一種ss3型電力機車輔助變流系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種SS3型電力機車輔助變流系統(tǒng)，在輔助變流器的主電路方案中，采用“一整四逆”的電路結(jié)構(gòu)，按照輔機工況合理分配負(fù)載，兼顧了冗余備份、故障時負(fù)載切換與轉(zhuǎn)移等多方面，“一整”采用相控整流方案，對主變壓器的改造工藝最為簡單，非常適合在既有機車上改造實施；也與交-直機車相控整流為其主要電路結(jié)構(gòu)形式的總體技術(shù)方案相吻合；“多逆”為逆變器的冗余備份，故障時輔機負(fù)載切換、轉(zhuǎn)移提供了可能，確保了輔機系統(tǒng)運行的可靠性。按照輔機運行工況，給各逆變器分配負(fù)載，保證了輔機運行的高效性和可靠性。
【專利說明】—種SS3型電力機車輔助變流系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電力機車供電系統(tǒng)，尤其涉及SS3型電力機車輔助變流系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，我國的鐵路事業(yè)也正發(fā)生著日新月異的變化，鐵路提速范圍的不斷擴大，更多更新的鐵路的修建，說明了我國鐵路事業(yè)正在迅速發(fā)展。在快速發(fā)展的同時，如何保證機車安全高速運行和在復(fù)雜的路況上正常運行，已經(jīng)成為目前鐵路部門的工作重點。列車的運行情況不但關(guān)系到乘客的安全，而且對國民經(jīng)濟有很大的影響，作為我國運輸行業(yè)中的主要運輸方式，鐵路運輸一直扮演著很重要的角色，一旦鐵路或列車出現(xiàn)故障，將會造成巨大的經(jīng)濟損失和社會后果。2008年春運期間，因為冰凍自然災(zāi)害造成京廣線湖南段的電力機車運輸中斷，造成大量貨物積壓和旅客滯留，其經(jīng)濟損失和社會影響有目共睹。
[0003]電力機車輔助系統(tǒng)是電力機車的重要組成部分，主要包括通風(fēng)及冷卻系統(tǒng)，壓縮機、空調(diào)等，其主要作用是為牽引及制動系統(tǒng)提供保障，保證電力機車主電路系統(tǒng)充分發(fā)揮其功率，確保機車正常運行。它的好壞直接關(guān)系到機車能否正常運行。國產(chǎn)SS3型電力機車的原有劈相機供電方式的供電方式，如圖1所示，通過劈相機接受電力機車主變壓器輔助繞組的單相工頻交流電，將其“劈”成三相電后為輔助機組供電。然而這種供電方式存在諸多缺點:
[0004](I)劈相機給輔助電機供電的電壓對稱度、平衡度、穩(wěn)定性都較差。劈相機只有在額定輸入電壓AC397V(對應(yīng)接觸網(wǎng)壓25kV)和空載情況下，才可形成三相對稱、平衡的AC380V供電電壓，而劈相機的實際輸入電壓是在AC302V?AC460V (對應(yīng)網(wǎng)壓19kV?29kV)范圍內(nèi)波動，且負(fù)載經(jīng)常是根據(jù)機車運行工況(如牽引與制動、壓縮機打風(fēng)等)而變化的，可見由劈相機輸出的三相交流電壓經(jīng)常是不平衡、不對稱、波動的，嚴(yán)重時不對稱度大于10%,電壓波動量超過30%。供電電壓的不對稱和欠不平衡，會導(dǎo)致輔助電機發(fā)熱嚴(yán)重，影響輔助電機的運用壽命。在實際應(yīng)用中，為了彌補供電電壓的不對稱度，往往在輔助電機(如牽引通風(fēng)和制動通風(fēng)機電機)輸入側(cè)并接“拉對稱”電力電容器組，還需要有投切電容器的相關(guān)接觸器，裝置比較繁瑣復(fù)雜，影響了輔助電機運行的可靠性。劈相機供給輔助電機的電壓隨其輸入電壓和負(fù)載的波動而波動，輔助電機的供電額定電壓為AC380V,波動范圍約-30% _+30%。特別在網(wǎng)壓較低或負(fù)載較重時，輔助電機輸出電壓較低，不能全額發(fā)揮其功率，不能在額定功率和額定轉(zhuǎn)速下運行，運行效率較低。實際上電力機車的輔助電機在大多數(shù)情況下都是降額運行，存在“大馬拉小車”的不合理現(xiàn)象。
