(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
変換器（１、２）を備え、電源ライン（９）上で使用可能な異なる種類の電圧から牽引システムＣに直流電圧を供給する装置であって、前記変換器（１、２）の交流側が、一次巻線（６）を含む電源変圧器（５）の第１の二次巻線（３）および第２の二次巻線（４）にそれぞれ接続され、前記変換器（１、２）の直流側が、前記牽引システムＣの電源端子（７）に前記直流電源電圧を供給し、該牽引システムＣの該電源供給装置には、一方で前記電源ライン（９）に接続される第１の電源要素（８Ａ）および第２の電源要素（８Ｂ）によって電源が供給され、前記電源ライン（９）で使用可能な電源電圧が交流電圧である場合、前記第１の電源要素（８Ａ）が、第１の接続要素（１１Ａ）を使用して、前記電源変圧器（５）の前記一次巻線（６）に接続されるように構成され、前記電源ライン（９）で使用可能な電源電圧が、前記牽引システムＣの電源電圧に等しい直流電圧の場合には、前記第２の電源要素（８Ｂ）が、前記牽引システムＣの前記電源端子（７）に接続されるように構成され、前記牽引システムＣの電源供給装置は、前記変換器（１、２）が中点（１０）を有するように直列に配置されており、前記電源ライン（９）で使用可能な電源電圧が、前記牽引システムの電源電圧の半分の直流電圧である場合、前記第２の電源要素（８Ｂ）が、第２の接続要素（１１Ｂ）を使用して、前記直列の変換器（１、２）の前記中点（１０）に接続されるように構成されていることを特徴とする直流電圧供給装置。
【請求項２】
前記牽引システムＣへの直流電圧の電源供給が、前記牽引システムＣの電源電圧に等しい直流電圧によって行われ、フィルタ装置（１２、１４）を介して牽引システムＣに電源が供給される請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記フィルタ装置（１２、１４）がコンデンサを含んでおり、該コンデンサの全部または一部が、前記変換器（１、２）に結合されたコンデンサ（１４）である請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記電源変圧器（５）が補助巻線（１３）を含む請求項１から３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項５】
変換器（１、２）が強制切換単相ブリッジＰＭＣＦ型である請求項１から４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項６】
電源ライン（９）上で使用可能な異なる種類の電圧から牽引システムＣに直流電圧を供給する方法であって、変換器（１、２）の交流側が、一次巻線（６）を含む電源変圧器（５）の第１の二次巻線（３）および第２の二次巻線（４）にそれぞれ接続され、前記変換器（１、２）の直流側が、前記牽引システムＣの電源端子（７）に前記直流電源電圧を供給し、前記牽引システムＣの前記電源供給装置には、一方で前記電源ライン（９）に接続される第１の電源要素（８Ａ）および第２の電源要素（８Ｂ）によって電源が供給され、前記電源ライン（９）上で使用可能な前記電源電圧が交流電圧である場合、第１の接続要素（１１Ａ）を使用して、第１の電源要素（８Ａ）を前記電源変圧器（５）の前記一次巻線（６）に接続し、前記電源線（９）上で使用可能な電源電圧が牽引システムＣの電源電圧に等しい直流電圧である場合、第２の接続要素（１１Ｂ）を使用して、前記第２の電源要素（８Ｂ）を前記牽引システムＣの前記電源端子（７）に接続するステップを有しており、前記変換器（１、２）が、中点（１０）を有するように直列に配置され、前記電源線（９）上で使用可能な前記電源電圧が、前記牽引システムＣの電源電圧の半分の直流電圧である場合、前記第２の電源要素（８Ｂ）を第２の接続要素（１１Ｂ）を用いて前記直列変換器（１、２）の前記中点（１０）に接続するステップを含むことを含むことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は一般的に、鉄道分野の牽引システムに関し、より詳細には、種々の交流または直流電圧から変換器を使用して牽引システムに直流電圧を供給する装置および方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本願出願人のフランス特許２７１３５６５号は、「鉄道機関車用の高使用可能性多電流電源システム」に関する。
【０００３】
この特許は、たとえば非同期モータを具備する牽引システムは直流電圧電源を必要とすることを示している。
【０００４】
またこの特許は、鉄道車両が、次第に区域によって供給電圧が異なるネットワーク上を走行するのに対応するようになってきていることを述べている。
【０００５】
たとえば２５ｋＶ、５０Ｈｚ、１５ｋＶ、１６  ２／３Ｈｚ、直流３ｋＶ、または直流１．５ｋＶの電圧が存在する。
【０００６】
先行技術の種々の交流または直流電圧から変換器を使用して牽引システムに直流電圧を供給する装置は、各供給電圧に専用の変換器を使用する。
【０００７】
言い換えれば、先行技術の種々の交流または直流電圧から変換器を使用して牽引システムに直流電圧を供給する装置は、たとえば、
