牵引变流系统主电路、控制方法及其系统与流程

本发明涉及动力机车领域，尤其涉及一种牵引变流系统主电路及其控制方法。

背景技术：

随着单动力机车的普及，动力机车在运用的可靠性与对路线的适用性方面显得越来越重要。

现有技术中，我国铁路干线地势地貌差异大，覆盖区域广，因此，在电气化铁路干线的地区，通常使用电力动力源机车，在未实现电气化铁路干线的地区，使用内燃动力源机车，但是，当机车驶入内电干线分界处，必须实施内燃动力源机车和电力动力源机车车头的轮换值乘。

由于现有技术中需要对内燃动力源机车和电力动力源机车的车头进行轮换值乘，给铁路运输带来了极大不便，因此，如何实现双动力源机车在不同动力下的自动转换，提高机车运用的可靠性和对线路的适应性，是本领域技术人员亟待解决的问题。

技术实现要素：

为了解决现有技术中的技术问题，本发明提出一种牵引变流系统主电路、控制方法及其系统，通过把内燃和电力两种动力源的主电路系统进行重组架构，能够实现双动力源机车在不同动力下的自动转换及持续运行。

根据本发明实施例的第一方面，提供一种牵引变流系统主电路，包括：第一电源模块、第二电源模块、开关模块、变流器组和控制器；其中：

所述变流器组包括有n个变流器，所述变流器组的一端和所述开关模块连接，所述变流器组的另一端分别和n个电机连接，所述n为大于或等于2的正整数；

所述开关模块的一端分别与所述第一电源模块和所述第二电源模块连接，所述开关模块的另一端与所述变流器组连接；

所述控制器分别和所述第一电源模块、所述第二电源模块、所述开关模块和所述变流器组电连接，所述控制器用于控制所述开关模块的断开或闭合，以控制由所述第一电源模块或所述第二电源模块为所述n个电机供电。

可选的，所述开关模块中包括第一开关和第二开关，所述第一开关的一端和第一电源模块连接，所述第一开关的另一端和所述变流器组连接；所述第二开关的一端和第二电源模块连接，所述第二开关的另一端和所述变流器组连接，所述第一开关和所述第二开关的控制端分别和所述控制器连接。

可选的，所述n为2。

可选的，在所述控制器控制所述第一开关闭合，且控制所述第二开关断开时，所述n个变流器为逆变器，且所述n个变流器的一端分别和所述第一开关连接，所述n个变流器的另一端分别和所述n个电机一一对应连接。

可选的，在所述控制器控制所述第一开关断开，且控制所述第二开关闭合时，所述n个变流器中第一个变流器为整流器，第二个变流器为逆变器，所述第一个变流器的交流端和所述第二开关连接，所述第一个变流器的直流端和所述第二个变流器的直流端连接，所述第二个变流器的交流端分别和n个电机连接。

