專利名稱：機(jī)車同步信號相位檢測裝置、機(jī)車供電系統(tǒng)和電力機(jī)車的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及電氣控制技木，尤其涉及ー種機(jī)車同步信號相位檢測裝置、機(jī)車供電系統(tǒng)和電カ機(jī)車。
背景技術(shù)：
在電氣化鐵路中，接觸網(wǎng)是電氣化鐵道的供電電網(wǎng)，電カ機(jī)車的供電系統(tǒng)從電網(wǎng)取得電能。圖4為現(xiàn)有技術(shù)提供的電カ機(jī)車供電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖4所示，該供電系統(tǒng)主要包括依次串聯(lián)的牽引變壓器10、電抗器11和變流器12，并且，在電網(wǎng)16與牽引變壓器10的輸入端之間設(shè)置有電壓互感器13，電壓互感器13的輸出端依次串接有同步變壓器14 和控制單元15。通常在機(jī)車車頂上安裝有受電弓17，通過受電弓17與電網(wǎng)16導(dǎo)線接觸以將電網(wǎng)16的電能引入牽引變壓器10，通過牽引變壓器10對從電網(wǎng)16引入的電壓進(jìn)行變換后輸出電壓U1作為變流器12輸入側(cè)的控制電壓U。，經(jīng)過變流器12對該控制電壓進(jìn)行整流逆變等處理后可作為機(jī)車中牽引電機(jī)的電壓源，以通過牽引電機(jī)為機(jī)車提供牽引動力，進(jìn)而通過電カ機(jī)車牽引各節(jié)車體運(yùn)行。并且，當(dāng)列車運(yùn)行在制動狀態(tài)吋，牽引電機(jī)可作為發(fā)電機(jī)輸出電能，變流器對牽引電機(jī)輸出的電能經(jīng)過逆變整流等處理后輸出并回饋到電網(wǎng)。此處電抗器11的作用是，當(dāng)該牽引電機(jī)負(fù)載或者供電系統(tǒng)的線路中發(fā)生短路現(xiàn)象時，可起到増大短路阻杭，限制變流器12輸入側(cè)短路電流的作用，以對變流器12進(jìn)行保護(hù)。上述的供電系統(tǒng)中，通過電壓互感器和同步變壓器將較高等級的電網(wǎng)電壓變換成較低等級的電壓后輸出一低壓電信號，該低壓電信號作為同步信號提供給控制単元，該同步信號在整個供電系統(tǒng)中起著重要作用，該同步信號應(yīng)該為與電網(wǎng)電壓相位相同的信號，控制單元根據(jù)該同步信號產(chǎn)生對變流器的控制信號，使變流器輸入側(cè)的電壓與電網(wǎng)電壓的相位相同。如果得到的該同步信號與電網(wǎng)電壓波形相位相反，控制單元根據(jù)該同步信號產(chǎn)生對變流器的控制信號后，變流器輸入側(cè)的電壓會與電網(wǎng)電壓相位相反，此時，將造成變流器輸入側(cè)的電壓波動，因此對變流器中的元器件造成損害，也對整個供電系統(tǒng)中的各設(shè)備正
常工作產(chǎn)生影響。為避免上述現(xiàn)象的發(fā)生，目前采用的方法是，采集來自電網(wǎng)電壓的高壓信號，并采集同步變壓器輸出側(cè)的同步信號，以對同步信號的相位與電網(wǎng)電壓波形的相位進(jìn)行比較，當(dāng)發(fā)現(xiàn)同步信號的相位與電網(wǎng)電壓相位相反時，修改電壓互感器和同步電壓器之間的接線，以使同步信號的相位與電網(wǎng)電壓相位相同，而機(jī)車中供電系統(tǒng)通常采用預(yù)布線，因此，修改硬件電路接線的工作較繁瑣
實用新型內(nèi)容
