专利名称：机车同步信号相位检测装置、机车供电系统和电力机车的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电气控制技木，尤其涉及ー种机车同步信号相位检测装置、机车供电系统和电カ机车。
背景技术：
在电气化铁路中，接触网是电气化铁道的供电电网，电カ机车的供电系统从电网取得电能。图4为现有技术提供的电カ机车供电系统的结构示意图，如图4所示，该供电系统主要包括依次串联的牵引变压器10、电抗器11和变流器12，并且，在电网16与牵引变压器10的输入端之间设置有电压互感器13，电压互感器13的输出端依次串接有同步变压器14 和控制单元15。通常在机车车顶上安装有受电弓17，通过受电弓17与电网16导线接触以将电网16的电能引入牵引变压器10，通过牵引变压器10对从电网16引入的电压进行变换后输出电压U1作为变流器12输入侧的控制电压U。，经过变流器12对该控制电压进行整流逆变等处理后可作为机车中牵引电机的电压源，以通过牵引电机为机车提供牵引动力，进而通过电カ机车牵引各节车体运行。并且，当列车运行在制动状态吋，牵引电机可作为发电机输出电能，变流器对牵引电机输出的电能经过逆变整流等处理后输出并回馈到电网。此处电抗器11的作用是，当该牵引电机负载或者供电系统的线路中发生短路现象时，可起到増大短路阻杭，限制变流器12输入侧短路电流的作用，以对变流器12进行保护。上述的供电系统中，通过电压互感器和同步变压器将较高等级的电网电压变换成较低等级的电压后输出一低压电信号，该低压电信号作为同步信号提供给控制単元，该同步信号在整个供电系统中起着重要作用，该同步信号应该为与电网电压相位相同的信号，控制单元根据该同步信号产生对变流器的控制信号，使变流器输入侧的电压与电网电压的相位相同。如果得到的该同步信号与电网电压波形相位相反，控制单元根据该同步信号产生对变流器的控制信号后，变流器输入侧的电压会与电网电压相位相反，此时，将造成变流器输入侧的电压波动，因此对变流器中的元器件造成损害，也对整个供电系统中的各设备正
常工作产生影响。为避免上述现象的发生，目前采用的方法是，采集来自电网电压的高压信号，并采集同步变压器输出侧的同步信号，以对同步信号的相位与电网电压波形的相位进行比较，当发现同步信号的相位与电网电压相位相反时，修改电压互感器和同步电压器之间的接线，以使同步信号的相位与电网电压相位相同，而机车中供电系统通常采用预布线，因此，修改硬件电路接线的工作较繁琐
实用新型内容
[0009]本实用新型第一个方面是提供ー种机车同步信号相位检测装置，以避免修改供电系统中硬件线路的繁琐エ序。该机车同步信号相位检测装置，包括电流采集模块，连接于机车供电系统中变流器的输入侧，用于采集机车供电系统中变流器输入侧的电流值；比较模块，与所述电流采集模块相连，用于当判断获知所述电流值大于预设门限值时，生成相位变换信号；相位变换模块，所述相位变换模块的输入端分别与机车供电系统中同步信号生成装置和所述比较模块相连，所述相位变换模块的输出端与供电系统中的控制单元相连，用于根据所述相位变换信号将接收到的同步信号生成装置生成的同步信号的相位増加或减少设定度数以传送给控制単元。本实用新型另ー个方面是提供一种机车供电系统，包括依次串接的牵引变压器、电抗器和变流器，且所述牵引变压器的输出侧连接同步信号生成装置，所述同步信号生成装置用于生成同步信号，还包括本实用新型提供的相位检测装置和控制单元，所述相位检测装置中的所述相位变换模块的输出端与所述控制単元相连，所述控制単元用于根据所述相位变换模块输出的同步信号生成对变流器的控制信号，以控制变流器输入侧的控制电压与电网电压相位相同。本实用新型又ー个方面是提供一种电カ机车，该电カ机车，包括包括受电弓和牵引电机，还包括本实用新型提供的供电系统，所述供电系统中的牵引变压器通过所述受电弓与电网相连，所述供电系统中的变流器与所述牵弓I电机相连。本实用新型提供的机车同步信号相位检测装置，通过电流检测模块采集机车中变流器输入侧的电流值，然后通过比较模块将电流值与预设门限值进行比较判断，以生成相位变换信号，相位变换装置根据生成的相位变换信号对机车供电系统中同步信号进行处理后，即可使同步信号的相位与电网电压相位相同，以传送给控制単元，控制单元将根据该同步信号产生对变流器的控制信号，使变流器输入侧的控制电压与电网电压的相位相同，该检测装置不用修改供电系统中的硬件电路接线即可实现改变同步信号相位的目的，从而免去了修改硬件线路的繁琐エ序，并且，该种检测装置结构简单、容易实现，不必设置复杂的装置，因此，可简化机车中供电系统的电路结构。
