專利名稱：鐵路列車交流牽引電機(jī)擴(kuò)容主電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明技術(shù)涉及鐵路列車的電傳動(dòng)技術(shù)領(lǐng)域，其范圍屬于干線和 城際軌道交通的電力機(jī)車、動(dòng)車組和電傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車，為變流器至交 流牽引電機(jī)的主電路部分。
背景技術(shù)：
牽引電機(jī)的容量在列車運(yùn)行中有決定性作用。如日本300系列電動(dòng)車組，起動(dòng)后速度到136km/h時(shí)，就進(jìn)入牽引電動(dòng)機(jī)功率300kw的 恒功階段，到最高運(yùn)行速度270km/h時(shí)，牽引力會(huì)下降到50%以下， "中華之星"甚至下降到1/3以下，目前所有交流牽引電機(jī)都存在容 量限制，這里具有下述缺點(diǎn)A. 列車牽引時(shí)，中高速的牽引力變小阻力反大，使加速度變小， 再提速困難，甚至臨近極限，影響運(yùn)行全程的運(yùn)能和速度。B. 列車制動(dòng)時(shí)要分段控制，再生與電阻制動(dòng)功率不足，中高速減 速度也小，在正常和故障情況下緊急制動(dòng)，必須和盤形制動(dòng)構(gòu)成復(fù)合 制動(dòng)，特別是行速300km/h時(shí)以上時(shí)，盤形制動(dòng)功率也不夠，制動(dòng)困 難導(dǎo)致制動(dòng)距離拉長，也要影響全程運(yùn)行速度、運(yùn)能甚至安全可靠性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明技術(shù)提供一種在中高段運(yùn)行交流牽引電機(jī)容量擴(kuò)大電路， 減少甚至不受交流牽引電機(jī)功率限制。這樣1、在全速范圍內(nèi)牽引 和制動(dòng)特性可不設(shè)恒功率曲線，只受粘著潛力限制，在考慮冗余條件 下，保持牽引與制動(dòng)全程以恒轉(zhuǎn)矩運(yùn)行；2、只增加恒轉(zhuǎn)矩速度寬度， 同時(shí)提高恒功率區(qū)段的牽引制動(dòng)力幅度。實(shí)際粘著潛力有三要素輪軌間固體接觸，接觸斑實(shí)為一些離散 的接觸點(diǎn)，屈服壓力使各點(diǎn)的應(yīng)力幾乎相同，觸點(diǎn)上主要發(fā)生塑變。 與粘著有關(guān)的第一是觸點(diǎn)切向粘附塑變動(dòng)態(tài)的真實(shí)接觸面積；第二是 觸點(diǎn)表面膜的自然條件；第三是10—4 10,的觸點(diǎn)程序溫升。這三方 如有綜合改善措施，提升受控的粘著系數(shù)"曲線，加上牽引電機(jī)容量 抬升，便可獲得高速段較大牽引力和制動(dòng)力，避免出現(xiàn)極限障礙。交流牽引電機(jī)擴(kuò)容技術(shù)方案最簡單，只要把交流牽引電機(jī)定子繞 組通過轉(zhuǎn)換開關(guān)換接，把定子繞組各相繞組由串聯(lián)改為并聯(lián)，這樣就 可以了，這里不考慮由定子繞組星接改為三角接，主要是諧波影響關(guān) 系。例如日本300系列電動(dòng)車組，因?yàn)樗?極電機(jī)，每相有4個(gè)極 相組，如在136km/h時(shí)極相組由1串改為2并，在272km/h時(shí)由2并 改為4并。這樣異步牽引電機(jī)的容量就從300kw分別增至600kw和 1200kw，恒轉(zhuǎn)矩速度寬至544km/h，超過運(yùn)速全程范圍；如果只進(jìn)行 l串2并，自272km/h進(jìn)入恒功段，最高速如取、450km/h，則牽引力 將下降40%，否則不擴(kuò)容要下降70%。附

