RU2557100C2 - Система преобразования электропитания и способ ее работы - Google Patents

Система преобразования электропитания и способ ее работы Download PDF

Info

Publication number
RU2557100C2
RU2557100C2 RU2013104562/11A RU2013104562A RU2557100C2 RU 2557100 C2 RU2557100 C2 RU 2557100C2 RU 2013104562/11 A RU2013104562/11 A RU 2013104562/11A RU 2013104562 A RU2013104562 A RU 2013104562A RU 2557100 C2 RU2557100 C2 RU 2557100C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
voltage
supply
power converters
transformer
mode
Prior art date
Application number
RU2013104562/11A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2013104562A (ru
Inventor
Томас ХУГГЕНБЕРГЕР
Original Assignee
Абб Текнолоджи Аг
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Абб Текнолоджи Аг filed Critical Абб Текнолоджи Аг
Publication of RU2013104562A publication Critical patent/RU2013104562A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2557100C2 publication Critical patent/RU2557100C2/ru

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L9/00—Electric propulsion with power supply external to the vehicle
    • B60L9/16—Electric propulsion with power supply external to the vehicle using ac induction motors
    • B60L9/30—Electric propulsion with power supply external to the vehicle using ac induction motors fed from different kinds of power-supply lines
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/10—Arrangements incorporating converting means for enabling loads to be operated at will from different kinds of power supplies, e.g. from ac or dc
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M5/00—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases
    • H02M5/40—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc
    • H02M5/42—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters
    • H02M5/44—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac
    • H02M5/453—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M5/458—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M5/4585—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having a rectifier with controlled elements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2200/00—Type of vehicles
    • B60L2200/26—Rail vehicles
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0067—Converter structures employing plural converter units, other than for parallel operation of the units on a single load
    • H02M1/007—Plural converter units in cascade
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/483—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
    • H02M7/487—Neutral point clamped inverters

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)
  • Rectifiers (AREA)

Abstract

Группа изобретений относится к электрическим тяговым системам транспортных средств с питанием от линий энергоснабжения различного типа. Система преобразования электропитания для транспортного средства содержит по меньшей мере две линии (5, 6, 7) напряжения постоянного тока, несколько сетевых силовых преобразователей (8) для преобразования входного напряжения переменного тока в напряжение питания постоянного тока, питающий трансформатор (21) для вырабатывания вспомогательного напряжения питания и несколько вспомогательных силовых преобразователей (20). Коммутационный блок (11, 13) выполнен с возможностью, в первом режиме работы, подачи имеющегося напряжения переменного тока на преобразователи (8), а во втором режиме работы, подачи напряжения питания постоянного тока на линии (5, 6, 7). Система содержит переключатель (22) для подключения, во втором режиме работы, по меньшей мере, одного из преобразователей (8) к питающему трансформатору (21). Способ заключается в том, что подают входное напряжение переменного тока на преобразователи (8) в первом режиме работы. Подают входное напряжение питания постоянного тока на линии (5, 6, 7) во втором режиме работы. Подключают по меньшей мере один из преобразователей (8) к питающему трансформатору (21) во втором режиме работы. Технический результат заключается в снижении затрат на выработку вспомогательного напряжения для питания потребителей в транспортном средстве. 3 н. и 7 з.п. ф-лы, 4 ил.

