基于大功率逆變器的電力機(jī)車制動(dòng)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電力機(jī)車制動(dòng)系統(tǒng)，具體是基于大功率逆變器的電力機(jī)車制動(dòng)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 城市軌道列車具有站間數(shù)量多、距離短、運(yùn)行速度高、起動(dòng)及制動(dòng)頻繁等特點(diǎn)，制 動(dòng)時(shí)列車會(huì)損失大量動(dòng)能。目前城市軌道交通采用的采用制動(dòng)一般分為電阻制動(dòng)、再生制 動(dòng)和空氣制動(dòng)，運(yùn)行過(guò)程中以電阻制動(dòng)和再生制動(dòng)為主要制動(dòng)方式，空氣制動(dòng)為輔。速度較 高時(shí)都是電阻制動(dòng)和再生制動(dòng)作用，而速度較低到再生制動(dòng)不起作用時(shí)，則使用空氣制動(dòng)。 傳統(tǒng)列車采用電阻制動(dòng)和空氣制動(dòng)結(jié)合的方式，這樣做有兩個(gè)缺點(diǎn)：①部分制動(dòng)能量無(wú)法 被相鄰車輛吸收，被電阻制動(dòng)消耗和空氣制動(dòng)消耗，浪費(fèi)電能；②產(chǎn)生大量熱能，增加隧道 溫度，提高環(huán)控設(shè)備用電量。雖然采用再生制動(dòng)電能反饋可以把大部分制動(dòng)能量反饋回牽 引網(wǎng)供其他列車使用，但是這種制動(dòng)方式也有其致命的弱點(diǎn)，那就是其利用率很低。當(dāng)一列 車進(jìn)行反饋制動(dòng)時(shí)，而同一供電區(qū)段內(nèi)沒(méi)有其它車輛運(yùn)行，回送到電網(wǎng)上的能量不能被其 它列車吸收和利用，這樣就會(huì)抬升電網(wǎng)電壓，對(duì)變電所的供電設(shè)備不利。
[0003] 中國(guó)發(fā)明專利103151806A，公開(kāi)了一種牽引供電系統(tǒng)，PWM變流模塊將交流電網(wǎng) 中的交流電轉(zhuǎn)換為直流電，并將轉(zhuǎn)換后的直流電導(dǎo)入直流牽引網(wǎng)；儲(chǔ)能模塊在系統(tǒng)啟動(dòng)之 初或直流牽引網(wǎng)中電能過(guò)剩時(shí)，從直流牽引網(wǎng)中接收直流電并儲(chǔ)存；并在直流牽引網(wǎng)中的 電流需求大于PWM的額定范圍時(shí)，將儲(chǔ)存的電能以直流電的形式導(dǎo)入直流牽引網(wǎng)。
[0004] 中國(guó)發(fā)明專利CN101544238A，公開(kāi)了一種高速列車電渦流磁阻制動(dòng)裝置，包括電 渦流緩速器、車軸冷卻裝置，電渦流緩速器固定在車體和車輪軸之間；車軸冷卻裝置固定連 接在車體上，包括進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口，進(jìn)風(fēng)口朝車輛運(yùn)行方向，出風(fēng)口朝車軸。
[0005] 中國(guó)發(fā)明專利CN101468609A，公開(kāi)了一種軌道動(dòng)車超導(dǎo)渦流制動(dòng)裝置，包括設(shè)有 勵(lì)磁電源的制動(dòng)控制器和渦流制動(dòng)裝置，渦流制動(dòng)裝置的電磁鐵鐵心柱采用超導(dǎo)電磁鐵鐵 心柱，超導(dǎo)電磁鐵線圈與勵(lì)磁電源相連，超導(dǎo)電磁鐵鐵心柱安裝在車廂轉(zhuǎn)向架上，超導(dǎo)電磁 鐵鐵心柱的底部平面與鐵路鋼軌的上表面之間具有空氣隙。
[0006] 盡管CN101544238A和CN101468609A均采用了軌道渦流制動(dòng)，根據(jù)能量守恒定律， 渦流制動(dòng)過(guò)程將運(yùn)動(dòng)物體的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能散發(fā)掉了，這會(huì)引起制動(dòng)裝置溫升。若是經(jīng)常 啟用緊急制動(dòng)或長(zhǎng)時(shí)間的連續(xù)制動(dòng)，由此而產(chǎn)生的周期性的溫升，會(huì)形成積累效應(yīng)，嚴(yán)重時(shí) 會(huì)使永磁體發(fā)生退磁，造成制動(dòng)失敗。