圖1是交流牽引電機(jī)定子繞組1串2并、3并和4并的擴(kuò)容電路，其接法是這樣a. 每相相連的繞組段分為2、 3、 4段，各段首末端引線分別為3 X4， 3X6， 3X8條，每相首端引線與供電主變流器相連，每相末端 引線短接。b. 轉(zhuǎn)換開關(guān)為鐵路通用的繞組轉(zhuǎn)換開關(guān)，每次轉(zhuǎn)換用一根轉(zhuǎn)軸， 2次轉(zhuǎn)換用二根轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)換一次接觸元件為k，轉(zhuǎn)換二次的接觸元件 分別為kl、 k2。c. 每相相鄰段間為轉(zhuǎn)換開關(guān)一常閉二常開的一組接觸單元，常閉 元件與相鄰兩端的首末引線相連，形成串聯(lián)； 一個(gè)常開元件將其中首 端引線與每相首端相連，另一常開元件將其中末端引線與每相末端相 連，形成支路并聯(lián)；如果各段星接中點(diǎn)獨(dú)立，各段的末端可用2個(gè)常 開元件短接，可實(shí)用的交流電機(jī)繞組換接有5種模式1串至2、 3、 4并及1串至2再至3、 4并，見表中開關(guān)元件動(dòng)作所示，轉(zhuǎn)換時(shí)變 流器先封閉，接觸元件作無電操作，為雙重保護(hù)接觸元件可附加弧觸 頭；繞組轉(zhuǎn)換3并用于6極交流牽引電機(jī)，4并用于4極、8極交流牽引電機(jī)；只要電力電子開關(guān)元件簡單、實(shí)用與可靠，也可采用。元件動(dòng)作表1串2、 3、 4并2—3并2—4并KKl—K2、K卜K1K2交流牽引電機(jī)定子繞組是雙層短矩迭繞組，同步和永磁同步牽引電機(jī)定子繞組也可采用雙層波繞組，極數(shù)一般4 8極，永磁同步牽 引電機(jī)極數(shù)更多，.翠房迭繞組把不同極性的極相組依次串聯(lián)，然后換成 多條支路并聯(lián)；雙層波繞組則是同極性和反極性線圈各自串聯(lián)成多 個(gè)線圈組，由l串換成數(shù)支路并聯(lián)，作為轉(zhuǎn)換沒什么區(qū)別。同步、異步 牽引電機(jī)可有2并，，還可3并、4并甚至更多，看電機(jī)極數(shù)多少，但 是恒矩速寬范圍4并己注入400 500km/h，所以擴(kuò)容只要2 4并就 可以了。附圖2為定子繞組經(jīng)轉(zhuǎn)換，交流變?nèi)轄恳姍C(jī)的線壓U、線流I、 磁通O、轉(zhuǎn)矩N和功率P隨速度V變化的特性曲線。圖中'(a) VI、 V2作二次轉(zhuǎn)換，圖中〈b)在V1直作第二次轉(zhuǎn)換，V3、 V4為恒矩控 制3并4并的最寬速度，如果V1為120 130km/h的話，3并及以上 的V3、 M可進(jìn)入360 50.0km/h區(qū)段；如果實(shí)際需要，V2、 V3也可 開始進(jìn)行恒功控制，VI即基速。.凈廣容后交流牽引電機(jī)極數(shù)不變，每極在恒矩段不削磁/約數(shù)段電 流保持額定值，.約數(shù)段的電壓雖增，壓頻比保持常數(shù)；電機(jī)的線壓不 超過額定值，所以絕緣仍保持原有等級(jí)，只是線流加大；作為電源主 變流器電壓不加大，只是晶閘管元件的電流加大.，因?yàn)閿U(kuò)容在電機(jī)主 電路發(fā)生對控制系統(tǒng)沒有太大影響，僅在指定速度進(jìn)行轉(zhuǎn)換。圖2中 實(shí)線為起動(dòng)時(shí)l串，點(diǎn)實(shí)線為2并，點(diǎn)劃線為3并，叉實(shí)線為4并曲 線。本發(fā)明技術(shù)的有益效果是1、牽引時(shí)減少甚至取消功限，充分利用粘著潛力，增大驅(qū)動(dòng)力，玄主沄昔;東麼可提至4micm/h W卜.給提被右il誥客件.