[0005](2)劈相機機起動復(fù)雜，故障隱患突出，可靠性較差。劈相機只能空載起動，不可帶載起動，只有在劈相機完全起動結(jié)束后，才可以將輔助電機負(fù)載逐個投入。劈相機一般的起動時間都在IOs以上，起動時在供電相和發(fā)電相間接入起動電阻，在起動結(jié)束時再靠接觸器將起動電阻切除掉。一旦切除起動電阻動作失效，或發(fā)生了帶載起動現(xiàn)象，都會導(dǎo)致劈相機起動失敗，就會造成輔助電機單相供電(俗稱“走單相”)，嚴(yán)重時會燒損劈相機及輔助電機。切除起動電阻的接觸器都是在大電流(約200A)下分?jǐn)嗟?，接觸器的使用壽命也受到影響，這也是故障隱患。
[0006](3)劈相機運行的噪聲和震動大。劈相機屬于運動(旋轉(zhuǎn))式供電電源，與靜止式(如輔助變流器)供電電源相比，噪聲和振動都比較大，這對于司乘人員的工作環(huán)境是不利的。
[0007](4)劈相機給輔助電機供電，起動電流大，耗能多。在劈相機給輔助電機供電時，輔助電機為全壓直接起動(非軟起動)，起動電流大(為額定電流的5倍以上)。這樣大的供電沖擊電流，會影響輔助電機的運用壽命，耗能也很大。
[0008](5)劈相機在站段停車上，不宜停機，造成能耗，不利于節(jié)能，也給站段增加機器運行噪聲。機車在站段停車時，為保證風(fēng)管空氣壓力，壓縮機會隨機自起動打風(fēng)，由于劈相機存在起動復(fù)雜、費時的缺點，所以往往機車在站段停留時，劈相機是不能停機的，這既耗能，也給站段增添機器運行噪聲。
[0009](6)由于劈相機不能帶載直接起動，機車在通過接觸網(wǎng)分相段時，往往需要關(guān)斷各個輔助電機，再關(guān)斷劈相機。待通過分相段后，先起動劈相機，再逐個起動各個輔助電機，費時耗力，給司乘員增加了過分相期間的工作量。
[0010](7)劈相機供給輔助電機的三相交流電是定頻(50Hz)的，不能實現(xiàn)輔助電機的變頻調(diào)速運行(如根據(jù)散熱所需風(fēng)速或發(fā)熱體的溫度)，這也不利于節(jié)能。
[0011](8)在機車庫檢試驗時，由于機車總裝調(diào)試庫中無單相大容量交流電源，所以庫檢試驗時，一般只試驗輔助電機的運行，無法對劈相機及輔助供電回路中其它設(shè)備做試驗。
[0012](9)由于劈相機供電的質(zhì)量和品質(zhì)較差，機車為空調(diào)機組需要增設(shè)空調(diào)電源供電，增加了機車輔助機電設(shè)備的投資，增加了機車設(shè)備的成本。
[0013]綜上所述，劈相機供電方式存在著噪音大、不節(jié)能、三相交流輸出電壓不平衡且隨輸入電壓變化等缺點。
[0014]改造輔助供電系統(tǒng)的目的在于使用國內(nèi)外先進變流技術(shù)，落腳于國產(chǎn)電力機車的輔助供電系統(tǒng)改造，使用輔助變流器替代劈相機為SS4B型電力機車輔助電路供電。而且在實現(xiàn)對輔助系統(tǒng)高質(zhì)量供電的基礎(chǔ)上，不對原有機車結(jié)構(gòu)進行大改造成“牽一發(fā)而動全身”的情況，產(chǎn)生不必要的損失。
[0015]8K機車采用的相控整流結(jié)合GTO逆變方式中，逆變環(huán)節(jié)不穩(wěn)定，而且在后級沒有形成對負(fù)載的有效管理，導(dǎo)致逆變環(huán)節(jié)的冗余容錯程度較低，易發(fā)生故障。
[0016]和諧號CRH2型動車組采用的IGBT脈沖整流加工頻逆變器方案，前級采用PWM整流器改善了整流效果而且功率因數(shù)高。但是PWM整流器是升壓整流電路，為了滿足后級逆變的要求，必須對SS4B主變壓器的輔助繞組進行改造，降低輔助繞組的輸出電壓才能夠滿足實際要求，改造主變壓器的成本較高。
