一種1000kW功率等級(jí)純電動(dòng)交流傳動(dòng)調(diào)車機(jī)車電氣主傳動(dòng)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于純電動(dòng)交流傳動(dòng)調(diào)車機(jī)車技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種lOOOkW功率等級(jí)純電動(dòng)交流傳動(dòng)調(diào)車機(jī)車電氣主傳動(dòng)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有1000kW功率等級(jí)、使用動(dòng)力蓄電池為動(dòng)力的機(jī)車均采用“動(dòng)力電池+柴油機(jī)”混合能量的方式為機(jī)車提供動(dòng)力。如圖1所示，主傳動(dòng)系統(tǒng)主要部件由主發(fā)電機(jī)、主接觸器、整流模塊、動(dòng)力電池組、逆變模塊、牽引電機(jī)等主要部件組成。機(jī)車純柴油機(jī)牽引工況由T1至T6工作將直流電變換成變頻變壓的交流電給牽引電機(jī)用；在混合動(dòng)力牽引工況，動(dòng)力電池組與牽引變流柜中間直流環(huán)節(jié)相連接，與主發(fā)電機(jī)發(fā)出的電在中間直流環(huán)節(jié)混合，通過控制主發(fā)電機(jī)發(fā)出的電壓來控制蓄電池的放電電流。在制動(dòng)工況，牽引電機(jī)變?yōu)榘l(fā)電工況，T1至T6工作，將牽引電機(jī)發(fā)出的三相電整流成直流電，通過控制中間直流環(huán)節(jié)的電壓，來控制充電電流。
[0003]該技術(shù)的缺點(diǎn)為:蓄電池直接與牽引回路的直流環(huán)節(jié)相連接，蓄電池的充、放電電流的大小必須通過精確控制中間直流環(huán)節(jié)的電壓來實(shí)現(xiàn)。由于柴油轉(zhuǎn)速一般會(huì)在一定范圍內(nèi)波動(dòng)，必須通過調(diào)節(jié)主發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流來時(shí)使中間直流環(huán)節(jié)的電壓維持穩(wěn)定，但電壓一定也會(huì)在有所波動(dòng)，現(xiàn)在混合動(dòng)力機(jī)車普遍采用鋰電池，電池內(nèi)阻很小，電壓波動(dòng)十幾伏，蓄電池充、放電電流就會(huì)引起較大的波動(dòng)，造成整個(gè)主傳動(dòng)系統(tǒng)帶來不穩(wěn)定性。特別是牽引工況，由于蓄電池和中間直流環(huán)節(jié)直接相連，如果中間電壓控制不夠精確，電壓偏高，蓄電池本身需要放電，就會(huì)變成中間直流環(huán)節(jié)給蓄電池充電，這時(shí)柴油機(jī)功率不夠，將影響柴油轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定，直至柴油機(jī)媳火。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種1000kW功率等級(jí)純電動(dòng)交流傳動(dòng)調(diào)車機(jī)車電氣主傳動(dòng)系統(tǒng)，包括第一電壓傳感器、第二電壓傳感器、第三電壓傳感器、第一電阻、第二電阻、第一動(dòng)力電池組、第二動(dòng)力電池組、逆變模塊、牽引電機(jī)、第一電流傳感器、第二電流傳感器、第三電流傳感器。
[0005]第一電壓傳感器、第二電壓傳感器、第一電阻與第二電阻組成的串聯(lián)電路三者并聯(lián)；第一電阻與第二電阻串聯(lián)，串聯(lián)中點(diǎn)接地，第三電壓傳感器與第一電阻并聯(lián)。
