Изобретение относится к способу снабжения электрических потребителей транспортного средства электрической энергией. Кроме того, изобретение относится к системе энергоснабжения транспортного средства, особенно рельсового транспортного средства, для осуществления этого способа.
Вспомогательный преобразователь применяется для того, чтобы снабжать электрической энергией бортовую сеть транспортного средства и подключенных к ней потребителей. Типичными потребителями транспортного средства, особенно рельсового транспортного средства, являются бортовая электроника для управления/регулирования транспортного средства, компрессоры, системы кондиционирования воздуха, освещение, розетки и т.д. Потребители разделены на группу трехфазных потребителей и группу однофазных потребителей.
Трехфазные потребители питаются через трехфазную сеть энергоснабжения, например, сеть трехфазного тока. Эта сеть энергоснабжения включает в себя три фазы, которые часто обозначают как L1, L2 и L3. Чаще всего эта трехфазная сеть энергоснабжения не имеет нейтрального провода (N-провода). Однако также известны применения, в которых трехфазная сеть энергоснабжения выполнена с N-проводом. N-провод представляет собой рабочее заземление. В частности, в рельсовых транспортных средствах, трехфазная сеть энергоснабжения часто выполняется в виде 3АС сборных шин поезда.
Иначе обстоит дело при однофазных потребителях. Они снабжаются энергией через одну фазу и нейтральный провод. Таким образом, однофазная сеть энергоснабжения имеет N-провод. По соображениям безопасности последний соединен низкоомным способом с потенциалом земли.
Задачей вспомогательного преобразователя является питание этих сетей энергоснабжения. Питание посредством нескольких параллельно включенных вспомогательных преобразователей приводит к увеличению избыточности и тем самым к повышению отказоустойчивости сети энергоснабжения.
Принципиально необходимые для работы транспортного средства компоненты запитываются через трехфазную сеть энергоснабжения. Даже если для этих компонентов частично на случай отказа энергоснабжения существует дополнительное питание посредством батарей, конструкция транспортного средства нацеливается на то, чтобы эту трехфазную сеть энергоснабжения выполнить по возможности отказоустойчивой. Особенно отказоустойчивая сеть представляет собой так называемую IT-сеть. IТ-сеть, также называемая IT-системой, представляет собой тип реализации сети, в частности, сети низкого напряжения, для электрического энергоснабжения с повышенной отказоустойчивостью в отношении неисправностей замыкания на землю. В IТ-сети защитное заземление и рабочее заземление выполняются по-разному. Защитное заземление служит для контактной защиты компонентов от прикосновений к токоведущим частям. Рабочее заземление выполняется с помощью N-провода. Если рабочее заземление вообще имеется в трехфазной сети энергоснабжения, оно выполняется изолированным, т.е. открытым. При этом допускается высокоомное заземление N-провода. Тем самым в нормальном режиме не происходит низкоомного соединения между фазами L1, L2 и L3 сети и заземленными частями. Таким образом, IТ-сеть не имеет определенного потенциала напряжения относительно потенциала земли и обозначается как беспотенциальная. Благодаря этому сеть энергоснабжения может продолжать эксплуатироваться и в том случае, когда в одной из фаз происходит замыкание на землю. Предупредительное сообщение в случае выявленного замыкания на землю обычно требует своевременно выполнить техническое обслуживание, чтобы устранить замыкание на землю. Только дальнейшее замыкание на землю в сети энергоснабжения может привести к отказу сети энергоснабжения. Таким образом, IТ-сеть особенно пригодна для реализации отказоустойчивой сети энергоснабжения транспортного средства.
Наряду с трехфазной, отказоустойчивой сетью энергоснабжения, часто, особенно в Европе, существует потребность в том, чтобы эксплуатировать потребителей малой мощности, которые не имеют столь высокого требования к надежности снабжения, такие как, например, розетки или лампы, только однофазным способом (например, 230 В, 50 Гц). Для этих потребителей требуется один или несколько дополнительных трансформаторов или формирователей N-провода, которые из имеющейся трехфазной сети энергоснабжения создают однофазную систему напряжения. Таким образом, трехфазная сеть энергоснабжения может выполняться как IT-сеть, т.е. беспотенциальная, а однофазная сеть энергоснабжения выполняется с заземленным N-проводом. Особенно клиентам из азиатских и американских стран часто желательным является иметь в рельсовых транспортных средствах дополнительно нагружаемый N-провод, чтобы иметь возможность более простого подключения однофазных потребителей также непосредственно к одной фазе трехфазной сети энергоснабжения. По соображениям безопасности, в Германии, например, среди прочего, в соответствии со стандартом DIN VDE 0100, N-провод постоянно заземлен на стороне транспортного средства. Этот тип реализации также обозначается как ТТ-сеть или ТТ-система.
