一种铁路机车用的无分相式牵引供电装置

摘要

一种铁路机车用的无分相式牵引供电装置，属铁路电气牵引供电技术领域。由牵引变压器和能量分配调节机所构成，能量分配调节机由主控制器、驱动器、电力电子开关桥臂、支撑电容臂、三个电流传感器，三个电压传感器、三个电抗器所组成，其中，驱动器连接在电力电子开关桥臂的控制端子与主控制器之间，电流传感器和电压传感器连接在主控制器与牵引变压器输出端的A相、B相、C相之间，电抗器连接在桥臂的中点与牵引变压器输出端的A相、B相、C相之间。优点是将分相供电改为无分相供电，实现了牵引接触网的大贯通，避免了频繁断电交换电源相位再重新供电，为列车安全、高速、高效运行提供了保障。

权利要求

1.一种铁路机车用的无分相式牵引供电装置，其特征是所述的无分相牵引供电装置由牵引变压器和能量分配调节机所构成，所述的牵引变压器输出端的A相接牵引接触网、C相接钢轨、B相接能量分配调节机，所述的能量分配调节机由主控制器、驱动器、电力电子开关桥臂、支撑电容臂、三个电流传感器、三个电压传感器、三个电抗器所组成，其中，所述的电力电子开关桥臂与支撑电容臂并联连接，所述的驱动器连接在电力电子开关桥臂的控制端子与主控制器之间，三个电流传感器和三个电压传感器的信号输出端接主控制器,信号输入端分别与牵引变压器的输出端的A相、B相、C相连接，所述的电力电子开关桥臂由三组电力电子开关组成，三个电抗器的一端各自分别连接在对应的三组桥臂的中点(U、V、W)上,另一端分别与牵引变压器输出端的A相、B相、C相相联。

说明书

一种铁路机车用的无分相式牵引供电装置

技术领域

[0001] 本发明涉及一种铁路机车牵引供电装置。属铁路电气牵引供电技术领域。

背景技术

[0002] 众所周知电厂提供的是三相交流电，而电气化铁路牵引供电系统为降低成本均采用两相供电，为使三相平衡则采用分段不同相供电方式即分相供电。国内外铁路牵引系统的供电方式绝大部分采用YNd11供电方式以及在它基础上的改进方式(Scott)，从整体上来说都属于异相供电(分相供电)方式。(参见西南交通大学出版社出版的《高速铁路电气化工程》一书中p.126-131和《牵引供电系统分析》一书中p.10-15)。这种分相供电方式每隔20至30公里机车就要升、降受电弓断电一次交换电源相位，重新上电工作。这种方式因电分相点和电分段数的数量多，使牵引供电的接触网被分成多段，导致牵引阻抗大，牵引变电所间间距小，受电弓升、降(断、合)操作频繁，频繁断电启动会导致冲击电流达五至七倍，有时冲击电流甚至可高达十多倍，这样易造成设备损坏，也影响机车运行速度的提高。降低了机车可靠性运行，再加之这种异相供电方式不可能三相平衡供电，其负序电流值和电网谐波含都较大，虽然采用了一定的补偿措施，但能源利用率仍然较低，与列车安全、重载、高速、高效的发展目标是严重冲突的。

发明内容

[0003] 本发明的目的是克服现有电气化铁路的异相供电方式的上述缺点，为铁路机车提供一种电网谐波含量小、安全性更高的无分相式牵引供电装置。

[0004] 实现本发明目的的铁路机车用的无分相牵引供电装置由牵引变压器和能量分配调节机所构成，所述的牵引变压器输出端的A相接牵引接触网、C相接钢轨、B相接能量分配调节机，所述的能量分配调节机由主控制器、驱动器、电力电子开关桥臂、支撑电容臂、三个电流传感器、三个电压传感器、三个电抗器所组成，其中，所述的电力电子开关桥臂与支撑电容臂并联连接，所述的驱动器连接在电力电子开关桥臂的控制端子与主控制器之间，三个电流传感器和三个电压传感器的信号输出端接主控制器、信号输入端分别与牵引变压器的输出端的A相、B相、C相连接，所述的电力电子开关桥臂由三组电力电子开关组成，三个电抗器的一端各自分别连接在对应的三组桥臂的中点U、V、W上、另一端分别与牵引变压器输出端的A相、B相、C相相联。

