通过变换器向牵引系统以直流电压供电的装置及方法

摘要

一种向牵引系统以直流电压供电的装置和方法,由电源线上可使用的不同的交流或直流电压通过变换器来实现供电,上述牵引系统的供电装置利用第一供电元件和第二供电元件进行供电,这两个元件分别与上述供电线相连,所述牵引系统的供电装置的特征是,上述第一供电元件通过第一连接元件与电源变压器的初级线圈相连,而上述第二供电元件则可以通过第二连接元件或者与前述牵引系统的供电端子相连,或与上述串联变换器的中点相连。

说明书

本发明一般说来涉及特别是铁路领域中的牵引系统(牵引链)，尤其针对的是由不同的交流或直流电压通过变换器向牵引系统供给直流电压的装置及方法。

法国专利FR2713565(以申请人的名义申请的)涉及一种“铁路机车用的高随意性多电流供电系统”(SYSTEME D’ALIMENTATIONMULTICOURANT AHAUTE DISPONIBILITE POUR ENGIN DELOCOMOTIVE FERROVIAIRE)。

该专利指出：牵引系统(牵引链)，例如装有异步电动机的牵引系统就必需直流电压电源。

该专利也提到：各种铁路车辆都越来越多地在供电电压依地域不同而不同的电网上运行。

比如可遇到的电压有25KV(千伏)，50Hz(赫)；15KV，162/3Hz；3KV DC或1.5KV DC(直流)。

现有技术中，由不同交流或直流电压利用变换器向牵引系统供给直流电压的装置都使用对于每种供电电压均系分别专用的变换器。

换句话说，现有技术中，利用变换器由各种交流或直流电压向牵引系统进行直流电压供电的装置，举例来说，使用下列装置。

—针对交流电源的具有强制交换的单相电桥或Graetz电桥，

如果直流电源电压(DC)超过牵系统所需的供电电压，就使用降压装置，例如斩波器(限压器)，

—如果供电DC(直流)电压低于牵引系统所需的供电电压则使用升压装置。

因此本发明的目的就是一种利用变换器由各种不同交流或直流电压以直流电压形式向牵引系统供电的装置及方法，(对于不同电压，)它可以使用同样的变换器。

根据本发明，由不同的交流或直流电压经变换器以直流电压形式向牵引系统供电的装置及方法有如下特征：

本发明的由不同交流或直流电压通过变换器向牵引系统供给直流电压的装置及方法的一个优点是减少了牵引系统中需安装的器材，这是因为在可利用的各种电压下，变换器可以重复利用。

由此导致没有变换器处于一直不使用状态，从而使用方式不同于现有技术。

本发明的由不同的交流或直流电压通过变换器以直流电压形式向牵引系统供电的装置及方法的另一个优点是减少了接触器的数量，特别是在1500V(伏)供电的情况下就更是如此。

本发明的由不同交流或直流电压利用变换器以直流电压形式向牵引系统供电的装置和方法的又一优点是取消了电感。

本发明的通过变换器由不同的交流或直流电压向牵引系统按直流电压供电的装置及方法的另外一个优点是向牵引系统的供电输出总是在同一个端子上。

通过阅读下文中由不同交流或直流电压通过变换器向牵引系统供给直流电压的装置及方法之最佳实施例的说明，会揭示出本发明的其他一些目的、特征及优点。此说明是联系一些附图而进行的，其中：

—图1概括地表示出了本发明的由不同的交、直流电压利用变换器以直流电压的形式向牵引系统供电的装置。

—图2表示出了在可利用的供电电压是交流电压U_AC的情况下图1中的本发明供电装置的简化图。

—图3表示了图1中本发明的供电装置的另一简化图，此时，可利用的电源电压是其值等于牵引系统所需供电电压的直流电压U_1DC，

图4表示了图1中的本发明供电装置的又一简化图，此时，可利用的电源电压是直流电压U_2DC，它约为牵引系统所需供电电压的一半。

—图5至7是本发明的由不同的交流或直流电压通过变换器以直流电压向牵引系统供电的装置的其它一些实施方式的简化图。

图1以示意图表示出了本发明的由不同的交流或直流电压U_AC、U_DC利用变换器1、2向牵引系统C以直流电压U_1DC供电的装置。

不同的交流或直流电压U_AC、U_DC可从供电线9上获得。

交流/直流变换器1、2是串联的，以便有一个中点10。

交流/直流变换器1、2的交流AC一侧分别接在有一初级线圈6的电源变压器5的第一次级线圈3和第二次级线圈4上。

交流/直流变换器1、2在直流DC一侧向牵引系统C的供电端子7提供直流供电电压U_1DC。

牵引系统C，按现有技术的已知方式来说，含有至少一个牵引电动机(马达)(图中未表示出来)以及若干可以调节牵引马达工作点的变换器(未表示出)。系统C的供电电压U_1DC是直流电压。

牵引系统C的供电装置由第一供电元件8A及第二供电元件8B供电，二者的一端分别与供电线9连接。

根据本发明的一个主要特征，牵引系统C的供电装置是这样的，即，第一个供电元件8A的一端可以通过第一连接元件11A与电源变压器5的初级线圈6相连接，而第二供电元件8B的一端则可以通过第二连接元件11B或与牵引系统C的供电端子7相连接，或与串联变换器1、2的中点10相连。

