专利名称：一种电力机车交流传动试验装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种应用于铁路领域机车车辆交流传动试验的装置，尤其是一种 应用于电力机车的单相交流25kV供电能量互馈式滚动交流传动试验系统，该装置也可以 应用于其他类似领域车辆，如动车，地铁等铁路车辆的交流传动试验。
背景技术：
在目前的铁路领域机车车辆交流传动试验当中，尤其是对电力机车进行交流传动 试验的装置主要有三种一种是能量消耗型交流传动试验装置，该装置主要由断路器、变压器、整流装置、 制动电阻、直流电机等组成。电传动系统采用直流电机，机车牵引试验时，直流电机所发出 的电能全部被电阻消耗掉，对电能消耗很大。做电制动试验时，陪试系统电能通过机车电传 动系统反馈到25kV电网，如图1所示。该装置主要缺点有1、若长时间进行大功率试验，电 能浪费惊人，试验费用高；2、必须考虑如何对电阻负载进行散热处理，这往往会增加设备以 及所占用的实验室的面积；3、受直流电机换向器的影响，该系统不能模拟机车的高速运行 试验；4、需要为试验系统引入两种电源，对供电电源进行扩容改造。另一种是直流能量互馈型交流传动试验装置，这种装置一般用于地面交流传动试 验系统，主要用于进行交流电机试验，未用于电力机车滚动试验装置。系统由两套相同的 “逆变器——异步牵引电机”背靠背串联而成，一套工作于电动状态，另一套工作于发电状 态，能量交换在直流侧进行，如图2所示。该装置主要缺点有也可以用于直流牵引供电的 车辆(如地铁)试验装置，不适用于25kV牵引供电的干线电力机车试验装置。因为若采用 这种方案，必须将电力机车上的牵引变流装置中的整流单元和逆变单元分解开，取中间直 流电源侧与滚动试验台的逆变器直流侧试验装置相连。而电力机车上牵引变流装置是硬件 软件都是以整体形式存在的，要解开机车的电传动系统技术难度很大。第三种是三相IOkV能量互馈式交流传动试验装置，该装置采用了与被试电力机 车相似的交流传动系统作为陪试电传动系统，并采用了两台升压变压器为被试机车和试验 台陪试电传动系统提供25kV牵引供电电源，如图3所示。该装置1主要缺点有1、需要为 试验系统供电专门引入扩容的三相IOkV交流电源；2、需要两台高压升压变压器。因此现有技术的交流传动试验装置对电力机车进行的全功率试验会造成巨大的 能量损耗，同时试验用电需要分别引入两种电源分别供给被试机车电传动系统和陪试电传 动系统，受直流电机换向器的影响，装置不能模拟机车的高速运行试验。
实用新型内容本实用新型的目的在于针对现有交流传动试验装置的不足，提供一种具备较低 能量损耗，同时结构较为精简的交流传动试验装置，克服现有技术交流传动试验装置对电 力机车进行全功率试验时造成的巨大能量损耗，同时试验用电需要分别引入两种电源的缺
点ο[0008]按照本实用新型，上述技术问题是通过下述技术方案来实现的一种对机车系统进行滚动测试的电力机车交流传动试验装置，包括变流装置、牵引电机、机械传动单元和轨道轮，变流装置连接牵引电机，牵引电机再通过机械传动单元连 接轨道轮，电力机车交流传动试验装置还包括断路器和牵引变压器，断路器与25KV单相交 流电源相连，接通25KV单相交流电，断路器与牵引变压器相连，牵引变压器变压之后，由变 流装置进行变流，驱动牵弓I电机，机械传动单元传递牵弓I电机和轨道轮之间的机械力。作为本实用新型进一步的实施方式，在交流传动试验装置牵引电机处于牵引工况 时，交流传动试验装置通过闭合断路器引入单相交流25kV高压电源，牵引变压器降压后， 次边牵引绕组将单相交流电源供给变流装置，变流装置经过变换，形成三相调频调幅交流 电压，驱动牵引电机，电能转换为机械能，机械能通过机械传动单元传递至轨道轮，轨道轮 带动机车轮对转动，并将机械能传递到机车牵引电机，机车牵引电机将机械能转换为电能， 电能通过机车变流装置和机车牵引变压器回馈至25kV电网。