本发明涉及动车组牵引系统， 尤其涉及一种接触网和动力包混合供电的 动车组电力牵引系统。 背景技术

牵引系统是动车组传动系统的核心，肩负着为 列车提供行驶动力的任务。 传统的动车组牵引系统主要为单一的电力牵引 采用接触网供电模式， 只能运 行在电气化铁路上， 或者采用单一的热动力源牵引， 运行在非电气化铁路上。 而根据我国铁路规划， 截至 2012 年底， 我国电气化铁路占全国铁路线路的 53%； 根据 《中长期铁路网规划》 ， 预计 2020年， 电气化铁路将占全国铁路 线路的 60%， 非电气化铁路仍将长期占有很大比例。 所有单一电力牵引的动 车组无法满足在非电气化铁路上运行， 并且在电气化路段发生故障或者车辆 本身高压系统发生故障时， 无法及时实行自救。 发明内容

本发明的目的是提供一种混合动力的动车组牵 引系统， 实现动车组有、 无接触网的情况下都能正常运行的同时,实现� �合动力的最佳加速性能和应 急救援、 战备等目的。

为实现上述目的， 本发明提供一种接触网和动力包混合供电的动 车组牵 引系统， 其特征在于： 主要包括牵引变压器、 动力包、 牵引变流器、 牵引电 机、 制动电阻， 接触网通过受电弓与牵引变压器原边相连， 牵引变压器两个 副边绕组直接与牵引变流器相连， 牵引变流器与牵引电机连接， 柴油机与发 电机组成动力包， 发电机三相输出直接与牵引变流器相连。

牵引变流器包括牵引变压器接口、 动力包接口、 第一预充电装置、 第二 预充电装置、 四象限整流器、 中间直流环节、 牵引逆变器、 过压抑制电路、 牵引电机接口和辅助变流器接口， 所述牵引变压器接口与所述四象限整流器 的输入端连接， 所述动力包接口与所述四象限整流器的输入端 连接， 所述第 一预充电装置设置在所述牵引变压器接口与所 述四象限整流器之间的电路 上， 所述第二预充电装置设置在所述动力包接口与 所述四象限整流器之间的 电路上， 所述四象限整流器的输出端与所述牵引逆变器 的输入端连接， 所述 中间直流环节并联在所述四象限整流器的输出 端直流母线上， 所述牵引逆变 器的输出端与所述牵引电机接口连接， 所述过压抑制电路并联在所述四象限 整流器的输出端直流母线上， 所述辅助变流器接口并联在所述四象限整流器 的输出端直流母线上。

所述第一预充电装置和第二预充电装置均包括 主接触器、 预充电接触器 和预充电电阻； 所述主接触器用于控制主电路的通断， 所述预充电接触器用 于分别控制所述第一预充电装置和第二预充电 装置向所述支撑电容预充电。

所述中间直流环节包括支撑电容和电容放电电 阻。

所述过压抑制电路包括串联的 IGBT功率器件和能量吸收电阻。

所述的牵引系统还包括制动电阻。

本发明与现有技术相比所具有的有益效果：

1 ) 能够实现跨线运行， 可适应不同环境的不同运输需求。

2 )在非电气化路段， 采用动力包供电模式， 实现无接触网工况的正常运 行。

3 )动力包采用车下安装方式， 与传统动车组机械结构一致， 减少设计成 本

4) 动力包采用高度集成方式， 大大减小了动力包的功率和体积、 重量， 实现最佳的功率密度。

5 ) 由于采用了两套动力系统， 该动车组不仅具有非电气化路段的运行能

附图说明

图 1为本发明实施方式主电路原理图;

图 2为牵引变流器组成框图；

图 3为牵引变流器主电路原理图。 具体实施方式

参照图 1， 本发明实施方式主要包括牵引变压器、 动力包、 牵引变流器、 牵引电机， 接触网通过受电弓与牵引变压器原边相连， 牵引变压器两个副边 绕组直接与牵引变流器相连， 牵引变流器与牵引电机连接， 牵引变压器的作 用是将交流接触网的单相网压降压， 作为牵引变流器的输入电压， 牵引变流 器再驱动牵引电机实现动车组牵引， 柴油机与发电机组成内燃动力包， 发电 机三相输出直接与牵引变流器相连。

参照图 2、 图 3， 1. 牵引变压器接口 2. 动力包接口 3.牵引电机接口 4. 第一预充电装置 5.四象限整流器 6.中间直流环节 7.牵引逆变器 8.辅助变流 器接口 9.过压抑制电路 10.第二预充电装置