[0017]HXD2型動車采用的高壓整流結(jié)合降壓斬波加工頻逆變方案，實現(xiàn)起來更加困難。首先SS3型電力機車的輔助繞組沒有了任何使用價值，而且要在主變壓器的輸入端增加高壓整流裝置，使得機車環(huán)境變得復(fù)雜，得不償失。
[0018]HXDl、HXD3、CH3所采用的供電方案中，與HXD2輔助供電方式大致相似，高壓整流在SS3機車上難以實現(xiàn)，會增加機車輔助供電環(huán)節(jié)的復(fù)雜性；而且引入了工頻變壓器，體積巨大。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0019]本發(fā)明的目的在于提供一種SS3型電力機車輔助變流系統(tǒng)，旨在解決上述【背景技術(shù)】中的不足。
[0020]本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，一種SS3型電力機車輔助變流系統(tǒng)，包括設(shè)于電力機車上的輔助電機，還包括將SS3型電力機車內(nèi)兩劈相機替換的第一輔助變流器和第二輔助變流器，所述輔助變流器包括串聯(lián)的前級變流器和后級變流器，前級變流器為單相控整流器，后級變流器由若干臺并聯(lián)逆變器單元組成；將所述輔助電機按照類別和工況進行劃分并組合負(fù)載，將所述負(fù)載分配給不同的逆變器，所述逆變器與各負(fù)載之間設(shè)有用于切換轉(zhuǎn)載的轉(zhuǎn)載線路。
[0021]優(yōu)選地，所述輔助電機包括牽引通風(fēng)機電機、制動風(fēng)機電機、壓縮機電機、變壓器風(fēng)機以及空調(diào)機組；
[0022]每臺輔助變流器的后級變流器包括U1、U2、U3以及UlB四臺逆變器，UlB為Ul、U2、U3的冗余備份單元；
[0023]第一輔助變流器以及第二輔助變流器中的Ul、U2、U3負(fù)載相同，Ul負(fù)載2臺牽引通風(fēng)機電機，U2負(fù)載2臺制動風(fēng)機電機，U3負(fù)載I臺壓縮機電機；第一輔助變流器中的UlB負(fù)載一臺變壓器風(fēng)機以及I臺空調(diào)機組，第二輔助變流器中的UlB負(fù)載I臺變壓器油泵電機以及I臺空調(diào)機組；其中，
[0024]當(dāng)U1、U2、U3任意一臺逆變器故障時，故障逆變器與其驅(qū)動的負(fù)載斷開，通過所述轉(zhuǎn)載線路將其負(fù)載切換至逆變器UlB上，由UlB逆變器驅(qū)動所有負(fù)載；當(dāng)逆變器UlB故障時，故障逆變器與其驅(qū)動的負(fù)載斷開，通過所述轉(zhuǎn)載線路將其負(fù)載切換至Ul或U2上。
[0025]優(yōu)選地，所述轉(zhuǎn)載線路為轉(zhuǎn)換接觸器。
[0026]優(yōu)選地，所述牽引通風(fēng)機電機功率為37kW，制動風(fēng)機電機功率為30kW，壓縮機電機功率為37kW，變壓器風(fēng)機功率為14kW，變壓器油泵電機功率為10kW，空調(diào)機組功率為3kff ；
[0027]兩臺所述輔助變流器功率基本相同，且所述單相控整流器容量為400kVA，每臺所述逆變器容量為lOOkVA。
[0028]優(yōu)選地，所述單相控整流器包括用于將主變壓器輔助繞組的輸出進行相控整流的相控整流電路，平波電抗器L，以及母線支撐電容Cd;其中，所述主變壓器輔助繞組的輸出進行相控整流后，經(jīng)過平波電抗器L及母線支撐電容Cd的濾波作用形成母線電壓Ud。
[0029]優(yōu)選地，所述后級變流器采用經(jīng)典三相橋式逆變電路。
[0030]優(yōu)選地，所述主變壓器輔助繞組的輸出由額定電壓提高至AC794V，中間環(huán)節(jié)直流電壓穩(wěn)壓至DC540V。
[0031]優(yōu)選地，所述輔助變流器還包括用于將逆變器輸出的SPWM波濾成正弦波的正弦波濾波器；其中，正弦波濾波器設(shè)于所述逆變器與輔助電機之間。
