跨座式单轨车辆的牵引和辅助一体化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一体化供电系统。


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。新直流1500v牵引辅助系统具有载客量大及减少牵引供电变电所建设数量的优势。
4.直流1500v 供电制式下的跨座式单轨列车的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，并且实现和车辆牵引电机电气连接及控制网络通讯连接问题。


技术实现要素：

5.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一体化供电系统，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。
6.本技术的实施例是这样实现的：
7.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一体化供电系统，包括相互电连接的高压开关箱、牵引变流器箱和变压器箱，所述高压开关箱、所述牵引变流器箱和所述变压器箱均能够吊挂于车辆下方；所述高压开关箱包括高压箱箱体、进线避雷器、选择开关、熔断器单元，所述进线避雷器设置于所述高压箱箱体内的中间位置，所述选择开关设置于所述进线避雷器的左侧，所述熔断器单元设置于所述进线避雷器的下侧；所述牵引变流器箱包括变流器箱体、第一永磁牵引电机变流模块、第二永磁牵引电机变流模块、辅助电源变流模块和牵引控制单元，所述第一永磁牵引电机变流模块、所述第二永磁牵引电机变流模块、所述辅助电源变流模块在所述变流器箱体内从左至右依次排列，所述牵引控制单元设置于所述辅助电源变流模块右侧；所述变压器箱包括变压器箱体、三相工频变压器、线路电抗器、牵引电机输出接触器和辅助电源三相接触器，所述三相工频变压器和所述线路电抗器设置于所述变压器箱体内的左侧下方位置，所述牵引电机输出接触器和所述辅助电源三相接触器设置于所述三相工频变压器的右侧。
8.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一体化供电系统，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，所述熔断器单元包括牵引
回路保护熔断器和辅助供电回路保护熔断器，所述牵引回路保护熔断器和所述辅助供电回路保护熔断器呈对称镜像布置。
9.在本技术的可选实施例中，所述高压开关箱还包括辅助回路预充电接触器单元和牵引回路预充电接触器单元，所述辅助回路预充电接触器单元设置于所述辅助供电回路保护熔断器的左侧且与所述辅助供电回路保护熔断器电连接，所述牵引回路预充电接触器单元设置于所述牵引回路保护熔断器的右侧且与所述牵引回路保护熔断器电连接，所述辅助回路预充电接触器单元和所述牵引回路预充电接触器单元呈镜像对称分布。
10.在本技术的可选实施例中，所述辅助回路预充电接触器单元和所述牵引回路预充电接触器单元均设有预充电缓冲电路，所述预充电缓冲电路由电压传感器、预充电电阻、分离接触器、预充电接触器和差分电流互感器电连接而成。
11.在本技术的可选实施例中，所述第一永磁牵引电机变流模块、所述第二永磁牵引电机变流模块均集成了逆变及过压斩波电路中的直流支撑电容、被动放电电阻、功率开关器件和低电感叠层母线。
12.在本技术的可选实施例中，所述牵引变流器箱还包括水冷板和温度传感器，所述功率开关器件、所述被动放电电阻设置于水冷板，所述温度传感器设置于所述水冷板以监测所述水冷板温度。
13.在本技术的可选实施例中，所述第一永磁牵引电机变流模块、所述第二永磁牵引电机变流模块还包括门极驱动控制单元，所述直流支撑电容设置于所述水冷板、所述功率开关器件和所述门极驱动控制单元上方，所述直流支撑电容与所述低电感叠层母线连接，所述直流支撑电容下方及所述水冷板上方的空间内部，布置所述门极驱动控制单元。
14.在本技术的可选实施例中，所述牵引变流器箱还包括三相输出线和斩波相输出线，直流进线侧电压传感器、输出电流传感器，所述第一永磁牵引电机变流模块、所述第二永磁牵引电机变流模块各自的外周都设有所述三相输出线、所述斩波相输出线和所述直流进线侧电压传感器，所述输出电流传感器设置于所述三相输出线的u相和w相输出线。
15.在本技术的可选实施例中，所述变压器箱还包括充电机模块和三相电容，所述充电机模块和所述三相电容设置于所述变压器箱体的下方位置且位于所述三相工频变压器附近。
16.在本技术的可选实施例中，所述变压器箱还包括三相永磁牵引电机输出接触器和三相辅助电源接触器，所述三相永磁牵引电机输出接触器和所述三相辅助电源接触器设置于所述变压器箱体内的右侧空间，所述三相永磁牵引电机输出接触器的数量为两个且呈上下分布。
