跨座式单轨车辆的牵引和辅助供电系统的制作方法

1.本技术涉及轨道交通技术领域，具体涉及一种跨座式单轨车辆的牵引和辅助供电系统。


背景技术：

2.近年来，随着国家城市基础建设规划发展，城市轨道交通车辆制式也呈现出新的形式，阿尔斯通（原为庞巴迪，于2021年1月29日正式被阿尔斯通收购）提供了基于胶轮的跨座式单轨车辆运输系统，初期轨道项目规划设计使用了直流750v供电制式，但是750v 供电制式存在着供电半径小，牵引供电变电所建设数量多的缺点。
3.国内城市轨道交通建设规划设计中普遍使用ac 35kv/dc1500v 牵引供电变电所供电制式。跨座式单轨列车宽轮距双轴转向架车下结构设计布置空间狭小，需要解决高压电路，牵引变流及辅助变流电路中的电气元器件和牵引及辅助控制单元等安装及合理布局。


技术实现要素：

4.本技术的目的在于提供一种跨座式单轨车辆的牵引和辅助供电系统，其能够改善现有的供电制式下，跨座式单轨列车宽轮距双轴转向架车下结构不方便布置高压电路，牵引变流及辅助变流电路中的电气元器件和牵引及辅助控制单元的问题。
5.本技术的实施例是这样实现的：
6.本技术的实施例提供了一种跨座式单轨车辆的牵引和辅助供电系统，用于安装于车辆的车下空间，包括：高压箱、牵引变流器箱和中频辅助变流器箱，所述高压箱位于所述牵引变流器箱和所述中频辅助变流器箱之间，所述高压箱、所述牵引变流器箱和所述中频辅助变流器箱互相电气连接；所述高压箱包括第一箱体、进线避雷器、选择开关和辅助熔断器，所述进线避雷器设置于所述第一箱体的中间位置，所述选择开关设置于所述进线避雷器的左侧，所述辅助熔断器设置于所述进线避雷器的右侧；所述牵引变流器包括第二箱体、高压模块单元、第一逆变器单元和第二逆变器单元，所述高压模块单元设置于所述第二箱体的中间位置，所述第一逆变器单元和所述第二逆变器单元分别位于所述高压模块单元的两侧的下方空间；所述中频辅助变流器箱包括第三箱体、预充电单元、辅助逆变充电机模块单元和磁性部件单元，所述辅助逆变充电机模块单元设置于所述第三箱体的左下位置，所述预充电单元设置于所述辅助逆变充电机模块单元的右侧，所述磁性部件单元设置于所述第三箱体内的上侧位置。
7.另外，根据本技术的实施例提供的跨座式单轨车辆的牵引和辅助供电系统，还可以具有如下附加的技术特征：在本技术的可选实施例中，所述高压模块单元整体呈t字型，所述高压模块单元的元器件呈对称分布。
8.在本技术的可选实施例中，所述高压模块单元包括高压模块安装板、接地故障检测单元、预充电缓冲单元、进线过流保护单元和电机馈线接触器单元；
9.所述高压模块安装板呈t字形，所述接地故障检测单元、所述预充电缓冲单元、所述进线过流保护单元和所述电机馈线接触器单元设置于所述高压模块安装板。
10.在本技术的可选实施例中，所述牵引变流器还包括液冷单元，所述液冷单元包括水冷管路和水热交换器，所述水冷管路设置于所述第一逆变器单元和所述第二逆变器单元的下方空间，所述水热交换器设置于所述第二箱体内的右侧位置。
11.在本技术的可选实施例中，所述牵引变流器还包括继电器控制单元模块，所述继电器控制单元模块设置于所述第二箱体内的右侧上方位置。
12.在本技术的可选实施例中，所述牵引变流器还包括外部通讯网络连接器，所述外部通讯网络连接器设置于所述第二箱体的右侧侧壁的外表面且与所述继电器控制单元模块电连接。
13.在本技术的可选实施例中，所述牵引变流器还包括过压制动电阻装置，所述过压制动电阻装置设置于所述第二箱体的左侧侧壁的外表面。
14.在本技术的可选实施例中，所述中频辅助变流器箱还包括液冷模块，所述液冷模块用于对所述辅助逆变充电机模块单元降温，所述液冷模块的接头设置于所述第三箱体的左侧侧壁。
15.在本技术的可选实施例中，所述磁性部件单元通过所述车辆的走行风冷却。
16.在本技术的可选实施例中，所述第一箱体、所述第二箱体和所述第三箱体的顶部均设有吊座，所述吊座用于与所述车辆固定。
