(jí)H橋型功率變換輸入模塊串聯(lián)級(jí)聯(lián)是指相鄰兩級(jí)的H橋型整流器4的交流端串聯(lián)，其中，所述輸入級(jí)第一級(jí)H橋型功率變換輸入模塊中的H橋型整流器4的一個(gè)交流端串聯(lián)一支交流電感1，另一交流端與輸入級(jí)下一級(jí)的H橋型整流器4的一個(gè)交流端相連，輸入級(jí)第η級(jí)H橋型功率變換輸入模塊的H橋型整流器4的另一交流端與所述輪軌14相連；
[0013]所述H橋型功率變換輸入模塊中，所述H橋型整流器4的直流輸出側(cè)與所述半橋逆變器6的輸入端并聯(lián)，所述半橋逆變器6的輸出端與所述第一諧振電容7串聯(lián)后，再與中間隔離級(jí)的一組輸入繞組聯(lián)接；
[0014]所述中間隔離級(jí)的每級(jí)輸出繞組經(jīng)過(guò)第二諧振電容9連接所述H橋型功率變換輸出模塊中的半橋整流器10的輸入端，所述半橋整流器10的輸出端與所述三相逆變器12的輸入端并聯(lián)，所述三相逆變器12的輸出端與牽引電機(jī)13相連；
[0015]所述中間隔離級(jí)中第一級(jí)輸入繞組的首端GAl與受電弓2之間設(shè)有第一連接單元15，所述中間隔離級(jí)中每一級(jí)輸入繞組的尾端與下一級(jí)輸入繞組的首端之間通過(guò)第二連接單元19依次串聯(lián)，其中，所述中間隔離級(jí)中第η級(jí)輸入繞組的尾端與輸出級(jí)中第一級(jí)H橋型功率變換輸出模塊的半橋整流器1輸出端的一端A點(diǎn)之間設(shè)有第三連接單元20，所述輸出級(jí)第一級(jí)H橋型功率變換輸出模塊的半橋整流器10輸出端的另一端B點(diǎn)與輪軌之間設(shè)有第四連接單元21 ；
[0016]所述中間隔離級(jí)中每一級(jí)輸入繞組的首端與所述第一諧振電容7之間設(shè)有第五連接單元16，所述中間隔離級(jí)中每一級(jí)輸入繞組的尾端與所述半橋逆變器6的一個(gè)輸出端之間設(shè)有第六連接單元17 ;
[0017]所述交流電感I與受電弓之間設(shè)有第八連接單元24，所述第η級(jí)AC/DC整流器的一個(gè)輸入端還與輪軌之間設(shè)有第十連接單元22 ;
[0018]所述輸出級(jí)中每一級(jí)H橋型功率變換輸出模塊的半橋整流器10的輸出端的一端A點(diǎn)與輸出級(jí)中下一級(jí)H橋型功率變換輸出模塊的半橋整流器10的輸出端的一端A點(diǎn)之間設(shè)有第十一連接單元25，所述輸出級(jí)中每一級(jí)H橋型功率變換輸出模塊的半橋整流器10的輸出端的另一端B點(diǎn)與輸出級(jí)中下一級(jí)H橋型功率變換輸出模塊的半橋整流器10的輸出端的另一端B點(diǎn)之間設(shè)有第十二連接單元26。
[0019]所述中間隔離級(jí)中每一級(jí)輸入繞組的首端與該輸入繞組的尾端之間設(shè)有第七連接單元18。
[0020]所述輸入級(jí)中每一級(jí)H橋型功率變換輸入模塊中的H橋型整流器4的兩個(gè)輸入端之間設(shè)有第九連接單元23。
[0021]所述第一連接單元、第二連接單元、第三連接單元、第四連接單元、第五連接單元、第六連接單元、第七連接單元、第八連接單元、第九連接單元、第十連接單元、第i^一連接單元及第十二連接單元為連接片、手動(dòng)開(kāi)關(guān)或電控開(kāi)關(guān)。
[0022]一種基于全功率器件的多流制牽引傳動(dòng)方法，采用所述的基于全功率器件的多流制牽引傳動(dòng)系統(tǒng):
[0023]在牽引供電接觸網(wǎng)的供電制式為交流供電時(shí)，連通第八連接單元、第十連接單元，每一級(jí)的第五連接單元以及第六連接單元；
[0024]使得牽引供電接觸網(wǎng)提供的高電壓被均勻地分配并加載到串聯(lián)的各H橋型功率變換輸入模塊上，每個(gè)H橋型功率變換輸入模塊將輸入的工頻交流電整流成直流后再調(diào)制成中高頻方波送到中間隔離級(jí)，作為中間隔離級(jí)的中頻或高頻變壓器把輸入的中頻或高頻方波耦合到副方提供給輸出級(jí)，輸出級(jí)將獲得的中頻或高頻方波整成直流再逆變輸出工頻三相交流供給牽引電機(jī)，形成交流牽引傳動(dòng)系統(tǒng)；
