一种动车组牵引传动供电系统

技术领域

本发明涉及电气化铁路与城市轨道工频单相交流牵引供电技术，尤其涉及一种动车组牵引传动供电系统。

背景技术

与直流牵引电机相比，交流牵引电机有功率密度高、价格便宜、简单可靠和防空转性能好等优点，因此正在取代直流电机成为干线电气化铁路和城市轨道交通牵引的主要动力源。电气化铁道采用单相供电，交流牵引电机需要三相逆变器驱动。为了实现这一转换功能，电力机车或动车组上配有交直交牵引变流器，即先将单相交流变换为直流，再通过逆变器变换为三相交流，经调压调频实现调速。现行电气化铁道供电系统牵引母线的额定电压为27.5kV,最高电压达到31kV,由于受到电力电子器件额定电压的限制，电力机车和动车组配有车载牵引变压器，先将牵引网电压降压后再供给牵引变流器。牵引变压器体积和重量大,增加机车或动车组轴重，同时增加损耗，降低效率，并影响功率密度，制约动车组速度的进一步提升。

城市轨道交通广泛采用的直流750V、1500V供电制式不仅存在无法解决的迷流难题，也面临供电能力无法适应更大容量需求的严重局面。若地铁和轻轨直接采用干线电气化铁道交流27.5kV供电制式又会造成更多投资和供电能力的浪费，处于两难境地。

因此需要针对交流供电制式，研究新电压等级的供电系统及其配套动车组来满足城市轨道交通的发展需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种动车组牵引传动供电系统，它采用交流供电制式，不需要车载牵引变压器，整体减少机车的重量，能够降低损耗，提高效率，有利于动车组速度的进一步提升。本发明的目的通过以下技术手段实现：

一种动车组牵引传动供电系统，包括交直交牵引变流器，所述交直交牵引变流器包括单相交流输入端口和三相交流输出端口，所述单相交流输入端口的第一端用于通过第一导电线路与通有较低电压单相交流电的接触网接触受电，所述单相交流输入端口的第二端用于通过第二导电线路与钢轨接触，所述三相交流输出端口与牵引电机连接，其中，所述单相交流输入端口的第一端与接触网之间不设置车载牵引变压器。

进一步地，还包括直交辅助变流器，所述直交辅助变流器的直流端口与所述交直交牵引变流器的直流环节连接，所述直交辅助变流器的三相交流端口用于为动车组辅助供电。

进一步地，所述交直交牵引变流器和直交辅助变流器分别布置在动车组不同车厢的设备舱。

进一步地，还包括集电器、接地器和牵引电缆，所述牵引电缆为两根单芯电缆，记为电缆a和电缆b，所述电缆a的首端与集电器的一端固定连接，所述电缆a的末端与所述交直交牵引变流器的单相交流输入端口的第一端连接，所述电缆b的首端与接地器的一端固定连接，所述电缆b的末端与所述交直交牵引变流器的单相交流输入端口的第二端连接，所述集电器的另一端用于与接触网接触，所述接地器的另一端用于与钢轨接触，其中，所述电缆a的首端与集电器固定连接后构成所述第一导电线路，所述电缆b的首端与接地器固定连接后构成所述第二导电线路。

进一步地，所述动车组包括n个动车与k个拖车，每个动车的每根驱动轴对应设置有牵引电机，每个动车内所有牵引电机以并联的形式与所述交直交牵引变流器的三相交流输出端口连接，其中，n≥1，k≥1。

进一步地，每个动车内均设置有所述交直交牵引变流器，每个动车内所有牵引电机以并联的形式与所在动车内的单三相交直交牵引变流器连接。

进一步地，n＝k，每个拖车内均设置有所述直交辅助变流器，一台直交辅助变流器对应一台交直交牵引变流器。

进一步地，所述接触网可以悬挂于动车组上方，或者敷设于钢轨外侧。

本发明的工作原理是：以既有、成熟、可靠的低电压交直交变流器为基础，通过调整接触网供电电压、取消车载牵引变压器、对交直交变流器和直交辅助变流器的安装进行重新分布的方式构建动车组牵引传动供电系统，使其不仅适于既有27.5kV交流电气化铁路动车组改造，也适于新的不同电压等级的供电系统。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

一、在不改变既有牵引变流器主电路结构的情况下，通过降低接触网电压，取消27.5kV电气化铁路动车组的车载牵引变压器，使牵引传动系统体积小,重量轻，功率密度高，效率高。

二、通过将动车组的交直交牵引变流器和直交辅助变流器在动车和拖车之间进行分开布置，可使得动车组轴重均匀分布。

三、技术先进、可靠，易于实施。

附图说明

图1是根据一示例性实施例示出的一种动车组牵引传动供电系统结构示意图。

图2是根据一示例性实施例示出的一种4车编组2动2拖应用的动车组牵引传动供电系统结构示意图。

图3是根据一示例性实施例示出的一种8车编组4动4拖应用的动车组牵引传动供电系统结构示意图。

附图标记：1—集电器，2—接地器，3—牵引电缆，4—交直交牵引变流器，5—直交辅助变流器，6—牵引电机，7—接触网，8—钢轨，M—动车，T—拖车。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的描述。

实施例

如图1所示，本实施例提供一种动车组牵引传动供电系统，包括交直交牵引变流器4，所述交直交牵引变流器4包括单相交流输入端口和三相交流输出端口，所述单相交流输入端口的第一端用于通过第一导电线路与通有较低电压单相交流电的接触网7接触受电，所述单相交流输入端口的第二端用于通过第二导电线路与钢轨8接触，所述三相交流输出端口与牵引电机6连接，其中，所述单相交流输入端口的第一端与接触网7之间不设置车载牵引变压器。