可选的，所述第一电源模块包括电力动力源模式的电源，所述第二电源模块包括内燃机动力模式的电源。

可选的，还包括n个第三开关，所述变流器组的另一端分别和所述n个第三开关的第一端连接，所述n个第三开关的第二端分别和n个电机一一连接。

根据本发明实施例的第二方面，提供一种牵引变流系统，包括第一方面所述的牵引变流系统主电路和n个电机，其中，所述牵引变流系统主电路为所述电机供电。

可选的，所述系统中还包括列车负载，所述牵引变流系统主电路为所述列车负载供电。

根据本发明实施例的第三方面，提供一种牵引变流系统主电路的控制方法，包括：

控制器向开关模块发送控制指令；所述控制指令用于控制所述开关模块的断开或闭合；

所述开关模块根据所述控制指令，执行断开或闭合的操作，以控制由第一电源模块或第二电源模块为n个电机供电。

本发明实施例提供的牵引变流系统主电路、控制方法及其系统，包括：第一电源模块、第二电源模块、开关模块、变流器组和控制器；其中：变流器组包括有n个变流器，变流器组的一端和开关模块连接，变流器组的另一端分别和n个电机连接，n为大于或等于2的正整数；开关模块的一端分别与第一电源模块和第二电源模块连接，开关模块的另一端与变流器组连接；控制器分别和第一电源模块、第二电源模块、开关模块和变流器组电连接，控制器用于控制开关模块的断开或闭合，以控制由第一电源模块或第二电源模块为n个电机供电；由于通过控制器向开关模块发送第一开关闭合且第二开关断开的控制指令，开关模块执行控制指令，即开关模块中第一开关执行闭合操作，且第二开关执行断开操作，此时，将由第一电源模块供电，即机车处于电力动力源模式；当控制器在检测到需要转换动力源时，控制器向开关模块发送第一开关断开且第二开关闭合的控制指令，开关模块执行控制指令，即开关模块中第一开关执行断开操作，且第二开关执行闭合操作，此时，将由第二电源模块供电，即机车处于内燃动力源模式。由此实现双动力源机车在不同动力下的自动转换，提高机车运用的可靠性和对线路的适应性。

附图说明

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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明根据一示例性实施例示出的一种牵引变流系统主电路的结构示意图。

图2a是本发明根据另一示例性实施例示出的一种牵引变流系统在电力动力源模式下主电路的结构示意图。

图2b是本发明根据另一示例性实施例示出的一种牵引变流系统在内燃动力源模式下主电路的结构示意图。

图3a是本发明根据又一示例性实施例示出的一种牵引变流系统主电路的结构示意图。

图3b是本发明根据又一示例性实施例示出的一种牵引变流系统主电路在电力动力模式下机车牵引能量流向示意图。

图3c是本发明根据又一示例性实施例示出的一种牵引变流系统主电路在内燃动力模式下机车牵引能量流向示意图。

图4是本发明根据一示例性实施例示出的一种牵引变流系统主电路的控制方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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作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。

图1是本发明根据一示例性实施例示出的一种牵引变流系统主电路的结构示意图。如图1所示，该牵引变流系统主电路，包括：第一电源模块11、第二电源模块12、开关模块13、变流器组14和控制器(未示出)；其中：变流器组14包括有n个变流器，变流器组14的一端和开关模块11连接，变流器组14的另一端分别和n个电机连接，n为大于或等于2的正整数；开关模块13的一端分别与第一电源模块11和第二电源模块12连接，开关模块13的另一端与变流器组14连接；控制器分别和第一电源模块11、第二电源模块12、开关模块13和变流器组14电连接，控制器用于控制开关模块13的断开或闭合，以控制由第一电源模块11或第二电源模块12为n个电机供电。

在本实施例中，第一电源模块11包括电力动力源模式的电源，第二电源模块12包括内燃机动力模式的电源。当然，第一电源模块11也可以为内燃机动力模式的电源，第二电源模块12也可以为电力动力源模式的电源。另外，第一电源模块11和第二电源模块12还可以为其他形式的供电电源。

另外，变流器组14中包括有n个变流器，变流器组14的一端和开关模块13连接，变流器组14的另一端分别和n个电机连接，其中，各变流器可以用于将电源模块输出的直流电转换为交流电，也可用于将交流电源输出的交流电整流为直流电，最终达到给电机供电的目的。

在本实施例中，控制器可为机车的微机控制系统(traincontrolandmanagementsystem,tcms)，通过控制器可以控制机车中的其他设备，以达到机车的正常运行。控制器与开关模块13电连接，控制器用于控制开关模块13的断开或闭合。控制器在检测到需要转换动力源，如检测到列车驶入内电干线分界处时，控制器会发送控制指令给开关模块13，开关模块13根据接收到的控制指令，执行相应的操作，以控制由第一电源模块11或第二电源模块12为n个电机供电。

