电力机车重投方法、重投系统及电力机车的制作方法
【专利摘要】本申请公开了一种电力机车重投方法、重投系统及电力机车，其中，所述电力机车重投方法包括：S101：在电力机车掉电运行状态下判断所述电力机车是否满足重投条件，如果是，则进入S102；S102：判断电机的反电动势是否大于牵引变流器的中间电压，如果是，则进入S103；如果否，则进入S104；S103：启动所述牵引变流器，闭合隔离接触器，在预设时间后将重投力矩指令传送给所述电机；S104：闭合所述隔离接触器，启动所述牵引变流器，将重投力矩指令传送给所述电机。利用所述电力机车重投方法对电力机车进行重投不会由于反向充电现象而产生制动力，避免了因此而降低电力机车舒适度的情况出现。
【专利说明】
电力机车重投方法、重投系统及电力机车
技术领域
[0001 ]本申请涉及电力机车控制技术领域，更具体地说，涉及一种电力机车重投方法、重 投系统及电力机车。
【背景技术】
[0002] 电力机车的重投是指其电力机车在掉电运行状态下重新上电运行的过程。如图1 所示，所述电力机车的电机13与牵引变流器的逆变侧主电路11通过隔离接触器12连接。在 重投过程中，电力机车的电机13在一定速度下断电，此时电力机车处于掉电运行状态，当重 新恢复供电后，闭合所述隔离接触器12,然后启动牵引变流器，电机13在一定转速下接收粘 着控制器发出的重投力矩指令重新投入运行。当电机13转速较低时，其自身的反电动势较 低，这种情况下进行电力机车的重投不会有反向充电现象。但是所述电机13的反电动势与 其自身的转速成正比，因此当电机13重新投入时转速较高时，其自身的反电动势也较高，当 电机13的反电动势超过一定值(一般为牵引变流器的中间电压)后，电机13在接收所述重投 力矩指令时会使得所述牵引变流器发生反向充电现象，同时使所述电机13产生制动力，使 得电力机车的运行舒适度降低。
[0003] 因此，亟需一种能够避免在电力机车重投过程中产生制动力而使得电力机车的运 行舒适度降低的电力机车重投方法。
【发明内容】
[0004] 为解决上述技术问题，本发明提供了一种电力机车重投方法、重投系统及电力机 车，以实现在避免在电力机车重投过程中产生制动力而使得电力机车的运行舒适度降低的 情况出现的目的。
[0005] 为实现上述技术目的，本发明实施例提供了如下技术方案：
[0006] 一种电力机车重投方法，应用于电力机车，所述电力机车重投方法包括：
[0007] S101:在电力机车掉电运行状态下判断所述电力机车是否满足重投条件，如果是， 则进入S102;
[0008] S102:判断电机的反电动势是否大于牵引变流器的中间电压，如果是，则进入 S103;如果否，则进入S104;
[0009] S103:启动所述牵引变流器，闭合隔离接触器，在预设时间后将重投力矩指令传送 给所述电机；
[0010] S104:闭合所述隔离接触器，启动所述牵引变流器，将重投力矩指令传送给所述电 机。
[0011]优选的，所述重投条件包括:所述牵引变流器上电并且自检通过。
[0012]优选的，启动牵引变流器，闭合隔离接触器，在预设时间后将重投力矩指令传送给 所述电机包括：
[0013] S1031:启动牵引变流器，将重投力矩指令置零，建立电压脉冲；
[0014] S1032:闭合所述隔离接触器，在预设时间后恢复所述重投力矩指令，将恢复后的 重投力矩指令传送给所述电机。
[0015] 优选的，所述预设时间的取值范围为200ms-1000ms，包括端点值。
[0016] 优选的，所述电机的反电动势为电机的反电动势峰值。
[0017] 一种电力机车重投系统，应用于电力机车，所述电力机车重投系统包括:重投判断 单元、电压判断单元、高速重投单元和低速重投单元;其中，
[0018] 所述重投判断单元，用于在电力机车掉电运行状态下判断所述电力机车是否满足 重投条件，如果是，则进入所述电压判断单元；
[0019] 所述电压判断单元，用于判断电机的反电动势是否大于牵引变流器的中间电压， 如果是，则进入所述高速重投单元;如果否，则进入所述低速重投单元；
[0020] 所述高速重投单元，用于启动所述牵引变流器，闭合隔离接触器，在预设时间后将 重投力矩指令传送给所述电机；
[0021] 所述低速重投单元，用于闭合所述隔离接触器，启动所述牵引变流器，将重投力矩 指令传送给所述电机。
[0022]优选的，所述高速重投单元包括：
[0023] 启动单元，用于启动牵引变流器，将重投力矩指令置零，建立电压脉冲；
[0024] 延时单元，用于闭合所述隔离接触器，在预设时间后恢复所述重投力矩指令，将恢 复后的重投力矩指令传送给所述电机。
