鐵路列車交流牽引電機擴容主電路的製作方法

2023-05-19 07:35:36

專利名稱：鐵路列車交流牽引電機擴容主電路的製作方法
技術領域：
本發明技術涉及鐵路列車的電傳動技術領域，其範圍屬於幹線和 城際軌道交通的電力機車、動車組和電傳動內燃機車，為變流器至交 流牽引電機的主電路部分。
背景技術：
牽引電機的容量在列車運行中有決定性作用。如日本300系列電動車組，起動後速度到136km/h時，就進入牽引電動機功率300kw的 恆功階段，到最高運行速度270km/h時，牽引力會下降到50%以下， "中華之星"甚至下降到1/3以下，目前所有交流牽引電機都存在容 量限制，這裡具有下述缺點A. 列車牽引時，中高速的牽引力變小阻力反大，使加速度變小， 再提速困難，甚至臨近極限，影響運行全程的運能和速度。B. 列車制動時要分段控制，再生與電阻制動功率不足，中高速減 速度也小，在正常和故障情況下緊急制動，必須和盤形制動構成複合 制動，特別是行速300km/h時以上時，盤形制動功率也不夠，制動困 難導致制動距離拉長，也要影響全程運行速度、運能甚至安全可靠性。

發明內容
本發明技術提供一種在中高段運行交流牽引電機容量擴大電路， 減少甚至不受交流牽引電機功率限制。這樣1、在全速範圍內牽引 和制動特性可不設恆功率曲線，只受粘著潛力限制，在考慮冗餘條件 下，保持牽引與制動全程以恆轉矩運行；2、只增加恆轉矩速度寬度， 同時提高恆功率區段的牽引制動力幅度。實際粘著潛力有三要素輪軌間固體接觸，接觸斑實為一些離散 的接觸點，屈服壓力使各點的應力幾乎相同，觸點上主要發生塑變。 與粘著有關的第一是觸點切向粘附塑變動態的真實接觸面積；第二是 觸點表面膜的自然條件；第三是10—4 10,的觸點程序溫升。這三方 如有綜合改善措施，提升受控的粘著係數"曲線，加上牽引電機容量 抬升，便可獲得高速段較大牽引力和制動力，避免出現極限障礙。交流牽引電機擴容技術方案最簡單，只要把交流牽引電機定子繞 組通過轉換開關換接，把定子繞組各相繞組由串聯改為並聯，這樣就 可以了，這裡不考慮由定子繞組星接改為三角接，主要是諧波影響關 系。例如日本300系列電動車組，因為它是4極電機，每相有4個極 相組，如在136km/h時極相組由1串改為2並，在272km/h時由2並 改為4並。這樣異步牽引電機的容量就從300kw分別增至600kw和 1200kw，恆轉矩速度寬至544km/h，超過運速全程範圍；如果只進行 l串2並，自272km/h進入恆功段，最高速如取、450km/h，則牽引力 將下降40%，否則不擴容要下降70%。附

圖1是交流牽引電機定子繞組1串2並、3並和4並的擴容電路，其接法是這樣a. 每相相連的繞組段分為2、 3、 4段，各段首末端引線分別為3 X4， 3X6， 3X8條，每相首端引線與供電主變流器相連，每相末端 引線短接。b. 轉換開關為鐵路通用的繞組轉換開關，每次轉換用一根轉軸， 2次轉換用二根轉軸，轉換一次接觸元件為k，轉換二次的接觸元件 分別為kl、 k2。c. 每相相鄰段間為轉換開關一常閉二常開的一組接觸單元，常閉 元件與相鄰兩端的首末引線相連，形成串聯； 一個常開元件將其中首 端引線與每相首端相連，另一常開元件將其中末端引線與每相末端相 連，形成支路並聯；如果各段星接中點獨立，各段的末端可用2個常 開元件短接，可實用的交流電機繞組換接有5種模式1串至2、 3、 4並及1串至2再至3、 4並，見表中開關元件動作所示，轉換時變 流器先封閉，接觸元件作無電操作，為雙重保護接觸元件可附加弧觸 頭；繞組轉換3並用於6極交流牽引電機，4並用於4極、8極交流牽引電機；只要電力電子開關元件簡單、實用與可靠，也可採用。