[0032]優(yōu)選地，該SS3型電力機車輔助變流系統(tǒng)還包括控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)包括:
[0033]司控臺控制單元，用于對機車控制指令信號的采集和輔機狀態(tài)的顯示，安裝于電力機車的司機控制臺下部；
[0034]輔助變流器控制單元，用于完成整流器和逆變器的運行控制、故障保護和參數(shù)采集等，置于電力機車的變流器機柜中；
[0035]以及輔機邏輯控制單元，用于接收司控臺控制單元運行指令來指揮輔助變流器控制單元的運行；同時將輔助變流器及輔助電機的運行狀態(tài)傳送給司控臺顯示；其中，
[0036]所述司控臺控制單元、輔機邏輯控制單元以及輔助變流器控制單元之間依次通過工業(yè)現(xiàn)場總線連接。
[0037]本發(fā)明克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種SS3型電力機車輔助變流系統(tǒng)，在輔助變流器的主電路方案中，采用“一整四逆”的電路結(jié)構(gòu)，按照輔機工況合理分配負(fù)載，兼顧了冗余備份、故障時負(fù)載切換與轉(zhuǎn)移等多方面，新意明顯?！耙徽辈捎孟嗫卣鞣桨?，對主變壓器的改造工藝最為簡單，非常適合在既有機車上改造實施；也與交-直機車相控整流為其主要電路結(jié)構(gòu)形式的總體技術(shù)方案相吻合?！岸嗄妗睘槟孀兤鞯娜哂鄠浞?，故障時輔機負(fù)載切換、轉(zhuǎn)移提供了可能，確保了輔機系統(tǒng)運行的可靠性。按照輔機運行工況，給各逆變器分配負(fù)載，保證了輔機運行的高效性和可靠性。
[0038]輔助變流器的整流器做到了單/三相整流電路的結(jié)合，這樣機車在庫檢試驗時可以對輔機性能進行全面的測試試驗，克服了過去國產(chǎn)機車全面庫檢輔機回路的困難。
[0039]在輔助變流器的整個加裝改造過程中，堅持了只取代劈相機，機車的其它相關(guān)設(shè)備盡量不改或微改，既要融入技術(shù)的先進性，又要與既有機車有兼容性。這樣的機車設(shè)備加裝改造思路，如對機車既有輔助電機不作任何更換與改造，在輔助變流器逆變器的輸出端增設(shè)了正弦波濾波器，做到了輔助變流器與機車既有輔機的完全匹配，降低了改造成本，還體現(xiàn)了輔助變流器供電的先進性。
[0040]與其他現(xiàn)有技術(shù)實現(xiàn)的輔助變流器方案相比，現(xiàn)有先進的輔助變流器設(shè)計方案雖然有著技術(shù)上的先進性，性能也較為完善，但是改造成本較高，實現(xiàn)難度較大，用于SS3型電力機車用輔助變流器替代劈相機的初衷顯然得不償失。因此本發(fā)明的優(yōu)點是結(jié)合SS3型電力機車的實際機車環(huán)境，堅持以最小的改動成本實現(xiàn)良好的輔助供電效果。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0041]圖1是現(xiàn)有技術(shù)中國產(chǎn)SS3型電力機車的原有劈相機供電電路的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0042]圖2是本發(fā)明SS3型電力機車輔助變流系統(tǒng)一實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0043]圖3是本發(fā)明實施例中SS3電力機車輔助變流器整流環(huán)節(jié)組成原理圖；
[0044]圖4是本發(fā)明實施例中SS3電力機車輔助變流器后級逆變環(huán)節(jié)組成原理圖；
[0045]圖5是本發(fā)明實施例中變壓器輔助繞組改裝前后繞組示意圖；
[0046]圖6是本發(fā)明SS3型電力機車輔助變流系統(tǒng)中控制系統(tǒng)的組成原理圖。