作为本实用新型进一步的实施方式，在前述实施方式的基础之上，变流装置进一 步包括四象限脉冲整流器、中间直流回路和逆变器，在交流传动试验装置牵引电机处于牵 引工况时，四象限脉冲整流器将经过牵引变压器的单相交流电进行交-直变换，输出直流 电能至中间直流回路，形成稳定的中间直流电压，逆变器进行直-交变换，将中间直流电压 逆变成三相调频调幅交流电压，驱动牵引电机。作为本实用新型的另一种实施方式，在交流传动试验装置牵引电机处于发电工况 时，单相交流25kV高压电源通过机车断路器流入机车系统，机车牵引电机处于电动工况， 将电能转换为机械能，机械能通过机车的机械传动单元传递至机车轮对，机车轮对带动滚 动交流传动试验装置轨道轮转动，并将机械能传递到牵引电机，牵引电机处于发电工况，将 机械能转换为电能，电能通过交流传动试验装置的变流装置和牵引变压器回馈至25kV电 网。作为本实用新型进一步的实施方式，在前述实施方式的基础之上，变流装置进一 步包括四象限脉冲整流器、中间直流回路和逆变器，在交流传动试验装置牵引电机处于发 电工况时，逆变器将牵引电机反馈的交流电能进行交-直变换，输出直流电能至中间直流 回路，再由四象限脉冲整流器进行直_交变换后，将电能回馈25kV电网。作为本实用新型进一步的实施方式，牵引电机为三相异步牵引电动机。通过应用此种实用新型所描述的装置，不管进行机车牵引试验还是电制动试验， 能量均在试验装置内部形成循环，引入的电源能量仅为被试系统和试验台系统的电气、机 械传动损耗。单相25kV，50Hz交流电源已经足以能够满足滚动试验台的全部试验用电要 求，不需要再为试验系统供电专门引入扩容的三相IOkV交流电源。同时试验装置采用交流 传动，可以满足被试电力机车牵引试验高转速的要求，不受直流电机换向器的影响。
图1为现有技术能量消耗型交流传动试验装置的结构组成示意图；图2为现有技术直流能量互馈型交流传动试验装置的结构组成示意图；图3为现有技术三相IOkV能量互馈型交流传动试验装置结构组成示意图；图4为本实用新型在进行牵引试验时的结构组成示意图；[0020]图5为本实用新型在进行电制动试验时的结构组成示意图；图6为本实用新型变流装置部分的结构组成示意图；其中R-制动电阻，L-电感，WK-开关，TM-变压器，REC-整流单元，INVl-逆变单元1，INV2-逆变单元2，Kl-机车断路器，TMl-机车牵引变压器，Ul-机车变流装置，Ml-机 车牵引电机，Ll-机车机械传动单元，Wl-机车轮对，K2-断路器，TM2-牵引变压器，U2-变 流装置，L2-机械传动单元，M2-牵引电机，W2-轨道轮，1-交流传动试验装置，2-机车系统， 3-四象限脉冲整流器，4-中间直流回路，5-逆变器，6-25KV单相交流电源。
具体实施方式
附图给出了本实用新型的具体实施例，下面将通过附图和实施例对本实用新型作 进一步的描述。作为该电力机车交流传动试验装置一种较佳的实施方式，如图4所示，电力机车 交流传动试验装置采用交流传动系统，包括断路器K2、牵引变压器TM2、变流装置U2和4台 (4轴机车)或6台(6轴机车)牵引电机M2，牵引电机为交流负载电机。该系统根据机车 牵引电机Ml的转速控制牵引电机M2的电压、电流、转矩，使交流传动试验装置(滚动试验 台)形成适当的转矩-转速特性，并与被试的机车系统2的电气传动系统协调工作，为被试 的机车系统提供适当的负载或推送力，完成被试机车系统2的各种性能试验。交流传动试 验装置1和被试的机车系统2组成了整个试验系统。在牵引工况，引入单相交流25kV高压电源，断路器K2闭合、牵引变压器TM2降压 后，次边牵引绕组将单相交流电源供给变流装置U2中的四象限脉冲整流器3。