[0025]在牽引供電接觸網(wǎng)的供電制式為直流供電時(shí)，連通第一連接單元、第三連接單元、第四連接單元，每一級(jí)的第二連接單元、第i^一連接單元以及第十二連接單元；
[0026]將輸出繞組作為直流濾波電感，將輸出繞組的首端和尾端分別與受電弓和輸出級(jí)第一級(jí)H橋型功率變換輸出模塊的半橋整流器10輸出端的一端A點(diǎn)相連，所述半橋整流器10輸出端的另一端B點(diǎn)通過(guò)第四連接單元與輪軌相連，輸出級(jí)采用并聯(lián)模式運(yùn)行，形成直流牽引傳動(dòng)系統(tǒng)。
[0027]在牽引供電接觸網(wǎng)的供電制式為交流供電時(shí)，根據(jù)交流電壓等級(jí)確定輸入級(jí)每一級(jí)的第九連接單元的開(kāi)通與關(guān)斷來(lái)決定運(yùn)行在交流制式下的輸入級(jí)級(jí)數(shù)。
[0028]交流供電制式電壓等級(jí)越高，輸入級(jí)投入工作的H橋型整流器的級(jí)數(shù)越多；即是導(dǎo)通的第九連接單元越多；
[0029]在牽引供電接觸網(wǎng)的供電制式為直流供電時(shí)，根據(jù)牽引傳動(dòng)系統(tǒng)所需的直流濾波電感量確定中間隔離級(jí)中每一級(jí)的第七連接單元的開(kāi)通與關(guān)斷來(lái)決定串入的輸入繞組的級(jí)數(shù)。
[0030]直流濾波電感需要根據(jù)牽引傳動(dòng)系統(tǒng)的仿真結(jié)果來(lái)確定，以保證流入牽引供電接觸網(wǎng)的諧波電流滿足系統(tǒng)要求，以實(shí)現(xiàn)中高頻變壓器高壓繞組端口電感量滿足系統(tǒng)對(duì)直流濾波電感量的要求。
[0031]所述輸入級(jí)每一級(jí)H橋型功率變換輸入模塊的半橋逆變器6、諧振電容7和輸入繞組構(gòu)成半橋諧振逆變器5，實(shí)現(xiàn)軟開(kāi)關(guān)功能，降低開(kāi)通和關(guān)斷損耗。
[0032]所述輸出級(jí)每一級(jí)H橋型功率變換輸出模塊的半橋整流器10、諧振電容9和輸出繞組構(gòu)成半橋諧振整流器11，實(shí)現(xiàn)軟開(kāi)關(guān)功能，降低開(kāi)通和關(guān)斷損耗。
[0033]中頻或高頻變壓器中的輸入繞組為高壓繞組，輸出繞組為牽引繞組。
[0034]上述牽引傳動(dòng)系統(tǒng)可用在25kV/50Hz、25kV/60Hz、20kV/50Hz、20kV/60Hz、15kV/16.7Hz、12.5kV/60Hz、12kV/25Hz等交流供電制式；可用在3kV、l.5kV等直流供電制式。
[0035]有益效果
[0036]本發(fā)明提供了一種基于全功率器件的多流制牽引傳動(dòng)系統(tǒng)及方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)中頻或高頻變壓器和三相逆變器的功能復(fù)用，在交流供電制式下，多繞組中頻或高頻變壓器發(fā)揮變壓、隔離的功能，在直流供電制式下，多繞組中頻或高頻變壓器用作直流濾波電感；對(duì)適用于多流制的電力機(jī)車(chē)而言，無(wú)需配置多套車(chē)載牽引傳動(dòng)系統(tǒng)，只需一套牽引傳動(dòng)系統(tǒng)及設(shè)備即可滿足多流制的要求，可有效降低牽引傳動(dòng)系統(tǒng)中的設(shè)備數(shù)量，節(jié)約成本、降低牽引傳動(dòng)系統(tǒng)的重量和占用空間；高壓繞組采用多級(jí)繞組結(jié)構(gòu)，同時(shí)滿足了 25kV/50Hz、25kV/60Hz、20kV/50Hz、20kV/60Hz、15kV/16.7Ηζ、12.5kV/60Hz、12kV/25Hz、3kV 直流和