【具體實施方式】
[0047]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0048]一種SS3型電力機車輔助變流系統(tǒng)，如圖2所示，包括設(shè)于電力機車上的輔助電機，還包括將SS3型電力機車內(nèi)兩劈相機替換的第一輔助變流器和第二輔助變流器，所述輔助變流器包括串聯(lián)的前級變流器和后級變流器，前級變流器為單相控整流器，后級變流器由若干臺并聯(lián)逆變器單元組成；將所述輔助電機按照類別和工況進行劃分并組合負(fù)載，將所述負(fù)載分配給不同的逆變器，所述逆變器與各負(fù)載之間設(shè)有用于切換轉(zhuǎn)載的轉(zhuǎn)載線路(圖中省略視圖)。
[0049]在本發(fā)明實施例中，更具體的，所述輔助電機包括牽引通風(fēng)機電機、制動風(fēng)機電機、壓縮機電機、變壓器風(fēng)機以及空調(diào)機組；每臺輔助變流器的后級變流器包括Ul、U2、U3以及UlB四臺逆變器，UlB為U1、U2、U3的冗余備份單元；
[0050]第一輔助變流器以及第二輔助變流器中的Ul、U2、U3負(fù)載相同，Ul負(fù)載2臺牽引通風(fēng)機電機，U2負(fù)載2臺制動風(fēng)機電機，U3負(fù)載I臺壓縮機電機；第一輔助變流器中的UlB負(fù)載一臺變壓器風(fēng)機以及I臺空調(diào)機組，第二輔助變流器中的UlB負(fù)載I臺變壓器油泵電機以及I臺空調(diào)機組；其中，第一、第二輔助變流器中的逆變器UlB可以對其他三臺逆變器UU U2、U3實現(xiàn)冗余備份。通過控制器自動控制逆變器與負(fù)載相連接的各接觸器開關(guān)，以及各逆變器之間互相連接的各接觸器開關(guān)，就可以實現(xiàn)逆變器負(fù)載的自動轉(zhuǎn)移及其冗余備份。
[0051]在本發(fā)明實施例中，更具體的，所述前級變流器采用單相相控整流器，開關(guān)器件為晶閘管，電路結(jié)構(gòu)為單相半控橋，電路原理如圖3所示。相控整流電路屬于降壓整流電路，將主變壓器輔助繞組的輸出(原輔助繞組輸出為AC397V)進行相控整流后，經(jīng)過平波電抗器L及母線支撐電容Cd的濾波作用形成母線電壓Ud。圖3中虛線連接的一個整流二極管橋臂為輔機系統(tǒng)做庫檢試驗時，通入三相電時使用。
[0052]在本發(fā)明實施例中，更具體的，所述后級變流器采用經(jīng)典三相橋式逆變電路，如圖4所示。
[0053]在本發(fā)明實施例中，更具體的，對機車主變壓器輔助繞組進行改造，使輔助變流器輸入額定電壓提高至AC794V，中間環(huán)節(jié)直流電壓穩(wěn)壓至DC540V?？紤]到網(wǎng)壓的波動范圍為:+24 %?-30 %，這樣在最低網(wǎng)壓下，也能給輔助電機提供合適的供電電壓，選擇DC540V的中間環(huán)節(jié)直流電壓為合適。
[0054]在本發(fā)明的實際應(yīng)用過程中，兩個輔助變流器分別放置于機車兩節(jié)(即1、11端)原劈相機的位置。每臺輔助變流器(機柜)驅(qū)動7臺輔助電機(含I臺空調(diào)機組)，兩臺輔助變流器共驅(qū)動14臺輔助電機(含2臺空調(diào)機組)，每臺輔助變流器所驅(qū)動的電機功率基本相同。這14臺輔助電機分別是:牽引通風(fēng)機4臺(單臺功率37kW)，制動風(fēng)機4臺(單臺功率30kW)，壓縮機2臺(單臺功率37kW)，變壓器風(fēng)機I臺(功率14kW)，油泵電機I臺(功率IOkW)，空調(diào)機組2臺(單臺功率3kW)。每臺輔助變流器由前級變流器(網(wǎng)側(cè)變流器)和后級變流器組成，前級變流器是一臺相控整流器(容量400kVA)，后級變流器由四臺容量等同的逆變器(容量IOOkVAX4)單元組成?；臼前凑蛰o助電機的類別和工況來劃分和組合負(fù)載的，并將這些負(fù)載分配到不同的逆變器單元中。
