專利名稱：一種電力機車交流傳動試驗裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種應用于鐵路領域機車車輛交流傳動試驗的裝置，尤其是一種 應用于電力機車的單相交流25kV供電能量互饋式滾動交流傳動試驗系統(tǒng)，該裝置也可以 應用于其他類似領域車輛，如動車，地鐵等鐵路車輛的交流傳動試驗。
背景技術：
在目前的鐵路領域機車車輛交流傳動試驗當中，尤其是對電力機車進行交流傳動 試驗的裝置主要有三種一種是能量消耗型交流傳動試驗裝置，該裝置主要由斷路器、變壓器、整流裝置、 制動電阻、直流電機等組成。電傳動系統(tǒng)采用直流電機，機車牽引試驗時，直流電機所發(fā)出 的電能全部被電阻消耗掉，對電能消耗很大。做電制動試驗時，陪試系統(tǒng)電能通過機車電傳 動系統(tǒng)反饋到25kV電網(wǎng)，如圖1所示。該裝置主要缺點有1、若長時間進行大功率試驗，電 能浪費驚人，試驗費用高；2、必須考慮如何對電阻負載進行散熱處理，這往往會增加設備以 及所占用的實驗室的面積；3、受直流電機換向器的影響，該系統(tǒng)不能模擬機車的高速運行 試驗；4、需要為試驗系統(tǒng)引入兩種電源，對供電電源進行擴容改造。另一種是直流能量互饋型交流傳動試驗裝置，這種裝置一般用于地面交流傳動試 驗系統(tǒng)，主要用于進行交流電機試驗，未用于電力機車滾動試驗裝置。系統(tǒng)由兩套相同的 “逆變器——異步牽引電機”背靠背串聯(lián)而成，一套工作于電動狀態(tài)，另一套工作于發(fā)電狀 態(tài)，能量交換在直流側進行，如圖2所示。該裝置主要缺點有也可以用于直流牽引供電的 車輛(如地鐵)試驗裝置，不適用于25kV牽引供電的干線電力機車試驗裝置。因為若采用 這種方案，必須將電力機車上的牽引變流裝置中的整流單元和逆變單元分解開，取中間直 流電源側與滾動試驗臺的逆變器直流側試驗裝置相連。而電力機車上牽引變流裝置是硬件 軟件都是以整體形式存在的，要解開機車的電傳動系統(tǒng)技術難度很大。第三種是三相IOkV能量互饋式交流傳動試驗裝置，該裝置采用了與被試電力機 車相似的交流傳動系統(tǒng)作為陪試電傳動系統(tǒng)，并采用了兩臺升壓變壓器為被試機車和試驗 臺陪試電傳動系統(tǒng)提供25kV牽引供電電源，如圖3所示。該裝置1主要缺點有1、需要為 試驗系統(tǒng)供電專門引入擴容的三相IOkV交流電源；2、需要兩臺高壓升壓變壓器。因此現(xiàn)有技術的交流傳動試驗裝置對電力機車進行的全功率試驗會造成巨大的 能量損耗，同時試驗用電需要分別引入兩種電源分別供給被試機車電傳動系統(tǒng)和陪試電傳 動系統(tǒng)，受直流電機換向器的影響，裝置不能模擬機車的高速運行試驗。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于針對現(xiàn)有交流傳動試驗裝置的不足，提供一種具備較低 能量損耗，同時結構較為精簡的交流傳動試驗裝置，克服現(xiàn)有技術交流傳動試驗裝置對電 力機車進行全功率試驗時造成的巨大能量損耗，同時試驗用電需要分別引入兩種電源的缺