1.5kV直流多種供電制式的要求本發(fā)明全功率器件的多流制牽引傳動(dòng)系統(tǒng)不需要采用常規(guī)工頻變壓器。全功率器件的多流制牽引傳動(dòng)系統(tǒng)不僅能完成常規(guī)變壓器對(duì)電壓等級(jí)變換、電氣隔離和能量傳遞等功能的同時(shí)，還能完成波形、潮流的控制和電能質(zhì)量調(diào)節(jié)功能，有效隔離電壓波動(dòng)、失真以及諧波的傳遞，不存在鐵心磁飽和問(wèn)題，全功率器件的多流制牽引傳動(dòng)系統(tǒng)能避免傳統(tǒng)變壓器由于鐵心磁飽和而造成系統(tǒng)中電壓電流的波形畸變，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)側(cè)和負(fù)載側(cè)的解耦。相對(duì)于傳統(tǒng)的多流制牽引系統(tǒng)，全功率器件的多流制牽引傳動(dòng)系統(tǒng)的體積和重量大為減小，而且噪聲也被大大降低了。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0037]圖1為本發(fā)明在多流制下系統(tǒng)接線示意圖；
[0038]標(biāo)號(hào)說(shuō)明:交流電感(1)、受電弓(2)、牽引供電接觸網(wǎng)(3)、H橋型整流器(4)、半橋逆變器出)、諧振電容(7)、單相多繞組中頻或高頻變壓器(8)、諧振電容(9)、半橋整流器(10)、三相逆變器(12)、牽引電機(jī)(13)及輪軌(14)，第一連接單元(15)，第五連接單元
(16)，第六連接單元(17)，第七連接單元(18)，第二連接單元(19)，第三連接單元(20)，第四連接單元(21)，第十連接單元(22)，第九連接單元(23)，第八連接單元(24)，第十一連接單元(25)，第十二連接單元(26)。

【具體實(shí)施方式】
[0039]下面將結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0040]如圖1所示，一種基于全功率器件的多流制牽引傳動(dòng)系統(tǒng)，包括全功率器件和交流電感1、受電弓2、牽引供電接觸網(wǎng)3、牽引電機(jī)13及輪軌14，所述全功率器件包括輸入級(jí)、中間隔離級(jí)以及輸出級(jí)；
[0041]所述輸入級(jí)由η級(jí)H橋型功率變換輸入模塊串聯(lián)級(jí)聯(lián)，每一級(jí)H橋型功率變換輸入模塊包括H橋型整流器4、半橋逆變器6及第一諧振電容7 ;
[0042]所述中間隔離級(jí)為具有η級(jí)輸入繞組和m級(jí)輸出繞組的中頻或高頻變壓器；
[0043]所述輸出級(jí)包括m級(jí)H橋型功率變換輸出模塊，每一級(jí)H橋型功率變換輸出模塊包括第二諧振電容9、半橋整流器10及三相逆變器12 ；
[0044]所述受電弓2連接于牽引供電接觸網(wǎng)3上，所述η級(jí)H橋型功率變換輸入模塊串聯(lián)級(jí)聯(lián)是指相鄰兩級(jí)的H橋型整流器4的交流端串聯(lián)，其中，所述輸入級(jí)第一級(jí)H橋型功率變換輸入模塊中的H橋型整流器4的一個(gè)交流端串聯(lián)一支交流電感1，另一交流端與輸入級(jí)下一級(jí)的H橋型整流器4的一個(gè)交流端相連，輸入級(jí)第η級(jí)H橋型功率變換輸入模塊的H橋型整流器4的另一交流端與所述輪軌14相連；
[0045]所述H橋型功率變換輸入模塊中，所述H橋型整流器4的直流輸出側(cè)與所述半橋逆變器6的輸入端并聯(lián)，所述半橋逆變器6的輸出端與所述第一諧振電容7串聯(lián)后，再與中間隔離級(jí)的一組輸入繞組聯(lián)接；
[0046]所述中間隔離級(jí)的每級(jí)輸出繞組經(jīng)過(guò)第二諧振電容9連接所述H橋型功率變換輸出模塊中的半橋整流器10的輸入端，所述半橋整流器10的輸出端與所述三相逆變器12的輸入端并聯(lián)，所述三相逆變器12的輸出端與牽引電機(jī)13相連；