[0006]逆變模塊由第一 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管及一個(gè)電容組成；第七IGBT管與第八IGBT管串聯(lián)組成斬波支路；第一 IGBT管、第二 IGBT管串聯(lián)，第三IGBT管、第四IGBT管串聯(lián)，第五IGBT管、第六IGBT管串聯(lián)，該三條串聯(lián)支路并聯(lián)組成三相逆變電路；斬波支路與三相逆變電路并聯(lián)后的電路與各個(gè)電壓傳感器組成直流環(huán)節(jié)，電容與直流環(huán)節(jié)并聯(lián)。
[0007]第一動(dòng)力電池組、第二動(dòng)力電池組兩端分別連接一個(gè)接觸器，并聯(lián)組成電源模塊；電源模塊正極連接第三電流傳感器后連接到第七IGBT管與第八IGBT管的串聯(lián)點(diǎn)，負(fù)極連接到電容與直流環(huán)節(jié)的并聯(lián)點(diǎn)。
[0008]三相逆變電路通過第一電流傳感器、第二電流傳感器連接到牽引電機(jī)。
[0009]進(jìn)一步的，第一動(dòng)力電池組、第二動(dòng)力電池組為磷酸鐵鋰動(dòng)力蓄電池組。
[0010]進(jìn)一步的，還包括電感，所述電感位于電源模塊正極與第三傳感器之間。
[0011]本發(fā)明的有益效果為:
1、構(gòu)建了模塊化、開放性的動(dòng)力電池系統(tǒng)，采用兩組完全相同、可互相替換的磷酸鐵鋰動(dòng)力蓄電池組為機(jī)車動(dòng)力源，所提供的能量覆蓋范圍在500~1200kW，可根據(jù)機(jī)車實(shí)際運(yùn)用情況和用戶要求進(jìn)行調(diào)整。
[0012]2、世界首臺(tái)lOOOkW功率等級(jí)純電力機(jī)車，完全擺脫傳統(tǒng)動(dòng)力的束縛，機(jī)車運(yùn)行所需能量完全由動(dòng)力電池提供.3、比傳統(tǒng)lOOOkW功率等級(jí)混合動(dòng)力機(jī)車減少了主發(fā)電機(jī)、主接觸器、整流模塊等部件，機(jī)車日常維護(hù)和維修的成本大幅降低。
[0013]4、對(duì)制動(dòng)能量可進(jìn)行回收再利用。動(dòng)力電池組充電回路增加了電感，通過控制斬波支路IGBT斬波，能精確的控制充電電流，實(shí)現(xiàn)能量回收的精確可控。
[0014]5.與傳統(tǒng)主電路相比，機(jī)車主傳動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定性得到很大提高，同時(shí)能量回收時(shí)充電電流的精確控制，為節(jié)能提高了保障，為純電動(dòng)機(jī)車技術(shù)發(fā)展和大范圍運(yùn)用提供了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
【附圖說明】
[0015]圖1為現(xiàn)有技術(shù)中電氣主傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖2為本發(fā)明電氣主傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖1中:1.主發(fā)電機(jī)；2.主接觸器；3.整流模塊；4.動(dòng)力電池組；5.逆變模塊；6.牽引電機(jī)。
[0018]圖2中:1.接觸器；2.第一動(dòng)力電池組；3.第二動(dòng)力電池組；4.電感；5.牽引電機(jī)；6.逆變模塊。
【具體實(shí)施方式】
[0019]如圖2所示，本發(fā)明包括第一電壓傳感器、第二電壓傳感器、第三電壓傳感器、第一電阻、第二電阻、第一動(dòng)力電池組、第二動(dòng)力電池組、逆變模塊、牽引電機(jī)、第一電流傳感器、第二電流傳感器、第三電流傳感器。
[0020]第一電壓傳感器、第二電壓傳感器、第一電阻與第二電阻組成的串聯(lián)電路三者并聯(lián)；第三電壓傳感器與第一電阻并聯(lián)，第一電阻與第二電阻的串聯(lián)中點(diǎn)接地。