Посредством дополнительного(ых) трансформатора(ов), вспомогательный преобразователь может питать сеть энергоснабжения транспортного средства, которая включает в себя как беспотенциальную трехфазную сеть энергоснабжения, так и однофазную сеть энергоснабжения с заземленным N-проводом. Замыкание на землю в трехфазной сети энергоснабжения, ввиду гальванического разделения между трехфазной и однофазной сетью энергоснабжения, не приводит к выходу из строя этих обеих сетей энергоснабжения.
Заземление N-провода имеет тот недостаток, что любое замыкание на землю в фазе однофазной сети энергоснабжения приводит к токам короткого замыкания во вспомогательном преобразователе. Эти токи короткого замыкания могут снижаться за счет подходящего расчета трансформатора, например, высокого напряжения uk короткого замыкания. Кроме того, для защиты вспомогательного преобразователя в этом случае может осуществляться быстрое отключение однофазной сети энергоснабжения, чтобы защитить полупроводники вспомогательного преобразователя от повреждения.
По этой причине, компоненты, принципиально необходимые для функционирования транспортного средства, снабжаются электрической энергией не из однофазной сети энергоснабжения, а из трехфазной сети энергоснабжения, чтобы обеспечить непрерывную работу транспортного средства.
В основе настоящего изобретения лежит задача предложить способ снабжения потребителей транспортного средства электрической энергией, с помощью которого неисправность замыкания на землю, особенно при снабжении потребителей с помощью вспомогательных преобразователей, включенных параллельно на стороне переменного напряжения, может быть устранена надежным и к тому же простым и экономичным способом.
Эта задача решается способом снабжения электрических потребителей транспортного средства электрической энергией с помощью вспомогательных преобразователей, включенных параллельно на стороне переменного напряжения, причем в случае замыкания на землю протекание тока между вспомогательными преобразователями и заземленным N-проводом сети энергоснабжения прерывается, причем вспомогательные преобразователи, включенные параллельно на стороне переменного напряжения, приводятся в действие с синхронизацией по основной волне и импульсной синхронизацией.
Эта задача дополнительно решается системой энергоснабжения транспортного средства, особенно рельсового транспортного средства, которая предназначена для осуществления этого способа и содержит по меньшей мере два параллельно расположенных вспомогательных преобразователя, сеть энергоснабжения для питания электрических потребителей и по меньшей мере один переключатель для прерывания протекания тока между вспомогательными преобразователями и сетью энергоснабжения.
В основе изобретения лежит тот факт, что неисправность, вызванная замыканием на землю, не приводит к отказу трехфазной сети энергоснабжения, если прерывается протекание тока между вспомогательными преобразователями и N-проводом. За счет прерывания этого протекания тока вспомогательный преобразователь может эксплуатироваться беспотенциально. Потенциал земли устанавливается тогда посредством замыкания на землю. Это соответствует режиму работы в качестве IT-сети. Соответствующий изобретению способ обеспечивает динамическое переключение между сетью энергоснабжения в качестве TT-сети с заземленным N-проводом и сетью энергоснабжения в качестве IT-сети при возникновении замыкания на землю, чтобы гарантировать надежность питания трехфазной сети энергоснабжения и подключенных к ней потребителей. Имеющаяся однофазная сеть энергоснабжения тогда больше не используется для передачи энергии, так как из-за прерывания протекания тока N-провода никакая энергия больше не может передаваться. Тема самым, этим способом обеспечивается отказоустойчивый режим работы трехфазной сети энергоснабжения. Этот способ имеет то преимущество, что он по сравнению с ранее известными способами не требует трансформатора. В результате, вспомогательный преобразователь, в котором обычно размещается трансформатор, а также сеть энергоснабжения транспортного средства выполняются гораздо экономичнее и проще.
Исключение трансформатора несет за собой проблему, состоящую в том, что вспомогательные преобразователи связаны друг с другом через соединение заземления. Как правило, между параллельно включенными вспомогательными преобразователями возникают уравнительные токи, которые делают невозможным надежное питание потребителей транспортного средства. Однако оказалось, что параллельная работа параллельно включенных вспомогательных преобразователей возможна тогда, когда эти вспомогательные преобразователи работают с синхронизацией по основной волне и импульсной синхронизацией. Преимущество синхронизированного по основной волне и импульсно-синхронизированного режима работы состоит в том, что уравнительные токи между вспомогательными преобразователями исключаются или по меньшей мере снижаются до такой степени, что становится возможной параллельная работа вспомогательных преобразователей. Таким образом, параллельное включение вспомогательных преобразователей возможно только осмысленным образом.
