內(nèi)燃機(jī)車輔助傳動及列車供電一體化電源的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種內(nèi)燃機(jī)車輔助傳動及列車供電一體化電源，屬于鐵路機(jī)車制造技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]在現(xiàn)代鐵路客運(yùn)中，內(nèi)燃機(jī)車不僅要提供足夠的牽引力，而且還要為機(jī)車的輔助傳動系統(tǒng)提供動力，為整個列車供電。因此，現(xiàn)有技術(shù)對輔助傳動系統(tǒng)的動力及列車供電有幾種不同的解決方案。
[0003]方案之一:機(jī)車輔助傳動系統(tǒng)采用機(jī)車主柴油機(jī)驅(qū)動輔助發(fā)電機(jī)發(fā)電，然后利用輔助發(fā)電機(jī)發(fā)出的電能，通過直接驅(qū)動或者變頻驅(qū)動的方式為各個輔助電動機(jī)供電，使輔助傳動系統(tǒng)工作；列車供電系統(tǒng)是在機(jī)車上額外再加裝一臺供電柴油發(fā)電機(jī)組，利用該機(jī)組發(fā)出的三相交流電經(jīng)過整流電路輸出直流600V列車供電。此方案存在以下問題:
[0004](I)無論機(jī)車配備何種形式的輔助發(fā)電機(jī)，均需要機(jī)車主柴油機(jī)與輔助發(fā)電機(jī)的機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)；因?yàn)檩o助發(fā)電機(jī)的存在，將使得機(jī)車空間布置、重量控制方面更加復(fù)雜和困難。
[0005](2)額外配備供電柴油機(jī)發(fā)電機(jī)組，還須為其配備燃油供給系統(tǒng)及油水冷卻系統(tǒng)，加大了機(jī)車整車系統(tǒng)的復(fù)雜程度。此外，受功率、尺寸和重量的限制，供電柴油機(jī)的功率相對機(jī)車主柴油機(jī)功率來說要小的多，不可能提供較大的功率余量，這一方面限制了機(jī)車可牽引客車的節(jié)數(shù)，另一方面也無法應(yīng)對旅客列車上用電負(fù)載的驟然大幅度變化。
[0006](3)主柴油機(jī)和供電柴油機(jī)分離，彼此沒有電連接，無法實(shí)現(xiàn)能量在各子系統(tǒng)的自由分配。
[0007](4)輔助傳動系統(tǒng)和列車供電系統(tǒng)均無法利用機(jī)車電阻制動時產(chǎn)生在機(jī)車主回路上的電能，造成了一定程度上的電能浪費(fèi)。提高了燃油消耗量，節(jié)能性不佳。
[0008](5)增加機(jī)車軸重，不利于機(jī)車維護(hù)保養(yǎng)。
[0009]方案之二:機(jī)車僅配備主柴油機(jī)，主柴油機(jī)驅(qū)動機(jī)車主發(fā)電機(jī)和輔助發(fā)電機(jī)。加大輔助發(fā)電機(jī)的功率容量，輔助發(fā)電機(jī)一方面做為輔助傳動系統(tǒng)的動力，另一方面經(jīng)整流后，向旅客列車提供600V直流電。此方案存在以下問題:
[0010](I)輔助發(fā)電機(jī)要同時向輔助傳動系統(tǒng)提供動力、向整個列車供電，需要具有更大的容量。更大的輔助發(fā)電機(jī)加劇了機(jī)車的空間布置、重量控制上的困難。
[0011](2)輔助傳動系統(tǒng)和列車供電系統(tǒng)均無法利用機(jī)車電阻制動時產(chǎn)生在機(jī)車主回路上的電能，造成電能浪費(fèi)。
[0012](3)當(dāng)主柴油機(jī)需要維持在較低轉(zhuǎn)速，而列車供電功率卻需要很大時(例如:客車靠站停車等待旅客上下車時)，為了使容量較小的輔助發(fā)電機(jī)輸出足夠的功率和電壓，必須提高柴油機(jī)轉(zhuǎn)速。這不僅會帶來更大的噪音及廢氣排放，而且因輔助發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速較高，使得部分直驅(qū)式(不可切除)的輔助傳動負(fù)載獲得了本不需要的較高電壓，使得這部分輔助傳動負(fù)載功率得到不必要的提高，增加了燃油消耗。
[0013](4)同樣增加機(jī)車軸重，且不利于機(jī)車維護(hù)保養(yǎng)。
[0014]方案之三:取消機(jī)車輔助發(fā)電機(jī)，僅配備主發(fā)電機(jī)。主發(fā)電機(jī)輸出的三相電經(jīng)整流轉(zhuǎn)變成直流電，形成主中間直流環(huán)節(jié):一是通過牽引逆變模塊將直流電轉(zhuǎn)換成牽引電機(jī)工作所需要的交流電；二是通過列車供電逆變模塊調(diào)制成交流電，而后通過隔離變壓器，再經(jīng)過列供整流模塊5將電能轉(zhuǎn)換成直流600V，供應(yīng)旅客列車的各種用電負(fù)載；三是通過輔助逆變模塊調(diào)制成交流電，通過隔離變壓器，而后經(jīng)過輔助整流模塊將電能轉(zhuǎn)換成直流電，輸出到輔中間直流環(huán)節(jié)，從輔中間直流環(huán)節(jié)取電，通過各個輔助逆變器驅(qū)動各個輔助電動機(jī)；四是主發(fā)勵磁控制模塊與輔助電動機(jī)共用交流側(cè)輸入，將交流電調(diào)制成主發(fā)不同工況下所需要的勵磁電流。此方案存在以下問題:
