CN107696872A - 永磁直驱牵引传动系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了永磁直驱牵引传动系统及方法，该系统包括高压箱、牵引逆变器、永磁直驱同步牵引电机和碳化硅逆变模块，所述高压箱与牵引逆变器连接，所述牵引逆变器驱动连接永磁直驱同步牵引电机。该方法包括步骤1：给高压箱供应高压电；步骤2：高压箱将高压电分配到牵引逆变器；步骤3：牵引逆变器通过碳化硅逆变模块将输入电源逆变器输出三相交流电；步骤4：三相交流电通过正弦滤波器滤波成标准的正弦波，步骤5：正弦波通过三相隔离接触器后，输出给永磁直驱同步牵引电机，永磁直驱同步牵引电机驱动列车前进。本发明供电的更高效，显著降低在永磁直驱同步牵引电机和逆变器之间的电缆的电磁辐射。

Description

永磁直驱牵引传动系统及方法

技术领域

本发明涉及永磁直驱牵引传动系统及方法，属于轨道交通车辆牵引传动系统技术领域。

背景技术

牵引传动系统为轨道交通系统中最为关键的子系统之一。牵引传动系统为轨道交通车辆提供牵引力和电制动力，且牵引传动系统设备较多，因此牵引传动系统的轻量化、节能、降噪设计对车辆的正常运营至关重要。

牵引传动系统通过牵引逆变器为永磁直驱同步牵引电机提供驱动电源，永磁直驱同步牵引电机安装在车辆转向架上，通过传动装置齿轮箱驱动车轴传动，驱动列车的前进。

目前的牵引传动系统多为异步永磁直驱同步牵引电机或非直驱式永磁同步永磁直驱同步牵引电机，包括高压箱、采用大功率IGBT模块的牵引逆变器、制动电阻、传动装置齿轮箱、联轴节等。

现有的牵引传动系统多为异步永磁直驱同步牵引电机或非直驱式同步永磁直驱同步牵引电机，牵引逆变模块采用大功率IGBT模块，传动装置采用齿轮箱。由于采用异步永磁直驱同步牵引电机，电机转轴自带冷却风扇，电机运行时噪声大；非直驱式同步永磁直驱同步牵引电机采用水冷，需额外增加单独的水冷装置，增加整车重量；牵引逆变模块采用大功率IGBT模块，其开关频率较低，电磁噪音高，损耗较大；采用齿轮箱传动，有一定的传动损耗。

现有牵引传动系统采用异步永磁直驱同步牵引电机，电机转轴自带冷却风扇，电机运行噪声大；采用非直驱式永磁同步永磁直驱同步牵引电机，需额外增加单独的水冷装置，增加整车重量，增加能耗。

牵引逆变模块采用大功率IGBT模块，其开关频率较低，电磁噪音高，损耗较大。

传动装置采用齿轮箱，有一定的传动损耗。

发明内容

为了解决上述存在的问题，本发明公开了一种永磁直驱牵引传动系统及方法，其具体技术方案如下：

永磁直驱牵引传动系统，该牵引传动系统用于驱动列车中的动车，该牵引传动系统能够同时驱动两个动车，

该牵引传动系统包括接触网、受电弓、高压箱、牵引逆变器、永磁直驱同步牵引电机、接地装置和轨道，

所述接触网通过高压供电系统连接变电站，所述接触网、受电弓、高压箱、牵引逆变器、永磁直驱同步牵引电机、接地装置和轨道与变电站串联，形成完整的供电回路，

所述接触网接受来自变电站的供电，接触网通过受电弓将高压电传递给高压箱，高压箱将高压电分配到两个牵引逆变器和一个辅助逆变器，两个所述牵引逆变器驱动连接对应的两个动车的永磁直驱同步牵引电机，同时驱动两个动车，

来自高压箱的高压电通过牵引逆变器以三相供电的形式给永磁直驱同步牵引电机供电，

所述永磁直驱同步牵引电机运行时将动能转化为电能，通过牵引逆变器反馈至供电接触网或轨道，给线路上运行的其他车辆使用，不能被吸收的能量通过制动电阻消耗。

所述牵引逆变器内设置有斩波模块、控制模块、碳化硅逆变模块、正弦滤波器和三相隔离接触器，所述斩波模块与制动电阻连接，斩波模块连接控制模块，所述控制模块同时连接碳化硅逆变模块、正弦滤波器和三相隔离接触器，所述碳化硅逆变模块、正弦滤波器和三相隔离接触器依次连接。