點ο[0008]按照本實用新型，上述技術問題是通過下述技術方案來實現(xiàn)的一種對機車系統(tǒng)進行滾動測試的電力機車交流傳動試驗裝置，包括變流裝置、牽引電機、機械傳動單元和軌道輪，變流裝置連接牽引電機，牽引電機再通過機械傳動單元連 接軌道輪，電力機車交流傳動試驗裝置還包括斷路器和牽引變壓器，斷路器與25KV單相交 流電源相連，接通25KV單相交流電，斷路器與牽引變壓器相連，牽引變壓器變壓之后，由變 流裝置進行變流，驅(qū)動牽弓I電機，機械傳動單元傳遞牽弓I電機和軌道輪之間的機械力。作為本實用新型進一步的實施方式，在交流傳動試驗裝置牽引電機處于牽引工況 時，交流傳動試驗裝置通過閉合斷路器引入單相交流25kV高壓電源，牽引變壓器降壓后， 次邊牽引繞組將單相交流電源供給變流裝置，變流裝置經(jīng)過變換，形成三相調(diào)頻調(diào)幅交流 電壓，驅(qū)動牽引電機，電能轉(zhuǎn)換為機械能，機械能通過機械傳動單元傳遞至軌道輪，軌道輪 帶動機車輪對轉(zhuǎn)動，并將機械能傳遞到機車牽引電機，機車牽引電機將機械能轉(zhuǎn)換為電能， 電能通過機車變流裝置和機車牽引變壓器回饋至25kV電網(wǎng)。作為本實用新型進一步的實施方式，在前述實施方式的基礎之上，變流裝置進一 步包括四象限脈沖整流器、中間直流回路和逆變器，在交流傳動試驗裝置牽引電機處于牽 引工況時，四象限脈沖整流器將經(jīng)過牽引變壓器的單相交流電進行交-直變換，輸出直流 電能至中間直流回路，形成穩(wěn)定的中間直流電壓，逆變器進行直-交變換，將中間直流電壓 逆變成三相調(diào)頻調(diào)幅交流電壓，驅(qū)動牽引電機。作為本實用新型的另一種實施方式，在交流傳動試驗裝置牽引電機處于發(fā)電工況 時，單相交流25kV高壓電源通過機車斷路器流入機車系統(tǒng)，機車牽引電機處于電動工況， 將電能轉(zhuǎn)換為機械能，機械能通過機車的機械傳動單元傳遞至機車輪對，機車輪對帶動滾 動交流傳動試驗裝置軌道輪轉(zhuǎn)動，并將機械能傳遞到牽引電機，牽引電機處于發(fā)電工況，將 機械能轉(zhuǎn)換為電能，電能通過交流傳動試驗裝置的變流裝置和牽引變壓器回饋至25kV電 網(wǎng)。作為本實用新型進一步的實施方式，在前述實施方式的基礎之上，變流裝置進一 步包括四象限脈沖整流器、中間直流回路和逆變器，在交流傳動試驗裝置牽引電機處于發(fā) 電工況時，逆變器將牽引電機反饋的交流電能進行交-直變換，輸出直流電能至中間直流 回路，再由四象限脈沖整流器進行直_交變換后，將電能回饋25kV電網(wǎng)。作為本實用新型進一步的實施方式，牽引電機為三相異步牽引電動機。通過應用此種實用新型所描述的裝置，不管進行機車牽引試驗還是電制動試驗， 能量均在試驗裝置內(nèi)部形成循環(huán)，引入的電源能量僅為被試系統(tǒng)和試驗臺系統(tǒng)的電氣、機 械傳動損耗。單相25kV，50Hz交流電源已經(jīng)足以能夠滿足滾動試驗臺的全部試驗用電要 求，不需要再為試驗系統(tǒng)供電專門引入擴容的三相IOkV交流電源。同時試驗裝置采用交流 傳動，可以滿足被試電力機車牽引試驗高轉(zhuǎn)速的要求，不受直流電機換向器的影響。

圖1為現(xiàn)有技術能量消耗型交流傳動試驗裝置的結構組成示意圖；圖2為現(xiàn)有技術直流能量互饋型交流傳動試驗裝置的結構組成示意圖；圖3為現(xiàn)有技術三相IOkV能量互饋型交流傳動試驗裝置結構組成示意圖；圖4為本實用新型在進行牽引試驗時的結構組成示意圖；[0020]圖5為本實用新型在進行電制動試驗時的結構組成示意圖；圖6為本實用新型變流裝置部分的結構組成示意圖；其中R-制動電阻，L-電感，WK-開關，TM-變壓器，REC-整流單元，INVl-逆變單元1，INV2-逆變單元2，Kl-機車斷路器，TMl-機車牽引變壓器，Ul-機車變流裝置，Ml-機 車牽引電機，Ll-機車機械傳動單元，Wl-機車輪對，K2-斷路器，TM2-牽引變壓器，U2-變 流裝置，L2-機械傳動單元，M2-牽引電機，W2-軌道輪，1-交流傳動試驗裝置，2-機車系統(tǒng)， 3-四象限脈沖整流器，4-中間直流回路，5-逆變器，6-25KV單相交流電源。
