机车无火回送供电装置及其辅助系统
技术领域
[0001] 本实用新型涉及
铁路运输领域，更具体地，涉及一种机车无火回送供电装置及其辅助系统。
背景技术
[0002] 机车在应用或检修后，须按无动
力回送方式附挂于列车编组后在铁轨上运行。例如，铁路公司接收新造机车、机车在运行途中发生故障回送维修、机车达到检修周期需要异地检修、机车返厂或段修、远距离线路中附挂返程非动力机车等都需要采用无动力回送方式。由于《铁路机车无火回送处理办法》规定“机车无火回送的过程中严禁升弓、合闸”，故机车无法从
电网取电。因此，机车上乘务员饮
水、热饭、取暖、
空调和照明等基本生活设施无法正常使用，司乘人员的防寒保温、防暑降温难于实现，其基本生活条件和工作环境处于十分恶劣状态。
[0003] 综上，本领域需要设计开发一套专用于机车在无火回送过程中使用的供电装置，以保证司乘人员在车上的基本生活需求就显得尤为重要。实用新型内容
[0004] 本实用新型针对上述的机车在无火回送状态下无电力供应的问题，提出一种机车无火回送供电装置，包括第一
断路器、第二断路器、第四断路器、DC/DC隔离变换器、第一逆变器、第二逆变器、正弦
滤波器和主控板，其中，第一断路器被构造为用于控制供电装置与机车的
蓄电池之间的连接与切断，其分别与机车的
蓄电池和DC/DC隔离变换器相连，第二断路器被构造为用于控制供电装置与机车的第一牵引
电机之间的连接与切断，其分别与机车的第一
牵引电机与第一逆变器相连，第四断路器被构造为用于控制供电装置与机车的QA25断路器之间的连接与切断，其一端与机车的QA25断路器连接、另一端经由正弦滤波器与第二逆变器连接，主控板被构造为分别与DC/DC隔离变换器、第一逆变器和第二逆变器连接以用于控制上述各部件，DC/DC隔离变换器还分别与第一逆变器和第二逆变器互联，第一逆变器还与第二逆变器互联，其中，第一牵引电机在机车无火回送过程中产生的
能量经由第一逆变器依次传输到第二逆变器进而传输到正弦滤波器，进而供给到机车上的相应器件。
[0005] 本实用新型还提供一种辅助系统，包括机车和如上所述的供电装置，所述供电装置在机车处于无火回送的状态下向机车蓄电池供电。
[0006] 本实用新型提供的供电装置操作简单、安装相对方便，既能利用机车的自然惯性能量、又能给司乘人员带来良好生活环境的实用型装置。
[0007] 通过以下参照
附图对示例性
实施例的描述，本实用新型的其他特征将变得清楚。
附图说明
[0008] 包含在
说明书中并构成说明书的一部分的附图例示了本实用新型的示例性实施例、特征和方面，并且与文字说明一起用来解释本实用新型的原理。
[0009] 图1为根据本实用新型一个方面的机车无火回送供电装置与机车系统
接口原理
框图。
[0010] 图2是根据本实用新型一个方面的第一逆变器（INV1）与机车系统牵引电机接线示意图。
[0011] 图3是根据本实用新型一个方面的第二逆变器（INV2）输出与机车系统
变压器接线
位置示意图。
[0012] 图4是根据本实用新型一个方面的HXD3C型机车系统继电器接线示意图。
具体实施方式
[0013] 下面将参照附图详细描述本实用新型的各种示例性实施例、特征和方面。应当指出，除非另外具体说明，在这些实施例中描述的元件、数字表示和数值的相对配置不限制本实用新型的范围。应当指出，下面的实施例并不限制
权利要求中记载的本实用新型的范围，并且并非这些实施例中描述的特征的全部组合均是本实用新型所必须的。
[0014] 为解决上述问题，本实用新型提供机车无火回送供电装置，其将在无火回送过程中附挂于其它列车后而行进的机车的
车轮产生的机械能转换为
电能。
[0015] 此外，需要指出的是，本文均以HXD3C型机车作为示例来描述各功能模
块之间的连接、布置、输入
输出电压等参数、供电装置与机车之间的连接等。本领域技术人员可以理解，本实用新型的供电装置还可以应用于其他型号的机车以为其在无火回送状态下进行供电。因此，本文的各种参数，特别是输入输出电压均仅是示例性的，不应作为对本实用新型的限制。本领域技术人员可以根据不同情况调节各参数等。
[0016] 以HXD3C型机车作为示例，本实用新型的供电装置输出440V的正弦交流电压，输出电压的变化范围不超过额定值的±10%，输出
频率范围为50Hz±0.5Hz，额定容量为30kW。
[0018] 本实用新型的机车无火回送供电装置包括：断路器1（QA）（至少包括QA1、QA2和QA4），DC/DC隔离变换器2，主控板3，显示器4，第一逆变器5（INV1），第二逆变器6（INV2），正弦滤波器7和连接
