一种永磁牵引系统保护电路和方法与流程

本发明涉及永磁电机牵引系统，具体为一种永磁牵引系统保护电路和方法。

背景技术：

1、近年来，绿色、安全、节能成为轨道交通车辆装备的重点发展方向，永磁直驱电传动系统相比传统的异步电机电传动系统，在全工况下节能效果明显，解决了齿轮传动带来的传递损耗、噪声和维修等问题，避免了齿轮箱润滑油脂的使用带来的环境污染问题，进一步提高了牵引传动效率，是未来牵引系统的发展方向。

2、永磁电机在运行时，需要对其进行保护。现有技术中，在牵引变流器逆变器输出端和永磁电机之间，增加三极隔离接触器，隔离接触器隔离和保护电路，同时通过控制接触器的通断状态来控制永磁电机的运行状态。但是当变流器内部出现短路工况，且三极隔离接触器出现卡合的工况下，随着短路电流的持续，变流器内部故障将扩大化，甚至发生火灾，起不到对电气设备保护的作用。

技术实现思路

1、本发明为解决现有永磁电机采用隔离接触器作为保护时，存在当变流器内部出现短路工况，且三极隔离接触器出现卡合的工况下，随着短路电流的持续，变流器内部故障将扩大化的技术问题，提供一种永磁牵引系统保护电路和方法。

2、本发明所述的一种永磁牵引系统保护电路采用如下技术方案实现：包括永磁电机以及与永磁电机连接的牵引变流器系统，在永磁电机和牵引变流器系统之间连接有三极隔离接触器；在三极隔离接触器和永磁电机之间增加短路保护开关；三极隔离接触器的三极开关均引出独立的反馈触点接入到控制单元中。

3、本发明是在既有的三极隔离接触器的保护基础上，增加保护开关。具体为在永磁接触器前端增加短路接触器，用于实现永磁电机的三相短路保护。保护开关为手动直接控制，用于在变流器内部出现两相间短路的工况下进行紧急处置，通过短接永磁电机三相，降低永磁电机短路电流，使整车可以维持安全状态下运行到临近车站。

4、本发明所述的一种永磁牵引系统保护方法采用如下技术方案：三级隔离接触器中三极开关均引出独立的反馈触点接入到控制单元中，控制单元通过检测三级隔离接触器每一极反馈触点状态判断接触器的工作状态，同时结合工作电流进行判断；具体检测方式为：

5、1. 正常工作条件下，不需要动作保护开关；

6、2. 当出现单相卡合的情况，考虑永磁电机在单相卡合的情况下，没有形成闭合的电流回路，该种工况下，保护开关不动作；

7、3. 当出现两相卡合和三相卡合的情况下，电流传感器检测逆变器和牵引电机之间的电流，当电流超过一定限值，则动作保护开关；

8、4. 在保护开关闭合的情况下，永磁电机工作在三相短路的工况，可维持运行。

9、本发明的有益效果：1).为大功率货运永磁直驱电力机车提供电传动系统解决方案，满足电力机车牵引特性的要求；

10、2).针对永磁电机存在反电势的特点，在现有基础上，增加牵引逆变短路工况下的保护方法；

11、3).进一步完善永磁牵引系统主电路拓扑，提高永磁牵引系统的可用性和可靠性。

技术特征：

1.一种永磁牵引系统保护电路，包括永磁电机以及与永磁电机连接的牵引变流器系统，在永磁电机和牵引变流器系统之间连接有三极隔离接触器；其特征在于：在三极隔离接触器和永磁电机之间增加短路保护开关；三极隔离接触器的三极开关均引出独立的反馈触点接入到控制单元中。

2.如权利要求1所述的一种永磁牵引系统保护电路，其特征在于，三极隔离接触器的三极与牵引变流器系统之间各设有一个电流传感器，作为反馈触点。

3.如权利要求1或2所述的一种永磁牵引系统保护电路，其特征在于，所述保护开关为手动控制开关。

4.如权利要求1或2所述的一种永磁牵引系统保护电路，其特征在于，所述牵引变流器系统，包括1个预充电回路，1 个四象限功率模块，1套中间直流电路和1个三相逆变器；三相逆变器通过三极隔离接触器与永磁电机连接。

5.如权利要求4所述的一种永磁牵引系统保护电路，其特征在于，所述预充电回路包括主接触器和输入电流传感器；所述四象限功率模块中由四组igbt半桥模块组成，四象限功率模块中的其中两路并联半桥电路通过铜排与预充电回路中的主接触器的一端连接，四象限功率模块中的另外两路并联半桥电路与输入电流传感器ct（in）1连接，同时输入电流传感器ct（in）1的另一端连接到变压器次边绕组，与预充电回路连接的变压器次边绕组为同一绕组的两端。

6.如权利要求4所述的一种永磁牵引系统保护电路，其特征在于，中间直流电路包括储能电路、测量及保护电路；储能电路由支撑电容器组成。

7.如权利要求6所述的一种永磁牵引系统保护电路，其特征在于，中间直流电路包括连接在四象限功率模块两端之间的电压互感器pt11，串联后与电压互感器pt11并联的电阻hr1和指示灯hd1，串联后与电压互感器pt11并联的电阻rge11和rge12，电阻rge11和rge12的中点以及rge12的另一端之间连接有电容器gc1，同时电阻rge11和rge12的中点接地；电容器gc1的两端之间还连接有电压互感器pt12；还包括并联的电阻dr11和支撑电容器fc11。

8.如权利要求4所述的一种永磁牵引系统保护电路，其特征在于，三相逆变器包括四组igbt半桥模块，第一组igbt半桥模块的中点通过电阻ovr1和电流互感器ovct1与rge12的另一端连接，其余三组igbt半桥模块的中点通过三极隔离接触器和永磁电机连接，且三组igbt半桥模块的中点与三极隔离接触器之间分别连接有电流传感器。

9.如权利要求4所述的一种永磁牵引系统保护电路，其特征在于，所述三相隔离接触器安装于牵引变流器下方，通过铜排连接牵引逆变器和永磁同步电机。

10.一种永磁牵引系统保护方法，其特征在于，三级隔离接触器中三极开关均引出独立的反馈触点接入到控制单元中，控制单元通过检测三级隔离接触器每一极反馈触点状态判断接触器的工作状态，同时结合工作电流进行判断；具体检测方式为：

技术总结
本发明涉及永磁电机牵引系统，具体为一种永磁牵引系统保护电路和方法。解决了现有永磁电机采用隔离接触器作为保护时，存在当变流器内部出现短路工况，且三极隔离接触器出现卡合的工况下，随短路电流的持续，变流器内部故障扩大化的技术问题。本发明是在既有的三极隔离接触器的保护基础上，增加保护开关。具体为在永磁接触器前端增加短路接触器，用于实现永磁电机的三相短路保护。保护开关用于在变流器内部出现两相间短路的工况下进行紧急处置，通过短接永磁电机三相，降低永磁电机短路电流，使整车可以维持安全状态下运行到临近车站。永磁直驱技术是未来变流器的发展方向，本发明的成功实施，为在未来占领变流器市场掌握奠定了良好的基础。

技术研发人员：徐亚昆,张明涛,刘国,高菲菲,张涛
受保护的技术使用者：中车永济电机有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/24