[0021]逆變模塊由8個(gè)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)及一個(gè)電容組成。第七IGBT管與第八IGBT管串聯(lián)組成斬波支路。第一 IGBT管、第二 IGBT管串聯(lián)、第三IGBT管、第四IGBT管串聯(lián)、第五IGBT管、第六IGBT管串聯(lián)，該三條串聯(lián)支路并聯(lián)組成三相逆變電路；斬波支路與三相逆變電路并聯(lián)后的電路與各個(gè)電壓傳感器組成直流環(huán)節(jié)，電容與直流環(huán)節(jié)并聯(lián)。
[0022]第一動(dòng)力電池組、第二動(dòng)力電池組兩端分別連接一個(gè)接觸器后并聯(lián)組成電源模塊，電源模塊正極連接第三電流傳感器后連接到第七IGBT管與第八IGBT管的串聯(lián)點(diǎn)，負(fù)極連接到電容與直流環(huán)節(jié)的并聯(lián)點(diǎn)。三相逆變電路通過第一電流傳感器、第二電流傳感器連接到牽引電機(jī)。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該知道，三相逆變電路的三條支路任意兩條均可以串聯(lián)第一電流傳感器或第二電流傳感器。
[0023]優(yōu)選的，電源模塊與第三傳感器之間設(shè)置一個(gè)電感，能更有效的控制充電電流的平滑性。
[0024]優(yōu)選的，第一動(dòng)力電池組、第二動(dòng)力電池組為磷酸鐵鋰動(dòng)力蓄電池組。
[0025]下面對(duì)本發(fā)明的工作原理進(jìn)行說明。
[0026]機(jī)車牽引工況時(shí)，電源模塊通過第七IGBT管的二極管放電，由三相逆變電路將直流電變換成變頻變壓的交流電給牽引電機(jī)供電。機(jī)車制動(dòng)工況時(shí)，牽引電機(jī)變?yōu)榘l(fā)電工況，逆變回路起到整流作用，將牽引電機(jī)發(fā)出的三相電整流成直流電，通過控制第七IGBT管的導(dǎo)通，控制充電電流。由于在該斬波支路增加了電感，能有效的控制充電電流的平滑性。
[0027]第一動(dòng)力電池組、第二動(dòng)力電池組可通過閉合兩側(cè)的接觸器靈活選擇單組為機(jī)車起動(dòng)、牽引和輔助系統(tǒng)提供所需能量，或者兩組共同提供機(jī)車運(yùn)行所需能量。
[0028]當(dāng)任一動(dòng)力電池組故障時(shí)，可通過接觸器切斷該動(dòng)力電池組，此時(shí)機(jī)車降功運(yùn)行。
[0029]本發(fā)明的有益效果為:
1、構(gòu)建了模塊化、開放性的動(dòng)力電池系統(tǒng)，采用兩組完全相同、可互相替換的磷酸鐵鋰動(dòng)力蓄電池組為機(jī)車動(dòng)力源，所提供的能量覆蓋范圍在500~1200kW，可根據(jù)機(jī)車實(shí)際運(yùn)用情況和用戶要求進(jìn)行調(diào)整。
[0030]2、世界首臺(tái)lOOOkW功率等級(jí)純電力機(jī)車，完全擺脫傳統(tǒng)動(dòng)力的束縛，機(jī)車運(yùn)行所需能量完全由動(dòng)力電池提供。
[0031]3、比傳統(tǒng)lOOOkW功率等級(jí)混合動(dòng)力機(jī)車減少了主發(fā)電機(jī)、主接觸器、整流模塊等部件，機(jī)車日常維護(hù)和維修的成本大幅降低。
[0032]4、對(duì)制動(dòng)能量可進(jìn)行回收再利用。動(dòng)力電池組充電回路增加了電感，通過控制斬波支路IGBT斬波，能精確的控制充電電流，實(shí)現(xiàn)能量回收的精確可控。
