CN111348058A - 动力传动系统及内燃车辆 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种动力传动系统及内燃车辆。动力传动系统包括依次电连接的永磁同步发电机、牵引变流器和永磁同步电动机；永磁同步发电机与外部的柴油机机械连接；牵引变流器包括可控整流电路、中间直流电路和牵引逆变电路，可控整流电路分别与永磁同步发电机和中间直流电路电连接，用于将永磁同步发电机输出的交流电压整流后得到直流电压，并输出至中间直流电路；中间直流电路分别与可控整流电路和牵引逆变电路电连接，用于将可控整流电路输出的直流电压提供给牵引逆变电路；牵引逆变电路分别与中间直流电路和永磁同步电动机电连接，用于驱动永磁同步电动机，以使永磁同步电动机对内燃车辆进行牵引。

Description

动力传动系统及内燃车辆

技术领域

本发明涉及轨道车辆技术领域，尤其涉及一种动力传动系统及内燃车辆。

背景技术

内燃车辆主要是以柴油机为动力来源的车辆，而动力传动系统是内燃车辆的核心模块之一，用于将柴油机产生的动力转换为牵引车辆的机械能，以驱动车辆动轮在轨道上转动而实现车辆运行，因此，动力传动系统的稳定性直接影响车辆的运行性能及安全。

现有技术中，动力传动系统主要包括永磁发电机、牵引变流器及永磁牵引电动机。永磁发电机由柴油机产生的动力拖动而转动，从而输出电压，永磁发电机的输出电压经牵引变流器变换后得到所需的电压，以供给永磁牵引电动机使得牵引电动机转动，进而得到牵引车辆的机械能。其中，牵引变流器包括不控整流电路及逆变电路，不控整流电路将发电机输出的交流电转换为直流电并输出，逆变电路将不控整流电路所输出的直流电转换为交流电以供给永磁牵引电动机。

然而，现有技术中，由于永磁发电机的输出电压和柴油机的转数成正比，所以牵引变流器的不控整流电路所输出的直流电压的波动范围较大，因此造成不同直流电压下的弱磁控制参数不同，从而使得动力传动系统的控制系统较为复杂，进而导致动力传动系统的能耗及成本增大。

发明内容

鉴于上述问题，本发明实施例提供一种动力传动系统及内燃车辆，该动力传动系统降低了经过整流后所输出的直流电压的波动范围，因此，简化了动力传动系统的控制系统，从而降低了动力传动系统的能耗及成本。

为了实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：

本发明一实施例提供一种动力传动系统，包括依次电连接的永磁同步发电机、牵引变流器和永磁同步电动机；所述永磁同步发电机与外部的柴油机机械连接，用于在所述柴油机的带动下转动，以向所述牵引变流器提供三相交流电；所述牵引变流器包括可控整流电路、中间直流电路和牵引逆变电路，所述可控整流电路分别与所述永磁同步发电机和所述中间直流电路电连接，用于将所述永磁同步发电机输出的交流电压整流后得到直流电压，并输出至所述中间直流电路；所述中间直流电路分别与所述可控整流电路和所述牵引逆变电路电连接，用于将所述可控整流电路输出的直流电压提供给所述牵引逆变电路；所述牵引逆变电路分别与所述中间直流电路和所述永磁同步电动机电连接，用于驱动所述永磁同步电动机，以使所述永磁同步电动机对内燃车辆进行牵引。

如上所述的动力传动系统，所述可控整流电路包括功率开关管，所述功率开关管由绝缘栅双极晶体管和二极管反并联连接组成。

如上所述的动力传动系统，所述中间直流电路包括依次电连接的接地检测电路、输入电压电流检测电路、制动电阻电路、预充电电路和放电电路。

如上所述的动力传动系统，所述接地检测电路包括第一电阻、第二电阻、第一电容和第一电压测量传感器；所述第一电阻的第一端和所述第二电阻的第一端分别与所述可控整流电路连接，所述第一电阻的第二端和所述第二电阻的第二端连接；所述第一电容的第一端接地，所述第一电容的第二端与所述第二电阻的第一端连接；所述第一电压测量传感器的第一端接地，所述第一电压测量传感器的第二端与所述第一电容的第二端连接。

