專利名稱：用于驅(qū)動和發(fā)電制動的有軌車輛牽引傳動系統(tǒng)的制作方法
用于驅(qū)動和發(fā)電制動的有軌車輛牽引傳動系統(tǒng)
背景技術(shù)：
本發(fā)明是從這樣一種用于有軌車輛或有軌列車的驅(qū)動和發(fā)電制動 (再生制動)的牽引傳動系統(tǒng)出發(fā)，其中，有軌車輛或有軌列車的至 少兩個車軸分別配有一永磁勵磁同步電動機(jī)和一牽引變流器，牽引變 流器具有至少 一 個在電機(jī)側(cè)的脈沖變流器，永磁勵磁同步電動機(jī)在其 接線端子上與一轉(zhuǎn)換開關(guān)這樣連接，即，使得永磁勵磁同步電動機(jī)可 接通脈沖變流器以進(jìn)行驅(qū)動，或接通包含至少 一個負(fù)載元件的負(fù)載線 路以進(jìn)行發(fā)電制動，如權(quán)利要求1前序部分所述。
在有軌車輛裝備方面的目標(biāo)是，最終要采用更為有效和更為輕便
的驅(qū)動設(shè)備。作為標(biāo)準(zhǔn)的驅(qū)動設(shè)備，目前是采用變頻器供電的異步電 機(jī)。但是這種設(shè)備在減輕重量和提高扭矩密度方面改進(jìn)的潛力不大， 并且在其應(yīng)用于有軌車輛中時大多需要一變速箱。因此，目前越來越 致力于開發(fā)和采用永磁勵磁同步電機(jī)作為車輛驅(qū)動裝置。這種類型的 設(shè)備由于其具有高的扭矩密度，因此可以實(shí)現(xiàn)直接驅(qū)動，并且，尤其 是通過取消變速箱而大大減輕了傳動鏈的重量。
永磁勵磁的同步電機(jī)由于其永久勵磁，與異步電機(jī)技術(shù)相比有一 些特別之處。例如，它可以在電機(jī)旋轉(zhuǎn)時附加于變頻器調(diào)節(jié)的發(fā)電機(jī)
運(yùn)行以純粹的無源構(gòu)件實(shí)現(xiàn)一種制動作用。由同類型的DE 101 60 612 Al已經(jīng)知道了通過連接制動電阻由永磁勵磁同步電機(jī)所產(chǎn)生的制動 作用。
在旋轉(zhuǎn)的永磁勵磁同步電機(jī)與制動電阻接通時，依據(jù)同步電動機(jī) 的轉(zhuǎn)速、從而還有車輛速度的變化，得到一條扭矩或作用力特征曲線， 它另外也稱為固有制動特征曲線。該特征曲線在關(guān)于轉(zhuǎn)速/速度的變化 中具有一最大值。
因此，在利用永磁勵磁同步電動機(jī)的發(fā)電式制動作用時，存在的問題是，固有制動特征曲線不具有關(guān)于轉(zhuǎn)速的恒定的制動力矩曲線。 與目前制動力可調(diào)節(jié)的常用技術(shù)相比，這一點(diǎn)意味著在制動性能方面 是有缺點(diǎn)的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，這樣地改進(jìn)開頭所述類型的牽引傳動系統(tǒng)，使 得可以針對性地控制制動性能。
按照本發(fā)明，上述目的通過權(quán)利要求1的特征得以實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)
本發(fā)明的基本發(fā)明構(gòu)思在于，為了進(jìn)行發(fā)電制動，永磁勵磁的同 步電動機(jī)設(shè)計成與負(fù)載線路這樣連接，即，使永磁勵磁同步電動機(jī)的 制動特征曲線在代表性特征方面，如制動力矩最大值的位置，依據(jù)轉(zhuǎn) 速的變化而不同。
換言之，各永磁勵磁同步電動機(jī)盡管電動機(jī)的結(jié)構(gòu)形式相同，但 由于負(fù)載線路不同，它們的制動特征曲線在相同轉(zhuǎn)速下具有不同大小 的制動力矩。如果例如其中一個同步電動機(jī)的負(fù)載線路在低轉(zhuǎn)速時產(chǎn) 生制動力矩最大值，那么它可以補(bǔ)償在低轉(zhuǎn)速時與之相比較小的、由 有軌車輛的另一同步電動機(jī)基于不同負(fù)載線路所產(chǎn)生制動力矩。按類 似方式，該另一同步電動機(jī)在較高轉(zhuǎn)速時具有最大制動力矩，可以補(bǔ) 償那一個同步電動機(jī)的較小的制動力矩。