[0047]所述中間隔離級(jí)中第一級(jí)輸入繞組的首端GAl與受電弓2之間設(shè)有第一連接單元15，所述中間隔離級(jí)中每一級(jí)輸入繞組的尾端與下一級(jí)輸入繞組的首端之間通過(guò)第二連接單元19依次串聯(lián)，其中，所述中間隔離級(jí)中第η級(jí)輸入繞組的尾端與輸出級(jí)中第一級(jí)H橋型功率變換輸出模塊的半橋整流器1輸出端的一端A點(diǎn)之間設(shè)有第三連接單元20，所述輸出級(jí)第一級(jí)H橋型功率變換輸出模塊的半橋整流器10輸出端的另一端B點(diǎn)與輪軌之間設(shè)有第四連接單元21 ；
[0048]所述中間隔離級(jí)中每一級(jí)輸入繞組的首端與所述第一諧振電容7之間設(shè)有第五連接單元16，所述中間隔離級(jí)中每一級(jí)輸入繞組的尾端與所述半橋逆變器6的一個(gè)輸出端之間設(shè)有第六連接單元17 ;
[0049]所述交流電感I與受電弓之間設(shè)有第八連接單元24，所述第η級(jí)AC/DC整流器的一個(gè)輸入端還與輪軌之間設(shè)有第十連接單元22 ;
[0050]所述輸出級(jí)中每一級(jí)H橋型功率變換輸出模塊的半橋整流器10的輸出端的一端A點(diǎn)與輸出級(jí)中下一級(jí)H橋型功率變換輸出模塊的半橋整流器10的輸出端的一端A點(diǎn)之間設(shè)有第十一連接單元25，所述輸出級(jí)中每一級(jí)H橋型功率變換輸出模塊的半橋整流器10的輸出端的另一端B點(diǎn)與輸出級(jí)中下一級(jí)H橋型功率變換輸出模塊的半橋整流器10的輸出端的另一端B點(diǎn)之間設(shè)有第十二連接單元26。
[0051]所述中間隔離級(jí)中每一級(jí)輸入繞組的首端與該輸入繞組的尾端之間設(shè)有第七連接單元18。
[0052]所述輸入級(jí)中每一級(jí)H橋型功率變換輸入模塊中的H橋型整流器4的兩個(gè)輸入端之間設(shè)有第九連接單元23。
[0053]所述第一連接單元、第二連接單元、第三連接單元、第四連接單元、第五連接單元、第六連接單元、第七連接單元、第八連接單元、第九連接單元、第十連接單元、第i^一連接單元及第十二連接單元為連接片、手動(dòng)開(kāi)關(guān)或電控開(kāi)關(guān)。
[0054]一種基于全功率器件的多流制牽引傳動(dòng)方法，采用所述的基于全功率器件的多流制牽引傳動(dòng)系統(tǒng):
[0055]在牽引供電接觸網(wǎng)的供電制式為交流供電時(shí)，連通第八連接單元、第十連接單元，每一級(jí)的第五連接單元以及第六連接單元；
[0056]使得牽引供電接觸網(wǎng)提供的高電壓被均勻地分配并加載到串聯(lián)的各H橋型功率變換輸入模塊上，每個(gè)H橋型功率變換輸入模塊將輸入的工頻交流電整流成直流后再調(diào)制成中高頻方波送到中間隔離級(jí)，作為中間隔離級(jí)的中頻或高頻變壓器把輸入的中頻或高頻方波耦合到副方提供給輸出級(jí)，輸出級(jí)將獲得的中頻或高頻方波整成直流再逆變輸出工頻三相交流供給牽引電機(jī)，形成交流牽引傳動(dòng)系統(tǒng)；
[0057]在牽引供電接觸網(wǎng)的供電制式為直流供電時(shí)，連通第一連接單元、第三連接單元、第四連接單元，每一級(jí)的第二連接單元、第i^一連接單元以及第十二連接單元；
[0058]將輸出繞組作為直流濾波電感，將輸出繞組的首端和尾端分別與受電弓和輸出級(jí)第一級(jí)H橋型功率變換輸出模塊的半橋整流器10輸出端的一端A點(diǎn)相連，所述半橋整流器10輸出端的另一端B點(diǎn)通過(guò)第四連接單元與輪軌相連，輸出級(jí)采用并聯(lián)模式運(yùn)行，形成直流牽引傳動(dòng)系統(tǒng)。
[0059]在牽引供電接觸網(wǎng)的供電制式為交流供電時(shí)，根據(jù)交流電壓等級(jí)確定輸入級(jí)每一級(jí)的第九連接單元的開(kāi)通與關(guān)斷來(lái)決定運(yùn)行在交流制式下的輸入級(jí)級(jí)數(shù)。