图I为本实用新型实施例所提供的机车同步信号相位检测装置的结构示意图；图2为本实用新型实施例所提供的机车供电系统的结构示意图；图3为本实用新型实施例所提供的机车同步信号相位检测方法的流程图；图4为现有技术所提供的电カ机车供电系统的结构示意图。
具体实施方式
本实用新型实施例提供了ー种机车同步信号相位检测装置，图I为本实用新型实施例所提供的机车同步信号相位检测装置的结构示意图，如图I所示，该检测装置包括电流采集模块200、比较模块201和相位变换模块202。[0022]电流采集模块200连接于机车供电系统中变流器32的输入侧，用于采集机车供电系统中的变流器32输入侧的电流值。 比较模块201与电流采集模块200相连，用于当判断获知电流值大于预设门限值时，生成相位变换信号；相位变换模块202的输入端分别与机车供电系统中同步信号生成装置33和比较模块201相连,相位变换模块202的输出端与供电系统中的控制单兀34相连,用于根据相位变换信号将接收到的同步信号生成装置33生成的同步信号的相位増加或減少设定度数以传送给控制単元34。上述的电流采集模块、比较模块和相位变换模块均可采用相应的电路或者包含相关程序指令的硬件实现，例如，电流采集模块可以为电流传感器、电流表等，比较模块可以为比较电路或包含比较指令的可编程控制器(Programmable Logic Controller,简称PLC)，相位变换模块均可采用相应的电路或者包含相关程序指令的硬件实现，例如，相位变换模块可以为移相器器或者包含相位变换指令的微控制器等。该检测装置可单独设置，也可以集成在现有机车供电系统的控制単元中，在控制単元中増加相应的功能模块即可。该相位检测装置用于检测机车供电系统中同步信号的相位，下面结合图3所示的机车供电系统的工作原理介绍本实施例提供的相位检测装置的原理。图2为本实用新型实施例所提供的机车供电系统的结构示意图，如图2所示，该机车供电系统，包括串接的牵引变压器30、电抗器31和变流器32，并且，牵引变压器30的输入侧连接有同步信号生成装置33。牵引变压器30的一次侧通过受电弓35与电网36相连，牵引变压器30的二次侧通过电抗器31与变流器32相连，控制单元34与变流器32相连。在机车车顶上安装有受电弓35，通过受电弓35与电网36导线接触以将电网36的电能引入牵引变压器30，通过牵引变压器30对从电网36引入的电压进行变换后输出电压U1作为变流器32输入侧的控制电压U。，经过变流器32对该控制电压进行整流逆变等处理后可作为机车中牵引电机37的电压源，以通过牵引电机37为机车提供牵引动力，进而通过电カ机车牵引各节车体运行。并且，当列车运行在制动状态吋，牵引电机37可作为发电机输出电能，变流器32对牵引电机37输出的电能经过逆变整流等处理后输出并回馈到电网36。此处电抗器31的作用是，当该牵引电机37负载或者供电系统的线路中发生短路现象时，可起到増大短路阻杭，限制变流器32输入侧短路电流的作用，以对变流器32进行保护。并且，该供电系统中，电流采集模块200连接于机车供电系统中变流器32的输入侧；可通过电流采集模块200采集变流器32输入侧的电流值；比较模块201与电流采集模块200相连，并通过比较模块201将电流值与预设门限值进行比较，当判断获知电流值大于预设门限值时，生成相位变换信号；相位变换模块202的输入端分别与机车供电系统中同步信号生成装置33和比较模块201相连，相位变换模块201的输出端与供电系统中的控制単元34相连，通过相位变换模块202接收供电系统同步信号生成装置33 (可以为串接于电网电压中的电压互感器和同步变压器)生成的同步信号，井根据该相位变换信号将同步信号的相位増加或減少设定度数以传送给供电系统中的控制单元34。