專利名稱：一種新型的地面過電分相控制裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及交直交電力機車(動車組)、交直電力機車地面過電分相裝置制 造領域。
背景技術：
電力機車(動車組)過電分相的方法有多種，早期列車速度較慢，通常采用手動過 電分相，在分相區設有分相標志指揮司機過電分相操作。到中性段前，司機先將牽引級位降 到0，斷開輔助系統，再將牽引變壓器的原邊的主斷路器斷開，使機車不帶電通過中性段。機 車進入下一相供電臂的供電區后，司機合上主斷路、并啟動輔助系統、逐步恢復牽引級位。 手動過電分相司機勞動強度大，在過分相時必須由司機斷電，如果沒斷電過電分相，會在進 入中性段時牽引網與受電弓產生過電壓拉弧，燒壞牽引網和受電弓，甚至兩相短路等嚴重 事故，隨著列車運行速度的不斷提高這一問題將更為突出。目前，電力機車(動車組)通常采用自動過電分相方法，主要有二種方法地面自 動過分相和車上自動過分相。采用地面過電分相時，電力機車(動車組)不需要任何動作， 主電路斷電時間很短，適合坡度較大的和運量大的困難地段，日本將這種方法用于高速動 車組。附圖1為傳統地面自動過分相裝置的工作原理圖，其工作過程如下當電力機車 (動車組)運行到CGl時(列車運行方向如圖所示；CGl CG4為機車位置傳感器，用于產 生開關切換信號，列車運行到某一位置時，相應的開關動作)，開關Kl閉合，中性段接觸網 由A相供電，待機車進入中性段，到達CG3時，Kl斷開，K2迅速合上，完成中性段供電的換相 變換。由于此時中性段已由B相供電，電力機車(動車組)可以在不用任何附加操作，負荷 基本不變的情況下通過分相段，待機車駛離CG4處時，K2斷開，各個設備恢復原始狀態。反 向行駛時，由控制系統控制兩個開關以相反順序輪流斷開與閉合。地面過電分相時，電力機 車(動車組)在中性段進行電壓轉換，是帶載斷開分相開關，會生產截流過電壓，對開關要 求較高；同時是滿載閉合另一個分相開關，機車上有牽引變壓器，因為兩相相位不一樣，變 壓器的穩態磁通有相差，合閘時會因為動態磁通飽和導致合閘浪涌過電流。對于旋轉電機 并從牽引變壓器取電的機車，合閘時還會導致輔助系統過流。針對傳統地面過電分相裝置的缺點，有研究人員提出了改進措施，改進后的地面 過電分相裝置如附圖2所示，其工作原理如下當電力機車(動車組)運行到CGl時(列車 運行方向如圖所示；CGl CG4為機車位置傳感器，用于產生開關切換信號，列車運行到某 一位置時，相應的開關動作)，控制器發出控制信號使晶閘管SCRl、SCR2導通。A相電壓通 過降壓變壓器TX1，晶閘管SCR1、SCR2，升壓變壓器TX3到達中性段。晶閘管SCR1、SCR2的 觸發采用電壓過零觸發。當機車行駛到CG3時，控制器發出控制信號使晶閘管SCR1、SCR2 關斷，同時控制器發出控制信號使SCR3、SCR4導通。這樣中性段就由A相供電轉變為B相 供電。B相電壓通過降壓變壓器TX2，晶閘管SCR3、SCR4，升壓變壓器TX3到達中性段。當 機車行駛到CG4處時，控制器發出控制信號使晶閘管SCR1、SCR2、SCR3、SCR4關斷。系統恢復到原始狀態。可見，改進后的方案仍然不能完全解決傳統地面過電分相裝置的缺點，由于 需要采用升降壓變壓器，增加了系統的復雜程度和成本。綜上所述，現有技術的地面過電分相裝置存在的以下問題1)由于在整個過程中 是滿載分斷開關，對開關要求較高；2)中性段電壓轉換時，是帶載斷開分相開關，會生產截 流過電壓；3)在中性段進行電壓切換時，切換前后電壓相位不一致，機車上牽引變壓器的 穩態磁通就會有相差，合閘時會因為動態磁通飽和導致合閘浪涌過電流。對于旋轉電機并 從牽引變壓器取電的機車，合間時還會導致輔助系統過流。