[0025]优选的，所述预设时间的取值范围为200ms-1000ms，包括端点值。
[0026]优选的，所述电机的反电动势为电机的反电动势峰值。
[0027] 一种电力机车，包括至少一个如上述任一实施例所述的电力机车重投系统。
[0028] 从上述技术方案可以看出，本发明实施例提供了一种电力机车重投方法、重投系 统及电力机车，其中所述电力机车重投方法在当电机的反电动势大于所述牵引变流器的中 间电压时，通过先启动牵引变流器以建立电压脉冲，再闭合所述隔离接触器并在预设时间 后将重投力矩指令传送给所述电机的方式进行高速重投，以避免电机在高速重投时产生制 动力，而使得电力机车的舒适度降低的情况出现。这是因为在当电机的反电动势大于所述 牵引变流器的中间电压时，如果先闭合所述隔离接触器，此时所述牵引变流器将续流，其逆 变侧处于能量回馈状态，使所述电机产生制动力，从而降低所述电力机车的舒适度;而如果 先启动所述牵引变流器以建立电压脉冲，然后闭合所述隔离接触器并使系统稳定预设时间 以建立弱磁电流，而由于所述弱磁电流的存在，此时电机接收所述重投力矩指令时不会由 于反向充电现象而产生制动力，避免了因此而降低电力机车舒适度的情况出现。
【附图说明】
[0029] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本 发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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。
[0030] 图1为电力机车的电机与牵引变流器的连接示意图；
[0031] 图2为本申请的一个实施例提供的一种电力机车重投方法的流程示意图；
[0032] 图3为本申请的一个实施例提供的电机的空间矢量图；
[0033] 图4为本申请的一个优选实施例提供的一种电力机车重投方法的流程示意图；
[0034] 图5为本申请的一个实施例提供的一种电力机车重投系统的结构示意图。
【具体实施方式】
[0035]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完 整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于 本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
[0036]本申请实施例提供了一种电力机车重投方法，应用于电力机车，如图2所示，所述 电力机车重投方法包括：
[0037] S101:在电力机车掉电运行状态下判断所述电力机车是否满足重投条件，如果是， 则进入S102;
[0038] S102:判断电机的反电动势是否大于牵引变流器的中间电压，如果是，则进入 S103;如果否，则进入S104;
[0039] S103:启动所述牵引变流器，闭合隔离接触器，在预设时间后将重投力矩指令传送 给所述电机；
[0040] S104:闭合所述隔离接触器，启动所述牵引变流器，将重投力矩指令传送给所述电 机。
[0041] 需要说明的是，电机的反电动势和电角速度的关系为：
[0042]
Φ ；
[0043] 其中，Eo代表所述反电动势；代表所述电角速度;如代表电机转子的反电动势常 数。
[0044] 电机在同步旋转坐标系下的数学模型为：
[0045]
(2)
[0046] 其中，Ud代表所述电机的直轴电压;Uq代表所述电机的交轴电压;Rs代表所述电机 的定子电阻；id代表所述电机的直轴电流;Ld代表所述电机的直轴电感;Lq代表所述电机的 交轴电感;iq代表所述电机的交轴电流。
[0047] 从公式（1)和公式(2)中可以看出，随着电机转速（电角速度）的上升，电机的反电 动势增加，所需要的电机定子电压也要增加，而所述牵引变流器逆变侧的最大输出基波幅 值为：
[0048]
(3) ；
[0049] 电机在高速运转时，忽略电阻的影响有：
[0050] Us|2=( Weltf+〇eLdid)2+( WeLqiq)2 (4)；
[0051 ]从公式(3)和公式(4)中可以看出，电机在高速运转时，处于弱磁工况，其自身的电 流调节能力下降。这是因为电机所需要的定子电压达到所述牵引变流器逆变侧的最大输出 电压能力后，为了维持电流的调节能力，需要减小电机直轴电流进行弱磁，这只能通过改变 电压相角实现，使得电机的动态响应能力下降。
