利用導體裝置段的恒定電流操作向車輛傳輸電能的系統(tǒng)和方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于向車輛（81；91），尤其是諸如輕軌車的有軌車輛（81）或諸如公共汽車的道路汽車（91），傳輸電能的系統(tǒng)，其中-所述系統(tǒng)包括電導體裝置（3，T），其用于產(chǎn)生交變電磁場并且由此向車輛傳輸電磁能量，-所述導體裝置（3，T）包括多個段（T1，T2，T3，T4，T5，T6），其中每個段（T1，T2，T3，T4，T5，T6）沿著車輛的行進路徑的部分延伸，-每個段包括針對將由所述段承載的交變電流每一相的一條線路，以便產(chǎn)生所述電磁場，-所述系統(tǒng)包括用于向所述多個段（T1，T2，T3，T4，T5，T6）傳導電能的電流源（3），其中所述段（T1，T2，T3，T4，T5，T6）與所述電流源（3）彼此并聯(lián)電連接，-所述段（T1，T2，T3，T4，T5，T6）中的至少一個段經(jīng)由相關(guān)聯(lián)的恒流源（12）耦合到所述電流源（3），所述恒流源（12）適于在操作所述段（T1，T2，T3，T4，T5，T6）的同時，獨立于向沿所述段（T1，T2，T3，T4，T5，T6）行進的一個或多個車輛傳輸?shù)碾姽β?，保持通過所述段（T1，T2，T3，T4，T5，T6）的電流恒定，-每個恒流源（12）包括第一電感（L6P1）和任選地超過一個電感，并且包括第一電容（C6P）和任選地超過一個電容，彼此相對地并針對所述恒流源輸入側(cè)的電壓調(diào)整所述電感和所述電容，從而向輸出側(cè)，即所述段的一側(cè)，輸出期望的恒定電流，-所述第一電感（L6P1）布置于將所述輸入側(cè)與所述輸出側(cè)連接的恒流源（12）的線路（100）中，所述線路（100）的至少一個接頭與所述第一電容（C6P）連接，-彼此相對地并且針對所述段中的任何額外電容調(diào)整所述第一電感（L6P1）和所述第一電容（C6P）以及至少部分由所述段（T）的固有電感（LT）形成的第二電感（L6P2），從而能夠在相應的諧振頻率下操作所述段，所述段（T）產(chǎn)生的無功功率基本為零。
【專利說明】利用導體裝置段的恒定電流操作向車輛傳輸電能的系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及向車輛傳輸電能，具體而言，向諸如輕軌車輛(例如有軌電車)的有軌車輛或者向諸如公共汽車的道路機動車傳輸電能。對應的系統(tǒng)包括用于產(chǎn)生交變電磁場并由此向車輛傳輸電磁能量的電導體裝置。該導體裝置包括多個段，其中每個段沿著車輛的行進路徑的不同部分延伸。所述多個段中的至少一個段經(jīng)由相關(guān)聯(lián)的恒流源耦合到電流源，所述恒流源適于獨立于要傳輸?shù)窖卦摱涡旭偟囊粋€或多個車輛的電功率，保持通過該段的電流恒定。本發(fā)明還涉及制造該系統(tǒng)的對應方法以及操作該系統(tǒng)的對應方法。
【背景技術(shù)】
[0002]諸如常規(guī)軌道車輛、單軌車輛的有軌車輛、無軌電車以及通過諸如其他機械手段、磁性手段、電子手段和/或光學手段的其他手段被引導在軌道上的車輛需要用于在軌道上推進以及用于操作輔助系統(tǒng)的電能，操作輔助系統(tǒng)不產(chǎn)生車輛牽引。這樣的輔助系統(tǒng)例如是照明系統(tǒng)、加熱和/或空調(diào)系統(tǒng)、通風和乘客信息系統(tǒng)。不過，更具體而言，本發(fā)明涉及用于向不一定是(但優(yōu)選是)有軌車輛的車輛傳輸電能的系統(tǒng)。不同于有軌車輛的車輛例如是公共汽車。本發(fā)明的應用領(lǐng)域是向用于公共交通的車輛的傳輸能量。一般而言，該車輛可以例如是具有電動操作的推進電動機的車輛。該車輛還可以是具有混合推進系統(tǒng)的車輛，混合推進系統(tǒng)例如是通過電能或通過其他能量(例如以電化學方式存儲的能量或燃料(例如天然氣、汽油或石油))運行的系統(tǒng)。
[0003]W02010/031593A1描述了用于向車輛傳輸電能的系統(tǒng)和方法，其中該系統(tǒng)包括上文所述的特征。根據(jù)公開，該系統(tǒng)包括用于產(chǎn)生交變電磁場并由此向車輛傳輸電磁能量的電導體裝置。該電導體裝置包括至少兩條線路，其中每一條線路都適于承載交變電流的不同相。該導體裝置包括多個段，其中每個段沿著車輛行進路徑的不同部分延伸。每個段包括該至少兩條線路的幾個部分，并且每個段可以獨立于其他段接通或關(guān)閉。導體裝置的相繼段的每個段可以經(jīng)由用于接通或關(guān)閉元件的開關(guān)連接到主線。W02010/000495A1更詳細地描述了發(fā)明的領(lǐng)域以及導體裝置可能的實施例。具體而言，還可以為本發(fā)明選擇導體裝置的蛇形線狀實施例。