所述受电弓连接有用于过压保护的避雷器。

所述永磁直驱同步牵引电机采用自然风冷的冷却方式。

所述正弦滤波器连接在牵引逆变器的电路输出口，牵引逆变器采用内部水冷的方式冷却。

所述永磁直驱同步牵引电机的转子与车轴采用抱轴安装连接。

永磁直驱牵引传动方法，包括以下操作步骤：

步骤1：给高压箱供应高压电；

步骤2：高压箱将高压电分配到两个牵引逆变器和一个辅助逆变器；

步骤3：牵引逆变器通过碳化硅逆变器输出三相交流电；

步骤4：三相交流电通过正弦滤波器滤波成标准的正弦波；

步骤5：正弦波通过三相隔离接触器后，输出给永磁直驱同步牵引电机，永磁直驱同步牵引电机驱动列车前进；

步骤6：永磁直驱同步牵引电机将动能转换成电能，并经过牵引逆变器电制动，然后，电能依次反馈给高压箱、受电弓和接触网，或者作用于轨道，给轨道上的其他动车供电。

本发明的有益效果是：

本发明中牵引逆变器利用碳化硅逆变器模块，开关频率高，降低了电磁噪声，降低了开关损耗，采用内部水冷，并且在逆变器电路输出口连有正弦滤波器，使永磁直驱同步牵引电机比非正弦波供电的更高效，还可以显著降低在永磁直驱同步牵引电机和逆变器之间的电缆的电磁辐射。

本发明中永磁直驱同步牵引电机采用直驱式永磁同步永磁直驱同步牵引电机，转子与车轴间采用抱轴安装，直接驱动车轴转动，取消了传动装置齿轮箱，降低了传动损耗，提高传动效率；由于采用永久磁铁同步电机的性能更优于异步电机，使用碳化硅技术，电机可以自然冷却，无需增加冷却风扇，可明显降低电机噪声。

本发明无齿轮箱，无齿轮箱传动损耗。

附图说明

图1是本发明的连接框图，

图2是本发明的电路示意图，

附图标记列表：1—高压箱，2—牵引逆变器，3—制动电阻，4—永磁直驱同步牵引电机，5—正弦滤波器，6—三相隔离接触器，7—碳化硅逆变模块。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明。应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

图2是本发明的电路示意图，图中标记部件的名称为：高压箱1，牵引逆变器2，制动电阻3，永磁直驱同步牵引电机4，正弦滤波器5，三相隔离接触器6，碳化硅逆变模块7，图1是本发明的连接框图，结合附图可见，本永磁直驱牵引传动系统，该牵引传动系统用于驱动列车中的动车，该牵引传动系统能够同时驱动两个动车。

该牵引传动系统包括接触网、受电弓、高压箱、牵引逆变器、永磁直驱同步牵引电机、接地装置和轨道。

所述接触网通过高压供电系统连接变电站，所述接触网、受电弓、高压箱、牵引逆变器、永磁直驱同步牵引电机、接地装置和轨道与变电站串联，形成完整的供电回路。

所述接触网接受来自变电站的供电，接触网通过受电弓将高压电传递给高压箱，高压箱将高压电分配到两个牵引逆变器和一个辅助逆变器，两个所述牵引逆变器驱动连接对应的两个动车的永磁直驱同步牵引电机，同时驱动两个动车。

来自高压箱的高压电通过牵引逆变器以三相供电的形式给永磁直驱同步牵引电机供电。

所述永磁直驱同步牵引电机运行时将动能转化为电能，通过牵引逆变器反馈至供电接触网或轨道，给线路上运行的其他车辆使用，不能被吸收的能量通过制动电阻消耗。

所述牵引逆变器内设置有斩波模块、控制模块、碳化硅逆变模块、正弦滤波器和三相隔离接触器，所述斩波模块与制动电阻连接，斩波模块连接控制模块，所述控制模块同时连接碳化硅逆变模块、正弦滤波器和三相隔离接触器，所述碳化硅逆变模块、正弦滤波器和三相隔离接触器依次连接。牵引逆变器利用碳化硅逆变器模块，开关频率高，降低了电磁噪声，降低了开关损耗。列车运行时，不能被吸收的能量通过制动电阻消耗，充当放电功能。

永磁直驱同步牵引电机性能优于异步电机，使用碳化硅技术，永磁直驱同步牵引电机可以自然冷却，无需增加冷却风扇，可明显降低电机噪声。永磁直驱同步牵引电机比非正弦波供电的更高效，还可以显著降低在永磁直驱同步牵引电机和逆变器之间的电缆的电磁辐射。

