混合动力轨道车电气系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种混合动力轨道车电气系统，包括：主辅一体变流器、发动机、发电机、动力电池、斩波电抗器及牵引电机。主辅一体变流器包括依次相连的整流模块、第一桥臂、中间直流环节、牵引逆变模块，连接至中间直流环节的辅助逆变模块，以及与辅助逆变模块相连的隔离输出模块。发动机连接至发电机，发电机再连接至整流模块。动力电池一端通过斩波电抗器连接至第一桥臂两个相互串联的开关管之间，另一端与中间直流环节共地连接。牵引电机与牵引逆变模块相连。本实用新型专利技术能解决现有电气系统采用不可控整流，无法调节中间直流电压大小，接触网和发动机组不能同时供电，无法适应无接触网环境及高原环境下发动机降功运行导致动力不足的技术问题。不足的技术问题。不足的技术问题。

【技术实现步骤摘要】
混合动力轨道车电气系统


[0001]本技术涉及轨道工程电气
，尤其涉及一种“内燃+动力电池”混合动力轨道车电气系统。

技术介绍

[0002]目前，我国高速铁路已全面推广，新建大量长大隧道，然而现存的大量铁路轨道车均采用内燃机为动力，在隧道施工作业时柴油发动机组排放的废气短时间内不易扩散，使得作业现场能见度和空气质量较差，这严重影响到施工人员的安全、健康和作业效率，而且存在较大的安全隐患。现有的内燃轨道车电气系统主要存在以下不足：
[0003]1)传统内燃轨道车动力系统采用液力(液压)传动方式，存在液压器件老化后存在液压油泄漏，检修环境差、强度高等技术问题；
[0004]2)隧道作业排放的大量废气不易扩散，严重危及到作业人员安全、健康及作业效率；
[0005]3)长大坡道采用传统闸瓦制动，检修成本高，且车辆制动效能不良或失效率高,极易造成车辆失控,给行车带来安全隐患。
[0006]在现有技术中，与本专利技术较为相关的技术方案主要有：
[0007]现有技术1为本申请人与中国铁路总公司于2017年09月20日申请，并于2018年01月09日公开，公开号为CN107554299A的中国专利技术申请。该专利技术公开了一种铁路工程机械混合动力源系统，包括：混合动力源，及与混合动力源相连的变流器，混合动力源包括主动力源和辅助动力源，来自于主动力源或辅助动力源的电能经变流器变换与处理后转换为整车用电设备需要的电能。当与接触网的电连接导通且接触网持续供电时，通过接触网动力源为整车用电设备供电。当与接触网的电连接断开或接触网不能持续供电时，通过辅助动力源为整车用电设备供电。当需要在两种动力源之间进行切换时，主动力源和辅助动力源在切换过程中同时为整车用电设备供电，被替换的动力源在切换结束后退出供电。该专利技术能够解决现有铁路工程机械内燃液力动力方式维护复杂、存在液压油泄漏可能、环境污染严重的技术问题。
[0008]现有技术2为本申请人与中国铁路总公司于2017年09月20日申请，并于2018年01月09日公开，公开号为CN107554308A的中国专利技术申请。该专利技术公开了一种铁路工程机械混合动力源切换系统，包括：混合动力源，及与混合动力源相连的变流器，混合动力源包括接触网供电模块和内燃供电模块，来自于接触网供电模块或内燃供电模块的电能经变流器变换与处理后转换为牵引电机需要的电能。当与接触网的电连接导通且接触网持续供电时，通过接触网供电模块为牵引电机供电。当与接触网的电连接断开或接触网不能持续供电时，通过内燃供电模块为牵引电机供电。当需要在两种供电模块之间进行切换时，接触网供电模块和内燃供电模块在切换过程中同时为牵引电机供电，被替换的供电模块在切换结束后退出供电。该专利技术能够解决两种动力源切换时，保证作业机构能够连续作业且无冲击的技术问题。
[0009]然而，现有技术1和2均采用接触网+发动机组双动力供电，电路拓扑结构采用不可控整流而无法调节中间直流电压大小，存在接触网和发动机组无法同时提供电能，无法适应高原环境下发动机降功动力不足的情况，也无法应用在没有接触网的环境(如进行隧道施工或是进行线路接触网检修)下的技术缺陷。同时，现有电气系统的主电路采用不可控整流只能输出固定电压，而发电机产生的电压存在波动，不同转速输出的电压不同，导致无法稳定电压输出，因此无法实现混合供电的稳定动力分配。

技术实现思路

[0010]有鉴于此，本技术的目的在于提供一种混合动力轨道车电气系统，以解决现有电气系统采用不可控整流，无法调节中间直流电压大小，接触网和发动机组不能同时供电，无法适应无接触网环境及高原环境下发动机降功运行导致动力不足的技术问题。
[0011]为了实现上述技术目的，本技术具体提供了一种混合动力轨道车电气系统的技术实现方案，混合动力轨道车电气系统，包括：主辅一体变流器、发动机、发电机、动力电池、斩波电抗器及牵引电机。所述主辅一体变流器包括依次相连的整流模块、第一桥臂、中间直流环节、牵引逆变模块，连接至所述中间直流环节的辅助逆变模块，以及与所述辅助逆变模块相连的隔离输出模块。所述发动机连接至发电机，所述发电机再连接至整流模块。所述动力电池的一端通过斩波电抗器连接至所述第一桥臂的两个相互串联的开关管之间，另一端与所述中间直流环节共地连接。所述牵引电机与牵引逆变模块相连。
[0012]进一步的，所述发动机采用内燃发动机组，所述发电机采用永磁发电机组。
[0013]进一步的，所述整流模块采用可控整流电路。
[0014]进一步的，在发电机供电模式下，所述发动机带动发电机，再通过整流模块进行可控整流，转化为中间直流电源为牵引逆变模块及辅助逆变模块供电。
[0015]进一步的，在动力电池供电模式下，所述动力电池依次通过斩波电抗器、第一桥臂及支撑电容升压至中间直流电源为牵引逆变模块及辅助逆变模块供电。
[0016]进一步的，在混合供电模式下，所述动力电池根据对应的级位输出固定的功率，所述发动机带动发电机，所述发电机输出电能至整流模块，所述整流模块根据牵引功率需求控制发电机投入的功率。
[0017]进一步的，当所述动力电池供电时，通过斩波电抗器与第一桥臂组成的DC/DC斩波器升压至设定的中间直流电压。当所述动力电池充电时，所述发动机带动发电机供电，所述整流模块将发电机输出的三相交流电整流为设定的中间直流电压，再通过DC/DC斩波器降压为所述动力电池充电。在电制动工况下，所述牵引逆变模块将牵引电机制动产生的能量转换为设定的中间直流电压，再通过DC/DC斩波器为动力电池充电。
[0018]进一步的，所述主辅一体变流器包括两路动力来源，其中一路通过发动机带动发电机发出三相交流电，再经过整流模块整流后为中间直流环节供电，作为混合动力轨道车整车电源。另一路通过所述动力电池提供动力电源，经DC/DC斩波器升压后为中间直流环节供电。所述发电机输出的电能与动力电池输出的电源能在中间直流环节实现并联供电后，一路经过牵引逆变模块为牵引电机供电，另一路经过辅助逆变模块为辅助负载供电。
[0019]进一步的，所述混合动力轨道车电气系统还包括通过MVB网络相连的牵引控制单元、微机控制单元、MVB/CAN转换模块、网关模块及事件记录模块。所述网关模块具有MVB管
理及WTB通信功能。
[0020]进一步的，所述混合动力轨道车电气系统包括两重主辅一体变流器，以及与两重主辅一体变流器分别对应的两组发动机、发电机、动力电池。所述主辅一体变流器采用完全架控模式，均具有独立的牵引控制单元，每一重主辅一体变流器均为混合动力轨道车的一个转向架独立提供电能。
[0021]进一步的，所述混合动力轨道车电气系统还包括用于控制所述辅助逆变模块的辅助逆变供电选择转换开关，两重主辅一体变流器的辅助逆变模块分别为第一辅助逆变模块及第二辅助逆变模块。所述辅助逆变供电选择转换开关包括第一辅助逆变、正常、第二辅助逆变及并联四个级位。当辅助逆变供电选择转换开关置于正常位，第一辅助逆变模块本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种混合动力轨道车电气系统，其特征在于，包括：主辅一体变流器(100)、发动机(D1)、发电机(G1)、动力电池(B1)、斩波电抗器(R1)及牵引电机；所述主辅一体变流器(100)包括依次相连的整流模块(11)、第一桥臂(12)、中间直流环节(13)、牵引逆变模块(15)，连接至所述中间直流环节(13)的辅助逆变模块(16)，以及与所述辅助逆变模块(16)相连的隔离输出模块(17)；所述发动机(D1)连接至发电机(G1)，所述发电机(G1)再连接至整流模块(11)；所述动力电池(B1)的一端通过斩波电抗器(R1)连接至所述第一桥臂(12)的两个相互串联的开关管之间，另一端与所述中间直流环节(13)共地连接；所述牵引电机与牵引逆变模块(15)相连。