[0033]5.與傳統(tǒng)主電路相比，機(jī)車主傳動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定性得到很大提高，同時(shí)能量回收時(shí)充電電流的精確控制，為節(jié)能提高了保障，為純電動(dòng)機(jī)車技術(shù)發(fā)展和大范圍運(yùn)用提供了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種lOOOkW功率等級(jí)純電動(dòng)交流傳動(dòng)調(diào)車機(jī)車電氣主傳動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于，包括第一電壓傳感器、第二電壓傳感器、第三電壓傳感器、第一電阻、第二電阻、第一動(dòng)力電池組、第二動(dòng)力電池組、逆變模塊、牽引電機(jī)、第一電流傳感器、第二電流傳感器、第三電流傳感器； 第一電壓傳感器、第二電壓傳感器、第一電阻與第二電阻組成的串聯(lián)電路三者并聯(lián)；第一電阻與第二電阻串聯(lián)，串聯(lián)中點(diǎn)接地，第三電壓傳感器與第一電阻并聯(lián)； 逆變模塊由第一 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管及一個(gè)電容組成；第七IGBT管與第八IGBT管串聯(lián)組成斬波支路；第一 IGBT管、第二 IGBT管串聯(lián)，第三IGBT管、第四IGBT管串聯(lián)，第五IGBT管、第六IGBT管串聯(lián)，該三條串聯(lián)支路并聯(lián)組成三相逆變電路；斬波支路與三相逆變電路并聯(lián)后的電路與各個(gè)電壓傳感器組成直流環(huán)節(jié)，電容與直流環(huán)節(jié)并聯(lián)； 第一動(dòng)力電池組、第二動(dòng)力電池組兩端分別連接一個(gè)接觸器，并聯(lián)組成電源模塊；電源模塊正極連接第三電流傳感器后連接到第七IGBT管與第八IGBT管的串聯(lián)點(diǎn)，負(fù)極連接到電容與直流環(huán)節(jié)的并聯(lián)點(diǎn)； 三相逆變電路通過第一電流傳感器、第二電流傳感器連接到牽引電機(jī)。2.如權(quán)利要求1所述的lOOOkW功率等級(jí)純電動(dòng)交流傳動(dòng)調(diào)車機(jī)車電氣主傳動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于，第一動(dòng)力電池組、第二動(dòng)力電池組為磷酸鐵鋰動(dòng)力蓄電池組。3.如權(quán)利要求1或2所述的lOOOkW功率等級(jí)純電動(dòng)交流傳動(dòng)調(diào)車機(jī)車電氣主傳動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于，還包括電感，所述電感位于第三電流傳感器與電源正極之間。
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種1000kW功率等級(jí)純電動(dòng)交流傳動(dòng)調(diào)車機(jī)車電氣主傳動(dòng)系統(tǒng)，包括第一電壓傳感器、第二電壓傳感器、第三電壓傳感器、第一電阻、第二電阻、第一動(dòng)力電池組、第二動(dòng)力電池組、逆變模塊、牽引電機(jī)、第一電流傳感器、第二電流傳感器、第三電流傳感器。逆變模塊包括一條斬波支路與三相逆變電路，可實(shí)現(xiàn)機(jī)車不同工況的充放電調(diào)整。本發(fā)明構(gòu)建了模塊化、開放性的動(dòng)力電池系統(tǒng)，采用兩組完全相同、可互相替換的磷酸鐵鋰動(dòng)力蓄電池組為機(jī)車動(dòng)力源，所提供的能量覆蓋范圍在500~1200kW，可根據(jù)機(jī)車實(shí)際運(yùn)用情況和用戶要求進(jìn)行調(diào)整。
【IPC分類】B61C3/02, B60L11/18
【公開號(hào)】CN105235546
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510795312
【發(fā)明人】王平華, 韓笑, 劉順國, 孟玉發(fā), 趙孝俊, 劉耕
【申請(qǐng)人】南車資陽機(jī)車有限公司
【公開日】2016年1月13日
【申請(qǐng)日】2015年11月18日