[0055]輔助變流器負(fù)載分配情況為:圖中逆變器Ul驅(qū)動2臺牽引通風(fēng)機電機，功率為37kffX2 ;逆變器U2驅(qū)動2臺制動風(fēng)機電機，功率為30kWX2 = 60kff ;逆變器U3驅(qū)動I臺壓縮機電機，功率為37kW ;逆變器UlB驅(qū)動I臺變壓器風(fēng)機，加I臺空調(diào)機組，功率為14kW+3kW=17kW。在機車另一端的情況是，逆變器UlB驅(qū)動I臺變壓器油泵電機，加I臺空調(diào)機組，功率為10kW+3kW= 13kW ;其它逆變器單元驅(qū)動負(fù)載的情況，兩端完全相同。其中逆變器UlB是其它另外三個逆變器(如U1、U2、U3)的冗余備份單元，當(dāng)這三個中的任何一個發(fā)生故障不能運行時，切除故障逆變器，逆變器UlB除甩掉空調(diào)機組負(fù)載外，要將其它的輔助電機負(fù)載驅(qū)動起來，實現(xiàn)逆變器之間的冗余備份，以提高系統(tǒng)運行的可靠性。由于逆變器UlB平時驅(qū)動的負(fù)載較小，所以該逆變器容量的裕量較大，發(fā)熱較小，運行的可靠性自然較高，所以由它來承擔(dān)一個機柜中其它三個逆變單元的冗余熱備份；但當(dāng)逆變器UlB自身故障時，除甩掉空調(diào)機組負(fù)載外，其負(fù)載可轉(zhuǎn)移至逆變器Ul或U2，由于逆變器U3驅(qū)動的壓縮機負(fù)載是間隙工作制(隨機打風(fēng))，所以故障單元的負(fù)載一般不往其上轉(zhuǎn)移。
[0056]在本發(fā)明實施例中，按照輔助電機的類別和工況給逆變器分配負(fù)載，四個逆變器單元分別驅(qū)動不同工況的輔助電機負(fù)載，這樣使每個輔助電機都實現(xiàn)了變頻軟起動，避免了輔助電機的突然投入對輔助電機的大電流沖擊，另外輔助電機的“突投”對逆變器的沖擊也是很大的，也影響逆變器的運用壽命。因此按照輔助電機的類別和工況給逆變器分配負(fù)載，可以避免輔助電機的“突投”運行。
[0057]在進一步的實施過程中，由于SS3電力機車主變壓器上原來給劈相機供電的輔助繞組(a6，x6)電壓為AC397V，而本發(fā)明提出的輔助繞組的電壓提高一倍，為AC794V，為了能方便對原劈相機電壓改造以及根據(jù)需要進行還原，在本發(fā)明實施例中，將輔助繞組原來6根扁銅線(線規(guī)=ZB-0.45，3.28X 13.5/3.73X 13.95)并聯(lián)繞制的兩個“雙餅繞組”，由并聯(lián)連接改為串聯(lián)連接。這樣輸出電壓就可以提高一倍，而載流量卻下降一半，但繞組的輸出功率(帶負(fù)載能力)與原來相同，沒有變化。而且這樣對變壓器的改造并不復(fù)雜，工作量較小，非常便于在機車廠實施。變壓器輔助繞組改裝前后繞組示意圖如圖5所示。由圖5可知，這種改造比較簡單，只需將雙并繞組改為串接。輸出電壓提高一倍，輸出電流減小一半。整體輸出功率幾乎不變，繞組無需新制。經(jīng)過改造后，若想還原為劈相機供電，無需再次改造變壓器，只需改變外部接線柱的連線方式即可，可實現(xiàn)劈相機和輔助變流器的互換。
[0058]在進一步的實施過程中，考慮到大修成本不可能對所有的輔助電機全面更換成“變頻調(diào)速電機(具有較高的定子繞組匝間絕緣)”，這樣逆變器輸出的SPWM電壓波形就不能直接供給輔助電機(它會造成輔助電機繞組絕緣的破壞，降低輔助電機的運行壽命)，在本發(fā)明實施例中，如圖2所示，在逆變器與輔助電機之間增加了 “正弦波濾波器”，目的是將逆變器輸出的SPWM波濾成“正弦波”。
[0059]在進一步的實施過程中，為了使系統(tǒng)全數(shù)字化與網(wǎng)絡(luò)化控制，在本發(fā)明實施例中，所述SS3型電力機車輔助變流系統(tǒng)還包括控制系統(tǒng)，如圖6所示，所述控制系統(tǒng)包括:
