一种1000kW功率等级纯电动交流传动调车机车电气主传动系统

摘要

本发明提出了一种1000kW功率等级纯电动交流传动调车机车电气主传动系统，包括第一电压传感器、第二电压传感器、第三电压传感器、第一电阻、第二电阻、第一动力电池组、第二动力电池组、逆变模块、牵引电机、第一电流传感器、第二电流传感器、第三电流传感器。逆变模块包括一条斩波支路与三相逆变电路，可实现机车不同工况的充放电调整。本发明构建了模块化、开放性的动力电池系统，采用两组完全相同、可互相替换的磷酸铁锂动力蓄电池组为机车动力源，所提供的能量覆盖范围在500~1200kW，可根据机车实际运用情况和用户要求进行调整。

说明书

技术领域

本发明属于纯电动交流传动调车机车技术领域，尤其涉及一种1000kW功率等级纯电动交流传动调车机车电气主传动系统。

背景技术

现有1000kW功率等级、使用动力蓄电池为动力的机车均采用“动力电池+柴油机”混合能量的方式为机车提供动力。如图1所示,主传动系统主要部件由主发电机、主接触器、整流模块、动力电池组、逆变模块、牵引电机等主要部件组成。机车纯柴油机牵引工况由T1至T6工作将直流电变换成变频变压的交流电给牵引电机用；在混合动力牵引工况，动力电池组与牵引变流柜中间直流环节相连接，与主发电机发出的电在中间直流环节混合，通过控制主发电机发出的电压来控制蓄电池的放电电流。在制动工况，牵引电机变为发电工况，T1至T6工作，将牵引电机发出的三相电整流成直流电，通过控制中间直流环节的电压，来控制充电电流。

该技术的缺点为：蓄电池直接与牵引回路的直流环节相连接，蓄电池的充、放电电流的大小必须通过精确控制中间直流环节的电压来实现。由于柴油转速一般会在一定范围内波动，必须通过调节主发电机的励磁电流来时使中间直流环节的电压维持稳定，但电压一定也会在有所波动，现在混合动力机车普遍采用锂电池，电池内阻很小，电压波动十几伏，蓄电池充、放电电流就会引起较大的波动，造成整个主传动系统带来不稳定性。特别是牵引工况，由于蓄电池和中间直流环节直接相连，如果中间电压控制不够精确，电压偏高，蓄电池本身需要放电，就会变成中间直流环节给蓄电池充电，这时柴油机功率不够，将影响柴油转速的稳定，直至柴油机熄火。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种1000kW功率等级纯电动交流传动调车机车电气主传动系统，包括第一电压传感器、第二电压传感器、第三电压传感器、第一电阻、第二电阻、第一动力电池组、第二动力电池组、逆变模块、牵引电机、第一电流传感器、第二电流传感器、第三电流传感器。

第一电压传感器、第二电压传感器、第一电阻与第二电阻组成的串联电路三者并联；第一电阻与第二电阻串联，串联中点接地，第三电压传感器与第一电阻并联。

逆变模块由第一IGBT管、第二IGBT管、第三IGBT管、第四IGBT管、第五IGBT管、第六IGBT管、第七IGBT管、第八IGBT管及一个电容组成；第七IGBT管与第八IGBT管串联组成斩波支路；第一IGBT管、第二IGBT管串联，第三IGBT管、第四IGBT管串联，第五IGBT管、第六IGBT管串联，该三条串联支路并联组成三相逆变电路；斩波支路与三相逆变电路并联后的电路与各个电压传感器组成直流环节，电容与直流环节并联。

第一动力电池组、第二动力电池组两端分别连接一个接触器，并联组成电源模块；电源模块正极连接第三电流传感器后连接到第七IGBT管与第八IGBT管的串联点，负极连接到电容与直流环节的并联点。

三相逆变电路通过第一电流传感器、第二电流传感器连接到牵引电机。

进一步的，第一动力电池组、第二动力电池组为磷酸铁锂动力蓄电池组。

进一步的，还包括电感，所述电感位于电源模块正极与第三传感器之间。

本发明的有益效果为：

1、构建了模块化、开放性的动力电池系统，采用两组完全相同、可互相替换的磷酸铁锂动力蓄电池组为机车动力源，所提供的能量覆盖范围在500~1200kW，可根据机车实际运用情况和用户要求进行调整。

2、世界首台1000kW功率等级纯电力机车，完全摆脱传统动力的束缚，机车运行所需能量完全由动力电池提供.

