專利名稱：一種用于鐵路機(jī)車牽引裝置的高效率多路電流供電系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及給牽引裝置的供電，更具體地涉及一種用于機(jī)車的多路電流供電系統(tǒng)，這種機(jī)車既適用于具有直流電的地區(qū)又適用于具有交流電的地區(qū)，該系統(tǒng)是一種高效率系統(tǒng)。
在法國以及在其他國家，可以用于鐵路網(wǎng)的電力隨地區(qū)而變化。通常，具有用50Hz、25kV交流電或16、67Hz、15kV交流電供電的地區(qū)和用3kV或1.5kV直流電供電的地區(qū)。
為使火車在所有這些地區(qū)同樣好地行駛，必須提供多路電流機(jī)車，即能從交流電和從直流電同樣好地獲取動(dòng)力的機(jī)車。
多路電流機(jī)車隨著使用基于閘門關(guān)斷(GTO)可控硅整流器的變換器而開始成為真正成功的，如在G.Wiegner的文章“(Conver-tisseurs ā GTO pour transports ferrouiaires”(用于鐵路運(yùn)輸?shù)腉TO變換器)中描述的那樣，該文章1989年7月發(fā)表在期刊ZEV上。該文章表明，GTO可控硅整流器已經(jīng)使開發(fā)稱之為1象限、2象限、或4象限的變換器成為可能，這些變換器適用于把交流或直流供電電流轉(zhuǎn)變?yōu)閿夭娏鳎@種斬波電流直接施加于控制機(jī)車電動(dòng)機(jī)的逆變器的輸入上。
因而，如在該文章中解釋的那樣，西德鐵路的ICE機(jī)械使用4象限電力變換器來供交流電，其中兩對(duì)GTO可控硅整流器的中點(diǎn)由一個(gè)變壓器的次級(jí)線圈互連，該變壓器的初級(jí)線圈連接到交流供電網(wǎng)上。
類似地，該文章描述了西班牙鐵路(RENFE)的系列252雙路電流機(jī)車，該機(jī)車使用三個(gè)4象限變換器來供給交流電，其中在3kV的直流供電條件下運(yùn)行時(shí)，該變換器的兩個(gè)被用作電壓降低斬波器。
遺憾的是，在這種類型的機(jī)車中，每個(gè)車架包括由一組兩個(gè)或三個(gè)變換器及一個(gè)或兩個(gè)逆變器供電的兩個(gè)電動(dòng)機(jī)。單個(gè)車架的變換器和逆變器具有公共接點(diǎn)(濾波電容器、GTO控制等)，以致于在同一車架中任何故障都導(dǎo)致從兩個(gè)電動(dòng)機(jī)中喪失牽引力(在此，變換器的最常見故障是其三個(gè)輸出之間的短路)。對(duì)于裝有四個(gè)電動(dòng)機(jī)的機(jī)車，一種故障就會(huì)導(dǎo)致牽引力損失50％。當(dāng)機(jī)車負(fù)有重載時(shí)，于是就不能完成工作。這就會(huì)打亂與該列火車有關(guān)的時(shí)間表也打亂了其他火車。
這就是為什么本發(fā)明的第一目的在于提供一種至少具有四個(gè)電動(dòng)機(jī)的多路電流供電系統(tǒng)，其中即使在一個(gè)電壓變換器出故障的情況下也能繼續(xù)向電動(dòng)機(jī)供電。
本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種用于四個(gè)電動(dòng)機(jī)的多路電流供電系統(tǒng)，該系統(tǒng)在一個(gè)變換器出故障的情況下從所有四個(gè)電動(dòng)機(jī)獲取牽引力，而在一個(gè)逆變器或一個(gè)電動(dòng)機(jī)出故障的情況下使來自三個(gè)電動(dòng)機(jī)的牽引力是可利用的。
在第一方面，于是本發(fā)明提供了一種用于具有2N個(gè)電動(dòng)機(jī)的機(jī)車的多路電流供電系統(tǒng)，這里N大于或等于2，該系統(tǒng)包括2N對(duì)分別與2N個(gè)電動(dòng)機(jī)連接的電壓變換器，每個(gè)所述電動(dòng)機(jī)的每一個(gè)借助于連接到一個(gè)并聯(lián)電容器的端子上的逆變器供電，并且所述變換器對(duì)的每一對(duì)包括一個(gè)第一電壓變換器和一個(gè)第二電壓變換器，這兩個(gè)變換器與所述并聯(lián)電容器的端子并聯(lián)連接。當(dāng)機(jī)車用交流電供電時(shí)，每對(duì)變換器中的第一電壓變換器的中點(diǎn)，以使變換器的每一對(duì)形成一個(gè)4象限變換器的方式，連接到同一對(duì)中的第二變換器的中點(diǎn)，所述的連接通過一個(gè)變壓器的次級(jí)線圈和處于閉合位置的一個(gè)分段開關(guān)實(shí)現(xiàn)，該變壓器的初級(jí)線圈直接連到一個(gè)交流電源的端子上。