牵引变压器接口 1与四象限整流器 5的输入端连接， 牵引变压器接口 1 用于对接触网的单相网压降压。 动力包接口 2与四象限整流器 5的输入端连 接， 中间直流环节 6并联在四象限整流器 5的输出端直流母线上， 四象限整 流器 5的输出端与牵引逆变器 7的输入端连接， 牵引逆变器 7的输出端与牵 引电机接口 3连接， 为牵引电机接口 3供电， 通过牵引电机接口 3为动车组 提供动力。 中间直流环节 6可以包括支撑电容 C1和电容放电电阻 Rcl，支撑 电容 C1对四象限整流器 5的输出端具有滤波作用， 能够稳定四象限整流器 5 输出端的直流电压。 过压抑制电路 9并联在四象限整流器 5的输出端直流母 线上的，过压抑制电路 9包括串联的 IGBT功率器件 IV7和能量吸收电阻 Rov, 过压抑制电路 9用于吸收中间直流环节 6中的瞬时电压尖峰， 以保证电路中 IGBT功率器件的安全。 辅助变流器接口 8并联在四象限整流器 5的输出端直 流母线上， 通过中间直流环节 6为辅助变流器接口 8供电， 辅助变流器接口 8用于向动车组的辅助负载供电。第一预充电� �置 4设置在牵引变压器接口 1 与四象限整流器 5之间的电路上，第二预充电装置 10设置在动力包接口 2与 四象限整流器 5之间的电路上； 其中， 第一预充电装置 4和第二预充电装置 10相同， 第一预充电装置 4包括第一主接触器 LK1、第一预充电接触器 K1和 第一预充电电阻 Rl。第二预充电装置 10包括第二主接触器 LK2、第二预充电 接触器 K2和第二预充电电阻 R2。

当中间直流环节 6的中间直流电压较低时， 可以先闭合第一预充电接触 器 K1 , 同过第一预充电电阻 R1和四象限整流器 5的反并联二极管对支撑电 容 C1充电。 当支撑电容 C1两端的电压达到一定值后闭合第一主接触 LK1、 断开第一预充电接触器 Kl， 启动整流器 5。 此时， 第二预充电接触器 Κ2和第 二主接触器 LK2应保持断开。

当中间直流环节 6的中间直流电压较低时， 也可以先闭合第二预充电接 触器 Κ2， 通过第二预充电电阻 R2和整流器 5的反并联二极管对支撑电容 C1 充电。 当支撑电容 C1两端的电压达到一定值后闭合第二主接触 LK2、 断开第 二预充电接触器 K2， 此时， 第一预充电接触器 K1和第一主接触器 LK1应保 持断开。

在本实施例中， 四象限整流器 5包括八个 IGBT ( Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管）功率器件，� �体为 IGBT功率器件 CV1-CV8 , 四象限整流器 5用于实现 AC/DC (交流直流） 变换， 接触网供电模式下， 该 四象限整流器采用两电平主电路拓扑， 通过移相脉宽调制技术使得该四象限 整流器 5的等效开关频率变为单个整流器开关频率的� �倍， 从而大大减小四 象限整流器 5的电流谐波； 动力包供电模式下， 可以仅利用三相桥臂进行二 极管不控或四象限整流， 以提供稳定的直流电压。

牵引逆变器 7可以包括六个 IGBT功率器件 IV1-IV6 , 通过 DC/AC (直流 / 交流） 变换， 将中间直流电压逆变为电压和频率可调节的三 相交流电， 用于 驱动并联的牵引电机接口 3， 为动车组提供动力。 牵引逆变器 7可以采用高 性能电机控制算法， 在准确磁链观测的基础上， 可以对牵引电机接口 3进行 精确的转矩控制， 以保证动车组良好的加减速性能和运行的平稳 可靠； 另外， 可以采用多模式调制算法， 以充分利用直流电压， 并降低功率器件损耗， 减 小噪声。

工作过程： 在有电力源工况下， 在列车牵引时， 使用四象限整流器进行 供电， 保证列车牵引、 辅助系统正常运行； 在列车制动时， 使用四象限整流 器将制动能量回馈电网。

在无电力源工况下， 在列车牵引时， 使用四象限整流器对热动力源输出 进行整流， 满足列车运行的需求； 在列车制动时， 制动能量使用制动电阻消 耗。