[0052] 当电机的反电动势低于中间电压（即所述牵引变流器逆变侧的电容电压)时，所述 牵引变流器逆变侧的开关器件处于关断状态，并且由于其内部二极管的单向导电性，所述 牵引变流器逆变侧的开关器件均不能导通，此时电机定子电流为零，不会产生制动力。
[0053] 当电机的反电动势高于中间电压时，所述牵引变流器逆变侧的二极管将导通续 流，所述牵引变流器逆变侧处于能量回馈状态，出现反向充电现象，从而使所述电机产生制 动力，进而降低所述电力机车的舒适度，还可能使得粘着控制器报出空转滑行;此时电机的 空间矢量如图3所示，图3中的Θ表示电机相角，此时定子电压幅值裕量很小甚至没有，电机 的调节能力受限，若直接将所述重投力矩指令施加在所述电机上可能会导致电机过流现 象。
[0054] 因此，在本实施例中，当高速下（即所述电机的反电动势大于所述中间电压时)进 行重投时，先启动所述牵引变流器以建立电压脉冲，然后再闭合所述隔离接触器并使系统 稳定预设时间以建立弱磁电流，而由于所述弱磁电流的存在，此时所述电机接收所述重投 力矩指令时不会由于反向充电现象而产生制动力，避免了因此而降低电力机车舒适度的情 况出现。
[0055] 在上述实施例的基础上，本申请的一个实施例提供了一种重投条件的具体内容， 包括:所述牵引变流器上电并且自检通过。
[0056]需要说明的是，所述电力机车的重投大多发生在过分相的过程或者由于其他原因 使得电力机车的电机在一定转速下掉电运行，当所述牵引变流器重新上电后，系统进行自 检，自检通过后进行电机的重投。
[0057]在上述实施例的基础上，在本申请的另一个实施例中，如图4所示，所述电力机车 重投方法包括：
[0058] S201:在电力机车掉电运行状态下判断所述电力机车是否满足重投条件，如果是， 则进入S202;
[0059] S202:判断所述电机的反电动势是否大于所述牵引变流器的中间电压，如果是，则 进入S203;如果否，则进入S205;
[0060] S203:启动牵引变流器，将重投力矩指令置零，建立电压脉冲；
[0061] S204:闭合所述隔离接触器，在预设时间后恢复所述重投力矩指令，将恢复后的重 投力矩指令传送给所述电机；
[0062] S205:闭合所述隔离接触器，启动牵引变流器，将重投力矩指令传送给所述电机。
[0063]在本实施例中，当所述电机的反电动势大于所述牵引变流器的中间电压时进入步 骤S2031进行电力机车的高速重投，此时先启动所述牵引变流器，将重投力矩指令置零，以 在上述牵引变流器内部产生电压脉冲;然后再闭合所述隔离接触器使系统稳定预设时间以 建立弱磁电流，在所述弱磁电流产生后再恢复所述重投力矩指令并将其施加于所述电机， 完成所述电力机车的高速重投，由于所述弱磁电流的存在，不仅消除了高速重投时电机产 生的制动力，克服了所述牵引变流器由于所述制动力而进行制动斩波带来的能量损耗；同 时避免了所述粘着控制器报出空转滑行的可能，以及所述电机出现过流的可能。
[0064] 在上述实施例的基础上，在本申请的又一个实施例中，所述预设时间的取值范围 为200ms-1000ms，包括端点值。
[0065] -般而言，所述预设时间的取值在数百毫秒，在本申请的一个实施例中，所述预设 时间的取值为200ms，在本申请的另一个实施例中，所述预设时间的取值为500ms。本申请对 所述预设时间的具体取值并不做限定，具体视实际情况而定。
[0066] 在上述实施例的基础上，在本申请的再一个实施例中，所述电机的反电动势为电 机的反电动势峰值。但本申请对所述电机的反电动势所代表的具体含义并不做限定，具体 视实际情况而定。
[0067]相应的，本申请实施例还公开了一种电力机车重投系统，应用于电力机车，如图5 所示，所述电力机车重投系统包括:重投判断单元、电压判断单元、高速重投单元和低速重 投单元;其中，
[0068]所述重投判断单元，用于在电力机车掉电运行状态下判断所述电力机车是否满足 重投条件，如果是，则进入所述电压判断单元；
[0069] 所述电压判断单元，用于判断电机的反电动势是否大于牵引变流器的中间电压， 如果是，则进入所述高速重投单元;如果否，则进入所述低速重投单元；
[0070] 所述高速重投单元，用于启动所述牵引变流器，闭合隔离接触器，在预设时间后将 重投力矩指令传送给所述电机；
[0071] 所述低速重投单元，用于闭合所述隔离接触器，启动所述牵引变流器，将重投力矩 指令传送给所述电机。
[0072]需要说明的是，电机的反电动势和电角速度的关系为：
[0073]
(1);
[0074] 其中，Eo代表所述反电动势；代表所述电角速度;如代表电机转子的反电动势常 数。
[0075] 电机在同步旋转坐标系下的数学模型为：
[0076]
(2) ；