[0007] 目前，尚未有報(bào)道再生制動(dòng)與渦流制動(dòng)聯(lián)合的機(jī)車制動(dòng)系統(tǒng)，本領(lǐng)域技術(shù)人員有 必要開(kāi)發(fā)一種再生制動(dòng)與渦流制動(dòng)聯(lián)合的制動(dòng)系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)車的節(jié)能制動(dòng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明的目的就是為了克服現(xiàn)有電力機(jī)車制動(dòng)系統(tǒng)的不足，提供了基于大功率逆 變器的電力機(jī)車制動(dòng)系統(tǒng)，以解決僅再生能量逆變回饋系統(tǒng)時(shí)反饋回牽引網(wǎng)能量利用率 低、抬升電網(wǎng)電壓，對(duì)變電所的供電設(shè)備不利的問(wèn)題和僅渦流制動(dòng)系統(tǒng)時(shí)渦流制動(dòng)過(guò)程將 運(yùn)動(dòng)物體的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能散發(fā)掉，引起制動(dòng)裝置升溫，使永磁體發(fā)生退磁，造成制動(dòng)失敗 的問(wèn)題。
[0009] 本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題，采用下述技術(shù)方案： 一種基于大功率逆變器的電力機(jī)車制動(dòng)系統(tǒng)，包括再生能量逆變回饋系統(tǒng)，用于電機(jī) 轉(zhuǎn)換的原理消耗機(jī)械能，將車輛制動(dòng)時(shí)的直流電逆變成交流電，回饋至交流電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)并網(wǎng) 加以利用。
[0010] 渦流制動(dòng)系統(tǒng)，用于通過(guò)電磁感應(yīng)，使列車的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電磁感應(yīng)體中的渦流，并 以熱的形式向周圍耗散，以達(dá)到制動(dòng)的目的。
[0011] 通過(guò)車輛[微軟用戶1]，控制整車渦流制動(dòng)制系統(tǒng)動(dòng)力的分配和整列車再生制 動(dòng)分配及二者之間的協(xié)調(diào)配合。
[0012] 列車通信網(wǎng)絡(luò)傳輸中的多功能車輛總線MVB，用于固定編組列車的列車級(jí)網(wǎng)絡(luò)和 非固定編組列車的車輛級(jí)網(wǎng)絡(luò)。
[0013] 采用上述技術(shù)方案的本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其特別之處在于：通過(guò)設(shè)置車輛控 制單元，將再生能量逆變回饋系統(tǒng)和渦流制動(dòng)系統(tǒng)聯(lián)合在一起，采用再生能量逆變回饋系 統(tǒng)，設(shè)定電壓與渦流制動(dòng)系統(tǒng)所需電壓相匹配。當(dāng)機(jī)車制動(dòng)時(shí)，再生制動(dòng)系統(tǒng)優(yōu)先提供渦流 制動(dòng)所需能量，多余能量回饋電網(wǎng)，減輕電網(wǎng)負(fù)荷和元件載荷同時(shí)提高利用率。
[0014] 本發(fā)明的優(yōu)選方案如下： 再生能量逆變回饋系統(tǒng)包括主電路和控制電路，所述主電路由PWM型逆變器、LC濾波 器、隔離變壓器和整流變壓器組成；LC濾波器設(shè)置在PWM型逆變器的交流輸出側(cè)；LC濾波 器與整流變壓器之間設(shè)置一臺(tái)隔離變壓器； 所述控制電路從右到左依次為電流測(cè)量元件、數(shù)字PI調(diào)節(jié)器、SPWM發(fā)生器、高頻開(kāi)關(guān) 器件IGBT。