兩個或多個相同的、但配備不同負(fù)載線路的永磁勵磁同步電動機(jī) 可以這樣相互組合，即，使得通過不同制動特征曲線的疊加而實(shí)現(xiàn)一 種關(guān)于轉(zhuǎn)速盡可能平衡或恒定的針對轉(zhuǎn)向架、有軌車輛部件、單臺車 輛如車廂或有軌列車而言的制動力矩曲線。這一點(diǎn)通過各個永磁勵磁
同步驅(qū)動裝置的無源負(fù)載線路的匹配得以實(shí)現(xiàn)。
越多個單臺驅(qū)動裝置的負(fù)載線路相互匹配，制動力矩曲線就越能
更好地近似于恒定的制動力矩。在最簡單的情況下，如在下述實(shí)施例
中所述的那樣，這一點(diǎn)可以通過采用不同電阻值的制動電阻來實(shí)現(xiàn)。
但是也可以考慮任意連接電阻、電容和/或電感，如電抗線圏。通過在從屬權(quán)利要求中所列舉的措施，可以實(shí)現(xiàn)獨(dú)立權(quán)利要求所
述發(fā)明的有利發(fā)展和改進(jìn)。
優(yōu)選的是，有軌車輛或有軌列車的轉(zhuǎn)向架配有至少兩個車軸，其 至少分別具有 一個永磁勵磁的同步電動機(jī)、 一個在電機(jī)側(cè)的牽引變流 器、 一個轉(zhuǎn)換開關(guān)及一個負(fù)載線路。這樣，每個轉(zhuǎn)向架便得到一種近 似于恒定的制動力矩曲線。
配設(shè)于所述至少兩個車軸的永磁勵磁同步電動機(jī)的負(fù)載線路一般
線加以區(qū)分。如果所述至少兩個車軸的負(fù)載線路僅具有不同的制動電 阻，便得到一種特別簡單的結(jié)構(gòu)設(shè)計，其中，各負(fù)載線路的制動電阻 設(shè)計成這樣，即，使得配設(shè)于其中一個車軸的永磁勵磁同步電動機(jī)制 動特征曲線的制動力矩最大值與配設(shè)于另一車軸的永磁勵磁同步電動 機(jī)特征曲線的制動力矩最大值相比，是在轉(zhuǎn)速更低的情況下達(dá)到的。


附圖中表示出本發(fā)明的一個實(shí)施例，在下面的說明中將詳細(xì)介紹。
附圖中表示
圖1 按本發(fā)明一種實(shí)施形式的用于交流電車的牽引傳動系統(tǒng) 的示意圖2 帶有兩個車軸的轉(zhuǎn)向架的示意圖，其中每個車軸配備一個 按圖1所示的牽引傳動系統(tǒng)；
圖3 圖2的轉(zhuǎn)向架牽引傳動系統(tǒng)的制動特征曲線。
具體實(shí)施例方式
圖1中詳細(xì)表示出用于交流電車(亦稱AC有軌車輛)的牽引傳 動系統(tǒng)l，其中，用2表示一牽引變壓器，用4表示一牽引變流器， 用6表示一永磁勵磁的同步電動機(jī)，用8表示一制動裝置。牽引變壓 器2具有一個初級繞組10和多個次級繞組12,這里僅僅畫出其中的 兩個次級繞組12。牽引變流器4具有兩個四象限調(diào)節(jié)器14、 一個吸收電路16、 一個電容式蓄電池18、 一個過壓保護(hù)裝置20和一個在電機(jī) 側(cè)的脈沖變流器22。兩個四象限調(diào)節(jié)器14在交流電壓側(cè)分別與牽引 變壓器2的一個次級繞組12連接，在直流電壓側(cè)并聯(lián)地電路連接。吸 收電路16、電容式蓄電池18、過壓保護(hù)裝置20和在電機(jī)側(cè)的脈沖變 流器22的直流電壓側(cè)輸入接頭與這個供電線路的兩個直流電壓側(cè)的 接頭24和26并聯(lián)地電路連接。在輸出端，在電機(jī)側(cè)的脈沖變流器22 可與永磁勵磁的同步電動機(jī)6的接頭連接。
制動裝置8在永磁勵磁同步電動機(jī)6的每一相由一制動電阻28 和一轉(zhuǎn)換開關(guān)30組成。這些制動電阻28例如按星形電路連接并且例 如分別具有一恒定的電阻值?；蛘?，也可以考慮三角形接法。轉(zhuǎn)換開 關(guān)30與在電機(jī)側(cè)的脈沖變流器22的輸出端和永磁勵磁同步電動機(jī)6 的輸入端這樣連接，使永磁勵磁同步電動機(jī)6的輸入端可以一方面與 制動電阻28、另一方面與在電機(jī)側(cè)的脈沖變流器22的輸出端連接。
