一种超级电容式直交变频牵引机车制造技术

本实用新型专利技术所述的一种超级电容式直交变频牵引机车，超级电容功率密度是蓄电池的功率密度的10‑100倍，可以为牵引机车在启动、加速、爬坡时提供强大的电流，避免了蓄电池的大电流放电；而在下坡或制动时，回馈的大电流被超级电容有效吸收的同时保护了整车电器系统不受大电流的冲击。另外，由于超级电容的储能过程中不发生化学反应，而且是可逆的，反复充电数十万次，且其充电时间短、充电效率高，免维护全寿命周期成本相对较低。

【技术实现步骤摘要】

：本技术涉及一种隧道施工用牵引机车，尤其是一种超级电容式直交变频牵引机车。
技术介绍
：目前隧道施工用牵引机车大多数都是用蓄电池作为动力源的隧道工程电力牵引机车，一方面，由于蓄电池的功率密度较低，为满足牵引机车在启动、爬坡、加速等方面的大功率脉动需求，选用的蓄电池容量往往超过隧道工程电力牵引机车的实际需要，这相应地会导致蓄电池重量、体积及成本的增加。另一方面，蓄电池的反复充放电次数只有数千次，正常工作温度范围窄，大电流充放电也会严重影响蓄电池的使用寿命，使得蓄电池电源寿命周期短，全寿命周期成本高。以下文中“隧道工程牵引机车”简称“牵引机车”。
技术实现思路
：为了解决上述问题，本技术提供了一种超级电容式直交变频牵引机车。本技术解决其技术问题所采用的技术方案：一种超级电容式直交变频牵引机车，包括操作控制系统、车体、行走装置、制动装置、传动系统、变频器、手动转阀、空气制动接口、传动轴、减速箱、气缸弹簧腔、交流电机、行走车轮、气缸、脚制动阀、后置弹簧，所述车体上设有超级电容器储能模块，所述超级电容器储能模块的两侧分别设有配重块，所述超级电容器储能模块上设有空调，所述超级电容器储能模块内部充有氮气，所述车体的前端设有防溜制动装置。所述超级电容器储能模块由若干超级电容器进行串并联组合而成。由于采用如上所述的技术方案，本技术具有如下优越性：本技术所述的一种超级电容式直交变频牵引机车，超级电容功率密度是蓄电池的功率密度的10-100倍，可以为牵引机车在启动、加速、爬坡时提供强大的电流，避免了蓄电池的大电流放电；而在下坡或制动时，回馈的大电流被超级电容有效吸收的同时保护了整车电器系统不受大电流的冲击。另外，由于超级电容的储能过程中不发生化学反应，而且是可逆的，反复充电数十万次，且其充电时间短、充电效率高，免维护全寿命周期成本相对较低。附图说明：图1是本技术的主视图；图2是本技术的俯视图；其中：1、操作控制系统；2、车体；3、行走装置；4、超级电容器储能模块；5、制动装置；6、传动系统；7、变频器；8、手动转阀；9、空气制动接口；10、传动轴；11、减速箱；12、气缸弹簧腔；13、交流电机；14、行走车轮；15、气缸；16、脚制动阀；17、后置弹簧；18、配重块；19、防溜制动装置。具体实施方式：通过下面的实施例可以更详细的解释本技术，公开本技术的目的旨在保护本技术范围内的一切变化和改进，本技术并不局限于下面的实施例；结合附图所述的一种超级电容式直交变频牵引机车，包括操作控制系统1、车体2、行走装置3、制动装置5、传动系统6、变频器7、手动转阀8、空气制动接口9、传动轴10、减速箱11、气缸弹簧腔12、交流电机13、行走车轮14、气缸15、脚制动阀16、后置弹簧17，所述车体2上设有超级电容器储能模块4，所述超级电容器储能模块4的两侧分别设有配重块18，由于隧道内施工环境温度及高寒地区的影响，所述超级电容器储能模块4上安装有空调，防止低温环境和高温环境对其性能的影响；作为牵引机车的储能装置，所述超级电容器储能模块4采用了防爆措施，其内部填充有足量的氮气，所述车体2的前端设有防溜制动装置19。