[0004]為產(chǎn)生電磁場，每個段可以經(jīng)由將直流電轉(zhuǎn)換成交流電的逆變器連接到直流電源。替代地，這些段可以連接到交流電源。組合是可能的，例如可以將兩個段經(jīng)由公共逆變器連接到直流電源。
[0005]在任何情況下，在這些段的一條線路或多條線路中產(chǎn)生恒定的交流電與在恒定電壓下操作這些段相比具有幾個優(yōu)勢。一個優(yōu)勢是恒定電流可以是時間的正弦函數(shù)。這意味著僅產(chǎn)生了單個頻率的電磁波。與此相反，在恒定電壓下操作該段產(chǎn)生非正弦函數(shù)，這意味著產(chǎn)生了不同頻率的諧波。此外，主要側(cè)(導體裝置沿著軌道的一側(cè))的恒定電流能夠減小用來接收輔助側(cè)(車輛的一側(cè))上的電磁場的接收機的尺寸。
[0006]可以將恒流源實現(xiàn)為阻抗的無源網(wǎng)絡，這意味著恒流源的任何部件都不會像用于限制電流的線路中的晶體管那樣被主動控制。
[0007]恒流源可以位于交流電源的輸入側(cè)，即經(jīng)由電流源向各個段饋送恒定的交變電流。不過，如果各段與電流源彼此并聯(lián)連接，這不允許單獨操作各個段。單獨操作各個段會導致通過尺寸不一的各個段的電流。
[0008]因此，優(yōu)選與電流源彼此并聯(lián)的各個段為要單獨操作的每個段提供恒流源。這樣單獨操作具有如下優(yōu)點:在車輛沿該段行進時可以接通該段，否則可以關(guān)閉該段。
[0009]為了傳輸足夠大的功率以為車輛(尤其是電車或公共汽車)提供推進力，需要至少幾十安培的電流和至少幾十伏的電壓，即傳輸?shù)墓β蕬斣谥辽賻譳W的范圍內(nèi)。對于電車而言，例如，所述段的電壓可以在500-1.000V的范圍內(nèi)，通過該段的有效電流可以在150-250A的范圍內(nèi)。
[0010]對應的阻抗，尤其是電感，需要具有對應大體積的重部件。此外，這些部件導致了制造這種系統(tǒng)的成本的顯著部分。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明的目的是提供一種從軌道向車輛或多個車輛傳輸電磁能量的系統(tǒng)，其包括經(jīng)由恒流源連接到電流源的電導體裝置的至少一段，其中操作所述段的效率高，且其中減少了制造和安裝該系統(tǒng)的工作量。本發(fā)明的另一個目的是提供一種制造該系統(tǒng)的對應方法和操作該系統(tǒng)的對應方法。
[0012]本發(fā)明的系統(tǒng)包括電流源，用于向多個段傳導電能。這些段與電流源彼此并聯(lián)地電連接，即，利用相同的電壓操作由電流源饋電的每個段。用于多個段的公共電流源不排除存在連接到獨立的第二電流源的其他段。此外，并非由電流源饋電的所有段都必須是為同一軌道上的車輛提供能量的段。相反地，鐵路或道路可以包括例如兩條彼此平線路延伸的軌道，可以為每條軌道提供相繼的段?？梢杂晒搽娏髟礊椴煌壍赖闹辽僖恍┒勿侂姟?br> [0013]例如，可以經(jīng)由相關(guān)聯(lián)的開關(guān)單元將多個段的每個段耦合到電流源，該開關(guān)單元適于將所述段連接至所述電源或者將所述段與所述電源斷開連接來接通和關(guān)閉該段。每個開關(guān)單元可以包括若干開關(guān)，其對應于相關(guān)聯(lián)的段的線路數(shù)量，其中該線路適于承載交變電流的不同相。優(yōu)選地，例如，通過使用用于控制開關(guān)操作的公共控制裝置，同步地接通和關(guān)閉開關(guān)單元的開關(guān)。
[0014]每個段可以經(jīng)由恒流源耦合到電流源，恒流源適于在段接通時，獨立于要傳輸?shù)窖卦摱尉€路駛的一個或多個車輛的電功率，保持通過該段的電流恒定。術(shù)語“耦合”包括直接電連接，或者包括例如使用變壓器的電感耦合。根據(jù)后附的權(quán)利要求，段中的至少一個段經(jīng)由恒流源耦合到電流源。
[0015]每個恒流源包括第一電感，以及任選地超過一個電感，并包括第一電容，以及任選地超過一個電容。彼此相對地并針對恒流源輸入側(cè)的電壓調(diào)整電感和電容,從而向輸出側(cè)，即該段一側(cè)輸出期望的恒定電流。因此，恒流源的輸入側(cè)是電流源一側(cè)。第一電感布置于恒流源中將輸入側(cè)與輸出側(cè)連接的線路中，該線路的至少一個接頭與第一電容連接。
[0016]換言之，至少第一電感和第一電容，以及恒流源任選的其他阻抗，可能還有恒流源的其他部件(例如至少一個電阻器)，形成無源網(wǎng)絡，其將通過該段的交流電保持恒定。
[0017]優(yōu)選地，針對恒流源輸入側(cè)的交流電頻率調(diào)整電感和電容，使得通過該段的交流電在諧振頻率下振蕩，該諧振頻率是該段與恒流源的組合的諧振頻率。
