一种电力机车及其永磁电机交流传动电路的制作方法

本实用新型涉及轨道交通技术领域，特别是涉及一种电力机车及其永磁电机交流传动电路。

背景技术：

目前，国内的电力机车中，其传动电路主要采用的是直流电机以及异步牵引电机，特别是和谐系列的大功率交流传动电力机车，基本上采用的是异步牵引电机。

永磁电机具有功率密度高，传动扭矩大，低速效率高且在低速发热小等特点，但是，要将永磁电机应用在大功率的电力机车中，则需要对永磁电机的输入电压的相位进行精确的控制，使得对永磁电机的转速进行精确的控制，而目前，尚未有电力机车采用永磁电机的牵引传动系统。

综上所述，如何对永磁电机的输入电压的相位进行精确的控制，使得电力机车中可以采用永磁电机的牵引传动系统，是目前本领域技术人员急需解决的技术问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种电力机车及其永磁电机交流传动电路，使得电力机车中可以采用永磁电机的牵引传动系统。

为解决上述技术问题，本实用新型提供如下技术方案：

一种永磁电机交流传动电路，应用于电力机车中，包括：

输入端与受电弓连接，用于通过所述受电弓接收电网供电的网侧电路；

原边绕组与所述网侧电路的输出端连接，副边绕组与牵引控制单元TCU的输入端连接，用于进行电压变换的变压器；

输出端与永磁电机的输入端连接，用于对所述永磁电机进行供电的所述TCU；

所述永磁电机；

设置在所述永磁电机上，并与所述TCU的控制单元连接，用于将获取的所述永磁电机的转子位置发送至所述TCU，以使得所述TCU根据所述转子位置控制输入至所述永磁电机的电压相位的位置传感器。

优选的，所述受电弓包括第一受电弓以及第二受电弓，所述网侧电路包括：

网侧电路主体；

第一端与所述第一受电弓连接，第二端与所述网侧电路主体连接的第一高压断路器；

第一端与所述第二受电弓连接，第二端与所述第一高压断路器的第二端连接的第二高压断路器。

优选的，所述第一高压断路器以及所述第二高压断路器均为AC25kV真空高压断路器。

优选的，所述位置传感器为旋转变压器式位置传感器。

优选的，还包括：

第一端与所述TCU的输出端连接，第二端与所述永磁电机的输入端连接，用于控制第一端与第二端的导通以及关断的隔离电路。

优选的，所述隔离电路包括三个隔离接触器，每个所述隔离接触器分别与所述永磁电机的三相电路中的一路连接。

优选的，还包括：

与所述永磁电机连接，用于检测所述永磁电机的端部电压的电压传感器。

优选的，还包括，与所述电压传感器连接，用于当所述电压传感器检测出的电压高于预设的电压阈值时，发送提示信息的报警器。

优选的，还包括：与所述永磁电机连接，用于检测所述永磁电机的定子温度的温度传感器。

一种电力机车，包括上述任一项所述的永磁电机交流传动电路。

应用本实用新型实施例所提供的技术方案，应用于电力机车中，包括：输入端与受电弓连接，用于通过受电弓接收电网供电的网侧电路；原边绕组与网侧电路的输出端连接，副边绕组与牵引控制单元TCU的输入端连接，用于进行电压变换的变压器；输出端与永磁电机的输入端连接，用于对永磁电机进行供电的TCU；永磁电机；设置在永磁电机上，并与TCU的控制单元连接，用于将获取的永磁电机的转子位置发送至TCU，以使得TCU根据转子位置控制输入至永磁电机的电压相位的位置传感器。

本申请的方案，在电力机车的交流传动电路中，将位置传感器设置在永磁电机上，并与TCU的控制单元连接，永磁电机的转子位于不同位置时，位置传感器输入不同的结果，相应的，TCU便可以根据位置传感器输出的结果，对输入至永磁电机的电压相位进行控制，进而也就使得TCU可以对永磁电机的转速进行精确的控制。由于可对永磁电机的转速进行精确的控制，也就使得本申请的永磁电机交流传动电路可以应用在电力机车中。因此，本申请的方案可以对永磁电机的输入电压的相位进行精确的控制，使得电力机车中可以采用永磁电机的牵引传动系统。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型中一种永磁电机交流传动电路的结构示意图；

图2为现有技术中网侧电路的部分结构示意图；

图3为本实用新型具体实施方式中的永磁电机交流传动电路的结构示意图。

具体实施方式

本实用新型的核心是提供一种永磁电机交流传动电路，可以对永磁电机的输入电压的相位进行精确的控制，使得电力机车中可以采用永磁电机的牵引传动系统。

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

请参考图1，图1为本实用新型中一种永磁电机交流传动电路的结构示意图，该永磁电机交流传动电路应用于电力机车中，包括：

输入端与受电弓连接，用于通过受电弓接收电网供电的网侧电路10。

网侧电路10的输入端通常与受电弓连接，通过受电弓接收电网的供电，输出端连接至交流传动电路的主变压器上。可参阅图2，为现有技术中网侧电路的部分结构示意图，图中的25kv，50Hz表示的即为受电弓。

