一种双电源受电的机车供电系统及轨道机车的制作方法

本发明涉及轨道机车供电技术领域，尤其涉及一种双电源受电的机车供电系统及轨道机车。

背景技术：

随着电力资源的日益丰富以及对节能环保的需求，电力机车在轨道交通上的应用越来越广泛。但是，电力机车一般需架线，使用条件受限，而且一旦供电网发生故障，车辆降弓停止运行，机车将不能正常工作，而蓄电池牵引调车，采用纯蓄电池做为机车的供电系统，虽然是不错的选择，但牵引调车一般负载比较大，从目前的蓄电池技术来看，需要大容量的电池才能满足机车牵引使用要求，而且蓄电池普遍存在寿命较短、充电时间长等缺点，增加了更换成本和环境污染问题。因此，超级电容以其强大的储存容量及存储性能受到了关注，在许多大中小型设备中得到了普遍运用。在城市公共交通领域，由于公共交通线路点比较固定，路程一般较短，一般还是采用锂电池为电动汽车供电，超级电容只在车辆启动、停止、刹车、变速时使用。

然而针对大型矿山开采、化工企业、钢铁企业、森林倒运、港口码头、小运转调车作业工况，负载一般都在1000吨-5000吨之间，其机车负载启动时所需电流较大，是正常运行电流的2-3倍，蓄电池长期大电流超负荷使用，严重减少其使用寿命，超级电容特点是可以长期大电流充放电且充电时间很短，对使用寿命影响很小。但是，超级电容放电功率大，所储的电可以在极短的时间内放出来，不具有持续性。在实现轨道机车节能环保、减少蓄电池使用量、增加蓄电池的使用寿命、提高生产效率、节约成本等方面，可充分考虑利用蓄电池和超级电容两种储能方式的优点，将两者结合，开发新的机车供电系统。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明将蓄电池和超级电容结合，提供了一种双电源受电的机车供电系统，有效减少蓄电池的使用量，延长蓄电池使用寿命，节约机车维护成本。

为实现上述目的，本发明采用的具体方案为：

一种双电源受电的机车供电系统，包括供电装置、控制器、电机供电支路、辅助供电支路及风源和空调供电支路，所述供电装置包括蓄电池和超级电容，两者均与充电器连接，用于在电能不足时充电；所述电机供电支路包括变频电机、第一变频器、第二变频器及位于转换柜中的第一逆变器、第二逆变器，所述超级电容连接第一逆变器，经第一逆变器转换为交流电后，经第一变频器连接变频电机，为变频电机提供380v交流电；所述蓄电池的第一路输出连接第二逆变器，经第二逆变器转换为交流电后，经第二变频器连接变频电机，为变频电机提供380v交流电；所述辅助供电支路包括直流变频器及机车内的直流用电设备，蓄电池的第二路输出连接直流变频器，经其转换为直流电后，输出给各直流用电设备；所述风源和空调供电支路包括第三逆变器、风源系统和空调系统，蓄电池的第三路输出经第三逆变器转换为220v交流电后，输出给风源系统和空调系统；控制器用于控制各供电电路的通断以及各变频器的运行参数。

进一步，在超级电容、蓄电池与变频电机的连接线路上设有断路器或继电器，断路器或继电器的控制端与控制器连接，通过控制器控制其开合，实现控制器对电机供电电源的选择。

本发明同时设置蓄电池和超级电容两种供电电源，正常情况下，利用超级电容作为机车的动力来源，为电机供电，利用蓄电池为机车上的其它用电设备供电，这样可大大减少蓄电池的使用量，同时还可发挥超级电容放电功率大的优点，能长时间承受较大的负载，而且超级电容充电时间短，非常适合冶金矿山、石油化工、海港码头、钢厂、城际地铁等工况内调车和短途客货运载作业机车使用。本发明也设置了蓄电池对电机的供电电路，但是作为备用电路，仅在超级电容发生故障或停电时，才启用蓄电池给电机供电，这样减少了因故障停机的几率，提高了工作效率。