當(dāng)機(jī)車用直流供電時(shí)，且對(duì)于1≤i≤N的i，電動(dòng)機(jī)M2i全部并聯(lián)連接而電動(dòng)機(jī)M2i-1也全部并聯(lián)連接；每對(duì)電壓變換器2i-1中的第一和第二變換器的中點(diǎn)通過各自的電感器連接到每一電壓變換器對(duì)2i上，并且每一電壓變換器對(duì)2i的第一和第二變換器的中點(diǎn)通過各自的電感器連接到電壓變換器對(duì)2i-1上。
一個(gè)與每一所述電壓變換器對(duì)連接的開關(guān)使下面的事實(shí)成為可能a)當(dāng)機(jī)車的直流供電電壓大于每個(gè)所述電動(dòng)機(jī)兩端所要求的電壓時(shí)，處于第一位置，以便分別把每一所述電壓變換器對(duì)2i或2i-1連接為用于電動(dòng)機(jī)M2i-1或M2i的電壓降低斬波器。
b)當(dāng)供給機(jī)車的直流供電電壓小于每個(gè)所述電動(dòng)機(jī)兩端所要求的電壓時(shí)，處于第二位置，以便分別把每一所述電壓變換器對(duì)2i或2i-1連接成用于電動(dòng)機(jī)M2i-1或M2i的電壓升高斬波器。
本發(fā)明的系統(tǒng)還包括一個(gè)與每一電壓變換器對(duì)i連接的開關(guān)用于在有故障的情況下斷開該對(duì)電壓變換器。
在第二方面，本發(fā)明還提供了一種用于具有2N個(gè)電動(dòng)機(jī)的機(jī)車的多路電流供電系統(tǒng)，此處N大于或等于2，該系統(tǒng)包括2N對(duì)分別與2N個(gè)電動(dòng)機(jī)連接的電壓變換器，每一所述電動(dòng)機(jī)借助于連接到并聯(lián)電容器端子上的逆變器供電，并且每一所述變換器對(duì)包括一個(gè)第一電壓變換器和一個(gè)第二電壓變換器，這兩個(gè)變換器與所述并聯(lián)電容器的端子并聯(lián)連接。當(dāng)給機(jī)車供交流電時(shí)，每對(duì)變換器中的第一電壓變換器的中點(diǎn)，以使變換器的每一對(duì)形成4象限變換器的方式，連接到同一對(duì)的第二變換器器的中點(diǎn)，所述連接通過一個(gè)變壓器的次級(jí)線圈和處于閉合位置的一個(gè)分段開關(guān)實(shí)現(xiàn)，該變壓器的初級(jí)線圈直接連接到交流電源的端子上。
當(dāng)機(jī)車供給直流電且假定i為≤i≤N時(shí)，a)如果供電電壓大于所述電動(dòng)機(jī)所要求的供電電壓，則i)每一電壓變換器對(duì)2i-1的第一變換器的中點(diǎn)通過一個(gè)電感器連接到電壓變換器對(duì)2i的高電位點(diǎn)，而每電壓變換器對(duì)2i的第一變換器的中點(diǎn)通過一個(gè)電感器連接到電壓變換器對(duì)2i-1的低電位點(diǎn)；ii)每一電壓變換器對(duì)2i-1的第二變換器的中點(diǎn)通過一個(gè)電感器連接到電壓變換器對(duì)2i+2的高電位點(diǎn)，而每一電壓變換器對(duì)2i的第二變換器的中點(diǎn)通過一個(gè)電感器連接到電壓變換器對(duì)2i+1的低電位點(diǎn)；及iii)電壓變換器對(duì)2N-1的第二變換器的中點(diǎn)通過一個(gè)電感器連接到電壓變換器對(duì)2的高電位點(diǎn)，而電壓變換器對(duì)2N的第二變換器的中點(diǎn)通過一個(gè)電感器連接到電壓變換器對(duì)1的低電位點(diǎn)；這樣使所述電壓變換器都作為電壓降低斬波器工作；及b)如果供電電壓低于所述電動(dòng)機(jī)所要求的供電電壓，則每一電壓變換器對(duì)2i-1的第一和第二變換器的中點(diǎn)通過各自的電感器連接到電壓變換器對(duì)2i的低電位點(diǎn)，而每一電壓變換器對(duì)2i的第一和第二變換器的中點(diǎn)通過各自的電感器連接到電壓變換器對(duì)2i-1的高電位點(diǎn)。
參照附圖閱讀所做的如下描述，將能更好地理解本發(fā)明，在附圖中

圖1是本發(fā)明多路電流供電系統(tǒng)的第一個(gè)四電動(dòng)機(jī)實(shí)施例的總電路圖；圖2是本發(fā)明多路電流供電系統(tǒng)的第二個(gè)四電動(dòng)機(jī)實(shí)施例的總電路圖；以及圖3是圖2的第二實(shí)施例擴(kuò)展到2N個(gè)電動(dòng)機(jī)的方框圖。