原边绕组与网侧电路10的输出端连接，副边绕组与牵引控制单元TCU30的输入端连接，用于进行电压变换的变压器20。

该变压器20指的是该永磁电机交流传动电路的主变压器，其原边绕组与网侧电路10的输出端连接，副边绕组与TCU(Traction Control Unit，牵引控制单元)的输入端连接。变压器20可以用于电压调节，通常需要对经由网侧电路10输入的电压进行降压，进而输入至TCU30中。由于TCU30中可以包含多个逆变支路，变压器20可以设置多个副边绕组，并不影响本实用新型的实施。可参阅图3，图3为本实用新型一种具体实施方式中永磁电机交流传动电路的结构示意图，在图3中，示出了变压器20包含两个副边绕组。

输出端与永磁电机40的输入端连接，用于对永磁电机40进行供电的TCU30。

在传动系统正常工作时，TCU30可以通过输出的电压，实现对永磁电机40的端部电压的调节，也就实现了对永磁电机40的转子的输入电压的调节。该调节包括了电压的大小以及相位的调节，在现有技术中，即可实现通过控制TCU的相应参数对输出电压的大小以及相位进行调节，常用的方式是利用TCU中的控制单元进行调节，例如，在进行信号调制时，调整载波的相位，使得生成的脉冲波的相位发生相适应的变化，也即改变了输出电压的相位。

永磁电机40。

本实用新型的方案中的永磁电机40，通常可以为永磁同步电机。

设置在永磁电机40上，并与TCU30的控制单元连接，用于将获取的永磁电机40的转子位置发送至TCU30，以使得TCU30根据转子位置控制输入至永磁电机40的电压相位的位置传感器50。

位置传感器50可以获取永磁电机40的转子位置，具体选取的位置传感器50的类别不同，其检测出的转子位置的体现形式可以不同，安装位置也可以进行相适应的调整。采用的位置传感器50可以为光电编码器式位置传感器，高频信号注入式位置传感器以及旋转变压器式位置传感器等。

在本实用新型的一种具体实施方式中，考虑到旋转变压器式位置传感器具有误差小，精度高，损耗小、效率高以及有较强的抵抗外界恶劣环境的能力等优点，并且，在永磁电机40的转子静止时，依然能够准确地判断出转子的位置，因此申请人选取旋转变压器式位置传感器。当转子转动到不同位置时，旋转变压器式位置传感器可以输出不同大小的电压，即通过不同大小的电压体现出转子的不同位置。

位置传感器50获取到永磁电机40的转子位置之后，将该位置信息输出至TCU30的控制单元。例如上述例子中，对于永磁电机40的转子的不同位置，旋转变压器式位置传感器可以向TCU30的控制单元输出不同大小的电压。TCU30获得转子的位置之后，可以根据转子位置相适应地控制输出的电压的相位。具体的，可以根据旋转变压器式位置传感器的输出电压，按照预先确定的对应关系，对输出电压的相位以及大小进行控制，该对应关系可由具体实施环境来确定。例如在具体场合中，电力机车的永磁电机40的转子处于某一位置时，通过实验数据或者理论分析，确定出此时应该提供给转子的合适的电压大小以及相位，以此进行对应关系的确定。当然，建立在现有技术中TCU30可以控制其输出的电压大小以及相位的基础上，将转子位置作为决定电压相位的参数，在技术上属于常规的操作手段，此处不再赘述。

应用本实用新型所提供的永磁电机交流传动电路，应用于电力机车中，包括：输入端与受电弓连接，用于通过受电弓接收电网供电的网侧电路；原边绕组与网侧电路的输出端连接，副边绕组与牵引控制单元TCU的输入端连接，用于进行电压变换的变压器；输出端与永磁电机的输入端连接，用于对永磁电机进行供电的TCU；永磁电机；设置在永磁电机上，并与TCU的控制单元连接，用于将获取的永磁电机的转子位置发送至TCU，以使得TCU根据转子位置控制输入至永磁电机的电压相位的位置传感器。

本申请的方案，在电力机车的交流传动电路中，将位置传感器设置在永磁电机上，并与TCU的控制单元连接，永磁电机的转子位于不同位置时，位置传感器输入不同的结果，相应的，TCU便可以根据位置传感器输出的结果，对输入至永磁电机的电压相位进行控制，进而也就使得TCU可以对永磁电机的转速进行精确的控制。由于可对永磁电机的转速进行精确的控制，也就使得本申请的永磁电机交流传动电路可以应用在电力机车中。因此，本申请的方案可以对永磁电机的输入电压的相位进行精确的控制，使得电力机车中可以采用永磁电机的牵引传动系统。

