專利名稱：電力機車供電系統的制作方法
技術領域：
本發明屬于一種供電系統，尤其是指一種電力機車供電系統。
背景技術：
常見的電力機車供電系統如圖1所示，外部電源11將來自于接觸網的高壓交流電降壓整流成預定電壓值(例如1500v)的直流電，并通過隔離裝置13而加載到牽引逆變器 15和輔助逆變器17。牽引逆變器15將1500v的輸入直流電轉換成三相交流電后驅動牽引電動機19，以拖動電力機車運行。輔助逆變器17則將1500v的輸入直流電逆變、降壓而轉換成三相交流電后供給輔助供電系統的負載設備，如照明設備21、通風設備23等，其中，一路作為充電機25的輸入，并經充電機25的降壓、整流后為蓄電池27充電。參閱圖2，為現有的用于電力機車供電系統的充電機的電路原理圖，該充電機25 包括有順次連接的一輸入整流橋250、一逆變電路251、一變壓器252及一輸出整流橋253， 該輸入整流橋250的輸入端耦合于輔助逆變器17的輸出端，而輸出整流橋253的輸出端則連接于蓄電池27，來自于輔助逆變器17的交流電經輸入整流橋250的整流、逆變電路251 的逆變、變壓器252的降壓及輸出整流橋253的整流后，對蓄電池27進行充電。上述結構的充電機，其有變壓器的隔離和二極管的整流輸出，只能用于對蓄電池充電。這樣，當電力機車無法從接觸網獲取電力時，蓄電池27可為緊急照明通風設備等應急系統供電，以維持應急用電量，然而，由于電力機車牽引系統缺少電力供應而導致電力機車無法運行，只能停運并等待拖車拖走，在營運高峰期甚至會導致鐵路線的堵塞，造成較為嚴重的后果。故而，有需要對現有的電力機車供電系統進行改進，以使在接觸網出現故障的情況下使用蓄電池為牽引系統提供電力。
發明內容
本發明所要解決的技術問題在于提供一種改進的電力機車供電系統，其可以在接觸網故障時利用蓄電池為牽引電動機供電，維持電力機車的慢速行使。為解決上述技術問題，本發明采用如下所述的技術方案一種電力機車供電系統， 包括有一外部電源、一牽引逆變器、一輔助逆變器及一充電機，其中，所述外部電源用于將接觸網的交流電降壓整流而轉換成的直流電；所述牽引逆變器用于將由所述外部電源輸入的直流電轉換成三相交流電，并輸出至與之連接的牽引電動機；所述輔助逆變器用于將由所述外部電源輸入的直流電進行逆變、降壓處理而轉換成三相交流電；所述充電機包括有一第一三相橋式逆變電路，所述第一三相橋式逆變電路的交流側與一第一三相變壓器的低壓側連接，直流側與所述蓄電池連接，所述第一三相變壓器的高壓側則耦合于所述輔助逆變器的輸出端，其將自所述輔助逆變器輸入的三相交流電降壓、整流后而對蓄電池進行充 H1^ ο上述電機機車供電系統中，所述第一三相橋式逆變電路由六個IGBT按照三相三橋臂的組合方式構成，每一 IGBT并聯有一續流二極管。
上述電機機車供電系統中，所述第一三相橋式逆變電路的直流側連接有一第一濾波電路。上述電機機車供電系統中，所述第一濾波電路由一并聯于所述第一三相橋式逆變電路直流側的電容和一并聯于該電容的電阻構成。上述電機機車供電系統中，所述輔助逆變器包括有一第二三相橋式逆變電路，所述第二三相橋式逆變電路的直流側通過一第二濾波電路而與所述外部電源的輸出端連接， 而交流側則與一第二三相變壓器的高壓側連接，所述第二三相變壓器的低壓側與所述充電機的第一三相變壓器的高壓側耦合。上述電機機車供電系統中，所述第二濾波電路由一串聯于所述第二三相橋式逆變電路的直流側正極端的電感、一并聯于所述第二三相橋式逆變電路的直流側的電容及一并聯于所述電容的電阻構成。上述電機機車供電系統中，所述第二三相變壓器的低壓側連接有至少一第三濾波電路。