一种用于轨道车辆的电动多系统技术方案

本公开涉及一种用于轨道车辆的电动多系统，包括第一连接器装置(22，23)，配置为将电动系统的第一连接点(a)连接到AC接触线或将电动系统的第二连接点(b)连接到DC接触线。变压器(3)有初级绕组(4)，第一连接点(a)连接到其。线路转换器(13，7)连接到变压器的次级绕组，有连接到DC中间链路(14，18)的输出。次级绕组分成串联的两个半部分(51，52)，第二连接器装置(70，71)通过连接DC电压到两个半部分(51，52)间的中点(55)将第二连接点(b)连接到次级绕组。控制单元(19)控制线路转换器(13，7)与用作升压斩波器电感器的次级绕组的每个半部分的电感器一起充当DC‑DC斩波器，调节输送到DC中间链路(14，18)的DC电压电平。

【技术实现步骤摘要】
一种用于轨道车辆的电动多系统
本专利技术涉及一种电动多系统(electricmultisystem)，其被配置为布置在轨道车辆上并且包括·第一连接器装置，被配置为一次一个地或者将电动系统的第一连接点连接到AC-接触线或者将电动系统的第二连接点连接到DC接触线，·变压器，包括初级绕组，第一连接点连接到该初级绕组，·线路转换器，变压器的次级绕组连接到该线路转换器，并且该线路转换器具有至少一个桥接器(bridge)，该桥接器的两个相脚(phase-leg)并联连接在DC中间链路的相对极之间并且各自具有串联连接的至少两个电流阀，每个所述电流阀包括关断型半导体设备和与其反平行连接的整流构件，每个相脚的中点将该相脚分成两个完全相同的半部分，这两个半部分连接到变压器的所述次级绕组，以及·控制单元，被配置为通过控制线路转换器的所述半导体设备来控制所述线路转换器的电流阀。
技术介绍
这种电动多系统在轨道车辆上是有意义的，这种车辆可以既在由AC接触线路激励的轨道部分上又在由DC激励的轨道部分上被驱动。当从这些类型的轨道区段中的一种类型到另一种类型时，所述连接器装置将照顾利用与以前不同的另一种类型的电力(AC或DC)馈送的电动系统的改变，同时允许用于驱动车辆和车辆的其它电动装备的电动马达如前所述地操作。本专利技术不限于用于任何特殊类型的轨道车辆的这种电动多系统，轨道车辆可以是任何可想到的类型。本专利技术既不限于系统通过其被馈送的AC-接触线或DC-接触线的任何特定的电压电平。在本公开中，“DC接触线”将指第三轨道接触线(如在英国)的可能性和DC架空接触线的可能性(诸如例如针对“电车”)二者。图1示意性地示出了在引言中定义的类型的电动系统的可能设计，而不具有与所示的DC-接触线的可能连接，并且现在将描述这种已知系统的结构，以促进对本专利技术的理解。示出了如何从AC接触线2向轨道车辆1馈送电力并电力在车辆中使用。车辆被配置为沿着AC接触线2移动，其中AC接触线2可以例如承载15kV和162/3Hz(瑞典)或25kV和50Hz(丹麦)的单相交流电压。车辆具有用于将电压从接触线2转换到适当电平的变压器3。变压器在这里具有初级绕组4和两个次级绕组5、6，其中一个次级绕组连接到线路转换器7，用于在其输出端上输送例如1.5-3kV(诸如1.65kV)的直流电压。DC中间链路18的这个直流电压被输送到辅助转换器8，该辅助转换器8由控制单元9控制，用于根据脉宽调制模式生成脉冲串，用于在其输出端上输送三相交流电压。辅助转换器8的输出连接到三相变压器10以及谐波滤波器11，用于将由配电网12输送的交流电压平滑到布置在轨道车辆中的插座(socket)，诸如用于计算机的连接，以及到照明、加热和其它电器的连接。变压器的另一个次级绕组5连接到线路转换器13，线路转换器13被配置为将其输出端上的直流电压输送到DC中间链路14，从而以与由控制单元9执行的用于将马达转换器的输出端上的三相交流电压输送到用于驱动车辆的马达17(电机的形式)的控制类似的方式形成到由控制单元16控制的马达转换器15的输入。图1中所示的电动系统是AC系统，并且存在不同的选项，用于将其修改为多系统，还允许以由DC接触线提供的这种功率的形式向其馈送电力。一种这样的选项是设计经由线路滤波器电感器将DC接触线连接到DC中间链路14的所述连接器装置，用于将电力馈送到驱动车辆的电动马达，并且产生DC接触线到连接到辅助转换器8的DC中间链路18的对应连接。