阅读说明：本技术 一种三相动车组牵引传动供电系统 (Traction transmission power supply system of three-phase motor train unit ) 是由 王永建 钟磊 张伟鹏 吴波 于 2021-10-18 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种三相动车组牵引传动供电系统,包括：三相整流装置,包括三相交流输入端口和三组直流输出端口组,每组直流输出端口组包括n个直流输出端口,其中,n≥1,n的数量根据外部三相电源电压等级设置；DC/DC变换装置,包括3n个独立电力电子变压器,每个电力电子变压器的输入端口对应连接所述三相整流装置的一个直流输出端口,每个电力电子变压器的输出端口并联后作为所述DC/DC变换装置的直流输出端口；牵引逆变装置,所述牵引逆变装置的输入端口与所述DC/DC变换装置的直流输出端口连接,所述牵引逆变装置的输出端口与牵引电机电连接。本发明直接通过三相整流装置从外部电源取电驱动牵引电机,可以取消车载牵引变压器,并且可以根据不同电压等级设置n的取值,适用的电压等级范围广。(The invention provides a traction transmission power supply system of a three-phase motor train unit, which comprises: the three-phase rectifying device comprises a three-phase alternating current input port and three groups of direct current output port groups, wherein each group of direct current output port group comprises n direct current output ports, n is more than or equal to 1, and the number of n is set according to the voltage level of an external three-phase power supply; the DC/DC conversion device comprises 3n independent power electronic transformers, wherein the input port of each power electronic transformer is correspondingly connected with one DC output port of the three-phase rectifying device, and the output port of each power electronic transformer is connected in parallel and then used as the DC output port of the DC/DC conversion device; and an input port of the traction inverter is connected with a direct current output port of the DC/DC conversion device, and an output port of the traction inverter is electrically connected with a traction motor. The traction motor is directly driven by taking electricity from an external power supply through the three-phase rectifying device, a vehicle-mounted traction transformer can be omitted, the value of n can be set according to different voltage grades, and the applicable voltage grade range is wide.)

一种三相动车组牵引传动供电系统

技术领域

本发明涉及电气化铁路与城市轨道技术领域，尤其涉及一种三相动车组牵引传动供电系统。

背景技术

与直流牵引电机相比，交流牵引电机有功率密度高、价格便宜、简单可靠和防空转性能好等优点，因此正在取代直流电机成为干线电气化铁路和城市轨道交通牵引的主要动力源。电气化铁道采用单相供电，电力机车或动车组上的交流牵引电机需要三相逆变器驱动。为了实现这一转换功能，电力机车或动车组上配有交直交牵引变流器，即先将单相交流变换为直流，再通过逆变器变换为三相交流，经调压调频实现调速。现行电气化铁道供电系统牵引母线的额定电压为27.5kV,最高电压达到31kV,由于受到电力电子器件额定电压的限制，电力机车和动车组配有车载牵引变压器，先将牵引网电压降压后再供给牵引变流器。但是，车载牵引变压器体积和重量大,增加机车或动车组轴重，同时增加损耗，降低效率，并影响功率密度，制约动车组速度的进一步提升。

为了取消车载牵引变压器，申请人申请了《一种动车组牵引传动供电系统》(202011206524.8)，但是该申请方案只适用于单相牵引供电且接触网电压较低的牵引供电系统，考虑到在供电容量(能力)相同情况下，三相发电机、电动机、输电线都较单相同类元件的制造和建造更节省材料，而且构造简单，性能优良，因此，三相牵引供电系统有望取代单相牵引供电系统成为新的牵引供电制式，在此基础上，设计出能够适用不同电压等级且依然能够取消车载牵引变压器的三相动车组牵引传动供电系统是值得研究的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种三相动车组牵引传动供电系统，直接通过三相整流装置从外部电源取电驱动牵引电机，可以取消车载牵引变压器，并且可以根据不同电压等级设置n的取值，适用范围广。