17.本技术的有益效果是：跨座式单轨车辆的牵引和辅助供电系统将高压选择开关电路，牵引变流电路和中频辅助供电电路分别集成于高压箱、牵引变流器箱和中频辅助变流器箱，采用了基于最小可更换单元的设计理念，方便内部电气部件的装配生产和后续维护操作，并且箱体内部的元器件布设合理，充分利用了车辆下方有限的设备安装空间，能够实现与车辆牵引电机的电气连接以及控制网络通讯连接。
附图说明
18.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
19.图1为本技术的实施例提供的跨座式单轨车辆的牵引和辅助供电系统的示意图；
20.图2为高压箱的示意图；
21.图3为图2的爆炸图；
22.图4为牵引变流器箱的示意图；
23.图5为图4的爆炸图；
24.图6为高压模块单元的示意图；
25.图7为图6的爆炸图；
26.图8为第一逆变器单元的爆炸图；
27.图9为中频辅助变流器箱的示意图；
28.图10为图9的爆炸图。
29.图标：1000-跨座式单轨车辆的牵引和辅助供电系统；100-高压箱；110-第一箱体；120-进线避雷器；130-选择开关；140-辅助熔断器；150-按钮开关及指示灯面板单元组件；160-电缆进出线快速插拔头端子；170-铜排接线端子；200-牵引变流器箱；210-第二箱体；220-高压模块单元；221-高压模块安装板；2221-差分电流传感器；2222-进线网压传感器；2231-预充电接触器；2232-预充电电阻；2233-第一分离接触器；224-进线熔断器；225-电机接触器；230-第一逆变器单元；240-第二逆变器单元；232-被动放电电阻；233-igbt；234-低电感叠层母线；235-水冷板；236-温度传感器；237-直流支撑电容；238-变流模块铝合金结构框架；239-门极驱动控制单元gdu；241-牵引控制单元dcu；242-直流进线侧电流传感器；243-直流进线侧电压传感器；244-u相/w 相交流侧输出电流传感器；245-dc-dc直流开关电源；250-继电器控制单元模块；260-外部通讯网络连接器；270-过压制动电阻装置；280-外部电气连接插拔头端子；291-水冷管路；292-水热交换器；300-中频辅助变流器箱；310-第三箱体；320-预充电单元；321-预充电接触器；322-第二分离接触器；330-辅助逆变充电机模块单元；340-磁性部件单元；341-单相电抗器；342-三相电容；343-高频变压器；344-三相电抗器；345-充电机变压电抗器；350-液冷模块的接头；400-吊座。
具体实施方式
30.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
31.因此，以下对在附图中提供的本技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本技术的范围，而是仅仅表示本技术的选定实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
32.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
33.在本技术的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
34.在本技术的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
实施例
35.请参照图1至图10，本技术的实施例提供了一种跨座式单轨车辆的牵引和辅助供
电系统1000，用于安装于车辆的车下空间，包括：高压箱100(hv box)、牵引变流器箱200(pcu box)和中频辅助变流器箱300(apu box)，高压箱100位于牵引变流器箱200和中频辅助变流器箱300之间，高压箱100、牵引变流器箱200和中频辅助变流器箱300互相电气连接。