[0015](I)輔助傳動系統(tǒng)和列車供電系統(tǒng)均從主中間直流環(huán)節(jié)取電，輔助傳動系統(tǒng)和列車供電系統(tǒng)之間彼此分離，都要配備逆變-隔離-整流的環(huán)節(jié)，使用原理相同的變流元件電路，還要分別考慮變流元件的余量、散熱通風(fēng)等問題。這將大幅度的增加變流器件的成本和其占用的空間。此外，因需滿足機(jī)車牽引傳動的要求，主中間直流環(huán)節(jié)的電壓一般較高，約相當(dāng)于列車供電和輔助傳動直流環(huán)節(jié)電壓的3至5倍。主中間直流環(huán)節(jié)輸入后，直接用逆變的方式就勢必要求輔助逆變模塊、列車供電逆變模塊、隔離變壓器都采用高電壓等級的功率器件，這也將大幅度的增加整個系統(tǒng)的成本，導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)性的下降。同時過多的高壓變流元件也會降低機(jī)車的可靠性。
[0016](2)當(dāng)機(jī)車不需要牽引功率輸出，但要保證輔助傳動功率和列車供電功率輸出時，由于同在主中間直流環(huán)節(jié)上的輔助逆變模塊和列車供電逆變模塊需要電能輸入，主中間直流環(huán)節(jié)上需要一直帶電維持住一定的電壓等級，即便牽引逆變模塊自身沒有輸出，但輸入電壓一直存在，這將導(dǎo)致牽引逆變模塊壽命的降低和整個系統(tǒng)可靠性的降低。
[0017](3)所有輔助電動機(jī)均要求為相同頻率、相同電壓。而對于內(nèi)燃機(jī)車來說，各種輔助電動機(jī)，特別是風(fēng)機(jī)類電機(jī)的負(fù)載功率、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩的要求差別較大，統(tǒng)一輔助電動機(jī)的電壓和頻率困難較大，不利于機(jī)車輔助傳動系統(tǒng)的匹配選型。另外因各個輔助傳動電動機(jī)采用相同頻率和相同電壓的控制方式，會導(dǎo)致輔助負(fù)載的浪費(fèi)，增加油耗，經(jīng)濟(jì)性不佳。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0018]本發(fā)明的目的就是克服上述現(xiàn)有技術(shù)之不足，提供一種內(nèi)燃機(jī)車輔助傳動及列車供電一體化電源。
[0019]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:一種內(nèi)燃機(jī)車輔助傳動及列車供電一體化電源，包括主發(fā)電機(jī)及其AC-DC主整流電路，其特征在于:
[0020]所述AC-DC主整流電路的直流輸出環(huán)節(jié)通過牽引電路開關(guān)及牽引逆變模塊為牽引電動機(jī)供電；
[0021]所述AC-DC主整流電路的直流輸出環(huán)節(jié)還依次通過DC-DC斬波降壓模塊、DC-AC逆變模塊、隔離變壓器和AC-DC輔助整流模塊為機(jī)車輔助傳動系統(tǒng)及列車供電。
[0022]為了更好實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，所述AC-DC輔助整流模塊的直流輸出環(huán)節(jié)分別通過CVCF逆變器、VVVF逆變器為機(jī)車輔助傳動系統(tǒng)的各個設(shè)備供電。
[0023]為了更好實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，所述AC-DC輔助整流模塊的直流輸出環(huán)節(jié)通過DC-DC斬波器為主發(fā)電機(jī)勵磁線繞組供電。
[0024]采用本發(fā)明的技術(shù)方案，可以帶來以下有益的效果。
[0025](I)機(jī)車上不額外配備輔發(fā)電機(jī)和供電柴油機(jī)發(fā)電機(jī)組，減輕機(jī)車重量、方便部件的空間布置。
[0026](2)輔助傳動系統(tǒng)和列車供電系統(tǒng)共用變流元件，采用斬波降壓的方式降低因主中間直流環(huán)節(jié)作為輔助傳動和列車供電系統(tǒng)的電能輸入而帶來的對后續(xù)變流元件的高壓影響。從而減少變流元件，特別是減少高壓變流元件的使用數(shù)量，降低成本，縮小體積，提高系統(tǒng)可靠性。
[0027](3)各個輔助傳動電動機(jī)可以根據(jù)各自的實(shí)際需要，方便的改變自身工況，從而實(shí)現(xiàn)輔助傳動的精確控制。
[0028](4)機(jī)車電阻制動工況下，可以將牽引電機(jī)的動能最終轉(zhuǎn)換成輔助傳動電能和列車供電的電能，從而達(dá)到節(jié)能的目的。
[0029](5)機(jī)車總功率可在牽引功率、輔助功率和列車供電功率之間進(jìn)行自由分配。
[0030](6)當(dāng)機(jī)車不需要輸出牽引功率而又需要保持輔助功率輸出時，可以切斷牽引逆變器的輸入，從而提高牽引逆變器的可靠性和安全性。
【附圖說明】
[0031]圖1為本發(fā)明實(shí)施例的內(nèi)燃機(jī)車輔助傳