[0060]交流供電制式電壓等級(jí)越高，輸入級(jí)投入工作的H橋型整流器的級(jí)數(shù)越多；即是導(dǎo)通的第九連接單元越多；
[0061 ] 在牽引供電接觸網(wǎng)的供電制式為直流供電時(shí)，根據(jù)牽引系統(tǒng)所需的直流濾波電感量確定中間隔離級(jí)中每一級(jí)的第七連接單元的開(kāi)通與關(guān)斷來(lái)決定串入的輸入繞組的級(jí)數(shù)。
[0062]直流濾波電感需要根據(jù)牽引傳動(dòng)系統(tǒng)的仿真結(jié)果來(lái)確定，以保證流入牽引供電接觸網(wǎng)的諧波電流滿足系統(tǒng)要求，以實(shí)現(xiàn)中高頻變壓器高壓繞組端口電感量滿足系統(tǒng)對(duì)直流濾波電感量的要求。
[0063]所述輸入級(jí)每一級(jí)H橋型功率變換輸入模塊的半橋逆變器6、諧振電容7和輸入繞組構(gòu)成半橋諧振逆變器5，實(shí)現(xiàn)軟開(kāi)關(guān)功能，降低開(kāi)通和關(guān)斷損耗。
[0064]所述輸出級(jí)每一級(jí)H橋型功率變換輸出模塊的半橋整流器10、諧振電容9和輸出繞組構(gòu)成半橋諧振整流器11，實(shí)現(xiàn)軟開(kāi)關(guān)功能，降低開(kāi)通和關(guān)斷損耗。
[0065]中頻或高頻變壓器中的輸入繞組為高壓繞組，輸出繞組為牽引繞組。
[0066]上述牽引傳動(dòng)系統(tǒng)可用在25kV/50Hz、25kV/60Hz、20kV/50Hz、20kV/60Hz、15kV/16.7Hz、12.5kV/60Hz、12kV/25Hz等交流供電制式；可用在3kV、l.5kV等直流供電制式。
[0067]本發(fā)明所述方案利用一種全功率器件的多流制牽引傳動(dòng)系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)中頻或高頻變壓器和變流器的功能復(fù)用，可以同時(shí)滿足多種交流牽引供電制式和多種直流牽引供電制式的系統(tǒng)要求，可大幅降低電力機(jī)車(chē)牽引傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)備數(shù)量，占用空間和牽引傳動(dòng)系統(tǒng)的重量也得到了大幅度降低，并且降低了噪音。
[0068]以上僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，本發(fā)明的保護(hù)范圍并不僅局限于上述實(shí)施例，凡屬于本發(fā)明思路下的技術(shù)方案均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理前提下的若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種基于全功率器件的多流制牽引傳動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于，包括全功率器件和交流電感(1)、受電弓(2)、牽引供電接觸網(wǎng)(3)、牽引電機(jī)(13)及輪軌(14)，所述全功率器件包括輸入級(jí)、中間隔離級(jí)以及輸出級(jí)； 所述輸入級(jí)由η級(jí)H橋型功率變換輸入模塊串聯(lián)級(jí)聯(lián)，每一級(jí)H橋型功率變換輸入模塊包括H橋型整流器(4)、半橋逆變器(6)及第一諧振電容(7); 所述中間隔離級(jí)為具有η級(jí)輸入繞組和m級(jí)輸出繞組的中頻或高頻變壓器； 所述輸出級(jí)包括m級(jí)H橋型功率變換輸出模塊，每一級(jí)H橋型功率變換輸出模塊包括第二諧振電容(9)、半橋整流器(10)及三相逆變器(12); 