在变流装置 U2内部，四象限脉冲整流器3进行交-直变换，输出直流电能冲间直流回路4由直流支撑 电容、瞬时过电压保护电路、LC 二次谐振电路等构成，提供稳定的中间直流电压；逆变器5 进行直_交变换，将中间直流电压逆变成三相调频调幅交流电压，驱动牵引电机M2，牵引电 机M2为三相异步牵引电动机。在再生制动工况，变流装置U2中的逆变器5将三相异步牵弓I电动机反馈的交流电 能进行交-直变换，输出直流电能至中间直流回路4;四象限脉冲整流器3进行直-交变换， 将电能回馈25KV电网。当交流传动试验装置进行机车牵引试验时，单相交流25kV进线电源能量经过A处 流入被试机车系统的牵引系统，机车牵引电机Ml处于电动工况，将电能转换为机械能，机 械能通过机车机械传动单元L，即机车的齿轮箱传递给机车轮对W1，机车轮对带动交流传 动试验装置1的轨道轮W2转动，并将机械能传递到交流传动试验装置，交流传动试验装置 的牵引电机M2处于发电工况，将机械能转换为电能，然后电能通过交流传动试验装置的变 流装置U2-牵引变压器TM2回馈至25kV电网。图4中箭头方向表示机车牵引试验过程的
能量流向，如下<formula>formula see original document page 5</formula> 机车进行牵引试验时，能量由被试的机车系统2到交流传动试验装置1，再回到被 试机车系统，能量在整个试验系统内部形成循环。被试机车即使发挥全功率，在A处的能量也是非常小的，仅为机车电气、机械传动效率和交流传动试验装置的电气、机械传动效率损
耗會旨量。交流传动试验装置进行机车电制动试验时，单相交流25kV进线电源能量经过A处流入交流传动试验装置，交流传动试验装置的牵引电机M2处于电动工况，将电能转换为机 械能，机械能通过交流传动试验装置的机械传动单元L2，即齿轮箱传递至交流传动试验装 置的轨道轮W2，轨道轮W2带动机车轮对Wl转动，并将机械能传递到机车牵弓I电机Ml，机车 牵弓I电机Ml处于发电工况，将机械能转换为电能，然后电能通过机车变流装置Ul-机车牵 引变压器TMl回馈至25kV电网。图5中箭头方向表示机车电制动试验过程的能量流向，如 下
进线电源—A—K2—TM2—U2—M2—M1—Ul—TM1—Kl ▲机车进行电制动试验时，能量由交流传动试验装置到被试机车系统，再回到交流 传动试验装置，能量在整个试验系统内部形成循环。交流传动试验装置即使为满足机车最 大制动力而发挥全功率，A处的能量也是非常小的，仅为交流传动试验装置传动和被试机车 传动效率消耗的能量。采用25kV能量互馈交流传动试验台系统的交流传动试验装置，不管进行机车牵 引试验还是电制动试验，能量在整个试验系统内部形成循环，A处电源能量仅为被试机车 系统和滚动试验台系统的电气、机械传动损耗。单相25kV，50Hz交流电源已经足以能够满 足交流传动试验装置的全部试验用电要求，不需要再为试验系统供电专门引入扩容的三相 IOkV交流电源。该系统采用交流传动，可以满足被试电力机车牵引试验高转速的要求，不 受直流电机换向器的影响。由于能量在试验系统内部形成循环，系统能量反馈大于70%。 被试与陪试系统均采用25kV交流电源，试验用电不需要分别引入两种电源分别供给被试 机车电传动系统和陪试电传动系统，也不需要再为试验系统供电专门引入扩容的三相IOkV 交流电源。系统采用交流传动，可以满足电力机车牵引试验高转速的要求，不受直流电机换 向器的影响。虽然结合附图描述了本实用新型的实施方式，但是本领域的普通技术人员可以在 所附权利要求的范围内作出各种变形或修改。