如上所述的动力传动系统，所述输入电压电流检测电路包括第二电压测量传感器和第一电流测量传感器；所述第一电流测量传感器的第一端与所述第一电阻的第一端连接于第一连接点，所述第二电压测量传感器的第一端与第二连接点连接，所述第二电压测量传感器的第二端与所述第一电流测量传感器的第二端于第三连接点连接。

如上所述的动力传动系统，所述制动电阻电路包括第三电阻、第二电流测量传感器、绝缘栅双极晶体管、第一二极管和第二二极管；所述第三电阻的第一端与所述第二电压测量传感器的第一端连接于第二连接点，所述第三电阻的第二端与所述第二电流测量传感器的第一端连接，所述第二电流测量传感器的第二端与所述第二二极管的正极端连接，所述第二二极管的负极端与所述第二电压测量传感器的第二端连接于第三连接点，所述第一二极管的正极端与所述第三电阻的第一端连接，所述第一二极管的负极端与所述绝缘栅双极晶体管的第一端连接，所述绝缘栅双极晶体管的第二端与所述第二二极管的负极端连接。

如上所述的动力传动系统，所述预充电电路包括主接触器、预充电接触器和第四电阻；所述主接触器的第一端与所述第二二极管的负极端连接，所述主接触器的第二端与所述第四电阻的第二端连接，所述预充电接触器的第一端与所述主接触器的第一端连接，所述预充电接触器的第二端与所述第四电阻的第一端连接。

如上所述的动力传动系统，所述放电电路包括第二电容和第五电阻；所述第二电容的第一端与所述主接触器的第二端连接，所述第二电容的第二端与所述第一二极管的正极端连接，所述第五电阻的第一端与所述第二电容的第一端连接，所述第五电阻的第二端与所述第二电容的第二端连接。

如上所述的动力传动系统，所述逆变单元包括功率开关管，所述功率开关管由绝缘栅双极晶体管和二极管反并联连接组成。

本发明另一实施例提供一种内燃车辆，包括车体、司机室和如上所述的动力传动系统，所述司机室位于所述车体的端部，所述动力传动系统安装在所述车体内，用于对内燃车辆进行牵引。

本发明提供的动力传动系统及内燃车辆，采用可控整流电路，降低了经过整流后所输出的直流电压的波动范围，因此，避免了不同电压范围内设置不同的弱磁控制参数，简化了动力传动系统的控制系统，从而降低了动力传动系统的能耗及成本。

除了上面所描述的本发明实施例解决的技术问题、构成技术方案的技术特征以及由这些技术方案的技术特征所带来的有益效果外，本发明实施例提供的动力传动系统所能解决的其他技术问题、技术方案中包含的其他技术特征以及这些技术特征带来的有益效果，将在具体实施方式中作出进一步详细的说明。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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。

图1为本发明实施例一提供的动力传动系统的结构框图；

图2为本发明实施例一提供的动力传动系统的具体电路图。

附图标记说明：

1-永磁同步发电机；

2-牵引变流器；

21-可控整流电路；

22-中间直流电路；

221-接地检测电路；

222-输入电压电流检测电路；

223-制动电阻电路；

224-预充电电路；

225-放电电路；

23-牵引逆变电路；

231-逆变单元；

3-永磁同步电动机；

4-辅助变流器。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于方便描述不同的部件，而不能理解为指示或暗示顺序关系、相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。

内燃车辆主要是以柴油机为动力来源的车辆，而动力传动系统是内燃车辆的核心模块之一，用于将柴油机产生的动力转换为牵引车辆的机械能，以驱动车辆动轮在轨道上转动而实现车辆运行，因此，动力传动系统的稳定性直接影响车辆的运行性能及安全。

现有技术中，动力传动系统主要包括永磁发电机、牵引变流器及永磁牵引电动机。永磁发电机由柴油机产生的动力拖动而转动，从而输出电压，永磁发电机的输出电压经牵引变流器变换后得到所需的电压，以供给永磁牵引电动机使得牵引电动机转动，进而得到牵引车辆的机械能。其中，牵引变流器包括不控整流电路及逆变电路，不控整流电路将发电机输出的交流电转换为直流电并输出，逆变电路将不控整流电路所输出的直流电转换为交流电以供给永磁牵引电动机。

