Пристрій та спосіб живлення постійним струмом тягової системи за допомогою перетворювачів змінного або постійного струму різних напруг

1 Пристрій живлення постійним струмом тягової системи С за допомогою перетворювачів (1, 2) змінного або постійного струму різних напруг UAC, UDC, наявних у лінії електропостачання, причому з боку змінного струму означені перетворювачі (1, 2) змінного струму у постійний з'єднані, ВІДПОВІДНО, з першою (3) та другою (4) вторинними обмотками силового трансформатора (5) живлення, що має первинну обмотку (6), і з боку постійного струму означені перетворювачі (1, 2) змінного струму у постійний постачають напругу до виводу живлення (7) означеної тягової системи С, а означений пристрій живлення постійним струмом означеної тягової системи С одержує живлення від першого (8А) та другого (8Б) елементів живлення, з'єднаних одними виводами з означеною ЛІНІЄЮ електропостачання (9), причому означений перший елемент (8А) живлення другим виводом пристосований для з'єднання з означеною первинною обмоткою (6) означеного силового трансформатора (5) живлення через перший з'єднувальний елемент (11 А), а означений другий елемент (8Б) живлення пристосований до з'єднання з означеним виводом живлення означеної тягової системи С, у якій означені перетворювачі (1, 2) змінного струму у постійний, які є складовою частиною означеного пристрою постачання постійного струму у означену тягову систему, з'єднані послідовно, утворюючи середню точку (10), і означений другий елемент (8Б) живлення другим виводом пристосований також до з'єднання через означений другий з'єднувальний елемент (11 Б) з означеною середньою точкою (10) означених послідовно з'єднаних перетворювачів (1, 2) 2 Пристрій за п 1, який відрізняється тим, що одержує живлення постійним струмом напругою U2DC, що приблизно дорівнює половині напруги живлення означеної тягової системи 3 Пристрій за п 1, який відрізняється тим, що одержує живлення змінним струмом будь-якої напруги и А С 4 Пристрій за п 1, який відрізняється тим, що одержує живлення постійним струмом напругою U-IDC, що дорівнює напрузі живлення означеної тягової системи 5 Пристрій за п 3 або п 4, який відрізняється тим, що електропостачання до означеної тягової системи здійснюється через фільтрувальний пристрій (12) 6 Пристрій за п 5, який відрізняється тим, що означений фільтрувальний пристрій (12) має конденсатори, причому усі або деякі з означених конденсаторів з'єднані з означеними перетворювачами (1, 2) 7 Пристрій за будь-яким з пп 1-6, який відрізняється тим, що означений силовий трансформатор (5) живлення має додаткову обмотку (13) 8 Пристрій за п 1, який відрізняється тим, що означені перетворювачі (1, 2) є перетворювачами типу однофазного мосту з примусовим перемиканням 9 Спосіб живлення постійним струмом тягової системи С за допомогою перетворювачів (1, 2) змінного або постійного струму різних напруг, наявних у лінії (9) електропостачання, причому з боку змінного струму означені перетворювачі (1, 2) змінного струму у постійний з'єднані, ВІДПОВІДНО, з першою (3) та другою (4) вторинними обмотками силового трансформатора (5) живлення, що має первинну обмотка (6), і з боку постійного струму означені перетворювачі (1, 2) змінного струму у постійний постачають напругу до виводу (7) живлення означеної тягової системи, а означений пристрій живлення постійним струмом означеної тягової системи С одержує живлення від першого (8А) та другого (8Б) елементів живлення, з'єднаних одними виводами з означеною ЛІНІЄЮ (9) електропостачання, причому означений спосіб включає стадію з'єднання озна О 00 00 со ю 45388 ченого першого елемента (8А) живлення другим виводом з означеною первинною обмоткою (6) означеного силового трансформатора (5) живлення через перший з'єднувальний елемент (11 А), якщо від означеної лінії електропостачання надходить змінний струм, або з'єднання означеного другого елемента (8Б) живлення другим виводом з означеним виводом (7) живлення означеної тягової системи С, якщо від означеної лінії (9) електропостачання надходить постійний струм напругою ІІ-юс, що дорівнює напрузі живлення означеної тягової системи С, у якій способом живлення постійним струмом оз наченої тягової системи С передбачено послідовне з'єднання означених перетворювачів (1, 2) змінного струму у постійний, чим створюється середня точка (10), і означений спосіб включає стадію з'єднання означеного другого елемента (8Б) живлення через означений другий з'єднувальний елемент (11 Б) з означеною середньою точкою (10) означених послідовно з'єднаних перетворювачів (1, 2), якщо від означеної лінії (9) електропостачання надходить постійний струм напругою L)2DC, ЩО приблизно дорівнює половині напруги живлення означеної тягової системи Винахід відноситься до тягових систем, особливо і взагалі до залізничних, і стосується, зокрема, пристрою і способу живлення тягової системи постійним струмом з використанням перетворювачів різних змінних та постійних струмів В патенті Франції 2 713 565 розглядається відома залізнична система живлення для багатьох струмів У цій документації показано, що тягова система на асинхронних двигунах, наприклад, потребує джерела живлення постійного струму Показано також, що залізничні транспортні засоби все частіше проектують з урахуванням можливості роботи у мережах живлення з різними напругами у різних регіонах Маються на увазі, наприклад, напруги 25 кВ ( 50 Гц), 15 кВ (16 2/3 Гц), 3 або 1,5 кВ постійного струму Існуючі пристрої для живлення тягових систем постійним струмом з використанням перетворювачів різних змінних або постійних струмів передбачають вживання окремого перетворювача для кожної напруги живлення Іншими словами, у існуючих пристроях для живлення постійним струмом тягової системи шляхом перетворювання змінних або постійних струмів різних напруг використовуються, наприклад, - міст Греца або однофазний міст з примусовим перемиканням для джерел живлення змінного струму, - знижуючі пристрої, наприклад, переривачі, якщо напруга живлення постійним струмом вища за напругу постійного струму для тягової системи, - підвищуючі пристрої, коли напруга живлення постійним струмом нижча за напругу постійного струму для тягової системи Задача винаходу полягає в створенні пристрою і способу забезпечення живлення тягової системи постійним струмом шляхом перетворювання змінного або постійного струму різних напруг, які дозволяють використання того ж самого перетворювача Згідно З винаходом пристрій живлення постійним струмом UIDC тягової системи С, який містить в собі перетворювачі змінного або постійного струму різних напруг UAC, UDC, наявних у лінії електропостачання, з'єднані послідовно, утворюючи середню точку , з боку змінного струму з'єднані, ВІДПОВІДНО, з першою та другою вторинними обмотками трансформатора живлення, що має первинну обмотку, і з боку постійного струму - з виводом живлення означеної тягової системи С, а також перший та другий елементи живлення, з'єднані одними виводами з означеною ЛІНІЄЮ електропостачання, і який відрізняється тим, що перший елемент живлення пристосований для з'єднання другим виводом J первинною обмоткою трансформатора живлення через перший з'єднувальний елемент, а другий елемент живлення пристосований до з'єднання другим виводом з виводом живлення тягової системи С або з середньою точкою з'єднаних послідовно перетворювачів через другий з'єднувальний елемент Далі наведено характеристики пристрою і способу згідно з винаходом одержання постійного струму для живлення тягової системи за допомогою перетворювачів змінного або постійного струму різних напруг Однією З переваг пристрою та способу одержання постійного струму для живлення тягової системи за допомогою перетворювачів змінного або постійного струму різних напруг згідно з винаходом є зниження КІЛЬКОСТІ обладнання, що має бути встановлено у тяговій системі, завдяки тому, що ті ж самі перетворювачі використовуються повторно, але ВІДПОВІДНО до напруг, що до них надходять Далі буде показано, що жоден з перетворювачів не залишається без використання, як це має місце у існуючих системах Другою перевагою пристрою та способу одержання постійного струму для живлення тягової системи за допомогою перетворювачів змінного або постійного струму різних напруг, згідно з винаходом, є зниження КІЛЬКОСТІ контакторів, особливо у випадку живлення напругою 1500 В Іншою перевагою пристрою та способу одержання постійного струму для живлення тягової системи за допомогою перетворювачів змінного або постійного струму різних напруг, згідно з винаходом, є відсутність індуктивностей Ще одною перевагою пристрою та способу одержання постійного струму для живлення тягової системи за допомогою перетворювачів змінного або постійного струму різних напруг, згідно з винаходом, є те, що живлення до тяговою системи 45388 надходить від одного терміналу Інші об'єісги, особливості та переваги винаходу видно з опису бажаного втілення пристрою та здійснення способу одержання постійного струму для живлення тягової системи за допомогою перетворювачів змінного