然后，相应的线路转换器13、7将是不活动的。这将导致供给相应马达和辅助转换器的DC链路电压在宽范围内变化，诸如例如对于具有标称电压750V的DC接触线在500V和1000V之间以及对于具有标称电压1500V的DC接触线在1000V和1950V之间。这是因为输送给车辆的电动系统的DC电压的量值将依赖于车辆沿着接触线的当前位置以及是否有其它轨道车辆在与该轨道车辆相同的轨道区段上操作。另一个选项是，当从DC接触线供给时，经由使用专用斩波器(chopper)电感器的专用DC-DC斩波器来馈送DC链路14、18。这通过EP2695763A2已知，其中变压器的次级绕组然后用作线路滤波器电感器。另一个选项在2008年9月IngeteamTraction的宣传册“Highspeeddualvoltagelocomotive”中公开。在这个系统中，DC线路电压可以连接到次级绕组的一端，而另一端仍连接到线路转换器的一相。次级绕组然后充当线路滤波器电感器，其中线路电流经由线路转换器相脚的上部中的二极管到达DC中间链路。如果次级绕组连接到的线路转换器被切换，那么它可以作为DC-DC斩波器操作，用于获得输送到所述DC中间链路的可能电压电平的范围的减小，但是由于没有分离的线路滤波器电容器并且没有分离的斩波器电感器，因此这将以牺牲斩波器频率线路电流谐波为代价。而且，由于DC接触线连接到变压器的次级绕组的一端，因此线路转换器中的每个桥接器的相脚中仅一个可以被使用，因为另一个相脚的控制将导致DC电压与地之间的短路。这不仅导致可能通过线路转换器传输低电力电平，而且由于可能的低切换频率而导致高谐波含量。
技术实现思路
本专利技术的目标是提供一种上面所讨论类型的电动多系统，其关于已知的此类系统在至少某个方面有所改进。根据本专利技术，这个目标是通过提供具有所附专利权利要求1的特征部分中列出的特征的电动多系统而获得的。通过将变压器的次级绕组分成串联连接的两个半部分并设计第二连接器装置来通过将其连接到这两个半部分之间变压器的次级绕组的中点将DC电压连接到次级绕组，线路转换器可以被控制成与用作升压(step-up)斩波器电感器的次级绕组的每个半部分的电感一起充当DC-DC斩波器，用于调节输送到DC中间链路的DC电压的电平。这种设计使得能够使用线路转换器的两个相脚，从而导致可传输的电力是当DC电压连接到次级绕组的一端时可传输的电力的两倍，于是线路电流中的纹波频率也将是两倍高，从而导致较低的谐波含量。通过使用线路转换器连同次级绕组电感作为DC-DC斩波器，可以通过线路转换器的适当控制来调节在DC中间链路上输送的电压，使得电动系统的其余部分的设计和尺寸可以对于窄的DC链路电压范围进行优化，尽管供给车辆的DC线路电压在宽得多的范围内(例如，500-1000VDC或1000V-1950VDC)变化。具有750VDC和25kV或15kVAC的标称线路电压的系统可以例如在AC和DC模式中都具有将DC中间链路调节至高于在不开关切换DC-DC斩波器的半导体开关的情况下所达到的最大值(例如，1800VDC)的电压的线路转换器。一个非常类似的系统也可以用于相同的AC线路电压，但是对于其范围达到高于经调节的DC中间链路值的DC线路电压(例如，当经调节的DC链路电压为1800VDC时)，它可以被用于具有1500VDC的标称线路电压(即，具有1000-1950V的范围)的DC线路。在后一种情况下，作为DC-DC斩波器操作的线路转换器将能够增加和调节低于期望的DC链路电压电平(例如，1800V)的任何线路电压，但是当线路电压超过这个电平时，这个较高的电压将不可避免地经由相脚中的上部阀门的整流构件到达DC链路，并且DC链路电压不再被调节。