具體實施方式
附圖給出了本實用新型的具體實施例，下面將通過附圖和實施例對本實用新型作 進一步的描述。作為該電力機車交流傳動試驗裝置一種較佳的實施方式，如圖4所示，電力機車 交流傳動試驗裝置采用交流傳動系統(tǒng)，包括斷路器K2、牽引變壓器TM2、變流裝置U2和4臺 (4軸機車)或6臺(6軸機車)牽引電機M2，牽引電機為交流負載電機。該系統(tǒng)根據(jù)機車 牽引電機Ml的轉(zhuǎn)速控制牽引電機M2的電壓、電流、轉(zhuǎn)矩，使交流傳動試驗裝置(滾動試驗 臺)形成適當?shù)霓D(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速特性，并與被試的機車系統(tǒng)2的電氣傳動系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作，為被試 的機車系統(tǒng)提供適當?shù)呢撦d或推送力，完成被試機車系統(tǒng)2的各種性能試驗。交流傳動試 驗裝置1和被試的機車系統(tǒng)2組成了整個試驗系統(tǒng)。在牽引工況，引入單相交流25kV高壓電源，斷路器K2閉合、牽引變壓器TM2降壓 后，次邊牽引繞組將單相交流電源供給變流裝置U2中的四象限脈沖整流器3。在變流裝置 U2內(nèi)部，四象限脈沖整流器3進行交-直變換，輸出直流電能沖間直流回路4由直流支撐 電容、瞬時過電壓保護電路、LC 二次諧振電路等構成，提供穩(wěn)定的中間直流電壓；逆變器5 進行直_交變換，將中間直流電壓逆變成三相調(diào)頻調(diào)幅交流電壓，驅(qū)動牽引電機M2，牽引電 機M2為三相異步牽引電動機。在再生制動工況，變流裝置U2中的逆變器5將三相異步牽弓I電動機反饋的交流電 能進行交-直變換，輸出直流電能至中間直流回路4;四象限脈沖整流器3進行直-交變換， 將電能回饋25KV電網(wǎng)。當交流傳動試驗裝置進行機車牽引試驗時，單相交流25kV進線電源能量經(jīng)過A處 流入被試機車系統(tǒng)的牽引系統(tǒng)，機車牽引電機Ml處于電動工況，將電能轉(zhuǎn)換為機械能，機 械能通過機車機械傳動單元L，即機車的齒輪箱傳遞給機車輪對W1，機車輪對帶動交流傳 動試驗裝置1的軌道輪W2轉(zhuǎn)動，并將機械能傳遞到交流傳動試驗裝置，交流傳動試驗裝置 的牽引電機M2處于發(fā)電工況，將機械能轉(zhuǎn)換為電能，然后電能通過交流傳動試驗裝置的變 流裝置U2-牽引變壓器TM2回饋至25kV電網(wǎng)。圖4中箭頭方向表示機車牽引試驗過程的
能量流向，如下<formula>formula see original document page 5</formula> 機車進行牽引試驗時，能量由被試的機車系統(tǒng)2到交流傳動試驗裝置1，再回到被 試機車系統(tǒng)，能量在整個試驗系統(tǒng)內(nèi)部形成循環(huán)。被試機車即使發(fā)揮全功率，在A處的能量也是非常小的，僅為機車電氣、機械傳動效率和交流傳動試驗裝置的電氣、機械傳動效率損
耗會旨量。交流傳動試驗裝置進行機車電制動試驗時，單相交流25kV進線電源能量經(jīng)過A處流入交流傳動試驗裝置，交流傳動試驗裝置的牽引電機M2處于電動工況，將電能轉(zhuǎn)換為機 械能，機械能通過交流傳動試驗裝置的機械傳動單元L2，即齒輪箱傳遞至交流傳動試驗裝 置的軌道輪W2，軌道輪W2帶動機車輪對Wl轉(zhuǎn)動，并將機械能傳遞到機車牽弓I電機Ml，機車 牽弓I電機Ml處于發(fā)電工況，將機械能轉(zhuǎn)換為電能，然后電能通過機車變流裝置Ul-機車牽 引變壓器TMl回饋至25kV電網(wǎng)。圖5中箭頭方向表示機車電制動試驗過程的能量流向，如 下
進線電源—A—K2—TM2—U2—M2—M1—Ul—TM1—Kl ▲機車進行電制動試驗時，能量由交流傳動試驗裝置到被試機車系統(tǒng)，再回到交流 傳動試驗裝置，能量在整個試驗系統(tǒng)內(nèi)部形成循環(huán)。交流傳動試驗裝置即使為滿足機車最 大制動力而發(fā)揮全功率，A處的能量也是非常小的，僅為交流傳動試驗裝置傳動和被試機車 傳動效率消耗的能量。采用25kV能量互饋交流傳動試驗臺系統(tǒng)的交流傳動試驗裝置，不管進行機車牽 引試驗還是電制動試驗，能量在整個試驗系統(tǒng)內(nèi)部形成循環(huán)，A處電源能量僅為被試機車 系統(tǒng)和滾動試驗臺系統(tǒng)的電氣、機械傳動損耗。單相25kV，50Hz交流電源已經(jīng)足以能夠滿 足交流傳動試驗裝置的全部試驗用電要求，不需要再為試驗系統(tǒng)供電專門引入擴容的三相 IOkV交流電源。該系統(tǒng)采用交流傳動，可以滿足被試電力機車牽引試驗高轉(zhuǎn)速的要求，不 受直流電機換向器的影響。由于能量在試驗系統(tǒng)內(nèi)部形成循環(huán)，系統(tǒng)能量反饋大于70%。 被試與陪試系統(tǒng)均采用25kV交流電源，試驗用電不需要分別引入兩種電源分別供給被試 機車電傳動系統(tǒng)和陪試電傳動系統(tǒng)，也不需要再為試驗系統(tǒng)供電專門引入擴容的三相IOkV 交流電源。系統(tǒng)采用交流傳動，可以滿足電力機車牽引試驗高轉(zhuǎn)速的要求，不受直流電機換 向器的影響。雖然結合附圖描述了本實用新型的實施方式，但是本領域的普通技術人員可以在 所附權利要求的范圍內(nèi)作出各種變形或修改。
權利要求一種對機車系統(tǒng)進行滾動測試的電力機車交流傳動試驗裝置，包括變流裝置(U2)、牽引電機(M2)、機械傳動單元(L2)和軌道輪(W2)，變流裝置(U2)連接牽引電機(M2)，牽引電機(M2)再通過機械傳動單元(L2)連接軌道輪(W2)，其特征在于電力機車交流傳動試驗裝置還包括斷路器(K2)和牽引變壓器(TM2)，斷路器(K2)與25KV單相交流電源(6)相連，接通25KV單相交流電，斷路器(K2)與牽引變壓器(TM2)相連，牽引變壓器(TM2)變壓之后，由變流裝置(U2)進行變流，驅(qū)動牽引電機(M2)，機械傳動單元(L2)傳遞牽引電機(M2)和軌道輪(W2)之間的機械力。