在圖1和2中表示的本發(fā)明的兩個(gè)實(shí)施例具有四個(gè)分別用圓周表示的電動(dòng)機(jī)。事實(shí)上，每個(gè)圓圈代表一個(gè)既包括一個(gè)電動(dòng)機(jī)又包括其連接的逆變器的單元，該單元不是本發(fā)明的部分，因此在下面的描述中沒有進(jìn)一步描述。
在圖1中所示的第一實(shí)施例中，首先看到，開關(guān)(常稱為分段開關(guān))Hi5和Hi6除在系統(tǒng)某些元件出現(xiàn)故障的情況下外總是處于閉合位置，這里i在1到4的范圍內(nèi)取任意值，正如下面解釋的那樣。在這個(gè)實(shí)施例中，兩個(gè)電動(dòng)機(jī)M1和M3并聯(lián)連接在點(diǎn)P1與P3之間，而另外兩個(gè)電動(dòng)機(jī)M2和M4并聯(lián)連接在點(diǎn)P2與P4之間。每個(gè)電動(dòng)機(jī)用一個(gè)從并聯(lián)電容器兩端得到的電壓供電，對(duì)于電動(dòng)機(jī)M1該電容器充電到電壓U1，對(duì)于M2為U2，對(duì)于M3為U3及對(duì)于M4為U4。
給每個(gè)與電動(dòng)機(jī)連接的電容器饋電的電路主要由一對(duì)電壓變換器組成。因此，變換器B11和B12并聯(lián)連接在電容器C1的兩端。這些電壓變換器的每一個(gè)為GTO可控硅整流器型，借助于施加到可控硅整流器的閘門上的控制信號(hào)，使得能夠利用從其中點(diǎn)取出的輸出電壓。該變換器的兩個(gè)可控硅整流器的每一個(gè)的閘門以與另一個(gè)相反的方式受一個(gè)邏輯信號(hào)控制，該信號(hào)有固定的頻率并且被一個(gè)0到1范圍內(nèi)的平均值進(jìn)行脈寬調(diào)制，因此能夠獲得一個(gè)輸出電壓，該電壓的值是施加在可控硅整流器的閘門上的控制信號(hào)脈沖寬度的函數(shù)。這一技術(shù)是眾所周知的并在許多專業(yè)著作中做過解釋，且在上面引用的文章中也進(jìn)行了解釋，因此在現(xiàn)在的描述中不做更詳細(xì)的解釋。不過，應(yīng)該注意，盡管使用可控硅整流器是實(shí)現(xiàn)在本發(fā)明中所用的電壓變換器的最佳方法，但是自然可以使用任何其他的開關(guān)系統(tǒng)，該系統(tǒng)也能完成與可控硅整流器相同的功能。
正如已經(jīng)描述的那樣，機(jī)車可以處在交流電供電的地區(qū)，例如，50Hz25kV供電的地區(qū)。在這樣的情況下，把單對(duì)變換器中的兩個(gè)變換器組合起來以形成一個(gè)4象限變換器，，正如在本技術(shù)領(lǐng)域眾所周知的那樣，因而，兩個(gè)變換器B11和B12在開關(guān)CT1閉合時(shí)通過一個(gè)變壓器的次級(jí)線圈S1使其中點(diǎn)相互連接，而該變壓器的初級(jí)線圈直接連接到交流電源上。
類似地，開關(guān)CT2、CT3和CT4也被閉合，并且其他變換器對(duì)的中點(diǎn)通過同一變壓器的各個(gè)次級(jí)線圈S2、S3和S4相互連接，該變壓器的初級(jí)線圈由交流電源供電，如同從懸垂線(catenary)接收電力那樣。
應(yīng)該看到，，當(dāng)供電為交流電時(shí)，那么所有開關(guān)Hi1、Hi2都是斷開的，i＝1至4。
還應(yīng)該看到，四個(gè)電動(dòng)機(jī)通過閉合開關(guān)H13、H23、H33和H43并聯(lián)地連接，因而電動(dòng)機(jī)供電電壓U1、U2、U3和U4是相同的。通過交錯(cuò)變換器Bi1、Bi2的斬波，使得能夠減小通過電容器Ci的均方根(rms)電流。
當(dāng)機(jī)車在供電為直流電的地區(qū)時(shí)，那么該系統(tǒng)第一實(shí)施例的工作如下。
如果該地區(qū)供給3kV的直流電，該電壓大于驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)要求的額定電壓(該電壓一般為2.8kV)，那么使變換器作為電壓降低斬波器工作。在這種情況下，電壓變換器B11的中點(diǎn)和電壓變換器B12的中點(diǎn)，通過閉合開關(guān)H12并經(jīng)各自的電感器L11和L12，都連接到對(duì)應(yīng)P4點(diǎn)電位的線上。類似地，，電壓變換器B21的中點(diǎn)和電壓變換器B22的中點(diǎn)，通過開關(guān)H22的閉合并經(jīng)各自的電感器L21和L22，，都連接到對(duì)應(yīng)P3點(diǎn)電位的線上。同樣，電壓變換器B31的中點(diǎn)和電壓變換器B32的中點(diǎn)，在開關(guān)H32閉合時(shí)并經(jīng)各自的電感器L31和L32，都連接到對(duì)應(yīng)P4點(diǎn)電位的線上；最后，電壓變換器B41和B42的中點(diǎn)在開關(guān)H42閉合時(shí)經(jīng)各自的電感器L41和L42連接到對(duì)應(yīng)P3點(diǎn)電位的線上。
