軌道車輛的使用功率電子牽引轉換器單元和開關模塊的功率分配系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及軌道車輛(諸如列車)中的功率分配系統(tǒng)，其使用功率電子牽引轉換器單元來將AC懸鏈線功率轉換成DC功率，通過公共DC分配總線來分配DC功率。
【背景技術】
[0002]用于軌道車輛的功率分配系統(tǒng)在本領域中是眾所周知的。目前，體積大的變壓器已經(jīng)被功率電子牽引轉換器單元取代，功率電子牽引轉換器單元將接收到的AC功率轉換成在延伸通過車輛的車廂的公共DC分配總線或主干上的DC功率。
[0003]存在這樣的情況:應使車輛的功率分配能夠適應AC和DC懸鏈線功率，使得在用于分接懸鏈線的受電弓和功率電子牽引轉換器單元之間必須包括開關功能性。此外，在列車功率分配系統(tǒng)的輸入側處需要一些額外的濾波和其它元件。
[0004]文獻DE 10 2010 039 699公開了一種用于軌道車輛的驅動系統(tǒng)，其具有兩個部分功率轉換器系統(tǒng)，部分功率轉換器系統(tǒng)配備有網(wǎng)絡側或干線側饋送系統(tǒng)。負載側自換向轉換器配備有輸出側三相馬達。轉換器系統(tǒng)包括中頻變壓器。提供單個AC懸鏈線電壓作為功率輸入。
[0005]文獻DE 10 2010 039 697 Al公開了一種用于在軌道車輛中使用的多系統(tǒng)牽引功率轉換器，其包括用于接收AC功率的受電弓和用于通過單獨懸鏈線線路接收DC功率的受電弓。AC供應可通過AC/DC轉換器聯(lián)接到負載轉換器上，而DC供應線路則可選擇性地通過相應的開關直接聯(lián)接到負載轉換器上。
[0006]文獻RU 234 8545 Cl公開了一種用于多系統(tǒng)電氣機車的牽引馬達。多系統(tǒng)電氣機車可由DC和AC供應電壓提供功率，其中，如果接收到AC功率，則AC功率通過輸入轉換器轉換成DC功率，DC功率供應到負載轉換器。
[0007]本發(fā)明的目標是提供一種用于在軌道車輛中使用的具有緊湊的開關模塊的功率分配系統(tǒng)，其適合與功率電子牽引轉換器單元和DC分配總線一起使用，其中，開關模塊構造成使功率分配系統(tǒng)對于AC和DC輸入功率供應是靈活的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]此目標由根據(jù)權利要求1的用于軌道車輛的功率分配系統(tǒng)和根據(jù)另一個獨立權利要求的軌道車輛實現(xiàn)。
[0009]本發(fā)明的另外的實施例在從屬權利要求中有指示。
[0010]根據(jù)第一方面，提供一種用于軌道車輛的功率分配系統(tǒng)，包括:
-開關模塊，
-包括在DC功率路徑中的DC分配總線，以及
-用于通過一個或多個AC功率路徑來接收AC功率的功率電子牽引轉換器單元，其構造成將接收到的AC功率轉換成對DC分配總線應用的DC功率，其中，開關模塊包括: -用于接收來自外部功率供應的功率的輸入端子；
-重構開關，其構造成將通過輸入端子接收的外部功率供應的DC功率引導到DC功率路徑，或者將通過外部功率供應的輸入端子接收的AC功率引導到一個或多個AC功率路徑中的相應的一個；以及
-用于對通過輸入端子接收的功率提供AC和DC濾波的適應元件。
[0011]本發(fā)明的一個思想是對功率分配系統(tǒng)提供緊湊的開關模塊，以與功率電子牽引轉換器單元一起使用，功率電子牽引轉換器單元以電子的方式將AC功率轉換成DC功率，以將DC功率提供給DC功率路徑，諸如公共DC分配總線。開關模塊構造成通過AC功率路徑選擇性地將AC懸鏈線功率傳輸?shù)嚼绻β孰娮訝恳D換器單元，以及將DC懸鏈線功率直接傳輸?shù)紻C分配總線。