然而，现有技术中，由于永磁发电机的输出电压和柴油机的转数成正比，所以牵引变流器的不控整流电路所输出的直流电压的波动范围较大，因此造成不同直流电压下的弱磁控制参数不同，从而使得动力传动系统的控制系统较为复杂，进而导致动力传动系统的能耗及成本增大。

下面将结合附图详细的对本发明的内容进行描述，以使本领域技术人员能够更加详细的了解本发明的内容。

实施例一

图1为本发明实施例一提供的动力传动系统的结构框图。请参阅图1，本实施例提供的动力传动系统包括：依次电连接的永磁同步发电机1、牵引变流器2和永磁同步电动机3。永磁同步发电机1与外部的柴油机(图中未示出)机械连接，用于在柴油机的带动下转动，以向牵引变流器2提供三相交流电。

永磁同步发电机1和永磁同步电动机3均属于永磁同步电机。永磁同步电机是由永磁体励磁产生同步旋转磁场的同步电机，永磁体作为转子产生旋转磁场，三相定子绕组在旋转磁场作用下通过电枢反应，感应三相对称电流。转子动能转化为电能，永磁同步电机作发电机用；电能转化为转子动能，永磁同步电机作电动机用。永磁同步电机(PMSM)主要是由转子、端盖及定子等各部件组成。永磁同步电机的定子结构与普通的感应电动机的结构非常相似，转子结构与异步电动机的最大不同在于转子上设有高质量的永磁体磁极。永磁同步电机按照永磁体结构分为：表面永磁同步电机(SPMSM)、内置式永磁同步电机(IPMSM)；按照定子绕组感应电势波形分为：正弦波永磁同步电机、无刷永磁直流电机。

永磁同步电机的优点为：(1)效率高以及功率因数高；电机体积小。(3)系统采用全封闭结构，免维护、噪声小；(4)允许的过载电流大，可靠性显著提高；(5)重量轻，体积小。

牵引变流器2包括可控整流电路21、中间直流电路22和牵引逆变电路23。其中，可控整流电路21分别与永磁同步发电机1和中间直流电路22电连接，可控整流电路21用于将永磁同步发电机1输出的交流电压整流后得到直流电压，并输出至中间直流电路22，可控整流电路21的输出电压为额定电压，波动范围较小。中间直流电路22分别与可控整流电路21和牵引逆变电路23电连接，用于将可控整流电路21输出的直流电压提供给牵引逆变电路23。牵引逆变电路23分别与中间直流电路22和永磁同步电动机3电连接，用于驱动永磁同步电动机3，以使永磁同步电动机3对内燃车辆进行牵引。

本实施例的动力传动系统是以柴油机为动力来源，即柴油机带动永磁同步发电机1转动发出三相交流电，永磁同步发电机1将该三相交流电提供给牵引变流器2，为牵引变流器2供电，通过控制牵引变流器2输出的电压电流来控制永磁同步电动机3按照一定规律转动，具体地，永磁同步发电机1将三相交流电输出至可控整流电路21，可控整流电路21将该三相交流电转换为直流电压，然后输出至中间直流电路22，中间直流电路22将可控整流电路21输出的直流电压提供给牵引逆变电路23，牵引逆变电路23将该直流电压转换为与永磁同步电动机3匹配的交流电，例如该交流电可以是220V，50HZ的正弦波，从而实现对内燃车辆的牵引。

本实施例提供的动力传动系统，采用可控整流电路，降低了经过整流后所输出的直流电压的波动范围，因此，避免了不同电压范围内设置不同的弱磁控制参数，简化了动力传动系统的控制系统，从而降低了动力传动系统的能耗及成本。

图2为本发明实施例一提供的动力传动系统的具体电路图。参照附图1和附图2所示，可控整流电路21为脉冲宽度调制(PWM)控制的三相桥式全控整流电路。可控整流电路21包括功率开关管，功率开关管由绝缘栅双极晶体管和二极管反并联连接组成。可控整流电路21通过控制功率开关管的导通、关闭，使得经过整流后所输出的电压为额定电压，波动范围较小。