17.本技术的有益效果是：本技术通过采用相互电连接的高压开关箱、牵引变流器箱和变压器箱，并在各个箱体中布设高压电路，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，能够在有限的车下空间内，实现和车辆牵引电机电气连接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一体化供电系统的示意图；
20.图2为高压开关箱的示意图；
21.图3为图2的爆炸图；
22.图4为熔断器单元、辅助回路预充电接触器单元和牵引回路预充电接触器单元的示意图；
23.图5为牵引变流器箱的示意图；
24.图6为图5的爆炸图；
25.图7为第一永磁牵引电机变流模块的爆炸图；
26.图8为变压器箱的正视图；
27.图9为图8的爆炸图。
28.图标：100-高压开关箱；11-进线避雷器；12-选择开关；13-按钮开关及指示灯面板单元组件；14-电缆进出线快速插拔头端子；15-高压箱箱体；16-熔断器单元；17-辅助回路预充电接触器单元；18-牵引回路预充电接触器单元；19-外部控制/通讯连接器；110-铜排接线端子；161-牵引回路保护熔断器和162-辅助供电回路保护熔断器；171-辅助回路电压传感器；181-牵引回路电压传感器；200-牵引变流器箱；201-第一永磁牵引电机变流模块；202-第二永磁牵引电机变流模块；22-辅助电源变流模块；23-牵引控制单元；24-110v/24v电源装置；25-水热交换器；26-液冷管路；27-外部电气连接插拔头端子；28-冷却水进水口；29-冷却水出水口；210-变流器箱体；211-牵引变流器外部控制/通讯连接器；212-继电器控制单元模块；2011-功率开关器件；2012-水冷板；2013-直流进线侧电压传感器；2014-直流支撑电容；2015-输出电流传感器；2016-变流模块铝合金结构框架；2017-水冷管接头；2018-变流器模块把手；2019-斩波相输出线；2110-门极驱动控制单元；2111-低电感叠层母线；2112-被动放电电阻；2213-温度传感器；300-变压器箱；31-三相工频变压器；32-线路电抗器；33-充电机模块；34-牵引电机输出接触器；35-三相电容；36-过压制动电阻装置；37-辅助电源三相接触器；38-外部控制/通讯连接器；39-外部电气连接插拔头端子；310-变压器箱体；311-散热片；1000-吊座。
具体实施方式
29.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。
30.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。
31.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。
32.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。
33.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
34.请参照图1至图9，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一体化供电系统，包括相互电连接的高压开关箱100、牵引变流器箱200和变压器箱300，高压开关箱100、牵引变流器箱200和变压器箱300均能够吊挂于车辆下方；高压开关箱100包括高压箱箱体15、进线避雷器11、选择开关12、熔断器单元16，进线避雷器11设置于高压箱箱体15内的中间位置，选择开关12设置于进线避雷器11的左侧，熔断器单元16设置于进线避雷器11的下侧；牵引变流器箱200包括变流器箱体210、第一永磁牵引电机变流模块201（mcm1）、第二永磁牵引电机变流模块202（mcm2）、辅助电源变流模块22（acm）和牵引控制单元23（本实施例采用车载计算机插接式板卡机柜，牵引控制单元23（dcu）的板卡采用插接式安装，方便后期检查和维护），第一永磁牵引电机变流模块201、第二永磁牵引电机变流模块202、辅助电源变流模块22在变流器箱体210内从左至右依次排列，牵引控制单元23设置于辅助电源变流模块22右侧；变压器箱300包括变压器箱体310、三相工频变压器31、线路电抗器32、牵引电机输出接触器34和辅助电源三相接触器37，三相工频变压器31和线路电抗器32设置于变压器箱体310内的左侧下方位置，牵引电机输出接触器34和辅助电源三相接触器37设置于三相工频变压器31的右侧。