Description

Область техники
Изобретение относится к системам преобразования электропитания для использования в тяговых преобразователях для приводных систем, например для рельсовых транспортных средств. В частности, изобретение относится к системам преобразования электропитания, которые могут работать как с постоянным напряжением, так и с переменным.
Уровень техники
Система преобразования электропитания для работающего на электричестве транспортного средства содержит обычно несколько сетевых силовых преобразователей, которые могут преобразовывать переменное напряжение, например воздушной контактной сети, в постоянное напряжение. Обычно сетевые силовые преобразователи обеспечивают, таким образом, постоянное напряжение питания по нескольким линиям. Кроме того, эти системы преобразования электропитания могут предусматривать, чтобы альтернативно передаваемое по контактному проводу постоянное напряжение поступало непосредственно в линии напряжения постоянного тока через индуктивность.
Приложенное к линиям постоянного напряжения питающее постоянное напряжение приложено к вспомогательным силовым преобразователям и силовым преобразователям двигателя. Последние вырабатывают из постоянного напряжения электрическое переменное поле из нескольких фазных токов, которые для работы одной или нескольких электрических машин образуют вращающееся трехфазное поле. Вспомогательные силовые преобразователи вырабатывают из приложенного питающего постоянного напряжения многофазное переменное напряжение, прикладываемое к вспомогательному трансформатору тока. Такой трансформатор может быть выполнен в виде трансформатора «треугольник-звезда» и требует обычно входного напряжения около 650 VAC, чтобы на вторичной стороне вырабатывать переменное напряжение 400 VAC.
Если со стороны входа приложено питающее постоянное напряжение, то оно подается непосредственно вспомогательным силовым преобразователям, так что они могут вырабатывать 650 VAC. Чтобы сэкономить один вспомогательный силовой преобразователь, трехфазный вспомогательный трансформатор тока эксплуатируется в 2,5-фазном режиме, в котором одна фаза соединена с потенциалом промежуточной цепи, вырабатываемым из приложенного питающего постоянного напряжения, а вспомогательные силовые преобразователи вырабатывают соответствующие фазные напряжения, модулируемые так, что устанавливаются нужные разностные напряжения между тремя фазами.
В системах преобразования электропитания для приводных систем рельсовых транспортных средств нередко возникает та проблема, что снимаемое с воздушной контактной сети напряжение постоянного тока сильно колеблется. В случае колебаний напряжения постоянного тока воздушной контактной сети со стороны входа, в частности в случае его падения, при определенных обстоятельствах может быть, однако, затруднительным вырабатывать необходимые 650 VAC со стороны входа трансформатора «треугольник-звезда».
За счет постоянного в двухфазном режиме напряжения третьей фазы напряжение от фазы к фазе на выходе преобразователя может соответствовать максимум половине напряжения промежуточной цепи. Максимальный коэффициент модуляции составляет, тем самым, 0,577. Поскольку напряжение промежуточной цепи в режиме переменного тока составляет, например по меньшей мере 3000 VDC, а максимальное выходное напряжение вспомогательных силовых преобразователей - 690 VAC, необходимый коэффициент модуляции составляет всего 0,38. В режиме постоянного тока напряжение промежуточной цепи падает, однако, до 1000 VDC. Необходимое выходное напряжение требует при этом коэффициента модуляции до 1,127, которого нельзя достичь в двухфазном режиме вспомогательного силового преобразователя.
Одно решение может состоять в том, чтобы между контактным проводом и линиями постоянного напряжения предусмотреть DC/DC-силовой преобразователь. Однако это сложное решение, которое снижает также эффективность и надежность. Однако если смириться с изменяющимся постоянным напряжением на линиях постоянного напряжения, то это, как правило, не сильно затрагивает силовые преобразователи двигателя, поскольку обычно скорость и требования к мощности при сетевой операции 1,5 кВ намного ниже, чем при 3 кВ или при сетевой операции с постоянным током, когда питающее постоянное напряжение выше. Проблема возникает, главным образом, у вспомогательного силового преобразователя (вспомогательного силового инвертора), который независимо от сетевого напряжения должен вырабатывать постоянную мощность. Одно весьма распространенное решение этой проблемы состоит в том, чтобы предусмотреть вспомогательный трансформатор с переключателями ответвлений, который дорог и к тому же имеет большую массу. Другое решение состоит в том, чтобы предусмотреть вспомогательный силовой преобразователь для постоянного низкого выходного напряжения при изменяющемся входном напряжении по всему возможному диапазону изменений. Поскольку этот силовой преобразователь требует тогда как высокой электрической прочности к входному напряжению, так и высокой нагружаемости выходным током, необходимо больше число полупроводниковых элементов.