[0077] 其中，Ud代表所述电机的直轴电压;uq代表所述电机的交轴电压;Rs代表所述电机 的定子电阻；id代表所述电机的直轴电流;Ld代表所述电机的直轴电感;Lq代表所述电机的 交轴电感;iq代表所述电机的交轴电流。
[0078] 从公式（1)和公式(2)中可以看出，随着电机转速（电角速度）的上升，电机的反电 动势增加，所需要的电机定子电压也要增加，而所述牵引变流器逆变侧的最大输出基波幅 值为：
[0079]
(3) Γ
[0080] 电机在高速运转时，忽略电阻的影响有：
[0081] Us|2=( Weltf+〇eLdid)2+( WeLqiq)2 (4)；
[0082] 从公式(3)和公式(4)中可以看出，电机在高速运转时，处于弱磁工况，其自身的电 流调节能力下降。这是因为电机所需要的定子电压达到所述牵引变流器逆变侧的最大输出 电压能力后，为了维持电流的调节能力，需要减小电机直轴电流进行弱磁，这只能通过改变 电压相角实现，使得电机的动态响应能力下降。
[0083] 当电机的反电动势低于中间电压（即所述牵引变流器逆变侧的电容电压)时，所述 牵引变流器逆变侧的开关器件处于关断状态，并且由于其内部二极管的单向导电性，所述 牵引变流器逆变侧的开关器件均不能导通，此时电机定子电流为零，不会产生制动力。
[0084] 当电机的反电动势高于中间电压时，所述牵引变流器逆变侧的二极管将导通续 流，所述牵引变流器逆变侧处于能量回馈状态，出现反向充电现象，从而使所述电机产生制 动力，进而降低所述电力机车的舒适度，还可能使得粘着控制器报出空转滑行;此时电机的 空间矢量如图3所示，此时定子电压幅值裕量很小甚至没有，电机的调节能力受限，若直接 将所述重投力矩指令施加在所述电机上可能会导致电机过流现象。
[0085] 因此，在本实施例中，当高速下（即所述电机的反电动势大于所述中间电压时)进 行重投时，先启动所述牵引变流器以建立电压脉冲，然后再闭合所述隔离接触器并使系统 稳定预设时间以建立弱磁电流，而由于所述弱磁电流的存在，此时所述电机接收所述重投 力矩指令时不会由于反向充电现象而产生制动力，避免了因此而降低电力机车舒适度的情 况出现。
[0086] 在上述实施例的基础上，本申请的一个实施例提供了一种重投条件的具体内容， 包括:所述牵引变流器上电并且自检通过。
[0087]需要说明的是，所述电力机车的重投大多发生在过分相的过程或者由于其他原因 使得电力机车的电机在一定转速下掉电运行，当所述牵引变流器重新上电后，系统进行自 检，自检通过后进行电机的重投。
[0088] 在上述实施例的基础上，在本申请的另一个实施例中，所述高速重投单元包括：
[0089] 启动单元，用于启动牵引变流器，将重投力矩指令置零，建立电压脉冲；
[0090] 延时单元，用于闭合所述隔离接触器，在预设时间后恢复所述重投力矩指令，将恢 复后的重投力矩指令传送给所述电机。
[0091] 在本实施例中，当所述电机的反电动势大于所述牵引变流器的中间电压时进入启 动单元进行电力机车的高速重投，此时先启动所述牵引变流器，将重投力矩指令置零，以在 上述牵引变流器内部产生电压脉冲;然后进入所述延时单元，闭合所述隔离接触器使系统 稳定预设时间以建立弱磁电流，在所述弱磁电流产生后再恢复所述重投力矩指令并将其施 加于所述电机，完成所述电力机车的高速重投，由于所述弱磁电流的存在，不仅消除了高速 重投时电机产生的制动力，克服了所述牵引变流器由于所述制动力而进行制动斩波带来的 能量损耗；同时避免了所述粘着控制器报出空转滑行的可能，以及所述电机出现过流的可 能。
[0092] 在上述实施例的基础上，在本申请的又一个实施例中，所述预设时间的取值范围 为200ms-1000ms，包括端点值。
[0093] 一般而言，所述预设时间的取值在数百毫秒，在本申请的一个实施例中，所述预设 时间的取值为200ms，在本申请的另一个实施例中，所述预设时间的取值为500ms。本申请对 所述预设时间的具体取值并不做限定，具体视实际情况而定。
[0094]在上述实施例的基础上，在本申请的再一个实施例中，所述电机的反电动势为电 机的反电动势峰值。但本申请对所述电机的反电动势所代表的具体含义并不做限定，具体 视实际情况而定。
[0095]相应的，本申请实施例还提供了一种电力机车，包括至少一个如上述任一实施例 所述的电力机车重投系统。