2.根据权利要求1所述的混合动力轨道车电气系统，其特征在于：所述发动机(D1)采用内燃发动机组，所述发电机(G1)采用永磁发电机组。3.根据权利要求1或2所述的混合动力轨道车电气系统，其特征在于：所述整流模块(11)采用可控整流电路。4.根据权利要求3所述的混合动力轨道车电气系统，其特征在于：在发电机供电模式下，所述发动机(D1)带动发电机(G1)，再通过整流模块(11)进行可控整流，转化为中间直流电源为牵引逆变模块(15)及辅助逆变模块(16)供电。5.根据权利要求1、2或4所述的混合动力轨道车电气系统，其特征在于：在动力电池供电模式下，所述动力电池(B1)依次通过斩波电抗器(R1)、第一桥臂(12)及支撑电容(C)升压至中间直流电源为牵引逆变模块(15)及辅助逆变模块(16)供电。6.根据权利要求5所述的混合动力轨道车电气系统，其特征在于：在混合供电模式下，所述动力电池(B1)根据对应的级位输出固定的功率，所述发动机(D1)带动发电机(G1)，所述发电机(G1)输出电能至整流模块(11)，所述整流模块(11)根据牵引功率需求控制发电机(G1)投入的功率。7.根据权利要求6所述的混合动力轨道车电气系统，其特征在于：当所述动力电池(B1)供电时，通过斩波电抗器(R1)与第一桥臂(12)组成的DC/DC斩波器升压至设定的中间直流电压；当所述动力电池(B1)充电时，所述发动机(D1)带动发电机(G1)供电，所述整流模块(11)将发电机(G1)输出的三相交流电整流为设定的中间直流电压，再通过DC/DC斩波器降压为所述动力电池(B1)充电；在电制动工况下，所述牵引逆变模块(15)将牵引电机制动产生的能量转换为设定的中间直流电压，再通过DC/DC斩波器为动力电池(B1)充电。8.根据权利要求1、2、4、6或7所述的混合动力轨道车电气系统，其特征在于：所述主辅一体变流器(100)包括两路动力来源，其中一路通过发动机(D1)带动发电机(G1)发出三相交流电，再经过整流模块(11)整流后为中间直流环节(13)供电，作为混合动力轨道车(200)的整车电源；另一路通过所述动力电池(B1)提供动力电源，经DC/DC斩波器升压后为中间直流环节(13)供电；所述发电机(G1)输出的电能与动力电池(B1)输出的电源能在中间直流环节(13)实现并联供电后，一路经过牵引逆变模块(15)为牵引电机供电，另一路经过辅助逆变模块(16)为辅助负载(30)供电。9.根据权利要求8所述的混合动力轨道车电气系统，其特征在于：包括通过MVB网络相连的牵引控制单元(10)、微机控制单元(20)、MVB/CAN转换模块(24)、网关模块(28)及事件记录模块(29)；所述网关模块(28)具有MVB管理及WTB通信功能。10.根据权利要求9所述的混合动力轨道车电气系统，其特征在于：包括两重主辅一体
变流器(100)，以及与两重主辅一体变流器(100)分别对应的两组发动机(D1)、发电机(G1)、动力电池(B1)；所述主辅一体变流器(100)采用完全架控模式，均具有独立的牵引控制单元(10)，每一重主辅一体变流器(100)均为混合动力轨道车(200)的一个转向架独立提供电能。11.根据权利要求10所述的混合动力轨道车电气系统，其特征在于：包括用于控制所述辅助逆变模块(16)的辅助逆变供电选择转换开关，两重主辅一体变流器(1...

【专利技术属性】
技术研发人员：卓海军，肖功彬，刘洁，刘三帅，肖小山，李超，祝长春，白欢，
申请(专利权)人：株洲时代电子技术有限公司，
类型：新型
国别省市：