权利要求一种对机车系统进行滚动测试的电力机车交流传动试验装置，包括变流装置(U2)、牵引电机(M2)、机械传动单元(L2)和轨道轮(W2)，变流装置(U2)连接牵引电机(M2)，牵引电机(M2)再通过机械传动单元(L2)连接轨道轮(W2)，其特征在于电力机车交流传动试验装置还包括断路器(K2)和牵引变压器(TM2)，断路器(K2)与25KV单相交流电源(6)相连，接通25KV单相交流电，断路器(K2)与牵引变压器(TM2)相连，牵引变压器(TM2)变压之后，由变流装置(U2)进行变流，驱动牵引电机(M2)，机械传动单元(L2)传递牵引电机(M2)和轨道轮(W2)之间的机械力。
2.根据权利要求1所述的一种电力机车交流传动试验装置，其特征在于在交流传动 试验装置牵引电机(M2)处于牵引工况时，交流传动试验装置通过闭合断路器(K2)引入单 相交流25kV高压电源，经过牵引变压器(TM2)降压后，由牵引变压器(TM2)次边绕组将单 相交流电源供给变流装置(U2)，变流装置(U2)经过变换，形成三相调频调幅交流电压，驱 动牵引电机(M2)，电能转换为机械能，机械能通过机械传动单元(L2)传递至轨道轮(W2)， 轨道轮(W2)带动机车轮对(Wl)转动，并将机械能传递到机车牵引电机(Ml)，机车牵引电 机(Ml)将机械能转换为电能，电能通过机车变流装置(Ul)和机车牵引变压器(TMl)回馈 至25kV电网。
3.根据权利要求1所述的一种电力机车交流传动试验装置，其特征在于在交流传动 试验装置牵引电机(M2)处于发电工况时，单相交流25kV高压电源通过机车断路器(Kl)流 入机车系统(1)，机车牵引电机(Ml)处于电动工况，将电能转换为机械能，机械能通过机车 的机械传动单元(Li)传递至机车轮对(Wl)，机车轮对(Wl)带动滚动交流传动试验装置轨 道轮(W2)转动，并将机械能传递到牵引电机(M2)，牵引电机(M2)处于发电工况，将机械能 转换为电能，电能通过交流传动试验装置的变流装置(U2)和牵引变压器(TM2)回馈至25kV 电网。
4.根据权利要求2所述的一种电力机车交流传动试验装置，其特征在于所述变流装 置(U2)包括四象限脉冲整流器(3)、中间直流回路(4)和逆变器(5)，在交流传动试验装 置牵引电机(M2)处于牵引工况时，四象限脉冲整流器(3)将经过牵引变压器(TM2)的单 相交流电进行交-直变换，输出直流电能至中间直流回路(4)，形成稳定的中间直流电压， 逆变器(5)进行直-交变换，将中间直流电压逆变成三相调频调幅交流电压，驱动牵引电机 (M2)。
5.根据权利要求3所述的一种电力机车交流传动试验装置，其特征在于所述变流装 置(U2)包括四象限脉冲整流器(3)、中间直流回路(4)和逆变器(5)，在交流传动试验装置 牵引电机(M2)处于发电工况时，逆变器(5)将牵引电机(M2)反馈的交流电能进行交-直 变换，输出直流电能至中间直流回路(4)，再由四象限脉冲整流器(3)进行直_交变换后，将 电能回馈25kV电网。
6.根据权利要求1至5中任一权利要求所述的一种电力机车交流传动试验装置，其特 征在于所述牵引电机(M2)为三相异步牵引电动机。
专利摘要一种对机车系统进行滚动测试的电力机车交流传动试验装置，包括变流装置、牵引电机、机械传动单元和轨道轮，变流装置连接牵引电机，牵引电机再通过机械传动单元连接轨道轮，电力机车交流传动试验装置还包括断路器和牵引变压器，断路器与25KV单相交流电源相连，接通25KV单相交流电，断路器与牵引变压器相连，牵引变压器变压之后，由变流装置进行变流，驱动牵引电机，机械传动单元传递牵引电机和轨道轮之间的机械力。通过实施本实用新型，能够大幅降低机车进行滚动试验的能量损耗，不需要专门引入扩容的三相10kV交流电源，同时可以满足被试电力机车牵引试验高转速的要求。
文档编号G01R31/34GK201575925SQ20092025963
公开日2010年9月8日 申请日期2009年12月11日 优先权日2009年12月11日
发明者张小珍, 熊颉 申请人:株洲南车时代电气股份有限公司