所述受電弓(2)連接于牽引供電接觸網(wǎng)(3)上，所述η級(jí)H橋型功率變換輸入模塊串聯(lián)級(jí)聯(lián)是指相鄰兩級(jí)的H橋型整流器(4)的交流端串聯(lián)，其中，所述輸入級(jí)第一級(jí)H橋型功率變換輸入模塊中的H橋型整流器(4)的一個(gè)交流端串聯(lián)一支交流電感(I)，另一交流端與輸入級(jí)下一級(jí)的H橋型整流器(4)的一個(gè)交流端相連，輸入級(jí)第η級(jí)H橋型功率變換輸入模塊的H橋型整流器(4)的另一交流端與所述輪軌(14)相連； 所述H橋型功率變換輸入模塊中，所述H橋型整流器(4)的直流輸出側(cè)與所述半橋逆變器(6)的輸入端并聯(lián)，所述半橋逆變器(6)的輸出端與所述第一諧振電容(7)串聯(lián)后，再與中間隔離級(jí)的一組輸入繞組聯(lián)接； 所述中間隔離級(jí)的每級(jí)輸出繞組經(jīng)過(guò)第二諧振電容(9)連接所述H橋型功率變換輸出模塊中的半橋整流器(10)的輸入端，所述半橋整流器(10)的輸出端與所述三相逆變器(12)的輸入端并聯(lián)，所述三相逆變器(12)的輸出端與牽引電機(jī)(13)相連； 所述中間隔離級(jí)中第一級(jí)輸入繞組的首端GAl與受電弓(2)之間設(shè)有第一連接單元(15)，所述中間隔離級(jí)中每一級(jí)輸入繞組的尾端與下一級(jí)輸入繞組的首端之間通過(guò)第二連接單元(19)依次串聯(lián)，其中，所述中間隔離級(jí)中第η級(jí)輸入繞組的尾端與輸出級(jí)中第一級(jí)H橋型功率變換輸出模塊的半橋整流器(10)輸出端的一端A點(diǎn)之間設(shè)有第三連接單元(20)，所述輸出級(jí)第一級(jí)H橋型功率變換輸出模塊的半橋整流器(10)輸出端的另一端B點(diǎn)與輪軌之間設(shè)有第四連接單元(21); 所述中間隔離級(jí)中每一級(jí)輸入繞組的首端與所述第一諧振電容(7)之間設(shè)有第五連接單元(16)，所述中間隔離級(jí)中每一級(jí)輸入繞組的尾端與所述半橋逆變器(6)的一個(gè)輸出端之間設(shè)有第六連接單元(17); 所述交流電感(I)與受電弓之間設(shè)有第八連接單元(24)，所述第η級(jí)AC/DC整流器的一個(gè)輸入端還與輪軌之間設(shè)有第十連接單元(22); 所述輸出級(jí)中每一級(jí)H橋型功率變換輸出模塊的半橋整流器(10)的輸出端的一端A點(diǎn)與輸出級(jí)中下一級(jí)H橋型功率變換輸出模塊的半橋整流器(10)的輸出端的一端A點(diǎn)之間設(shè)有第十一連接單元(25)，所述輸出級(jí)中每一級(jí)H橋型功率變換輸出模塊的半橋整流器(10)的輸出端的另一端B點(diǎn)與輸出級(jí)中下一級(jí)H橋型功率變換輸出模塊的半橋整流器(10)的輸出端的另一端B點(diǎn)之間設(shè)有第十二連接單元(26)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于全功率器件的多流制牽引傳動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于，所述中間隔離級(jí)中每一級(jí)輸入繞組的首端與該輸入繞組的尾端之間設(shè)有第七連接單元(18)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于全功率器件的多流制牽引傳動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于，所述輸入級(jí)中每一級(jí)H橋型功率變換輸入模塊中的H橋型整流器(4)的兩個(gè)輸入端之間設(shè)有第九連接單元(23) ο
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的基于全功率器件的多流制牽引傳動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于，所述第一連接單元、第二連接單元、第三連接單元、第四連接單元、第五連接單元、第六連接單元、第七連接單元、第八連接單元、第九連接單元、第十連接單元、第^^一連接單元及第十二連接單元為連接片、手動(dòng)開(kāi)關(guān)或電控開(kāi)關(guān)。