або постійного струму різних напруг згідно з винаходом > з посиланнями на креслення Фіг 1 - схема пристрою та способу одержання постійного струму, згідно з винаходом, для живлення тягової системи за допомогою перетворювачів змінного або постійного струму різних напруг Фіг 2 - схема пристрою живлення, згідно з винаходом, з фіг 1 для випадку, коли пристрій живиться змінним струмом напругою ІІдс Фіг 3 - схема пристрою живлення, згідно з винаходом з фіг 1, для випадку, коли пристрій живиться постійним струмом напругою ІІ-юс, що приблизно дорівнює напрузі живлення тягової системи Фіг 4 - схема пристрою живлення, згідно з винаходом з фіг 1, для випадку, коли пристрій живиться постійним струмом напругою L)2DC, приблизно ВДВІЧІ нижчою за напругу живлення тягової системи Фіг 5 - 7 містять схеми, що відповідають іншим втіленням винаходу Фіг 1 містить схему пристрою, згідно з винаходом, для живлення тягової системи С постійним струмом напругою ІІ-юс за допомогою перетворювачів 1, 2, що живляться від змінного або постійного струмів з різними напругами UDC, UAC ЗМІННИЙ або постійний струми різних напруг UAC, UDC одержують від лінії електропостачання 9 Перетворювачі 1, 2 змінного струму у постійний з'єднані послідовно, створюючи середню точку 10 Сторони змінного струму перетворювачів 1, 2 приєднані ВІДПОВІДНО до першої і другої вторинних обмоток 3, 4 трансформатора 5 живлення, що має первинну обмотку 6 Від сторін постійного струму перетворювачів 1, 2 постійна напруга UIDC живлення надходить до виводу 7 тягової системи С Тягова система С подібно до існуючих систем містить в собі принаймні один тяговий двигун (не показаний) і перетворювачі (не показані) для регулювання робочої точки тягових двигунів, причому живлення здійснюється постійним струмом напругою UiDC Пристрій живлення тягової системи С одержує живлення від першого (8А) та другого (8Б) елементів живлення, приєднаних одними виводами до лінії 9 електропостачання Згідно З ГОЛОВНИМИ ознаками винаходу пристрій живлення тягової системи С має ту особливість, що перший елемент 8А живлення може бути другим виводом приєднаний до первинної обмотки 6 трансформатора 5 живлення через перший з'єднувальний елемент 11 А, а другий елемент 8Б живлення другим виводом може бути приєднаний або до виводу 7 живлення тягової системи, або до середньої точки 10 послідовно з'єднаних перетворювачів 1, 2 через другий з'єднувальний елемент 11Б Перетворювачі 1, 2 являють собою однофазні мости з примусовим перемиканням Таким чином, трансформатор 5 живлення і пе ретворювачі 1, 2 здатні забезпечувати живлення тягової системи постійним струмом, одержуючи при цьому живлення - змінним струмом будь-якої напруги UAC, - постійним струмом напругою UIDC, ЩО приблизно дорівнює напрузі живлення тягової системи, - постійним струмом напругою U2DC, ЩО дорівнює половині напруги живлення тягової системи Як це більш докладно описано далі, перетворювачі 1, 2 можуть виконувати функції інвертора або випрямлювача в залежності від того, працює тягова система у режимі гальмування або тяги Ці функції виконують перший та другий з'єднувальний елементи (11 А, 11 Б) Фіг 2 містить схему пристрою живлення, згідно з винаходом, (фіг 1), для випадку, коли він живиться змінним струмом напругою UAC Пристрій живлення тягової системи одержує живлення через перший елемент 8А живлення, що з'єднаний одним виводом з ЛІНІЄЮ 9 електропостачання і другим виводом - з первинною обмоткою 6 силового трансформатора 5 живлення Обидва перетворювачі 1, 2 з'єднані послідовно і надають до тягової системи С живлення з напругою UIDC, маючи на виходах напругу UIDC/2 Напруга живлення UAC може дорівнювати, наприклад, 25кВ (50Гц) або 15кВ(162/3 Гц) Фіг 3 МІСТИТЬ схему пристрою живлення, згідно з винаходом (фіг 1), для випадку, коли він одержує живлення постійним струмом напругою UIDC, що дорівнює напрузі живлення тягової системи Пристрій живлення тягової системи С одержує живлення через другий елемент 8Б живлення, з'єднаний одним виводом з ЛІНІЄЮ 9 електропостачання і другим - з виводом 7 живлення тягової системи Найкраще надавати живлення до тягової системи С через фільтруючий пристрій 12 індуктивноконденсаторного типу У цьому випадку трансформатор 5 живлення і перетворювачі 1, 2 не виконують ніяких функцій Однією З переваг пристрою і способу одержання постійного струму, згідно з винаходом, для живлення тягової системи за допомогою перетворювачів змінного або постійного струму різних напруг є те що конденсатори 14, зв'язані з перетворювачами, можна