沐同錄路幼客I_II 一、 1-1 ' 、 ' ">* "i^ -1~■ 一 — —---—,--' ' -■-> , 一|~I + 、 ■ ■ j * 、,一 、11 ， ~J "J jI H 1/ " 、件下貨車可增加運(yùn)能。2、 常用制動(dòng)、緊急制動(dòng)和故障緊急制動(dòng)，動(dòng)車可以單一使用再 生制動(dòng)或電阻制動(dòng)，不加工作量大的動(dòng)車盤形制動(dòng)，減少拖車協(xié)調(diào)配 合，控制簡化、縮短制動(dòng)距離，減輕磨損。3、 電傳內(nèi)燃機(jī)車仍受柴油機(jī)功限，但與ND5主發(fā)電機(jī)定子串并 轉(zhuǎn)換有相同技術(shù)效果，即恒功速度范圍變寬，使調(diào)速比變大；另一方 面單一電阻制動(dòng)，全程制動(dòng)力加大，減速度變大，同樣可以縮短制動(dòng) 距離和制動(dòng)時(shí)間。總的來說交流牽引電機(jī)擴(kuò)容，僅串并聯(lián)轉(zhuǎn)換技術(shù)難度小，投入少， 取得效益明顯。
以下結(jié)合附圖和2項(xiàng)實(shí)施例，對本發(fā)明技術(shù)作進(jìn)一步說明，附圖1為交流牽引電機(jī)定子繞組的擴(kuò)容電路；附圖2為交流牽引電機(jī)擴(kuò)容的特性曲線；附圖3第一實(shí)施例采用異步牽引電機(jī)的電力機(jī)車擴(kuò)容主電路；附圖4第二實(shí)施例采用同步牽引電機(jī)的電力機(jī)車擴(kuò)容主電路；附圖5第一實(shí)施例兩次轉(zhuǎn)換的凸輪軸轉(zhuǎn)換開關(guān)外形圖，(a)為一 次轉(zhuǎn)換接線圖，(b)為2次轉(zhuǎn)換接線圖；附圖6第二實(shí)施例的鼓型轉(zhuǎn)換開關(guān)外形圖，_ (a)為繞組接線圖，(b)為動(dòng)觸片展開圖；附圖7第一實(shí)施例的鼓型轉(zhuǎn)換開關(guān)外形圖，(a)為繞組接線圖，(b) (c)為動(dòng)觸片l、 2次展開圖。圖中K為轉(zhuǎn)換開關(guān)的一次轉(zhuǎn)換接觸元件，K1K2為兩次轉(zhuǎn)換的接 觸元件；U為線壓、I為線流、O磁通、N轉(zhuǎn)矩和P功率，V為速度， V1V2為轉(zhuǎn)換時(shí)速度，V3V4為3并4并恒矩最寬速度；A為氣體傳動(dòng) 裝置，BC為繞組兩次轉(zhuǎn)換開關(guān)；a為轉(zhuǎn)接鼓，b為傳動(dòng)氣缸，c為電 空閥，1 28為牽引電機(jī)引線序列號(hào)，4X2、 3X3 + 1為引線數(shù)，M3 為異步牽引電機(jī)。
具體實(shí)施例方式一、 采用三點(diǎn)式變流器的干線擴(kuò)容電力機(jī)車，見附圖3主電路 由一臺(tái)主變流器供電給二臺(tái)并聯(lián)的4極異步牽引電機(jī)M，每臺(tái)電機(jī)的極相組每相4個(gè)，各相引線為1 8， 11 18， 21 28;在變流 器和牽引電機(jī)中間，考慮LCC加裝一臺(tái)帶弧觸頭的輪軸式轉(zhuǎn)換開關(guān) (圖5)，轉(zhuǎn)換方式為1串一2并一4并，其接線方式一相見(b)， 1 串一2并見第一軸，引線5、 8與2個(gè)靜觸頭相連，1、 4與常開動(dòng)觸 頭相連，4與常閉動(dòng)觸頭相連；第二軸2并一4并，引線l、 2、 6、 8 與4個(gè)靜觸頭相連，同時(shí)2、 3、 6、 7與常開動(dòng)觸頭相連；3、 7與常 閉動(dòng)觸頭相連；它相與其雷同。l串直至4并(b)可同時(shí)進(jìn)行，也可采用共軸的圖5 (a)， (a) 的接法是1、 2、 4、 6、 8與5個(gè)靜觸頭相連，2、 3、 4、 5、 6、 7與 常開動(dòng)觸頭相連，3、 5、 7與常閉動(dòng)觸頭相連，它相雷同。