[0009]本實用新型第一個方面是提供ー種機(jī)車同步信號相位檢測裝置，以避免修改供電系統(tǒng)中硬件線路的繁瑣エ序。該機(jī)車同步信號相位檢測裝置，包括電流采集模塊，連接于機(jī)車供電系統(tǒng)中變流器的輸入側(cè)，用于采集機(jī)車供電系統(tǒng)中變流器輸入側(cè)的電流值；比較模塊，與所述電流采集模塊相連，用于當(dāng)判斷獲知所述電流值大于預(yù)設(shè)門限值時，生成相位變換信號；相位變換模塊，所述相位變換模塊的輸入端分別與機(jī)車供電系統(tǒng)中同步信號生成裝置和所述比較模塊相連，所述相位變換模塊的輸出端與供電系統(tǒng)中的控制單元相連，用于根據(jù)所述相位變換信號將接收到的同步信號生成裝置生成的同步信號的相位増加或減少設(shè)定度數(shù)以傳送給控制単元。本實用新型另ー個方面是提供一種機(jī)車供電系統(tǒng)，包括依次串接的牽引變壓器、電抗器和變流器，且所述牽引變壓器的輸出側(cè)連接同步信號生成裝置，所述同步信號生成裝置用于生成同步信號，還包括本實用新型提供的相位檢測裝置和控制單元，所述相位檢測裝置中的所述相位變換模塊的輸出端與所述控制単元相連，所述控制単元用于根據(jù)所述相位變換模塊輸出的同步信號生成對變流器的控制信號，以控制變流器輸入側(cè)的控制電壓與電網(wǎng)電壓相位相同。本實用新型又ー個方面是提供一種電カ機(jī)車，該電カ機(jī)車，包括包括受電弓和牽引電機(jī)，還包括本實用新型提供的供電系統(tǒng)，所述供電系統(tǒng)中的牽引變壓器通過所述受電弓與電網(wǎng)相連，所述供電系統(tǒng)中的變流器與所述牽弓I電機(jī)相連。本實用新型提供的機(jī)車同步信號相位檢測裝置，通過電流檢測模塊采集機(jī)車中變流器輸入側(cè)的電流值，然后通過比較模塊將電流值與預(yù)設(shè)門限值進(jìn)行比較判斷，以生成相位變換信號，相位變換裝置根據(jù)生成的相位變換信號對機(jī)車供電系統(tǒng)中同步信號進(jìn)行處理后，即可使同步信號的相位與電網(wǎng)電壓相位相同，以傳送給控制単元，控制單元將根據(jù)該同步信號產(chǎn)生對變流器的控制信號，使變流器輸入側(cè)的控制電壓與電網(wǎng)電壓的相位相同，該檢測裝置不用修改供電系統(tǒng)中的硬件電路接線即可實現(xiàn)改變同步信號相位的目的，從而免去了修改硬件線路的繁瑣エ序，并且，該種檢測裝置結(jié)構(gòu)簡單、容易實現(xiàn)，不必設(shè)置復(fù)雜的裝置，因此，可簡化機(jī)車中供電系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)。

圖I為本實用新型實施例所提供的機(jī)車同步信號相位檢測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實用新型實施例所提供的機(jī)車供電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本實用新型實施例所提供的機(jī)車同步信號相位檢測方法的流程圖；圖4為現(xiàn)有技術(shù)所提供的電カ機(jī)車供電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
本實用新型實施例提供了ー種機(jī)車同步信號相位檢測裝置，圖I為本實用新型實施例所提供的機(jī)車同步信號相位檢測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖I所示，該檢測裝置包括電流采集模塊200、比較模塊201和相位變換模塊202。[0022]電流采集模塊200連接于機(jī)車供電系統(tǒng)中變流器32的輸入側(cè)，用于采集機(jī)車供電系統(tǒng)中的變流器32輸入側(cè)的電流值。 