В DE 19614627 А1 раскрыта общая система преобразования электропитания для рельсового транспортного средства, используемая во многих системах энергоснабжения. Эта система преобразования электропитания включает в себя:
- линии постоянного напряжения для вырабатывания потенциалов постоянного напряжения;
- несколько сетевых силовых преобразователей 2.1, 2.2, …, 2.n для преобразования переменного напряжения со стороны входа в питающее постоянное напряжение на линиях постоянного напряжения;
- предусмотренный для каждого сетевых силовых преобразователей 2.1, 2.2, …, 2.n сетевой трансформатор 20.
На фиг.1 этой публикации система преобразования электропитания эксплуатируется на сетях питающих переменного и постоянного напряжений, причем для эксплуатации на сети питающего переменного напряжения замыкается главный выключатель 11, чтобы питающее переменное напряжение приложить, в частности, к трансформаторам 20 сетевых силовых преобразователей 2.1, 2.2, …, 2.n.
Кроме того, в DE 102006033046 А1 также раскрыта родовая система преобразования электропитания.
Раскрытие изобретения
Задачей изобретения является создание системы преобразования электропитания для использования в тяговом транспортном средстве, в частности рельсовом транспортном средстве, подходящей для использования во многих системах энергоснабжения, у которой с небольшими затратами можно было бы вырабатывать вспомогательное питающее напряжение для питания потребителей в транспортном средстве и которая даже при сильных колебаниях питающего постоянного напряжения со стороны входа вырабатывала бы постоянное вспомогательное питающее напряжение.
Эта задача решается посредством системы преобразования электропитания, в частности для транспортного средства, по п.1 и посредством способа эксплуатации такой системы по п.10 формулы.
Другие предпочтительные варианты приведены в зависимых пунктах формулы.
Согласно первому аспекту предусмотрена система преобразования электропитания для транспортного средства, в частности рельсового транспортного средства, выполненная с возможностью эксплуатации во многих системах энергоснабжения. Система преобразования электропитания включает в себя:
- по меньшей мере, две линии постоянного напряжения для вырабатывания потенциалов постоянного напряжения;
- несколько сетевых силовых преобразователей для преобразования переменного напряжения со стороны входа в питающее постоянное напряжение на линиях постоянного напряжения;
- питающий трансформатор, в частности многофазный трансформатор «треугольник-звезда», для вырабатывания вспомогательного питающего напряжения;
- несколько вспомогательных силовых преобразователей для вырабатывания фазных напряжений для питающего трансформатора;
- коммутационный блок, выполненный с возможностью приложения переменного напряжения в первом режиме работы к сетевым силовым преобразователям и, кроме того, с возможностью приложения питающего постоянного напряжения во втором режиме работы к линиям постоянного напряжения;
- переключатель для соединения во втором режиме работы по меньшей мере одного из сетевых силовых преобразователей с питающим трансформатором и приложения к нему фазного напряжения, выработанного по меньшей мере в одном сетевом силовом преобразователе из питающего постоянного напряжения.
Коммутационный блок содержит предпочтительно два коммутационных элемента. Идея системы преобразования электропитания состоит в том, чтобы использовать питающий трансформатор для вырабатывания электрической энергии для прочих потребителей мощности при приложении переменного напряжения со стороны входа только посредством вспомогательных силовых преобразователей. Если используются меньше тактирующих вспомогательных силовых преобразователей, например только два, то в качестве дополнительного фазного напряжения можно снимать постоянный потенциал постоянного напряжения линий постоянного напряжения. В режиме постоянного напряжения используется по меньшей мере один дополнительный сетевой силовой преобразователь, который больше не используется для преобразования переменного напряжения со стороны входа, вместе со вспомогательными силовыми преобразователями, чтобы вырабатывать фазные напряжения для многофазного управления питающим трансформатором. С помощью сетевого и вспомогательных силовых преобразователей все фазные напряжения для питающего трансформатора могут вырабатываться независимо друг от друга, так что колебания питающего постоянного напряжения (напряжения воздушной контактной сети) со стороны входа, непосредственно используемого во втором режиме работы в качестве питающего постоянного напряжения, могут компенсироваться улучшенным образом.
Кроме того, переключатель может быть выполнен с возможностью соединения в первом режиме работы одной из линий постоянного напряжения, в частности линии напряжения промежуточной цепи, с питающим трансформатором.
В частности, может быть предусмотрен блок управления вспомогательными силовыми преобразователями в первом режиме работы для вырабатывания фазных напряжений для приложения к питающему трансформатору, причем фазные напряжения по сравнению с потенциалом напряжения соединенной переключателем линии постоянного напряжения модулируются так, что к питающему трансформатору приложены напряжения от фазы к фазе, имеющие одинаковый фазовый угол.
