柴油电力驱动系统技术方案

本发明专利技术涉及一种柴油电力驱动系统，其具有发电机（４）和制动电阻，所述发电机在转子侧与柴油机（２）机械耦合，在定子侧与电压型变换器（３４）耦合，所述电压型变换器具有发电机侧和负载侧自换相脉冲变流器。根据本发明专利技术，所述发电机（４）为具有两个多相绕组系统（４２，４４）的发电机（３６），所述两个多相绕组系统（４２，４４）分别与一个发电机侧自换相脉冲变流器（３８，４０）导电相连，其中，发电机侧第二自换相脉冲变流器（４０）在直流电压侧与所述电压型变换器（３４）的电压中间电路（１８）并联，发电机侧第一自换相脉冲变流器（３８）的至少一个输入相（Ｒ１，Ｓ１，Ｔ１）通过制动电阻（５４）与所述发电机侧第二自换相脉冲变流器（４０）的对应输入相（Ｒ２，Ｓ２，Ｔ２）导电相连。借此获得一种具有电压型变换器（３４）的柴油电力驱动系统，这种柴油电力驱动系统的功率半导体数量减半，进而成本也减半。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种根据权利要求1前序部分所述的柴油电力驱动系统。
技术介绍
这种类型的驱动系统在01afKoemer (奥拉夫'科尔纳)、Jens Brand (延 斯'布朗特)和KarstenRechenberg(卡斯滕端兴博格)合著的标题为"Energy Efficient Drive System for a Diesel Electric Shunting Locomotive (用于柴油电力调车机车的节能驱动系统)"的论文(刊登于2005年9月11日至14日德 累斯顿EPE会议"EPE'2005"会议论文集)中有所涉及。该论文对两种具有 永磁同步发电机的柴油电力驱动系统进行了比较。这两种驱动系统的区别仅 在于，其中一个驱动系统中的电压型变换器的发电机侧变流器为二极管整流 器，而另一个驱动系统中的电压型变换器的发电机侧变流器为自换相脉冲变 流器。该论文将自换相脉冲变流器称为"IGBT整流器"。这两种驱动系统的 电压型变换器的中间电路均可与制动电阻相连。为此设置有也可称为"GTO 晶闸管"的门极可关断晶闸管。借助于这个脉冲电阻可使电压型变换器的中 间电路中的直流电压在制动模式下——即当中间电路由负载(特定而言为感 应电机)提供能量时一一避免超过最大允许的中间电路电压。 一部分制动功 率还可用于补偿空转柴油机的阻力矩。其不利之处在于，须为制动调节器使 用附加的变流器桥接旁路，并且这个制动调节器的附加性母线须与中间电路 的母线一起提供。根据具体的制动功率，有可能需要为制动调节器使用其它 的变流器桥接旁路。此外还须为制动调节器使用控制装置。DE 102 10 164 Al中公开了一种用于在发电站中为永磁同步电动机进行 多整流器供电的装置。这种永磁同步发电机具有两个线圈匝数不同的多相定4子绕组系统。其中一个绕组系统连接在可控整流器(例如IGBT整流器)上。 这个可控整流器的任务是对永磁同步发电机的功率输出进行调节，进而对其 进行转速调节。为此，在低转速范围内通电，从而使电功率只经过这个绕组 系统从而经过连接在直流电压中间电路上的可控整流器。第二绕组系统连接 在不可控整流器(例如多脉冲二极管电桥)上，这个不可控整流器与可控整 流器连接在同一个直流电压中间电路上。如果相间旋转电压(又称"同步电 动势")大于直流电压中间电路的中间电路电压，电流可流过第二绕组系统 并由直流电压中间电路上的不可控整流器对其进行整流。其中，由于第一和 第二绕组系统之间存在磁耦合，因而第二绕组系统中的电流幅值和相角可受 到第一绕组系统中的电流的影响，第一绕组系统中的电流由有源整流器(可 控整流器)调节。也就是说，借助可控整流器也可在一定程度上对不可控整 流器的绕组系统中的电流进行调节。这种装置的有功功率传输主要由不可控 整流器承担，因此，可控整流器可采取小功率设计，以此达到降低成本的目 的。借助于这个通常也被称为"自换相脉冲变流器"的可控整流器可避免永 磁同步发电机在严重的过激励状态下工作。此外还可对发电机转矩中由不可 控整流器引起的谐波进行补偿。在柴油电力驱动装置(例如柴油机车或矿用汽车)中，安装在这个电动 机上的发电机用于为驱动装置提供能量。发电机的电压由二极管整流器或IGBT整流器调节至恒定的中间电路电压，这个中间电路电压被提供给驱动 电动机的负载侧自换相脉冲变流器。进行电气制动时，电压型变换器中的能 流正好为反向。能量由负载侧自换相脉冲变流器传输到电压型变换器的电压 中间电路内。由于柴油机无法吸收制动功率，因而需要借助制动电阻将制动 能量转化为热。为能进行持续的功率调节，将由制动调节器进行脉冲宽度调 制的电压施加在制动电阻上。这种处理方式的缺点在于，制动模式下整流器(二极管整流器或IGBT 整流器)闲置，牵引模式下则是无法对制动调节器加以利用。