直驱永磁牵引电传动系统技术方案

本申请提供一种直驱永磁牵引电传动系统。该系统包括变流器单元，用于通过交‑直‑交的变换，将弓网电能转换成为电机供电的电能；直驱永磁同步电机，用于将所述为电机供电的电能转换为动能；隔离单元，设置在所述变流器单元和所述直驱永磁同步电机之间，用于在第一预设工况下，隔离所述变流器单元和所述直驱永磁同步电机。其中，本申请采用直驱永磁同步电机来实现电能转化为动能的过程，为了将电能转化为动能，增加了变流器单元，同时增加了隔离单元来保护电路，直驱永磁同步电机通过本身产生的动能为电力机车提供牵引力，因为采用直驱的模式，取消了机车中的齿轮箱，减少了机械损耗，提高了车辆的牵引效率。

Direct drive permanent magnet traction electric drive system

【技术实现步骤摘要】
直驱永磁牵引电传动系统
本申请涉及轨道车辆领域，尤其涉及一种直驱永磁牵引电传动系统。
技术介绍
交通运输在国民经济中承担着重要的角色，其中，轨道交通又是人们日常长途出行的首选，随着全国铁路大提速，带动着铁路行业向高速、舒适的方向发展。电力牵引目前已经普遍应用于车辆牵引技术上，现有电力机车电传动系统多采用异步电机加齿轮箱的传动结构。然而现有技术齿轮箱在工作时会产生机械损耗，电力机车整车效率还有提升的空间。
技术实现思路
本申请提供一种直驱永磁牵引电传动系统，以解决现有技术中存在的齿轮箱在工作时产生机械损耗的问题，同时提升整车效率。第一方面，本申请提供一种直驱永磁牵引电传动系统，包括：变流器单元，用于通过交-直-交的变换，将弓网电能转换成为电机供电的电能；直驱永磁同步电机，用于将所述为电机供电的电能转换为动能；隔离单元，设置在所述变流器单元和所述直驱永磁同步电机之间，用于在第一预设工况下，隔离所述变流器单元和所述直驱永磁同步电机。其中，本申请实施例采用直驱永磁同步电机来实现电能转化为动能的过程，为了将电能转化为动能，增加了变流器单元来转换电能，同时增加了隔离单元来保护，由于采用直驱的模式，减少了机械损耗，而且，相对于异步电机来说，本申请实施例采用的直驱永磁同步电机效率高，且无齿轮箱，提高了车辆的牵引效率。可选的，所述变流器单元包括牵引装置，所述牵引装置采用所述交-直-交的变换，将所述弓网电能转换为所述为电机供电的电能。其中，每组变流器单元对应一组牵引装置，每个直驱永磁牵引电传动系统中变流器单元和牵引装置的数量可根据具体情况确定，本申请不做具体限制，每组牵引装置可实现交-直-交的变换，为直驱永磁同步电机提供合适的电能。可选的，所述系统还包括变压器单元；所述变流器单元的输入端与所述变压器单元的牵引绕组相连，所述变压器单元通过所述牵引绕组，将所述弓网电能变压到所述变流器单元的输入端。这里，变压器单元用于在将弓网电能直接输入变流器单元之前，对弓网电能进行电压的转换，以便于变流器单元对输入的电能进行处理。可选的，每组牵引装置包括：整流模块，用于将所述弓网电能转化为直流电，并输出直流电；稳压模块，用于对所述整流模块输出的直流电进行稳压处理，并输出稳压处理后的直流电；逆变器，用于将所述稳压模块输出的直流电转化为交流电输出。在本申请实施例中，每组牵引装置通过整流模块和逆变器实现交-直-交的转换，得到适合输入直驱永磁同步电机的电能，稳压模块通过稳压处理使得输入直驱永磁同步电机的电能更加稳定、准确。可选的，所述整流模块包括：四象限整流模块，用于将所述弓网电能转化为直流电并输出。这里，本申请实施例通过四象限整流模块保持系统中间环节电压恒定，使功率因数接近1，且电流波形接近正弦，从而可用于本申请中的交-直-交流传动电力机车，适合于经常需要牵引、再生制动的调速系统。可选的，所述稳压模块包括：斩波模块，用于保持直流母线的稳定；中间直流模块，用于保持直流母线的稳定。本申请实施例通过斩波模块滤除中间母线电压高于预设电压的直流电，从而防止过高电压对系统稳定性及安全性的影响，通过中间直流模块使得中间母线电压更加平滑和稳定，进一步地提高了直驱永磁牵引电传动系统的稳定性及安全性。可选的，所述逆变器为三相逆变器。除此之外，上述逆变器还可以根据实际情况确定，本申请实施例对此不做特别限制。可选的，每组牵引装置安装有一个牵引控制单元，所述牵引控制单元控制所述牵引装置采用所述交-直-交的变换，将所述弓网电能转换为所述为电机供电的电能。这里，本申请实施例在牵引装置中安装牵引控制单元，实现对四象限、斩波和逆变器的控制。可选的，所述变流器单元还包括多个辅助变流器；所述辅助变流器用于向整车的辅助负载供电。可选的，所述隔离单元为隔离接触器。其中，上述隔离接触器设置在上述变流器单元和直驱永磁同步电机之间，在预设工况下，隔离上述变流器单元和直驱永磁同步电机，这里，预设工况可以根据实际情况确定，例如当直驱永磁同步电机运行到高速时，如果电机失控，因为其是直驱永磁同步电机，会产生较高的反电势，进而危害到变流器单元的安全，这时就应当通过隔离接触器隔离上述变流器单元和直驱永磁同步电机。可选的，所述四象限整流模块的四象限控制功能通过以下方式实现：通过电压外环的直流电压指令值与实际值udc进行比较，进入比例积分PI控制器，构成电压外环；将电压外环的输出与锁相环PLL输出sinθe相乘，构成一个交流量，作为电流内环的指令值i*；将电流内环的指令值i*与实际电流i进行比较后进入比例谐振PR控制器，以使PR控制器的输出与网压信号幅值e进行比较，比较输出值作为电流内环的输出信号u*；将输出信号u*作为调制信号，采用SPWM单极倍频调制方式进行脉冲调制，将脉冲调制输出的脉冲宽度可调的调制脉冲，发送至绝缘栅双极型晶体管进行驱动，实现四象限控制功能。可选的，所述三相逆变器在不同的速度区段的调制方式如下：当所述直驱永磁同步电机定子频率为0-25Hz时，调制方式为异步调制，最高开关频率375Hz；当所述直驱永磁同步电机定子频率为25-30Hz时，调制方式为同步15分频调制，最高开关频率450Hz；当所述直驱永磁同步电机定子频率为30-33Hz时，调制方式为同步12分频调制，最高开关频率396Hz；当所述直驱永磁同步电机定子频率为33-36Hz时，调制方式为同步7分频调制，最高开关频率252Hz；当所述直驱永磁同步电机定子频率为36-37Hz时，调制方式为同步3分频调制，最高开关频率111Hz；当直驱永磁同步电机定子频率为37-71Hz时，调制方式为方波调制，最高开关频率71Hz。可选的，上述系统还包括：预充电电路，所述预充电电路连接至所述变流器单元；其中，所述预充电电路包括保护电阻、主接触器和预充电接触器，所述保护电阻的一端与所述预充电接触器的一端连接，所述保护电阻的另一端与主接触器的一端连接，主接触器的另一端与预充电接触器的另一端连接。可选的，所述四象限模块包括保护电容。可选的，所述中间直流模块包括：中间支撑电容、滤波电感、滤波电容、直流电压传感器和接地检测电路；其中，所述中间支撑电容与所述直流电压传感器的一端接直流母线正，另一端接直流母线负；所述滤波电感一端接直流母线正，一端接所述滤波电容，所述滤波电容另一端接直流母线负；所述接地检测电路由两个电阻和一个电压传感器构成，两个电阻串联，所述两个电阻的串联支路一端接直流母线正，一端接直流母线负，所述两个串联电阻的中点接地，所述电压传感器一端接地，另一端接直流母线负。本申请实施例提供的直驱永磁牵引电传动系统，采用直驱永磁同步电机来实现电能转化为动能的过程，为了将电能转化为动能，增加了变流本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种直驱永磁牵引电传动系统，其特征在于，包括：/n变流器单元，用于通过交-直-交的变换，将弓网电能转换成为电机供电的电能；/n直驱永磁同步电机，用于将所述为电机供电的电能转换为动能；/n隔离单元，设置在所述变流器单元和所述直驱永磁同步电机之间，用于在第一预设工况下，隔离所述变流器单元和所述直驱永磁同步电机。/n