[0033]控制单元34根据相位变换模块输出的同步信号产生对变流器32的控制信号，该控制信号为控制变流器32中各开关器件(例如，晶闸管或绝缘栅双极型晶体管)导通或断开的脉冲电压信号，变流器32根据该控制信号对控制电压U。进行整流逆变等处理后可作为机车中牵引电机37的电压源，并且变流器32输入侧的控制电压U。的相位与同步信号的相位相同。上述的供电系统中，正常情况下，同步信号的相位为与电网电压相位相同的一低压电信号，如果该同步信号生成装置与电网电压的接线错误或者发生其他故障时，生成的同步信号的相位有可能与电网电压相位相差较大或者相位相反。由于控制电压U。的相位与同步信号的相位相同，当同步信号的相位与电网电压的相位相差较大或者相位相反(也就是相差180° )时，控制电压U。的相位也就与牵引变压器输出侧的电压U1的相位相差较大或者相位相反，此时，由于控制电压U。与电压U1之间存在较大的电压差，将会在变流器的输入侧与电抗器之间形成的回路中产生ー较大的电流；而当同步信号的相位与电网电压的相位相同或者相差的度数较小时，控制电压U。与U1之间不存在电压差或者电压差很小，变流器的输入侧与电抗器之间形成的回路中几乎没有电流流过，接近于零。本实施例的检测装置就是基于上述的工作原理。将控制电压的相位与电网电压的相位相差度数较大(例如，接近180° )时，也就是同步信号的相位与电网电压的相位相差的度数较大时，变流器输入侧的电流值为预设门限值。当检测到的变流器输入侧的电流值大于预设门限值时，说明同步信号的相位与电网电压的相位相差较大，此时生成相位变换信号。该相位变换信号可为代表同步信号与电网电压相位差的信号，例如，采集的电流值与预设门限值的差值越大，该相位变换信号的值越大，说明同步信号与电网电压的相位差越大，因此，可通过相位变换装置接收供电系统中的同步信号，井根据该相位变换信号将同步信号的相位増加或減少设定度数，使同步信号的相位与电网电压相位相同，以传送给供电系统中的控制单元，控制单元将根据该同步信号产生对变流器的控制信号，使变流器输入侧的控制电压与电网电压的相位相同。该增加和減少的设定度数根据同步信号与电网电压相差的度数而定，例如，如果电网电压相位为0°，而同步信号的相位为180°，则将同步信号的相位増加或減少180°，使同步信号的相位与电网电压相位相同。通常情况下，电网电压经过同步信号生成装置生成的同步信号的相位与电网电压的相位是相同的，但是如果同步信号生成装置在接线过程中有误，容易造成生成的同步信号的相位与电网电压的相位相反，即相位相差180°，因此，实际应用中，往往将控制电压的相位与电网电压的相位相差相反时，也就是同步信号的相位与电网电压的相位相反时，变流器输入侧的电流值作为预设门限值。当检测到的变流器输入侧的电流值大于预设门限值时，说明同步信号的相位与电网电压的相位相反，此时生成相位变换信号。该相位检测装置，通过电流检测模块采集机车中变流器输入侧的电流值，然后通过比较模块将电流值与预设门限值进行比较判断，以生成相位变换信号，相位变换装置根据生成的相位变换信号对机车供电系统中同步信号进行处理后，即可使同步信号的相位与电网电压相位相同，以传送给控制単元，控制单元将根据该同步信号产生对变流器的控制信号，使变流器输入侧的控制电压与电网电压的相位相同，该检测装置不用修改供电系统中的硬件电路接线即可实现改变同步信号相位的目的，从而免去了修改硬件线路的繁琐エ序，并且，该种检测装置结构简单、容易实现，不必设置复杂的装置，因此，可简化机车中供电系统的电路结构。本实用新型实施例还提供了一种机车供电系统，包括依次串接的牵引变压器、电抗器和变流器，且牵引变压器的输出侧连接同步信号生成装置，同步信号生成装置用于生成同步信号，还包括本实用新型实施例提供的相位检测装置和控制单元，相位检测装置中的相位变换模块的输出端与控制单元相连，控制単元用于根据相位变换模块输出的同步信 号生成对变流器的控制信号，以控制变流器输入侧的控制电压与电网电压相位相同。该供电系统的工作原理在上述已有描述，此处不再赘述，该供电系统通过设置本实用新型实施例所提供的相位检测装置，不用修改供电系统中的硬件电路接线即可实现改变同步信号相位的目的，从而免去了修改硬件线路的繁琐エ序，并且，采用该检测装置的结构简单、容易实现，不必设置复杂的装置，因此，可简化供电系统的电路结构。