Согласно одному варианту, переключатель может быть предусмотрен для соединения во втором режиме работы сетевых силовых преобразователей с питающим трансформатором, число которых соответствует числу фаз питающего трансформатора, для приложения к нему фазного напряжения, выработанного по меньшей мере в одном сетевом силовом преобразователе из питающего постоянного напряжения.
Кроме того, может быть предусмотрен блок управления сетевыми силовыми преобразователями так, что в первом режиме работы они вырабатывают питающее постоянное напряжение из приложенного переменного напряжения, а во втором режиме работы - фазные напряжения из питающего постоянного напряжения для приложения к питающему трансформатору.
Могут быть предусмотрены один или несколько силовых преобразователей двигателя, питаемых питающим постоянным напряжением на линиях постоянного напряжения. В частности, сетевые и вспомогательные силовые преобразователи могут быть выполнены одинаковыми.
Сетевые и вспомогательные силовые преобразователи могут быть выполнены, например, в виде инверторных схем.
Согласно другому аспекту предусмотрено применение описанной системы преобразования электропитания в тяговой системе рельсового транспортного средства.
Согласно другому аспекту предусмотрен способ эксплуатации системы преобразования электропитания для транспортного средства, в частности рельсового транспортного средства, эксплуатируемой во многих системах энергоснабжения. Система преобразования электропитания включает в себя:
- по меньшей мере две линии постоянного напряжения для вырабатывания потенциалов постоянного напряжения;
- несколько сетевых силовых преобразователей для преобразования переменного напряжения со стороны входа в питающее постоянное напряжение на линиях постоянного напряжения;
- питающий трансформатор, в частности многофазный трансформатор «треугольник-звезда», для вырабатывания вспомогательного питающего напряжения;
- несколько вспомогательных силовых преобразователей для вырабатывания фазных напряжений для питающего трансформатора,
причем способ включает в себя следующие этапы:
- приложение переменного напряжения со стороны входа к сетевым силовым преобразователям (8) в первом режиме работы;
- приложение питающего постоянного напряжения со стороны входа к линиям (5, 6, 7) постоянного напряжения во втором режиме работы;
- соединение по меньшей мере одного из сетевых силовых преобразователей (8) с питающим трансформатором (21) во втором режиме работы для приложения к питающему трансформатору (21) фазного напряжения, выработанного по меньшей мере в одном сетевом силовом преобразователе (8) из питающего постоянного напряжения.
Краткое описание чертежей
Предпочтительные варианты осуществления изобретения более подробно поясняются ниже со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых изображают:
фиг.1 - схематично систему преобразования электропитания для применения в рельсовом транспортном средстве;
фиг.2 - схематично строение силового преобразователя системы преобразования электропитания из фиг.1;
фиг.3 - схематично систему преобразования электропитания в отличающемся от фиг.1 состоянии коммутации для эксплуатации на питающем постоянном напряжении;
фиг.4 - схематично систему преобразования электропитания в другом варианте.
Используемые на чертежах ссылочные позиции и их значение приведены в перечне. В принципе, одинаковые детали обозначены одинаковыми ссылочными позициями. Описанные варианты являются примером объекта изобретения и не обладают ограничивающим действием.
Осуществление изобретения
На фиг.1 изображена система 1 преобразования электропитания для применения в рельсовом транспортном средстве и т.п. Рельсовое транспортное средство работает от приводного двигателя 2, который берет свою электрическую мощность от трех силовых преобразователей 3, выполненных, в основном, одинаковыми. Управление силовыми преобразователями 3 осуществляется посредством блока управления 4 двигателя, так что они эксплуатируются в качестве DC/AC-преобразователей. Силовые преобразователи 3 вырабатывают три фазных напряжения для работы приводного двигателя 2. В случае многофазных электрических машин число силовых преобразователей 3, как правило, соответствует числу фаз электрической машины.
Со стороны входа к силовым преобразователям 3 прикладывается питающее постоянное напряжение. Питающее постоянное напряжение со стороны входа подается по первой линии 5 постоянного напряжения для вырабатывания высокого потенциала постоянного напряжения, по второй линии 6 постоянного напряжения для вырабатывания низкого потенциала постоянного напряжения, который преимущественно связан с потенциалом массы, и по линии 7 напряжения промежуточной цепи для вырабатывания потенциала промежуточной цепи.
Управление силовыми преобразователями 3 осуществляется посредством первого блока управления 4 для преобразования приложенных к линиям 5, 6, 7 потенциалов постоянного напряжения в соответствующие фазные напряжения.