[0018]在所述段包括多條線路的情況下，其中調(diào)整并連接每條線路以承載交流電的不同相，該恒流源包括對應數(shù)量的線路，在每種情況下，所述對應數(shù)量的線路都連接到所述段的對應線路，從而實現(xiàn)恒流源的線路與所述段的對應線路的串聯(lián)連接。對于多條線路而言，恒流源的每條線路包括第一電感，第一阻抗經(jīng)由接頭連接到該線路。具體而言，可以經(jīng)由對應的第一電容將恒流源的不同線路的接頭連接到公共星點。在任何情況下，每條線路都可以有兩個接頭，第一電容可以連接到線路的第一接頭，第二電容可以連接到線路的第二接頭。如果第一電感布置于第一和第二接頭之間，可以將網(wǎng)絡稱為η-網(wǎng)絡。如果每條線路僅有一個接頭，且如果在接頭兩側(cè)在線路之內(nèi)有至少一個電感，可以將該網(wǎng)絡稱為T網(wǎng)絡。在優(yōu)選實施例中，根據(jù)本發(fā)明使用T網(wǎng)絡。
[0019]適于產(chǎn)生電磁場以便向車輛傳輸能量的任何段都包括固有電感。根據(jù)本發(fā)明的基本思想，使用固有電感保持小的無功功率。因此，提出彼此相對地并針對所述段中的任何額外電容調(diào)整所述第一電感和所述第一電容以及至少部分(優(yōu)選完全)由所述段的固有電感形成的第二電感，從而可以在相應的諧振頻率下操作所述段，所述段產(chǎn)生的無功功率基本為零。優(yōu)選地，第二電感完全由該段或該段的線路的固有電感形成。此外，優(yōu)選所述段不包括額外的電容，所述額外電容補償所述段的固有電感，以避免所述段產(chǎn)生無功功率。換言之，實功率，有時稱為“有功功率”盡可能高。
[0020]由于使用該段的固有電感來優(yōu)化能量傳輸?shù)男剩钥梢詼p少分立部件的數(shù)量:首先，與電感在接頭兩側(cè)大小相同的T網(wǎng)絡相比，可以減小或省略恒流源輸出側(cè)的電感。第二，可以省略用于補償該段固有電感以減小或消除無功功率的額外電容或?qū)⑵錅p小到更小。結(jié)果，減少了安裝工作量和成本。此外，減少了冷卻恒流源輸出側(cè)電感的工作量，因為在恒流源的輸出側(cè)僅有小的分立部件(例如小的電感器)或沒有分立部件，該段的電感是固有性質(zhì)的，因此在整個段上分布。
[0021]具體而言，提出了如下內(nèi)容:一種用于向車輛，尤其是諸如輕軌車的有軌車輛或諸如公共汽車的道路汽車，傳輸電能的系統(tǒng)，其中
[0022]-所述系統(tǒng)包括電導體裝置，用于產(chǎn)生交變電磁場并由此向車輛傳輸電磁能量，
[0023]-該導體裝置包括多個段，其中每個段沿著車輛的行進路徑的部分延伸，
[0024]-每個段包括針對要由所述段承載的交變電流每個相的一條線路，以便產(chǎn)生所述電磁場，
[0025]-該系統(tǒng)包括用于向多個段傳導電能的電流源，其中所述段與電流源彼此并聯(lián)電連接，
[0026]-所述段中的至少一個段經(jīng)由相關(guān)聯(lián)的恒流源耦合到電流源，恒流源適于在操作該段的同時，獨立于要傳輸?shù)窖卦摱涡旭偟囊粋€或多個車輛的電功率，保持通過該段的電流恒定，
[0027]-每個恒流源包括第一電感和任選地超過一個電感，并包括第一電容和任選地超過一個電容，彼此相對地并針對所述恒流源輸入側(cè)的電壓調(diào)整所述電感和所述電容，從而向輸出側(cè)，即所述段的一側(cè)輸出期望的恒定電流，
[0028]-第一電感布置于恒流源中將輸入側(cè)與輸出側(cè)連接的線路中，該線路的至少一個接頭與第一電容連接，[0029]-彼此相對地并針對所述段中的任何額外電容調(diào)整所述第一電感和所述第一電容以及至少部分由所述段的固有電感形成的第二電感，從而可以在相應的諧振頻率下操作所述段，所述段產(chǎn)生的無功功率基本為零。
[0030]此外，提出了一種制造用于向車輛傳輸電能的系統(tǒng)，尤其是根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述系統(tǒng)的方法，包括如下步驟:
[0031]-提供電導體裝置,其用于產(chǎn)生交變電磁場并由此向車輛傳輸電磁能量，
[0032]-提供多個段作為導體裝置的一部分，使得每個段沿車輛行進路徑的部分延伸，其中每個段包括用于將由所述段承載的交變電流每一相的一條線路，以便產(chǎn)生電磁場，
[0033]-提供用于向多個段傳導電能的電流源，其中所述段與電流源彼此并聯(lián)電連接，
[0034]-所述段中的至少一個段經(jīng)由相關(guān)聯(lián)的恒流源耦合到電流源，恒流源適于在操作該段的同時，獨立于將傳輸?shù)窖卦摱涡旭偟囊粋€或多個車輛的電功率，保持通過該段的電流恒定，
[0035]-為每個恒流源裝備第一電感和任選地超過一個電感，并裝備第一電容和任選地超過一個電容，其中彼此相對地并針對所述恒流源輸入側(cè)的電壓調(diào)整所述電感和所述電容，從而向輸出側(cè)，即所述段的一側(cè)輸出期望的恒定電流，
[0036]-將第一電感布置于恒流源中將輸入側(cè)與輸出側(cè)連接的線路中，將該線路的至少一個接頭與第一電容連接，
[0037]-調(diào)整所述恒流源的第一電感和所述第一電容以及至少部分由所述段的固有電感形成的第二電感的大小，從而可以在相應的諧振頻率下操作所述段，所述段產(chǎn)生的無功功