這些也稱為故障保險開關(guān)的轉(zhuǎn)換開關(guān)30可以電動或機(jī)械或氣動 操作。 一旦這些轉(zhuǎn)換開關(guān)30從"行駛，，運(yùn)行位置(亦即永磁勵磁同步 電動機(jī)6的接線端子與在電機(jī)側(cè)的脈沖變流器22的輸出端連接)到達(dá) "制動"運(yùn)行位置(亦即永磁勵磁同步電動機(jī)6的接線端子與星形連 接的制動電阻28連接)，永磁勵磁同步電動機(jī)6便產(chǎn)生一制動力矩， 該制動力矩隨有軌車輛速度的減小按照制動特征曲線的態(tài)勢變化。為 產(chǎn)生該制動力矩，既不需要在電機(jī)側(cè)的脈沖變流器22，又不需要任何 調(diào)節(jié)裝置。
在開頭所述的DE 101 60 612 Al中詳細(xì)介紹了這種牽引傳動系 統(tǒng)。因此這里可以不再對其加以說明。
AC有軌車輛的至少兩個車軸配有一個這種按圖1所示的帶有牽 引變流器4和另一些構(gòu)件的永磁勵磁同步電動機(jī)6。這里，制動電阻 28形成一個配設(shè)于同步電動機(jī)6的負(fù)載線路32，電動機(jī)用它通過轉(zhuǎn)換 開關(guān)30切換到發(fā)電制動。在發(fā)電制動運(yùn)行時，這種同步電動機(jī)6具有 例如在圖3中通過虛線表示的制動特征曲線36。對于制動特征曲線， 應(yīng)理解為制動力矩M或制動力F關(guān)于同步電動機(jī)6的轉(zhuǎn)速的曲線，電
7動機(jī)轉(zhuǎn)速在當(dāng)前直接驅(qū)動的情況下是與車軸轉(zhuǎn)速相同的。該車軸轉(zhuǎn)速
正比于AC有軌車輛的行駛速度。如由圖3可見，隨著轉(zhuǎn)速從0增大到n，制動力矩M首先急劇上升，在到達(dá)最大值M^x后重新下降。該最大制動力矩M,x對應(yīng)于一轉(zhuǎn)速nMax。這是永磁勵磁同步電動機(jī)6的制動特征曲線的一種典型曲線走向，它在發(fā)電制動運(yùn)行時接通一個帶有制動電阻28的負(fù)載線路32。
配設(shè)于不同車軸的同步電動機(jī)6的負(fù)載線路32設(shè)計成這樣，即，
使得其制動特征曲線就分別達(dá)到制動力矩最大值Mmax的轉(zhuǎn)速！1M^而論是不同的。特別優(yōu)選的是，將兩個或多個相同的、但配備不同負(fù)載
線路32的永磁勵/磁同步電動機(jī)6相互這樣組合，即，4吏得通過不同特征曲線的疊加實(shí)現(xiàn)一種關(guān)于轉(zhuǎn)速n盡可能平衡的針對轉(zhuǎn)向架、有軌車輛部件、單臺車輛如車廂或有軌列車而言的制動力矩曲線分布。這一
點(diǎn)通過各個永磁勵磁同步電動機(jī)6無源負(fù)載線路32的匹配予以實(shí)現(xiàn)。其中，這種匹配通過相應(yīng)地選擇和連接無源負(fù)載元件例如電阻、電抗線圏和/或電容器進(jìn)行。
采用數(shù)值連續(xù)可調(diào)節(jié)或可轉(zhuǎn)換的制動電阻28便于負(fù)載線路32的匹配。在本發(fā)明的框架下， 一個永磁勵磁同步電動機(jī)6的負(fù)載線路32的相應(yīng)電阻值相對于另 一個永磁勵磁同步電動機(jī)6的負(fù)載線路32在發(fā)電制動之前進(jìn)行匹配，以使它們在制動運(yùn)行期間不再變化。
按照按圖2的優(yōu)選實(shí)施例，AC有軌車輛的轉(zhuǎn)向架34具有兩個至少分別帶有一個永磁勵磁同步電動機(jī)6a、 6b， 一個在電機(jī)側(cè)的牽引變流器4a、 4b， 一個轉(zhuǎn)換開關(guān)30a、 30b以及一個負(fù)載線路32a、 32b的車軸。