За счет параллельной компоновки, даже при отказе одного вспомогательного преобразователя, питание электрических потребителей сети энергоснабжения продолжает обеспечиваться за счет работы остальных вспомогательных преобразователей. За счет по возможности импульсно-синхронного тактирования параллельно включенных вспомогательных преобразователей, также реализуется равномерное распределение по отдельным работающим вспомогательным преобразователям. Преимуществом параллельной схемы является то, что для питания электрических потребителей может предусматриваться несколько вспомогательных преобразователей, которые имеют небольшой конструктивный размер и могут быть легко интегрированы в существующее конструктивное пространство. Еще одним преимуществом является то, что за счет параллельно включенных вспомогательных преобразователей создается избыточность, так что также при отказе одного или нескольких вспомогательных преобразователей, электрические потребители, по меньшей мере часть электрических потребителей, особенно необходимые для эксплуатации транспортного средства потребители, могут продолжать надежным образом снабжаться электрической энергией.
В другой предпочтительной форме выполнения, способ предназначен для обеспечения функционирования вспомогательного преобразователя также при замыкании на землю в сети энергоснабжения, предусмотренной для питания электрических потребителей. Замыкание на землю в сети энергоснабжения является частой причиной выхода из строя соответствующей сети энергоснабжения. Именно в случае замыкания на землю в сети энергоснабжения, данный способ обеспечивает особенно простую возможность продолжать поддерживать работу подключенных потребителей без использования трансформаторов.
В другой предпочтительной форме выполнения, транспортное средство представляет собой рельсовое транспортное средство, в котором вспомогательные преобразователи, параллельно включенные на стороне переменного напряжения, питают бортовую сеть рельсового транспортного средства. Именно в рельсовых транспортных средствах предъявляются высокие требования к готовности оборудования транспортного средства. Выход из строя транспортного средства должен предотвращаться в максимально возможной степени, ввиду опасной ситуации остановки на свободном участке пути или особенно опасной в туннелях, и затем необходимых действий, таких как трудоемкие спасательные операции. Кроме того, в случае остановленных рельсовых транспортных средств, следует считаться с большими, отчасти значительными нарушениями на больших участках сети железных дорог. Также неудовлетворенность клиентов из-за обусловленных этим задержек ведет к экономическим потерям и должна быть предотвращена. В рельсовом транспортном средстве заземление, в противоположность, например, пневмоколесным транспортным средствам, реализуется простым способом. Обычно это осуществляется посредством контакта через колесные пары с рельсом, который находится под потенциалом земли. Таким образом, N-провод, особенно в однофазных сетях энергоснабжения, может быть реализован простым и экономичным способом. Для того чтобы при такой компоновке обеспечить надежную работу 3АС вспомогательных преобразователей, параллельно включенных на стороне переменного напряжения, также в случае замыкания на землю, используется способ согласно изобретению. Этот способ позволяет осуществлять надежное электроснабжение потребителей, которые принципиально необходимы для эксплуатации рельсового транспортного средства
В другой предпочтительной форме выполнения, протекание тока прерывается посредством размыкания переключателя. Размыкание переключателя представляет собой простую возможность прерывания протекания тока между 3АС вспомогательными преобразователями и сетью энергоснабжения. При этом переключатель может быть включен во вспомогательном преобразователе, в сети энергоснабжения или в подводящей линии между 3АС вспомогательными преобразователями и сетью энергоснабжения. Особенно выгодным оказалось разместить переключатель в контейнере вспомогательного преобразователя. Поскольку информация о замыкании на землю известна средству регулирования/управления вспомогательного преобразователя, он может быстро реагировать на это состояние, если переключатель расположен внутри контейнера вспомогательного преобразователя и управляется средством регулирования/управления вспомогательного преобразователя. Таким образом, защита 3AC вспомогательного преобразователя может быть реализована особенно простым способом.
В другой предпочтительной форме выполнения в способе с по меньшей мере двумя вспомогательными преобразователями при распознавании замыкания на землю выполняются следующие этапы:
- отключение вспомогательных преобразователей,
- размыкание переключателя для прерывания протекания тока между вспомогательными преобразователями и сетью энергоснабжения,
- включение первого вспомогательного преобразователя,
- включение по меньшей мере одного другого вспомогательного преобразователя, причем упомянутый другой вспомогательный преобразователь в процессе включения синхронизируется с первым вспомогательным преобразователем, в частности, по частоте и уровню напряжения, и
- после установленного устранения замыкания на землю переключатель для прерывания протекания тока между вспомогательными преобразователями и сетью энергоснабжения снова замыкается.
Возникновение замыкания на землю в сети энергоснабжения не приводит к повреждению одного из вспомогательных преобразователей, которые предпочтительно выполнены как 3AC вспомогательные преобразователи таким образом, чтобы по меньшей мере один 3АС вспомогательный преобразователь питать энергией. Кроме того, гарантируется, что при возникновении замыкания на землю, можно избежать токов, которые могут привести к повреждению 3AC вспомогательного преобразователя. За счет дополнительных этапов способа гарантируется, что при возникновении замыкания на землю сеть энергоснабжения, предпочтительно трехфазная сеть энергоснабжения, может продолжать снабжаться энергией. Для этого первый 3AC вспомогательный преобразователь снова соединяется на первом этапе с сетью энергоснабжения. Параллельно включенные другие 3AC вспомогательные преобразователи синхронизируются по отношению к их приложенному на выходе напряжению с первым 3AC вспомогательным преобразователем. Процесс синхронизации завершается тогда, когда дополнительный 3AC вспомогательный преобразователь предоставляет на выходе, особенно в отношении уровня напряжения, частоты и фазового угла, то же самое выходное напряжение, что и первый 3АС вспомогательный преобразователь. Затем также другой 3AC вспомогательный преобразователь для питания электрических потребителей может снова подключаться к сети энергоснабжения. Это относится и ко всем другим 3АС вспомогательным преобразователям. Это подключение других вспомогательных преобразователей может осуществляться параллельно и/или последовательно. Если соответствующими средствами установлено, что больше не имеется замыкания на землю, то есть, имеет место отсутствие замыкания на землю, протекание тока между 3AC вспомогательными преобразователями и сетью энергоснабжения также может быть вновь восстановлено. Это может быть реализовано, например, посредством подключения электрического соединения между 3АС вспомогательными преобразователями и N-проводами.
В другой предпочтительной форме выполнения система энергоснабжения имеет по меньшей мере одно средство контроля замыкания на землю. При этом сеть энергоснабжения включает в себя трехфазную сеть энергоснабжения (3AC) и N-провод. Это устройство подходит для простого и надежного распознавания замыкания на землю. С помощью этого устройства можно передавать на средство управления или регулирования вспомогательного преобразователя информацию о замыкании на землю, с помощью которой может осуществляться соответствующий изобретению способ эксплуатации параллельно расположенных 3AC вспомогательных преобразователей. Преимущество заключается в том, что для этого способа могут использоваться имеющиеся на рынке устройства контроля замыкания на землю. Разработка специального устройства для выполнения вышеописанного способа не требуется. Таким образом, обеспечивается экономичная реализация контроля замыкания на землю системы энергоснабжения.
В другой предпочтительной форме выполнения вспомогательные преобразователи системы энергоснабжения расположены электрически параллельно. И в этой форме выполнения вспомогательные преобразователи предпочтительно выполнены как 3АС вспомогательные преобразователи. За счет параллельного расположения, даже при отказе одного вспомогательного преобразователя, снабжение электрических потребителей сети энергоснабжения может обеспечиваться посредством остальных работающих вспомогательных преобразователей. За счет по возможности импульсно-синхронного тактирования параллельно включенных 3AC вспомогательных преобразователей также реализуется равномерное разделение мощности на отдельные работающие 3AC вспомогательные преобразователи. Преимуществом параллельной схемы является то, что для питания электрических потребителей предусмотрено несколько 3AC вспомогательных преобразователей, которые могут иметь небольшой конструктивный размер и могут легко интегрироваться в существующее конструктивное пространство. Еще одним преимуществом является то, что за счет параллельно включенных 3АС вспомогательных преобразователей создается избыточность, так что также при отказе одного или нескольких 3АС вспомогательных преобразователей, электрические потребители, по меньшей мере часть электрических потребителей, особенно принципиально необходимые для эксплуатации транспортного средства потребители, могут продолжать снабжаться электрической энергией.
В другой предпочтительной форме выполнения, система энергоснабжения включает в себя трехфазную сеть энергоснабжения и однофазную сеть энергоснабжения, которые гальванически соединены между собой. За счет применения соответствующего изобретению способа, можно отказаться от гальванического разделения однофазной и трехфазной сети энергоснабжения. Обычно такая гальваническая развязка, также обозначаемая как гальваническое разделение, обеспечивается трансформатором. Так как последний больше не требуется для соответствующей изобретению системы энергоснабжения, она становится намного дешевле и проще.
В другой предпочтительной форме выполнения, гальваническое соединение между однофазной сетью энергоснабжения и трехфазной сетью энергоснабжения осуществляется с помощью вспомогательного преобразователя. Преимущество такой компоновки состоит в том, что токи в случае замыкания на землю протекают через вспомогательный преобразователь и могут быть распознаны им с помощью его средств управления/регулирования. За счет такого распознавания становится возможным надежное применение соответствующего изобретению способа. Это свойство гарантирует, что функционирование вспомогательного преобразователя может продолжать надежно поддерживаться даже при наличии замыкания на землю.