比較模塊201與電流采集模塊200相連，用于當(dāng)判斷獲知電流值大于預(yù)設(shè)門限值時，生成相位變換信號；相位變換模塊202的輸入端分別與機(jī)車供電系統(tǒng)中同步信號生成裝置33和比較模塊201相連,相位變換模塊202的輸出端與供電系統(tǒng)中的控制單兀34相連,用于根據(jù)相位變換信號將接收到的同步信號生成裝置33生成的同步信號的相位増加或減少設(shè)定度數(shù)以傳送給控制単元34。上述的電流采集模塊、比較模塊和相位變換模塊均可采用相應(yīng)的電路或者包含相關(guān)程序指令的硬件實現(xiàn)，例如，電流采集模塊可以為電流傳感器、電流表等，比較模塊可以為比較電路或包含比較指令的可編程控制器(Programmable Logic Controller,簡稱PLC)，相位變換模塊均可采用相應(yīng)的電路或者包含相關(guān)程序指令的硬件實現(xiàn)，例如，相位變換模塊可以為移相器器或者包含相位變換指令的微控制器等。該檢測裝置可單獨(dú)設(shè)置，也可以集成在現(xiàn)有機(jī)車供電系統(tǒng)的控制単元中，在控制単元中増加相應(yīng)的功能模塊即可。該相位檢測裝置用于檢測機(jī)車供電系統(tǒng)中同步信號的相位，下面結(jié)合圖3所示的機(jī)車供電系統(tǒng)的工作原理介紹本實施例提供的相位檢測裝置的原理。圖2為本實用新型實施例所提供的機(jī)車供電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖2所示，該機(jī)車供電系統(tǒng)，包括串接的牽引變壓器30、電抗器31和變流器32，并且，牽引變壓器30的輸入側(cè)連接有同步信號生成裝置33。牽引變壓器30的一次側(cè)通過受電弓35與電網(wǎng)36相連，牽引變壓器30的二次側(cè)通過電抗器31與變流器32相連，控制單元34與變流器32相連。在機(jī)車車頂上安裝有受電弓35，通過受電弓35與電網(wǎng)36導(dǎo)線接觸以將電網(wǎng)36的電能引入牽引變壓器30，通過牽引變壓器30對從電網(wǎng)36引入的電壓進(jìn)行變換后輸出電壓U1作為變流器32輸入側(cè)的控制電壓U。，經(jīng)過變流器32對該控制電壓進(jìn)行整流逆變等處理后可作為機(jī)車中牽引電機(jī)37的電壓源，以通過牽引電機(jī)37為機(jī)車提供牽引動力，進(jìn)而通過電カ機(jī)車牽引各節(jié)車體運(yùn)行。并且，當(dāng)列車運(yùn)行在制動狀態(tài)吋，牽引電機(jī)37可作為發(fā)電機(jī)輸出電能，變流器32對牽引電機(jī)37輸出的電能經(jīng)過逆變整流等處理后輸出并回饋到電網(wǎng)36。此處電抗器31的作用是，當(dāng)該牽引電機(jī)37負(fù)載或者供電系統(tǒng)的線路中發(fā)生短路現(xiàn)象時，可起到増大短路阻杭，限制變流器32輸入側(cè)短路電流的作用，以對變流器32進(jìn)行保護(hù)。并且，該供電系統(tǒng)中，電流采集模塊200連接于機(jī)車供電系統(tǒng)中變流器32的輸入側(cè)；可通過電流采集模塊200采集變流器32輸入側(cè)的電流值；比較模塊201與電流采集模塊200相連，并通過比較模塊201將電流值與預(yù)設(shè)門限值進(jìn)行比較，當(dāng)判斷獲知電流值大于預(yù)設(shè)門限值時，生成相位變換信號；相位變換模塊202的輸入端分別與機(jī)車供電系統(tǒng)中同步信號生成裝置33和比較模塊201相連，相位變換模塊201的輸出端與供電系統(tǒng)中的控制単元34相連，通過相位變換模塊202接收供電系統(tǒng)同步信號生成裝置33 (可以為串接于電網(wǎng)電壓中的電壓互感器和同步變壓器)生成的同步信號，井根據(jù)該相位變換信號將同步信號的相位増加或減少設(shè)定度數(shù)以傳送給供電系統(tǒng)中的控制單元34。