在此情况下，5变换器中所安装的功率半导体就会多过所需要的功率半导体。此时的问题在于找到一种在不需要借助断路器重构拓扑结构的情况下 既能在牵引模式下又能在制动模式下对这些功率半导体进行利用的解决方 案或电路。本专利技术以这样一种认识为出发点，即正是在功率较大的情况下，起决 定性作用的是功率半导体的装机功率或芯片面积，而非其数量。正是在功率 较大的情况下，才将功率半导体并联连接。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是对普通柴油电力驱动系统进行改进，使其无需再 使用附加的制动调节器。根据本专利技术，这个目的通过权利要求1的区别特征并结合权利要求1前 序部分的特征而达成。如果设置发电机侧第二自换相脉冲变流器，普通柴油电力驱动系统的发 电机侧自换相脉冲变流器的功率就会被分割到这两个发电机侧自换相脉冲 变流器上。这表明发电机具有两个定子多相绕组系统，而不是一个绕组系统。 借此获得可用于连接制动电阻的其它自由度。根据本专利技术，制动电阻将电压 型变换器其中一个发电机侧自换相脉冲变流器的至少一个输入相与另一个 发电机侧自换相脉冲变流器的对应输入相相连。通过以本专利技术的这种方式对普通柴油电力驱动系统进行进一步处理，可 完全在电压型变换器的中间电路中省去制动调节器。也就是说，本专利技术的电 压型变换器的装机功率或芯片面积相对于普通中间电路变换器而言有所减 小，但功率输出保持不变。根据本专利技术柴油电力驱动系统的另一实施方式，发电机的两个多相绕组 系统的引出中性点通过制动电阻彼此导电相连。这个实施方式具有与第一实 施方式相同的优点。若想获得更大的制动效率，就使发电机侧第一自换相脉冲变流器的每个输入相都通过制动电阻与发电机侧第二自换相脉冲变流器的对应输入相导电相连。本专利技术柴油电力驱动系统的其它有利实施方式可从从属权利要求3至6中获得。在牵引模式下，本专利技术柴油电力驱动系统的两个发电机侧自换相脉冲变流器进行同相同步(gleichphasiggetaktet)。此时，通过制动电阻的差分电压为零，在此情况下制动电阻内没有功率可迸行转化。这个电路此时的作用就相当于具有一个绕组和一个三相脉冲变流器的传统发电机系统。在制动模式下，以产生零序电压系统的方式对本专利技术柴油电力驱动系统的两个发电机侧自换相脉冲变流器进行控制。产生这种零序电压系统的方式是偏移时钟信号的相位或占空比(Taktverhaitnis)。由此产生的结果是，本专利技术柴油电力驱动系统的变换器的其中一个发电机侧自换相脉冲变流器的输入相的电位会发生相对于另一个发电机侧自换相脉冲变流器的对应输入相的时间偏移。在此情况下，对应的制动电阻上的电压会下降。所述偏移的时间值确定了制动电阻内被转化的功率。也就是说，若要达到预定制动功率，这种相移或占空比的偏移须达到一个预定值。通过时钟信号的相移或占空比的偏移，柴油电力驱动系统的变换器的两个发电机侧自换相脉冲变流器的对应输入电压的电压平均值在一个脉冲周期内保持相等。这样就可对发电机电流或其转矩继续独立进行调节，与此同时，通过相移或占空比的偏移可借助制动电阻将过剩能量(制动能量)转化为热。附图说明下面借助附图所示的本专利技术柴油电力驱动系统的实施方式对本专利技术作进一步说明，其中图1为普通柴油电力驱动系统的等效电路图2为其它己知柴油电力驱动系统的等效电路图；图3为本专利技术柴油电力驱动系统的电压型变换器的第一实施方式的有利实施方式的等效电路图4为图3所示的变换本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种柴油电力驱动系统，其具有发电机（４）和制动电阻（２０），所述发电机（４）在转子侧与柴油机（２）机械耦合，在定子侧与电压型变换器（６）相连，所述电压型变换器（６）具有发电机侧和负载侧自换相脉冲变流器（１２，１４），　其特征在于，　 　所述发电机（４）为具有两个多相绕组系统（４２，４４）的发电机（３６），所述两个多相绕组系统（４２，４４）分别与一个发电机侧自换相脉冲变流器（３８，４０）导电相连，其中，发电机侧第二自换相脉冲变流器（４０）在直流电压侧与所述电压型变换器（ ３４）的电压中间电路（１８）并联，发电机侧第一自换相脉冲变流器（３８）的至少一个输入相（Ｒ１，Ｓ１，Ｔ１）通过一个制动电阻（５４）与所述发电机侧第二自换相脉冲变流器（４０）的一个对应输入相（Ｒ２，Ｓ２，Ｔ２）导电相连。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：格拉尔德阿姆勒，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]