本发明实施例提供的牵引变流系统主电路，包括：第一电源模块11、第二电源模块12、开关模块13、变流器组14和控制器；其中：变流器组14包括有n个变流器，变流器组14的一端和开关模块13连接，变流器组14的另一端分别和n个电机连接，n为大于或等于2的正整数；开关模块13的一端分别与第一电源模块11和第二电源模块12连接，开关模块13的另一端与变流器组14连接；控制器分别和第一电源模块11、第二电源模块12、开关模块13和变流器组14电连接，控制器用于控制开关模块13的断开或闭合，以控制由第一电源模块11或第二电源模块12为n个电机供电；由于通过控制器向开关模块13发送第一开关131闭合且第二开关132断开的控制指令，开关模块13执行控制指令，即开关模块13中第一开关131执行闭合操作，且第二开关132执行断开操作，此时，将由第一电源模块11供电，即机车处于电力动力源模式；当控制器在检测到需要转换动力源时，控制器向开关模块13发送第一开关131断开且第二开关132闭合的控制指令，开关模块13执行控制指令，即开关模块13中第一开关131执行断开操作，且第二开关132执行闭合操作，此时，将由第二电源模块12供电，即机车处于内燃动力源模式。由此实现双动力源机车在不同动力下的自动转换，提高机车运用的可靠性和对线路的适应性。

图2a是本发明根据另一示例性实施例示出的一种牵引变流系统在电力动力源模式下主电路的结构示意图，图2b是本发明根据另一示例性实施例示出的一种牵引变流系统在内燃动力源模式下主电路的结构示意图。本实施例在图1所示实施例的基础上，对开关模块13和变流器组14作详细说明，如图2a至2b所示，开关模块13中包括第一开关131和第二开关132，第一开关131的一端和第一电源模块11连接，第一开关131的另一端和变流器组14连接；第二开关132的一端和第二电源模块12连接，第二开关132的另一端和变流器组14连接，第一开关131和第二开关132的控制端分别和控制器连接；变流器组14包括有n个变流器，变流器组14的一端和开关模块13连接，变流器组14的另一端分别和n个电机连接，n为大于或等于2的正整数。

其中，第一开关131用于控制第一电源模块11的供电，第二开关132用于控制第二电源模块12的供电。

可选的，开关模块13中还可以包括n个第三开关，n个第三开关的第一端与变流器组14的另一端连接，n个第三开关的第二端分别和n个电机一一连接，n个第三开关用于控制变流器组14将电能量传递给电机的模式，可以包括轴控模式和架空模式两种模式以控制电机的运行，其中，第三开关的数量应当与变流器组14中的变流器个数及电机的个数一致。

可选的，控制器控制开关模块13时有两种情况，具体如下：

可参照图2a，在控制器控制第一开关131闭合，且控制第二开关132断开时，n个变流器为逆变器，该n个逆变器的一端分别和第一开关131连接，该n个逆变器的另一端分别和n个电机一一对应连接，n个第三开关的第一端与n个逆变器的另一端连接，n个第三开关的第二端分别和n个电机一一连接。其中，当控制器向第一开关131发送闭合控制指令且向第二开关132发送断开控制指令时，第一开关131将执行闭合的操作，且第二开关132将执行断开的操作，此时，将由第一电源模块11供电，即机车处于电力动力源模式，同时n个逆变器的一端分别和第一开关131连接，n个逆变器的另一端分别和n个电机一一对应连接，控制器控制第三开关闭合，此时，n个逆变器分别为n个电机一一对应供电，从而实现机车在电力动力源模式下的独立轴控运行，完成第一电源模块11为电机供电的目的。

可选的，参照图2b，控制器控制第一开关131断开，且控制第二开关132闭合时，n个变流器中第一个变流器为整流器，第二个变流器为逆变器，第一个变流器的交流端和第二开关132连接，且第一个变流器的直流端和第二个变流器的直流端连接，第二个变流器的交流端分别和n个电机连接，n个第三开关的第一端与第二个变流器的另一端连接，n个第三开关的第二端分别和n个电机一一连接。其中，当控制器向第一开关131发送断开控制指令且向第二开关132发送闭合控制指令时，第一开关131将执行断开的操作，且第二开关132将执行闭合的操作，此时，将由第二电源模块12供电，即机车处于内燃动力源模式，同时第一个变流器的交流端和第二开关132连接，且第一个变流器的直流端和第二个变流器的直流端连接，第二个变流器的交流端分别和n个电机连接，控制器控制第三开关闭合，此时，第二个变流器为n个电机分别供电，从而实现机车在内燃动力源模式下的架控运行，完成第二电源模块12为电机供电的目的。

值得特别注意的是，在电力动力源模式下，变流器组中的n个变流器为n个逆变器，在内燃动力源模式下，变流器组中的第一个变流器为整流器，第二个变流器为逆变器，通过电力动力模式下的一个逆变器装换成为内燃动力源模式下的一个整流器，以此实现双动力源的转换。

