一种三源制混合动力机车及其牵引传动系统的制作方法

1.本技术涉及轨道交通领域，特别涉及一种三源制混合动力机车及其牵引传动系统。


背景技术：

2.三源制混合动力机车，即一种采用柴油机、蓄电池、第三轨三种动力源的机车，在不同工况下采用不同的动力源驱动，可以达到节能环保、提高机车运行效率的目的。在三源制混合动力机车运行过程中，柴油机或第三轨作为动力源时，一般处于单一供电工况，若另一动力源意外投入，属于控制异常，可能导致变流器的输入电压瞬间过高，造成变流器损坏，从而造成机车故障。此外，在电制动工况下，tcu(traction control unit，牵引控制单元)接收网络控制系统指令，通过对牵引变流器的驱动控制，使牵引电机工作于制动发电工况，牵引电机制动反馈电能会向第三轨回流，影响直流电网的供电品质。
3.因此，如何提供一种解决上述技术问题的方案是本领域技术人员目前需要解决的问题。


技术实现要素：

4.本技术的目的是提供一种三源制混合动力机车及其牵引传动系统，能够避免两种动力源同时供电，造成机车故障，同时可以防止牵引电机制动反馈电能向第三轨回流，保证直流电网的供电品质。
5.为解决上述技术问题，本技术提供了一种三源制混合动力机车的牵引传动系统，包括柴油发电机组，第三轨、动力蓄电池及牵引变流器，所述牵引变流器包括三相不控整流模块，该牵引传动系统还包括第一互锁装置及控制器，其中：
6.所述柴油发电机组的三相输出端与所述三相不控整流模块连接，所述第三轨的第一输出端分别与所述柴油发电机组的三相输出端中的任意两相输出端连接，所述第一互锁装置的第一端与所述柴油发电机组连接，所述第一互锁装置的第二端与所述第三轨连接，所述第一互锁装置的第三端与所述三相不控整流模块连接；
7.所述控制器，用于根据当前工况控制所述第一互锁装置动作，使第一供电通路导通或第二供电通路导通，以便所述柴油发电机组或所述第三轨为整车供电；
8.其中，所述第一供电通路为所述柴油发电机组和所述牵引变流器之间的供电通路，所述第二供电通路为所述第三轨和所述牵引变流器之间的供电通路。
9.优选的，所述第一互锁装置包括第一接触器和第二接触器，其中：
10.所述柴油发电机组的三相输出端分别通过所述第一接触器的三个常开触点与所述三相不控整流模块的三个输入端连接，所述第三轨的第一输出端分别通过第二接触器的两个常开触点与所述第一接触器的任意两个常开触点连接；
11.所述控制器，具体用于根据当前工况控制所述第一接触器的所有常开触点闭合或控制所述第二接触器的所有常开触点闭合。
12.优选的，所述第一接触器的常闭触点的一端与所述控制器连接、另一端与所述第二接触器的线圈连接，所述第二接触器的常闭触点的一端与所述控制器连接、另一端与所述第一接触器的线圈连接；
13.所述控制器，具体用于根据当前工况向所述第一接触器或所述第二接触器发送控制信号，以使所述第一接触器的线圈得电或所述第二接触器的线圈得电。
14.优选的，该牵引传动系统还包括：
15.第二互锁装置，用于在接收到库内充电指令后动作，以使所述柴油发电机组或所述第三轨停止为所述整车供电。
16.优选的，所述第二互锁装置包括库内充电接触器、第一继电器、第三接触器、第四接触器、第五接触器，所述牵引逆变器还包括中间回路，其中：
17.所述第一继电器的线圈与所述库内充电接触器连接，所述第一继电器的第一常闭触点的一端与所述控制器连接、另一端与所述第三接触器的线圈连接，所述第一继电器的第二常闭触点的一端与所述控制器连接、另一端与所述第四接触器的线圈连接，所述第一继电器的第三常闭触点的一端与所述控制器连接、另一端与所述第五接触器的线圈连接，所述三相不控整流模块的第一输出端分别通过所述第三接触器的常开触点及所述第四接触器的常开触点与所述中间回路连接，所述第三轨的第二输出端通过所述第五接触器的常开触点与所述中间回路连接；
18.所述库内充电接触器，用于在接收到所述库内充电指令后闭合，还用于在未接收到所述库内充电指令后断开。
19.优选的，该牵引传动系统还包括：