[0015] 隔離變壓器的變比為900V/1180V。
[0016] 還包括電氣結(jié)構(gòu)模塊，該模塊包括： 母線I，用于變電所列車牽引系統(tǒng)直流供電線路。
[0017] 母線II，用于機(jī)車內(nèi)部電流供電線路。
[0018] 母線III，用于變電所列車配電系統(tǒng)交流供電線路。
[0019] DC/AC逆變裝置，置于母線I和母線III之間，用于對(duì)電力機(jī)車動(dòng)能進(jìn)行回收。
[0020] AC/DC整流器，用于完成交直流變化的工作，使母線II電壓升高達(dá)到預(yù)設(shè)電壓。
[0021] DC/DC轉(zhuǎn)換器，用于給再生制動(dòng)通電回路通，電令其處于工作狀態(tài)。
[0022] DC/AC渦流制動(dòng)變流器，用于控制渦流制動(dòng)系統(tǒng)提供渦流制動(dòng)力。
[0023] DC/AC回饋裝置，用于穩(wěn)定母線II的電壓。
[0024] 消耗電阻，用于母線I電壓升高超過(guò)預(yù)期值時(shí)，啟動(dòng)消耗電阻來(lái)消耗電能。
[0025] 緊急消耗電阻，用于母線II電壓升高超過(guò)預(yù)期值時(shí)，啟動(dòng)緊急消耗電阻來(lái)消耗電 能。
[0026] 還包括交-直-交牽引系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括： 接觸線，用于向電力機(jī)車供電的線路。
[0027] 正饋線，用于增加接觸線的載流量的線路。
[0028] 保護(hù)線，用于接觸線或正饋線絕緣子發(fā)生閃絡(luò)接地時(shí)，可與保護(hù)線形成金屬性短 路，便于跳閘保護(hù)；還用于防干擾、防雷電。
[0029] 中間直流回路，用于向渦流制動(dòng)系統(tǒng)提供勵(lì)磁電流。
[0030] 主整流器，用于受電弓傳輸電量至主整流器轉(zhuǎn)化為直流電。
[0031] 主逆變器，用于牽引電機(jī)供電，當(dāng)處于制動(dòng)工況時(shí)通過(guò)電路轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)向供電線路 回饋電能 三相異步牽引電機(jī)，與主逆變器連接，用于提供整車驅(qū)動(dòng)力AC/DC整流器，用于完成交 直流變化的工作，使中間直流回路電壓升高達(dá)到預(yù)設(shè)電壓。
[0032] DC/DC渦流制動(dòng)變流器，用于控制渦流制動(dòng)系統(tǒng)提供渦流制動(dòng)力。
[0033] DC/DC變流器，用于向中間直流回路反饋電能。
[0034] 消耗電阻，用于接觸線回路電壓升高超過(guò)預(yù)期值時(shí)，啟動(dòng)消耗電阻來(lái)消耗電能。
[0035] 緊急消耗電阻，用于中間直流回路電壓升高超過(guò)預(yù)期值時(shí)，啟動(dòng)緊急消耗電阻來(lái) 消耗電能。
[0036] 還包括輔助電路，用于電網(wǎng)出現(xiàn)故障停止供電，機(jī)車與外部供電線路斷連，啟動(dòng)輔 助電路為再生制動(dòng)提供勵(lì)磁電流，再生制動(dòng)開(kāi)始運(yùn)行后直流回路電壓升高，通過(guò)渦流制動(dòng) 變流器為渦流制動(dòng)提共勵(lì)磁電流。
[0037] 直流回路為母線II直流回路或中間直流回路。
[0038] 渦流制動(dòng)變流器為DC/AC渦流制動(dòng)變流器或DC/DC渦流制動(dòng)變流器。
【附圖說(shuō)明】
[0039] 圖1為本發(fā)明再生制動(dòng)能量逆變回饋系統(tǒng)原理框圖。
[0040] 圖2為本發(fā)明電氣結(jié)構(gòu)模塊設(shè)計(jì)圖。
[0041] 圖3為本發(fā)明交-直-交牽引系統(tǒng)圖。
[0042] 圖4為德國(guó)IEC3制動(dòng)方式選用圖。