35.简单而言，本技术将高压开关选择及保护电路，牵引变流及辅助变流电路中的电气元器件和牵引控制单元23分别安装在高压开关箱100，牵引变流器箱200和变压器箱300(transformer box)中，高压开关箱100（hv box）和牵引变流器箱200(pcu box)以及变压器箱300(transformer box)使用快速连接电缆插拔头互相实现电气连接。箱体机械结构设计采用高强度铝合金板材，吊挂座使用铝合金材料实现和车辆安装连接。箱体门板采用铰链固定。
36.其中，高压开关箱100(hv box)包括含有高压开关选择电路，牵引及辅助保护电路和牵引及辅助预充电缓冲电路。高压开关选择及保护电路用于牵引及辅助电路直流1500v 进线电源控制。进线避雷器11主要作用是限制接触网线路中受到雷电冲击而产生的过电压。选择开关12的主要功能为在正常工作位置提供变压器箱300(transformer box)和牵引变流器箱200(pcu box)牵引及辅助回路与直流1500v进线网压的连接，在车间电源供电工作位置提供牵引pcu box及变压器箱300(transformer box)辅助回路与车间直流1500v电
源的连接。
37.所述变压器箱300(transformer box)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。
38.请结合图2、图3和图4，熔断器单元16包括牵引回路保护熔断器161和辅助供电回路保护熔断器162，牵引回路保护熔断器161和辅助供电回路保护熔断器162呈对称镜像布置。熔断器单元16主要功能是负责牵引及辅助回路的进线过流保护。
39.高压开关箱100还包括辅助回路预充电接触器单元17和牵引回路预充电接触器单元18，辅助回路预充电接触器单元17设置于辅助供电回路保护熔断器162的左侧且与辅助供电回路保护熔断器162电连接，牵引回路预充电接触器单元18设置于牵引回路保护熔断器161的右侧且与牵引回路保护熔断器161电连接，辅助回路预充电接触器单元17和牵引回路预充电接触器单元18呈镜像对称分布。这样设置便于和熔断器单元16电缆接线。
40.请结合图4，辅助回路预充电接触器单元17和牵引回路预充电接触器单元18均设有预充电缓冲电路，预充电缓冲电路由电压传感器（以辅助回路电压传感器171和牵引回路电压传感器181示意）、预充电电阻（辅助回路预充电接触器单元17和牵引回路预充电接触器单元18各自的预充电电阻分别以172和182示意）、分离接触器（辅助回路预充电接触器单元17和牵引回路预充电接触器单元18各自的分离接触器分别以173和183示意）、预充电接触器（辅助回路预充电接触器单元17和牵引回路预充电接触器单元18各自的预充电接触器分别以174和184示意）和差分电流互感器（辅助回路预充电接触器单元17和牵引回路预充电接触器单元18各自的差分电流互感器分别以175和185示意）电连接而成。为了便于元器件之间相互电气接线及装配维护方便，将上述这些元器件安装在一起组成单元。出于方便打开高压箱进行检修维护操作的设计理念，按钮开关及指示灯面板单元组件13安装在最前侧下方位置，按钮开关及指示灯面板单元组件13的主要功能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。为了便于和车辆电缆连接，电缆进出线快速插拔头端子14安装在高压箱背部位置，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和变压器箱300进线连接。外部控制/通讯连接器19安装布置在高压箱箱体15右侧上方位置。结合内部高压箱元器件布置和电气安全间隙要求，内部铜排接线端子110安装在进线避雷器11的右侧及辅助熔断器的上方位置，铜排接线端子110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。
41.请结合图5至图7，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mcm1和mcm2以及辅助电源变流模块22acm重量较重，集中并列安装，有利于确保牵引变流器箱200重心位置居中。mcm1和 mcm2集成了逆变电路，过压制动斩波电路和中间直流支撑电路，同时也集成了通讯接口。辅助变流器模块集成了逆变电路和中间直流支撑电路，同时也集成了通讯接口。第一永磁牵引电机变流模块201、第二永磁牵引电机变流模块202均集成了逆变及过压斩波电路中的直流支撑电容2014、被动放电电阻2112、功率开关器件2011和低电感叠层母线2111。第一永磁牵引电机变流模块201、第二永磁牵引电机变流模块202、辅助电源变流模块22可以统称为变流模块。
42.牵引变流器箱200还包括冷却单元，冷却单元包括液冷管路26和内部水热交换器25，液冷管路26设置于第一永磁牵引电机变流模块201、第二永磁牵引电机变流模块202和