20.一端与三相交流电源连接、另一端与所述牵引变流器中的辅助逆变模块连接的库内充电接口，以便所述三相交流电源通过所述库内充电接口为所述动力蓄电池充电；
21.电流检测装置，用于检测所述辅助逆变模块的输出电流；
22.所述控制器，还用于根据所述输出电流调整所述动力蓄电池的充电电流，以使所述库内充电接口的供电电流处于预设范围。
23.优选的，所述控制器，具体用于根据所述输出电流生成对应占空比的pwm信号至所述牵引变流器中的dc/dc模块，以调整所述动力蓄电池的充电电流。
24.为解决上述技术问题，本技术还提供了一种三源制混合动力机车，包括机车本体及如上文任意一项所述的三源制混合动力机车的牵引传动系统。
25.本技术提供了一种三源制混合动力机车的牵引传动系统，在第三轨和柴油发电机组之间设置第一互锁装置，若当前工况需要第三轨作为动力源，则通过控制器控制第一互锁装置动作，断开柴油发电机组的输出，若当前工况需要柴油发电机组作为动力源，则通过控制器控制第一互锁装置动作，断开第三轨的输出，从而避免两种动力源同时供电，造成机车故障；此外，第三轨的第一输出端分别与柴油发电机组的三相输出端中的任意两相输出端连接，即将第三轨的第一输出端与三相不控整流模块的其中两相连接，一方面通过三相不控整流模块的其中两相实现直流供电，另一方面通过三相不控整流模块中的二极管防止牵引电机制动反馈电能向第三轨回流，保证直流电网的供电品质。本技术还提供了一种三源制混合动力机车，具有和上述三源制混合动力机车的牵引传动系统相同的有益效果。
附图说明
26.为了更清楚地说明本技术实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，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。
27.图1为本技术所提供的一种三源制混合动力机车的牵引传动系统的结构示意图；
28.图2为本技术所提供的另一种三源制混合动力机车的牵引传动系统的结构示意图；
29.图3为本技术所提供的一种第一互锁装置的控制系统的结构示意图；
30.图4为本技术所提供的一种第二互锁装置的控制系统的结构示意图。
具体实施方式
31.本技术的核心是提供一种三源制混合动力机车及其牵引传动系统，能够避免两种动力源同时供电，造成机车故障，同时可以防止牵引电机制动反馈电能向第三轨回流，保证直流电网的供电品质。
32.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术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技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，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，都属于本技术保护的范围。
33.请参照图1，图1为本技术所提供的一种三源制混合动力机车的牵引传动系统的结构示意图，该牵引传动系统包括柴油发电机组1，第三轨2、动力蓄电池3及牵引变流器4，牵引变流器4包括三相不控整流模块41，该牵引传动系统还包括第一互锁装置5及控制器6，其中：
34.柴油发电机组1的三相输出端与三相不控整流模块41连接，第三轨2的第一输出端分别与柴油发电机组1的三相输出端中的任意两相输出端连接，述第一互锁装置5的第一端与柴油发电机组1连接，第一互锁装置5的第二端与第三轨2连接，第一互锁装置5的第三端与三相不控整流模块41连接；
35.控制器6，用于根据当前工况控制第一互锁装置5动作，使第一供电通路导通或第二供电通路导通，以便柴油发电机组1或第三轨2为整车供电；
36.其中，第一供电通路为柴油发电机组1和牵引变流器4之间的供电通路，第二供电通路为第三轨2和牵引变流器4之间的供电通路。