3、比传统1000kW功率等级混合动力机车减少了主发电机、主接触器、整流模块等部件，机车日常维护和维修的成本大幅降低。

4、对制动能量可进行回收再利用。动力电池组充电回路增加了电感，通过控制斩波支路IGBT斩波，能精确的控制充电电流，实现能量回收的精确可控。

5.与传统主电路相比，机车主传动系统稳定性得到很大提高，同时能量回收时充电电流的精确控制，为节能提高了保障，为纯电动机车技术发展和大范围运用提供了坚实基础。

附图说明

图1为现有技术中电气主传动系统结构示意图。

图2为本发明电气主传动系统结构示意图。

图1中：1.主发电机；2.主接触器；3.整流模块；4.动力电池组；5.逆变模块；6.牵引电机。

图2中：1.接触器；2.第一动力电池组；3.第二动力电池组；4.电感；5.牵引电机；6.逆变模块。

具体实施方式

如图2所示，本发明包括第一电压传感器、第二电压传感器、第三电压传感器、第一电阻、第二电阻、第一动力电池组、第二动力电池组、逆变模块、牵引电机、第一电流传感器、第二电流传感器、第三电流传感器。

第一电压传感器、第二电压传感器、第一电阻与第二电阻组成的串联电路三者并联；第三电压传感器与第一电阻并联，第一电阻与第二电阻的串联中点接地。

逆变模块由8个IGBT管（第一IGBT管、第二IGBT管、第三IGBT管、第四IGBT管、第五IGBT管、第六IGBT管、第七IGBT管、第八IGBT管）及一个电容组成。第七IGBT管与第八IGBT管串联组成斩波支路。第一IGBT管、第二IGBT管串联、第三IGBT管、第四IGBT管串联、第五IGBT管、第六IGBT管串联，该三条串联支路并联组成三相逆变电路；斩波支路与三相逆变电路并联后的电路与各个电压传感器组成直流环节，电容与直流环节并联。

第一动力电池组、第二动力电池组两端分别连接一个接触器后并联组成电源模块，电源模块正极连接第三电流传感器后连接到第七IGBT管与第八IGBT管的串联点，负极连接到电容与直流环节的并联点。三相逆变电路通过第一电流传感器、第二电流传感器连接到牵引电机。本领域技术人员应该知道，三相逆变电路的三条支路任意两条均可以串联第一电流传感器或第二电流传感器。

优选的，电源模块与第三传感器之间设置一个电感，能更有效的控制充电电流的平滑性。

优选的，第一动力电池组、第二动力电池组为磷酸铁锂动力蓄电池组。

下面对本发明的工作原理进行说明。

机车牵引工况时，电源模块通过第七IGBT管的二极管放电，由三相逆变电路将直流电变换成变频变压的交流电给牵引电机供电。机车制动工况时，牵引电机变为发电工况，逆变回路起到整流作用，将牵引电机发出的三相电整流成直流电，通过控制第七IGBT管的导通，控制充电电流。由于在该斩波支路增加了电感，能有效的控制充电电流的平滑性。

第一动力电池组、第二动力电池组可通过闭合两侧的接触器灵活选择单组为机车起动、牵引和辅助系统提供所需能量，或者两组共同提供机车运行所需能量。

当任一动力电池组故障时，可通过接触器切断该动力电池组，此时机车降功运行。

本发明的有益效果为：

1、构建了模块化、开放性的动力电池系统，采用两组完全相同、可互相替换的磷酸铁锂动力蓄电池组为机车动力源，所提供的能量覆盖范围在500~1200kW，可根据机车实际运用情况和用户要求进行调整。

2、世界首台1000kW功率等级纯电力机车，完全摆脱传统动力的束缚，机车运行所需能量完全由动力电池提供。

3、比传统1000kW功率等级混合动力机车减少了主发电机、主接触器、整流模块等部件，机车日常维护和维修的成本大幅降低。

4、对制动能量可进行回收再利用。动力电池组充电回路增加了电感，通过控制斩波支路IGBT斩波，能精确的控制充电电流，实现能量回收的精确可控。

5.与传统主电路相比，机车主传动系统稳定性得到很大提高，同时能量回收时充电电流的精确控制，为节能提高了保障，为纯电动机车技术发展和大范围运用提供了坚实基础。