进一步，所述的直流用电设备包括灯、喇叭、雨刮器、操纵台、影像监控设备、速度传感设备和遥控设备。

一种轨道机车，设置有所述的双电源受电的机车供电系统。

本发明所提供的双电源受电的机车供电系统，既利用了蓄电池持续时间长的优点，又利用了超级电容的放电功率大、充电时间短的优点，相对于纯蓄电池供电系统，该供电系统使用寿命更长、成本更低，更能做到节能环保和安全高效。

附图说明

图1是本发明所述机车供电系统的系统组成示意图；

图2是本发明所述机车供电系统的部分电路连接图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细说明。

实施例1

一种双电源受电的机车供电系统，如图1所示，包括蓄电池、超级电容、充电器、第一逆变器、第二逆变器、第一变频器、第二变频器和控制器，充电器与蓄电池、超级电容连接，为其充电。超级电容为主供电电路，输出560v直流电，经第一逆变器转换为交流电后，又经第一变频器转换为380v交流电，之后输出给变频电机，作为电机的驱动电源。

蓄电池的供电电路分为三个支路，第一支路输出560v直流电，经第二逆变器转换为交流电，又经第二变频器转换为380v交流电，之后输出给变频电机，作为电机的驱动电源。本支路为选择性使用，只在超级电容出现故障导致机车不能正常运行时，控制器控制断开超级电容的供电电路，接通蓄电池的供电电路，为电机供电。第二支路蓄电池输出的560v直流电，经dc560v-dc24v直流变频器转换为24v直流电，作为辅助供电电源，给机车内的直流用电设备供电，直流用电设备包括但不限于灯(前后照明灯、警示灯、雾灯、声光报警灯等)、喇叭、雨刮器(前后)、操纵台以及机车内、车底各类照明灯、影像监控系统、速度传感系统以及遥控系统。第三支路蓄电池输出的560v直流电经第三逆变器转换为220v交流电后，给风源系统和空调系统供电。

图2所示为供电系统的具体电路图，包含了电机供电电路以及辅助供电支路、风源和空调供电支路的一部分，主要展示控制器如何控制各供电电路，对于辅助供电支路、风源和空调供电支路后面连接的具体用电设备不做展示。充电器cdx分别与超级电容sec和蓄电池dcz连接，超级电容sec经断路器qf4连接到转换柜zhg，与其中的第一逆变器连接，蓄电池dcz经断路器qf3连接到转换柜zhg，与其中的第二逆变器连接。第一逆变器和第二逆变器分别经第一变频器bpz和第二变频器bpb连接多个变频电机ma1-man，由此构成两路电机供电电路，两路电机供电电路中的断路器由控制器mcu控制，从而实现两个电机供电电路的切换。蓄电池还通过断路器qf2连接第三逆变器u1，经其转换输出220v交流电，输出端l1、n1连接风源系统和空调系统，为其供电。蓄电池还通过断路器qf1连接直流变频器b1，经其转换为24v直流电，输出端p2、n2连接机车上的各个灯等直流用电设备，为其供电。

实施例2

一种轨道机车，采用双电源受电的供电系统，所述供电系统结构如实施例1所述，在此不再赘述。

技术特征：

技术总结
本发明涉及轨道机车供电技术领域，尤其涉及一种双电源受电的机车供电系统及轨道机车。所述供电系统的供电装置包括蓄电池和超级电容，超级电容连接第一逆变器，经第一逆变器转换为交流电后，经第一变频器连接变频电机；所述蓄电池的第一路输出连接第二逆变器，经第二逆变器转换为交流电后，经第二变频器连接变频电机；蓄电池的第二路输出连接直流变频器，经其转换为直流电后，输出给各直流用电设备；蓄电池的第三路输出经第三逆变器转换为220V交流电后，输出给风源系统和空调系统；控制器用于控制各供电电路的通断以及各变频器的运行参数。相对于纯蓄电池供电系统，该供电系统使用寿命更长、成本更低，更能做到节能环保和安全高效。

技术研发人员：褚福强;李祝君;陈洪翔;杨孝磊
受保护的技术使用者：山东华车能源科技有限公司
技术研发日：2018.06.24
技术公布日：2018.12.18