JP3945867B2 - 種々の交流または直流電圧から変換器を使用して牽引システムに直流電圧電源を供給する装置および方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は一般的に、鉄道分野の牽引システムに関し、より詳細には、種々の交流または直流電圧から変換器を使用して牽引システムに直流電圧を供給する装置および方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
本願出願人のフランス特許2713565号は、「鉄道機関車用の高使用可能性多電流電源システム」に関する。
【0003】
この特許は、たとえば非同期モータを具備する牽引システムは直流電圧電源を必要とすることを示している。
【0004】
またこの特許は、鉄道車両が、次第に区域によって供給電圧が異なるネットワーク上を走行するのに対応するようになってきていることを述べている。
【0005】
たとえば25kV、50Hz、15kV、16 2/3Hz、直流3kV、または直流1.5kVの電圧が存在する。
【0006】
先行技術の種々の交流または直流電圧から変換器を使用して牽引システムに直流電圧を供給する装置は、各供給電圧に専用の変換器を使用する。
【0007】
言い換えれば、先行技術の種々の交流または直流電圧から変換器を使用して牽引システムに直流電圧を供給する装置は、たとえば、
− グラエツブリッジすなわち交流電源用強制切換単相ブリッジ
− 直流電源電圧が牽引システムの供給電圧よりも高い場合、たとえばチョッパなどの降圧装置
− 直流電源電圧が牽引システムの供給電圧よりも低い場合、昇圧装置
を使用する。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、同じ変換器を使用することを可能にする、種々の交流または直流電圧から変換器を使用して牽引システムに直流電圧を供給する装置および方法である。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、種々の交流または直流電圧から変換器を使用して牽引システムに直流電圧を供給する装置および方法は、以下のような特徴を有する。
【0010】
種々の交流または直流電圧から変換器を使用して牽引システムに直流電圧を供給する装置および方法の利点は、使用可能な種々の電圧に応じて変換器を再使用し得るので、牽引システム内に設置すべき設備が削減されることである。
【0011】
その結果、先行技術による装置における場合のように、変換器が使用されない状態にあることがない。
【0012】
種々の交流または直流電圧から変換器を使用して牽引システムに直流電圧を供給する装置および方法の他の利点は、とくに1500Vの電源の場合、コンタクタの数が削減されることである。
【0013】
種々の交流または直流電圧から変換器を使用して牽引システムに直流電圧を供給する装置および方法の他の利点は、インダクタが使用されないことである。
【0014】
種々の交流または直流電圧から変換器を使用して牽引システムに直流電圧を供給する装置および方法の他の利点は、牽引システムの電源用出力が常に同一の端子にあることである。
【0015】
本発明の他の目的、特徴および利点は、添付の図面を参照して行う、種々の交流または直流電圧から変換器を使用して牽引システムに直流電圧を供給する装置および方法の好ましい実施形態についての説明を読むことにより明らかになろう。
【0016】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明による変換器1、2を使用して種々の交流または直流電圧UAC、UDCから牽引システムCに直流電圧U1DCを供給する装置の略図である。
【0017】
電源ライン9上では種々の交流または直流電圧UAC、UDCが使用可能である。
【0018】
交流/直流変換器1、2は、中点10を有するように直列に配置される。
【0019】
交流AC側では、交流/直流変換器1、2は、一次巻線6を含む電源変圧器5の第1の二次巻線3および第2の二次巻線4にそれぞれ接続される。
【0020】
直流DC側では、交流/直流変換器1、2は、牽引システムCの電源端子7に直流電源電圧U1DCを供給する。
【0021】
牽引システムCは、先行技術から公知のように、少なくとも一つの牽引用電動機(図示せず)、および該電動機の動作点の調整を行うことができる変換器(図示せず)を含み、電源電圧U1DCは直流電圧である。
【0022】
牽引システムCの電源供給装置には、一方で電源ライン9に接続される第1の電源要素8Aおよび第2の電源要素8Bによって電源が供給される。
【0023】
本発明の主要な特徴によれば、第1の接続要素11Aを使用して、第1の電源要素8Aなどの牽引システムCへの電源供給装置を電源変圧器5の一次巻線6に接続することができ、第2の接続要素11Bを使用して、第2の電源要素8Bを、牽引システムCの電源端子7か、直列変換器1、2の中点10に接続することができる。
【0024】
変換器1、2はたとえば強制切換単相ブリッジPMCF型である。
【0025】
したがって電源変圧器5および変換器1、2は、以下の電源電圧から牽引システムへの直流電源供給を行うことができる。
【0026】
− 任意の交流電圧UAC
− 牽引システムの電源電圧に等しい直流電圧U1DC