如圖1中所示，，從直流電源得到的電壓是電位P1和P2點(diǎn)之間的UE，這里P2可以是地電位。如果變換器的上述配置作為電壓降低斬波器，，則點(diǎn)P3和P4的電位介于0到3kV之間。盡管這一特性不成為本發(fā)明的部分，值得提及的是，在電壓降低斬波器配置中，例如，變換器B11在電感器L11的輸出處提供一個(gè)電壓，提供該電壓以便把電容器C2充電到相對(duì)于電位P2(該電位可以認(rèn)為是0)的電壓U2，該電壓低于電壓UE并取決于控制脈沖的寬度，其中，使用處于0到1范圍中的系數(shù)α該控制脈沖被加到組成變換器的可控硅整流器的閘門上。這一結(jié)果從這樣的事實(shí)得到U2＝UE-U1+αU1因?yàn)閁1＝U2，那么U1＝UE-U1+αU1即U2＝U1＝UE/(2-α)可以看出，能夠利用控制得到一個(gè)與供電電壓UE的波動(dòng)無關(guān)的恒定電壓U1(或U2)。
如果機(jī)車現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)本身處在直流供電的地區(qū)但電壓為1.5kV，即電壓小于應(yīng)供給電動(dòng)機(jī)的額定電壓，那么要求變換器作為電壓升高斬波器工作。在這種情況下，，電壓變換器B11和B12的中點(diǎn)相互連接，并且因?yàn)殚_關(guān)H11是閉合的(H12是斷開的)，這些變換器的中點(diǎn)經(jīng)其各自的電感器L11和L12連接到對(duì)應(yīng)P2點(diǎn)電位的線上。同時(shí)，電壓變換器B21和B22的中點(diǎn)相互連接，并且因?yàn)殚_關(guān)H21是閉合的(H22保持?jǐn)嚅_)，這些變換器的中點(diǎn)經(jīng)其各自的電感器L21和L22連接到對(duì)應(yīng)P1點(diǎn)電位的線上。
類似地，電壓變換器B31和B32的中點(diǎn)相互連接，并且因?yàn)殚_關(guān)H31是閉合的，這些變換器的中點(diǎn)經(jīng)其各自的電感器L31和L32連接到對(duì)應(yīng)電位P2點(diǎn)的線上。同樣，變換器B41和B42的中點(diǎn)相互連接，并且因?yàn)殚_關(guān)H41是閉合的，這些變換器的中點(diǎn)經(jīng)其各自的電感器L41和L42也連接到對(duì)應(yīng)電位P1點(diǎn)的線上。
正如變換器連接為電壓降低斬波器的情形所述的那樣，加在點(diǎn)P1與P2之間的供電電壓為UE。但是，這時(shí)點(diǎn)P3和P4的電位在P1至P2范圍之外。盡管電壓升高斬波器的工作是熟知的且不成為本發(fā)明的部分，但回故其如何工作是合適的。因此，變換器B21在這種情況下工作以便提供一個(gè)電容器充電電壓U1，該電壓大于輸入電壓UE，并取決于控制脈沖的寬度，其中，通過利用0至1范圍內(nèi)的系數(shù)α該控制脈沖加到組成變換器的可控硅整流器的閘門上，因而U1α＝UE即U1＝UE/α上述的實(shí)施例與先有技術(shù)的供電系統(tǒng)相比表現(xiàn)出幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。首先，如果諸電動(dòng)機(jī)的一個(gè)發(fā)生故障，能夠通過斷開有關(guān)開關(guān)隔離開該電動(dòng)機(jī)，即對(duì)于M1為H15，對(duì)于M2為H25，對(duì)于M3為H35，或?qū)τ贛4為H45。這就能夠保持其他三個(gè)電動(dòng)機(jī)的工作。
然而，更重要的是，在一個(gè)電壓變換器發(fā)生故障的情況下，那么該故障不象先有技術(shù)中的情況那樣停止整個(gè)系統(tǒng)的工作。當(dāng)一個(gè)變換器發(fā)生故障時(shí)，通常變成短路。假定有故障的變換器是B11或B12，那么短路的效應(yīng)會(huì)把電壓U1降低到零。因此必須斷開開關(guān)(或分段開關(guān))H11、H12、H13、H16和CT1(當(dāng)供電為交流電時(shí))以隔離開有故障的變換器并繼續(xù)具有四個(gè)電動(dòng)機(jī)可用。當(dāng)故障涉及與其他三個(gè)電動(dòng)機(jī)的任何一個(gè)相連接的變換器時(shí)，通過斷開適當(dāng)?shù)拈_關(guān)組Hi1、Hi2、Hi3、Hi6和CTi以類似的方式應(yīng)用這一工作原理。