本实用新型实施例还提供了 ー种电カ机车，包括受电弓和牵引电机，还包括本实用新型实施例提供的供电系统，供电系统中的牵引变压器通过受电弓与电网相连，供电系统中的变流器与牵引电机相连。该电カ机车，设置有本实用新型实施例的供电系统，该供电系统通过设置本实用新型实施例所提供的相位检测装置，不用修改供电系统中的硬件电路接线即可实现改变同步信号相位的目的，从而免去了修改硬件线路的繁琐エ序，并且，采用该检测装置的结构简单、容易实现，不必设置复杂的装置，因此，可简化供电系统的电路结构。图3为本实用新型实施例所提供的机车同步信号相位检测方法的流程图，如图3所示，该检测方法具体包括以下步骤步骤100、采集机车供电系统中的变流器输入侧的电流值；步骤101、当判断获知电流值大于预设门限值时，生成相位变换信号；步骤102、根据相位变换信号将接收到的同步信号的相位増加或減少设定度数以传送给供电系统中的控制单元。本实施例提供的相位检测方法为上述图I所示装置实施例的执行方法，该检测方法，只需采集机车中变流器输入侧的电流值，然后将电流值与预设门限值进行比较判断，以生成相位变换信号，根据生成的相位变换信号对机车供电系统中同步信号进行处理后，即可使同步信号的相位与电网电压相位相同，以传送给控制単元，控制单元将根据该同步信号产生对变流器的控制信号，使变流器输入侧的控制电压与电网电压的相位相同，该检测方法不用修改供电系统中的硬件电路接线即可实现改变同步信号相位的目的，从而免去了修改硬件线路的复杂エ序，并且，该种检测方法简单、容易实现，不必设置繁琐的装置，因此，可简化机车中供电系统的电路结构。最后应说明的是以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管參照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，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实用新型各实施例技术方案的范 围。
权利要求1.ー种机车同步信号相位检测装置，其特征在于，包括 电流采集模块，连接于机车供电系统中变流器的输入侧，用于采集机车供电系统中变流器输入侧的电流值； 比较模块，与所述电流采集模块相连，用于当判断获知所述电流值大于预设门限值时，生成相位变换信号； 相位变换模块，所述相位变换模块的输入端分别与机车供电系统中同步信号生成装置和所述比较模块相连，所述相位变换模块的输出端与供电系统中的控制单元相连，用于根据所述相位变换信号将接收到的同步信号生成装置生成的同步信号的相位増加或减少设定度数以传送给控制単元。
2.一种机车供电系统，包括依次串接的牵引变压器、电抗器和变流器，且所述牵引变压器的输出侧连接同步信号生成装置，所述同步信号生成装置用于生成同步信号，其特征在于还包括权利要求I所述的相位检测装置和控制单元，所述相位检测装置中的所述相位变换模块的输出端与所述控制単元相连，所述控制単元用于根据所述相位变换模块输出的同步信号生成对变流器的控制信号，以控制变流器输入侧的控制电压与电网电压相位相同。
3.ー种电カ机车，包括受电弓和牵引电机，其特征在于还包括权利要求2所述的供电系统，所述供电系统中的牵引变压器通过所述受电弓与电网相连，所述供电系统中的变流器与所述牵引电机相连。
专利摘要本实用新型提供一种机车同步信号相位检测装置、机车供电系统和电力机车，该检测装置包括电流采集模块、比较模块和相位变换模块，其中，电流采集模块连接于机车供电系统中变流器的输入侧；比较模块与电流采集模块相连；相位变换模块的输入端分别与机车供电系统中同步信号生成装置和比较模块相连，相位变换模块的输出端与供电系统中的控制单元相连。该检测装置不用修改供电系统中的硬件电路接线即可实现改变同步信号相位的目的，从而免去了修改硬件线路的繁琐工序，并且，该种检测装置结构简单、容易实现，不必设置复杂的装置，因此，可简化机车中供电系统的电路结构。
文档编号B61C3/00GK202421335SQ20112051305
公开日2012年9月5日 申请日期2011年12月9日 优先权日2011年12月9日
发明者徐从谦, 王雪迪, 耿辉, 邹代厚 申请人:中国北车股份有限公司大连电力牵引研发中心