В дальнейшем изобретение будет описано и объяснено более подробно со ссылкой на примеры выполнения, проиллюстрированные на чертежах, на которых показано следующее:
Фиг. 1 - первая принципиальная схема соответствующей изобретению бортовой сети транспортного средства,
Фиг. 2 - другая принципиальная схема соответствующей изобретению бортовой сети с отдельной однофазной сетью энергоснабжения,
Фиг. 3 - другая принципиальная схема соответствующей изобретению бортовой сети с переключателем,
Фиг. 4 - другая принципиальная схема соответствующей изобретению бортовой сети с двухполюсным переключателем,
Фиг. 5-8 - примеры выполнения сети энергоснабжения с параллельно расположенными вспомогательными преобразователями и трехфазной АС сборной шиной.
Фиг. 1 показывает вспомогательный преобразователь 1, который снабжает электрического потребителя 3 электрической энергией. Для простоты на этом чертеже показан только один вспомогательный преобразователь 1 из параллельно включенных вспомогательных преобразователей 1 транспортного средства. При этом трехфазные электрические потребители 31 подключены к трехфазной сети 21 энергоснабжения. Однофазный потребитель 32 подключен к однофазной сети 22 энергоснабжения. N-провод N однофазной сети 22 энергоснабжения соединен с потенциалом земли. В представленном здесь примере выполнения вспомогательный преобразователь 1 на своих выходах обеспечивает три фазы L1, L2, L3 для питания трехфазной сети 21 энергоснабжения. Другой выход образует N-провод N однофазной сети 22 энергоснабжения. Фаза L однофазной сети энергоснабжения образована электропроводящим соединением с фазой LI трехфазной сети 21 энергоснабжения. Альтернативно, также возможно, образовать фазу L однофазной сети 22 энергоснабжения из фазы L2 или фазы L3 трехфазной сети 21 энергоснабжения. Вся сеть 2 энергоснабжения включает в себя трехфазную сеть 21 энергоснабжения и однофазную сеть 22 энергоснабжения. Транспортное средство, особенно рельсовое транспортное средство, включает в себя множество электрических потребителей 3, как трехфазных электрических потребителей 31, так и однофазных электрических потребителей 32, причем на иллюстрации, показанной на фиг. 1, для простоты показан только, соответственно, один трехфазный потребитель 31 и один однофазный потребитель 32.
На фиг. 2 показано альтернативное выполнение, в котором фаза L однофазной сети 22 энергоснабжения также предоставляется непосредственно на выходе вспомогательного преобразователя 1. Также в этом примере выполнения, для простоты показан только один вспомогательный преобразователь 1 из 3АС вспомогательных преобразователей 1, включенных параллельно на стороне переменного напряжения, транспортного средства. При этом потенциал фазы L может идентичным с потенциалом фаз L1, L2, L3 трехфазной сети 21 энергоснабжения или быть независимым от него. Преимущество такой компоновки состоит в том, что потенциал фазы L однофазной сети 22 энергоснабжения генерируется непосредственно во вспомогательном преобразователе 1 и тем самым может управляться или регулироваться вспомогательным преобразователем 1. Вспомогательный преобразователь 1 может, например, создавать фазу L однофазной сети 22 энергоснабжения посредством соединения с выходом, который предусмотрен для питания трех фаз L1, L2, L3 трехфазной сети 21 энергоснабжения. Также переключение фазы L между фазами L1, L2, L3 оказалось выгодным. Кроме того, протекание тока между однофазной сетью 22 энергоснабжения и вспомогательным преобразователем 1 может легко прерываться, например, с помощью переключателя, который здесь не показан. Во избежание повторений в отношении соответствующих компонентов системы, можно сделать ссылку на описание фиг.1 и введенные там ссылочные позиции.
Фиг. 3 показывает другой пример выполнения бортовой сети транспортного средства в соответствии с фиг. 2, причем в соединении между вспомогательными преобразователями 1 и сетью 2 электроснабжения включен переключатель 4 для прерывания протекания тока между вспомогательными преобразователями 1 и сетью 2 электроснабжения. Во избежание повторений в отношении соответствующих компонентов системы, можно сослаться на описание фиг.1 и фиг. 2 и введенные там ссылочные позиции. Также в этом примере выполнения, для простоты показан только один вспомогательный преобразователь 1 из 3АС вспомогательных преобразователей 1, включенных параллельно на стороне переменного напряжения, транспортного средства. Прерывание происходит в этом примере выполнения при заземленном N-проводе N. Показанный здесь N-провод соотнесен с однофазной сетью 22 энергоснабжения. Кроме того, также оказалось выгодным, если также трехфазная сеть 21 энергоснабжения имеет N-провод. Это может быть отдельный N-провод, или может использоваться N-провод однофазной сети 22 энергоснабжения. Тогда между фазой L1, L2, L3 трехфазной сети 21 энергоснабжения и N-проводом может подключаться однофазный потребитель 32. При этом оказалось особенно выгодным обеспечить также это соединение между вспомогательными преобразователями 1 и заземленным N-проводом трехфазной сети 21 энергоснабжения переключателем 4, который прерывает протекание тока между вспомогательными преобразователями 1 и N-проводом N трехфазной сети 21 энергоснабжения. При этом переключатель 4 может быть расположен в подводящей линии между вспомогательными преобразователями 1 и сетью 2 электроснабжения. Выгодная альтернатива состоит в том, чтобы расположить переключатель 4 для прерывания тока между вспомогательными преобразователями 1 и сетью 2 электроснабжения во вспомогательном преобразователе 1. В этом случае переключатель 4 может управляться непосредственно с помощью средств управления/регулирования вспомогательного преобразователя 1.