率基本為零。
[0038]此外，提出了一種操作用于向車輛傳輸電能的系統(tǒng)，尤其是根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述系統(tǒng)的方法，包括如下步驟:
[0039]-利用電導體裝置產(chǎn)生交變電磁場并由此向車輛傳輸電磁能量，
[0040]-使用多個段作為導體裝置的部分，其中每個段沿車輛行進路徑的不同部分延伸，其中使用每個段的一條線路或多條線路承載產(chǎn)生電磁場的交變電流的相應一相或多相，[0041 ]-利用電流源向多個段傳導電能，其中所述段與所述電流源彼此并聯(lián)電連接，
[0042]-在操作所述段的同時，獨立于向沿所述段行進的一個或多個車輛傳輸?shù)碾姽β?，利用一?cè)耦合到所述段，另一側(cè)耦合到所述電流源的恒流源保持通過所述段中的至少一個的電流恒定，
[0043]-在每個恒流源中使用第一電感和任選地超過一個電感，并使用第一電容和任選地超過一個電容，其中彼此相對地并針對所述恒流源輸入側(cè)的電壓調(diào)整所述電感和所述電容，從而向輸出側(cè)，即所述段的一側(cè)輸出期望的恒定電流，其中將第一電感布置于恒流源中將輸入側(cè)與輸出側(cè)連接的線路中，且其中將該線路的至少一個接頭連接到第一電容，
[0044]-利用以對應方式調(diào)整大小的第一電感和第一電容以及至少部分由所述段的固有電感形成的第二電感，操作所述段，使得所述段產(chǎn)生的無功功率基本為零。
[0045]具體而言，在由該段、第一電感、第一電容、第二電感和其他任選部件構(gòu)成的組合的諧振頻率下操作該段。
[0046]優(yōu)選地，所述多個段的每個段都經(jīng)由相關(guān)聯(lián)的恒流源耦合到電流源，如上所述或如下所述調(diào)整恒流源。[0047]所述段可以包括多條線路，其中每條線路都適于承載多相交流電的不同相，其中多個段的每條線路耦合到恒流源的對應線路。優(yōu)選地，所述段，由此所述電導體裝置包括三條線路。不過，也可能由對應數(shù)量的線路承載僅兩個或超過三個相。具體而言，每個段可以包括每條線路的部分，使得每個段產(chǎn)生由三相導致的電磁場。
[0048]第一電感和第一電容優(yōu)選是電連接到該段的公共模塊的部分。對于多條線路而言，公共模塊優(yōu)選包括恒流源所有線路的第一電感和第一電容。在公共模塊中集成多個部件有助于現(xiàn)場安裝系統(tǒng)。具體而言，可以將公共模塊掩埋在地中。此外，不僅減少了放置單元的工作量，而且減少了建立部件之間以及通往外部單元(一側(cè)為電流源，另一個為該段)的電連接的工作量。公共模塊還可以包括輔助設(shè)備，例如冷卻風扇或液體冷卻裝置。此外，可以在公共模塊中集成逆變器(對于直流電源)和用于切換上述單元或逆變器的控制裝置。
[0049]例如，公共模塊可以包括外殼和/或支架，其中在外殼內(nèi)部布置部件和單元和/或?qū)⑺鼈児潭ǖ街Ъ堋?br> [0050]具體而言，公共模塊可以包括用于將電流源的不同部分連接到公共模塊的第一和第二連接。這意味著公共模塊自身包括電流源的其他部分。這一其他部分電連接用于連接電流源的外部部分的第一和第二連接。
[0051]根據(jù)優(yōu)選實施例，所述恒流源經(jīng)由變壓器連接到所述電流源，且其中所述變壓器適于產(chǎn)生將輸入到所述恒流源中的輸入電壓，從而由所述恒流源產(chǎn)生期望的恒定電流。如果不把所述段的固有電感用于使無功功率最小化，也可以根據(jù)本說明書中描述的實施例之一使用變壓器。換言之，使用變壓器可以是獨立的想法，或者可以與上述本發(fā)明組合。
[0052]優(yōu)選所述第二電感完全由所述段或所述段的線路的固有電感形成，即針對所述第二電感調(diào)整所述變壓器，從而產(chǎn)生輸入電壓，實現(xiàn)期望的恒定電流。
[0053]變壓器提高了靈活性，因為它允許根據(jù)需要調(diào)整恒流源的輸入電壓。具體而言，可以通過選擇變壓器的變壓比設(shè)置通過段的期望恒定電流。此外，可以使用具有不同輸入電壓和輸出電壓變壓比的變壓器將不同類型的段(尤其是具有不同長度，因此具有不同電感)耦合到同一電流源。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0054]將參考附圖描述本發(fā)明的實施例和范例。附圖示出了:
[0055]圖1，一種包括用于軌道車輛的軌道和車輛的裝置，其中軌道裝備有多個段，用于產(chǎn)生電磁場，且其中經(jīng)由包括開關(guān)單元和恒流源的模塊將段連接到交流電源，
[0056]圖2，類似于圖1所示裝置的裝置，其中各段與直流電源彼此并聯(lián)連接，
[0057]圖3，包括多個段的裝置，其中將成對的段連接到同一逆變器，以對直流電流進行逆變，
[0058]圖4，包括逆變器、恒流源和兩個開關(guān)單元的裝置的模塊，所述裝置用于將成對的段連接到恒流源，