本发明通过以下技术手段实现：

一种三相动车组牵引传动供电系统，包括：

三相整流装置，包括三相交流输入端口和三组直流输出端口组，每组直流输出端口组包括n个直流输出端口，其中，n≥1；

DC/DC变换装置，包括3n个独立电力电子变压器，每个电力电子变压器的输入端口对应连接所述三相整流装置的一个直流输出端口，每个电力电子变压器的输出端口并联后作为所述DC/DC变换装置的直流输出端口；

牵引逆变装置，所述牵引逆变装置的输入端口与所述DC/DC变换装置的直流输出端口连接，所述牵引逆变装置的输出端口与牵引电机电连接。

进一步地，所述三相整流装置包括三组H桥级联整流器，每组H桥级联整流器包括n个单相整流器，每组H桥级联整流器的n个单相整流器的输入端口级联后形成输入端子1和输入端子2，三个输入端子1相互连接，三个输入端子2共同构成所述三相整流装置的三相交流输入端口，每组H桥级联整流器中的n个单相整流器的输出端口共同构成所述三相整流装置的一组直流输出端口组。

进一步地，n的取值根据外部三相电源电压等级、单相整流器的额定输入电压确定。

进一步地，还包括辅助逆变装置，所述辅助逆变装置的输入端口与所述DC/DC变换装置的直流输出端口连接，所述辅助逆变装置的输出端口与辅助设备电连接。

进一步地，所述三相整流装置的三相交流输入端口串联有电抗器。

进一步地，所述电力电子变压器包括依次连接的单相全桥逆变器、高频变压器和单相全桥整流器，所述单相全桥逆变器的直流输入端口作为所述电力电子变压器的输入端口，所述单相全桥整流器的直流输出端口作为所述电力电子变压器的输出端口。

进一步地，所述单相全桥逆变器的输出端口与所述高频变压器的一次侧之间连接有电抗器和电容器，所述高频变压器的二次侧与所述单相全桥整流器的输入端口之间连接有电抗器和电容器。

进一步地，所述单相全桥逆变器的直流输入端口并联有电容器，所述单相全桥整流器的直流输出端口并联有电容器。

进一步地，所述电力电子变压器包括依次连接的单相半桥逆变器、高频变压器和单相半桥整流器，所述单相半桥逆变器的直流输入端口作为所述电力电子变压器的输入端口，所述单相半桥整流器的直流输出端口作为所述电力电子变压器的输出端口。

进一步地，所述单相半桥逆变器的输出端口与所述高频变压器的一次侧之间连接有电抗器和电容器，所述高频变压器的二次侧与所述单相半桥整流器的输入端口之间连接有电抗器和电容器。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：一、本发明适用于三相牵引供电系统，直接通过三相整流装置从外部三相电源(三相牵引网或三相接触网)取电驱动牵引电机，可以取消车载牵引变压器，并且可以根据不同电压等级设置n的取值，适用的电压等级范围广；

二、相比传统牵引变压器，电力电子变压器体积小、重量轻，应用于动车组牵引传动供电系统，能够减小设备占用的空间，减轻轴重；此外，采用电力电子变压器，能够有效隔离电压波动、失真及谐波的传递，实现电网侧和负载侧的解耦；

三、将电力电子变压器应用到三相列车牵引传动系统，实现机车牵引，为一种三相列车牵引传动系统选择方案。

附图说明

图1是根据一示例性实施例示出的一种三相动车组牵引传动供电系统结构示意图。

图2是根据一示例性实施例示出的一种采用全桥结构的电力电子变压器结构示意图。

图3是根据一示例性实施例示出的一种采用半桥结构的电力电子变压器结构示意图。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的描述。

实施例

如图1所示，本实施例提供一种三相动车组牵引传动供电系统，包括：

三相整流装置，包括三相交流输入端口和三组直流输出端口组，每组直流输出端口组包括n个直流输出端口，其中，n≥1；

DC/DC变换装置，包括3n个独立电力电子变压器，每个电力电子变压器的输入端口对应连接所述三相整流装置的一个直流输出端口，每个电力电子变压器的输出端口并联后作为所述DC/DC变换装置的直流输出端口；