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电动多系统，被配置为布置在轨道车辆(1)上并且包括·第一连接器装置(22，23)，被配置为一次一个地或者将电动系统的第一连接点(a)连接到AC‑接触线(2)或者将电动系统的第二连接点(b)连接到DC接触线(20)，·变压器(3)，包括初级绕组(4)，第一连接点(a)连接到所述初级绕组，·线路转换器(7，13)，变压器的次级绕组(5，6)连接到所述线路转换器，并且所述线路转换器具有至少一个桥接器(26)，所述桥接器(26)的两个相脚(27，28)并联连接在DC中间链路(14，18)的相对极(29，30)之间并且各自具有串联连接的至少两个电流阀(31‑34)，每个所述电流阀包括关断型半导体设备(35‑38)和与所述关断性半导体设备反平行连接的整流构件(39‑42)，每个相脚的中点(43，44)将所述相脚分成两个完全相同的半部分，这两个半部分连接到变压器的所述次级绕组，以及·控制单元(19)，被配置为通过控制线路转换器(7，13)的所述半导体设备来控制所述线路转换器(7，13)的电流阀，其中第二连接器装置(70，71)被配置为将变压器(3)的所述次级绕组(5，6)连接到第二连接点(b)，其特征在于，变压器的次级绕组被划分成串联连接的两个半部分(51‑54，61‑64)，所述第二连接器装置被配置为将所述第二连接点(b)连接到在次级绕组的所述两个半部分(51，52)之间的变压器的次级绕组的中点(55)，以及，当所述电动系统通过DC接触线被馈电时，控制单元(19)被配置为控制线路转换器(13，7)与用作升压斩波器电感器的次级绕组的每个半部分的电感器一起充当DC‑DC斩波器，用于调节输送到DC中间链路(14，18)的DC电压的电平。...

【技术特征摘要】
2016.11.23 EP 16200213.31.一种电动多系统，被配置为布置在轨道车辆(1)上并且包括·第一连接器装置(22，23)，被配置为一次一个地或者将电动系统的第一连接点(a)连接到AC-接触线(2)或者将电动系统的第二连接点(b)连接到DC接触线(20)，·变压器(3)，包括初级绕组(4)，第一连接点(a)连接到所述初级绕组，·线路转换器(7，13)，变压器的次级绕组(5，6)连接到所述线路转换器，并且所述线路转换器具有至少一个桥接器(26)，所述桥接器(26)的两个相脚(27，28)并联连接在DC中间链路(14，18)的相对极(29，30)之间并且各自具有串联连接的至少两个电流阀(31-34)，每个所述电流阀包括关断型半导体设备(35-38)和与所述关断性半导体设备反平行连接的整流构件(39-42)，每个相脚的中点(43，44)将所述相脚分成两个完全相同的半部分，这两个半部分连接到变压器的所述次级绕组，以及·控制单元(19)，被配置为通过控制线路转换器(7，13)的所述半导体设备来控制所述线路转换器(7，13)的电流阀，其中第二连接器装置(70，71)被配置为将变压器(3)的所述次级绕组(5，6)连接到第二连接点(b)，其特征在于，变压器的次级绕组被划分成串联连接的两个半部分(51-54，61-64)，所述第二连接器装置被配置为将所述第二连接点(b)连接到在次级绕组的所述两个半部分(51，52)之间的变压器的次级绕组的中点(55)，以及，当所述电动系统通过DC接触线被馈电时，控制单元(19)被配置为控制线路转换器(13，7)与用作升压斩波器电感器的次级绕组的每个半部分的电感器一起充当DC-DC斩波器，用于调节输送到DC中间链路(14，18)的DC电压的电平。2.如权利要求1所述的电动多系统，其特征在于，包括被配置为当第二连接器装置将变压器的次级绕组的中点连接到第二连接点(b)时确定DC中间链路上的电压的电平的装置(73)，并且包括被配置为将这个DC中间链路电压的电平与预定电平进行比较的装置(74)，并且控制单元(19)被配置为控制线路转换器在DC中间链路上输送具有接近所述预定电平的电平的DC电压。3.如权利要求1或2所述的电动多系统，其特征在于，控制单元(19)被配置为控制所述线路转换器的至少两个相脚(27，28)的电流阀，以消除谐波。4.如前述权利要求中任一项所述的电动多系统，其特征在于，线路转换器(7，13)将两个所述桥接器(26)并联连接到所述DC中间链路(14，18)，并且变压器(3)包括两个所述次级绕组(80-83)，每个次级绕组被划分成两半并连接到线路转换器(7，13)的每个所述桥接器。5.如前述权利要求中任一项所述的电气多系统，其特征在于，包括连接...

【专利技术属性】
技术研发人员：K·斯坦布拉克，
申请(专利权)人：勃姆巴迪尔运输有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE