一種交直交電力機車自動過電分相方法
2023-05-08 21:21:26 3
專利名稱：一種交直交電力機車自動過電分相方法
技術領域：
本發明涉及一種交直交電力機車自動過電分相方法。
背景技術：
機車過電分相的方法有多種，早期列車速度較慢，通常採用手動過電分相， 在分相區設有分相標誌指揮司機過電分相操作。到中性段前，司機先將牽引級
位降到0,斷開輔助系統，再將牽引變壓器的原邊的主斷路器斷開，使機車不帶
電通過中性段。機車進入下一相供電臂的供電區後，司機合上主斷路、並啟動輔 助系統、逐步恢復牽引級位。手動過電分相司機勞動強度大，在過分相時必須 由司機斷電，如果沒斷電過電分相，會在進入中性段時牽引網與受電弓產生過 電壓拉弧，燒壞牽引網和受電弓，甚至兩相短路等嚴重事故，隨著列車運行速 度的不斷提高這一 問題將更為突出。
目前，電力機車通常採用自動過電分相方法，主要有二種方法地面自動過 分相和車上自動過分相。
地面自動過分相是在機車接近中性段時，利用開關讓中性段先與當前的供 電臂相連，在機車位於中性段時，先分斷與中性段相連的前一相供電臂開關然 後再迅速接通與下一相供電臂相連的開關，實現自動過電分相。地面過電分相 時機車本身不作任何動作，因此主電路斷電時間很短，但是中性段電壓轉換時， 是帶載斷開分相開關，會生產截流過電壓，對開關要求較高；同時是滿載閉合 另一個分相開關，機車上有牽引變壓器，因為兩相相位不一樣，變壓器的穩態 磁通有相差，合閘時會因為動態磁通飽和導致合閘浪湧過電流。對於旋轉電機 並從牽引變壓器取電的機車，合閘時還會導致輔助系統過流。此外地面過電分 相要用分相開關，工程較大，造價較高，我國現在只在坡度較大的和運量大的 困難地段釆用，日本將這種方法用於高速動車組。
車上自動過分相方法是目前我國機車和動車組採用最多的一種方式，它是 將手動過電分相過程用車上過電分相控制器來實現，根據機車的位置控制分相 過程對應操作按順序完成。但是過分相時與手動過電分相一樣，同樣存在供電 系統的斷、合的過程，首先需要斷開牽引系統的主斷路器，然後再合上。由於 操作過程多，主斷路器分斷動作和輔助系統的關斷和重新啟動過也需要時間，因此分相段(斷電)時間長，使機車牽引損失大，在困難地段，可能導致列車 停下來，過不了分相區，同時頻繁分合主斷路器，影響主斷器壽命，合閘時變 壓器仍有浪湧電流。
發明內容
本發明的目的就是提供一種交直交電力機車自動過電分相方法，該方法能實 現自動過電分相，且在過分相時無須分合主斷路器、無拉弧、無截流過電壓和
合閘浪湧過電流；同時過電分相時輔助系統不斷電、過電分相時間短、牽引力 損失小、速度降落少。並且，本發明對現有機車的改造成本低，實施容易。
本發明實現其發明目的，所採用的技術方案是 一種交直交電力機車自動 過電分相方法，其作法為
A、 正常行駛時，由牽引控制系統控制牽引電機(M)處於牽引工作狀態，供 電臂上的牽引電壓通過牽引變壓器降壓後，經脈衝整流器轉換成穩定的直流電 壓，經濾波電路後供給牽引逆變器，最後由牽引逆變器轉換為三相交流電，供 給牽引電機，驅動機車前進。
B、 機車駛進到中性段前，由牽引控制系統控制牽引電機工作在再生制動狀 態，使中間直流電壓保持穩定，同時控制脈衝整流器工作於逆變狀態，在牽引變 壓器原邊產生與牽引網電壓大小相等、相位相同的交流電壓，使牽引變壓器原 邊的受電端不從供電臂取得電流，並在此狀態下，機車進入中性段。
C、 機車進入中性段後，由牽引控制系統控制牽引電機仍處於再生制動狀態， 保持中間直流電壓的穩定，並且控制脈衝整流器仍工作於逆變狀態，使牽引變壓 器的原邊的電壓的大小和相位逐漸向下一供電臂變化，在機車進入下一個供電 臂前，該交流電相位與下一個供電臂的牽引電壓大小和相位相同。
D、 機車進入下一供電臂，進入A步的正常行駛過程。 與現有技術相比，本發明的有益效果是
一、過電分相時，在進入中性段前，牽引控制系統的控制下，控制牽引電 機處於再生供電工作狀態，並保證中間直流電壓恆定；同時在處於逆變工作狀 態的脈沖整流器的作用下，使牽引變壓器原邊的交流電壓與供電臂上的牽引電 網電壓大小相等、相位相同，也即使牽引變壓器原邊的受電端(受電弓)的電 位與供電臂的電位相等，從而牽引變壓器原邊的受電端從供電臂取得的電流為 零，保證機車在無拉孤、截流過電壓的狀態下離開上一供電臂進入中性段。二、 在中性段中，同樣在牽引控制系統的控制下，使中間直流電壓穩定不 變，經脈衝整流器逆變生成的交流電相位逐漸變化，在機車進入下一個供電臂 前，該牽引變壓器原邊交流電相位與下一個供電臂的牽引電壓相位相同，從而可 保證機車在無合閘浪湧電流的狀態下，平緩自動進入下一相供電區間。