Кроме того, предусмотрены сетевые силовые преобразователи 8 (LC1-LC4), которые должны преобразовывать питающее переменное напряжение в питающее постоянное напряжение, которое должно вырабатываться между линиями 5, 6. Питающее переменное напряжение снимается, например, с контактного провода 9 через первый токоприемник 15 и подается к первичной стороне входного трансформатора 10, а соответствующее переменное напряжение, снимаемое с его вторичной стороны, подается, соответственно, к двум входным силовым преобразователям 8.
Управление сетевыми силовыми преобразователями 8 осуществляется посредством второго блока управления 17 для преобразования в режиме работы с питающим переменным напряжением выработанного входным трансформатором 10, приложенного к сетевым силовым преобразователям 8 переменного напряжения в соответствующее питающее постоянное напряжение.
Для гальванического отделения входного трансформатора 10 от сетевых силовых преобразователей 8 между контактным проводом 9 и входным трансформатором 10 предусмотрен первый коммутационный элемент 11, а на вторичной стороне входного трансформатора 10 - второй коммутационный элемент 12, чтобы отделить вторичную сторону входного трансформатора 10 от сетевых силовых преобразователей 8.
Кроме того, предусмотрен третий коммутационный элемент 13 между вторым токоприемником 14 и линией 5 постоянного напряжения, который замыкается тогда, когда контактный провод 9 несет питающее постоянное напряжение. Между коммутационным элементом 13 и линией 5 постоянного напряжения предусмотрена индуктивность 16 для сглаживания колебаний постоянного напряжения за счет его действия в качестве фильтра нижних частот.
Коммутационный блок включает в себя первый 11 и третий 13 коммутационные элементы и выполнен так, что в первом режиме работы он прикладывает переменное напряжение к сетевым силовым преобразователям 8, а во втором режиме работы - питающее постоянное напряжение к линиям 5, 6, 7.
Кроме того, предусмотрены два вспомогательных силовых преобразователей 20 (AUX1, AUX2), также подключенных к линиям 5, 6, 7. Вспомогательные силовые преобразователи 20 соединены с трехфазным питающим трансформатором 21, причем каждый из вспомогательных силовых преобразователей 20 вырабатывает фазу для питающего трансформатора 21, а его третья фаза соединена с потенциалом промежуточной цепи линии 7.
Между питающим трансформатором 21 и линией 7 напряжения промежуточной цепи предусмотрен переключатель 22, который в режиме работы с питающим переменным напряжением, т.е. при прижатии токоприемника 15 к контактному проводу 9 и при замыкании коммутационных элементов 11, 12, прикладывает потенциал промежуточной цепи к питающему трансформатору 21. Таким образом, последний работает в 2,5-фазном режиме.
Управление вспомогательными силовыми преобразователями 20 осуществляется посредством третьего блока управления 18 для преобразования приложенных к линиям 5, 6, 7 потенциалов в соответствующие фазные напряжения для питающего трансформатора 21. Два фазных напряжения вырабатываются так, что в сочетании с приложенным к третьему выводу первичной стороны питающего трансформатора 21 потенциалом промежуточной цепи возникают разности напряжений, как они возникли бы в его трехфазном режиме работы. Другими словами, обе тактирующие фазы модулируются так, что между тремя фазами устанавливаются нужные разностные напряжения. При этом в трехфазной системе возникает высокое синфазное напряжение, которое не может пройти через выполненный в конфигурации «треугольник-звезда» питающий трансформатор 21 и потому не является недостатком.
Напряжение промежуточной цепи на линии 7 возникает из управления силовыми преобразователями 3 двигателя, сетевыми 8 и вспомогательными 20 силовыми преобразователями посредством соответственно первого 4, второго 17 и третьего 18 блоков управления. За счет них соответствующие силовые преобразователи работают так, что потенциал линии 7, в основном, соответствует среднему потенциалу между потенциалами линий 5, 6. Для сглаживания колебаний на линии 7 предусмотрены емкости 23 промежуточной цепи, которые расположены между линиями 5, 7 и 6, 7.
Кроме того, предусмотрен блок 24 ограничения напряжения, который может ограничивать перенапряжение на линиях 5, 6, 7.
Силовые преобразователи 3, 8, 20 выполнены преимущественно одинаковыми. Они могут быть выполнены в виде инверторных схем и содержат, в основном, последовательную схему из четырех силовых полупроводниковых выключателей 31a-31d. Первый вывод выключателя 31а соединен с линией 5, а второй - с первым. Второй вывод выключателя 31b соединен с первым выводом выключателя 31с и является одновременно выходом или выводом соответствующего силового преобразователя 3, 8, 20. Второй вывод выключателя 31с соединен с первым выводом выключателя 31d. Его второй вывод соединен с линией 6.