在本实施例中，通过控制器向第一开关131与第二开关132发送控制指令，以控制第一开关131与第二开关132的断开或闭合，第一开关131与第二开关132根据控制指令执行断开或闭合的操作，从而根据第一开关131与第二开关132断开或闭合的状态，来控制由第一电源模块11或第二电源模块12为n个电机供电，由此实现双动力源机车在不同动力下的自动转换，提高机车运用的可靠性和对线路的适应性。另外，由于将内燃和电力两种动力源的主电路系统进行重组架构，不仅满足机车内电多动力的供电需求，而且解决了在机车有限的空间内无法实现多动力转换装置的问题。

下面，以变流器组14中包括两个变流器为例，详细说明双动力源机车在不同的动力下，如何实现自动转换的过程。

图3a是本发明根据又一示例性实施例示出的一种牵引变流系统主电路的结构示意图。如图3a所示，第一电源模块包括：电力动力电源，其中，该主电路中还包括两个整流器，每个整流器的一端和电力电源连接，整流器cov1的输出端的两端分别与电压保护装置g1和电阻r1连接，整流器cov2的输出端的两端分别与电压保护装置g2和电阻r1连接，进而分别与两个变流器连接，其中，此模式下的变流器组为两个逆变器。整流器主要用于将电力动力电源输出的交流电整流为直流电，进而逆变器将直流电转换为交流电以给电机供电，电压保护装置和电阻，主要用于来降低整流器输出的直流电压；第二电源模块可包括：内燃动力电源，其中，该主电路中还包括电压保护装置g1和g2，以及电阻r1和r2，电压保护装置g1和电阻r1串联后与变流器inv1的直流端连接，电压保护装置g2和电阻r2串联后与变流器inv2的直流端连接，电压保护装置和电阻的数量与逆变器的个数对应一致，电压保护装置和电阻均是为了降低电路中的电压，来保护变流器减少损害，确保供电的正常运行，电压保护装置可为二极管等，对电压保护装置的选择，本发明不做限制。具体的，当机车在电力动力模式下，机车通过电网受流方式经过主变压器降压转换，由两组独立的牵引绕组向牵引变流器供电，同时机车微机系统(traincontrolandmanagementsystem,tcms)控制第一开关(接触器km2)闭合和第二开关(接触器km4)断开，同时第三开关(接触器km3)断开，机车牵引能量先经四象限整流器cov1/cov2整流，再经逆变器inv1/inv2逆变成两路独立的三相变压变频电源，给机车的牵引电机m1和牵引电机m2供电。机车牵引能量流向(图中箭头所指方向)，请参照图3b所示，机车当处在电力动力模式下，电力电源输出三相交流电，经过整流器将交流电整流为直流电，通过控制开关，又将直流电经过逆变器转换为交流电，供给电机，在此模式下，两个逆变器分别给两个电机供电，实现机车在电力动力模式下的独立轴控运行。

可选的，当机车在内燃动力模式下，机车通过柴油机eg1驱动机车主牵引发电机gs1发出三相交流电源，同时机车微机系统(traincontrolandmanagementsystem,tcms)控制开关模块中第一开关(接触器km2)断开，第二开关(接触器km4)闭合，同时第三开关(接触器km3)闭合，在此模式下，变流器inv2为整流器，变流器inv1为逆变器，机车牵引能量先经牵引变流器中的整流器inv2进行三相整流变成直流电源，直流电源再经牵引变流器的逆变器inv1进行三相逆变，将三相变压变频电源给机车的牵引电机m1和牵引电机m2供电，此时牵引电机m1和m2都由逆变器inv1供电，机车牵引能量流向(图中箭头所指方向)，请参照图3c所示，机车当处在内燃动力模式下，内燃电源输出三相交流电，经过整流器inv2将交流电转换为直流电，又将直流电经过逆变器inv1转换为交流电，通过控制第三开关，分别供给两个并联电机，在此模式下，一个逆变器为两个电机分别供电，完成机车在内燃动力模式下的架控运行。