电缆8。优选地，本实用新型的供电装置还可包括断路器QA3用作断路器QA2的备用断路器。更优选地，本实用新型的供电装置还包括显示器，其用于显示针对供电装置的各操作参数以及运行参数等。以下，对上述各元件进行详细描述。
[0019] 作为示例，断路器QA1被构造为用于控制供电装置与机车的蓄电池之间的连接与切断，其两端分别与机车的蓄电池和DC/DC隔离变换器2相连。QA1的规格例如为两极（2P）200V/20A。
[0020] 作为示例，断路器QA2被构造为用于控制供电装置与牵引电机2之间的连接与切断，其分别与机车的牵引电机2和第一逆变器5相连。断路器QA3作为断路器QA2的备用断路器，其在QA2无法工作或出现故障时被启用。与断路器QA2类似，断路器QA3被构造为用于控制供电装置与牵引电机3之间的连接与切断，其分别与机车的牵引电机3和第一逆变器5相连。作为替换，断路器QA3也可以与牵引电机2而非牵引电机3相连。断路器QA2和QA3的规格例如为三极（3P）1200V/100A。
[0021] 作为示例，断路器QA4被构造为用于控制供电装置与机车的QA25断路器之间的连接与切断，其一端与机车的QA25断路器相连、另一端经由正弦滤波器7与第二逆变器6连接。QA4的规格例如为三极（3P）800V/100A。优选地，这4只断路器安装在一个绝缘尼龙板上，与机车系统相对接的专用插接件也装配在此板上。当机车系统通过
接触电网正常使用时，QA1～QA4均须断开，只有当机车系统在无电力、无火的情况下运行时才将这4只断路器闭合。
[0022] 作为示例，除了连接断路器QA1，DC/DC隔离变换器2还分别与第一逆变器5和第二逆变器6互联。作为示例，DC/DC隔离变换器2的额定输入电压可以是110VDC、输出电压可以设定为400V。而当做为充电器使用时，输入端和输出端倒置，额定输入电压被设定为600VDC、输出电压被设定为脉动交流125V/48A，从而给机车的蓄电池充电。
[0023] 作为示例，第一逆变器5与第二逆变器6互联。第一逆变器5的额定输入电压被设定为0V～350VAC，由机车的牵引电机2发电输出；输出电压被设定为600VDC，供DC/DC隔离变换器2给机车的蓄电池充电以及供给第二逆变器6使用；其容量为30kW。第二逆变器6的额定输入电压被设定为600VDC、输出电压被设定为440VAC、50Hz，电压谐波畸变THD值<5%，输出电压通过正弦滤波器7进行滤波。
[0024] 作为示例，主控板3被构造为供电装置的控制单元，其用于控制上述各部件的工作。主控板3分别与DC/DC隔离变换器2、第一逆变器5和第二逆变器6连接，如需要，主控板3还可以与供电装置的其他元件相连。主控板中可以构造有CPU、RAM、ROM等工作器件。
[0025] 作为示例，显示器4是供用户使用主控板3的
用户界面，例如位操作屏板。显示器4接受用户进行的操作和输入。显示器4还可以用作显示关于主控板3的信息的显示单元。
[0026] 作为示例，正弦滤波器7由电感线圈和
磁铁等构成，对第二逆变器6输出的交流电压进行滤波，输出一组稳定的具有一定负载能力的工频交流三相440V电压。该
三相电压经过机车系统变压器变成工频交流380V和220V电压，供机车上的照明、电炉、空调、
微波炉等生活设施使用。
[0027] 作为示例，连接电缆8包括两部分：一部分是将机车系统的电缆从相应部位连接到专用插接件上，另一部分是将实用新型的各元件先用电缆连接好再从断路器端连接到专用插接件上，两个插接件对接后装置就电连接完毕。
[0028] 作为示例，DC/DC隔离变换器2到机车的蓄电池之间的线缆采用机车车辆用线、线经为6mm2（图1示），连接时须注意蓄电池正负极；从第一逆变器5到机车系统2轴（和3轴）牵引电机之间用线采用机车车辆用线、线经为25mm2、耐电压为3000V（图2示），机车系统接线位置在牵引变流柜2号（IV2）电机输出端；从第二逆变器6到机车系统断路器QA25之间用线采用机车车辆用线、线经为25mm2、耐电压为750V（图3示），机车系统接线位置在断路器QA25上，分别与240、241、242三根线对接。
[0029] 作为示例，DC/DC隔离变换器2、第一逆变器5、第二逆变器6之间用线采用机车车辆用线、线经为2.5mm2；主控板3到DC/DC隔离变换器2、第一逆变器5、第二逆变器6之间用线采用机车车辆用屏蔽线、型号为RVVP3×1.5；主控板3与显示器4之间用线采用机车车辆用屏蔽线、型号为RVVP3×0.5。