中间直流电路22包括依次电连接的接地检测电路221、输入电压电流检测电路222、制动电阻电路223、预充电电路224和放电电路225。

接地检测电路221具体包括：第一电阻R1、第二电阻R2、第一电容C1和第一电压测量传感器TV1。第一电阻R1的第一端和第二电阻R2的第一端分别与可控整流电路211连接。第一电阻R1的第二端和第二电阻R2的第二端连接。第一电容C1的第一端接地，第一电容C1的第二端与第二电阻R2的第一端连接。第一电压测量传感器TV1的第一端接地，第一电压测量传感器TV1的第二端与第一电容C1的第二端连接。

输入电压电流检测电路222具体包括：第二电压测量传感器TV2和第一电流测量传感器TA1。第一电流测量传感器TA1的第一端与第一电阻R1的第一端连接于第一连接点a1。第二电压测量传感器TV2的第一端与第二连接点a2连接，第二电压测量传感器TV2的第二端与第一电流测量传感器TA1的第二端于第三连接点a3连接。

制动电阻电路223具体包括：第三电阻R3、第二电流测量传感器TA2、绝缘栅双极晶体管IBGT、第一二极管D1和第二二极管D2。第三电阻R3的第一端与第二电压测量传感器TV2的第一端连接于第二连接点a2，第三电阻R3的第二端与第二电流测量传感器TA2的第一端连接，第二电流测量传感器TA2的第二端与第二二极管D2的正极端连接，第二二极管D2的负极端与第二电压测量传感器TV2的第二端连接于第三连接点a3。第一二极管D1的正极端与第三电阻R3的第一端连接，第一二极管D1的负极端与绝缘栅双极晶体管的第一端连接，绝缘栅双极晶体管的第二端与第二二极管D2的负极端连接。当然，在其他实施例中，绝缘栅双极晶体管也可以替换为可关断晶闸管GTO。

预充电电路224具体包括：主接触器K1、预充电接触器K2和第四电阻R4。主接触器K1的第一端与第二二极管D2的负极端连接，主接触器K1的第二端与第四电阻R4的第二端连接。预充电接触器K2的第一端与主接触器K1的第一端连接，预充电接触器K2的第二端与第四电阻R4的第一端连接。

放电电路225具体包括：第二电容C2和第五电阻R5。第二电容C2的第一端与主接触器K1的第二端连接，第二电容C2的第二端与第一二极管D1的正极端连接。第五电阻R5的第一端与第二电容C2的第一端连接，第五电阻R5的第二端与第二电容C2的第二端连接。

牵引逆变电路23包括多个相互并联的逆变单元231，在本实施例中，逆变单元231为两个，每一个逆变单元231连接一个永磁同步电动机3。逆变单元231包括功率开关管，功率开关管由绝缘栅双极晶体管和二极管反并联连接组成。当中间直流电路22提供直流保护电压给牵引逆变电路23后，牵引逆变电路23通过控制各功率开关管把直流电变成永磁同步电动机3定子上的时序旋转的电压和电流，从而控制永磁同步电动机3的各相绕组按一定顺序工作，在电机气隙中产生跳跃式旋转磁场，驱动两台永磁同步电动机3，完成内燃车辆的牵引功能。即，逆变单元231通过控制各功率开关管的通断，从而控制永磁同步电动机3的启动、停止、转速等。

在上述实施例的基础上，该动力传动系统还包括辅助变流器4。辅助变流器4分别与中间直流电路22和内燃车辆的交流负载电连接，用于将中间直流电路22输出的直流电转换为交流电，向交流负载提供交流电。也就是说，辅助变流器4直接从中间直流电路22中取电，为内燃车辆上的交流用电设备进行供电。

实施例二

本实施例提供一种内燃车辆，包括：车体、司机室和动力传动系统。其中，司机室位于车体的端部，动力传动系统安装在车体内，用于对内燃车辆进行牵引。

本实施例中的动力传动系统与实施例一提供的动力传动系统的结构相同，并能达到相同的技术效果，在此不再一一赘述。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种动力传动系统，其特征在于，包括依次电连接的永磁同步发电机、牵引变流器和永磁同步电动机；