實用新型內容鑒于現有技術的以上缺點，本實用新型的目的是提供一種新型的地面過電分相裝 置，使之克服現有技術的以上缺點。本實用新型的目的是通過如下的手段實現的。一種新型的地面過電分相控制方法，根據設于軌道上的機車位置傳感器CG1、CG2、 CG3、CG4對機車位置的確定以及用于測量接觸網電壓相位的接觸網電壓相位檢測模塊Ml 和M2對接觸網A和B相電壓相位的確定，用控制器控制全控型電力電子器件構成開關器件 Kl和K2的開斷，實現電力機車地面無沖擊切換過電分相；其正向行駛進入分相區時采用如 下的分相操作步驟列車運行到CG1，開關Kl閉合，中性段接觸網由A相供電；待電力機車 進入中性段，到達CG3并且A相電壓過零點時，斷開K1，并記錄電壓變化方向；Kl完全斷開 后，B相電壓過零點并且電壓變化方向與已經記錄的電壓變化方向一致時，觸發導通K2，完 成中性段供電的換相變換；待機車到達CG4時，K2斷開，各個設備恢復原始狀態；反向行駛 時，其執行步驟與上對稱變換，由CG2完成CG3的測位。采用本實用新型，能夠在斷開與A相連接開關Kl時，減小甚至消除截流過電壓；在 合上與下一供電段連接的開關K2時，消除接觸網電壓相位與機車牽引變壓器相位差，避免 開關閉合時因為動態磁通飽和導致合閘浪涌過電流；同時，還能避免輔助系統過流。斷開和 接通開關時，能夠減小開關應力，提高裝置的壽命。實現了電力機車(動車組)地面過電分 相時無沖擊切換，從而可以避免產生截流過電壓以及合閘浪涌過電流，并且能夠降低對開 關器件的要求。具有較高的開關速度，能夠縮短列車通過分相區的斷電時間。
圖1是傳統地面過電分相裝置的工作原理圖圖2是一種改進的地面過電分相裝置工作原理圖圖3是本實用新型設計的地面過電分相裝置工作原理圖圖4是電力電子器件構成開關的示意圖圖5是本實用新型地面過電分相裝置的控制流程圖(列車運行方向如附圖3所 示)
具體實施方式
以下結合附圖和實施例對本實用新型作進一步說明。根據設于軌道上的機車位置傳 感器CGl、CG2、CG3、CG4對機車位置的確定以及用于測量接觸網電壓相位的接觸網電壓相位檢測模塊Ml和M2對接觸網A和B相電壓相位的 確定，用控制器控制全控型電力電子器件構成開關器件Kl和K2的開斷，實現電力機車地面 無沖擊切換過電分相；如圖3所示，本實用新型的地面過電分相裝置的具體實施方式
如下1)利用全控型電力電子器件構成開關ΚΙ、K2，其導通、關斷的控制信號由控制器 KZ發出。在當前的技術水平情況下需要采用若干個電子電子器件串聯構成開關。2)在供電段A相、B相各設置一套電壓傳感器Ml、M2，檢測接觸網電壓相位；3)設置一套控制器，控制器主要完成以下功能當電力機車(動車組)到達CGl時 (列車運行方向如附圖3所示；CGl CG4為機車位置傳感器，是開關切換的必要條件之一， 列車運行到某一位置并滿足相關條件時，相應的開關動作)，開關Kl閉合，中性段接觸網由 A相供電，待電力機車(動車組)進入中性段，到達CG3并且A相電壓過零點時，斷開K1，并 記錄電壓變化方向；Kl完全斷開后，B相電壓過零點并且電壓變化方向(如圖5所示)與已 經記錄的電壓變化方向一致時，觸發導通K2，完成中性段供電的換相變換。