在圖1所示的電路中，，對(duì)于電動(dòng)機(jī)最好采用的布置是在一個(gè)車架上具有電動(dòng)機(jī)M1和M2而在另一個(gè)車架上具有電動(dòng)機(jī)M3和M4。然而，其他方式的電動(dòng)機(jī)布置自然是可能的而不超越本發(fā)明的范圍。
雖然在圖1中所示的系統(tǒng)具有四個(gè)電動(dòng)機(jī)，但可以把上述電路推廣到2N個(gè)電動(dòng)機(jī)。對(duì)于每一個(gè)附加的電動(dòng)機(jī)對(duì)，只要這樣做就足夠了，即把電動(dòng)機(jī)M2i-1和包括并聯(lián)電容器和變換器對(duì)的有關(guān)組件連接在點(diǎn)P1與P3之間，并把電動(dòng)機(jī)M2i及其并聯(lián)電容器和有關(guān)的變換器對(duì)連接在點(diǎn)P2和P4之間。在與每個(gè)電動(dòng)機(jī)附加對(duì)相連接的變換器對(duì)之間的連接以圖1中所示的同樣方法進(jìn)行，正如參照第一實(shí)施例所描述的那樣。換句話說，具有兩個(gè)電動(dòng)機(jī)的每個(gè)附加支路包括開關(guān)、電感器和電壓變換器元件，這些元件與在由電動(dòng)機(jī)M1和M2組成的支路中可找到的元件一樣。
可以看到，在具有2N個(gè)電動(dòng)機(jī)的電路中，一個(gè)電動(dòng)機(jī)或一個(gè)變換器的故障，通過利用參照?qǐng)D1所描述的同一工作原理，能夠繼續(xù)使用至少2N-1個(gè)電動(dòng)機(jī)。
本發(fā)明的第二實(shí)施例參照?qǐng)D2在下文中描述。
與圖1的第一實(shí)施例不同，在本實(shí)施例中，諸電動(dòng)機(jī)不再是成對(duì)并聯(lián)連接，而是相互獨(dú)立。然而，如上述的那樣，每個(gè)電動(dòng)機(jī)仍由從并聯(lián)電容器兩端得到的電壓驅(qū)動(dòng)，該電壓對(duì)電動(dòng)機(jī)M1為U1，對(duì)M2為U2，對(duì)M3為U3及對(duì)M4為U4。
給每個(gè)與一個(gè)電動(dòng)機(jī)連接的電容器供電的電路與第一實(shí)施例中的相同。如上所述，盡管最好使用可控硅整流器實(shí)現(xiàn)電壓變換器，顯然與可控硅整流器有相同功能的任何其他的開關(guān)系統(tǒng)也可以被使用。
當(dāng)機(jī)車處于交流供電(25kV50Hz)的地區(qū)時(shí)，諸變換器以與第一實(shí)施例中相同的方法連接，即對(duì)i在1至4的范圍內(nèi)的開關(guān)或分段開關(guān)CTi和Hi3是閉合的，而開關(guān)Hi1和Hi2則全部斷開。工作原理與第一實(shí)施例中的相同。
當(dāng)機(jī)車處于直流供電的地區(qū)內(nèi)時(shí)，則系統(tǒng)的第二實(shí)施例按如下工作。
如果該地區(qū)以直流電壓3kV供電，即電壓大于用于驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)所要求的額定電壓，額定電壓一般為2.8kV，那么要求變換器作為電壓降低斬波器工作。在這種情況下，電壓變換器B11的中點(diǎn)，通過開關(guān)H12的閉合，經(jīng)電感器L11連接到對(duì)應(yīng)電位P4點(diǎn)的線上，而電壓變換器B12的中點(diǎn)，通過開關(guān)H14的閉合，經(jīng)電感器L12連接到對(duì)應(yīng)電位P6點(diǎn)的線上。
同時(shí)，電壓變換器B21的中點(diǎn)通過開關(guān)H22的閉合經(jīng)電感器L21連接到對(duì)應(yīng)電位P3點(diǎn)的線上，而電壓變換器B22的中點(diǎn)通過開關(guān)H24的閉合經(jīng)電感器L22連接到對(duì)應(yīng)電位P5點(diǎn)的線上。
類似地，電壓變換器B31的中點(diǎn)通過開關(guān)H32的閉合經(jīng)電感器L31連接到對(duì)應(yīng)電位P6點(diǎn)的線上，而電壓變換器B32的中點(diǎn)通過開關(guān)H34的閉合經(jīng)電感器L32連接到對(duì)應(yīng)電位P4點(diǎn)的線上。。