三、 由於過電分相時不需分斷主斷路器，可以提高主斷路器的壽命，節約 運營成本。同時控制系統完成的分相控制過程控制，斷電時間不受主斷路器開 關時間、開關輔助系統和慢慢降級和升級的時間限制，控制時間只受到方式轉 換和調節時間限制，過電分相時機車斷電時間很短，牽引力和速度損失小。
目前車上過電分相斷電時間為160km/h、 300 km/h列車斷電時間分別為，
果中性段長度按現有的60m計算，160km/h、 300 km/h列車斷電(牽引電機處於 再生制動狀態)時間分別為，1. 35S、 0.72 s。實際上按本發明方法過電分相的 控制過程時間，只需要十幾個工頻周期，減小中性段長度，本發明方法的斷電 時間可P爭至0. 4秒以下。
四、 在機車電分過程中，脈衝整流器工作於逆變狀態，使牽引變壓器原邊 從供電臂取得的電流為零，牽引變壓器由脈衝整流供電，輔助繞組沒有斷電， 對輔助系統沒有影響。而對於直接從逆變器的中間直流濾波電路處取電的輔助 系統，因為直流電壓穩定，同樣可保證在整個過分相的過程中完全不斷電。
五、 本發明方法，只需對牽引控制系統的軟體進行升級、改造即可，其改 造成本低，^更於實施。
總之，本發明方法能使機車實現自動過電分相，且在過分相時無須分合主 斷路器，進入中性段時無拉弧、無截流過電壓，離開中性段時無合閘浪湧過電 流；過電分相時間短、牽引力損失小、速度降落少。同時過電分相時輔助系統 不斷電，對輔助系統無影響；並且，本發明對現有機車的改造成本低，實施容 易。
下面結合附圖和具體的實施方式對本發明作進 一 步詳細的說明。
圖1是本發明實施例的機車過電分相示意圖。 圖2是本發明實施例的控制原理結構框圖。
圖3是本發明實施例的機車牽引電力傳動系統(牽引變流器)的電路原理
5示意圖。
圖4是本發明實施例保持中間直流電壓恆定的控制原理框圖。
圖5是本發明採用電流控制方式對脈衝整流器進行控制，實現牽引變壓器
原邊從供電臂上取得的電流為零的控制方法的原理框圖。
圖6是本發明採用電壓控制方式對脈沖整流器進行控制，實現對牽引變壓
器原邊電壓進行控制的原理框圖。
具體實施例方式
實施例
圖1-3示出，本發明的一種具體實施方式
為 一種交直交電力機車自動過 電分相方法，其作法為
A、 正常行駛時，由牽引控制系統控制牽引電機M處於牽引工作狀態，供電 臂A上的牽引電壓通過牽引變壓器T降壓後，經脈衝整流器PZ轉換成穩定的直 流電壓，經濾波電路ZC供給牽引逆變器，最後由牽引逆變器NB轉換為三相交 流電，供給牽引電機M,驅動機車TR前進。
B、 機車駛進到中性段前，由牽引控制系統PC控制牽引電機M工作在再生 制動狀態，使中間直流電壓保持穩定，同時控制脈衝整流器PZ工作於逆變狀態， 在牽引變壓器原邊產生與牽引網電壓大小相等、相位相同的交流電壓，使牽引 變壓器T原邊的受電端不從供電臂A取得電流，並在此狀態下，機車TR進入中 性段NL。
C、 機車進入中性段後，由牽引控制系統PC控制牽引電機M仍處於再生制 動狀態，保持中間直流濾波電路ZC的中間直流電壓的穩定，並且控制脈衝整流 器PZ仍工作於逆變狀態，使牽引變壓器的原邊的電壓的大小和相位逐漸向下一 供電臂B變化，在才幾車TR進入下一個供電臂B前，該交流電相位與下一個供電 臂B的牽引電壓大小和相位相同。
D、 機車進入下一供電臂，進入A步的正常行駛過程。 本發明的牽引控制系統對牽引電機M及逆變器NB、脈沖整流器PZ的工作方
式、電壓及頻率進行控制的方法均為現有技術。
如，保持中間直流電壓穩定即可採用現有的多種方法實現，圖4為其中的一 種方法，該方法的具體過程是，在牽引控制系統PC中，首先預設一個希望穩定 的參考電壓u(U,由檢測裝置檢測到的中間直流濾波電路ZC的中間直流電壓作為反饋電壓udf與參考電壓ucUf相減後進入比例積分調節器PI，比例積分調節 器PI輸出給力矩調節器QC,力矩調節器QC根據當前機車TR的速度信號V生成 P麗控制量，經P麗控制器P麗C生成逆變器NB的驅動信號，從而控制機車TR 制動，使由機車制動過程產生的能量根據需要改變，保證中間直流電壓V的值 穩定。