[0096]综上所述，本申请实施例公开了一种电力机车重投方法、重投系统及电力机车，其 中所述电力机车重投方法在当电机的反电动势大于所述牵引变流器的中间电压时，通过先 启动牵引变流器以建立电压脉冲，再闭合所述隔离接触器并在预设时间后将重投力矩指令 传送给所述电机的方式进行高速重投，以避免电机在高速重投时产生制动力，而使得电力 机车的舒适度降低的情况出现。这是因为在当电机的反电动势大于所述牵引变流器的中间 电压时，如果先闭合所述隔离接触器，此时所述牵引变流器将续流，其逆变侧处于能量回馈 状态，使所述电机产生制动力，从而降低所述电力机车的舒适度;而如果先启动所述牵引变 流器以建立电压脉冲，然后闭合所述隔离接触器并使系统稳定预设时间以建立弱磁电流， 而由于所述弱磁电流的存在，此时电机接收所述重投力矩指令时不会由于反向充电现象而 产生制动力，避免了因此而降低电力机车舒适度的情况出现。
[0097] 本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他 实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
[0098] 对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。 对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的 一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明 将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一 致的最宽的范围。
【主权项】
1. 一种电力机车重投方法，其特征在于，应用于电力机车，所述电力机车重投方法包 括： SlOl:在电力机车掉电运行状态下判断所述电力机车是否满足重投条件，如果是，则进 人S102; S102:判断电机的反电动势是否大于牵引变流器的中间电压，如果是，则进入S103;如 果否，则进入S104; S103:启动所述牵引变流器，闭合隔离接触器，在预设时间后将重投力矩指令传送给所 述电机； S104:闭合所述隔离接触器，启动所述牵引变流器，将重投力矩指令传送给所述电机。2. 根据权利要求1所述的电力机车重投方法，其特征在于，所述重投条件包括:所述牵 引变流器上电并且自检通过。3. 根据权利要求1所述的电力机车重投方法，其特征在于，启动牵引变流器，闭合隔离 接触器，在预设时间后将重投力矩指令传送给所述电机包括： S1031:启动牵引变流器，将重投力矩指令置零，建立电压脉冲； S1032:闭合所述隔离接触器，在预设时间后恢复所述重投力矩指令，将恢复后的重投 力矩指令传送给所述电机。4. 根据权利要求1-3任一项所述的电力机车重投方法，其特征在于，所述预设时间的取 值范围为200ms-1000ms，包括端点值。5. 根据权利要求1-3任一项所述的电力机车重投方法，其特征在于，所述电机的反电动 势为电机的反电动势峰值。6. -种电力机车重投系统，其特征在于，应用于电力机车，所述电力机车重投系统包 括:重投判断单元、电压判断单元、高速重投单元和低速重投单元;其中， 所述重投判断单元，用于在电力机车掉电运行状态下判断所述电力机车是否满足重投 条件，如果是，则进入所述电压判断单元； 所述电压判断单元，用于判断电机的反电动势是否大于牵引变流器的中间电压，如果 是，则进入所述高速重投单元;如果否，则进入所述低速重投单元； 所述高速重投单元，用于启动所述牵引变流器，闭合隔离接触器，在预设时间后将重投 力矩指令传送给所述电机； 所述低速重投单元，用于闭合所述隔离接触器，启动所述牵引变流器，将重投力矩指令 传送给所述电机。7. 根据权利要求6所述的电力机车重投系统，其特征在于，所述高速重投单元包括： 启动单元，用于启动牵引变流器，将重投力矩指令置零，建立电压脉冲； 延时单元，用于闭合所述隔离接触器，在预设时间后恢复所述重投力矩指令，将恢复后 的重投力矩指令传送给所述电机。8. 根据权利要求6或7所述的电力机车重投系统，其特征在于，所述预设时间的取值范 围为200ms-1000ms，包括端点值。9. 根据权利要求6或7所述的电力机车重投系统，其特征在于，所述电机的反电动势为 电机的反电动势峰值。10. -种电力机车，其特征在于，包括至少一个如权利要求6-9任一项所述的电力机车 重投系统。
【文档编号】B60L7/00GK105946588SQ201610443517
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年6月20日
【发明人】尚敬, 许峻峰, 梅文庆, 文宇良, 曾小凡, 黄佳德, 张朝阳, 郑汉锋, 何亚屏
【申请人】中车株洲电力机车研究所有限公司