[发明专利]用于车辆的电驱动系统

说明书

本发明涉及一种准备连接到配电或传输网络--下文称为电力网络的电气机器。更具体地说，本发明涉及用于驱动牵引电机例如铁路机车和长途汽车的装置，装置所包含的牵引电机和/或其他的电气机器配备有一个包括一个磁芯和至少一个绕组的磁路。

与此同时，本发明首先涉及用于驱动车辆例如说铁路机车和长途汽车的电驱动系统，其次涉及位于配电网络和准备用于以电力运行车辆的架空导体之间的电力传输装置，第三是涉及车辆例如铁路机车或长途汽车中的用于电力传输的过程，第四是涉及另一种电气机器以及第五是涉及从架空导体获得电力的电驱动车辆。

电气机器中的磁路通常包括一个叠层磁芯例如带有焊接结构的钢片。为了提供通风和冷却，磁芯常常被分成若干具有径向和/或轴向通风道的组块。对于较大的机器，叠层被冲成若干段附到机器的框架上，叠层磁芯用压爪和压环固定在一起。磁路的绕组被放在磁芯的槽内，槽一般具有一个矩形或梯形形状的截面。

在多相电气机器中，绕组被做成单层或双层绕组。对于单层绕组，每槽仅有一个线圈侧边，而对于双层绕组，则每槽有两个线圈侧边，线圈侧边意味着一个或多个导体垂直或水平合并起来并设置一个公共的线圈绝缘层，即被指定承受机器到地的额定电压的绝缘层。

双层绕组一般做成斜方形绕组，而本文中的单层绕组则可以做成斜方形或扁平形绕组。在斜方形绕组中仅存在一种(可以是两种)线圈宽度，而扁平绕组则被做成同心的绕组，即具有宽变化线圈宽度的绕组。线圈宽度表示属于同一线圈的两个线圈侧边之间的距离(以弧度计算)。

通常，所有大型机器都做成具有双层绕组和同一尺寸的线圈。每个线圈以一个侧边放在一层中并且以另一侧边放在另一层，这意味着所有线圈均在线圈的端部互相交叉。如果多于两层，这些交叉会使绕组工作变复杂，并且线圈端部不太会令人满意。

由于历史原因，已经开发出许多具有不同电压和频率的供电系统用于铁路运营。一旦在一个地区建立起一个系统，要改变到另一个系统必然带来大量开支和打乱铁路运营。对于电源电压主要有六种标准解决方案，其中三种是直流电压系统，三种是交流电压系统。这就是说许多牵引车辆(机车和长途汽车)和客车都必须造得适合一种以上的电源系统。目前用于在不同国家之间直达运输的机车和客车能应付多达四种不同的电源系统。

用于轨道电源的电能可以取自一般的配电网络，也可以由铁路经营的电站发电。装置设备随电源是交流还是直流电压而不同。在直流供电的情形，需要若干整流站用于变换公用配电网络供应的交流电压。这些整流站在沿铁路的某些地点供应直流电压。在使用工业频率(50或60Hz)的交流供电的情形，只需要在某些地点设置变压器。这是最简单和花费最少的解决方案并且有最低的功率损失。在使用低频交流(或25Hz)供电的情形，需要设立变电站变换公众配电网络的工业频率的电压，或者需要用于低频交流电流的专用发电站和专用配电网络。

最初选择直流供电是因为有适用而又控制简单的电动机-串激式直流电动机。以前，借助旋转式变换器或汞弧整流器将三相交流电压变为直流电压，但如今，这种变换通常都使用6或12个脉冲替续器进行。

直流系统有可以在直流电动机中直接使用直流电流的优点。车辆中不需要任何笨重的变压器像使用交流电压的情形那样降低电压。因此，用直流电压供电的车辆花费较少且容易生产。从安全方面考虑，低直流电压是一个优点(例如在地铁中使用的电力母线有时可能是裸露的)。

直流电压运行的缺点主要是低电压，这意味着电流和随之而来的电压降和损失相当大。这必须通过大的导体面积和间隔距离近的整流站(站与站之间通常小于10公里)来弥补。这样做的结果是浪费大量装置。这些缺点在高功率例如高速运输的情形特别值得注意。高功率的整流站必须建得紧靠在一起，而且仅在火车通过该供电站的短时间内使用。

在使用工业频率(50或60Hz)的牵引电机成为可能之前，第一个交流电压系统是使用低频电压(或25Hz)供电的。这种系统中常时间使用的牵引电机是单相串激换向电机，也叫做单相牵引电机。这个功能除了场和转子电流因为用交流电流供电的关系每半周换向一次之外几乎和直流电机一样。为了获得没有破坏性过压或电弧的换向功能，选择了低频率和低速电机。