[0059]圖5，恒流源的電路圖，包括用于使無功功率最小化的電感率，其中該電路圖示出了用于一相電流的簡化版本，
[0060]圖6，電路圖，示出了圖5的恒流源與段的組合，
[0061]圖7，用于類似于圖6所示裝置的裝置的電路圖，其中將段的固有電感的一部分用于使無功功率最小化，
[0062]圖8，類似于圖7所示裝置的裝置的電路圖，其中將段的整個固有電感用于使無功功率最小化，
[0063]圖9，電路圖，示出了連接到變壓器的圖8的裝置，
[0064]圖10，類似于圖9所示裝置的裝置的電路圖，其中將恒流源的電感與變壓器的雜散電感組合，以便減少分立部件的數(shù)量，
[0065]圖11，類似于圖10所示裝置的裝置的電路圖，其中僅將段的固有電感的一部分用于使無功功率最小化，
[0066]圖12，包括開關(guān)單元和恒流源的模塊，尤其是圖1中模塊之一的實施例，
[0067]圖13，包括開關(guān)單元和恒流源的模塊的另一實施例，其中該模塊還包括用于控制開關(guān)操作的控制裝置，包括電流傳感器，用于測量通過將連接到相關(guān)聯(lián)的段的線路的線路中的至少一條線路的電流，
[0068]圖14，模塊的另一實施例，還包括用于補償所述相關(guān)聯(lián)的段的線路的電感的電容，
[0069]圖15，包括變壓器的模塊的另一變型，變壓器用于將交流電源一側(cè)的交流電壓變換成該段一側(cè)的交流電壓，其中變壓器輔助側(cè)上的雜散電感充當恒流源的輸入側(cè)電感(即第一電感)，以及
[0070]圖16，圖4的模塊的變型，適于為一對段提供恒定電流，其中該段的相應恒流源使用公共的第一電感，且其中使用開關(guān)操作第一段、第二段或不操作任何段。
【具體實施方式】
[0071]圖1示意性示出了沿軌道行進的車輛81，尤其是諸如電車的輕軌車輛。在這一具體實施例中，車輛81包括兩個接收機la、lb，用于接收由軌道的段Tl、……T6產(chǎn)生的電磁場。接收機la、lb位于車輛81底部，在車輛81前部和后部的中截面中。接收機可以包括多條線路，用于產(chǎn)生交變電流的不同相。車輛可以具有任何其他數(shù)量的接收機。
[0072]接收機la、lb與車輛81之內(nèi)的其他設(shè)備，例如與轉(zhuǎn)換器(未示出)連接，轉(zhuǎn)換器用于將接收機I產(chǎn)生的交變電流轉(zhuǎn)換成直流電流。例如，可以使用直流電流為車輛81的電池或其他能量儲存器5a、5b充電。此外，可以將直流電流逆變成交變電流，用于為車輛81的至少一個牽引電動機供應電能。
[0073]接收機la、lb可以與用于控制信號發(fā)射機(未示出)操作的控制裝置連接，信號發(fā)射機也位于車輛81的底部，從而將信號發(fā)射機發(fā)射的信號向軌道發(fā)射。
[0074]如上所述，軌道包括一系列連續(xù)的段T1、T2、T3、T4、T5、T6 (在實踐中，可以提供更多的段)，它們可以彼此獨立地被操作(即加電)，并在工作期間產(chǎn)生電磁場，以便向車輛81傳輸能量。每個段都在車輛行進的路徑部分上延伸。
[0075]在圖1所示的狀況下，車輛81的接收機la、Ib分別位于段T2、T4上方。因此，操作這些段T2、T4 (即在接通狀態(tài)，電流流經(jīng)該段，導致電磁場)，不操作其他段Tl、T3、T5、T6(即，處于關(guān)閉狀態(tài)，沒有電流通過該段)。
[0076]在圖1中所示的范例中，每個段T都經(jīng)由模塊M1、M2、M3、M4、M5、M6連接到交變電流線3。模塊M包括開關(guān)單元，開關(guān)單元適于通過將段T連接至電源3或?qū)⒍蜹與電源3斷開連接來接通或關(guān)閉該段。由于圖1中所示范例的每個段包括用于承載交變電流不同相的三條線路，每個開關(guān)單元包括三個開關(guān)，每條線路至少一個開關(guān)。
[0077]此外，模塊M包括恒流源。由逆變器55為交流電源3饋送交變電流。
[0078]在所有附圖中，相同的附圖標記表示具有相同或類似功能的元件和器件。
[0079]與圖1中所示的裝置相反，圖2的裝置包括直流電源4，其具有處在第一電勢的第一線路4a和處在另一電勢的第二電源線4b。能源S連接到線路4a、4b。每個段包括多條線路(尤其是三條線路)，用于承載交變電流的獨立相。由在其直流側(cè)連接到直流電源4的相關(guān)聯(lián)的逆變器K1、K2、K3、K4、K5、K6產(chǎn)生交變電流。在圖2中所示的裝置中，每個段T具有一個逆變器K。
[0080]圖1和圖2示出了向各個段供應電能的不同原理。根據(jù)圖1的原理，在中央位置處產(chǎn)生多相交變電流，并經(jīng)由交流電源供應給各個段。根據(jù)圖2的原理，電流源是連接中央能源與個體逆變器的直流電源。不過，可以組合這些原理。