[0005] 使用时牵引变压器输入端接电厂提供的外部供电网，牵引变压器的B相则只与能量分配调节机连接，不再像原来那样接牵引接触网。即牵引变压器只引出两相向牵引网供电。本无分相式牵引供电装置工作时将电网提供的三相电源能量平均分配给牵引变压器引出的两相线路，由A相、C相直接向机车供电，B相能量则先变为直流再逆变为交流配供给A相、C相，将三相变换成了两相，从而实现了无分相平衡供电。同时该装置通过调节逆变时电流和电压的相位角，可对线路功率因素进行补偿，并提高了牵引网电压的稳定性，在机车功率不变的情况下牵引力可提高20～50％，还可吸收机车产生的大量谐波。

[0006] 本铁路机车用的无分相式牵引供电装置具有的优点是：将分相供电改为无分相供电，可实现牵引接触网的大贯通，避免了频繁断电交换电源相位再重新供电，保证了设备安全，为列车安全、高速、高效运行提供了保障。稳定并提高了供电电压，释放了机车的储备牵引力20～50％，减小了供电电流；可提高供电系统的功率因素达0.98以上，大大降低了负序电流，增加了有功功率，降低了无功损耗，因而谐波含量少，减少对牵引变电网和供电电网的污染，改善了供电质量，提高了电网的利用效率。

附图说明

[0007] 图1是本发明的结构示意图

具体实施方式

[0008] 下面结合附图1对本发明做详细描述。

[0009] 参见图1，本铁路机车用的无分相式牵引供电装置由牵引变压器和能量分配调节机构成，所述的牵引变压器16输出端的A相接牵引接触网4、C相接钢轨5、B相接能量分配调节机，所述的能量分配调节机由主控制器2、驱动器3、三个电流传感器13、14、15，三个电压传感器10、11、12，三个电抗器17、18、19、电力电子开关桥臂7、支撑电容臂6所组成，其中，所述的电力电子开关桥臂7与支撑电容臂6并联连接，所述的驱动器3连接在电力电子开关桥臂7的控制端子与主控制器2之间，电流传感器和电压传感器的信号输出端接主控制器2、信号输入端分别与牵引变压器输出端的A相、B相、C相相联，所述的电力电子开关桥臂7由三组电力电子开关组成，三个电抗器17、18、19的一端各自分别连接在对应的三组桥臂的中点U、V、W上、另一端分别与牵引变压器16的输出端的A相、B相、C相相联。

[0010] 所述的主控制器2可由DSP或具有类似功能的集成电路以及其常规外围电路组成，所述的驱动器3可由EXB841或具有类似功能的电力电子开关驱动电路以及常规外围电路组成，通过光纤连接电力电子开关桥臂7中的电力电子开关的控制端，电力电子开关桥臂7与支撑电容臂6并联连接在P+和P-之间。这些均属现有桥臂运用控制技术，这里不再给出其具体电路和赘述。

[0011] 牵引变压器16可沿用原有铁路电气牵引网中的牵引变压器，将原接牵引网的B相拆除后改接至本装置的能量分配调节机即可。

[0012] 工作时牵引变压器16输出的能量分两部分传输：一部分电能输入本无分相牵引供电装置将交流侧B相的电能转换到直流侧p+、p-且将电能储存在支撑电容臂6中；电流传感器13、14、15完成对牵引变压器16输出的电流采样检测并输入主控制器2，电压传感器10、11、12完成对牵引变压器16输出的电压检测并输入主控制器2，主控制器2通过电流传感器13、14、15和电压传感器10、11、12输入的信号对牵引变压器16三相输出的功率进行分析计算，并根据分析计算的结果发出驱动信号控制电力电子开关桥臂7完成特定时序的开关动作进行四象限运行，使能量在桥臂7组成的桥路中通过三个电抗器17、18、19把牵引变压器16内B相中的能量从新分配到牵引变压器16的A端和C端，进而获得三相平衡转换；另一部分向牵引接触网4供电，牵引机车8通过受电弓9获取电能，电流通过钢轨5形成电流通路，流入牵引变压器16的C相，从而实现无分相供电和获得供电系统的高效率与安全性。

[0013] 可以将牵引变压器的输出端B相接牵引供电网、A相接配电装置，其工作原理是一样的。