[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于全功率器件的多流制牽引傳動(dòng)系統(tǒng)及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410708890.1
• 申請(qǐng)日: 2014-11-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104477054A
• 公開(kāi)（公告）日: 2015-04-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 許加柱;董欣曉;羅隆福
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 湖南大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): B60M3/00
• 分類(lèi)號(hào): B60M3/00
• 代理公司: 長(zhǎng)沙市融智專(zhuān)利事務(wù)所 43114
• 代理人: 黃美成

技術(shù)領(lǐng)域

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)

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。

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DC1.5kV、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)。

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。

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)。

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湫阅軆?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

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。

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)；

所述輸入級(jí)由n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n級(jí)輸入繞組和m級(jí)輸出繞組的中頻或高頻變壓器；