[0060]司控臺控制單元，用于對機車控制指令信號的采集和輔機狀態(tài)的顯示，安裝于電力機車的司機控制臺下部；
[0061]輔助變流器控制單元，用于完成整流器和逆變器的運行控制、故障保護和參數(shù)采集等，置于電力機車的變流器機柜中；
[0062]以及輔機邏輯控制單元(AMLCU)，用于接收司控臺控制單元運行指令來指揮輔助變流器控制單元的運行；同時將輔助變流器及輔助電機的運行狀態(tài)傳送給司控臺顯示；其中，
[0063]所述司控臺控制單元、輔機邏輯控制單元以及輔助變流器控制單元之間依次通過工業(yè)現(xiàn)場總線連接。
[0064]在本發(fā)明實施例的實際應(yīng)用過程中，司控臺控制單元、輔機邏輯控制單元、輔助變流器(含整流器和逆變器)控制單元之間通過工業(yè)現(xiàn)場總線(CAN總線)進行數(shù)據(jù)通信，實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。司控臺控制單元完成對機車控制指令信號的采集和輔機狀態(tài)的顯示，它安裝于司機控制臺下部；變流器控制單元完成整流器和逆變器的運行控制、故障保護和參數(shù)采集等，它置于變流器機柜中。
[0065]在司控臺下增設(shè)司控臺控制單元，對司控臺上的機車狀態(tài)顯示屏進行改造，增設(shè)輔機狀態(tài)顯示部分，也顯示輔助變流器各單元的狀態(tài)。司控臺控制單元采集司控臺的輔機琴鍵指令，通過CANl總線與輔機邏輯控制單元(AMIXU)交換數(shù)據(jù)，其驅(qū)動顯示屏顯示輔機的運行狀態(tài)。
[0066]在低壓柜中增設(shè)輔機邏輯控制單元(AMIXU)，AMIXU通過CANl總線與司控臺控制單元交換數(shù)據(jù)，通過CAN2總線與變流器控制單元交換數(shù)據(jù)。AMLCU承上啟下，接收司控臺輔機運行指令，來指揮變流器控制單元的運行；同時將變流器及輔機的運行狀態(tài)傳送給司控臺顯示。
[0067]相比于現(xiàn)有技術(shù)的缺點和不足，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0068](I)本發(fā)明結(jié)合SS3型電力機車的實際機車環(huán)境，堅持以最小的改動成本實現(xiàn)良好的輔助供電效果，改造工藝最為簡單，非常適合在既有機車上改造實施。
[0069](2)本發(fā)明按照輔機運行工況，給各逆變器分配負(fù)載，故障時輔機負(fù)載切換、轉(zhuǎn)移提供了可能，保證了輔機運行的高效性和可靠性。
[0070](3)本發(fā)明輔助變流器的整流器為單/三相整流電路的結(jié)合，機車在庫檢試驗時可以對輔機性能進行全面的測試試驗，克服了過去國產(chǎn)機車全面庫檢輔機回路的困難。
[0071](4)本發(fā)明在輔助變流器逆變器的輸出端增設(shè)了正弦波濾波器，做到了輔助變流器與機車既有輔機的完全匹配，降低了改造成本，還體現(xiàn)了輔助變流器供電的先進性。
[0072]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種SS3型電力機車輔助變流系統(tǒng)，包括設(shè)于電力機車上的輔助電機，其特征在于，還包括將SS3型電力機車內(nèi)兩劈相機替換的第一輔助變流器和第二輔助變流器，所述輔助變流器包括串聯(lián)的前級變流器和后級變流器，前級變流器為單相控整流器，后級變流器由若干臺并聯(lián)逆變器單元組成；將所述輔助電機按照類別和工況進行劃分并組合負(fù)載，將所述負(fù)載分配給不同的逆變器，所述逆變器與各負(fù)載之間設(shè)有用于切換轉(zhuǎn)載的轉(zhuǎn)載線路。