所述永磁同步发电机与外部的柴油机机械连接，用于在所述柴油机的带动下转动，以向所述牵引变流器提供三相交流电；

所述牵引变流器包括可控整流电路、中间直流电路和牵引逆变电路，所述可控整流电路分别与所述永磁同步发电机和所述中间直流电路电连接，用于将所述永磁同步发电机输出的交流电压整流后得到直流电压，并输出至所述中间直流电路；

所述中间直流电路分别与所述可控整流电路和所述牵引逆变电路电连接，用于将所述可控整流电路输出的直流电压提供给所述牵引逆变电路；

所述牵引逆变电路分别与所述中间直流电路和所述永磁同步电动机电连接，用于驱动所述永磁同步电动机，以使所述永磁同步电动机对内燃车辆进行牵引。

2.根据权利要求1所述的动力传动系统，其特征在于，所述可控整流电路包括功率开关管，所述功率开关管由绝缘栅双极晶体管和二极管反并联连接组成。

3.根据权利要求1所述的动力传动系统，其特征在于，所述中间直流电路包括依次电连接的接地检测电路、输入电压电流检测电路、制动电阻电路、预充电电路和放电电路。

4.根据权利要求3所述的动力传动系统，其特征在于，所述接地检测电路包括第一电阻、第二电阻、第一电容和第一电压测量传感器；

所述第一电阻的第一端和所述第二电阻的第一端分别与所述可控整流电路连接，所述第一电阻的第二端和所述第二电阻的第二端连接；所述第一电容的第一端接地，所述第一电容的第二端与所述第二电阻的第一端连接；所述第一电压测量传感器的第一端接地，所述第一电压测量传感器的第二端与所述第一电容的第二端连接。

5.根据权利要求4所述的动力传动系统，其特征在于，所述输入电压电流检测电路包括第二电压测量传感器和第一电流测量传感器；

所述第一电流测量传感器的第一端与所述第一电阻的第一端连接于第一连接点，所述第二电压测量传感器的第一端与第二连接点连接，所述第二电压测量传感器的第二端与所述第一电流测量传感器的第二端于第三连接点连接。

6.根据权利要求5所述的动力传动系统，其特征在于，所述制动电阻电路包括第三电阻、第二电流测量传感器、绝缘栅双极晶体管、第一二极管和第二二极管；

所述第三电阻的第一端与所述第二电压测量传感器的第一端连接于第二连接点，所述第三电阻的第二端与所述第二电流测量传感器的第一端连接，所述第二电流测量传感器的第二端与所述第二二极管的正极端连接，所述第二二极管的负极端与所述第二电压测量传感器的第二端连接于第三连接点，所述第一二极管的正极端与所述第三电阻的第一端连接，所述第一二极管的负极端与所述绝缘栅双极晶体管的第一端连接，所述绝缘栅双极晶体管的第二端与所述第二二极管的负极端连接。

7.根据权利要求6所述的动力传动系统，其特征在于，所述预充电电路包括主接触器、预充电接触器和第四电阻；

所述主接触器的第一端与所述第二二极管的负极端连接，所述主接触器的第二端与所述第四电阻的第二端连接，所述预充电接触器的第一端与所述主接触器的第一端连接，所述预充电接触器的第二端与所述第四电阻的第一端连接。

8.根据权利要求7所述的动力传动系统，其特征在于，所述放电电路包括第二电容和第五电阻；

所述第二电容的第一端与所述主接触器的第二端连接，所述第二电容的第二端与所述第一二极管的正极端连接，所述第五电阻的第一端与所述第二电容的第一端连接，所述第五电阻的第二端与所述第二电容的第二端连接。

9.根据权利要求1所述的动力传动系统，其特征在于，所述逆变单元包括功率开关管，所述功率开关管由绝缘栅双极晶体管和二极管反并联连接组成。

10.一种内燃车辆，其特征在于，包括车体、司机室和如权利要求1至9中任一项所述的动力传动系统，所述司机室位于所述车体的端部，所述动力传动系统安装在所述车体内，用于对内燃车辆进行牵引。

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