[发明专利]一种动车组牵引传动供电系统

说明书

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领域，尤其涉及动车组内部的牵引传动供电。

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5.5kV、11kV等新的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。

从轨道交通发展考虑，在不改变既有牵引变流器主电路结构的情况下，能否通过新的连接方式，取消车载牵引变压器，同样适于现行27.5kV供电系统；利用既有牵引变流器，通过新的连接方式，省却车载牵引变压器并适于新的、不同电压等级的供电系统，如5.5kV，11kV等等；带来减少轴重，节约动车组内部空间，或提高牵引传动系统功率密度等好处。研究提出一种用于动车组的新的牵引传动供电系统，必要且很有现实意义。

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，它能有效地解决取消车载牵引变压器且适于不同电压等级的供电系统的问题。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种动车组牵引传动供电系统，包括牵引电缆、变流单元和牵引电机，变流单元为单相三相交直交变流器，即输入侧为单相交流端口，输出侧为三相交流端口；变流单元输出侧的三相交流端口连接牵引电机；一节动车的前、后各有一个动力转向架，一个动力转向架有二根驱动轴，一根驱动轴由一台牵引电机驱动；全列动车组有N节动车，即有2N个动力转向架，有4N根驱动轴，N＞1；牵引电缆由两根单芯电缆组成；设变流器组的组数为M,M≥2，各个变流器组输入侧两端子分别并联于牵引电缆的两根单芯电缆之间；各个变流器组由P个变流单元输入侧串联而成，2≤P≤4N。

变流器组的连接形式之一是：一个变流单元连接一台牵引电机，一个动力转向架设置一个变流器组，即P＝2，一个变流器组由2个变流单元输入侧串联而成，全列动车组的变流器组数M＝2N。

变流器组的连接形式之二是：一个变流单元连接一台牵引电机，一节动车设置一个变流器组，即P＝4，一个变流器组由4个变流单元输入侧串联而成，全列动车组的变流器组数M＝N；一个变流单元连接2台牵引电机，一节动车设置一个变流器组，即P＝2，一个变流器组由2个变流单元输入侧串联而成，全列动车组的变流器组数M＝N。。

变流器组的连接形式之三是：一个变流单元连接一台牵引电机，多于一节动车的X个动力转向架设置一个变流器组，2＜X≤2N，4＜P≤4N，即一个变流器组由4个以上的变流单元输入侧串联而成。

各个牵引电机彼此电气绝缘，独立运行。

用于既有27.5kV交流干线电气化铁路动车组改造时，牵引电缆两根单芯电缆中任选一根单芯通过电刷接钢轨，另一根单芯通过受电弓与接触网接触授电。

用于5.5kV、11kV等新的电压等级的供电系统时，如果采用干线铁路接触网授电模式，则牵引电缆两根单芯电缆中任选一根单芯通过电刷接钢轨，另一根单芯通过受电弓与接触网接触授电，如果采用接触带授电方式，则牵引电缆的两根单芯分别通过电刷与接触带的供电轨和回流轨接触授电。

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单元为基础，通过新的连接与组合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，通过新的连接方式，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。