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種電力機車交流傳動試驗裝置，其特征在于在交流傳動 試驗裝置牽引電機(M2)處于牽引工況時，交流傳動試驗裝置通過閉合斷路器(K2)引入單 相交流25kV高壓電源，經(jīng)過牽引變壓器(TM2)降壓后，由牽引變壓器(TM2)次邊繞組將單 相交流電源供給變流裝置(U2)，變流裝置(U2)經(jīng)過變換，形成三相調(diào)頻調(diào)幅交流電壓，驅(qū) 動牽引電機(M2)，電能轉(zhuǎn)換為機械能，機械能通過機械傳動單元(L2)傳遞至軌道輪(W2)， 軌道輪(W2)帶動機車輪對(Wl)轉(zhuǎn)動，并將機械能傳遞到機車牽引電機(Ml)，機車牽引電 機(Ml)將機械能轉(zhuǎn)換為電能，電能通過機車變流裝置(Ul)和機車牽引變壓器(TMl)回饋 至25kV電網(wǎng)。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種電力機車交流傳動試驗裝置，其特征在于在交流傳動 試驗裝置牽引電機(M2)處于發(fā)電工況時，單相交流25kV高壓電源通過機車斷路器(Kl)流 入機車系統(tǒng)(1)，機車牽引電機(Ml)處于電動工況，將電能轉(zhuǎn)換為機械能，機械能通過機車 的機械傳動單元(Li)傳遞至機車輪對(Wl)，機車輪對(Wl)帶動滾動交流傳動試驗裝置軌 道輪(W2)轉(zhuǎn)動，并將機械能傳遞到牽引電機(M2)，牽引電機(M2)處于發(fā)電工況，將機械能 轉(zhuǎn)換為電能，電能通過交流傳動試驗裝置的變流裝置(U2)和牽引變壓器(TM2)回饋至25kV 電網(wǎng)。
4.根據(jù)權利要求2所述的一種電力機車交流傳動試驗裝置，其特征在于所述變流裝 置(U2)包括四象限脈沖整流器(3)、中間直流回路(4)和逆變器(5)，在交流傳動試驗裝 置牽引電機(M2)處于牽引工況時，四象限脈沖整流器(3)將經(jīng)過牽引變壓器(TM2)的單 相交流電進行交-直變換，輸出直流電能至中間直流回路(4)，形成穩(wěn)定的中間直流電壓， 逆變器(5)進行直-交變換，將中間直流電壓逆變成三相調(diào)頻調(diào)幅交流電壓，驅(qū)動牽引電機 (M2)。
5.根據(jù)權利要求3所述的一種電力機車交流傳動試驗裝置，其特征在于所述變流裝 置(U2)包括四象限脈沖整流器(3)、中間直流回路(4)和逆變器(5)，在交流傳動試驗裝置 牽引電機(M2)處于發(fā)電工況時，逆變器(5)將牽引電機(M2)反饋的交流電能進行交-直 變換，輸出直流電能至中間直流回路(4)，再由四象限脈沖整流器(3)進行直_交變換后，將 電能回饋25kV電網(wǎng)。
6.根據(jù)權利要求1至5中任一權利要求所述的一種電力機車交流傳動試驗裝置，其特 征在于所述牽引電機(M2)為三相異步牽引電動機。
專利摘要一種對機車系統(tǒng)進行滾動測試的電力機車交流傳動試驗裝置，包括變流裝置、牽引電機、機械傳動單元和軌道輪，變流裝置連接牽引電機，牽引電機再通過機械傳動單元連接軌道輪，電力機車交流傳動試驗裝置還包括斷路器和牽引變壓器，斷路器與25KV單相交流電源相連，接通25KV單相交流電，斷路器與牽引變壓器相連，牽引變壓器變壓之后，由變流裝置進行變流，驅(qū)動牽引電機，機械傳動單元傳遞牽引電機和軌道輪之間的機械力。通過實施本實用新型，能夠大幅降低機車進行滾動試驗的能量損耗，不需要專門引入擴容的三相10kV交流電源，同時可以滿足被試電力機車牽引試驗高轉(zhuǎn)速的要求。
文檔編號G01R31/34GK201575925SQ20092025963
公開日2010年9月8日 申請日期2009年12月11日 優(yōu)先權日2009年12月11日
發(fā)明者張小珍, 熊頡 申請人:株洲南車時代電氣股份有限公司