Фиг. 4 показывает еще один пример выполнения бортовой сети для транспортного средства, в котором переключатель выполнен двухполюсным. Этот переключатель 4 имеет задачу в случае замыкания на землю, наряду с прерыванием тока между вспомогательными преобразователями 1 и N-проводом сети 2 электроснабжения, также прерывать фазу L однофазной сети 22 энергоснабжения. Это гарантирует, что в случае замыкания на землю, однофазная сеть 22 энергоснабжения коммутируется не под напряжением. За счет этого существенно снижается опасность для людей, особенно для обслуживающего персонала, соприкосновения с опасным напряжением. Во избежание повторений в отношении соответствующих компонентов системы, можно сослаться на описание фиг. 1, 2 и 3 и введенные там ссылочные позиции. Также в этом примере выполнения, для простоты показан только один вспомогательный преобразователь 1 из параллельно включенных 3АС вспомогательных преобразователей 1 транспортного средства.
Фиг. 5 показывает пример выполнения системы 5 энергоснабжения с множеством параллельно расположенных вспомогательных преобразователей 11 и 12. При этом параллельно включаемые 3AC вспомогательные преобразователи питают одновременно фазы L1, L2, L3 трехфазной сети 21 энергоснабжения. Эта трехфазная сеть 21 энергоснабжения выполнена как трехфазная АС сборная шина. Кроме того, также существуют однофазные сети 22 энергоснабжения, причем каждая из этих однофазных сетей 22 энергоснабжения питается через один из вспомогательных преобразователей 11, 12. Параллельное включение вспомогательных преобразователей 11, 12 гарантирует, что даже при отказе одного или нескольких вспомогательных преобразователей 11, 12, трехфазная сеть 21 энергоснабжения 21 надежно снабжается электроэнергией. Для того чтобы в случае неисправности вспомогательного преобразователя 11, 12 иметь возможность отсоединить его от трехфазной сети 21 энергоснабжения, во вспомогательных преобразователях 11, 12 предусмотрены переключатели 4. Эти переключатели 4 обеспечивают возможность отделения выходов, предусмотренных для питания сети 2 электроснабжения, от сети 2 электроснабжения. Кроме того, переключатели 4 позволяют прерывать протекание тока между вспомогательными преобразователями и N-проводом системы 5 энергоснабжения. Это гарантирует, что соответствующий изобретению способ может выполняться с помощью системы 5 энергоснабжения. Вспомогательные преобразователи 11, 12 имеют, в дополнение к переключателям 4, мостовую схему 101 с силовыми полупроводниками 104, конденсаторы 102 промежуточного контура и фильтр 103. Схема отбора энергии от линии контактного провода или дизельного генератора не показана из соображений наглядности. Мостовая схема 101 содержит силовые полупроводники 104, которые расположены в мостовой схеме. При этом каждый силовой полупроводник 104 включает в себя полупроводниковый переключатель и включенный антипараллельно к нему диод. Конденсатор 102 промежуточного контура служит для сглаживания напряжения промежуточного контура. Из этого напряжения промежуточного контура с помощью мостовой схемы 101 с силовыми полупроводниками 104 на выходе вспомогательного преобразователя 11, 12 формируется напряжение с регулируемым уровнем напряжения и регулируемой частотой или фазовым углом. Фильтр 103 служит для фильтрации нежелательных гармоник. С его помощью можно сформировать достаточно точный синусоидальный профиль выходного напряжения вспомогательного преобразователя 11, 12. В случае замыкания на землю в трехфазной сети 21 энергоснабжения, размыкаются переключатели 4, которые соединены с однофазной сетью 22 энергоснабжения. Это гарантирует, что в случае замыкания на землю не могут возникать токи короткого замыкания во вспомогательных преобразователях 11, 12. Это также гарантирует, что электрические потребители, необходимые для эксплуатации транспортного средства, особенно рельсового транспортного средства, могут надежно снабжаться энергией. Кратковременный отказ трехфазной сети 21 энергоснабжения не оказывает отрицательного влияния на готовность оборудования транспортного средства. Другими словами, кратковременный отказ трехфазной сети 21 энергоснабжения не оказывает никакого влияния на эксплуатацию транспортного средства.
