一种提升交流传动机车轨道信号兼容性的方法

技术领域

本发明涉及机车技术领域，具体是一种提升交流传动机车轨道信号兼容性的方法。

背景技术

许多发达国家线路历史悠久，部分轨道电路设备老旧，极易被干扰触发，因此对轨道信号兼容要求极高，国内和欧洲标准允许的轨道电流最大幅值为300mA。

交流传动机车是集机械、电力电子及电气设备于一体的复杂系统设备，解决其轨道信号兼容性是一项较为复杂的技术问题，目前普遍采用的控制整车轨道信号兼容性的措施主要包括：提升关键电气部件(如牵引变流柜、辅助变流柜、电阻制动柜、微机网络控制系统)的发射与抗干扰能力；优化整车设备布置、布线、接地等控制手段。

但鉴于上述措施均属物理结构方面的技术措施，当整车轨道信号兼容性不满足相关标准要求时，整车设备布置难以更改，面临可能需付出较高成本去优化核心产品的物理结构和电磁性能仍然无法确定改进效果的艰难处境。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明提供了一种提升交流传动机车轨道信号兼容性的方法，解决现有技术存在的难以提升交流传动机车轨道信号兼容性等问题。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：

一种提升交流传动机车轨道信号兼容性的方法，在机车运行全速度区间，对牵引变流器的逆变器的控制采用随机开关频率控制和固定开关频率控制结合的方式。

作为一种优选的技术方案，对于速度区间0～V

作为一种优选的技术方案，交流传动机车的动态制动控制策略采用电阻制动直投方式：IGBT芯片为全开通状态，牵引电机产生的能量直接传输给电阻制动装置，中间直流环节电压值由动态制动功率决定。

作为一种优选的技术方案，电阻制动直投方式采用的电路包括：IGBT芯片、二极管D1、制动电阻R，IGBT芯片的一端与中间直流回路正极DC+电连接，IGBT芯片的另一端与D1的阴极电连接，D1的阳极用以与中间直流回路负极DC-电连接，制动电阻R的两端与D1的阴极、D1的阳极电连接。

作为一种优选的技术方案，IGBT芯片型号为IBBM120S5。

作为一种优选的技术方案，在牵引电机靠近车轴侧和/或轨面侧设置电磁屏蔽结构。

作为一种优选的技术方案，电磁屏蔽结构固定在电机机座上。

作为一种优选的技术方案，电磁屏蔽结构固定在电机筒体上。

作为一种优选的技术方案，电磁屏蔽结构为隔磁板。

作为一种优选的技术方案，交流牵引电机为全叠片式电机。。

本发明相比于现有技术，具有以下有益效果：

(1)本发明采用本发明所述方法，机车运行过程中产生的轨道干扰电流幅值可降低50％-70％；

(2)本发明所述方法是一种以整车级软件控制为主的提升机车信号兼容性能的方法，易施行，且实施成本低；

(3)本发明为减少谐波及幅值，将电阻制动工况由IGBT斩波控制改为直投，IGBT元件全开通，无IGBT斩波，电阻制动直投则是牵引电机产生能量直接传输给电阻制动，中间直流环节电压值完全由动态制动功率决定，其有效避免了IGBT斩波控制产生的轨道谐波电流，从而抑制了轨道谐波电流的幅值；

(4)本发明采用物理电磁屏蔽措施，即在牵引电机靠近车轴侧和轨面侧设置隔磁板，隔磁板固定在电机机座或筒体上，消除或减少牵引电机的电磁外泄，从而减少因电磁外泄在轮对及钢轨的闭合回路里产生的感应电流，达到减少轨道干扰电流幅值的目的。

附图说明

图1为轨道干扰电流形成原理图；

图2为牵引变流器开关频率控制策略示意图；

图3为电阻制动控制策略示意图；

图4为电机裸露铁芯叠片位置示意图(视角一)；

图5为电机裸露铁芯叠片位置示意图(视角二)；

图6为隔磁板安装示意图。

附图中标记及其相应的名称：1.车轴侧电机铁芯叠片，2.电机底部电机铁芯叠片，3.电机顶部铁芯叠片，4.非车轴侧电机铁芯叠片。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

