内燃机车辅助传动及列车供电一体化电源的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种内燃机车辅助传动及列车供电一体化电源，属于铁路机车制造技术领域。
【背景技术】
[0002]在现代铁路客运中，内燃机车不仅要提供足够的牵引力，而且还要为机车的辅助传动系统提供动力，为整个列车供电。因此，现有技术对辅助传动系统的动力及列车供电有几种不同的解决方案。
[0003]方案之一:机车辅助传动系统采用机车主柴油机驱动辅助发电机发电，然后利用辅助发电机发出的电能，通过直接驱动或者变频驱动的方式为各个辅助电动机供电，使辅助传动系统工作；列车供电系统是在机车上额外再加装一台供电柴油发电机组，利用该机组发出的三相交流电经过整流电路输出直流600V列车供电。此方案存在以下问题:
[0004](I)无论机车配备何种形式的辅助发电机，均需要机车主柴油机与辅助发电机的机械传动机构；因为辅助发电机的存在，将使得机车空间布置、重量控制方面更加复杂和困难。
[0005](2)额外配备供电柴油机发电机组，还须为其配备燃油供给系统及油水冷却系统，加大了机车整车系统的复杂程度。此外，受功率、尺寸和重量的限制，供电柴油机的功率相对机车主柴油机功率来说要小的多，不可能提供较大的功率余量，这一方面限制了机车可牵引客车的节数，另一方面也无法应对旅客列车上用电负载的骤然大幅度变化。
[0006](3)主柴油机和供电柴油机分离，彼此没有电连接，无法实现能量在各子系统的自由分配。
[0007](4)辅助传动系统和列车供电系统均无法利用机车电阻制动时产生在机车主回路上的电能，造成了一定程度上的电能浪费。提高了燃油消耗量，节能性不佳。
[0008](5)增加机车轴重，不利于机车维护保养。
[0009]方案之二:机车仅配备主柴油机，主柴油机驱动机车主发电机和辅助发电机。加大辅助发电机的功率容量，辅助发电机一方面做为辅助传动系统的动力，另一方面经整流后，向旅客列车提供600V直流电。此方案存在以下问题:
[0010](I)辅助发电机要同时向辅助传动系统提供动力、向整个列车供电，需要具有更大的容量。更大的辅助发电机加剧了机车的空间布置、重量控制上的困难。
[0011](2)辅助传动系统和列车供电系统均无法利用机车电阻制动时产生在机车主回路上的电能，造成电能浪费。
[0012](3)当主柴油机需要维持在较低转速，而列车供电功率却需要很大时(例如:客车靠站停车等待旅客上下车时)，为了使容量较小的辅助发电机输出足够的功率和电压，必须提高柴油机转速。这不仅会带来更大的噪音及废气排放，而且因辅助发电机转速较高，使得部分直驱式(不可切除)的辅助传动负载获得了本不需要的较高电压，使得这部分辅助传动负载功率得到不必要的提高，增加了燃油消耗。
[0013](4)同样增加机车轴重，且不利于机车维护保养。
[0014]方案之三:取消机车辅助发电机，仅配备主发电机。主发电机输出的三相电经整流转变成直流电，形成主中间直流环节:一是通过牵引逆变模块将直流电转换成牵引电机工作所需要的交流电；二是通过列车供电逆变模块调制成交流电，而后通过隔离变压器，再经过列供整流模块5将电能转换成直流600V，供应旅客列车的各种用电负载；三是通过辅助逆变模块调制成交流电，通过隔离变压器，而后经过辅助整流模块将电能转换成直流电，输出到辅中间直流环节，从辅中间直流环节取电，通过各个辅助逆变器驱动各个辅助电动机；四是主发励磁控制模块与辅助电动机共用交流侧输入，将交流电调制成主发不同工况下所需要的励磁电流。此方案存在以下问题:
[0015](I)辅助传动系统和列车供电系统均从主中间直流环节取电，辅助传动系统和列车供电系统之间彼此分离，都要配备逆变-隔离-整流的环节，使用原理相同的变流元件电路，还要分别考虑变流元件的余量、散热通风等问题。这将大幅度的增加变流器件的成本和其占用的空间。此外，因需满足机车牵引传动的要求，主中间直流环节的电压一般较高，约相当于列车供电和辅助传动直流环节电压的3至5倍。主中间直流环节输入后，直接用逆变的方式就势必要求辅助逆变模块、列车供电逆变模块、隔离变压器都采用高电压等级的功率器件，这也将大幅度的增加整个系统的成本，导致经济性的下降。同时过多的高压变流元件也会降低机车的可靠性。
[0016](2)当机车不需要牵引功率输出，但要保证辅助传动功率和列车供电功率输出时，由于同在主中间直流环节上的辅助逆变模块和列车供电逆变模块需要电能输入，主中间直流环节上需要一直带电维持住一定的电压等级，即便牵引逆变模块自身没有输出，但输入电压一直存在，这将导致牵引逆变模块寿命的降低和整个系统可靠性的降低。
[0017](3)所有辅助电动机均要求为相同频率、相同电压。而对于内燃机车来说，各种辅助电动机，特别是风机类电机的负载功率、转速、转矩的要求差别较大，统一辅助电动机的电压和频率困难较大，不利于机车辅助传动系统的匹配选型。另外因各个辅助传动电动机采用相同频率和相同电压的控制方式，会导致辅助负载的浪费，增加油耗，经济性不佳。
【发明内容】
[0018]本发明的目的就是克服上述现有技术之不足，提供一种内燃机车辅助传动及列车供电一体化电源。
[0019]本发明的目的是这样实现的:一种内燃机车辅助传动及列车供电一体化电源，包括主发电机及其AC-DC主整流电路，其特征在于:
[0020]所述AC-DC主整流电路的直流输出环节通过牵引电路开关及牵引逆变模块为牵引电动机供电；
[0021]所述AC-DC主整流电路的直流输出环节还依次通过DC-DC斩波降压模块、DC-AC逆变模块、隔离变压器和AC-DC辅助整流模块为机车辅助传动系统及列车供电。
[0022]为了更好实现本发明的目的，所述AC-DC辅助整流模块的直流输出环节分别通过CVCF逆变器、VVVF逆变器为机车辅助传动系统的各个设备供电。
[0023]为了更好实现本发明的目的，所述AC-DC辅助整流模块的直流输出环节通过DC-DC斩波器为主发电机励磁线绕组供电。
[0024]采用本发明的技术方案，可以带来以下有益的效果。
[0025](I)机车上不额外配备辅发电机和供电柴油机发电机组，减轻机车重量、方便部件的空间布置。
[0026](2)辅助传动系统和列车供电系统共用变流元件，采用斩波降压的方式降低因主中间直流环节作为辅助传动和列车供电系统的电能输入而带来的对后续变流元件的高压影响。从而减少变流元件，特别是减少高压变流元件的使用数量，降低成本，缩小体积，提高系统可靠性。
[0027](3)各个辅助传动电动机可以根据各自的实际需要，方便的改变自身工况，从而实现辅助传动的精确控制。
[0028](4)机车电阻制动工况下，可以将牵引电机的动能最终转换成辅助传动电能和列车供电的电能，从而达到节能的目的。
[0029](5)机车总功率可在牵引功率、辅助功率和列车供电功率之间进行自由分配。
[0030](6)当机车不需要输出牵引功率而又需要保持辅助功率输出时，可以切断牵引逆变器的输入，从而提高牵引逆变器的可靠性和安全性。
【附图说明】
[0031]图1为本发明实施例的内燃机车辅助传