二、 采用同步牽引電機(jī)的擴(kuò)容電力機(jī)車，見附圖4主電路'由一臺(tái)主變流器供電給雙繞組的同步牽引電機(jī)，由于電角差兩套 繞組供電電壓不同，繞組轉(zhuǎn)換開關(guān)元件要分開，轉(zhuǎn)換時(shí)變流器確保電 路封閉，定子繞組l串二并，可以加裝一個(gè)無弧的鼓型轉(zhuǎn)換開關(guān)，見附圖6，引線接線方式見圖6 (a) (b)， 一相引線1 4，與鼓型開關(guān) 靜觸頭相接，通過轉(zhuǎn)換動(dòng)觸片，使13、 24間構(gòu)成常開接觸，23間構(gòu) 成常閉接觸；它相連接相同。圖7給予實(shí)施例1提供1串一2并一4并(c)或1串一4并(b) 封閉無電轉(zhuǎn)換條件鼓型開關(guān)， 一相引線1 8與靜觸頭相連，鼓型開 關(guān)內(nèi)部見圖7的(b) (c)，動(dòng)觸片構(gòu)成了23、 45、 67為常閉接觸， 357與l， 246與8為常開接觸，形成圖7 (a)的連線；它相連接也 相同。
權(quán)利要求
1、一種鐵路列車交流牽引電機(jī)擴(kuò)容主電路，交流牽引電機(jī)的定子繞組星接，主變流器對定子繞組首端供電，其特征在于牽引電機(jī)定子繞組每相按極約數(shù)分成2、3或4以上的數(shù)段，加裝一個(gè)繞組轉(zhuǎn)換開關(guān)，把各段轉(zhuǎn)換為所有段串聯(lián)和2段3段或4段以上的并聯(lián)，相鄰段間二常開一常閉接觸元件為轉(zhuǎn)換開關(guān)的單元，電路的接法是1)單元的常閉元件與前段末端引線、后段首端引線相連；2)單元的一個(gè)常開元件與后段的首端引線、每相的始端引線相連；3)單元的另一常開元件與前段末端引線、每相終端引線相連；另一接法是單元的另一常開元件與本相、他相的同段末端引線相連。
2、 根據(jù)權(quán)力要求1所述的交流牽引電機(jī)主電路，其特征在于定 子繞組轉(zhuǎn)換開關(guān)分為一軸或兩軸， 一軸全部單元與定子繞組的全部引 線相連；兩軸用于定子繞組每相分4段及以上情況，第一軸單元與定子繞組每相中間點(diǎn)段端的引線相連，第二軸卑元與每相其他點(diǎn)的段端 引線相連。
3、 根據(jù)權(quán)力要求1所述的交流牽引電機(jī).2種牽引電機(jī)定子繞組是雙層短矩迭繞組，同步和永磁同步牽引電機(jī)定子繞組或雙層波繞組， 其特征在于雙層迭繞組是:把不同極性的極相組依次串聯(lián)，然后分成2、 3或4段及以上，各段首末端引線；同步牽引電機(jī)、'永磁同歩牽引電機(jī) 如果用雙層波繞組，繞組的每相伺極性和反極性線圈各自串聯(lián)，成為 數(shù)個(gè)線圈組段，其首末端引線。
全文摘要
一種鐵路列車交流牽引電機(jī)擴(kuò)容主電路，用以克服動(dòng)車、機(jī)車的功率限制，它是在主變流器和牽引電機(jī)之間加裝繞組轉(zhuǎn)換開關(guān)，按極和相把牽引電機(jī)的定子繞組每相分成幾段，通過轉(zhuǎn)換開關(guān)把定子繞組每相各段串聯(lián)變成并聯(lián)，從而保持電機(jī)的磁通、繞組電流不變，線電壓不超過額定值，使恒轉(zhuǎn)矩速度范圍拉寬，牽引電機(jī)容量倍增，動(dòng)車、機(jī)車驅(qū)動(dòng)力與制動(dòng)力增強(qiáng)，達(dá)到提速與加大運(yùn)能的效果。
文檔編號(hào)H02P27/00GK101247105SQ200810083689
公開日2008年8月20日 申請日期2008年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月17日
發(fā)明者呂興華 申請人:呂興華