变换器1、2可以是，例如强制交换的单相电桥PMCF。

这样，电源变压器5和变换器1、2能够由如下供电电压实现对牵引系统的DC供电：

—各种交流电压U_AC，

—等于牵引系统所需供电电压的直流电压U_1DC，

—约等于牵引系统所需供电电压一半的直流电压U_2DC。

正如下面将更加详细说明的那样，反相器及整流器的功能随牵引系统处于制动或牵引状态的不同可以分别由变换器1、2来承担。

上述功能(在变换器上)的配置是通过第一连接元件(11A)和第二连接元件(11B)来实现的。

图2表示出了可利用的电源电压是交流电压U_AC时图1中本发明供电装置的简化图。

牵引系统的供电装置由第一供电元件8A供电，该供电元件的一端与供电线9相连接，另一端与电源变压器5的初级线圈6相连接。

两个串联的变换器1、2以U_1DC电压向牵引系统C供电。

每个变换器1、2在其输出端电压仅为约U_1DC/2。

可利用的电源电压U_AC等于，例如25kV、50Hz或15kV、162/3Hz。

图3表示出了可利用的电源电压是等于牵引系统所需供电电压的直流电压U_1DC时图1中本发明供电装置的简化图。

其中，牵引系统C的供电装置由第二供电元件8B供电，该供电元件的一端与供电线9连接，另一端与牵引系统供电端子7连接。

牵引系统C最好通过一个滤波装置12，比如电感及电容型滤波装置供电。

在本图情况下，电源变压器5及变换器1、2不起任何作用。

本发明的由不同的交流或直流电压通过变换器给牵引系统供送直流电压的装置的一个优点在这里就是：与变换器相配合的电容器14可以实现滤波装置12全部或部分的功能。

直流电压U_1DC等于，例如3000V。

图4表示出了可利用的电源电压是约为牵引系统所需供电电压一半的直流电压U_2DC时图1中本发明供电装置的简化图。

牵引系统C的供电装置由第二供电元件8B供电，该元件的一端与供电线9连接，另一端与串联变换器1、2的中点10相连。

因此电源装置是从串联变换器1、2的中点10处获取供电。

在这种布局情况下，其中一个变换器2按反相器方式工作并通过与该变换器2相连的次级线圈4向电源变压器5输入电能。

第二个变换器1以整流器方式工作并利用由上述变换器2供电使其输出端保持如下的电压U：

U＝U_1DC-U_2DC

上述反相器和整流器的功能随牵引系统处于制动或牵引工作状态的不同而分别由变换器1、2承担。

直流电压U_2DC等于，例如1500V DC。

图5至7示出了本发明的由不同交流或直流电压通过变换器向牵引系统进行直流供电的装置的其它几种实施方式的简图。

在这类实施例中，电源变压器带有一个增补线圈13。

该电源变压器5的增补线圈13向另一个电路例如向牵引系统的辅助电路供电。

图5是可利用的供电电压是交流电压U下A时本发明专利供电装置的简化示意图。

此实施例对应于一个多副次级线圈变压器的通常工作状态。

图6也是本发明供电装置的一个简化示意图，此时可利用的供电电压是直流电压U_1DC，它等于牵引系统的供电电压。

根据这种变化的实施例，变换器1、2以反相器或整流器方式工作并且由磁耦合作用向电源变压器5的增补线圈13供电。

图7是本发明供电装置的又一简化示意图，其中可利用的电源电压是直流电压U_2DC，约等于牵引系统所需电源电压的一半。

根据这种变化的实施例，其中一个变换器按反相器方式工作，一部分能量可通过电源变压器5的增补线圈13而加以利用。

由前述装置而实现了一种通过变换器1、2由可从供电线9上获取的不同的直流或交流电压U_AC、U_DC向牵引系统C以直流电压U_1DC供电的方法。

交流/直流变换器1、2是串联安装的，使得有一个中点10。

交流/直流变换器1、2的交流AC两侧分别与带初级线圈6的电源变压器5的第一次级线圈3和第二次级线圈4相连接。

交流/直流变换器1、2在直流侧DC向牵引系统C的供电端子7提供直流电压U_1DC。

上述牵引系统C的供电装置由第一供电元件8A和第二供电元件8B供电，这两个供电元件分别与上述供电线9相连接。

牵引系统C的上述供电方法包括这样一步，即，当前述供电线9上可利用的电源电压为交流电压V_AC时，将第一供电元件8A通过第一个连接元件11A与电源变压器5的初级线圈6相连接，或者当所述供电线9上的可使用电源电压为等于牵引系统C所需供电电压的直流电压U_1DC时，通过第二连接元件11B把第二供电元件8B连接到牵引系统C的供电端子7上，或者当供电线9上可使用的电源电压是约为牵引系统C所需供电电压一半的直流电压U_2DC时，上述供电元件8B就通过连接件11B与串联变换器1、2的中点10相连。