上述電機機車供電系統中，所述第三濾波電路由三個濾波電容構成，三個濾波電容三角形或星形連接，其三個端鈕分別連接于所述第二三相變壓器低壓側的三相線。上述電機機車供電系統中，所述第二三相變壓器高壓側的三相線上各自集成有一串聯的濾波電感。上述電機機車供電系統中，所述第二三相橋式逆變電路由六個IGBT按照三相三橋臂的組合方式構成，每一 IGBT并聯有一續流二極管。本發明的有益技術效果在于該電力機車供電系統的充電機基于三相橋式逆變電路而構建而成，在無需增加額外設備的條件下，使其既可在接觸網正常供電的情況下將輔助逆變器所輸出的三相交流電整流轉換成直流電，以對蓄電池進行充電，又可在接觸網無法供電的情況下將蓄電池所輸出的直流電逆變成三相交流電，并經輔助逆變器的升壓整流后作為牽引逆變器的輸入，以供牽引逆變器驅動牽引電動機而拖動電力機車慢速行駛，牽引電機機車通過故障接觸網段或行使至車站進行維修。
圖1是常見的電力機車供電系統的結構示意圖。圖2是常見的電力機車供電系統的充電機的電路原理圖。圖3是本發明的電力機車供電系統的結構示意圖。圖4是本發明的電力機車供電系統的充電機的電路原理圖。圖5是本發明的電力機車供電系統的輔助逆變器的電路原理圖。
具體實施例方式為使本領域的普通技術人員更加清楚地理解本發明的目的、技術方案和優點，以下結合附圖和實施例對本發明做進一步的闡述。本發明基于現有的電力機車供電系統而主要對其中的充電機結構進行改變，使得可在必要時(例如在接觸網出現故障而無法取電的情況下)利用蓄電池為牽引電動機供電，以驅動電力機車的慢速行使。參閱圖3所示，本發明所公開的電力機車供電系統包括有一外部電源10，其用于將接觸網的高壓交流電降壓整流而轉換成預定電壓值(例如1500v) 的直流電，并優選通過一隔離裝置26而加載至牽引逆變器12和輔助逆變器14。牽引逆變器12將輸入的直流電轉換成三相交流電后輸出至與之連接的牽引電動機16，以驅動該牽引電動機16而拖動電力機車行使。輔助逆變器14將輸入的直流電進行逆變、降壓處理而轉換成預定電壓值的三相交流電，并分別作為充電機18、照明設備20、通風設備22等輔助供電系統的負載設備的輸入，而為上述負載設備提供工作電壓。充電機18 的輸入端連接于輔助逆變器14的輸出端，將自該輔助逆變器14輸入的三相交流電降壓、整流后加載于蓄電池對，而對蓄電池M進行充電。結合圖4所示，該充電機18包括有一第一三相橋式逆變電路180，該第一三相橋式逆變電路180的交流側與一第一三相變壓器181的低壓側連接，直流側與蓄電池M連接， 而該第一三相變壓器181的高壓側則耦合于輔助逆變器14的輸出端。這樣，輔助逆變器14 輸出的三相交流電經第一三相變壓器181的降壓后輸入第一三相橋式逆變電路180，通過該第一三相橋式逆變電路180中的續流二極管的整流后由直流側輸出直流電，以用于對與之連接的蓄電池M進行充電。在附圖所示的實施例中，該第一三相橋式逆變電路180由六個絕緣柵雙極型晶體管Gnsulated Gate Bipolar Transistor ;IGBT) Sl S6按照三相三橋臂的結構組合而成，每一 IGBT并聯有一續流二極管。在其他的實施例中，該第一三相橋式逆變電路180也可采用由八個IGBT按照三相四橋臂結構組成的逆變電路。誠然，形成該第一三相橋式逆變電路180的開關器件并不限定于選用IGBT，也可采用諸如金屬氧化物半導體場效應晶體管 (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor ；M0SFET)等其他適宜的半導體開關器件，同樣地，每一 MOSFET也并聯有一二極管。