− 牽引システムの電源電圧の半分程度の直流電圧U2DC
後に詳述するように、牽引システムが制動モードで動作するか牽引モードで動作するかに従い、変換器1、2にインバータの機能および整流器の機能を割り当てることができる。
【0027】
これらの機能の割り当ては、第1の接続要素(11A)および第2の接続要素(11B)を使用して行われる。
【0028】
図2は、使用可能電源電圧が交流電圧UACである場合の図1の本発明による電源供給装置の略図である。
【0029】
牽引システムCへの電源供給装置には、電源ライン9と、電源変圧器5の一次巻線6とに接続された第1の電源要素8Aにより電源が供給される。
【0030】
直列接続された二つの変換器1、2は、牽引システムCにU1DCの電圧の電源を供給する。
【0031】
各変換器1、2はその出力端子にU1DC/2程度の電圧のみを有する。
【0032】
使用可能電源電圧UACはたとえば、25kV、50Hz、15kV、16−2/3Hz、に等しい。
【0033】
図3は、使用可能電源電圧が、牽引システムの電源電圧に等しい直流電圧U1DCである場合の図1の本発明による電源供給装置の略図である。
【0034】
牽引システムCへの電源供給装置には、電源ライン9と、牽引システム7の電源端子とに接続された第2の電源要素8Bにより電源が供給される。
【0035】
牽引システムCには、たとえばインダクタおよびコンデンサ型のフィルタ装置12を介して電源が供給されるのが好ましい。
【0036】
その場合、電源変圧器5および変換器1、2はいかなる役割も果たさない。
【0037】
本発明による種々の交流または直流電圧から変換器を使用して牽引システムに直流電圧を供給する装置の利点は、ここでは、変換器に結合されたコンデンサ14を、フィルタ装置12の全体または一部として使用することができることである。
【0038】
直流電圧U1DCはたとえば直流3000Vに等しい。
【0039】
図4は、使用可能電源電圧が、牽引システムの電源電圧の半分程度の直流電圧U2DCである場合の図1の本発明による電源供給装置の略図である。
【0040】
牽引システムCへの電源供給装置には、電源ライン9と、直列変換器1、2の中点10とに接続された第2の電源要素8Bにより電源が供給される。
【0041】
したがって電源供給装置には、直列変換器1、2の中点において電源が供給される。
【0042】
このような構成においては、一方の変換器2がインバータとして動作し、この変換器2に結合された二次巻線4を介して電源変圧器5に電力を供給する。
【0043】
第2の変換器1は整流器として動作し、変換器2によって供給される電力を使用して、その出力端子において電圧Uを
U=U1DC−U2DC
に維持する。
【0044】
インバータの機能および整流器の機能は、牽引システムが制動モードで動作するか牽引モードで動作するかに従い、変換器1、2に割り当てられる。
【0045】
直流電圧U2DCはたとえば直流1500Vに等しい。
【0046】
図5ないし図7は、本発明による種々の交流または直流電圧から変換器を使用して牽引システムに直流電圧を供給する装置の他の実施形態の略図である。
【0047】
このような実施形態では、電源変圧器5は補助巻線13を含む。
【0048】
この補助巻線13はたとえば牽引システムの補助装置など、他の回路に電源を供給する。
【0049】
図5は、使用可能電源電圧が交流電圧UACである場合の本発明による電源供給装置の略図である。
【0050】
この実施形態は、複数の二次巻線を有する変圧器の従来の動作に対応する。
【0051】
図6は、使用可能電源電圧が、牽引システムの電源電圧に等しい直流電圧U1D Cである場合の本発明による電源供給装置の略図である。
【0052】
この実施形態によれば、変換器1、2はインバータまたは整流器として動作し、磁気結合によって、電源変圧器5の補助巻線13にエネルギーを供給する。
【0053】
図7は、使用可能電源電圧が、牽引システムの電源電圧の半分程度の直流電圧U2DCである場合の本発明による電源供給装置の略図である。
【0054】
この実施形態によれば、変換器のうちの一つがインバータとして動作し、電源変圧器5の補助巻線13がエネルギーの一部を使用することができる。
【0055】
上記から、電源線9上で使用可能な種々の交流または直流電圧UAC、UDCから変換器1、2を使用して牽引システムCに直流電圧U1DCを供給する方法が得られる。
【0056】
交流/直流変換器1、2は、中点10を有するように直列に配置される。
【0057】
交流AC側では、交流/直流変換器1、2は、一次巻線6を含む電源変圧器5の第1の二次巻線3および第2の二次巻線4にそれぞれ接続される。
【0058】
直流DC側では、交流/直流変換器1、2は、牽引システムCの電源端子7に直流電源電圧U1DCを供給する。
【0059】
牽引システムCへの電源供給装置には、前記電源線9に接続された第1の電源要素8Aおよび第2の電源要素8Bにより電源が供給される。
【0060】