Фиг. 6 показывает еще один пример выполнения системы 5 энергоснабжения для транспортного средства. Во избежание повторений в отношении соответствующих компонентов системы, можно сослаться на описание фиг. 5 и введенные там ссылочные позиции. Этот пример выполнения, показанный на фиг. 6, отличается от примера выполнения, показанного на фиг. 5, мостовой схемой 101 силовыми полупроводниками 104 во вспомогательном преобразователе 11, 12. При этом выход вспомогательного преобразователя 11, 12, который служит для соединения с N-проводом сети 2 электроснабжения, соединен не со средней точкой последовательно включенных конденсаторов 102 промежуточного контура, а с дополнительной ветвью мостовой схемы 101 с силовыми полупроводниками 104. С помощью этой схемы можно формировать на выходе вспомогательного преобразователя 1 напряжение, которое имеет меньшие гармоники. Такая компоновка позволяет проектировать фильтр 103 с меньшими размерами и более экономичным образом. В то же время качество выходного напряжения вспомогательного преобразователя 1 дополнительно повышается. Это находит свое отражение в том, что напряжение на выходе соответствует синусоидальной форме.
Фиг. 7 показывает еще один пример выполнения соответствующей изобретению системы 5 энергоснабжения. Во избежание повторений в отношении соответствующих компонентов системы, можно сослаться на описание фиг. 5 и 6 и введенные там ссылочные позиции. Этот пример выполнения обходится без однофазной сети 22 энергоснабжения. От вспомогательных преобразователей 11, 12 питается трехфазная сеть 21 энергоснабжения, которая выполнена как трехфазная сборная шина. Кроме того, заземленный N-провод соединен с вспомогательными преобразователями 11, 12. За счет исключения однофазной сети электроснабжения эта система 5 энергоснабжения может быть изготовлена более экономичным образом. В этой системе 5 энергоснабжения, однофазные потребители 32, которые в целях наглядности не показаны на этой фигуре, соединены с одной из фаз L1, L2 и L3 трехфазной сети 21 энергоснабжения и N-проводом N. В случае замыкания на землю протекание тока между вспомогательными преобразователями 11, 12 и N-проводом N прерывается. Это выполняется с помощью переключателя 4, который расположен на выходе вспомогательного преобразователя 11, 12 и устанавливает соединение с N-проводом. Оказалось выгодным, если в этой конфигурации однофазные потребители 22 защищены с помощью защитного устройства в том отношении, что при прерывании протекания тока между N-проводом и вспомогательным преобразователем 1, также соответствующая фаза, находящаяся под напряжением, отсоединяется от однофазной нагрузки.
Фиг. 8 показывает еще один пример выполнения соответствующей изобретению системы 5 энергоснабжения. Он по существу соответствует форме выполнения согласно фиг. 7, однако выход вспомогательного преобразователя 11, 12, который предусмотрен для соединения с N-проводом, электропроводно соединен с четвертой фазой мостовой схемы 101 с силовыми полупроводниками 104. Во избежание повторений в отношении соответствующих компонентов системы, можно сослаться на описание фиг. 5-7 и введенные там ссылочные позиции. В противоположность примеру выполнения согласно фиг. 7, на которой этот выход во вспомогательном преобразователе 11, 12 соединен со средней точкой двух последовательно включенных конденсаторов 102 промежуточного контура, качество напряжения на выходах вспомогательного преобразователя 11, 12, которые предусмотрены для подключения к фазам L1, L2 и L3 трехфазной сети 21 энергоснабжения, дополнительно повышается за счет того, что мостовая схема 101 с силовыми полупроводниками 104 расширена на ветвь моста, к которой подключено соединение с N-проводом N. Это означает, что отклонение этих напряжений от идеальной синусоидальной формы меньше. Тем самым становится возможным выполнять фильтр 103 вспомогательного преобразователя 11, 12 более просто и, таким образом, легче и экономичнее. И при такой компоновке однофазные потребители 32 питаются от одной из фаз L1, L2 или L3 трехфазной сети 21 энергоснабжения и N-провода. Для обеспечения надлежащей эксплуатации, для обеспечения персональной безопасности и защиты включенных однофазных потребителей, оказалось выгодным, если при прерывании протекания тока между N-проводом сети 2 электроснабжения и вспомогательным преобразователем 11, 12 также прерывается соединение между фазой для питания однофазного потребителя 32 и однофазным потребителем 32.
Хотя изобретение подробно проиллюстрировано и описано посредством предпочтительных примеров выполнения, изобретение не ограничено только раскрытым примером, и другие варианты могут быть получены на этой основе специалистом в данной области без отклонения от объема защиты настоящего изобретения.