37.具体的，本实施例中的牵引传动系统包括柴油发电机组1、第三轨2、动力蓄电池3及牵引变流器4，其中，牵引变流器4包括三相不控整流模块41、dc/dc模块42、中间回路、第一牵引逆变模块44、第二牵引逆变模块45、辅助逆变模块46、列供模块47、主发输出侧三相交流接触器、辅助变压器t1及若干电压传感器、电流传感器等。
38.下面对牵引变流器4内各功能模块进行说明，在牵引工况下，牵引传动系统提供的牵引电源，经三相不控整流模块41整流或者dc/dc模块42转化为中间直流电源，牵引逆变模块在tcu控制下对中间直流电源进行vvvf逆变，为机车前/后转向架牵引电机提供驱动电源。在电制动工况下，tcu接收网络控制系统指令，通过对牵引变流器4的驱动控制，使牵引电机工作于制动发电工况，牵引电机制动反馈电能经牵引逆变模块整流后转化为中间直
流，再经dc/dc模块42为动力蓄电池3提供充电，当动力蓄电池3充电饱和之后，切除电制动，转为空气制动。通过动力蓄电池3供电时，通过dc/dc模块42及滤波电感实现升压放电，给牵引电机和辅助负载供电，在第三轨2供电、柴油发电机组1供电、库内充电、电制动模式时，都可通过dc/dc模块42降压充电。
39.本实施例中的牵引变流器4采用主辅一体化设计，辅助逆变模块46从中间直流回路43取电，在tcu的控制下通过cvcf逆变，提供3ac229v/60hz三相交流spwm电源输出，经辅助系统隔离变压滤波后，为整车提供3ac440v/60hz辅助电源。列供模块47从中间直流环节取电，在tcu的控制下通过cvcf逆变，经隔离变压滤波后，为整车提供ac1000v/22hz单相交流电源。
40.具体的，参照图2所示，三相不控整流模块41包括第一二极管d1、第二二极管d2、第三二极管d3、第四二极管d4、第五二极管d5、第六二极管d6，第一二极管d1的阴极分别与第三二极管d3的阴极及第五二极管d5的阴极连接，第一二极管d1的阳极与第二二极管d2的阴极连接，第二二极管d2的阳极分别与第四二极管d4的阳极及第六二极管d6的阳极连接，第三二极管d3的阳极与第四二极管d4的阴极连接，第五二极管d5的阳极与第六二极管d6的阴极连接。考虑到在电制动工况下，牵引电机制动反馈电能可以经牵引逆变模块整流后转化为中间直流，为避免牵引电机制动反馈电能向第三轨2回流，影响直流电网的供电品质，本实施例中，将第三轨2的第一输出端分别与牵引变流器4中的三相不控整流电路的其中任意两相连接，一方面可保证第三轨2供电时的直流输出，另一方面可通过三相不控整流电路中的二极管的单向导通特性，防止牵引电机制动反馈电能向第三轨2回流，保障直流电网的供电品质。
41.具体的，柴油发电机组1通过三相不控整流模块41中的二极管将交流电转换为直流电给中间回路供电。为避免出现第三轨2和柴油发电机组1同时供电的情况发生，本实施例还在第三轨2和柴油发电机组1之间设置了受控于控制器6的第一互锁装置5，控制器6可以根据当前工况选择动力源，以此输出控制信号，第一互锁装置5在接收到控制信号后执行对应的动作，以控制柴油发电机组1和牵引变流器4之间的供电通路导通、控制第三轨2和牵引变流器4之间的供电通路断开，或控制柴油发电机组1和牵引变流器4之间的供电通路断开、控制第三轨2和牵引变流器4之间的供电通路导通，从而保证三源制混合动力机车仅有一种动力源供电，避免两种动力源同时供电造成机车故障，从而提高产品运行可靠性。
42.本技术提供了一种三源制混合动力机车的牵引传动系统，在第三轨和柴油发电机组之间设置第一互锁装置，若当前工况需要第三轨作为动力源，则通过控制器控制第一互锁装置动作，断开柴油发电机组的输出，若当前工况需要柴油发电机组作为动力源，则通过控制器控制第一互锁装置动作，断开第三轨的输出，从而避免两种动力源同时供电，造成机车故障；此外，第三轨的第一输出端分别与柴油发电机组的三相输出端中的任意两相输出端连接，即将第三轨的第一输出端与三相不控整流模块的其中两相连接，一方面通过三相不控整流模块的其中两相实现直流供电，另一方面通过三相不控整流模块中的二极管防止牵引电机制动反馈电能向第三轨回流，保证直流电网的供电品质。
43.请参照图2和图3，图2为本技术所提供的另一种三源制混合动力机车的牵引传动系统的结构示意图，图3为本技术所提供的一种第一互锁装置的控制系统的结构示意图，该牵引传动系统在上述实施例的基础上：
44.作为一种优选的实施例，第一互锁装置5包括第一接触器km1和第二接触器km2，其中：
45.柴油发电机组1的三相输出端分别通过第一接触器km1的三个常开触点与三相不控整流模块41的三个输入端连接，第三轨2的第一输出端分别通过第二接触器km2的两个常开触点与第一接触器km1的任意两个常开触点连接；
46.控制器6，具体用于根据当前工况控制第一接触器km1的所有常开触点闭合或控制第二接触器km2的所有常开触点闭合。
47.作为一种优选的实施例，第一接触器km1的常闭触点的一端与控制器6连接、另一端与第二接触器km2的线圈连接，第二接触器km2的常闭触点的一端与控制器6连接、另一端与第一接触器km1的线圈连接；
48.控制器6，具体用于根据当前工况向第一接触器km1或第二接触器km2发送控制信号，以使第一接触器km1的线圈得电或第二接触器km2的线圈得电。
49.具体的，柴油发电机组1的三相输出端分别通过第一接触器km1的三个常开触点与三相不控整流模块41的三相输入端连接，第三轨2的第一输出端分别通过第二接触器km2的两个常开触点与柴油发电机组1的三相输出端的任意两相连接，此外，第一接触器km1的线圈的一端通过第二接触器km2的常闭触点与控制器6连接，第一接触器km1的线圈的另一端接-110v电源，第二接触器km2的线圈的一端通过第一接触器km1的常闭触点与控制器6连接，第二接触器km2的线圈的另一端接-110v电源。
50.可以理解的是，控制器6可根据当前工况向第一接触器km1或第二接触器km2发送控制信号，这里的控制信号具体可以为高电平信号。若当前工况需要柴油发电机组1作为动力源，则通过控制器6向第一接触器km1发送高电平信号，第一接触器km1的线圈得电，第一接触器km1的常开触点闭合，使柴油发电机组1和牵引变流器4之间的供电通路导通，同时第一接触器km1的常闭触点断开，从而断开第二接触器km2的线圈和控制器6之间的控制通路，第二接触器km2的线圈失电，第二接触器km2的常开触点断开，使第三轨2和牵引变流器4之间的供电通路断开；若当前工况需要第三轨2作为动力源，则通过控制器6向第二接触器km2发送高电平信号，第二接触器km2的线圈得电，第二接触器km2的常开触点闭合，使第三轨2和牵引变流器4之间的供电通路导通，同时第二接触器km2的常闭触点断开，从而断开第一接触器km1的线圈和控制器6之间的控制通路，第一接触器km1的线圈失电，第一接触器km1的常开触点断开，使柴油发电机组1和牵引变流器4之间的供电通路断开，也即第一接触器km1和第二接触器km2的硬件互锁，避免控制异常使得两种动力源同时供电而造成机车故障。
51.本实施例中，不仅通过软件保护实现互锁功能，将第一接触器km1的常闭触点设置在第二接触器km2的线圈和控制器6之间，及将第二接触器km2的常闭触点设置在第一接触器km1的线圈和控制器6之间，可实现硬件互锁，进一步提高机车运行安全性。
52.请参照图2和图4，图2为本技术所提供的另一种三源制混合动力机车的牵引传动系统的结构示意图，图4为本技术所提供的一种第二互锁装置的控制系统的结构示意图，该牵引传动系统在上述实施例的基础上：
53.作为一种优选的实施例，该牵引传动系统还包括：
54.第二互锁装置，用于在接收到库内充电指令后动作，以使柴油发电机组1或第三轨
2停止为整车供电。
55.作为一种优选的实施例，第二互锁装置包括库内充电接触器km6、第一继电器j1、第三接触器km3、第四接触器km4、第五接触器km5，牵引逆变器还包括中间回路，其中：
56.第一继电器j1的线圈与库内充电接触器km6连接，第一继电器j1的第一常闭触点的一端与控制器6连接、另一端与第三接触器km3的线圈连接，第一继电器j1的第二常闭触点的一端与控制器6连接、另一端与第四接触器km4的线圈连接，第一继电器j1的第三常闭触点的一端与控制器6连接、另一端与第五接触器km5的线圈连接，三相不控整流模块41的第一输出端分别通过第三接触器km3的常开触点及第四接触器km4的常开触点与中间回路连接，第三轨2的第二输出端通过第五接触器km5的常开触点与中间回路连接；