[0081]圖3示出了這種組合的一個范例。有其他方式來組合各個原理，也可以將本發(fā)明應用于這些其他組合。在圖3中所示的裝置中，多個逆變器與具有線路4a、4b的直流電源彼此并聯(lián)連接。不過，與圖2中所示的裝置相反，逆變器P1、P2、P3連接到多個交流電源，這些電源的每個將逆變器P與一個段T連接。根據(jù)圖3中所示的具體實施例，每個逆變器P都連接到兩個段Tl、T4 ;Τ2，Τ5 ;Τ3，Τ6。如沿著段T行進的車輛81長度示意性所示，在車輛在圖3所示位置行進時，僅操作成對段T的一個段Tl、Τ2、Τ3或Τ4、Τ5、Τ6。操作段Τ2、Τ3、Τ4以便向車輛81的接收機la、lb傳輸能量。操作段Tl、Τ5、Τ6不會導致向車輛81傳輸大量能量。如果車輛繼續(xù)在圖3中從左至右行進，段Τ2將被關(guān)閉，取而代之將接通段Τ5。
[0082]結(jié)果，一次將僅操作一對段T中連接到同一逆變器P的一個段。因此，能夠組合逆變器與恒流源，恒流源適于產(chǎn)生通過單個段的期望恒定電流。在替代裝置中，例如，可以將超過兩個段連接到同一逆變器，并一次僅操作這些段之一。
[0083]圖4示出了包括逆變器W的模塊，可以像技術(shù)人員公知的那樣構(gòu)造該逆變器W。例如，在要產(chǎn)生三相交變電流的情況下，針對每相可以有電橋，該電橋包括兩個串聯(lián)連接的半導體開關(guān)。由于逆變器的構(gòu)造是已知的，所以不會參考圖4描述細節(jié)。在交流側(cè)，將逆變器W連接到恒流源12。這一恒流源12由無源元件網(wǎng)絡構(gòu)成，即交變電流每條相線中的一個電感18a、18b、18c，以及將始于接頭21a、21b、21c的相線之一連接到公共星點11的連接中的一個電容 20a、20b、20c。
[0084]如下所述，恒流源在位于接頭21與第一電感18相反一側(cè)的每條相線中還可以包括第二電感?？梢詫⑦@樣的裝置稱為三相T網(wǎng)絡。第二電感的目的是使連接到恒流源的段產(chǎn)生的無功功率最小化。
[0085]在圖4中所示的范例中，恒流源12的相線經(jīng)由第二電容42a、42b、42c連接到接頭7a、7b、7c。電容42用于補償可以連接到接頭7的段的固有電感。在這種情況下，“補償”表示在操作段的同時使相應段產(chǎn)生的無功功率最小化。這示出了如下原理:可以將補償電容集成到也包括恒流源的模塊中。圖4中示出的模塊的變型是可能的。例如，該模塊可以不包括逆變器，因為逆變器可以位于中央位置，多個模塊可以與交流電源彼此并聯(lián)連接，例如，如圖1所示。此外，可以省去圖4右側(cè)所示的開關(guān)單元13a、13b，或者可以將單個開關(guān)單元與恒流源組合。在這種情況下，優(yōu)選開關(guān)單元位于恒流源的輸入側(cè)，即，關(guān)閉開關(guān)單元表示將恒流源與電流源斷開連接。[0086]在圖4中所示的范例中，第一開關(guān)單元13a包括半導體開關(guān)16a、16b、16c，每條相線中一個，第一開關(guān)單元13a連接到接頭7a、7b、7c,通過類似方式,第二開關(guān)單元13b的半導體開關(guān)16a、16b、16c也連接到接頭7。例如,第一開關(guān)單元13a可以連接到圖3的交流電源6a、6c或6e,第二開關(guān)單元13b可以連接到圖3的交流電源6b、6d或6f。
[0087]圖5中所示的T網(wǎng)絡包括第一電感L6pi和第二電感L6P2。索引“6P”表示恒流源可以是六極濾波器，即具有三相線路的無源部件網(wǎng)絡，因此在輸入側(cè)具有三個極或連接，在恒流源的輸出側(cè)具有三個極或連接。不過，本發(fā)明不限于三個相。相反，可以將本發(fā)明應用于僅具有一個相線的段的恒定電流操作，即使用單相交變電流操作段。此外，可以將本發(fā)明應用于任何其他數(shù)量的相。
[0088]圖5-圖11中所示的圖指出了單相恒流源的情況。圖12-15將示出針對三相情況的對應范例。 [0089]在第一和第二電感L6P1、L6p2之間的相線100之內(nèi)，布置接頭21，電容C6p連接到其上。電容的相反極連接到不包括第一和第二電感的另一條線路101或者(對于多相裝置)連接到星點。
[0090]圖5的左側(cè)不出了恒流源12的輸入側(cè)。由Ue6p表不輸入側(cè)的電壓，由I1表不輸入側(cè)的電流。由I2表示輸出側(cè)的電流。
[0091]圖6示出了連接到具有固有電感Lt的段T的圖5的恒流源12。結(jié)果，通常必須要通過串聯(lián)連接到固有電感Lt的額外電容Ct補償固有電感Lt，以便在期望的諧振頻率下操作該段，并減小或最小化操作該段T時會產(chǎn)生或產(chǎn)生的無功功率。
[0092]根據(jù)本發(fā)明，提出使用段T的固有電感的至少一部分作為恒流源T網(wǎng)絡的一部分。即，使用這個部分或整個固有電感Lt來減小或消除由段T產(chǎn)生的無功功率。
[0093]圖7示出了僅使用固有電感LT—部分的情況。閉合T網(wǎng)絡元件中的虛線將固有電感Lt切割成兩個部分。結(jié)果，仍然有要由額外電容Ct補償?shù)墓逃须姼蠰t的一個部分。不過，與圖6所示的情況相比，這一補償電容的大小更小。