在所述牵引机车应用中，所述超级电容器储能模块4可以等效为一个理想电容器C与一个较大阻值的电阻R1并联，再与一个较小阻值的电阻R相串联的结构，等效串联电阻R一方面在充放电时产生热损耗并引起超级电容发热，另一方面在放电过程中由于电阻的分压作用而缩小放电电压范围，R1在超级电容长时间保持静态储能状态时，才会对超级电容产生影响。因此，在超级电容充放电过程中，通常可以忽略R1的作用，综上所述，在进行储能单元设计时，超级电容简化为一个理想电容器C与一个阻值较小的电阻R相串联的模型。通过分析45吨超级电容式变频牵引机车设定的实际工况，认为一旦牵引机车运行中2‰的坡道占总运行距离1/3以上时，存在牵引机车频繁地大功率牵引输出和制动回馈问题。在这种运行条件下，考虑用超级电容器电源系统代替蓄电池电源，假定电力牵引机车以常用速度匀速运行、辅助系统、牵引机车的启动、加速功率等需要的功率均由超级电容组提供。根据牵引机车在不同线路条件下，假定45吨牵引机车以8km/h的常用速度重载匀速行驶，持续牵引力为92kN，计算得出输出功率P与持续时间t的关系曲线，可得出牵引机车以8km/h的常用速度匀速运行时，最多需要蓄电池容量为460A.h，正常使用情况下，蓄电池最多可放出80％的容量，因此蓄电池容量的下限为460/0.8＝575A.h，考虑留有一定的裕度，可以把蓄电池的容量选为600A.h，蓄电池选取264节，单节额定电压2V，总电压为528V。牵引机车需要输出的功率为P＝FV＝92×8×103/3600/0.96＝213kW，圆整到标准电机功率，选用两台110kW主电机。由超级电容器系统作为电源，根据超级电容器的特性，需提供220kW的功率。a)数值的选取1)转换效率η＝η1η2，其中η1为电力电子变换器的效率，一般在90％以上；η2为超级电容储能模块的效率，通常取80％以上才具有实用意义。所以，取η1＝0.9，η2＝0.8，η＝0.72。2)选用某公司的S585V73-K7型超级电容模块，容量C＝2200F，工作电压为U＝590V，储存能量60kwh，单体电压4.1V，单体容量20000F。b)电容数量的确定1)根据输出功率与时间的关系曲线，可得m×n≈2330，推出每组串联的超级电容组的数目m＝U/4.1＝143.9，取m＝144，并联数目n＝2330/144＝16.18，取16，设置成2×8组，最终得到超级电容的总数为：m×n＝144×2×8＝2304，即2×8并144串。以上内容中未细述部份为现有技术，故未做细述。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超级电容式直交变频牵引机车，包括操作控制系统（1）、车体（2）、行走装置（3）、制动装置（5）、传动系统（6）、变频器（7）、手动转阀（8）、空气制动接口（9）、传动轴（10）、减速箱（11）、气缸弹簧腔（12）、交流电机（13）、行走车轮（14）、气缸（15）、脚制动阀（16）、后置弹簧（17），其特征在于：所述车体（2）上设有超级电容器储能模块（4），所述超级电容器储能模块（4）的两侧分别设有配重块（18），所述超级电容器储能模块（4）上设有空调，所述超级电容器储能模块（4）内部充有氮气，所述车体（2）的前端设有防溜制动装置（19）。

【技术特征摘要】
1.一种超级电容式直交变频牵引机车，包括操作控制系统（1）、车体（2）、行走装置（3）、制动装置（5）、传动系统（6）、变频器（7）、手动转阀（8）、空气制动接口（9）、传动轴（10）、减速箱（11）、气缸弹簧腔（12）、交流电机（13）、行走车轮（14）、气缸（15）、脚制动阀（16）、后置弹簧（17），其特征在于：所述车体（2）上设有超...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨君华，薛江松，丁永华，杨彬，刘二召，胡方昭，杜丙阳，李亚博，
申请(专利权)人：中铁隧道股份有限公司，
类型：新型
国别省市：河南;41