57.库内充电接触器km6，用于在接收到库内充电指令后闭合，还用于在未接收到库内充电指令后断开。
58.具体的，在库内充电时，控制第二互锁装置动作，即控制库内充电接触器km6闭合，此时，第一继电器j1的线圈得电，第一继电器j1线圈的常闭触点断开，即将第三接触器km3、第四接触器km4和第五接触器km5与控制器6之间的供电通路均断开，第三接触器km3的线圈、第四接触器km4的线圈和第五接触器km5的线圈均失电，此时第三接触器km3的常开触点、第四接触器km4的常开触点、第五接触器km5的常开触点均断开。参照图2所示，在库内充电时，基于上述硬件互锁状态，柴油发电机组1和第三轨2的输出与中间直流回路断开，使柴油发电机组1或第三轨2停止为整车供电，以避免其他动力源供电造成电压瞬间冲高，从而使牵引变流器4中的igbt及电容损坏的情况发生。
59.作为一种优选的实施例，该牵引传动系统还包括：
60.一端与三相交流电源连接、另一端与牵引变流器4中的辅助逆变模块46连接的库内充电接口7，以便三相交流电源通过库内充电接口7为动力蓄电池3充电；
61.电流检测装置，用于检测辅助逆变模块46的输出电流；
62.控制器6，还用于根据输出电流调整动力蓄电池3的充电电流，以使库内充电接口7的供电电流处于预设范围。
63.作为一种优选的实施例，控制器6，具体用于根据输出电流生成对应占空比的pwm信号至牵引变流器4中的dc/dc模块42，以调整动力蓄电池3的充电电流。
64.具体的，本实施例中的辅助逆变模块46的设计实现正向辅助供电要求，又可实现反向库内充电。参照图2所示，库内充电接口7和辅逆输出接口分开，库内充电接口7与辅助逆变模块46中的emc滤波器的输入端连接，当库内充电时，外接的三相交流电源3ac400v/50hz一路供电给蓄电池充电，一路通过emc滤波器给辅助负载供电。库内充电功能通过辅助逆变模块46中的辅助变压器t1降压，再由四象限升压到中间回路，通过dc/dc模块42向蓄电池提供充电电源。进一步的，当进行库内充电时，通过设置在辅助逆变模块46的输出端的电流检测装置检测辅助逆变模块46的输出电流，即检测负载用电情况，根据负载用电情况，通过控制器6调节动力蓄电池3的充电电流，使库内电源供电电流在正常范围内，以避免库内电源因出现过流而损坏，提高安全性。
65.具体的，控制器6可根据负载用电情况调节pwm信号的占空比，以控制dc/dc模块42中开关管的导通/关断时间，从而实现对动力蓄电池3的充电电流的调节。
66.另一方面，本技术还提供了一种三源制混合动力机车，包括机车本体及如上文任
意一个实施例所描述的三源制混合动力机车的牵引传动系统。
67.本技术所提供的一种三源制混合动力机车，具有和上述三源制混合动力机车的牵引传动系统相同的有益效果。
68.对于本技术所提供的一种三源制混合动力机车的介绍请参照上述实施例，本技术在此不再赘述。
69.还需要说明的是，在本说明书中，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。在没有更多限制的状况下，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。
70.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技术。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技术的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本技术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。