36.高压箱100包括第一箱体110、进线避雷器120、选择开关130和辅助熔断器140，进线避雷器120设置于第一箱体110的中间位置，选择开关130设置于进线避雷器120的左侧，辅助熔断器140设置于进线避雷器120的右侧；牵引变流器包括第二箱体210、高压模块单元220、第一逆变器单元230和第二逆变器单元240，高压模块单元220设置于第二箱体210的中间位置，第一逆变器单元230和第二逆变器单元240分别位于高压模块单元220的两侧的下方空间；中频辅助变流器箱300包括第三箱体310、预充电单元320、辅助逆变充电机模块单元330和磁性部件单元340，辅助逆变充电机模块单元330设置于第三箱体310的左下位置，预充电单元320设置于辅助逆变充电机模块单元330的右侧，磁性部件单元340设置于第三箱体310内的上侧位置。
37.其中，第一箱体110、第二箱体210和第三箱体310的顶部均设有吊座400，吊座400用于与车辆固定，各个箱体机械结构设计采用高强度铝合金板材，吊座400使用铝合金材料实现和车体安装连接。箱体门板采用铰链固定，并且门板四周内圈安装有密封圈实现箱体内部ip55的防护等级要求。高压箱100(hv box)、牵引变流器箱200(pcu box)和中频辅助变流器箱300(apu box)相互间通过快速连接电缆插拔头互相实现电气连接。
38.请结合图2和图3，其中，选择开关130的主要功能为在正常工作位置提供apu box和pcu box牵引及辅助回路和进线网压的连接，在车间电源供电工作位置提供牵引 pcu box及apu box辅助回路和车间电源的连接。辅助熔断器140的主要功能是负责中频辅助供电箱的进线过流保护。为了方便打开第一箱体110进行检修维护操作，按钮开关及指示灯面板单元组件150安装在最前侧下方位置，按钮开关及指示灯面板单元组件150的主要功能为提供电源指示灯指示、车间电源插座、紧急断电按钮和测试功能按钮。请结合图3，为了便于和车辆电缆连接，电缆进出线快速插拔头端子160安装在第一箱体110的背部位置，插拔头端子的主要功能是提供直流1500v 电源进线连接，牵引变流箱电源进线连接、中频辅助变流器箱300进线连接以便于实现进线电源控制。结合元器件布置和电气安全间隙要求，内部铜排接线端子170安装在进线避雷器120的右侧及辅助熔断器140的上方位置，铜排接线端子170的主要功能是实现外部电缆进线快速插拔头和内部元器件电缆连接转接功能。
39.请结合图5至图8，牵引变流器箱200(pcu box) 内部空间集成了牵引变流电路中的电气元器件和牵引控制单元。其中，第一逆变器单元230（mcm1）和第二逆变器单元240（mcm2）结构一致，因此，图8仅示出了第一逆变器单元230。mcm1和mcm2用于实现一对一控制两台永磁牵引电机pm motor1和pm motor2。高压模块单元220主要负责相关牵引变流电路控制以及线路过电压和过电流保护功能。
40.本实施例的高压模块单元220整体呈t字型，高压模块单元220的元器件呈对称分布。高压模块单元220包括高压模块安装板221、接地故障检测单元、预充电缓冲单元、进线过流保护单元和电机馈线接触器单元；高压模块安装板221呈t字形，接地故障检测单元、预充电缓冲单元、进线过流保护单元和电机馈线接触器单元设置于高压模块安装板221。简单而言，高压模块单元220集成安装了预充电缓冲电路，接地故障检测电路，进线过流保护电路和电机馈线接触器电路中的元器件和连接电缆和连接铜排。
41.详细的，为了牵引变流器箱200整体便于装配，高压模块单元220集成安装了预充电缓冲电路中的预充电接触器2231（图6所示）、预充电电阻2232和第一分离接触器2233；接地故障检测电路中的差分电流传感器2221和进线网压传感器2222；进线过流保护电路中的进线熔断器224；电机馈线接触器电路中的电机接触器225，将互相连接的元器件互相尽可能靠近布置，缩短连接电缆和连接铜排的长度。同时出于降低变流器箱重心的设计初衷，合理布置将质量较重的第一分离接触器2233安装在第二箱体210的底面位置。