[0012]此外，使用適應元件，供應的AC或DC功率的所有濾波元件都包括在開關模塊中，使得在懸鏈線功率供應、DC分配總線和功率電子牽引轉換器單元之間不必包括另外的構件。因此，開關模塊表示待安裝在具有DC分配總線和功率電子牽引轉換器單元的列車上的緊湊模塊，并且開關模塊允許列車功率分配系統(tǒng)適應由不同種類的(AC或DC)功率供應對其提供功率。
[0013]可提供下者:適應元件包括各自提供感應性(inductivity)的多個遏流器(choke)，其中，輸入端子串聯(lián)地連接到AC/DC遏流器和AC遏流器上，其中，在AC/DC遏流器和AC遏流器之間的節(jié)點可通過重構開關中的相應的一個連接到DC功率路徑上。
[0014]此外，AC遏流器可構造成取決于接收到的功率的AC輸入電壓水平來進行分接。
[0015]根據(jù)實施例，自耦變壓器可串聯(lián)地聯(lián)接到AC/DC遏流器上，其中，自耦變壓器進一步構造成自動將至少兩個接收到的AC功率電壓變換成通過重構開關中的相應的一個來應用于相應的AC功率路徑的AC電壓。
[0016]此外，可對一個或多個AC功率路徑中的各個串聯(lián)地提供控制遏流器。
[0017]可將AC/DC遏流器和AC遏流器中的至少一個設置為分離式遏流器。
[0018]可提供下者:在外部功率源和輸入端子之間的開關模塊中包括以下構件中的至少一個:
-聯(lián)接到輸入端子上的接地開關；
-聯(lián)接到輸入端子上的電涌放電器；
-串聯(lián)地聯(lián)接到輸入端子上的斷路器；以及 -聯(lián)接到輸入端子上的電壓和/或電流傳感器；
其中，預充電單元包括在DC或AC功率路徑中的至少一個中。
[0019]根據(jù)實施例，開關模塊容納在殼體中。
[0020]根據(jù)另一方面，提供軌道車輛的功率分配系統(tǒng)，其中，功率電子牽引轉換器單元包括AC/AC轉換器系統(tǒng)、AC/DC轉換器系統(tǒng)和中頻變壓器裝置。
[0021]此外，提供多個功率電子牽引轉換器單元，以通過相應的AC功率路徑選擇性地接收AC功率，其中，開關模塊構造成根據(jù)接收到的功率的電壓水平來選擇AC功率路徑和功率電子牽引變壓器。
[0022]根據(jù)另一方面，提供一種包括以上功率分配系統(tǒng)的軌道車輛。
【附圖說明】
[0023]結合附圖在以下描述中更詳細地描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例，其中:
圖1示意性地顯示使用連接到功率電子牽引單元和DC分配總線上的開關模塊的列車功率分配系統(tǒng)；
圖2顯示在圖1的列車功率分配系統(tǒng)中使用的開關模塊的示意圖；
圖3a和3b顯示用于與一個功率電子牽引單元聯(lián)接的圖2的開關模塊中的適應元件的較詳細視圖；
圖4示意性地顯示使用連接到兩個功率電子牽引轉換器單元和DC分配總線上的開關模塊的列車功率分配系統(tǒng)；
圖5顯示用于在圖3的列車功率分配系統(tǒng)中使用的開關模塊的另一個構造；
圖6a和6b顯示用于與兩個功率電子牽引轉換器單元聯(lián)接的開關模塊中的適應元件的較詳細視圖；
圖7顯示圖3a、3b、6a和6b的適應元件中的一個中的AC/DC遏流器和AC遏流器的備選實現(xiàn)；以及
圖8顯示具有額外構件的開關模塊的構造的示意圖，以及圖9顯示功率電子牽引轉換器單元及其主要構件的示意圖。
【具體實施方式】
[0024]圖1示意性地顯示軌道車輛(諸如具有多個車廂2的列車I)的示例。