Группа изобретений относится к подаче электроэнергии к вспомогательному оборудованию транспортных средств. Способ снабжения электрических потребителей (3, 31, 32) транспортного средства электрической энергией с помощью вспомогательных преобразователей (1, 11, 12) заключается в том, что вспомогательные преобразователи приводятся в действие с синхронизацией по основной волне и импульсной синхронизацией. При этом в случае замыкания на землю протекание тока между вспомогательными преобразователями (1, 11, 12) и заземленным N-проводом (N) сети энергоснабжения прерывается. Вспомогательные преобразователи включены параллельно на стороне переменного напряжения. Кроме того, заявлена системе (5) энергоснабжения транспортного средства, особенно рельсового транспортного средства, для осуществления вышеуказанного способа. Технический результат заключается в непрерывном электроснабжении потребителей транспортного средства при коротком замыкании. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 8 ил.
1. Способ снабжения электрических потребителей (3, 31, 32) транспортного средства электрической энергией с помощью вспомогательных преобразователей (1, 11, 12), включенных параллельно на стороне переменного напряжения, причем в случае замыкания на землю протекание тока между вспомогательными преобразователями (1, 11, 12) и заземленным N-проводом (N) сети (2, 22) энергоснабжения прерывается, причем вспомогательные преобразователи, включенные параллельно на стороне переменного напряжения, приводятся в действие с синхронизацией по основной волне и импульсной синхронизацией.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что замыкание на землю происходит в сети (2, 21, 22) энергоснабжения, предусмотренной для питания электрических потребителей (3, 31, 32).
3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что транспортное средство представляет собой рельсовое транспортное средство, и в котором вспомогательные преобразователи (1, 11, 12), параллельно включенные на стороне переменного напряжения, питают бортовую сеть рельсового транспортного средства.
4. Способ по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что протекание тока прерывается посредством размыкания переключателя (4).
5. Способ по любому из пп. 1-4 с по меньшей мере двумя вспомогательными преобразователями (1,11,12), отличающийся тем, что при распознавании замыкания на землю выполняются следующие этапы:
- выключение вспомогательных преобразователей (1, 11, 12),
- размыкание переключателя (4) для прерывания протекания тока между вспомогательными преобразователями (1, 11, 12) и сетью (2, 21, 22) энергоснабжения,
- включение первого вспомогательного преобразователя (11),
- включение по меньшей мере одного другого вспомогательного преобразователя (12), причем упомянутый другой вспомогательный преобразователь (12) в процессе включения синхронизируется с первым вспомогательным преобразователем (11), в частности, по частоте и уровню напряжения и
- после установленного устранения замыкания на землю переключатель (4) для прерывания протекания тока между вспомогательными преобразователями (1, 11, 12) и сетью (2, 21, 22) энергоснабжения снова замыкается.
6. Система (5) энергоснабжения транспортного средства, особенно рельсового транспортного средства, для осуществления способа по любому из пп. 1-5, содержащая:
- по меньшей мере два параллельно расположенных вспомогательных преобразователя (1, 11, 12),
- сеть (2, 21, 22) энергоснабжения для питания электрических потребителей (3, 31, 32),
- по меньшей мере один переключатель (4) для прерывания протекания тока между вспомогательными преобразователями (1, 11, 12) и сетью (2, 21, 22) энергоснабжения.
7. Система (5) энергоснабжения по п. 6, отличающаяся тем, что система (5) энергоснабжения имеет по меньшей мере одно средство контроля замыкания на землю.
8. Система (5) энергоснабжения по п. 6 или 7, отличающаяся тем, что переключатель (4) выполнен во вспомогательном преобразователе (1, 11, 12).
9. Система (5) энергоснабжения по любому из пп. 6-8, отличающаяся тем, что система энергоснабжения включает в себя трехфазную сеть (21) энергоснабжения и однофазную сеть (22) энергоснабжения, которые гальванически соединены между собой.
10. Система (5) энергоснабжения по п. 9, отличающаяся тем, что гальваническое соединение выполнено через вспомогательный преобразователь (1, 11, 12).
| СИСТЕМА И СПОСОБ УСТРАНЕНИЯ РЕЖИМА КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ НА ЗЕМЛЮ, КОТОРЫЙ МОЖЕТ ВОЗНИКНУТЬ В СИСТЕМЕ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ | 2006 |
|
RU2395146C2 |
| JP 2012165509 A, 30.08.2012 | |||
| ОБЕСПЕЧЕНИЕ ВСПОМОГАТЕЛЬНЫХ ПРИВОДОВ РЕЛЬСОВОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИЕЙ | 2009 |
|
RU2457122C2 |
| СХЕМА ПИТАНИЯ ВСПОМОГАТЕЛЬНЫХ НАГРУЗОК ЛОКОМОТИВА | 2011 |
|
RU2462374C1 |