[0030] <工作原理>
[0031] 无火回送机车在基于其它列车的拖动而运行的情况下，无火回送机车的车轮被带动而高速转动从而带动其牵引电机的
转子也进行高速旋转，由此产生一定的惯性机械能。机车无火回送供电装置能够将该机械能收集并转变为民用电能。
[0032] 作为示例，在机车正常运行（例如运送旅客、运送货物等）时，断路器QA1～QA4必须断开，使得机车无火回送供电装置与机车的牵引系统、蓄电池等完全隔离，确保机车系统安全可靠的运行。而在机车无火回送时，断路器QA1～QA4将被控制为闭合，由此使供电装置与机车系统相连接。
[0033] 当QA1被闭合后，蓄电池即开始向DC/DC隔离变换器2输电。由此，主控板3被触发以控制DC/DC隔离变换器2开启升压功能。蓄电池向DC/DC隔离变换器2提供110VDC输入电压，DC/DC隔离变换器2将该输入电压升压到400VDC左右后输出给第一逆变器5。
[0034] 在接收到电压后，第一逆变器5可根据车速计算出牵引电机2（或牵引电机3备选）的发电预励磁，牵引电机2转入
制动馈能状态。利用无火机车被拖动时的自然惯性能量回馈，牵引电机2转变为发电状态。主控板3发送控制指令给DC/DC隔离变换器2、第一逆变器5以及第二逆变器6，使第一逆变器5将牵引电机2发出的三相电压整流转变为600VDC输出，当该电压稳定后就分别输出给DC/DC隔离变换器2和第二逆变器6。基于此，DC/DC隔离变换器2可变为充电器给机车蓄电池充电，而第二逆变器6可将输入的600VDC电压逆变为工频交流约440VAC电压，该三相电压再经过正弦滤波器7后输入到机车系统的QA25断路器。输入到QA25断路器的电压经机车上的变压器被转变为三相工频交流380V电压和/或工频交流220V电压，向机车上的空调、取暖器、电炉、脚炉、
微波炉、插座等生活设备供电。
[0035] 优选地，供电装置还具有欠压保护
电路，其被构造为当机车的蓄电池的输入电压低于标称值一定比例，例如70%（例如，对于110V蓄电池而言，低于77V）、80%或85%时，供电装置能被断开与机车系统的连接或者自动关机保护。
[0036] 优选地，供电装置还具有过载保护电路，其被构造为当工作
电流超过额定值一定比例，例如130%、150%或160%时，供电装置能被断开与机车系统的连接或者自动关机保护；而当电流恢复正常后，供电装置能够恢复正常工作。
[0037] 再优选地，供电装置还具有
短路保护电路，其在供电装置输出短路时，供电装置能被断开与机车系统的连接或者自动关机保护，短路排除后，设备恢复正常工作。
[0038] <组装过程>
[0039] 第一步：首先将4只断路器安装在一个绝缘尼龙板上，将和机车系统相对接的专用插接件也装配在此。
[0040] 第二步：将各组成元件搬放到Ⅰ端司机室滤波柜旁边的合适空间，码放整齐，将主控板和显示器挂在
墙壁上或摆放在DC/DC隔离变换器上面，各元件放置要平稳，无晃动和溜滑迹象，并注意各设备
散热排
风口位置以免被遮挡。
[0041] 第三步：将机车系统的电缆从相应部位连接到专用插接件上，各元件用电缆连接好，最后从断路器端连接到专用插接件上。
[0042] 第四步：将机车无火回送供电装置的专用插接件与机车系统的专用插接件对接，此时装置的所有元件安装、连接完毕。
[0043] 以HXD3C型机车为例述，安装位置例如可以设定于机车1端司机室滤波柜旁边的空间内，既考虑到电路布线易于实施因素，又不影响机车的检修查验和其他操作。车型相异安装位置不同，须根据具体情况分析确定。
[0044] <使用过程>
[0045] 作为示例，首先将断路器QA1、QA2、QA4闭合，因为牵引电机3为备选项发电机，只有当牵引电机2出现故障时才会用到，故将QA3断开。然后将各部件的电源
开关打开，机车无火回送供电装置开始工作。当机车速度达到19km/h左右时，牵引电机就可发电，可逐步供司乘人员用电。机车速度越高，装置发出的电量越足，司乘人员就可有更多的电量来使用。当机车速度较低时司乘人员只能用小容量电器（如照明）或停止用电。当机车速度低于19km/h时，可将装置断开、停止使用。
[0046] 以上对本实用新型所提供的无火回送供电装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。