轉(zhuǎn)向架34兩車軸的兩根驅(qū)動軸中的每一個由一永磁勵磁同步電動機(jī)6a， 6b驅(qū)動，它們最好是相同的，還有牽引變流器4a、 4b最好也是相同的。但是相應(yīng)的負(fù)載線路32a、 32b則不相同。尤其是，在其中 一個永磁勵磁同步電動機(jī)6a的負(fù)載線路32a中安裝的電阻28a的電阻值比另一永萬茲勵萬茲同步電動機(jī)6b的負(fù)載線路32b的電阻28b的電阻值更大。不同電阻對在制動特征曲線內(nèi)關(guān)于轉(zhuǎn)速n的制動力矩M,x或制動力的最大值位置的影響如下隨著制動電阻值的減小，它向較小的轉(zhuǎn)速n或速度方向偏移，直至短路，亦即只剩驅(qū)動裝置的內(nèi)阻起作用。反過來，隨著制動電阻值的加大，制動力矩的最大值M皿朝較大的轉(zhuǎn)速n或速度方向偏移。而制動特征曲線的制動力矩最大值Mn^的數(shù)值大小保持相同的前提是，制動回路內(nèi)的電感和電容保持不變。
這樣，其中 一個永磁勵磁同步電動機(jī)6a與另一 永磁勵磁同步電動機(jī)6b相比，在更低轉(zhuǎn)速nMaxa的情況下具有其制動特征曲線36(虛線)的制動力矩最大值Mmax，同步電動機(jī)6b在較高轉(zhuǎn)速 的情況具有其制動特征曲線38 (點(diǎn)狀線)的制動力矩最大值Mmax。最大制動力矩M,x都是一樣大的，因?yàn)殡娮柚底兓m然使最大制動力矩Mmax偏移了，但是其大小不變。
在通過轉(zhuǎn)換開關(guān)30a、 30b將制動電阻28a、 28b同時接通到相應(yīng)的永萬茲勵磁同步電動機(jī)6a、 6b上時，通過制動特征曲線36和38的疊加得到了轉(zhuǎn)向架34的合成制動特征曲線40,它如圖3所見，在從略微大于O的低轉(zhuǎn)速n開始的大轉(zhuǎn)速范圍上保持不變?；蛘?，也可以通過合適的制動特征曲線的疊加，亦即通過相應(yīng)匹配的負(fù)載線路實(shí)現(xiàn)一種關(guān)于轉(zhuǎn)速n遞增的、遞減的或按規(guī)定任何希望的制動力矩曲線。
除電阻28外，或者代替它，負(fù)載線路32還可以包含其他無源電子構(gòu)件，如電容器和/或例如電抗線圏形式的電感。在電阻28和電容器并聯(lián)時例如提高了制動力矩的最大值Mmax。而通過與電阻28串聯(lián)的電感，相應(yīng)的永磁勵磁同步電動機(jī)6制動力矩的最大值Mmax則可減小。 一般可以考慮設(shè)許多負(fù)載線路32，通過改變電阻、電容或電感值和/或通過改變各個構(gòu)件的接線(并聯(lián)或串聯(lián))，其組合會帶來所希望的疊加的制動特征曲線40特性，例如關(guān)于轉(zhuǎn)速n的近似于恒定的制動力矩曲線。
本發(fā)明并不局限于交流電路供電的車輛牽引傳動系統(tǒng)，而是還可以用于具有由直流電網(wǎng)供電的永磁勵磁同步電動機(jī)的車輛牽引傳動系統(tǒng)，例如在DE 101 60 612 Al中所述的那樣。附圖標(biāo)記表
1 牽引傳動系統(tǒng)
2 牽引變壓器4 牽引變流器6 同步電動機(jī)8 制動裝置10 初級繞組12 次級繞組
14 四象限調(diào)節(jié)器
16 吸收電路
18 電容式蓄電池
20 過壓保護(hù)裝置
22 脈沖變流器
24接頭
26 接頭
28 制動電阻
30轉(zhuǎn)換開關(guān)
32 負(fù)載線路
34轉(zhuǎn)向架
36 制動特征曲線
38 制動特征曲線
40 制動特征曲線
權(quán)利要求