[0094]圖8示出了將整個固有電感Lt用作T網(wǎng)絡一部分的情況。不過，固有電感Lt通常大于利用給定輸入電壓產(chǎn)生期望大小(第一電感L6pi)恒定電流所需的電感。另一方面，T網(wǎng)絡的第一和第二電感應當具有相同的尺寸，即應當具有相同的值。因此，圖8中所示的電感比圖5、圖6和圖7更長(對應于更大值)。
[0095]在諧振中，針對恒流源輸入側(cè)的交流電頻率調(diào)整電感和電容，使得通過該段的交流電以諧振頻率振蕩，該諧振頻率是該段與恒流源的組合的諧振頻率，以下所述適用于LC電路，即包括電感L和電容C的電路:
[0096]
【權(quán)利要求】
1.一種用于向車輛(81 ;91)，尤其是諸如輕軌車的有軌車輛(81)或諸如公共汽車的道路汽車(91)，傳輸電能的系統(tǒng)，其中 -所述系統(tǒng)包括電導體裝置(3，T)，其用于產(chǎn)生交變電磁場并且由此向所述車輛傳輸電磁能量， -所述導體裝置(3，T)包括多個段(Tl，T2，T3，T4，T5，T6)，其中每個段(Tl，T2，T3，T4，T5，T6)沿著所述車輛的行進路徑的部分延伸， -每個段包括針對將由所述段承載的交變電流每一相的一條線路，以便產(chǎn)生所述電磁場， -所述系統(tǒng)包括用于向所述多個段(Tl，T2，T3，T4，T5，T6)傳導電能的電流源(3)，其中所述段(Tl，T2，T3，T4，T5，T6)與所述電流源(3)彼此并聯(lián)電連接， -所述段(Tl，T2，T3，T4，T5，T6)中的至少一個段經(jīng)由相關(guān)聯(lián)的恒流源(12)耦合到所述電流源(3)，所述恒流源(12)適于在操作所述段(Tl，T2，T3，T4，T5，T6)的同時，獨立于向沿著所述段(Tl，T2，T3，T4，T5，T6)行進的一個或多個車輛傳輸?shù)碾姽β?，保持通過所述段(Tl，T2，T3，T4，T5，T6)的電流恒定， -每個恒流源(12)包括第一電感(L6pi)和任選地超過一個電感，并且包括第一電容(C6p)和任選地超過一個電容，彼此相對地并且針對所述恒流源的輸入側(cè)的電壓調(diào)整所述電感和所述電容，從而向輸出側(cè)，即所述段的一側(cè)，輸出期望的恒定電流， -所述第一電感(L6pi)布置于將所述輸入側(cè)與所述輸出側(cè)連接的恒流源(12)的線路(100)中，所述線路(100·)的至少一個接頭與所述第一電容(C6p)連接， -彼此相對地并且針對所述段中的任何額外電容調(diào)整所述第一電感(L6pi)和所述第一電容(C6p)以及至少部分由所述段(T)的固有電感(LT)形成的第二電感(L6P2)，從而可以在相應的諧振頻率下操作所述段，并且所述段(T)產(chǎn)生的無功功率基本為零。
2.根據(jù)前述權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其中所述第一電感(L6pi)和所述第一電容(C6p)是電連接到所述段的公共模塊的部分。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的系統(tǒng)，其中連接到相關(guān)聯(lián)的恒流源(12)的所述至少一個段(T)包括連接到所述恒流源(12)的相應線路的多條電線，其中 -所述段的線路和所述恒流源(12)的線路的每一串聯(lián)連接適于承載多相交流電的不同相， -所述恒流源(12)的每條線路包括形成所述第一電感(L6pi)的電感器或電感器裝置，并且包括經(jīng)由接頭連接到所述線路的形成所述第一電容(C6p)的電容器或電容器裝置，并且 -對于每個所述串聯(lián)，彼此相對地并且針對所述段中的任何額外電容調(diào)整所述第一電感(L6pi)和所述第一電容(C6p)以及至少部分由所述段的相應線路的固有電感(Lt)形成的第二電感(L6P2)，從而能夠在相應的諧振頻率下操作所述段，并且所述段產(chǎn)生的無功功率基本為零。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的系統(tǒng)，其中所述第二電感(L6p2)完全由所述段(T)或所述段的所述線路的固有電感(Lt)形成。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其中所述段不包括額外的電容，所述額外的電容補償所述段的所述固有電感，以避免所述段產(chǎn)生無功功率。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的系統(tǒng)，其中所述恒流源(12)經(jīng)由變壓器連接到所述電流源，并且其中所述變壓器適于產(chǎn)生將輸入到所述恒流源(12)中的輸入電壓，從而由所述恒流源(12)產(chǎn)生所述期望的恒定電流。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其中所述第二電感(L6p2)完全由所述段(T)或所述段的所述線路的固有電感(Lt)形成，即針對所述第二電感(L6p2)調(diào)整所述變壓器，從而產(chǎn)生導致所述期望的恒定電流的輸入電壓。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其中所述變壓器的雜散電感充當所述恒流源的所述第一電感(L6pi)。