[0043] 圖中：1一三相電壓型PWM逆變器；2 -LC濾波器；3-隔離變壓器；4一整流變壓 器；5 -電流信號(hào)處理元件；6-數(shù)字PI調(diào)節(jié)器；7 -SPWM信號(hào)發(fā)生器；8-高頻開(kāi)關(guān)器件 IGBT;9-AC/DC整流器；10 -DC/DC轉(zhuǎn)換器；11一DC/DC渦流制動(dòng)變流器；12-DC/AC逆變 裝置；13-DC/DC整流器；14-消耗電阻；15-緊急消耗電阻；16-中間直流回路；17-主 逆變器；18-主整流器；19一三相異步牽引電機(jī)；20 -DC/DC渦流制動(dòng)變流器；21-DC/DC 變流器。
[0044] 代碼解釋： PWM表示脈沖寬度調(diào)制。
[0045] SPWM表示正弦脈寬調(diào)制正弦脈寬調(diào)制。
[0046] LC濾波器也稱為無(wú)源濾波器，是傳統(tǒng)的諧波補(bǔ)償裝置，之所以稱為無(wú)源，顧名思義 該裝置不需要提供電源，裝置由濾波電容器、電抗器和電阻器適當(dāng)組合而成。
[0047] 變流器包括整流器(交流變直流AC/DC)、逆變器(直流變交流DC/AC)、直流變流器 (DC/DC)〇
[0048] IGBT表示絕緣柵雙極型晶體管。
[0049] WB代表線性渦流制動(dòng)。
【具體實(shí)施方式】
[0050] 下面結(jié)合圖1至圖3給出的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步闡述，但實(shí)施例不對(duì)本發(fā)明 構(gòu)成任何限制。
[0051] -種電力機(jī)車制動(dòng)系統(tǒng)，其中再生能量逆變回饋系統(tǒng)，用于電機(jī)轉(zhuǎn)換的原理消耗 機(jī)械能，將車輛制動(dòng)時(shí)的直流電逆變成交流電，回饋至交流電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)加以利用。
[0052] 渦流制動(dòng)系統(tǒng)，用于通過(guò)電磁感應(yīng)，使列車的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電磁感應(yīng)體中的渦流，并 以熱的形式向周圍耗散，以達(dá)到制動(dòng)的目的。
[0053] 其中車輛控制單元，用于整列車的渦流制動(dòng)制系統(tǒng)動(dòng)力的分配和整列車再生制動(dòng) 分配及二者之間的協(xié)調(diào)配合。
[0054] 列車通信網(wǎng)絡(luò)傳輸中的多功能車輛總線MVB，用于固定編組列車的列車級(jí)網(wǎng)絡(luò)和 非固定編組列車的車輛級(jí)網(wǎng)絡(luò)。
[0055] 參見(jiàn)圖1，再生能量逆變回饋系統(tǒng)由主電路和控制電路組成，主電路由PWM型逆變 器1、LC濾波器2、隔離變壓器3和整流變壓器4組成；LC濾波器2設(shè)置在PWM型逆變器1 的交流輸出側(cè)；LC濾波器2與整流變壓器4之間設(shè)置一臺(tái)隔離變壓器3;該隔離變壓器3的 變比為 900V/1180V。
[0056] 為了防止PWM型逆變器的某一橋臂發(fā)生短路故障時(shí)，直流電流將直接進(jìn)入交流系 統(tǒng)，隔離變壓器3能保證直流電流不會(huì)進(jìn)入交流系統(tǒng)。
[0057] 控制電路從右到左依次為電流測(cè)量元件5、數(shù)字PI調(diào)節(jié)器6、SPWM發(fā)生器7、六個(gè) 高頻開(kāi)關(guān)器件IGBT8構(gòu)成逆變橋，將直流電變換成交流電。
[0058] 由于P麗型逆變器1輸出的交流電含有大量的諧波，設(shè)置濾波電路進(jìn)行濾波，LC 濾波器2設(shè)置在PWM型逆變器1的交流輸出側(cè)，控制電路采用SPWM控制，調(diào)壓控制器采用 數(shù)字式比例積分PI控制，實(shí)時(shí)地調(diào)節(jié)輸出電壓的幅值，以滿足實(shí)際需要。控制電路把逆變 后的三相交流電用一個(gè)電流測(cè)量元件5將三相電流反饋回來(lái)，與給定