Кроме того, соответствующий силовой преобразователь 3, 8, 20 содержит первый диод 32а, который своим анодом соединен с линией 7, а своим катодом - со вторым выводом выключателя 31а. Линия 7 соединена с катодом второго диода 32b, анод которого соединен со вторым выводом выключателя 31с. В каждом из силовых преобразователей 3, 8, 20 предусмотрены дополнительные емкости 33а, 33b промежуточного контура, подключенные соответственно между одной из линий 5, 6 и линией 7.
Такие инверторные схемы обладают тем преимуществом, что они могут эксплуатироваться в двух направлениях и в соответствии со своим управлением могут преобразовывать переменное напряжение в постоянное или постоянное напряжение в переменное.
На фиг.3 показано коммутационное положение системы 1 в режиме постоянного напряжения. В этом режиме коммутационный элемент 13 замкнут, а токоприемник 14 контактирует с контактным проводом 9. Коммутационные элементы 11 и 12 разомкнуты, и токоприемник 15 отделен от контактного провода 9. Таким образом, питающие силовые преобразователи 8 не получают переменного напряжения через контактный провод 9. Вместо этого питающее постоянное напряжение контактного провода 9 со стороны входа приложено к линии 5.
Поскольку в случае колебаний питающего постоянного напряжения на контактном проводе 9 2,5-фазный режим работы обеспечить нельзя, предусмотрена коммутация переключателя 22 так, что он соединен с одним из питающих силовых преобразователей 8, в данном случае с питающим силовым преобразователем LC3. Блок управления 17 управляет соответствующим сетевым силовым преобразователем 8 так, что последний в реверсивном режиме по отношению к режиму переменного напряжения преобразует питающее постоянное напряжение на линиях 5, 6, 7 в соответствующее фазное напряжение для питающего трансформатора 21. Последний работает тогда через оба вспомогательных силовых преобразователей 20 и питающий силовой преобразователь 8 в трехфазном режиме. Этим достигается то, что даже если в режиме постоянного напряжения напряжение промежуточной цепи падает слишком сильно, чтобы в 2,5-фазном режиме работы питающего трансформатора 21 выработать необходимое первичное напряжение 650 VAC, в трехфазном режиме вместо напряжения промежуточной цепи вырабатывается третье фазное напряжение, в результате чего уменьшаются требования к вырабатыванию фазного напряжения за счет вспомогательных силовых преобразователей 20.
Такое решение обладает тем преимуществом, что сильно изменяющиеся в многосистемном силовом преобразователе требования к вспомогательным силовым преобразователям 20 могут быть выполнены только за счет переключателя 22, с помощью которого из неиспользуемых в этом режиме сетевых силовых преобразователей 8 возникает дополнительный силовой преобразователь, вырабатывающий фазное напряжение для питающего трансформатора 21.
В трехфазном режиме вместе со вспомогательными силовыми преобразователями 20 (AUX1, AUX2) в распоряжении имеется мощный инструмент для симметрирования промежуточной цепи, который в обычном режиме с использованием ее потенциала не удалось бы реализовать для 2,5-фазного режима работы при обычном расположении. Другое преимущество заключается в использовании для сетевого силового преобразователя 8 силового преобразователя 3 двигателя и вспомогательных силовых преобразователей 20 идентичных силовых преобразователей, так что на всех силовых преобразователях 3, 8, 20 возникает очень схожая термическая нагрузка.
Как показано на фиг.4, переключатель 22 может быть дополнительно предусмотрен также для переключения между одним или несколькими сетевыми силовыми преобразователями 8 и соответствующими вспомогательными силовыми преобразователями 20. На фиг.4 предусмотрен, например, модифицированный переключатель 22', который в режиме постоянного напряжения полностью отделяет вспомогательные силовые преобразователи 20 от питающего трансформатора 21 и вместо этого соединяет три сетевых силовых преобразователя 8 для вырабатывания трех фазных напряжений с питающим трансформатором 21 с целью их приложения к его первичной стороне. Это имеет то преимущество, что при использовании отделенных друг от друга блоков управления сетевыми 8 и вспомогательными 20 силовыми преобразователями вырабатывание фазных напряжений для питающего трансформатора 21 может осуществляться тремя сетевыми силовыми преобразователями 8, которыми управляет блок управления 17.
Перечень ссылочных позиций
1 - система преобразования электропитания
2 - тяговый двигатель
3 - силовой преобразователь двигателя
4 - первый блок управления
5 - первая линия напряжения постоянного тока
6 - вторая линия напряжения постоянного тока
7 - линия напряжения промежуточной цепи
8 - сетевой силовой преобразователь
9 - контактный провод
10 - сетевой трансформатор
11 - первый коммутационный элемент
12 - второй коммутационный элемент
13 - третий коммутационный элемент
14 - второй токоприемник
15 - первый токоприемник
16 - индуктивность
17 - второй блок управления
18 - третий блок управления
20 - вспомогательный силовой преобразователь
21 - питающий трансформатор
22 - переключатель
23 - емкость промежуточной цепи
31а-31d - первый-четвертый силовые полупроводниковые выключатели
32а, 32b - первый, второй диоды
33а, 33b - первая, вторая емкости промежуточной цепи