牽引システムCへ電源を供給する方法はまた、前記電源ライン9上で使用可能な前記電源電圧が交流電圧UACである時、第1の接続要素11Aを使用して、第1の電源要素8Aを電源変圧器5の一次巻線6に接続するか、あるいは第2の電源要素8Bを、前記電源ライン9上で使用可能な電源電圧が牽引システムCの電源電圧に等しい直流電圧U1DCである時、第2の接続要素11Bを使用して、牽引システムCの電源端子7に接続し、電源ライン9上で使用可能な電源電圧が、牽引システムCの電源電圧の半分程度の直流電圧U2DCである場合、直列の変換器1、2の中点10に接続するステップを含む。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による種々の交流または直流電圧から変換器を使用して牽引システムに直流電圧を供給する装置の略図である。
【図2】使用可能電源電圧が交流電圧UACである場合の図1の本発明による電源供給装置の略図である。
【図3】使用可能電源電圧が、牽引システムの電源電圧に等しい直流電圧U1DCである場合の図1の本発明による電源供給装置の略図である。
【図4】使用可能電源電圧が、牽引システムの電源電圧の半分程度の直流電圧U2DCである場合の図1の本発明による電源供給装置の略図である。
【図5】本発明による種々の交流または直流電圧から変換器を使用して牽引システムに直流電圧を供給する装置の他の実施形態の略図である。
【図6】本発明による種々の交流または直流電圧から変換器を使用して牽引システムに直流電圧を供給する装置の他の実施形態の略図である。
【図7】本発明による種々の交流または直流電圧から変換器を使用して牽引システムに直流電圧を供給する装置の他の実施形態の略図である。
【符号の説明】
1、2 変換器
3 第1の二次巻線
4 第2の二次巻線
5 電源変圧器
6 一次巻線
7 電源端子
8A 第1の電源要素
8B 第2の電源要素
9 電源ライン
10 中点
11A 第1の接続要素
11B 第2の接続要素
12 フィルタ装置
13 補助巻線
14 コンデンサ
Claims (6)
- 変換器(1、2)を備え、電源ライン(9)上で使用可能な異なる種類の電圧から牽引システムCに直流電圧を供給する装置であって、前記変換器(1、2)の交流側が、一次巻線(6)を含む電源変圧器(5)の第1の二次巻線(3)および第2の二次巻線(4)にそれぞれ接続され、前記変換器(1、2)の直流側が、前記牽引システムCの電源端子(7)に前記直流電源電圧を供給し、該牽引システムCの該電源供給装置には、一方で前記電源ライン(9)に接続される第1の電源要素(8A)および第2の電源要素(8B)によって電源が供給され、前記電源ライン(9)で使用可能な電源電圧が交流電圧である場合、前記第1の電源要素(8A)が、第1の接続要素(11A)を使用して、前記電源変圧器(5)の前記一次巻線(6)に接続されるように構成され、前記電源ライン(9)で使用可能な電源電圧が、前記牽引システムCの電源電圧に等しい直流電圧の場合には、前記第2の電源要素(8B)が、前記牽引システムCの前記電源端子(7)に接続されるように構成され、前記牽引システムCの電源供給装置は、前記変換器(1、2)が中点(10)を有するように直列に配置されており、前記電源ライン(9)で使用可能な電源電圧が、前記牽引システムの電源電圧の半分の直流電圧である場合、前記第2の電源要素(8B)が、第2の接続要素(11B)を使用して、前記直列の変換器(1、2)の前記中点(10)に接続されるように構成されていることを特徴とする直流電圧供給装置。
- 前記牽引システムCへの直流電圧の電源供給が、前記牽引システムCの電源電圧に等しい直流電圧によって行われ、フィルタ装置(12、14)を介して牽引システムCに電源が供給される請求項1に記載の装置。
- 前記フィルタ装置(12、14)がコンデンサを含んでおり、該コンデンサの全部または一部が、前記変換器(1、2)に結合されたコンデンサ(14)である請求項2に記載の装置。
- 前記電源変圧器(5)が補助巻線(13)を含む請求項1から3のいずれか一項に記載の装置。
- 変換器(1、2)が強制切換単相ブリッジPMCF型である請求項1から4のいずれか一項に記載の装置。
- 電源ライン(9)上で使用可能な異なる種類の電圧から牽引システムCに直流電圧を供給する方法であって、変換器(1、2)の交流側が、一次巻線(6)を含む電源変圧器(5)の第1の二次巻線(3)および第2の二次巻線(4)にそれぞれ接続され、前記変換器(1、2)の直流側が、前記牽引システムCの電源端子(7)に前記直流電源電圧を供給し、前記牽引システムCの前記電源供給装置には、一方で前記電源ライン(9)に接続される第1の電源要素(8A)および第2の電源要素(8B)によって電源が供給され、前記電源ライン(9)上で使用可能な前記電源電圧が交流電圧である場合、第1の接続要素(11A)を使用して、第1の電源要素(8A)を前記電源変圧器(5)の前記一次巻線(6)に接続し、前記電源線(9)上で使用可能な電源電圧が牽引システムCの電源電圧に等しい直流電圧である場合、第2の接続要素(11B)を使用して、前記第2の電源要素(8B)を前記牽引システムCの前記電源端子(7)に接続するステップを有しており、前記変換器(1、2)が、中点(10)を有するように直列に配置され、前記電源線(9)上で使用可能な前記電源電圧が、前記牽引システムCの電源電圧の半分の直流電圧である場合、前記第2の電源要素(8B)を第2の接続要素(11B)を用いて前記直列変換器(1、2)の前記中点(10)に接続するステップを含むことを含むことを特徴とする方法。
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