9.一種制造用于向車輛傳輸電能的系統(tǒng)，尤其是根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述系統(tǒng)的方法，包括以下步驟: -提供電導體裝置(3，T)，其用于產(chǎn)生交變電磁場并且由此向所述車輛傳輸電磁能量，-提供多個段(Tl，T2，T3，T4，T5，T6)作為所述導體裝置(3，T)的一部分，使得每個段(Tl，T2，T3，T4，T5，T6)沿著所述車輛的行進路徑的部分延伸，其中每個段包括用于將由所述段承載的交變電流的每一相的一條線路，以產(chǎn)生所述電磁場， -提供用于向多個段(Tl，T2，T3，T4，T5，T6)傳導電能的電流源(3)，其中所述段(Tl，T2，T3，T4，T5，T6)與所述電流源(3)彼此并聯(lián)電連接， -經(jīng)由相關(guān)聯(lián)的恒流源(12)將所述段(Tl，T2，T3，T4，T5，T6)中的至少一個段耦合到所述電流源(3)，所述恒流源(12)適于在操作所述段(Tl，T2，T3，T4，T5，T6)的同時，獨立于向沿著所述段(Tl，T2，T3，T4，T5，T6)行進的一個或多個車輛傳輸?shù)碾姽β?，保持通過所述段(Tl，T2，T3，T4 ，T5，T6)的電流恒定， -為每個恒流源(12)裝備第一電感(L6pi)和任選地超過一個電感，并且裝備第一電容(C6p)和任選地超過一個電容，其中彼此相對地并且針對所述恒流源的輸入側(cè)的電壓調(diào)整所述電感和所述電容，從而向輸出側(cè)，即所述段的一側(cè)，輸出期望的恒定電流， -將所述第一電感(L6pi)布置于將所述輸入側(cè)與所述輸出側(cè)連接的所述恒流源(12)的線路(100)中，并且將所述線路(100)的至少一個接頭連接到所述第一電容(C6P)， -調(diào)整所述恒流源的所述第一電感(L6pi)和所述第一電容(C6P)以及至少部分由所述段(T)的固有電感(Lt)形成的第二電感(L6p2)的大小，從而能夠在相應的諧振頻率下操作所述段，并且所述段(T)產(chǎn)生的無功功率基本為零。
10.一種操作用于向車輛傳輸電能的系統(tǒng)，尤其是根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述系統(tǒng)的方法，包括以下步驟: -利用電導體裝置(3，T)產(chǎn)生交變電磁場并且由此向所述車輛傳輸電磁能量，-使用多個段(1'1，1233，14，15，16)作為所述導體裝置(3，!')的部分，其中每個段(1'1，T2，T3，T4，T5，T6)沿著所述車輛的行進路徑的不同部分延伸，其中每個段的一條線路或多條線路用于承載產(chǎn)生所述電磁場的交變電流的相應相或相應多個相， -利用電流源(3)向多個段(Tl，T2，T3，T4，T5，T6)傳導電能，其中所述段(Tl，T2，T3，T4，T5，T6)與所述電流源(3)彼此并聯(lián)電連接， -在操作所述段(Tl，T2，T3，T4，T5，T6)的同時，獨立于向沿著所述段(Tl，T2，T3，T4，T5，T6)行進的一個或多個車輛傳輸?shù)碾姽β?，利用一?cè)耦合到所述段(Tl，T2，T3，T4，T5，T6)并且另一側(cè)耦合到所述電流源(3)的恒流源(12)來保持通過所述段(T1，T2，T3，T4，T5，T6)中的至少一個段的電流恒定，-在每個恒流源(12)中使用第一電感(L6pi)和任選地超過一個電感，以及第一電容(C6p)和任選地超過一個電容，其中彼此相對地并且針對所述恒流源的輸入側(cè)的電壓調(diào)整所述電感和所述電容，從而向輸出側(cè)，即所述段的一側(cè)，輸出期望的恒定電流，其中所述第一電感(L6pi)被置于將所述輸入側(cè)與所述輸出側(cè)連接的所述恒流源(12)的線路(100)中，并且其中所述線路(100)的至少一個接頭連接到所述第一電容(C6P)， -利用通過對應方式調(diào)整大小的所述第一電感(L6pi)和所述第一電容(C6p)以及至少部分由所述段(T)的固有電感(Lt)形成的第二電感(L6P2)，操作所述段，使得所述段產(chǎn)生的無功功率基本為零。
【文檔編號】B60L5/00GK103717436SQ201280036600
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2012年6月11日 優(yōu)先權(quán)日:2011年6月10日
【發(fā)明者】K·福倫懷德, K·沃羅諾維茨, R·查因斯基, J·邁因斯 申請人:龐巴迪運輸有限公司