又如用電流控制方式對脈衝整流器進行控制，實現牽引變壓器原邊從供電 臂上取得的電流為零的控制方法，可以採用圖5所示的方法脈衝整流器PZ處 於逆變狀態，牽引控制系統PC輸入整流器電流指令iN—ref,並從牽引變壓器T原 邊與供電臂之間檢測出的電流作為反饋電流iN_f, 二者相減進入電流調節器IG。 電流調節器IG可以是滯環比較器，也可是比例積分調節器或其它調節器。電流 調節器IG的輸出通過脈沖分配電路PD生成控制信號經驅動器QD放大後，控制 脈沖整流器PZ,從而實現從供電臂A輸入給牽引變壓器T原邊的電流等於零。 顯然，此時脈衝整流器PZ逆變出的交流電壓通過牽引變壓器T轉換後，在牽引 變壓器T原邊產生的電壓與供電臂A上的電壓大小相等、相位相同。
再如用電壓控制方式對脈衝整流器進4亍控制，實現對牽引變壓器原邊電壓 進行控制的方法，可以採用圖6所示的方法脈衝整流器PZ處於逆變狀態，牽 引控制系統PC輸入電壓設定值uSi與檢測出或預存的牽引變壓器T原邊電壓作 為反饋電壓u"相減後，進入電壓調節器VG。電壓調節器VG可是比例積分調節 器也可是其它調節器。電壓調節器VG的輸出通過脈衝分配電路PD生成控制信 號，經驅動器QD放大後控制脈衝整流器PZ的輸出電壓，使牽引變壓器T原邊 的電壓等於給定電壓。機車進入中性段時，通過此種方式使其在牽引變壓器原 邊的電壓與當前供電臂的牽引電壓一樣，使得當前供電臂流入牽引變壓器原邊
的電流為零；進入中性段後，通過逐漸改變電壓設定值Us — ref，使輸出電壓逐漸
與要進入的下一供電臂B的牽引電壓相等。
機車在沒有過電分相的正常行駛過程中，根據需要，當然也可以通過牽引 控制系統採用現有的控制方法使牽引機車處於制動狀態。
在過電分相期間，如果牽引控制系統出現故障不能控制，也可強行斷開主 斷路器K實現保護功能。
本發明方法除了可適用於普通機車外，顯然也適合於動車組。也即將本發明 方法用於動車組的過分相控制，也屬於本發明的保護範圍。
權利要求
1、一種交直交電力機車自動過電分相方法，其作法為A、正常行駛時，由牽引控制系統(PC)控制牽引電機(M)處於牽引工作狀態，供電臂(A)上的牽引電壓通過牽引變壓器(T)降壓後，經脈衝整流器(PZ)整流，經濾波電路(ZC)濾波後的中間直流電壓供給牽引逆變器，最後由牽引逆變器(NB)轉換為三相交流電，供給牽引電機(M)，驅動機車(TR)前進；B、機車駛進到中性段前，由牽引控制系統(PC)控制牽引電機(M)工作在再生制動狀態，使中間直流電壓保持穩定，同時控制脈衝整流器(PZ)工作於逆變狀態，在牽引變壓器原邊產生與牽引網電壓大小相等、相位相同的交流電壓，使牽引變壓器(T)原邊的受電端不從供電臂(A)取得電流，並在此狀態下，機車(TR)進入中性段(NL)；C、機車進入中性段後，由牽引控制系統(PC)控制牽引電機(M)仍處於再生制動狀態，保持中間直流電壓的穩定，並且控制脈衝整流器(PZ)仍工作於逆變狀態，使牽引變壓器的原邊的電壓的大小和相位逐漸向下一供電臂(B)變化，在機車(TR)進入下一個供電臂(B)前，該交流電相位與下一個供電臂(B)的牽引電壓大小和相位相同；D、機車進入下一供電臂，進入A步的正常行駛過程。
全文摘要
一種交直交電力機車自動過電分相方法，其作法為駛入中性段前，牽引控制系統控制牽引電機工作在再生制動狀態，控制逆變器使中間直流電壓的穩定；脈衝整流器工作於逆變狀態，牽引變壓器原邊產生與牽引電壓相同的交流電壓，使牽引變壓器原邊從供電臂上取得的電流為零；進入中性段後，中間直流電壓仍保持穩定，處於逆變狀態的脈衝整流器逆變生成的交流電相位逐漸變化使牽引變壓器原邊電壓變化到與下一個供電臂的牽引電壓相同，然後進入下一供電臂，正常行駛。該方法能自動過電分相，且在過分相時無須分合主斷路器、無拉弧、無截流過電壓和合閘浪湧過電流，並且輔助系統不斷電；過電分相時間短、牽引力損失小、速度降落少。
文檔編號B60M3/00GK101434206SQ20081014799
公開日2009年5月20日 申請日期2008年12月24日 優先權日2008年12月24日
發明者娜 丁, 張崑崙, 升 畢, 堅 湯, 舒澤亮, 連級三, 郭育華 申請人:西南交通大學