1. 用于有軌車輛或有軌列車的驅(qū)動和發(fā)電制動的牽引傳動系統(tǒng)(1)，其中，有軌車輛或有軌列車的至少兩個車軸分別配有一永磁勵磁同步電動機(jī)(6a，6b)和一牽引變流器(4a，4b)，并且，牽引變流器(4a，4b)具有至少一個在電機(jī)側(cè)的脈沖變流器(22)，永磁勵磁同步電動機(jī)(6a，6b)在其接線端子上與一轉(zhuǎn)換開關(guān)(30a，30b)這樣連接，即，使得所述永磁勵磁同步電動機(jī)(6a，6b)可接通脈沖變流器(22)以進(jìn)行驅(qū)動，或接通包含至少一個負(fù)載元件(28a，28b)的負(fù)載線路(32a，32b)以進(jìn)行發(fā)電制動，其特征為為了發(fā)電制動而接通永磁勵磁同步電動機(jī)(6a，6b)的負(fù)載線路(32a，32b)被設(shè)計為，使永磁勵磁同步電動機(jī)(6a，6b)的制動特征曲線(36，38)在代表性特征方面，如制動力矩最大值(Mmax)的位置，依據(jù)轉(zhuǎn)速(n)的變化而不同。
2. 按權(quán)利要求1所述的牽引傳動系統(tǒng)，其特征為至少兩個相同 的、但是配備不同的負(fù)載線路(32a， 32b)的永磁勵磁同步電動機(jī)(6a, 6b)相互這樣組合，即，使得通過它們的制動特征曲線(36， 38)的 疊加而實(shí)現(xiàn)一種關(guān)于轉(zhuǎn)速(n)基本上恒定的、遞增的、遞減的或按 規(guī)定任意的制動力矩曲線(40)。
3. 按權(quán)利要求1或2所述的牽引傳動系統(tǒng)，其特征為所述至少 兩個車軸配設(shè)于一轉(zhuǎn)向架(34)、 一有軌車輛部件、 一單臺車輛或一有 軌列車。
4. 按上述權(quán)利要求之至少一項(xiàng)所述的牽引傳動系統(tǒng)，其特征為 配設(shè)于所述至少兩個車軸的永磁勵磁同步電動機(jī)(6a， 6b)的負(fù)載線 路(32a， 32b)的區(qū)別在于相互不同的負(fù)載元件(28a， 28b )和/或在于其負(fù)載元件相互不同的接線。
5. 按權(quán)利要求4所述的牽引傳動系統(tǒng)，其特征為所述負(fù)載線路 (32a， 32b)包含電阻(28a， 28b)和/或電容和/或電感。
6. 按權(quán)利要求5所述的牽引傳動系統(tǒng)，其特征為各負(fù)載線路(32a， 32b)具有不同的制動電阻(28a， 28b )，以使得配設(shè)于其中 一個車軸的永磁勵磁同步電動機(jī)(6a)制動特征曲線(36)的制動力 矩最大值(Mmax)與配設(shè)于另一車軸的永磁勵磁同步電動機(jī)(6b)特 征曲線(38)的制動力矩最大值(Mmax)相比，是在轉(zhuǎn)速(n)更低 的情況下達(dá)到的。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于有軌車輛或有軌列車的驅(qū)動和發(fā)電制動的牽引傳動系統(tǒng)(1)，其中有軌車輛或有軌列車的至少兩個車軸分別配有一永磁勵磁同步電動機(jī)(6a，6b)和一牽引變流器(4a，4b)，牽引變流器(4a，4b)具有至少一個在電機(jī)側(cè)的脈沖變流器，永磁勵磁同步電動機(jī)(6a，6b)在其接線端子上與一轉(zhuǎn)換開關(guān)(30a，30b)這樣連接，即，使得永磁勵磁同步電動機(jī)(6a，6b)可接通脈沖變流器(22)以進(jìn)行驅(qū)動，或接通包含至少一個負(fù)載元件(28a，28b)的負(fù)載線路(32a，32b)以進(jìn)行發(fā)電制動。本發(fā)明規(guī)定，為了發(fā)電制動而接通永磁勵磁同步電動機(jī)(6a，6b)的負(fù)載線路(32a，32b)被設(shè)計為，使永磁勵磁同步電動機(jī)(6a，6b)的制動特征曲線在代表性特征方面，如制動力矩最大值的位置，隨轉(zhuǎn)速的變化而不同。
文檔編號H02P6/24GK101536300SQ200780040667
公開日2009年9月16日 申請日期2007年10月25日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月31日
發(fā)明者F·黑勒, U·弗里森 申請人:克諾爾-布里姆斯軌道車輛系統(tǒng)有限公司