[發明專利]一種動車組牽引傳動供電系統

在審

• 申請號: 201710991427.6
• 申請日: 2017-10-23
• 公開（公告）號: CN107696873A
• 公開（公告）日: 2018-02-16
• 發明（設計）人: 李群湛;郭育華;舒澤亮
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: B60L9/28
• 分類號: B60L9/28;B60M1/12;B60M1/30
• 代理公司: 成都點睛專利代理事務所(普通合伙)51232
• 代理人: 葛啟函

技術領域

本發明涉及電氣化鐵路與城市軌道工頻單相交流牽引供電技術領域，尤其涉及動車組內部的牽引傳動供電。

背景技術

與直流牽引電機相比，交流牽引電機有功率密度高、價格便宜、簡單可靠和防空轉性能好等優點，因此正在取代直流電機成為干線電氣化鐵路和城市軌道交通牽引的主要動力源。電氣化鐵道采用單相供電，交流牽引電機需要三相逆變器驅動。為了實現這一轉換功能，電力機車或動車組上配有交直交牽引變流器，即先將單相交流變換為直流，再通過逆變器變換為三相交流，經調壓調頻實現調速。現行電氣化鐵道供電系統牽引母線的額定電壓為27.5kV,最高電壓達到31kV,由于受到電力電子器件額定電壓的限制，電力機車和動車組配有車載牽引變壓器，先將牽引網電壓降壓后再供給牽引變流器。牽引變壓器體積和重量大,增加機車或動車組軸重，同時增加損耗，降低效率，并影響功率密度，制約動車組速度的進一步提升。

城市軌道交通廣泛采用的直流750V、1500V供電制式不僅存在無法解決的迷流難題，也面臨供電能力無法適應更大容量需求的嚴重局面。若地鐵和輕軌直接采用干線電氣化鐵道交流27.5kV供電制式又會造成更多投資和供電能力的浪費，處于兩難境地。因此需要針對交流供電制式，研究5.5kV、11kV等新的電壓等級的供電系統及其配套動車組來滿足城市軌道交通的發展需求。

從軌道交通發展考慮，在不改變既有牽引變流器主電路結構的情況下，能否通過新的連接方式，取消車載牽引變壓器，同樣適于現行27.5kV供電系統；利用既有牽引變流器，通過新的連接方式，省卻車載牽引變壓器并適于新的、不同電壓等級的供電系統，如5.5kV，11kV等等；帶來減少軸重，節約動車組內部空間，或提高牽引傳動系統功率密度等好處。研究提出一種用于動車組的新的牽引傳動供電系統，必要且很有現實意義。

發明內容

本發明的目的是提供一種動車組牽引傳動供電系統，它能有效地解決取消車載牽引變壓器且適于不同電壓等級的供電系統的問題。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：一種動車組牽引傳動供電系統，包括牽引電纜、變流單元和牽引電機，變流單元為單相三相交直交變流器，即輸入側為單相交流端口，輸出側為三相交流端口；變流單元輸出側的三相交流端口連接牽引電機；一節動車的前、后各有一個動力轉向架，一個動力轉向架有二根驅動軸，一根驅動軸由一臺牽引電機驅動；全列動車組有N節動車，即有2N個動力轉向架，有4N根驅動軸，N＞1；牽引電纜由兩根單芯電纜組成；設變流器組的組數為M,M≥2，各個變流器組輸入側兩端子分別并聯于牽引電纜的兩根單芯電纜之間；各個變流器組由P個變流單元輸入側串聯而成，2≤P≤4N。

變流器組的連接形式之一是：一個變流單元連接一臺牽引電機，一個動力轉向架設置一個變流器組，即P＝2，一個變流器組由2個變流單元輸入側串聯而成，全列動車組的變流器組數M＝2N。

變流器組的連接形式之二是：一個變流單元連接一臺牽引電機，一節動車設置一個變流器組，即P＝4，一個變流器組由4個變流單元輸入側串聯而成，全列動車組的變流器組數M＝N；一個變流單元連接2臺牽引電機，一節動車設置一個變流器組，即P＝2，一個變流器組由2個變流單元輸入側串聯而成，全列動車組的變流器組數M＝N。。

變流器組的連接形式之三是：一個變流單元連接一臺牽引電機，多于一節動車的X個動力轉向架設置一個變流器組，2＜X≤2N，4＜P≤4N，即一個變流器組由4個以上的變流單元輸入側串聯而成。

各個牽引電機彼此電氣絕緣，獨立運行。

用于既有27.5kV交流干線電氣化鐵路動車組改造時，牽引電纜兩根單芯電纜中任選一根單芯通過電刷接鋼軌，另一根單芯通過受電弓與接觸網接觸授電。

用于5.5kV、11kV等新的電壓等級的供電系統時，如果采用干線鐵路接觸網授電模式，則牽引電纜兩根單芯電纜中任選一根單芯通過電刷接鋼軌，另一根單芯通過受電弓與接觸網接觸授電，如果采用接觸帶授電方式，則牽引電纜的兩根單芯分別通過電刷與接觸帶的供電軌和回流軌接觸授電。

本發明的工作原理是：以既有、成熟、可靠的低電壓交直交變流單元為基礎，通過新的連接與組合方式構建動車組牽引傳動供電系統，使其不僅適于既有27.5kV交流電氣化鐵路動車組改造，也適于新的不同電壓等級的供電系統。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：

一、在不改變既有牽引變流器主電路結構的情況下，通過新的連接方式，取消27.5kV電氣化鐵路動車組的車載牽引變壓器，使牽引傳動系統體積小,重量輕，功率密度高，效率高。