Claims (10)

1. Система (1) преобразования электропитания для транспортного средства, в частности рельсового транспортного средства, которая может использоваться во многих системах энергоснабжения, содержащая:
по меньшей мере две линии (5, 6, 7) напряжения постоянного тока для обеспечения потенциалов напряжения постоянного тока;
несколько сетевых силовых преобразователей (8) для преобразования входного напряжения переменного тока в напряжение питания постоянного тока на линиях напряжения постоянного тока;
питающий трансформатор (21), в частности многофазный трансформатор «треугольник-звезда», для вырабатывания вспомогательного напряжения питания;
несколько вспомогательных силовых преобразователей (20) для обеспечения фазных напряжений для питающего трансформатора,
отличающаяся тем, что содержит:
коммутационный блок (11, 13), выполненный с возможностью, в первом режиме работы, подачи имеющегося напряжения переменного тока на сетевые силовые преобразователи (8) и, во втором режиме работы, подачи имеющегося напряжения питания постоянного тока на линии (5, 6, 7) напряжения постоянного тока;
переключатель (22) для подключения, во втором режиме работы, по меньшей мере одного из сетевых силовых преобразователей (8) к питающему трансформатору (21), с тем чтобы подавать на питающий трансформатор (21) фазное напряжение, вырабатываемое по меньшей мере в одном сетевом силовом преобразователе (8) из напряжения питания постоянного тока.
2. Система по п.1, в которой переключатель (22) выполнен с возможностью подключения, в первом режиме работы, одной из линий (5, 6, 7) напряжения постоянного тока, в частности линии напряжения промежуточной цепи, к питающему трансформатору (21).
3. Система по п.2, содержащая дополнительно блок управления (18), обеспечивающий включение вспомогательного силового преобразователя (20), в первом режиме работы, с тем чтобы вырабатывать фазные напряжения для подачи на питающий трансформатор (21), причем указанные фазные напряжения модулированы по сравнению с потенциалом линии (5, 6, 7) напряжения постоянного тока, подключенной через переключатель (22), таким образом, чтобы на питающем трансформаторе (21) были междуфазные напряжения, которые имеют одинаковый фазовый угол по отношению друг к другу.
4. Система по любому из пп.1-3, в которой переключатель (22) выполнен с возможностью подключения к питающему трансформатору (21), во втором режиме работы, нескольких сетевых силовых преобразователей (8), число которых соответствует числу фаз питающего трансформатора (21), с тем чтобы подавать на питающий трансформатор (21) фазное напряжение, вырабатываемое по меньшей мере в одном сетевом силовом преобразователе (8) из напряжения питания постоянного тока.
5. Система по п.4, содержащая дополнительный блок управления (17), выполненный с возможностью включения сетевых силовых преобразователей (8) таким образом, чтобы в первом режиме работы сетевые силовые преобразователи вырабатывали напряжение питания постоянного тока из имеющегося напряжения переменного тока, а во втором режиме работы вырабатывали фазные напряжения из напряжения питания постоянного тока для подачи на питающий трансформатор (21).
6. Система по п.1, дополнительно содержащая один или несколько силовых преобразователя (3) двигателя, питаемых напряжением питания постоянного тока от линий напряжения постоянного тока.
7. Система по п.1, в которой сетевые силовые преобразователи (8) и вспомогательные силовые преобразователи (20) выполнены одинаковой конструкции.
8. Система по п.1, в которой сетевые силовые преобразователи (8) и вспомогательные силовые преобразователи (20) выполнены в виде инверторных схем.
9. Применение системы преобразования электропитания по любому из пп.1-8 в тяговой системе рельсового транспортного средства.
10. Способ работы системы (1) преобразования электропитания для транспортного средства, в частности рельсового транспортного средства, используемый во многих системах энергоснабжения, характеризующийся тем, что система (1) преобразования электропитания содержит:
по меньшей мере две линии (5, 6, 7) напряжения постоянного тока для обеспечения потенциалов напряжения постоянного тока;
несколько сетевых силовых преобразователей (8) для преобразования входного напряжения переменного тока в напряжение питания постоянного тока на линиях напряжения постоянного тока;
питающий трансформатор (21), в частности многофазный трансформатор «треугольник-звезда», для вырабатывания вспомогательного напряжения питания;
несколько вспомогательных силовых преобразователей (20) для обеспечения фазных напряжений для питающего трансформатора,
при этом способ содержит этапы, на которых:
подают входное напряжение переменного тока на сетевые силовые преобразователи (8), в первом режиме работы;
подают входное напряжение питания постоянного тока на линии (5, 6, 7) напряжения постоянного тока, во втором режиме работы;
подключают по меньшей мере один из сетевых силовых преобразователей (8) к питающему трансформатору (21), во втором режиме работы, для подачи на питающий трансформатор (21) фазного напряжения, выработанного по меньшей мере в одном сетевом силовом преобразователе (8) из напряжения питания постоянного тока.
RU2013104562/11A 2010-07-05 2011-06-27 Система преобразования электропитания и способ ее работы RU2557100C2 (ru)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP10168462.9 2010-07-05
EP10168462 2010-07-05
PCT/EP2011/060687 WO2012004146A1 (de) 2010-07-05 2011-06-27 Stromrichtersystem sowie verfahren zum betreiben eines stromrichtersystems