辅助电源变流模块22的下方空间，内部水热交换器25设置于变流器箱体210的内部的右侧下方位置。牵引变流器箱200还包括水冷板2012和温度传感器2213，功率开关器件2011、被动放电电阻2112设置于水冷板2012，温度传感器2213设置于水冷板2012以监测水冷板2012温度。水冷板2012上有水冷管接头2017，可以和液冷管路26上的冷却水进水口28、冷却水出水口29配合。液冷管路26处于下方空间，可以降低后续液冷管路26漏液故障对其他电气元器件的影响。内部水热交换器25带有空气循环风机，通过内部循环风机，实现变流器内部空气上下循环流动，实现对于牵引变流器模块中的电路板元器件冷却。
43.第一永磁牵引电机变流模块201、第二永磁牵引电机变流模块202还包括门极驱动控制单元2110，直流支撑电容2014设置于水冷板2012、功率开关器件2011（sic mosfet，碳化硅金氧半场效晶体管）和门极驱动控制单元2110上方，直流支撑电容2014与低电感叠层母线2111连接，直流支撑电容2014下方及水冷板2012上方的空间内部，布置门极驱动控制单元2110。从整个变流模块空间结构布局，并且基于装配顺序先后关系和后续维护方便的设计理念，直流支撑电容2014和变流模块铝合金结构框架2016及变流器模块把手2018连接组装，实现变流模块的结构承重功能。
44.牵引变流器箱200还包括u/v/w 三相输出线和斩波相输出线，直流进线侧电压传感器2013、输出电流传感器2015，第一永磁牵引电机变流模块201、第二永磁牵引电机变流模块202各自的外周都设有斩波相输出线2019和直流进线侧电压传感器2013，输出电流传感器2015设置于u相和w相输出线。u/v/w 三相输出线和斩波相输出线连接sic mosfet 功率开关器件2011，输出u，v，w 三相及斩波制动电压输出，电缆线沿着结构框架，便于电缆连接固定。
45.牵引变流器箱200还包括继电器控制单元模块212和牵引变流器外部控制/通讯连接器211，继电器控制单元模块212安装在牵引变流器箱200右侧上方位置，其中集成了牵引变流器的信号继电器装置。牵引变流器外部控制/通讯连接器211安装在变流器箱体210右侧外部空间位置，靠近继电器控制单元模块212，空间布置便于外部车辆信号线束电缆连接。外部电气连接插拔头端子27安装在变流器箱体210后侧，便于和车辆电气线缆连接。
46.牵引变流器箱200内集成有110v/24v电源装置24。110v/24v电源装置24安装布置在靠近牵引电机变流模块和辅助电源变流模块22附近，便于24v 直流电源线连接。
47.请结合图8和图9，三相工频变压器31为自然风冷三相干式变压器，采用自然风冷新设计，变压器箱体310外部装有散热片311。线路电抗器32服务于辅助电源变流模块22。
48.变压器箱300还包括充电机模块33和三相电容35，充电机模块33和三相电容35设置于变压器箱体310的下方位置且位于三相工频变压器31附近。充电机模块33负责实现蓄电池110v 直流输出，三相电容35并联在牵引变流器箱200的三相交流400v输出回路中。
49.变压器箱300还包括三相永磁牵引电机输出接触器34和三相辅助电源接触器，三相永磁牵引电机输出接触器34和三相辅助电源接触器设置于变压器箱体310内的右侧空间，三相永磁牵引电机输出接触器34的数量为两个且呈上下分布。这一位置布置设计利用了变压器箱300中的空间，安装牵引辅助一体化变流器中的电气元器件。过压斩波电路中的过压制动电阻装置36安装布置在变压器箱300(transformer box)左侧外部空间位置，便于散热，过压制动电阻实现牵引变流器电制动能量消耗的功能。外部控制/通讯连接器38安装在变压器箱体310外部左侧位置。外部电气连接插拔头端子39安装在变压器箱体310后背部
位置。
50.跨座式单轨车辆的牵引和辅助一体化供电系统将高压选择开关12电路，牵引变流电路和工频辅助供电电路分别集成于箱体内部再通过吊座1000与车辆连接，并且本概念设计采用了新的设计理念设想将牵引逆变共用一套预充电接触器回路，节省了箱体结构空间及重量。由于采用了基于最小可更换单元的设计理念，箱体内部元器件布置设计紧凑合理，充分利用单轨车辆有限的车下设备安装空间，实现了箱体内部电气部件装配生产和后续维护操作方便。
51.综上所述，本技术通过采用相互电连接的高压开关箱100、牵引变流器箱200和变压器箱300，并在各个箱体中布设高压电路，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，能够在有限的车下空间内，实现和车辆牵引电机电气连接及控制网络通讯连接。
52.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。