[0033]控制單元34根據(jù)相位變換模塊輸出的同步信號產(chǎn)生對變流器32的控制信號，該控制信號為控制變流器32中各開關(guān)器件(例如，晶閘管或絕緣柵雙極型晶體管)導(dǎo)通或斷開的脈沖電壓信號，變流器32根據(jù)該控制信號對控制電壓U。進(jìn)行整流逆變等處理后可作為機(jī)車中牽引電機(jī)37的電壓源，并且變流器32輸入側(cè)的控制電壓U。的相位與同步信號的相位相同。上述的供電系統(tǒng)中，正常情況下，同步信號的相位為與電網(wǎng)電壓相位相同的一低壓電信號，如果該同步信號生成裝置與電網(wǎng)電壓的接線錯誤或者發(fā)生其他故障時，生成的同步信號的相位有可能與電網(wǎng)電壓相位相差較大或者相位相反。由于控制電壓U。的相位與同步信號的相位相同，當(dāng)同步信號的相位與電網(wǎng)電壓的相位相差較大或者相位相反(也就是相差180° )時，控制電壓U。的相位也就與牽引變壓器輸出側(cè)的電壓U1的相位相差較大或者相位相反，此時，由于控制電壓U。與電壓U1之間存在較大的電壓差，將會在變流器的輸入側(cè)與電抗器之間形成的回路中產(chǎn)生ー較大的電流；而當(dāng)同步信號的相位與電網(wǎng)電壓的相位相同或者相差的度數(shù)較小時，控制電壓U。與U1之間不存在電壓差或者電壓差很小，變流器的輸入側(cè)與電抗器之間形成的回路中幾乎沒有電流流過，接近于零。本實施例的檢測裝置就是基于上述的工作原理。將控制電壓的相位與電網(wǎng)電壓的相位相差度數(shù)較大(例如，接近180° )時，也就是同步信號的相位與電網(wǎng)電壓的相位相差的度數(shù)較大時，變流器輸入側(cè)的電流值為預(yù)設(shè)門限值。當(dāng)檢測到的變流器輸入側(cè)的電流值大于預(yù)設(shè)門限值時，說明同步信號的相位與電網(wǎng)電壓的相位相差較大，此時生成相位變換信號。該相位變換信號可為代表同步信號與電網(wǎng)電壓相位差的信號，例如，采集的電流值與預(yù)設(shè)門限值的差值越大，該相位變換信號的值越大，說明同步信號與電網(wǎng)電壓的相位差越大，因此，可通過相位變換裝置接收供電系統(tǒng)中的同步信號，井根據(jù)該相位變換信號將同步信號的相位増加或減少設(shè)定度數(shù)，使同步信號的相位與電網(wǎng)電壓相位相同，以傳送給供電系統(tǒng)中的控制單元，控制單元將根據(jù)該同步信號產(chǎn)生對變流器的控制信號，使變流器輸入側(cè)的控制電壓與電網(wǎng)電壓的相位相同。該增加和減少的設(shè)定度數(shù)根據(jù)同步信號與電網(wǎng)電壓相差的度數(shù)而定，例如，如果電網(wǎng)電壓相位為0°，而同步信號的相位為180°，則將同步信號的相位増加或減少180°，使同步信號的相位與電網(wǎng)電壓相位相同。通常情況下，電網(wǎng)電壓經(jīng)過同步信號生成裝置生成的同步信號的相位與電網(wǎng)電壓的相位是相同的，但是如果同步信號生成裝置在接線過程中有誤，容易造成生成的同步信號的相位與電網(wǎng)電壓的相位相反，即相位相差180°，因此，實際應(yīng)用中，往往將控制電壓的相位與電網(wǎng)電壓的相位相差相反時，也就是同步信號的相位與電網(wǎng)電壓的相位相反時，變流器輸入側(cè)的電流值作為預(yù)設(shè)門限值。當(dāng)檢測到的變流器輸入側(cè)的電流值大于預(yù)設(shè)門限值時，說明同步信號的相位與電網(wǎng)電壓的相位相反，此時生成相位變換信號。