2.如權(quán)利要求2所述的SS3型電力機車輔助變流系統(tǒng)，所述輔助電機包括牽引通風(fēng)機電機、制動風(fēng)機電機、壓縮機電機、變壓器風(fēng)機以及空調(diào)機組； 每臺輔助變流器的后級變流器包括Ul、U2、U3以及UlB四臺逆變器，UlB為U1、U2、U3的冗余備份單元； 第一輔助變流器以及第二輔助變流器中的Ul、U2、U3負(fù)載相同，Ul負(fù)載2臺牽引通風(fēng)機電機，U2負(fù)載2臺制動風(fēng)機電機，U3負(fù)載I臺壓縮機電機；第一輔助變流器中的UlB負(fù)載一臺變壓器風(fēng)機以及I臺空調(diào)機組，第二輔助變流器中的UlB負(fù)載I臺變壓器油泵電機以及I臺空調(diào)機組；其中， 當(dāng)Ul、U2、U3任意一臺逆變器故障時，故障逆變器與其驅(qū)動的負(fù)載斷開，通過所述轉(zhuǎn)載線路將其負(fù)載切換至逆變器UlB上，由UlB逆變器驅(qū)動所有負(fù)載；當(dāng)逆變器UlB故障時，故障逆變器與其驅(qū)動的負(fù)載斷開，通過所述轉(zhuǎn)載線路將其負(fù)載切換至Ul或U2上。
3.如權(quán)利要求2所述的SS3型電力機車輔助變流系統(tǒng)，其特征在于，所述轉(zhuǎn)載線路為轉(zhuǎn)換接觸器。
4.如權(quán)利要求3所述的SS3型電力機車輔助變流系統(tǒng)，其特征在于，所述牽引通風(fēng)機電機功率為37kW，制動風(fēng)機電機功率為30kW，壓縮機電機功率為37kW，變壓器風(fēng)機功率為14kW，變壓器油泵電機功率為IOkW,空調(diào)機組功率為3kW ； 兩臺所述輔助變流器功率基本相同，且所述單相控整流器容量為400kVA，每臺所述逆變器容量為lOOkVA。
5.如權(quán)利要求4所述的SS3型電力機車輔助變流系統(tǒng)，其特征在于，所述單相控整流器包括用于將主變壓器輔助繞組的輸出進行相控整流的相控整流電路，平波電抗器L，以及母線支撐電容Cd ;其中，所述主變壓器輔助繞組的輸出進行相控整流后，經(jīng)過平波電抗器L及母線支撐電容Cd的濾波作用形成母線電壓Ud。
6.如權(quán)利要求5所述的SS3型電力機車輔助變流系統(tǒng)，其特征在于，所述后級變流器采用經(jīng)典三相橋式逆變電路。
7.如權(quán)利要求6所述的SS3型電力機車輔助變流系統(tǒng)，其特征在于，所述主變壓器輔助繞組的輸出由額定電壓提高至AC794V，中間環(huán)節(jié)直流電壓穩(wěn)壓至DC540V。
8.如權(quán)利要求7所述的SS3型電力機車輔助變流系統(tǒng)，其特征在于，所述輔助變流器還包括用于將逆變器輸出的SPWM波濾成正弦波的正弦波濾波器；其中，正弦波濾波器設(shè)于所述逆變器與輔助電機之間。
9.如權(quán)利要求8所述的SS3型電力機車輔助變流系統(tǒng)，其特征在于，該SS3型電力機車輔助變流系統(tǒng)還包括控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)包括: 司控臺控制單元，用于對機車控制指令信號的采集和輔機狀態(tài)的顯示，安裝于電力機車的司機控制臺下部； 輔助變流器控制單元，用于完成整流器和逆變器的運行控制、故障保護和參數(shù)采集等，置于電力機車的變流器機柜中； 以及輔機邏輯控制單元，用于接收司控臺控制單元運行指令來指揮輔助變流器控制單元的運行；同時將輔助變流器及輔助電機的運行狀態(tài)傳送給司控臺顯示；其中， 所述司控臺控制單元、輔機邏輯控制單元以及輔助變流器控制單元之間依次通過工業(yè)現(xiàn)場總線連接 。
【文檔編號】H02M7/219GK103978902SQ201410205719
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年5月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月16日
【發(fā)明者】張全柱, 雷旻, 鄧永紅, 盧震宇, 黃成玉, 趙立永 申請人:華北科技學(xué)院