優選地，該第一三相橋式逆變電路180的直流側連接有一第一濾波電路182，用于濾除輸出直流電壓中的紋波，使輸出電壓的波形變得較為平滑。附圖所示實施例中，該第一濾波電路182由一并聯于該第一三相橋式逆變電路180直流側的電容Cl和一并聯于該電容Cl的電阻Rl構成。參閱圖5，該輔助逆變器14包括有一第二三相橋式逆變電路140，該第二三相橋式逆變電路140的直流側通過一第二濾波電路141而與外部電源10的輸出端連接，而交流側則與一第二三相變壓器142的高壓側連接。在此實施例中，第二濾波電路141由一串聯于該第二三相橋式逆變電路140的直流側正極端的電感Li、一并聯于該第二三相橋式逆變電路140的直流側的電容C2及一并聯于該電容C2的電阻R2構成。外部電源10輸出的直流電經該第二濾波電路141的濾波平滑后輸入第二三相橋式逆變電路140而轉換成三相交流電，并輸入至第二三相變壓器142。第二三相變壓器142的低壓側連接有至少一第三濾波電路143，再與充電機18的第一三相變壓器181的高壓側耦合。如此，第二三相橋式逆變電路140所輸出的三相交流電經該第二三相變壓器142的降壓、第三濾波電路143的濾波后輸入至充電機18，并同時為電力機車上的除牽引系統外的設備供電。在此實施例中，每一第三濾波電路143由三個濾波電容構成，三個濾波電容三角形連接，其三個端鈕分別連接于該第二三相變壓器142低壓側的三相線。當然，該第三濾波電路143的三個濾波電容也可以采用星形連接，而將其三個端鈕分別連接于第二三相變壓器142低壓側的三相線。
優選地，利用磁集成技術而于該第二三相變壓器142高壓側的三相線上各自集成有一串聯的濾波電感(圖中沒有示出)，其可與該第二三相變壓器142低壓側的第三濾波電路143構成LC濾波電路，以起濾波之用。將濾波電感設于變壓器的高壓側，而將濾波電容設于變壓器的低壓側，均有利于濾波電感和濾波電容的小型化，利于較小體積和降低成本。如圖5所示，此實施例中的第二三相橋式逆變電路140由六個IGBTS7 S12按照三相三橋臂的組合方式構成，每一 IGBT并聯有一續流二極管。當接觸網出現故障時，蓄電池M的直流電作為充電機18的直流輸入，經第一三相橋式逆變電路180逆變而轉換成三相交流電，并通過該第一三相變壓器181的升壓后送入輔助逆變器14，同時輸出一路供電至緊急通風照明設備觀處，以保證緊急通風照明設備觀的運行。輔助逆變器14切斷照明設備20、通風設備22等輔助設備的電力供應，并將由充電機18所輸入的三相交流電經第二三相變壓器142升壓、再經第二三相橋式逆變電路140中的續流二極管的整流后，由輔助逆變器14輸出得到電壓高于蓄電池M輸出電壓的直流電， 此直流電可加載于牽引逆變器12，以供牽引逆變器12驅動牽引電動機16，從而拖動電力機車慢速行駛。綜上所述，本發明所公開的電力機車供電系統的充電機基于三相橋式逆變電路而構建而成，在無需增加額外設備的條件下，使其既可在接觸網正常供電的情況下將輔助逆變器所輸出的三相交流電整流轉換成直流電，以對蓄電池進行充電，又可在接觸網無法供電的情況下將蓄電池所輸出的直流電逆變成三相交流電，并經輔助逆變器的升壓整流后作為牽引逆變器的輸入，以供牽引逆變器驅動牽引電動機而拖動電力機車慢速行駛，牽引電機機車通過故障接觸網段或行使至車站進行維修。以上所述僅為本發明的優選實施例，而非對本發明做任何形式上的限制。