一种牵引传动系统技术方案

本申请公开了一种牵引传动系统，该系统包括工频变压器、多重牵引变流器和多相牵引电机；其中，各重所述牵引变流器的单相交流端依次串联在所述工频变压器的副边输出端之间，构成级联H桥结构；各重所述牵引变流器的三相交流端分别与所述多相牵引电机的一组定子绕组连接，以便由各重所述牵引变流器共同驱动所述多相牵引电机。本申请采用多重级联式牵引变流器的拓扑结构驱动多相牵引电机，降低了单重牵引变流器的功率输出压力，为低电压等级功率半导体器件的使用创造了条件，从而能够基于低电压等级功率半导体器件封装小、价格低、成熟度高、损耗低的优势，帮助实现系统设备的小型化、轻量化，提高系统的工作频率、功率密度和稳定性。性。性。

【技术实现步骤摘要】
一种牵引传动系统


[0001]本申请涉及电力电子传动
，特别涉及一种牵引传动系统。

技术介绍

[0002]近年来，轨道交通牵引传动系统电气化持续推进。当前，随着3300
‑
6500V高电压等级的Si基IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)器件不断完善，以其为基础的牵引变流器也已趋于成熟，已经在电力机车和高速动车组上实现了大规模批量应用。然而，随着当代社会的飞速发展，牵引传动装置向高可靠、低成本、高效率、轻量化、小型化等方向发展的要求越来越高。而受限于底层器件——高电压等级Si基IGBT的发展趋缓，轨道交通牵引传动系统指标进一步提升空间相对有限。
[0003]当前轨道交通技术中，牵引变流器的电路拓扑结构简单，不仅灵活性差、系统功率密度低，而且由于牵引变流器所承受的功率输出需求较大，所以需要采用高电压级别的功率半导体器件，进而导致器件外壳封装大、成本高、可靠性相对较低、损耗相对较大、工作频率较低等缺点。
[0004]鉴于此，提供一种解决上述技术问题的方案，已经是本领域技术人员所亟需关注的。