元件動作表1串2、 3、 4並2—3並2—4並KKl—K2、K卜K1K2交流牽引電機定子繞組是雙層短矩迭繞組，同步和永磁同步牽引電機定子繞組也可採用雙層波繞組，極數一般4 8極，永磁同步牽 引電機極數更多，.翠房迭繞組把不同極性的極相組依次串聯，然後換成 多條支路並聯；雙層波繞組則是同極性和反極性線圈各自串聯成多 個線圈組，由l串換成數支路並聯，作為轉換沒什麼區別。同步、異步 牽引電機可有2並，，還可3並、4並甚至更多，看電機極數多少，但 是恆矩速寬範圍4並己注入400 500km/h，所以擴容只要2 4並就 可以了。附圖2為定子繞組經轉換，交流變容牽引電機的線壓U、線流I、 磁通O、轉矩N和功率P隨速度V變化的特性曲線。圖中'(a) VI、 V2作二次轉換，圖中〈b)在V1直作第二次轉換，V3、 V4為恆矩控 制3並4並的最寬速度，如果V1為120 130km/h的話，3並及以上 的V3、 M可進入360 50.0km/h區段；如果實際需要，V2、 V3也可 開始進行恆功控制，VI即基速。.淨廣容後交流牽引電機極數不變，每極在恆矩段不削磁/約數段電 流保持額定值，.約數段的電壓雖增，壓頻比保持常數；電機的線壓不 超過額定值，所以絕緣仍保持原有等級，只是線流加大；作為電源主 變流器電壓不加大，只是晶閘管元件的電流加大.，因為擴容在電機主 電路發生對控制系統沒有太大影響，僅在指定速度進行轉換。圖2中 實線為起動時l串，點實線為2並，點劃線為3並，叉實線為4並曲 線。本發明技術的有益效果是1、牽引時減少甚至取消功限，充分利用粘著潛力，增大驅動力，玄主沄昔;東麼可提至4micm/h W卜.給提被右il誥客件.沐同錄路幼客I_II 一、 1-1 ' 、 ' ">* "i^ -1~■ 一 — —---—,--' ' -■-> , 一|~I + 、 ■ ■ j * 、,一 、11 ， ~J "J jI H 1/ " 、件下貨車可增加運能。2、 常用制動、緊急制動和故障緊急制動，動車可以單一使用再 生制動或電阻制動，不加工作量大的動車盤形制動，減少拖車協調配 合，控制簡化、縮短制動距離，減輕磨損。3、 電傳內燃機車仍受柴油機功限，但與ND5主發電機定子串並 轉換有相同技術效果，即恆功速度範圍變寬，使調速比變大；另一方 面單一電阻制動，全程制動力加大，減速度變大，同樣可以縮短制動 距離和制動時間。總的來說交流牽引電機擴容，僅串並聯轉換技術難度小，投入少， 取得效益明顯。
以下結合附圖和2項實施例，對本發明技術作進一步說明，附圖1為交流牽引電機定子繞組的擴容電路；附圖2為交流牽引電機擴容的特性曲線；附圖3第一實施例採用異步牽引電機的電力機車擴容主電路；附圖4第二實施例採用同步牽引電機的電力機車擴容主電路；附圖5第一實施例兩次轉換的凸輪軸轉換開關外形圖，(a)為一 次轉換接線圖，(b)為2次轉換接線圖；附圖6第二實施例的鼓型轉換開關外形圖，_ (a)為繞組接線圖，(b)為動觸片展開圖；附圖7第一實施例的鼓型轉換開關外形圖，(a)為繞組接線圖，(b) (c)為動觸片l、 2次展開圖。圖中K為轉換開關的一次轉換接觸元件，K1K2為兩次轉換的接 觸元件；U為線壓、I為線流、O磁通、N轉矩和P功率，V為速度， V1V2為轉換時速度，V3V4為3並4並恆矩最寬速度；A為氣體傳動 裝置，BC為繞組兩次轉換開關；a為轉接鼓，b為傳動氣缸，c為電 空閥，1 28為牽引電機引線序列號，4X2、 3X3 + 1為引線數，M3 為異步牽引電機。
