一种电气化铁路列车三轨供电构造论文和设计-李群湛

全文摘要

本实用新型公开了一种电气化铁路列车三轨供电构造，涉及列车供电与运行控制技术领域。该系统中供电轨分为第一供电轨、第二供电轨、第三供电轨，其中第一供电轨、第二供电轨和走行轨构成三相交流供电回路，第三供电轨和走行轨构成直流供电回路；交直交变频变压装置经三相交流供电回路和集电器向列车牵引电机供电，通过地面的交直交变频变压装置调频、调压供电进行列车驱动和运行控制；直流供电回路由地面的整流装置供电，再经集电器向列车辅助用电设备供电。通过改变系统的供电方式，优化系统结构，有效地减轻车载设备重量和轴重，实现列车轻量化，提高列车承载效率，同时用最经济的方式实现列车运行的自动控制和无人驾驶。

主设计要求

1.一种电气化铁路列车三轨供电构造，包括电气化铁路沿线的走行轨(R)以及与走行轨(R)并行铺设的供电轨(1)，设置于地面的交直交变频变压装置(3)和整流装置(4)以及设置于列车(5)上的车载集电器(2)、牵引电机(6)和辅助用电设备(7)，其特征在于：所述供电轨(1)包括第一供电轨(1a)、第二供电轨(1b)、第三供电轨(1c)；所述第一供电轨(1a)、所述第二供电轨(1b)与所述走行轨(R)构成三相交流供电回路，由设置于地面的交直交变频变压装置(3)供电；所述走行轨(R)接地；所述第三供电轨(1c)与所述走行轨(R)构成直流供电回路，由设置于地面的整流装置(4)供电；所述车载集电器(2)包括第一集电器(2a)、第二集电器(2b)、第三集电器(2c)和第四集电器(2d)；所述第一集电器(2a)、所述第二集电器(2b)和所述第四集电器(2d)的尾端通过电缆与所述列车(5)的牵引电机(6)的三相端子连接，所述第一集电器(2a)、所述第二集电器(2b)和第四集电器(2d)的前端分别与所述第一供电轨(1a)、所述第二供电轨(1b)和所述走行轨(R)接触受电；同时，所述第三集电器(2c)的尾端通过电缆与所述列车(5)的辅助用电设备(7)正极连接，所述第三集电器(2c)的前端与所述第三供电轨(1c)接触受电，所述第四集电器(2d)的尾端通过电缆与所述列车(5)的辅助用电设备(7)负极连接；所述交直交变频变压装置(3)通过第一供电轨(1a)和所述第一集电器(2a)、所述第二供电轨(1b)和所述第二集电器(2b)、所述走行轨(R)和所述第四集电器(2d)向所述列车(5)的牵引电机(6)供电，并通过控制所述交直交变频变压装置(3)的变频、变压来控制所述列车(5)的启停和运行；所述整流装置(4)通过所述第三供电轨(1c)和所述第三集电器(2c)、所述走行轨(R)和所述第四集电器(2d)向所述列车(5)的辅助用电设备(7)供电。

设计方案

2.根据权利要求1所述的一种电气化铁路列车三轨供电构造，其特征在于：所述走行轨(R)包括第一走行轨(R1)以及与第一走行轨(R1)并联的第二走行轨(R2)。

3.根据权利要求1或2所述的一种电气化铁路列车三轨供电构造，其特征在于：所述第一供电轨(1a)、第二供电轨(1b)、第三供电轨(1c)均铺设在第一走行轨(R1)和第二走行轨(R2)之间的轨枕或道床上；所述第一供电轨(1a)、第二供电轨(1b)按列车运行区间设置分段，每个分段均通过独立的交直交变频变压装置(3)供电。

4.根据权利要求1所述的一种电气化铁路列车三轨供电构造，其特征在于：所述列车(5)的牵引电机(6)为同步电机或者异步电机。

5.根据权利要求1所述的一种电气化铁路列车三轨供电构造，其特征在于：所述列车(5)的辅助用电设备(7)包括列车空调、照明；所述辅助用电设备(7)与整流装置(4)采用同一电压等级。