5.一種基于全功率器件的多流制牽引傳動(dòng)方法，其特征在于，采用權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的基于全功率器件的多流制牽引傳動(dòng)系統(tǒng): 在牽引供電接觸網(wǎng)的供電制式為交流供電時(shí)，連通第八連接單元、第十連接單元，每一級(jí)的第五連接單元以及第六連接單元； 使得牽引供電接觸網(wǎng)提供的高電壓被均勻地分配并加載到串聯(lián)的各H橋型功率變換輸入模塊上，每個(gè)H橋型功率變換輸入模塊將輸入的工頻交流電整流成直流后再調(diào)制成中高頻方波送到中間隔離級(jí)，作為中間隔離級(jí)的中頻或高頻變壓器把輸入的中頻或高頻方波耦合到副方提供給輸出級(jí)，輸出級(jí)將獲得的中頻或高頻方波整成直流再逆變輸出工頻三相交流供給牽引電機(jī)，形成交流牽引傳動(dòng)系統(tǒng)； 在牽引供電接觸網(wǎng)的供電制式為直流供電時(shí)，連通第一連接單元、第三連接單元、第四連接單元，每一級(jí)的第二連接單元、第^^一連接單元以及第十二連接單元； 將輸出繞組作為直流濾波電感，將輸出繞組的首端和尾端分別與受電弓和輸出級(jí)第一級(jí)H橋型功率變換輸出模塊的半橋整流器(10)輸出端的一端A點(diǎn)相連，所述半橋整流器(10)輸出端的另一端B點(diǎn)通過(guò)第四連接單元與輪軌相連，輸出級(jí)采用并聯(lián)模式運(yùn)行，形成直流牽引傳動(dòng)系統(tǒng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于全功率器件的多流制牽引傳動(dòng)方法，其特征在于，在牽引供電接觸網(wǎng)的供電制式為交流供電時(shí)，根據(jù)交流電壓等級(jí)確定輸入級(jí)每一級(jí)的第九連接單元的開(kāi)通與關(guān)斷來(lái)決定運(yùn)行在交流制式下的輸入級(jí)級(jí)數(shù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于全功率器件的多流制牽引傳動(dòng)方法，其特征在于，在牽引供電接觸網(wǎng)的供電制式為直流供電時(shí)，根據(jù)牽引傳動(dòng)系統(tǒng)所需的直流濾波電感量確定中間隔離級(jí)中每一級(jí)的第七連接單元的開(kāi)通與關(guān)斷來(lái)決定串入的輸入繞組的級(jí)數(shù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求5-7任一項(xiàng)所述的基于全功率器件的多流制牽引傳動(dòng)方法，其特征在于，所述輸入級(jí)每一級(jí)H橋型功率變換輸入模塊的半橋逆變器(6)、諧振電容(7)和輸入繞組構(gòu)成半橋諧振逆變器(5)，實(shí)現(xiàn)軟開(kāi)關(guān)功能，降低開(kāi)通和關(guān)斷損耗。
9.根據(jù)權(quán)利要求5-7任一項(xiàng)所述的基于全功率器件的多流制牽引傳動(dòng)方法，其特征在于，所述輸出級(jí)每一級(jí)H橋型功率變換輸出模塊的半橋整流器(10)、諧振電容(9)和輸出繞組構(gòu)成半橋諧振整流器(11)，實(shí)現(xiàn)軟開(kāi)關(guān)功能，降低開(kāi)通和關(guān)斷損耗。
【文檔編號(hào)】B60M3/00GK104477054SQ201410708890
【公開(kāi)日】2015年4月1日 申請(qǐng)日期:2014年11月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月28日
【發(fā)明者】許加柱, 董欣曉, 羅隆福 申請(qǐng)人:湖南大學(xué)