використовувати як фільтруючи пристрої або як їх частину Напруга постійного струму UIDC може дорівнювати, наприклад, 3000В Фіг 4 містить схему пристрою живлення, згідно з винаходом (фіг 1), у випадку, коли він одержує ЖИВЛеННЯ ПОСТІЙНИМ СТруМОМ НапруГОЮ U2DC, ОЩ дорівнює приблизно половині напруги живлення тягової системи Пристрій живлення тягової системи С одержує живлення через другий елемент 8Б живлення, з'єднаний одним виводом з ЛІНІЄЮ 9 електропостачання і другим - з середньою точкою 10 послідовно з'єднаних перетворювачів 1,2 Таким чином, пристрій живлення одержує живлення від означеної середньої точки 10 перетворювачів 1, 2 У конфігурації такого роду перетворювач 2 працює як інвертор і живить силовий трансформа 7 45388 8 тор 5 живлення через його вторинну обмотку 4, цює я к інвертор, причому частина енергії викорисз'єднану з перетворювачем 2 товується додатковою обмоткою 13 трансформатора 5 живлення Перетворювач 1 працює як випрямляч, використовуючи живлення, яке постачає перетворювач З попереднього постає, що ми одержуємо спо2, для підтримування на своїх виводах напруги U сіб живлення тягової системи С постійним струмом U = LJiDC - U2DC Перетворювачі 1, 2 виконують функції інвертора або випрямлювача в залежності від того, працює тягова система у режимі гальмування або тяги Напруга постійного струму L)2DC може дорівнювати, наприклад, 1500В Фіг 5 - 7 містять схеми інших втілень пристрою і здійснення способу одержання постійного струму згідно з винаходом, для живлення тягової системи за допомогою перетворювачів змінного або постійного струму різних напруг У цих втіленнях трансформатор живлення має додаткову обмотку 13, я к а постачає енергію д о інших, наприклад, допоміжних підсистем тягової системи Фіг 5 містить схему пристрою живлення, згідно з винаходом, д л я випадку, коли він одержує живлення змінним струмом напругою ІІдс Це втілення відповідає звичайній роботі трансформатора з кількома вторинними обмотками Фіг 6 містить схему пристрою живлення, згідно з винаходом, д л я випадку, коли він одержує живлення постійним струмом напругою ІІ-юс, що дорівнює напрузі живлення тягової системи У цьому втіленні перетворювачі 1, 2 працюють як інвертор або випрямляч і індуктивним шляхом живлять додаткову обмотку 13 трансформатора 5 живлення Фіг 7 МІСТИТЬ схему пристрою живлення згідно з винаходом, д л я випадку, коли він одержує живлення постійним струмом напругою L)2DC, Щ О дорівнює приблизно половині напруги живлення тягової системи У цьому втіленні один з перетворювачів пра напругою UIDC за допомогою перетворювачів 1, 2, які одержують живлення змінним або постійним струмом напругами UAC, UDC ВІД ЛІНІЇ 9 електропостачання Перетворювачі 1, 2 змінного струму у постійний з'єднані послідовно, утворюючи середню точку 10 З боку змінного струму перетворювачі 1, 2 з'єднані, ВІДПОВІДНО, з першою т а другою вторинними обмотками 3, 4 силового трансформатора 5 живлення, який має первинну обмотку 6 З боку постійного струму перетворювачі 1, 2 постачають постійний струм напругою ІІ-юс до виводу 7 живлення тягової системи С Пристрій живлення тягової системи С забезпечується живленням через перший (8А) т а другий (8Б) елементи живлення, з'єднані з означеною ЛІНІЄЮ 9 е л е к т р о п о с т а ч а н н я Спосіб постачання живлення д о тягової системи С включає стадії з'єднання першого елемента 8А живлення другим виводом з первинною обмоткою 6 трансформатора 5 живлення через перший з'єднувальний елемент 11А, я к щ о від лінії 9 електропостачання надходить змінний струм напругою UAC, або з'єднання другого елемента 8Б живлення через другий з'єднувальний елемент 11Б з виводом 7 живлення тягової системи С, якщо ЛІНІЯ 9 електропостачання постачає постійний струм напругою ІІ-юс, щ о дорівнює напрузі живлення тягової системи С, або з середньою точкою 10, створеною послідовно з'єднаними перетворювачами 1, 2, я к щ о ЛІНІЯ 9 електропостачання постачає постійний струм напругою L)2DC, Щ О дорівнює приблизно половині напруги живлення тягової системи С АС/ I5GGBBC /DC 15kBjS2/3Hz де / /ж і шовяе "IDC 3000BDC СИСТЕМА ПЕРЕТВОРЮВАЧ! ФІГ 2 45388 10 'ID C/2 Ще ЭОООвОС Д С 1ПС/2 ТЯГОВА СИСТЕМА -13 & Фіг з ТІ '1DC 3 ПЕРЕТВОРЮВАЧІ ФІГ 6 А С 1500 В DC Д С °2ЕС „ 300E1BDC 150ОВОС 2С ТЯГОВА СИСТЕМА ПЕРЕТВОРЮВАЧІ ФІГ 4 1 1DC/2 Д С Д С ТЯГОВА СИСТЕМА и П»С/2 D C ТЯГОВА СИСТЕМА -13 Мс а U2DC ПЕРЕТВОРЮВАЧІ ПЕРЕТВОРЮВАЧІ ФІГ. 7 ФІГ 5 ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна (044)456-20- 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71