6.根据权利要求1所述的一种电气化铁路列车三轨供电构造，其特征在于：所述车载集电器(2)均设置于列车(5)转向架端头且与列车(5)的转向架绝缘，所述车载集电器(2)的第一集电器(2a)、第二集电器(2b)、第三集电器(2c)和第四集电器(2d)相互绝缘。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及列车供电与运行控制技术领域。

背景技术

现行干线电气化铁路列车由工频单相交流供电系统供电，在列车的机车和动车上，电气设备占有重要地位，其中最重要的就是交直交牵引传动系统。交直交牵引传动系统由车载牵引变压器、牵引变流器和牵引电机串联而成，驱动牵引电机并通过调频、调压改变牵引电机转速来达到列车驱动和调速运行的目的，这个过程称为列车驾驶。通常，现实情况下，列车驾驶是由人工操作完成的，少数是自动驾驶的。这里存在一些问题。一是，在干线铁路机车、动车上的电气设备中交直交牵引传动系统占有绝对分量，其重量大，体积大；重量大就增加轴重，轴重越大，线路造价越高，体积大则将更多占有机车和动车的宝贵空间，降低功率密度和效率。二是，智能控制和自动驾驶(ATC)来取代人工驾驶是必由之路，但是，在现行列车和供电方式下，驾驶所需的执行设备均安装在列车上，列车是移动的，甚至是高速移动的，而自动驾驶(ATC)的命令和组织来源于地面控制中心，这两者之间不能直接进行，需要无线系统联系，而无线系统故障或失灵必将造成一定的安全风险。

现在要解决的技术问题是，一方面，省去车载牵引变压器、牵引变流器，减轻车载电气设备重量，降低轴重，实现列车轻型化，提高列车承载效率，提高机车和动车功率密度，适应更高速度运行，另一方面，通过地面供电直接实现对列车运行的自动控制和无人驾驶。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种电气化铁路列车三轨供电构造，通过改变传统的供电方式，优化系统结构，省去车载牵引变压器、牵引变流器，有效地降低轴重，实现列车轻量化，提高列车承载效率，提高机车和动车功率密度，适应更高速度运行，同时通过地面供电直接实现列车运行的自动控制和无人驾驶。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：一种电气化铁路列车三轨供电构造，包括电气化铁路沿线的走行轨以及与走行轨并行铺设的供电轨，设置于地面的交直交变频变压装置、整流装置和设置于列车上的车载集电器、牵引电机以及辅助用电设备；所述供电轨包括第一供电轨、第二供电轨、第三供电轨；所述第一供电轨、所述第二供电轨与所述走行轨构成三相交流供电回路，由设置于地面的交直交变频变压装置供电；所述走行轨接地；所述第三供电轨与所述走行轨构成直流供电回路，由设置于地面的整流装置供电；所述车载集电器包括第一集电器、第二集电器、第三集电器和第四集电器；所述第一集电器、所述第二集电器和所述第四集电器的尾端通过电缆与所述列车的牵引电机的三相端子连接，所述第一集电器、所述第二集电器和第四集电器的前端分别与所述第一供电轨、所述第二供电轨和所述走行轨接触受电；同时，所述第三集电器的尾端通过电缆与所述列车的辅助用电设备正极连接，所述第三集电器的前端与所述第三供电轨接触受电，所述第四集电器的尾端通过电缆与所述列车的辅助用电设备负极连接；所述交直交变频变压装置通过第一供电轨和所述第一集电器、所述第二供电轨和所述第二集电器、所述走行轨和所述第四集电器向所述列车的牵引电机供电，并通过控制所述交直交变频变压装置的变频、变压来控制所述列车的启停和运行；所述整流装置通过所述第三供电轨和所述第三集电器、所述走行轨和所述第四集电器向所述列车的辅助用电设备供电。

优选地，所述走行轨包括第一走行轨以及与第一走行轨并联的第二走行轨。

进一步优选地，所述第一供电轨、第二供电轨、第三供电轨铺设在第一走行轨和第二走行轨之间的轨枕或道床上；所述第一供电轨、第二供电轨被分成若干分段，每分段通过独立的交直交变频变压装置供电，以实现列车运行的分段控制。