技术实现思路

[0005]本申请的目的在于提供一种牵引传动系统，以便有效提高系统的功率密度，并为低电压等级功率半导体器件提供使用可能，帮助实现系统小型化、轻量化发展。
[0006]为解决上述技术问题，本申请公开了一种牵引传动系统，包括工频变压器、多重牵引变流器和多相牵引电机；
[0007]其中，各重所述牵引变流器的单相交流端依次串联在所述工频变压器的副边输出端之间，构成级联H桥结构；各重所述牵引变流器的三相交流端分别与所述多相牵引电机的一组定子绕组连接，以便由各重所述牵引变流器共同驱动所述多相牵引电机。
[0008]可选地，在牵引工况下，各重所述牵引变流器将所述工频变压器降压输出的电能变流为三相交流电，以驱动所述多相牵引电机；
[0009]在制动工况下，各重所述牵引变流器将所述多相牵引电机回馈的三相交流电变流为单相交流电，并通过所述工频变压器升压后回馈至电网。
[0010]可选地，各重所述牵引变流器的功率半导体器件具体为Si基器件或者SiC基器件或者GaN基器件。
[0011]可选地，还包括与所述工频变压器的副边输出端连接的预充电回路；
[0012]所述预充电回路用于在各所述牵引变流器启动之前，通过充电电阻对各所述牵引变流器的中间直流电容进行充电。
[0013]可选地，所述预充电回路包括第一开关、第二开关和所述充电电阻；
[0014]所述第一开关连接所述工频变压器的副边输出端与所述级联H桥结构；所述第二
开关与所述充电电阻串联后，并联在所述第一开关两端。
[0015]可选地，每个所述牵引变流器的两个单相交流端之间均设置有旁路开关；
[0016]当所述旁路开关处于关断状态时，对应的牵引变流器参与工作；当所述旁路开关处于导通状态时，对应的牵引变流器被旁路而不参与工作。
[0017]可选地，所述多重牵引变流器中包括用于替代发生故障的牵引变流器工作的备用重牵引变流器。
[0018]可选地，在无牵引变流器故障时，所述备用重牵引变流器的所述旁路开关处于导通状态，其他重牵引变流器的所述旁路开关处于关断状态；
[0019]当出现故障的牵引变流器时，发生故障的牵引变流器的所述旁路开关切换为导通状态，所述备用重牵引变流器的所述旁路开关切换为关断状态。
[0020]可选地，所述牵引变流器的重数越多，每重所述牵引变流器中所选用的功率半导体器件的电压等级越低。
[0021]可选地，所述牵引传动系统包括三个常用重牵引变流器和一个备用重牵引变流器，各重所述牵引变流器中采用的是1200V电压等级的功率半导体器件。
[0022]可选地，所述牵引传动系统包括二个常用重牵引变流器和一个备用重牵引变流器，各重所述牵引变流器中采用的是1700V电压等级的功率半导体器件。
[0023]可选地，各重所述牵引变流器具体为两电平变流器或者三电平变流器或者多电平变流器。
[0024]可选地，所述多相牵引电机的个数为多个。
[0025]可选地，各个所述多相牵引电机的相数相互独立。
[0026]可选地，各个所述多相牵引电机具体为异步电机或者永磁同步电机。
[0027]本申请所提供的牵引传动系统所具有的有益效果是：本申请采用多重级联式牵引变流器的拓扑结构驱动多相牵引电机，降低了单重牵引变流器的功率输出压力，为低电压等级功率半导体器件的使用创造了条件，从而能够基于低电压等级功率半导体器件封装小、价格低、成熟度高、损耗低的优势，帮助实现系统设备的小型化、轻量化，提高系统的工作频率、功率密度和稳定性。
附图说明
[0028]为了更清楚地说明现有技术和本申请实施例中的技术方案，下面将对现有技术和本申请实施例描述中需要使用的附图作简要的介绍。当然，下面有关本申请实施例的附图描述的仅仅是本申请中的一部分实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图，所获得的其他附图也属于本申请的保护范围。
[0029]图1为现有技术中的一种牵引传动系统的电路拓扑结构图；
[0030]图2为现有技术中的又一种牵引传动系统的电路拓扑结构图；
[0031]图3为本申请实施例公开的一种牵引传动系统的拓扑结构框图；
[0032]图4为本申请实施例公开的又一种牵引传动系统的拓扑结构框图。
具体实施方式
[0033]本申请的核心在于提供一种牵引传动系统，以便有效提高系统的功率密度，并为低电压等级功率半导体器件提供使用可能，帮助实现系统小型化、轻量化发展。
[0034]为了对本申请实施例中的技术方案进行更加清楚、完整地描述，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行介绍。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
[0035]以轨道交通领域为例，绿色高效、轻量化、小型化一直是牵引传动系统发展的主要方向，此外，在降低系统装置成本的同时保证高可靠性也是牵引传动装置发展的重要要求。一般地，轨道交通牵引传动系统主要包括工频变压器、牵引变流器和牵引电机三个主要部分。
[0036]当前，如图1、图2所示的两种主流电压制式的牵引传动系统已经在电力机车和高速动车组上实现了大规模批量应用，均主要由工频变压器、牵引变流器和三相牵引电机组成。其中，牵引变流器主要包括整流电路、中间直流电容和逆变电路。
[0037]图1中，工频变压器对25kV的交流接触电网降压后得到的额定交流电约950V，相对应地，牵引变流器的中间直流额定电压约1800V。此电压制式中，牵引变流器中整流电路和逆变电路所使用的Si基IGBT一般采用3300V电压等级规格。
[0038]图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种牵引传动系统，其特征在于，包括工频变压器、多重牵引变流器和多相牵引电机；其中，各重所述牵引变流器的单相交流端依次串联在所述工频变压器的副边输出端之间，构成级联H桥结构；各重所述牵引变流器的三相交流端分别与所述多相牵引电机的一组定子绕组连接，以便由各重所述牵引变流器共同驱动所述多相牵引电机。2.根据权利要求1所述的牵引传动系统，其特征在于，在牵引工况下，各重所述牵引变流器将所述工频变压器降压输出的电能变流为三相交流电，以驱动所述多相牵引电机；在制动工况下，各重所述牵引变流器将所述多相牵引电机回馈的三相交流电变流为单相交流电，并通过所述工频变压器升压后回馈至电网。3.根据权利要求1所述的牵引传动系统，其特征在于，各重所述牵引变流器的功率半导体器件具体为Si基器件或者SiC基器件或者GaN基器件。4.根据权利要求1所述的牵引传动系统，其特征在于，还包括与所述工频变压器的副边输出端连接的预充电回路；所述预充电回路用于在各所述牵引变流器启动之前，通过充电电阻对各所述牵引变流器的中间直流电容进行充电。5.根据权利要求4所述的牵引传动系统，其特征在于，所述预充电回路包括第一开关、第二开关和所述充电电阻；所述第一开关连接所述工频变压器的副边输出端与所述级联H桥结构；所述第二开关与所述充电电阻串联后，并联在所述第一开关两端。6.根据权利要求1所述的牵引传动系统，其特征在于，每个所述牵引变流器的两个单相交流端之间均设置有旁路开关；当所述旁路开关处于关断状态时，对应的牵引变流器参与工作；当所述旁路开关处于导通状态时，对应的牵引变流器被旁路而不参与...

【专利技术属性】
技术研发人员：漆宇，梅文庆，刘良杰，窦泽春，刘雄，谢岳城，刘斌，
申请(专利权)人：中车株洲电力机车研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：