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2013104562A RU2013104562A (ru) 2014-08-10
RU2557100C2 true RU2557100C2 (ru) 2015-07-20

Family

ID=43661992

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013104562/11A RU2557100C2 (ru) 2010-07-05 2011-06-27 Система преобразования электропитания и способ ее работы

Country Status (7)

Country Link
EP (1) EP2416981B1 (ru)
BR (1) BR112013000183B1 (ru)
ES (1) ES2431082T3 (ru)
PL (1) PL2416981T3 (ru)
RU (1) RU2557100C2 (ru)
WO (1) WO2012004146A1 (ru)
ZA (1) ZA201209493B (ru)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109318720B (zh) * 2017-12-13 2022-02-11 中车长春轨道客车股份有限公司 一种多制式动车组高压供电系统及列车

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19614627A1 (de) * 1996-04-13 1997-10-16 Abb Patent Gmbh Hochspannungs-Stromrichtersystem
RU2175918C2 (ru) * 1996-09-03 2001-11-20 Гец Альстом Транспор С.А. Устройство и способ питания постоянного напряжения для системы создания тяги
RU2177883C2 (ru) * 1996-03-12 2002-01-10 ДаймлерКрайслер Рэйл Сюстемс Гмбх Способ и электрическая цепь для преобразования электрической энергии
RU2348545C1 (ru) * 2007-07-24 2009-03-10 Открытое акционерное общество "Всероссийский научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт электровозостроения" (ОАО "ВЭлНИИ") Тяговый электропривод многосистемного электровоза (варианты)

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102006033046A1 (de) 2006-07-14 2008-01-17 Bombardier Transportation Gmbh Anordnung und Verfahren zum Versorgen von Verbrauchern in einem Schienenfahrzeug

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2177883C2 (ru) * 1996-03-12 2002-01-10 ДаймлерКрайслер Рэйл Сюстемс Гмбх Способ и электрическая цепь для преобразования электрической энергии
DE19614627A1 (de) * 1996-04-13 1997-10-16 Abb Patent Gmbh Hochspannungs-Stromrichtersystem
RU2175918C2 (ru) * 1996-09-03 2001-11-20 Гец Альстом Транспор С.А. Устройство и способ питания постоянного напряжения для системы создания тяги
RU2348545C1 (ru) * 2007-07-24 2009-03-10 Открытое акционерное общество "Всероссийский научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт электровозостроения" (ОАО "ВЭлНИИ") Тяговый электропривод многосистемного электровоза (варианты)

Also Published As

Publication number Publication date
BR112013000183A8 (pt) 2017-12-26
EP2416981B1 (de) 2013-07-31
ZA201209493B (en) 2014-02-26
PL2416981T3 (pl) 2014-01-31
EP2416981A1 (de) 2012-02-15
BR112013000183A2 (pt) 2017-07-11
RU2013104562A (ru) 2014-08-10
ES2431082T3 (es) 2013-11-25
WO2012004146A1 (de) 2012-01-12
BR112013000183B1 (pt) 2022-04-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110281792B (zh) 带有能量存储器的车辆
US11050352B2 (en) AC-to-DC converter system
US10560019B2 (en) Bipolar high-voltage network and method for operating a bipolar high-voltage network
CN102577068B (zh) 三相大功率ups
US9041251B2 (en) Boost converter with multiple inputs and inverter circuit
JP5597876B2 (ja) 電気的ネットワーク
US10434882B2 (en) Track-bound vehicle converter
US9312692B2 (en) System for charging an energy store, and method for operating the charging system
US11738653B2 (en) Integrated charger and motor control system isolated by motor
WO2013137749A1 (en) Electrical systems with inductive power transfer-based energy balancing
US11472305B2 (en) Charging circuit for a vehicle-side electrical energy store
CN113412566A (zh) 包括变压器和多电平功率变换器的集成充电和电机控制系统
CN102428635B (zh) 用于对逆变器装置的输出端的滤波电容器进行放电的方法和逆变器装置
CN112956105A (zh) 使用开关模式转换器进行单相充电的有源滤波器
WO2011004588A1 (ja) 電気車制御装置
US11760218B2 (en) Charging circuit for a vehicle-side electrical energy store
RU2557100C2 (ru) Система преобразования электропитания и способ ее работы
KR20210063210A (ko) 그리드 유형에 무관한 효율적인 dc 링크 처리를 위한 장치
CN111512532A (zh) 三个电桥支路的至少一个转换器模块的变换器，用于运行这种变换器的方法和这种变换器的应用
US20210305905A1 (en) Apparatus and method for supplying power to a high-capacity load
EP4147340B1 (en) Electrical power converter
JP2007104822A (ja) 電力変換装置の並列化システム
CN114364567A (zh) 车辆充电电路及具有车辆充电电路的车辆车载网络
KR20150062999A (ko) 에너지 저장 장치용 충전 회로를 포함하는 전기 구동 시스템, 그리고 에너지 저장 장치의 작동 방법
RU2609770C1 (ru) Устройство гарантированного электропитания

Legal Events

Date Code Title Description
PC43 Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions

Effective date: 20190408