該相位檢測裝置，通過電流檢測模塊采集機(jī)車中變流器輸入側(cè)的電流值，然后通過比較模塊將電流值與預(yù)設(shè)門限值進(jìn)行比較判斷，以生成相位變換信號，相位變換裝置根據(jù)生成的相位變換信號對機(jī)車供電系統(tǒng)中同步信號進(jìn)行處理后，即可使同步信號的相位與電網(wǎng)電壓相位相同，以傳送給控制単元，控制單元將根據(jù)該同步信號產(chǎn)生對變流器的控制信號，使變流器輸入側(cè)的控制電壓與電網(wǎng)電壓的相位相同，該檢測裝置不用修改供電系統(tǒng)中的硬件電路接線即可實現(xiàn)改變同步信號相位的目的，從而免去了修改硬件線路的繁瑣エ序，并且，該種檢測裝置結(jié)構(gòu)簡單、容易實現(xiàn)，不必設(shè)置復(fù)雜的裝置，因此，可簡化機(jī)車中供電系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)。本實用新型實施例還提供了一種機(jī)車供電系統(tǒng)，包括依次串接的牽引變壓器、電抗器和變流器，且牽引變壓器的輸出側(cè)連接同步信號生成裝置，同步信號生成裝置用于生成同步信號，還包括本實用新型實施例提供的相位檢測裝置和控制單元，相位檢測裝置中的相位變換模塊的輸出端與控制單元相連，控制単元用于根據(jù)相位變換模塊輸出的同步信 號生成對變流器的控制信號，以控制變流器輸入側(cè)的控制電壓與電網(wǎng)電壓相位相同。該供電系統(tǒng)的工作原理在上述已有描述，此處不再贅述，該供電系統(tǒng)通過設(shè)置本實用新型實施例所提供的相位檢測裝置，不用修改供電系統(tǒng)中的硬件電路接線即可實現(xiàn)改變同步信號相位的目的，從而免去了修改硬件線路的繁瑣エ序，并且，采用該檢測裝置的結(jié)構(gòu)簡單、容易實現(xiàn)，不必設(shè)置復(fù)雜的裝置，因此，可簡化供電系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)。本實用新型實施例還提供了 ー種電カ機(jī)車，包括受電弓和牽引電機(jī)，還包括本實用新型實施例提供的供電系統(tǒng)，供電系統(tǒng)中的牽引變壓器通過受電弓與電網(wǎng)相連，供電系統(tǒng)中的變流器與牽引電機(jī)相連。該電カ機(jī)車，設(shè)置有本實用新型實施例的供電系統(tǒng)，該供電系統(tǒng)通過設(shè)置本實用新型實施例所提供的相位檢測裝置，不用修改供電系統(tǒng)中的硬件電路接線即可實現(xiàn)改變同步信號相位的目的，從而免去了修改硬件線路的繁瑣エ序，并且，采用該檢測裝置的結(jié)構(gòu)簡單、容易實現(xiàn)，不必設(shè)置復(fù)雜的裝置，因此，可簡化供電系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)。圖3為本實用新型實施例所提供的機(jī)車同步信號相位檢測方法的流程圖，如圖3所示，該檢測方法具體包括以下步驟步驟100、采集機(jī)車供電系統(tǒng)中的變流器輸入側(cè)的電流值；步驟101、當(dāng)判斷獲知電流值大于預(yù)設(shè)門限值時，生成相位變換信號；步驟102、根據(jù)相位變換信號將接收到的同步信號的相位増加或減少設(shè)定度數(shù)以傳送給供電系統(tǒng)中的控制單元。