42.出于空间合理使用和电气电缆连接长度最小化，第一逆变器单元230（mcm1）和第二逆变器单元240（mcm2）分别安装在高压模块单元220左右两侧下方空间位置，电气电缆连接长度最小化有利于减少变流器内部产生的感生干扰电感量，同时牵引逆变器单元模块mcm1，mcm2重量较重，安装在空间下方有利于降低变流器重心位置。牵引逆变器模块mcm1，mcm2集成了逆变电路和过压制动斩波电路，同时也集成了牵引控制单元dcu241 装置及通讯接口。详细的， mcm1，mcm2集成了逆变及过压斩波电路中的直流支撑电容237、被动放电电阻232、igbt233（297a(三相逆变桥臂)/500a(斩波相)），电压3300v 和低电感叠层母线234。igbt233 及被动放电电阻232安装于水冷板235上，同时为了满足水冷板235温度监测的要求，将温度传感器236安装在水冷板235上，空间布置上通过低电感叠层母线234连接直流支撑电容237，空间结构布局上设计变流模块铝合金结构框架238和把手，从便于装配顺序和后续维护方便的设计理念，在直流支撑电容237上方布置门极驱动控制单元gdu239和牵引控制单元dcu241，同时将直流进线侧电流传感器242和直流进线侧电压传感器243以及u相/w 相交流侧输出电流传感器244布置于逆变器单元的侧面空间位置，将dc-dc直流开关电源245布置在门极驱动控制单元gdu239 和牵引控制单元dcu241的附近。
43.具体的，牵引变流器还包括继电器控制单元模块250，继电器控制单元模块250设置于第二箱体210内的右侧上方位置。其中集成了牵引变流器箱200的信号继电器装置。牵引变流器还包括外部通讯网络连接器260，外部通讯网络连接器260设置于第二箱体210的右侧侧壁的外表面且与继电器控制单元模块250电连接。外部通讯网络连接器260的安装位置便于与外部车辆信号线束电缆连接。
44.牵引变流器还包括过压制动电阻装置270，过压制动电阻装置270设置于第二箱体210的左侧侧壁的外表面。在外侧便于散热，其中的过压电阻用于实现牵引变流器箱200的电制动能量消耗的功能。外部电气连接插拔头端子280安装在第二箱体210的后侧，便于和车辆电气线缆连接。
45.牵引变流器还包括液冷单元，液冷单元包括水冷管路291和水热交换器292，水冷管路291设置于第一逆变器单元230和第二逆变器单元240的下方空间，水热交换器292设置于第二箱体210内的右侧位置。水热交换器292带有空气循环风机，通过内部循环风机，实现牵引变流器箱200内部空气上下循环流动，冷却牵引变流器箱200中的电路板。第二箱体210的侧壁外部布置有电源输入输出快速插拔头和水冷管路291接头。
46.请结合图9和图10，预充电单元320包括预充电接触器321和第二分离接触器322；出于空间紧凑设计的要求，辅助逆变充电机模块单元330是将buck降压电路、dc/ac逆变电路和充电机全桥dc/ac逆变电路中的功率开关器件和滤波电容全部集成，用于将车辆受电输入的直流1500v 转换为三相恒压恒定50hz交流电和直流电源，用于单轨车辆照明，空调及车门控制电源，蓄电池充电；磁性部件单元340指的是单相电抗器341、 三相电容342、高
频变压器343、三相电抗器344和充电机变压电抗器345 (即充电机变压器 电抗器)这类磁性部件，并将之归类布置在第三箱体310内的上方，使得磁性部件单元340可以通过车辆的走行风冷却。比如，通过单轨胶轮车辆运行过程中的走行风可以对上述磁性部件进行风冷。
47.此外，中频辅助变流器箱300还包括液冷模块，液冷模块用于对辅助逆变充电机模块单元330降温，液冷模块的接头350设置于第三箱体310的左侧侧壁。
48.本技术的跨座式单轨车辆的牵引和辅助供电系统1000将高压选择开关130电路，牵引变流电路和中频辅助供电电路分别集成于高压箱100、牵引变流器箱200和中频辅助变流器箱300，采用了基于最小可更换单元的设计理念，方便内部电气部件的装配生产和后续维护操作，并且箱体内部的元器件布设合理，充分利用了车辆下方有限的设备安装空间，能够实现与车辆牵引电机的电气连接以及控制网络通讯连接。
49.以上所述仅为本技术的优选实施例而已，并不用于限制本技术，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。