本領域的技術人員可在上述實施例的基礎上施以各種等同的更改和改進，凡在權利要求范圍內所做的等同變化或修飾，均應落入本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種電力機車供電系統，包括有一外部電源(10)，用于將接觸網的交流電降壓整流而轉換成的直流電；一牽引逆變器(12)，用于將由所述外部電源(10)輸入的直流電轉換成三相交流電，并輸出至與之連接的牽引電動機(16)；一輔助逆變器(14)，用于將由所述外部電源(10)輸入的直流電進行逆變、降壓處理而轉換成三相交流電；一充電機(18)，其輸入端連接于所述輔助逆變器(14)的輸出端，將自所述輔助逆變器 (14)輸入的三相交流電降壓、整流后而對蓄電池04)進行充電；其特征在于所述充電機(18)包括有一第一三相橋式逆變電路(180)，所述第一三相橋式逆變電路(180)的交流側與一第一三相變壓器(181)的低壓側連接，直流側與所述蓄電池04)連接，所述第一三相變壓器(181)的高壓側則耦合于所述輔助逆變器(14)的輸出端。
2.如權利要求1所述的電力機車供電系統，其特征在于所述第一三相橋式逆變電路 (180)由六個IGBT按照三相三橋臂的組合方式構成，每一 IGBT并聯有一續流二極管。
3.如權利要求1所述的電力機車供電系統，其特征在于所述第一三相橋式逆變電路 (180)的直流側連接有一第一濾波電路(182)。
4.如權利要求3所述的電力機車供電系統，其特征在于所述第一濾波電路(182)由一并聯于所述第一三相橋式逆變電路(180)直流側的電容(Cl)和一并聯于該電容(Cl)的電阻(Rl)構成。
5.如權利要求1所述的電力機車供電系統，其特征在于所述輔助逆變器(14)包括有一第二三相橋式逆變電路(140)，所述第二三相橋式逆變電路(140)的直流側通過一第二濾波電路(141)而與所述外部電源(10)的輸出端連接，而交流側則與一第二三相變壓器 (142)的高壓側連接，所述第二三相變壓器(142)的低壓側與所述充電機(18)的第一三相變壓器(181)的高壓側耦合。
6.如權利要求5所述的電力機車供電系統，其特征在于所述第二濾波電路(141)由一串聯于所述第二三相橋式逆變電路(140)的直流側正極端的電感(Li)、一并聯于所述第二三相橋式逆變電路(140)的直流側的電容(C2)及一并聯于所述電容(C2)的電阻(R2) 構成。
7.如權利要求5所述的電力機車供電系統，其特征在于所述第二三相變壓器(142) 的低壓側連接有至少一第三濾波電路(143)。
8.如權利要求7所述的電力機車供電系統，其特征在于所述第三濾波電路(143)由三個濾波電容構成，三個濾波電容三角形或星形連接，其三個端鈕分別連接于所述第二三相變壓器(14 低壓側的三相線。
9.如權利要求8所述的電力機車供電系統，其特征在于所述第二三相變壓器(142) 高壓側的三相線上各自集成有一串聯的濾波電感。
10.如權利要求5所述的電力機車供電系統，其特征在于所述第二三相橋式逆變電路 (140)由六個IGBT按照三相三橋臂的組合方式構成，每一 IGBT并聯有一續流二極管。
全文摘要
本發明公開一種電力機車供電系統，其包括有一外部電源、一牽引逆變器、一輔助逆變器及一充電機，其中，所述充電機包括有一第一三相橋式逆變電路，所述第一三相橋式逆變電路的交流側與一第一三相變壓器的低壓側連接，直流側與所述蓄電池連接，所述第一三相變壓器的高壓側則耦合于所述輔助逆變器的輸出端。該電力機車供電系統可以在接觸網故障時利用蓄電池為牽引電動機供電，維持電力機車的慢速行使。
文檔編號B60L1/00GK102358197SQ20111022446
公開日2012年2月22日 申請日期2011年8月6日 優先權日2011年8月6日
發明者唐傳明, 楊北輝, 沈建華 申請人:深圳市英威騰交通技術有限公司