如图1至图6所示，本发明是一种提升交流传动机车轨道信号兼容性的方法，是一种以整车级软件控制为主的控制信号兼容性的方法，其能有效解决背景技术所述的问题，可有效将机车运行过程中闭环效应产生的轨道电流幅值控制在100mA以下，避免对音频轨道电路和DPU(Data Pick up Unit)轨道电路造成干扰，使得整车轨道信号兼容性满足国际高标准的要求。

轨道干扰电流幅值是表征交流传动机车轨道信号兼容性的重要指标，轨道干扰电流的幅值主要受共模电压、车轴感应电压及电磁场耦合感应电压所影响，如图1所示，而三种电压对轨道电流的影响程度尚无法量化。经分析，轨道电流来源主要有以下方面：

(1)牵引变流器产生的共模电压经牵引电机外壳及转向架构架再到轮对，最终流向轨道；

(2)牵引电机电磁辐射经过车轴切割，在车轴上产生感应电压，该电压直接经轮对流向轨道；

(3)牵引电机、电机电缆及车轴均流过较大的交流电流，该电流产生电磁辐射，通过近场耦合，在钢轨上形成电压，从而产生耦合电流。

总体来说，轨道电流既受到传导的影响又受到辐射的影响。

本发明所述的一种提升交流传动机车轨道信号兼容性的方法是一种以整车级软件控制为主的提升机车信号兼容性的方法，其以减少轨道干扰电流幅值为目标，具体方案如下：

1.牵引变流器逆变控制策略—随机开关频率PWM控制+固定开关频率PWM控制：

在机车运行全速度区间，牵引变流器逆变采用随机开关频率与固定开关频率组合的控制方法。

随机开关频率调制策略是在一个范围内随机地改变开关频率，使得谐波频谱中幅值较大的谐波分量得以分散、频谱变疏，从而使谐波沿频谱的频率轴分布更为连续。

对于谐波幅值较大的速度区间(0～V

2.动态制动控制策略—直投：

对于交流传动机车，其电阻制动工况的常规控制模式是机车动能通过牵引电机转化为电能，运用牵引变流器的IGBT斩波控制，即IGBT作为开关元件，通过开断占空比，实现不同制动功率下中间直流环节电压恒定。传统的电阻制动工况控制模式，导致轨道谐波电流幅值较高。

本发明为减少谐波及幅值，将电阻制动工况由IGBT斩波控制改为直投，IGBT元件全开通，无IGBT斩波，电阻制动直投则是牵引电机产生能量直接传输给电阻制动装置，中间直流环节电压值完全由动态制动功率决定，其有效避免了IGBT斩波控制产生的轨道谐波电流，从而抑制了轨道谐波电流的幅值。

3.牵引电机电磁屏蔽：

目前交流牵引电机普遍为全叠片式电机，电机壳体对铁芯叠片并未全包裹，部分铁芯叠片直接裸露在外，具体位置见图4、图5。牵引电机在运转过程中，通过图4、图5中所示4个位置(车轴侧电机铁芯叠片1、电机底部电机铁芯叠片2、电机顶部铁芯叠片3、非车轴侧电机铁芯叠片4)电磁外泄，在轮对及钢轨的闭合回路里产生感应电流。

鉴于车轴侧和电机底部电磁外泄对轨道电流影响最大，故本发明采用物理电磁屏蔽措施，即在牵引电机靠近车轴侧和轨面侧设置隔磁板，隔磁板固定在电机机座或筒体上(安装示意见图6)，消除或减少牵引电机的电磁外泄，从而减少因电磁外泄在轮对及钢轨的闭合回路里产生的感应电流，达到减少轨道干扰电流幅值的目的。

采用本发明所述方法，机车运行过程中产生的轨道干扰电流幅值可降低50％-70％。

本发明所述方法是一种以整车级软件控制为主的提升机车信号兼容性能的方法，易施行，且实施成本低。

如上所述，可较好地实现本发明。

本说明书中所有实施例公开的所有特征，或隐含公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合和/或扩展、替换。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质，在本发明的精神和原则之内，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。