牵引逆变装置，所述牵引逆变装置的输入端口与所述DC/DC变换装置的直流输出端口连接，所述牵引逆变装置的输出端口与牵引电机电连接。

这里，DC/DC变换装置中的3n个独立电力电子变压器可以看作3组电力电子变压器组，每组电力电子变压器组包括n个独立电力电子变压器，3组电子电子变压器组分别与三相整流装置中的3组直流输出端口组对应，即每个电力电子变压器的输入端口对应连接三相整流装置的一个直流输出端口。

实施本实施例时，三相整流装置从外部三相电源取电，外部三相电源可以为三相牵引供电系统中的三相牵引网或三相接触网，三相牵引网或三相接触网可以为三相架空线，也可以为敷设于地面的三相轨道，外部三相电源电压等级(三相牵引网或三相接触网电压等级)根据实际情况设置，根据不同的外部三相电源电压等级，设置不同的n值，适用范围广。

作为优选，所述三相整流装置包括三组H桥级联整流器，每组H桥级联整流器包括n个单相整流器，每组H桥级联整流器的n个单相整流器的输入端口级联后形成输入端子1和输入端子2，三个输入端子1相互连接，三个输入端子2共同构成所述三相整流装置的三相交流输入端口，每组H桥级联整流器中的n个单相整流器的输出端口共同构成所述三相整流装置的一组直流输出端口组。

这里，每组H桥级联整流器的n个单相整流器的输入端口级联后，形成1个输入端子1和1个输入端子2，也即，三组H桥级联整流器包括3个输入端子1和3个输入端子2，3个输入端子1相互连接，3个输入端子2共同构成三相整流装置的三相交流输入端口。

作为优选，n的取值根据外部三相电源电压等级、单相整流器的额定输入电压确定。作为举例，外部三相电源电压的输入电压等级可以为10kV、6kV、4.5kV、3.5kV、3kV等。

这里，单相整流器中的电力电子器件可以是IGBT、MOSFET、GTR、金闸管等，单相整流器可以选择不同电压等级的电力电子器件，根据外部三相电源电压等级，设置相应的n值(H桥级联整流器的单相整流器数量)，使得三相整流装置的输入电压等级与外部三相电源电压等级相适应，提高电压等级使用范围。

作为优选，还包括辅助逆变装置，所述辅助逆变装置的输入端口与所述DC/DC变换装置的直流输出端口连接，所述辅助逆变装置的输出端口与辅助设备电连接。

作为优选，所述三相整流装置的三相交流输入端口串联有电抗器。

作为优选，如图2所示，所述电力电子变压器包括依次连接的单相全桥逆变器、高频变压器和单相全桥整流器，所述单相全桥逆变器的直流输入端口作为所述电力电子变压器的输入端口，所述单相全桥整流器的直流输出端口作为所述电力电子变压器的输出端口。

作为优选，所述单相全桥逆变器的输出端口与所述高频变压器的一次侧之间连接有电抗器和电容器，所述高频变压器的二次侧与所述单相全桥整流器的输入端口之间连接有电抗器和电容器。这里，电抗器和电容器可以串联构成串联谐振单元，可以减小中高频变压器绕组涡流损耗，进一步提高了电力电子变压器的效率。

作为优选，所述单相全桥逆变器的直流输入端口并联有电容器，所述单相全桥整流器的直流输出端口并联有电容器。

作为另一种优选，如图3所示，所述电力电子变压器包括依次连接的单相半桥逆变器、高频变压器和单相半桥整流器，所述单相半桥逆变器的直流输入端口作为所述电力电子变压器的输入端口，所述单相半桥整流器的直流输出端口作为所述电力电子变压器的输出端口。

作为优选，所述单相半桥逆变器的输出端口与所述高频变压器的一次侧之间连接有电抗器和电容器，所述高频变压器的二次侧与所述单相半桥整流器的输入端口之间连接有电抗器和电容器。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。+对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。