【技术特征摘要】
1.一种直驱永磁牵引电传动系统，其特征在于，包括：
变流器单元，用于通过交-直-交的变换，将弓网电能转换成为电机供电的电能；
直驱永磁同步电机，用于将所述为电机供电的电能转换为动能；
隔离单元，设置在所述变流器单元和所述直驱永磁同步电机之间，用于在第一预设工况下，隔离所述变流器单元和所述直驱永磁同步电机。


2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括变压器单元；
所述变流器单元的输入端与所述变压器单元的牵引绕组相连，所述变压器单元通过所述牵引绕组，将所述弓网电能变压到所述变流器单元的输入端。


3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述变流器单元包括牵引装置，所述牵引装置采用所述交-直-交的变换，将所述弓网电能转换为所述为电机供电的电能；
相应的，每组牵引装置包括：
整流模块，用于将所述弓网电能转化为直流电，并输出直流电；
稳压模块，用于对所述整流模块输出的直流电进行稳压处理，并输出稳压处理后的直流电；
逆变器，用于将所述稳压模块输出的直流电转化为交流电输出。


4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述稳压模块包括：
斩波模块，用于滤除所述整流模块输出的高于预设电压的直流电；
中间直流模块，用于对所述斩波模块输出的直流电进行稳压处理后输出。


5.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，每组牵引装置安装有一个牵引控制单元，所述牵引控制单元控制对应的牵引装置采用所述交-直-交的变换，将所述弓网电能转换为所述为电机供电的电能。


6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述变流器单元还包括辅助变流器；
所述辅助变流器用于向整车的辅助负载供电。


7.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述整流模块包括四象限整流模块；
相应的，所述四象限整流模块的四象限控制功能通过以下方式实现：
通过电压外环的直流电压指令值与实际值udc进行比较，进入比例积分PI控制器，构成电压外环；
将电压外环的输出与锁相环PLL输出sinθe相乘，构成一个交流量，作为电流内环的指令值i*；
将电流内环的指令值i*与...

【专利技术属性】
技术研发人员：王彬，贺志学，詹哲军，张瑞峰，于森林，张吉斌，丁志勇，余华，
申请(专利权)人：中车永济电机有限公司，
类型：发明
国别省市：山西;14