具體實施例方式一、 採用三點式變流器的幹線擴容電力機車，見附圖3主電路 由一臺主變流器供電給二臺並聯的4極異步牽引電機M，每臺電機的極相組每相4個，各相引線為1 8， 11 18， 21 28;在變流 器和牽引電機中間，考慮LCC加裝一臺帶弧觸頭的輪軸式轉換開關 (圖5)，轉換方式為1串一2並一4並，其接線方式一相見(b)， 1 串一2並見第一軸，引線5、 8與2個靜觸頭相連，1、 4與常開動觸 頭相連，4與常閉動觸頭相連；第二軸2並一4並，引線l、 2、 6、 8 與4個靜觸頭相連，同時2、 3、 6、 7與常開動觸頭相連；3、 7與常 閉動觸頭相連；它相與其雷同。l串直至4並(b)可同時進行，也可採用共軸的圖5 (a)， (a) 的接法是1、 2、 4、 6、 8與5個靜觸頭相連，2、 3、 4、 5、 6、 7與 常開動觸頭相連，3、 5、 7與常閉動觸頭相連，它相雷同。二、 採用同步牽引電機的擴容電力機車，見附圖4主電路'由一臺主變流器供電給雙繞組的同步牽引電機，由於電角差兩套 繞組供電電壓不同，繞組轉換開關元件要分開，轉換時變流器確保電 路封閉，定子繞組l串二並，可以加裝一個無弧的鼓型轉換開關，見附圖6，引線接線方式見圖6 (a) (b)， 一相引線1 4，與鼓型開關 靜觸頭相接，通過轉換動觸片，使13、 24間構成常開接觸，23間構 成常閉接觸；它相連接相同。圖7給予實施例1提供1串一2並一4並(c)或1串一4並(b) 封閉無電轉換條件鼓型開關， 一相引線1 8與靜觸頭相連，鼓型開 關內部見圖7的(b) (c)，動觸片構成了23、 45、 67為常閉接觸， 357與l， 246與8為常開接觸，形成圖7 (a)的連線；它相連接也 相同。
權利要求
1、一種鐵路列車交流牽引電機擴容主電路，交流牽引電機的定子繞組星接，主變流器對定子繞組首端供電，其特徵在於牽引電機定子繞組每相按極約數分成2、3或4以上的數段，加裝一個繞組轉換開關，把各段轉換為所有段串聯和2段3段或4段以上的並聯，相鄰段間二常開一常閉接觸元件為轉換開關的單元，電路的接法是1)單元的常閉元件與前段末端引線、後段首端引線相連；2)單元的一個常開元件與後段的首端引線、每相的始端引線相連；3)單元的另一常開元件與前段末端引線、每相終端引線相連；另一接法是單元的另一常開元件與本相、他相的同段末端引線相連。
2、 根據權力要求1所述的交流牽引電機主電路，其特徵在於定 子繞組轉換開關分為一軸或兩軸， 一軸全部單元與定子繞組的全部引 線相連；兩軸用於定子繞組每相分4段及以上情況，第一軸單元與定子繞組每相中間點段端的引線相連，第二軸卑元與每相其他點的段端 引線相連。
3、 根據權力要求1所述的交流牽引電機.2種牽引電機定子繞組是雙層短矩迭繞組，同步和永磁同步牽引電機定子繞組或雙層波繞組， 其特徵在於雙層迭繞組是:把不同極性的極相組依次串聯，然後分成2、 3或4段及以上，各段首末端引線；同步牽引電機、'永磁同歩牽引電機 如果用雙層波繞組，繞組的每相伺極性和反極性線圈各自串聯，成為 數個線圈組段，其首末端引線。
全文摘要
一種鐵路列車交流牽引電機擴容主電路，用以克服動車、機車的功率限制，它是在主變流器和牽引電機之間加裝繞組轉換開關，按極和相把牽引電機的定子繞組每相分成幾段，通過轉換開關把定子繞組每相各段串聯變成並聯，從而保持電機的磁通、繞組電流不變，線電壓不超過額定值，使恆轉矩速度範圍拉寬，牽引電機容量倍增，動車、機車驅動力與制動力增強，達到提速與加大運能的效果。
文檔編號H02P27/00GK101247105SQ200810083689
公開日2008年8月20日 申請日期2008年3月17日 優先權日2008年3月17日
發明者呂興華 申請人:呂興華