所述受电弓连接有用于过压保护的避雷器。避雷器起到过压保护作用，提高安全性能。

所述永磁直驱同步牵引电机采用自然风冷的冷却方式。由于永磁直驱同步牵引电机的优异性能，自然风冷便能满足其散热需要。

所述正弦滤波器连接在牵引逆变器的电路输出口，牵引逆变器采用内部水冷的方式冷却。水冷确保牵引逆变器的散热，使其保持稳定的功效。

所述永磁直驱同步牵引电机的转子与车轴采用抱轴安装连接。直接驱动车轴转动，取消了传动装置齿轮箱，降低了传动损耗，提高传动效率。

永磁直驱牵引传动方法，包括以下操作步骤：

步骤1：给高压箱供应高压电；

步骤2：高压箱将高压电分配到两个牵引逆变器和一个辅助逆变器；

步骤3：牵引逆变器通过碳化硅逆变器输出三相交流电；

步骤4：三相交流电通过正弦滤波器滤波成标准的正弦波；

步骤5：正弦波通过三相隔离接触器后，输出给永磁直驱同步牵引电机，永磁直驱同步牵引电机驱动列车前进；

步骤6：永磁直驱同步牵引电机将动能转换成电能，并经过牵引逆变器电制动，然后，电能依次反馈给高压箱、受电弓和接触网，或者作用于轨道，给轨道上的其他动车供电。

本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述技术手段所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (7)

1.永磁直驱牵引传动系统，该牵引传动系统用于驱动列车中的动车，其特征在于该牵引传动系统能够同时驱动两个动车，

该牵引传动系统包括接触网、受电弓、高压箱、牵引逆变器、永磁直驱同步牵引电机、接地装置和轨道，

所述接触网通过高压供电系统连接变电站，所述接触网、受电弓、高压箱、牵引逆变器、永磁直驱同步牵引电机、接地装置和轨道与变电站串联，形成完整的供电回路，

所述接触网接受来自变电站的供电，接触网通过受电弓将高压电传递给高压箱，高压箱将高压电分配到两个牵引逆变器和一个辅助逆变器，两个所述牵引逆变器驱动连接对应的两个动车的永磁直驱同步牵引电机，同时驱动两个动车，

来自高压箱的高压电通过牵引逆变器以三相供电的形式给永磁直驱同步牵引电机供电，

所述永磁直驱同步牵引电机运行时将动能转化为电能，通过牵引逆变器反馈至供电接触网或轨道，给线路上运行的其他车辆使用，不能被吸收的能量通过制动电阻消耗。

2.根据权利要求1所述的永磁直驱牵引传动系统，其特征在于所述牵引逆变器内设置有斩波模块、控制模块、碳化硅逆变模块、正弦滤波器和三相隔离接触器，所述斩波模块与制动电阻连接，斩波模块连接控制模块，所述控制模块同时连接碳化硅逆变模块、正弦滤波器和三相隔离接触器，所述碳化硅逆变模块、正弦滤波器和三相隔离接触器依次连接。

3.根据权利要求1所述的永磁直驱牵引传动系统，其特征在于所述受电弓连接有用于过压保护的避雷器。

4.根据权利要求1所述的永磁直驱牵引传动系统，其特征在于所述永磁直驱同步牵引电机采用自然风冷的冷却方式。

5.根据权利要求2所述的永磁直驱牵引传动系统，其特征在于所述正弦滤波器连接在牵引逆变器的电路输出口，牵引逆变器采用内部水冷的方式冷却。

6.根据权利要求1所述的永磁直驱牵引传动系统，其特征在于所述永磁直驱同步牵引电机的转子与车轴采用抱轴安装连接。

7.永磁直驱牵引传动方法，其特征在于包括以下操作步骤：

步骤1：给高压箱供应高压电；

步骤2：高压箱将高压电分配到两个牵引逆变器和一个辅助逆变器；

步骤3：牵引逆变器通过碳化硅逆变器输出三相交流电；

步骤4：三相交流电通过正弦滤波器滤波成标准的正弦波；

步骤5：正弦波通过三相隔离接触器后，输出给永磁直驱同步牵引电机，永磁直驱同步牵引电机驱动列车前进；

步骤6：永磁直驱同步牵引电机将动能转换成电能，并经过牵引逆变器电制动，然后，电能依次反馈给高压箱、受电弓和接触网，或者作用于轨道，给轨道上的其他动车供电。