由于此時中性段 已由B相供電，機車(動車組)可以在不用任何附加操作，負荷基本不變的情況下通過分相 段，待機車到達CG4時，K2斷開，各個設備恢復原始狀態。反向行駛時，由控制系統控制兩 個開關以相反順序輪流斷開與閉合。附圖4為電力電子器件構成交流開關的示意圖。由于電力電子器件具有單相導電 性，因此必須采用兩只二級開關器件反向并聯，讓電流在正負半周分別通過不同的器件。當 用于高壓交流電路時，由于電力電子器件的耐壓值有限，需要采用附圖4所示的單元串聯 構成開關。附圖5為本實用新型地面過電分相裝置的控制流程圖本實用新型通過設計一種新型的地面過電分相裝置，實現了電力機車(動車組) 地面過電分相時無沖擊切換，從而可以避免產生截流過電壓以及合間浪涌過電流，并且能 夠降低對開關器件的要求。另外，由于是采用電力電子器件構成的開關器件，因此具有較高 的開關速度，能夠縮短列車通過分相區的斷電時間。所述裝置由設于軌道上的機車位置傳 感器CGI、CG2、CG3、CG4，以及接觸網電壓相位檢測模塊Ml和M2構成的檢測單元、由控制 器和全控型電力電子器件開關器件Kl和K2構成的開關控制單元所組成。其中列車位置傳 感器可以用磁鐵及磁感應器構成，控制器可采用常規的可編程序控制器，如單片機、CPLD等 等；電壓相位檢測模塊Ml和M2為高壓電壓互感器；Kl和K2為采用全控型電力電子器件開 關器件，全控型器件可以采用GTO、IGBT、IGCT等等。在不脫離本實用新型的精神和范圍的情況下，本領域技術人員在不偏離本實用新 型的范圍和精神的情況下，對其進行的關于形式和細節的種種顯而易見的修改或變化均應 落在本實用新型的保護范圍之內。
權利要求一種新型的地面過電分相控制裝置，其特征在于，所述裝置由設于軌道上的機車位置傳感器CG1、CG2、CG3、CG4，以及接觸網電壓相位檢測模塊M1和M2構成的檢測單元、由控制器和全控型電力電子器件開關器件K1和K2構成的開關控制單元所組成。
2.根據權利要求1所述之新型的地面過電分相控制裝置，其特征在于，所述開關器件 采用兩只二級開關器件反向并聯，當開關器件的耐壓值不夠時，還需要進行串聯。
3.根據權利要求1所述之新型的地面過電分相控制裝置，其特征在于，所述電壓相位 檢測模塊Ml和M2采用高壓電壓互感器構成。
專利摘要本實用新型公開了一種新型的地面過電分相控制裝置，根據設于軌道上的機車位置傳感器CG1、CG2、CG3、CG4以及用于測量接觸網電壓相位的接觸網電壓相位檢測模塊M1和M2對接觸網A和B相電壓相位的確定，用控制器控制全控型電力電子器件構成的開關器件K1和K2的開斷實現電力機車地面無沖擊切換過電分相；本實用新型實現了電力機車(動車組)地面過電分相時無沖擊切換，從而可以避免產生截流過電壓以及合閘浪涌過電流，并且能夠降低對開關器件的要求。具有較高的開關速度，能夠縮短列車通過分相區的斷電時間。
文檔編號B60M3/04GK201685724SQ20102021346
公開日2010年12月29日 申請日期2010年6月2日 優先權日2010年6月2日
發明者侯黎明, 馮曉云, 宋文勝, 廖永衡, 李云峰, 熊成林, 王青元, 葛興來, 趙舵, 韓坤 申請人:西南交通大學