优选地，所述列车的牵引电机为同步电机，或者异步电机。

优选地，所述列车的辅助用电设备主要包括列车空调、照明等；所述辅助用电设备与整流装置采用同一电压等级。

进一步优选地，所述车载集电器均设置于列车转向架端头且与列车的转向架绝缘，所述车载集电器的第一集电器、第二集电器、第三集电器和第四集电器相互绝缘。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

一、两个供电轨与走行轨(接地)构成三相交流供电回路，另一个供电轨与走行轨构成直流供电回路，地面交直交变频变压装置经三相交流供电回路给列车牵引电机供电，地面整流装置经直流供电回路提供列车辅助用电，实现供电结构与供电方式的最优化，取消车载牵引变压器和牵引变流器，有效减少列车轴重，实现列车轻量化，提高机车和动车功率密度，提高列车承载效率。

二、通过地面交直交变频变压装置经三相交流供电回路给列车牵引电机供电，直接进行列车驱动与运行的自动控制，实现无人驾驶和智能化控制与运行。

三、本实用新型的供电轨造价低，经济性能好。

四、辅助用电设备采用同一电压等级，无需车载设备中间进行电压变换，方便、简洁。

五、地面交直交变频变压装置和整流装置均不在电网中产生负序电流，确保电能质量。

六、技术先进，性能优越，易于实施。

附图说明

图1是本实用新型实施例一结构示意图。

图2是本实用新型实施例二结构示意图。

具体实施方式

为了更好理解本实用新型创造思路，现简要说明本实用新型的工作原理为：与既有交直交机车和动车相比，可以取消车载牵引变压器、牵引变流器等车载电气设备，有效减轻列车轴重，提高功率密度和承载效率，同时将大容量的驱动(牵引)用电和小容量辅助用电分开，并分别由三相交流和直流供电，取长补短，协调供电，实现系统供电结构与供电方式的最优化，通过地面的三相交流供电回路调频、调压供电来直接实现列车驱动和运行控制，实现无人驾驶。下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的描述。

实施例一

如图1所示，本实用新型实施例提供了一种电气化铁路列车三轨供电构造，该构造包括电气化铁路沿线的走行轨R以及与走行轨R并行铺设的供电轨1，设置于地面的交直交变频变压装置3和整流装置4和设置于列车5上的车载集电器2、牵引电机6以及辅助用电设备7；交直交变频变压装置3和整流装置4通过供电轨1、走行轨R和车载集电器2分别向列车的牵引电机6以及辅助用电设备7供电；所述供电轨1包括第一供电轨1a、第二供电轨1b、第三供电轨1c；所述第一供电轨1a、所述第二供电轨1b与所述走行轨R构成三相交流供电回路，由设置于地面的交直交变频变压装置3供电；所述走行轨R接地；所述第三供电轨1c与所述走行轨R构成直流供电回路，由设置于地面的整流装置4供电；所述车载集电器2包括第一集电器2a、第二集电器2b、第三集电器2c和第四集电器2d；所述第一集电器2a、所述第二集电器2b和所述第四集电器2d的尾端通过电缆与所述列车5的牵引电机6的三相端子连接，所述第一集电器2a、所述第二集电器2b和第四集电器2d的前端分别与所述第一供电轨1a、所述第二供电轨1b和所述走行轨R接触受电；同时，所述第三集电器2c的尾端通过电缆与所述列车5的辅助用电设备7正极连接，所述第三集电器2c的前端与所述第三供电轨 1c接触受电，所述第四集电器2d的尾端通过电缆与所述列车5的辅助用电设备7负极连接；所述交直交变频变压装置3通过第一供电轨1a和所述第一集电器2a、所述第二供电轨1b和所述第二集电器2b、所述走行轨R和所述第四集电器2d向所述列车5的牵引电机6供电，并通过控制所述交直交变频变压装置3变频、变压来控制所述列车5的启停和运行；所述整流装置4通过所述第三供电轨1c和所述第三集电器2c、所述走行轨R和所述第四集电器2d 向所述列车5的辅助用电设备7供电。