在本实用新型的一种具体实施方式中，受电弓包括第一受电弓以及第二受电弓，网侧电路10包括：

网侧电路主体；

第一端与第一受电弓连接，第二端与网侧电路主体连接的第一高压断路器；

第一端与第二受电弓连接，第二端与第一高压断路器的第二端连接的第二高压断路器。

在电力机车中，主传动电路的故障很多是集中在网侧电路10的高压断路器上，图2中的4QF即为高压断路器，高压断路器正常工作时，可以控制相应电路正常的通断，如果发生故障，正常情况下需要关断时，往往不能保证关断，从而可能会引发相关故障，甚至造成人员以及设备的损伤等严重后果。

本申请的方案中，考虑到高压断路器容易故障，设置了两个高压断路器以提高电路的可靠性。具体的，可参阅图3，第一高压断路器的第一端与第一受电弓连接，第二端与网侧电路主体连接；第二高压断路器的第一端与第二受电弓连接，第二端与第一高压断路器的第二端。网侧电路主体可以理解为网侧电路10中，除去高压断路器的剩余部分，图3中主要示出的是两个高压断路器的连接结构，对于网侧电路10的剩余部分图3并未示出，可以参照现有技术中的网侧电路。该种实施方式中，当两个高压断路器中的一个故障时，只要另一个高压断路器正常关断，即可使得电路关断，也就提高了电力机车的交流传动电路的可靠性。

在具体实施时，考虑到真空高压断路器具有受环境影响小，性能安全、可靠稳定、允许的开断次数多，适于频繁操作以及操作时噪声小等优点，第一高压断路器以及第二高压断路器可以均为AC25kV真空高压断路器。

在本实用新型的一种具体实施方式中，还包括：

第一端与TCU30的输出端连接，第二端与永磁电机40的输入端连接，用于控制第一端与第二端的导通以及关断的隔离电路。

隔离电路的结构可以参阅图3，隔离电路分别与TCU30的输出端以及永磁电机40的输入端连接，可以控制第一端与第二端的导通以及关断，也就控制了TCU30与永磁电机40之间的电连接的导通以及关断。可以在主传动系统故障时，通过隔离电路，切断TCU30与永磁电机40之间的电连接。因此，通过隔离电路的设置，当主传动系统故障，TCU30无法控制永磁电机40的端部电压时，将TCU30与永磁电机40之间的电连接切断，便可以避免永磁电机40持续转动而向系统输入电能引起的故障。通常，每个永磁电机40可以设置有与其相对应的一个隔离电路。

在具体设置隔离电路时，由于电力机车中的永磁电机40采用三相交流供电的方式，因此一个隔离电路可以设置三个隔离接触器，每个隔离接触器分别与永磁电机40的三相电路中的一路连接。也就是说，对于三相电路中的每一相，可以通过相对应的隔离接触器控制该路的通断。当然，也可以为一个隔离电路中设置其他数量的隔离接触器，例如仅设置一个隔离接触器，通过这一个隔离接触器同时控制三相电路的导通以及关断，并不影响本实用新型的实施。

在本实用新型的一种具体实施方式中，还包括：

与永磁电机40连接，用于检测永磁电机40的端部电压的电压传感器。

由于永磁电机40应用在电力机车的传动系统中时，需要对永磁电机40的转速进行精确的控制，并且主传动系统如果故障，永磁电机40可能会转变为发电机从而引起系统的故障。因此，在该种实施方式中，可以设置与永磁电机40连接，用于检测永磁电机40的端部电压的电压传感器。当检测出永磁电机40的端部电压异常时，例如超出预设的范围时，或者高于预设的电压阈值时，可以进行提示信息的输出。具体的，可以通过与电压传感器连接的报警器进行提示信息的输出，报警器可以为提示灯以及蜂鸣器等装置，以便永磁电机40的端部电压出现问题时，能够及时地被工作人员发现并处理。

在本实用新型的一种具体实施方式中，还包括：与永磁电机40连接，用于检测永磁电机40的定子温度的温度传感器。考虑到温度信息可以对永磁电机40的疲劳程度以及故障状态等进行一定的体现，因此该种实施方式中，设置与永磁电机40连接，用于检测永磁电机40的定子温度的温度传感器，以便于从温度的角度，对永磁电机40的状态进行监控。

相应于上面描述的永磁电机交流传动电路，本实用新型还提供了一种电力机车，该电力机车可以包括上述任一实施例中的永磁电机交流传动电路，此处不重复说明。

还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的技术方案及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。