[0025]功率通過用作內(nèi)部功率供應主干的公共DC分配總線3分配在車廂2中。由DC分配總線3 (DC功率路徑)分配的DC功率供應到負載，諸如負載轉換器4和/或輔助逆變器5。負載轉換器4接收DC功率，并且可構造成將DC功率轉換成三相AC功率或待供應到牽引馬達6的任何其它形式的電功率。輔助逆變器5可構造成接收DC功率，并且將其轉換成用于運行輔助裝置的公共低電壓AC功率。
[0026]電輸入功率通過懸鏈線10傳送到列車1，懸鏈線10由受電弓11接觸。因而接收到的電輸入功率饋送到開關模塊12，開關模塊12直接連接到功率電子牽引轉換器單元13(AC功率路徑)上，并且直接連接到DC分配總線3上。
[0027]開關模塊12容納在公共殼體19中，并且構造成使得取決于所提供的電功率的種類，諸如DC功率或單相AC功率，開關模塊12將DC功率直接饋送到DC分配總線3或通過AC鏈路14饋送到功率電子牽引轉換器單元13。
[0028]功率電子牽引轉換器單元13是在干線側或網(wǎng)側上的電子轉換器，并且電子轉換器使用有源半導體構件來在AC功率和DC功率之間提供轉換，而不使用體積大的低頻變壓器。功率電子牽引轉換器單元13也被稱為干線側上的無網(wǎng)頻或低頻變壓器式轉換器單元，而且有時也被稱為功率電子牽引變壓器。
[0029]在圖1中顯示的實施例中，開關模塊12和功率電子牽引轉換器單元13各自安裝在車廂2中的一個上，而DC分配總線3則在列車2的所有車廂上延伸。在其它實施例中，開關模塊12和功率電子牽引轉換器單元13兩者都可安裝在一個車廂2上。
[0030]在圖2的示意圖中更詳細地顯示開關模塊12。開關模塊12具有適應元件20，適應元件20用來提供通過第一端子將電功率傳輸?shù)紻C分配總線3或者傳輸?shù)较鄳墓β孰娮訝恳D換器單元13的功能性。
[0031]提供開關模塊12的輸入端子21，其聯(lián)接到適應元件20上。開關模塊12進一步提供用于通過AC鏈路14聯(lián)接到功率電子牽引轉換器單元13上的AC輸出端子22和用于直接聯(lián)接到DC分配總線3上的DC輸出端子23。
[0032]適應元件20連接成接收由懸鏈線10供應且由受電弓11分接的輸入功率?；旧?，適應元件20通過第一重構開關24將AC功率提供給AC鏈路14，或通過第二重構開關25將DC功率提供給DC分配總線3。此外，適應元件20對借助于具有預定電感的遏流器所接收到的輸入功率提供AC或DC濾波。
[0033]在圖3a中，顯示根據(jù)實施例的適應元件20。適應元件20具有串聯(lián)地連接的AC/DC遏流器31和第一 AC遏流器32，使得AC/DC遏流器31和第一 AC遏流器32的串聯(lián)連接通過第一重構開關24將輸入端子21聯(lián)接到AC鏈路14上。在AC/DC遏流器31和第一 AC遏流器32之間的節(jié)點通過第二重構開關25聯(lián)接到DC分配總線3上。如本文理解的那樣，遏流器是用于進行DC和AC輸入濾波的電感。
[0034]在圖3b中，顯示適應元件20的另一個實施例。與圖3a的適應元件20相比，圖3b的適應元件20能夠將供應的不同的AC輸入功率電壓傳送到功率電子牽引轉換器單元13。代替第一 AC遏流器32，可提供具有兩個或更多個抽頭的自耦變壓器33。自耦變壓器35用來將供應的具有不同電壓水平的AC功率變換成適合連接的功率電子牽引轉換器單元13的輸入的AC電壓水平。如果僅可獲得一個功率電子牽引轉換器單元13，則這個構造是有用的，并且因此提供改進的AC電壓適應功能性。所以自耦變壓器33取決于在懸鏈線線路10上檢測到的AC電壓來進行分接，以不依賴于供應的輸入電壓而對開關模塊提供相同輸出電壓。
[0035]抽頭變換器35與自耦變壓器33的抽頭串聯(lián)地連接，以便取決于供應的AC輸入