在本实施例中，通过对开关的切换控制，使电力动力模式下的一个三相逆变器变为内燃动力模式下的一个三相整流器，来完成将主发电机发出的三相交流电源整流成直流电源，然后再将该直流电源通过另一个三相逆变器进行三相逆变，满足机车在内燃动力供电模式与电力动力供电模式共用牵引变流系统，完成内电融合的控制需求，通过对内燃动力源和电力动力源的融合，提高了机车变流器组的循环利用率，降低了双动力机车的投资成本。

继续参照图1所示，在上述各实施例的基础上，本发明实施例还提供一种牵引变流系统，该系统包括牵引变流系统主电路10和n个电机20，其中，牵引变流系统主电路为电机供电。本发明实施例提供的牵引变流系统，可以执行上述对应的电路结构实施例，其实现原理和技术效果类似，在此不再赘述。

可选的，系统中还包括列车负载，牵引变流系统主电路为列车负载供电。具体的列车负载可包括：空调、照明及换气等，负载供电可根据具体情况而定，本实施例对此不做限制。

在本实施例中，牵引变流系统由牵引变流系统主电路和电机组成，牵引变流系统主电路主要通过控制器控制开关模块来控制不同动力源为电机供电。电机是牵引机车的主要动力，以达到机车的正常运行。另外，在本发明中，通过对内燃动力源和电力动力源的融合，省去了内燃动力模式下针对柴油发电机组所需的专用三相整流装置及对应冷却系统，又有效降低了内电双动力机车变流设备的重量、体积、成本，节省了机车的安装空间，在降低机车硬件设备成本的同时节省了安装空间，从而提高了机车的经济效益。图4是本发明根据一示例性实施例示出的一种牵引变流系统主电路的控制方法的流程图。该方法可以应用于如上任一实施例中所述的牵引变流系统主电路中，如图4所示，本实施例的方法可以包括：

步骤401：控制器向开关模块发送控制指令；控制指令用于控制开关模块的断开或闭合。

在本步骤中，控制器通过向开关模块发送控制指令，控制指令用于控制开关模块中第一开关和第二开关的断开或闭合，具体的，当控制器向开关模块发送第一开关断开和第二开关闭合的指令时，开关模块执行中第一开关断开且第二开关闭合的操作；当控制器向开关模块发送第一开关闭合和第二开关断开的指令时，开关模块执行第一开关闭合且第二开关断开的操作。

步骤402：开关模块根据控制指令，执行断开或闭合的操作，以控制由第一电源模块或第二电源模块为n个电机供电。

在本步骤中，开关模块根据控制指令，开关模块中第一开关和第二开关执行断开或闭合的操作，以控制由第一电源模块或第二电源模块为n个电机供电，具体的，当开关模块中第一开关闭合且第二开关断开时，此时n个变流器的一端分别和第一开关连接，n个变流器的另一端分别和n个电机一一对应连接，此时，开关模块中第一开关与第一电源模块连接，开关模块以此来控制第一电源模块为n个电机供电；当开关模块中第一开关断开且第二开关闭合时，此时n个变流器的一端分别和第二开关连接，第一个变流器的直流端和第二个变流器的直流端连接，第二个变流器的交流端分别和n个电机连接，此时，开关模块中第二开关与第二电源模块连接，开关模块以此来控制第二电源模块为n个电机供电。因此，开关模块根据接收到的控制指令，执行断开或闭合的操作，以控制由第一电源模块或第二电源模块为n个电机供电。

本实施例提供的牵引变流系统主电路的控制方法，通过控制器向开关模块发送控制指令，控制指令用于控制开关模块的断开或闭合；开关模块根据控制指令，执行断开或闭合的操作，以控制由第一电源模块或第二电源模块为n个电机供电；由于通过控制器向开关模块发送第一开关闭合且第二开断开开的控制指令，开关模块执行控制指令，即开关模块中第一开关闭合，且第二开关断开，当控制器在检测到需要转换动力源时，控制器向开关模块发送第一开关断开且第二开关闭合的控制指令，开关模块执行控制指令，即开关模块中第一开关断开，且第二开关闭合。由此实现双动力源机车在不同动力下的自动转换，提高机车运用的可靠性和对线路的适应性。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。