同時(shí)，電壓變換器B41的中點(diǎn)通過開關(guān)H42的閉合經(jīng)電感器L41連接到對(duì)應(yīng)電位P5點(diǎn)的線上，而電壓變換器B42的中點(diǎn)通過開關(guān)H44的閉合經(jīng)電感器L42連接到對(duì)應(yīng)電位P3點(diǎn)的線上。
如圖2中所示，從直流電源得到的電壓是在電位P1與P2點(diǎn)之間的UE，這里P2可以是地電位。因?yàn)樵趫D2中所示電路中的變換器是電壓降低斬波器，所以點(diǎn)P3、P4、P5和P6的電位介于P1與P2之間。作為電壓降低斬波器的變換器的已知工作參照?qǐng)D1已經(jīng)做了概述，這里沒有必要重復(fù)。
如果現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)機(jī)車處于直流電源的地區(qū)內(nèi)，而電壓低于應(yīng)該供給電動(dòng)機(jī)的額定電壓，那么連接變換器以便作為電壓升高斬波器工作。在這種情況下，當(dāng)其變換器用作電壓升高斬波器時(shí)，由于建立的連接與參照附圖1在第一實(shí)施例中所描述的相同，所以沒有必要描述。建立的連接在規(guī)定連接方面沒有要說明的地方，因?yàn)檫@與第一實(shí)施例中規(guī)定的連接相同，正如參考圖1在變換器用作電壓升高斬波器時(shí)所描述的那樣。
如已經(jīng)描述的那樣，在這樣連接變換器以便作為電壓升高斬波器工作時(shí)，加在點(diǎn)P1與P2之間的電壓是UE，然而點(diǎn)P3、P4、P5和P6的電位在P1至P2的范圍之外。不僅變換器作為電壓升高斬波器的工作是已知的，而且在參照附圖1描述第一實(shí)施例時(shí)在上文中已經(jīng)進(jìn)行了扼要的回憶。與第一實(shí)施例不同，用于四個(gè)電動(dòng)機(jī)的供電電壓對(duì)于他們的每一個(gè)都獨(dú)立地控制。這就是為什么，與圖1的實(shí)施例不同，圖2的實(shí)施例沒有開關(guān)或分段開關(guān)Hi5和Hi6(這里i在1至4的范圍內(nèi))，這些開關(guān)在電動(dòng)機(jī)本身或與該電動(dòng)機(jī)連接的變換器發(fā)生故障，例如由短路形成的故障的情況下，用來隔離電動(dòng)機(jī)Mi。在這種故障的情況下，機(jī)車的四個(gè)電動(dòng)機(jī)中仍有三個(gè)可用。
正如在描述圖1時(shí)已經(jīng)說明的那樣，對(duì)于電動(dòng)機(jī)最好采用的布置是在一個(gè)車架上有電動(dòng)機(jī)M1和M2而在另一個(gè)車架上有電動(dòng)機(jī)M3和M4。然而電動(dòng)機(jī)的其他布置是可能的而不超越本發(fā)明的范圍。
盡管參照?qǐng)D2所描述的實(shí)施例僅有四個(gè)電動(dòng)機(jī)，但能夠把這一實(shí)施例推廣到2N個(gè)電動(dòng)機(jī)，如在圖3中表明的那樣。
在增加兩個(gè)附加電動(dòng)機(jī)的情況下，使變換器作為電壓升高斬波器工作的連接不存在任何問題，因?yàn)樵撨B接建立在與兩個(gè)附加電動(dòng)機(jī)連接的變換器對(duì)之間。因而，在圖3中，把變換器連接為電壓升高斬波器的連接(未示出)是在組1與組2之間，在組3與組4之間，…，以及在組2N-1與組2N之間。
可是，當(dāng)變換器被連接為電壓降低斬波器時(shí)，僅有兩個(gè)連接在兩個(gè)相對(duì)的組之間實(shí)現(xiàn)，即在組1和組2之間，…，及在組2N-1與組2N之間。但實(shí)現(xiàn)了其他兩個(gè)連接，如圖3中所示。組1經(jīng)開關(guān)H14連接到對(duì)應(yīng)于電位P6點(diǎn)的組4的線上，而組4經(jīng)開關(guān)H44連接到對(duì)應(yīng)電位P3點(diǎn)的組1的線上，等等，直到組2N-3經(jīng)開關(guān)H2N-3，4連接到對(duì)應(yīng)于電位P2N+2點(diǎn)的組2N的線上，而組2N經(jīng)開關(guān)H2N，4連接到對(duì)應(yīng)于電位P2N-1點(diǎn)的組2N-3的線上。最后，組2N-1經(jīng)開關(guān)H2N-1，4連接到對(duì)應(yīng)于電位P4點(diǎn)的組2的線上，而組2經(jīng)開關(guān)H24連接到對(duì)應(yīng)于電位P2N+1點(diǎn)的組2N-1的線上。