实施本实施例时，接触网7通的是较低电压单相交流电，具体的，接触网7可以采用3000V工频交流供电制式，交直交牵引变流器4的单相交流输入端口通过第一导电线路直接与接触网7接触受电，从而达到取消车载变压器的目的，可以使动车组牵引传动系统体积减小，动车组重量减轻，功率密度高，效率高，有利于提高动车组的速度。具体地，接触网7可以为悬挂于动车组上方，或者作为第三供电轨敷设于钢轨外侧，悬挂于动车组上方的接触网7或第三供电轨构成馈电线，钢轨8构成回流线。

作为优选，本实施例还可以包括集电器1、接地器2和牵引电缆3，所述牵引电缆3为两根单芯电缆，记为电缆a和电缆b，所述电缆a的首端与集电器1的一端固定连接，所述电缆a的末端与所述交直交牵引变流器4的单相交流输入端口的第一端连接，所述电缆b的首端与接地器2的一端固定连接，所述电缆b的末端与所述交直交牵引变流器4的单相交流输入端口的第二端连接，所述集电器1的另一端用于与接触网7接触，所述接地器2的另一端用于与钢轨8接触，其中，所述电缆a的首端与集电器1固定连接后构成所述第一导电线路，所述电缆b的首端与接地器2固定连接后构成所述第二导电线路。这里，交直交牵引变流器4除了通过第二导电线路与钢轨8接触接地，牵引变流器4和辅助变流器5的其他部分均不接地。

另外，第一导电线路和第二导电线路均可以由串联的导电线和电刷构成，第一导电线路的电刷与接触网7接触受电，第二导电线路的电刷与钢轨8接触接地，第一导电线路的导电线和第二导电线路的导电线可以是彼此独立的电缆，也可以采用如上所述的两根单芯电缆的方式。

作为优选，本实施例还可以包括直交辅助变流器5，所述直交辅助变流器5的直流端口与所述交直交牵引变流器4的直流环节连接，所述直交辅助变流器5的三相交流端口用于为动车组辅助供电。这里，直交辅助变流器4的三相交流端口可以输出380V三相交流电。

作为优选，本实施例的交直交牵引变流器4和直交辅助变流器5分别布置在动车组不同车厢的设备舱。这里，将交直交牵引变流器4和直交辅助变流器5分别布置在动车组的不同车厢内，可以使得动车组的轴重均匀分布。

作为优选，本实施例中，所述动车组包括n个动车M与k个拖车T，每个动车M的每根驱动轴对应设置有牵引电机6，每个动车M内所有牵引电机6以并联的形式与所述交直交牵引变流器4的三相交流输出端口连接，其中，n≥1，k≥1。

作为优选，每个动车M内均设置有所述交直交牵引变流器4，每个动车M内所有牵引电机6以并联的形式与所在动车M内的单三相交直交牵引变流器4连接。

具体实施本实施例时，交直交牵引变流器4的数量可以根据实际情况设置，也就是说，可以一个动车M对应设置一台交直交牵引变流器4，也可以多个动车M对应设置一台交直交牵引变流器4，只要能够满足动车组所有牵引电机6的功率需要即可。

作为优选，本实施例中，可以令n＝k，每个拖车T内均设置有所述直交辅助变流器5，一台直交辅助变流器5对应一台交直交牵引变流器4。具体实施时，可以另每个拖车T内的直交辅助变流器5与相邻动车M内的交直交牵引变流器4直流环节连接。

具体地，如图2所示，为4车编组2动2拖应用的结构示意图，交直交牵引变流器4安装在动车M上，2台动车各安装1台交直交牵引变流器4，交直交牵引变流器4通过集电器1从接触网7直接取电；接触网7为第三供电轨，接触网7的供电电压为较低电压单相交流电，电压值取值可为3kV；交直交牵引变流器4的逆变输出同时驱动动车M上4台并联的牵引电机6。2台拖车T各安装1台直交辅助变流器5，直交辅助变流器5的直流输入取电相邻动车上交直交牵引变流器4的中间直流电，为列车提供辅助用电。该实施例通过降低接触网7的电压，取消了车载牵引变压器，有效降低了机车的重量，节省了车上空间；同时将交直交牵引变流器4和直交辅助变流器5分散安装于动车M和拖车T上，有效均衡了各车辆的轴重。

具体地，如图3所示，为8车编组4动4拖应用的结构示意图，交直交牵引变流器4安装在动车M上，4台动车M各安装1台交直交牵引变流器4，交直交牵引变流器4通过集电器1从接触网7直接取电；接触网7为第三供电轨，供电电压为较低电压单相交流电，电压值取值可为3kV；交直交牵引变流器4的逆变输出同时驱动动车M上4台并联的牵引电机6。4台拖车T各安装1台直交辅助变流器5，直交辅助变流器5的直流输入取电相邻动车上交直交牵引变流器4的中间直流电，为列车提供辅助用电。该实施例通过降低接触网7电压，取消了车载牵引变压器，有效降低了机车的重量，节省了车上空间；同时将交直交牵引变流器4和直交辅助变流器5分散安装于动车M和拖车T上，有效均衡了各车辆的轴重。

同理，举一反三，对于其它不同编组的列车，通过降低接触网7电压可取消车载牵引变压器，降低列车自身重量节省列车空间；同时将交直交牵引变流器4和直交辅助变流器5分别布置在动车M和拖车T上，可有效均匀列车的轴重。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。