在本实用新型实施例中，所述走行轨R包括第一走行轨R1和第二走行轨R2；第一走行轨R1和第二走行轨R2之间通过导线并联。所述第一供电轨1a、第二供电轨1b、第三供电轨1c铺设在第一走行轨R1和第二走行轨R2之间的轨枕或道床上。

在本实用新型实施例中，所述列车5的牵引电机6为同步电机，或者异步电机。

所述列车5的辅助用电设备7主要包括列车空调、照明等；所述辅助用电设备7与整流装置6采用同一电压等级。

所述车载集电器2均安装于列车5转向架端头且与列车5的转向架绝缘，所述车载集电器2的第一集电器2a、第二集电器2b、第三集电器2c和第四集电器2d相互绝缘。

所述交直交变频变压装置3和所述整流装置4均通过变电所三相电缆供电。

实施例二

如图2所示，本实用新型实施例提供了一种电气化铁路列车三轨供电构造，该构造包括电气化铁路沿线的走行轨R以及与走行轨R并行铺设的供电轨1，设置于地面的交直交变频变压装置3和整流装置4和设置于列车5上的车载集电器2、牵引电机6以及辅助用电设备7；交直交变频变压装置3和整流装置4通过供电轨1、走行轨R和车载集电器2分别向列车的牵引电机6以及辅助用电设备7供电；所述供电轨1包括第一供电轨1a、第二供电轨1b、第三供电轨1c；所述第一供电轨1a、所述第二供电轨1b与所述走行轨R构成三相交流供电回路，由设置于地面的交直交变频变压装置3供电；所述走行轨R接地；所述第三供电轨1c与所述走行轨R构成直流供电回路，由设置于地面的整流装置4供电；所述车载集电器2包括第一集电器2a、第二集电器2b、第三集电器2c和第四集电器2d；所述第一集电器2a、所述第二集电器2b和所述第四集电器2d的尾端通过电缆与所述列车5的牵引电机6的三相端子连接，所述第一集电器2a、所述第二集电器2b和第四集电器2d的前端分别与所述第一供电轨1a、所述第二供电轨1b和所述走行轨R接触受电；同时，所述第三集电器2c的尾端通过电缆与所述列车5的辅助用电设备7正极连接，所述第三集电器2c 的前端与所述第三供电轨1c接触受电，所述第四集电器2d的尾端通过电缆与所述列车5 的辅助用电设备7负极连接；所述交直交变频变压装置3通过第一供电轨1a和所述第一集电器2a、所述第二供电轨1b和所述第二集电器2b、所述走行轨R和所述第四集电器2d向所述列车5的牵引电机6供电，并通过控制所述交直交变频变压装置3变频、变压来控制所述列车的启停和运行；所述整流装置4通过所述第三供电轨1c和所述第三集电器2c、所述走行轨R和所述第四集电器2d向所述列车5的辅助用电设备7供电

本实用新型实施例与上述实施例一中的主要区别在于：所述第一供电轨1a、第二供电轨1b被分成若干分段，每分段通过独立的交直交变频变压装置3供电，以实现列车5运行的分段控制。在本实用新型具体实施例中，记两个相邻为分段i和分段i+1(i大于等于1)，每分段通过独立的交直交变频变压装置3供电，便于分段控制列车5。为了保证列车安全、可控，一般每分段仅限于一辆列车通行。

在本实用新型实施例中，所述列车5的牵引电机6为同步电机，或者异步电机。

所述列车5的辅助用电设备7主要包括列车空调、照明等；所述辅助用电设备7与整流装置6采用同一电压等级。

所述交直交变频变压装置和所述整流装置均通过变电所三相电缆供电。

综上所述，本实用新型通过改变传统的供电方式，优化系统结构，有效地减轻车载设备重量，有效地减小轴重，实现列车轻量化，提高列车承载效率，提高机车和动车功率密度，适应更高速度运行，同时通过地面供电直接实现列车运行的自动控制和无人驾驶。

设计图

一种电气化铁路列车三轨供电构造论文和设计

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