應(yīng)該看到，在電路具有2N個(gè)電動(dòng)機(jī)的情況下，如圖3中所示的那樣，一個(gè)電動(dòng)機(jī)的或一個(gè)變換器的故障，通過采用在圖2的4電動(dòng)機(jī)電路中實(shí)現(xiàn)的相同工作原理，能夠繼續(xù)具有至少2N-1個(gè)可使用的電動(dòng)機(jī)。
權(quán)利要求
1.一種用于具有2N個(gè)電動(dòng)機(jī)的機(jī)車的多路電流供電系統(tǒng)，其中N大于或等于2，該系統(tǒng)包括2N對(duì)分別與2N個(gè)電動(dòng)機(jī)相連接的電壓變換器，每一個(gè)所述電動(dòng)機(jī)借助于一個(gè)連接于一個(gè)并聯(lián)電容器(C1至C4)的端子上的逆變器驅(qū)動(dòng)，而每一所述變換器對(duì)包括第一電壓變換器和第二電壓變換器，這兩個(gè)變換器與所述并聯(lián)電容器的端子并聯(lián)地連接；當(dāng)該機(jī)車用交流電驅(qū)動(dòng)時(shí)，每對(duì)變換器中的第一電壓變換器的中點(diǎn)，以能夠使變換器對(duì)的每一對(duì)形成一個(gè)4象限變換器的方式，連接到同一對(duì)的第二變換器的中點(diǎn)，所述連接經(jīng)一個(gè)變壓器的次級(jí)線圈(S1、S2、S3、S4)和一個(gè)處于閉合位置的分段開關(guān)(CT1、CT2、CT3、CT4)實(shí)現(xiàn)，該變換器的初級(jí)線圈直接連接到交流電源的端子上；所述系統(tǒng)的特征在于，當(dāng)該機(jī)車用直流電驅(qū)動(dòng)時(shí)，且對(duì)1≤i≤N的i，電動(dòng)機(jī)M2i全部并聯(lián)地連接，而電動(dòng)機(jī)M2i-1也同樣全部并聯(lián)地連接；每一電壓變換器對(duì)2i-1中的第一和第二變換器(B11、B12)的中點(diǎn)經(jīng)各自的電感器(L11或L22)連接到電壓變換器(B21和B22)對(duì)2i上，而每一電壓變換器對(duì)2i的第一和第二變換器(B21、B22)的中點(diǎn)經(jīng)各自的電感器(L21或L22)連接到電壓變換器(B11和B12)對(duì)2i-1上；及一個(gè)與每一所述電壓變換器對(duì)相連接的開關(guān)(Hi1、Hi2)使如下成為可能a)當(dāng)機(jī)車的直流供電電壓大于每一所述電動(dòng)機(jī)兩端所要求的電壓時(shí)，在一個(gè)第一位置(Hi1)，把每一所述電壓變換器對(duì)2i或2i-1分別連接為用于電動(dòng)機(jī)M2i-1或M2i的電壓降低斬波器；及b)當(dāng)供給機(jī)車的直流供電電壓小于每一所述電動(dòng)機(jī)兩端所要求的電壓時(shí)，在一個(gè)第二位置(Hi2)，把每一所述電壓變換器對(duì)2i或2i-1分別連接為用于電動(dòng)機(jī)M2i-1或M2i的電壓升高斬波器。
2.一種用于具有2N個(gè)電動(dòng)機(jī)的機(jī)車的多路電流供電系統(tǒng)，這里N大于或等于2，該系統(tǒng)包括2N對(duì)分別與2N個(gè)電動(dòng)機(jī)相連接的電壓變換器，每一個(gè)所述電動(dòng)機(jī)借助于連接到一個(gè)并聯(lián)電容器(C1至C4)的端子上的逆變器驅(qū)動(dòng)，而每一所述變換器對(duì)包括一個(gè)第一電壓變換器和一個(gè)第二電壓變換器，這兩個(gè)變換器并聯(lián)地與所述并聯(lián)電容器的端子相連接；當(dāng)該機(jī)車用交流電驅(qū)動(dòng)時(shí)，每對(duì)變換器中的第一電壓變換器的中點(diǎn)，以能夠使每一變換器對(duì)形成一個(gè)4象限變換器的方式，連接到同一對(duì)的第二變換器的中點(diǎn)，所述連接經(jīng)一個(gè)變壓器的次級(jí)線圈(S1、S2、S3、S4)和一個(gè)處在閉合位置的分段開關(guān)(CT1、CT2、CT3、CT4)實(shí)現(xiàn)，該變壓器的初級(jí)線圈直接連接到交流電源的端子上；所述系統(tǒng)的特征在于a)當(dāng)機(jī)車用大于所述電動(dòng)機(jī)的供電電壓的直流電壓驅(qū)動(dòng)時(shí)，且假定i為1≤i≤Ni)每一電壓變換器對(duì)2i-1的第一變換器(B11)的中點(diǎn)經(jīng)電感器(L11)連接到電壓變換器(B21和B22)對(duì)2i的高電位點(diǎn)(P4)上，而每一電壓變換器對(duì)2i的第一變換器(B21)的中點(diǎn)經(jīng)電感器(L21)連接到電壓變換器(B11和B12)對(duì)2i-1的低電位點(diǎn)(P3)上；ii)