本實施例提供的相位檢測方法為上述圖I所示裝置實施例的執(zhí)行方法，該檢測方法，只需采集機(jī)車中變流器輸入側(cè)的電流值，然后將電流值與預(yù)設(shè)門限值進(jìn)行比較判斷，以生成相位變換信號，根據(jù)生成的相位變換信號對機(jī)車供電系統(tǒng)中同步信號進(jìn)行處理后，即可使同步信號的相位與電網(wǎng)電壓相位相同，以傳送給控制単元，控制單元將根據(jù)該同步信號產(chǎn)生對變流器的控制信號，使變流器輸入側(cè)的控制電壓與電網(wǎng)電壓的相位相同，該檢測方法不用修改供電系統(tǒng)中的硬件電路接線即可實現(xiàn)改變同步信號相位的目的，從而免去了修改硬件線路的復(fù)雜エ序，并且，該種檢測方法簡單、容易實現(xiàn)，不必設(shè)置繁瑣的裝置，因此，可簡化機(jī)車中供電系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)。最后應(yīng)說明的是以上實施例僅用以說明本實用新型的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本實用新型進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本實用新型各實施例技術(shù)方案的范 圍。
權(quán)利要求1.ー種機(jī)車同步信號相位檢測裝置，其特征在于，包括 電流采集模塊，連接于機(jī)車供電系統(tǒng)中變流器的輸入側(cè)，用于采集機(jī)車供電系統(tǒng)中變流器輸入側(cè)的電流值； 比較模塊，與所述電流采集模塊相連，用于當(dāng)判斷獲知所述電流值大于預(yù)設(shè)門限值時，生成相位變換信號； 相位變換模塊，所述相位變換模塊的輸入端分別與機(jī)車供電系統(tǒng)中同步信號生成裝置和所述比較模塊相連，所述相位變換模塊的輸出端與供電系統(tǒng)中的控制單元相連，用于根據(jù)所述相位變換信號將接收到的同步信號生成裝置生成的同步信號的相位増加或減少設(shè)定度數(shù)以傳送給控制単元。
2.一種機(jī)車供電系統(tǒng)，包括依次串接的牽引變壓器、電抗器和變流器，且所述牽引變壓器的輸出側(cè)連接同步信號生成裝置，所述同步信號生成裝置用于生成同步信號，其特征在于還包括權(quán)利要求I所述的相位檢測裝置和控制單元，所述相位檢測裝置中的所述相位變換模塊的輸出端與所述控制単元相連，所述控制単元用于根據(jù)所述相位變換模塊輸出的同步信號生成對變流器的控制信號，以控制變流器輸入側(cè)的控制電壓與電網(wǎng)電壓相位相同。
3.ー種電カ機(jī)車，包括受電弓和牽引電機(jī)，其特征在于還包括權(quán)利要求2所述的供電系統(tǒng)，所述供電系統(tǒng)中的牽引變壓器通過所述受電弓與電網(wǎng)相連，所述供電系統(tǒng)中的變流器與所述牽引電機(jī)相連。
專利摘要本實用新型提供一種機(jī)車同步信號相位檢測裝置、機(jī)車供電系統(tǒng)和電力機(jī)車，該檢測裝置包括電流采集模塊、比較模塊和相位變換模塊，其中，電流采集模塊連接于機(jī)車供電系統(tǒng)中變流器的輸入側(cè)；比較模塊與電流采集模塊相連；相位變換模塊的輸入端分別與機(jī)車供電系統(tǒng)中同步信號生成裝置和比較模塊相連，相位變換模塊的輸出端與供電系統(tǒng)中的控制單元相連。該檢測裝置不用修改供電系統(tǒng)中的硬件電路接線即可實現(xiàn)改變同步信號相位的目的，從而免去了修改硬件線路的繁瑣工序，并且，該種檢測裝置結(jié)構(gòu)簡單、容易實現(xiàn)，不必設(shè)置復(fù)雜的裝置，因此，可簡化機(jī)車中供電系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)。
文檔編號B61C3/00GK202421335SQ20112051305
公開日2012年9月5日 申請日期2011年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月9日
發(fā)明者徐從謙, 王雪迪, 耿輝, 鄒代厚 申請人:中國北車股份有限公司大連電力牽引研發(fā)中心