每一電壓變換器對(duì)2i-1的第二變換器(B12)的中點(diǎn)經(jīng)電感器(L12)連接到電壓變換器(B41和B42)對(duì)2i+2的高電位點(diǎn)(P6)上，而每一電壓變換器對(duì)2i的第二變換器(B22)的中點(diǎn)經(jīng)電感器(L42)連接到電壓變換器(B31和B32)對(duì)2i+1的低電位點(diǎn)(P5)上；及iii)電壓變換器對(duì)2i-1的第二變換器(B32)的中點(diǎn)經(jīng)電感器(L32)連接到電壓變換器(B21和B22)對(duì)2的高電位點(diǎn)(P4)上，而電壓變換器對(duì)2N的第二變換器(B42)的中點(diǎn)經(jīng)電感器(L22)連接到電壓變換器(B11和B12)對(duì)1的低電位點(diǎn)(P3)上。這樣所述電壓變換器作為電壓降低斬波器工作；及b)當(dāng)機(jī)車用低于所述電動(dòng)機(jī)的供電電壓的直流電壓驅(qū)動(dòng)時(shí)，且仍假定i為1≤i≤N每一電壓變換器對(duì)2i-1的第一和第二變換器(B11、B12)的中點(diǎn)經(jīng)各自的電感器(L11或L12)連接到電壓變換器(B21和B22)對(duì)2i的低電位(P2)上，而每一電壓變換器對(duì)2i的第一和第二變換器(B21、B22)的中點(diǎn)經(jīng)各自的電感器(L21和L22)連接到電壓變換器(B11和B12)對(duì)2i-1的高電位點(diǎn)(P1)上；及以這種方式連接使所述電壓變換器作為電壓升高斬波器工作。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的系統(tǒng)，其中所述電壓變換器由GTO可控硅整流器組成，每個(gè)GTO可控硅整流器受施加于其閘門上的控制信號(hào)控制。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的系統(tǒng)，其中，當(dāng)機(jī)車用交流電驅(qū)動(dòng)時(shí)，在與所述分段開關(guān)連接的第二對(duì)電壓變換器的所述第一和第二變換器(Bi1和Bi2)中的一個(gè)發(fā)生故障的情況下，所述分段開關(guān)(CTi)被打開。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4的任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中每一所述電壓變換器(Bi1和Bi2)對(duì)借助于分段開關(guān)(H16、H26、H36、H46)連接到所述有關(guān)的電動(dòng)機(jī)上，當(dāng)故障出現(xiàn)在所述電壓變換器對(duì)的所述第一和第二變換器中的一個(gè)上時(shí)，該分段開關(guān)被斷開。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中當(dāng)所述電動(dòng)機(jī)發(fā)生故障時(shí)，每一個(gè)所述電動(dòng)機(jī)借助于分段開關(guān)(H15、H25、H35、H45)能夠完全與系統(tǒng)脫開。
7.根據(jù)權(quán)利要6所述的系統(tǒng)，其中每一對(duì)電動(dòng)機(jī)M2i-1和M2i安裝在單一車架上。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中，i＝2，電動(dòng)機(jī)M1和M2驅(qū)動(dòng)一個(gè)第一車架而電動(dòng)機(jī)M3和M4驅(qū)動(dòng)一個(gè)第二車架，這樣所述電壓變換器中的一個(gè)或所述電動(dòng)機(jī)的一個(gè)的故障能使該系統(tǒng)保存至少75％的額定驅(qū)動(dòng)力并能使兩個(gè)車架都受到驅(qū)動(dòng)而不管所述的故障。
全文摘要
一種為具有2N個(gè)電動(dòng)機(jī)的多路電流機(jī)車供電的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括2N對(duì)分別與2N個(gè)電動(dòng)機(jī)相連接的電壓變換器(B
文檔編號(hào)B60L9/14GK1107430SQ9411294
公開日1995年8月30日 申請(qǐng)日期1994年12月9日 優(yōu)先權(quán)日1993年12月13日
發(fā)明者阿蘭·泰維農(nóng) 申請(qǐng)人:Gec阿爾斯托姆運(yùn)輸公司