−  グラエツブリッジすなわち交流電源用強制切換単相ブリッジ
−  直流電源電圧が牽引システムの供給電圧よりも高い場合、たとえばチョッパなどの降圧装置
−  直流電源電圧が牽引システムの供給電圧よりも低い場合、昇圧装置
を使用する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、同じ変換器を使用することを可能にする、種々の交流または直流電圧から変換器を使用して牽引システムに直流電圧を供給する装置および方法である。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、種々の交流または直流電圧から変換器を使用して牽引システムに直流電圧を供給する装置および方法は、以下のような特徴を有する。
【００１０】
種々の交流または直流電圧から変換器を使用して牽引システムに直流電圧を供給する装置および方法の利点は、使用可能な種々の電圧に応じて変換器を再使用し得るので、牽引システム内に設置すべき設備が削減されることである。
【００１１】
その結果、先行技術による装置における場合のように、変換器が使用されない状態にあることがない。
【００１２】
種々の交流または直流電圧から変換器を使用して牽引システムに直流電圧を供給する装置および方法の他の利点は、とくに１５００Ｖの電源の場合、コンタクタの数が削減されることである。
【００１３】
種々の交流または直流電圧から変換器を使用して牽引システムに直流電圧を供給する装置および方法の他の利点は、インダクタが使用されないことである。
【００１４】
種々の交流または直流電圧から変換器を使用して牽引システムに直流電圧を供給する装置および方法の他の利点は、牽引システムの電源用出力が常に同一の端子にあることである。
【００１５】
本発明の他の目的、特徴および利点は、添付の図面を参照して行う、種々の交流または直流電圧から変換器を使用して牽引システムに直流電圧を供給する装置および方法の好ましい実施形態についての説明を読むことにより明らかになろう。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明による変換器１、２を使用して種々の交流または直流電圧ＵAC、ＵDCから牽引システムＣに直流電圧Ｕ1DCを供給する装置の略図である。
【００１７】
電源ライン９上では種々の交流または直流電圧ＵAC、ＵDCが使用可能である。
【００１８】
交流／直流変換器１、２は、中点１０を有するように直列に配置される。
【００１９】
交流ＡＣ側では、交流／直流変換器１、２は、一次巻線６を含む電源変圧器５の第１の二次巻線３および第２の二次巻線４にそれぞれ接続される。
【００２０】
直流ＤＣ側では、交流／直流変換器１、２は、牽引システムＣの電源端子７に直流電源電圧Ｕ1DCを供給する。
【００２１】
牽引システムＣは、先行技術から公知のように、少なくとも一つの牽引用電動機（図示せず）、および該電動機の動作点の調整を行うことができる変換器（図示せず）を含み、電源電圧Ｕ1DCは直流電圧である。
【００２２】
牽引システムＣの電源供給装置には、一方で電源ライン９に接続される第１の電源要素８Ａおよび第２の電源要素８Ｂによって電源が供給される。
【００２３】
本発明の主要な特徴によれば、第１の接続要素１１Ａを使用して、第１の電源要素８Ａなどの牽引システムＣへの電源供給装置を電源変圧器５の一次巻線６に接続することができ、第２の接続要素１１Ｂを使用して、第２の電源要素８Ｂを、牽引システムＣの電源端子７か、直列変換器１、２の中点１０に接続することができる。
【００２４】
変換器１、２はたとえば強制切換単相ブリッジＰＭＣＦ型である。
【００２５】
したがって電源変圧器５および変換器１、２は、以下の電源電圧から牽引システムへの直流電源供給を行うことができる。
【００２６】
−  任意の交流電圧ＵAC
−  牽引システムの電源電圧に等しい直流電圧Ｕ1DC
−  牽引システムの電源電圧の半分程度の直流電圧Ｕ2DC
後に詳述するように、牽引システムが制動モードで動作するか牽引モードで動作するかに従い、変換器１、２にインバータの機能および整流器の機能を割り当てることができる。
【００２７】
これらの機能の割り当ては、第１の接続要素（１１Ａ）および第２の接続要素（１１Ｂ）を使用して行われる。
【００２８】
図２は、使用可能電源電圧が交流電圧ＵACである場合の図１の本発明による電源供給装置の略図である。
【００２９】
牽引システムＣへの電源供給装置には、電源ライン９と、電源変圧器５の一次巻線６とに接続された第１の電源要素８Ａにより電源が供給される。
【００３０】
直列接続された二つの変換器１、２は、牽引システムＣにＵ1DCの電圧の電源を供給する。
【００３１】
各変換器１、２はその出力端子にＵ1DC／２程度の電圧のみを有する。
【００３２】
使用可能電源電圧ＵACはたとえば、２５ｋＶ、５０Ｈｚ、１５ｋＶ、１６−２／３Ｈｚ、に等しい。
【００３３】
図３は、使用可能電源電圧が、牽引システムの電源電圧に等しい直流電圧Ｕ1DCである場合の図１の本発明による電源供給装置の略図である。
【００３４】
牽引システムＣへの電源供給装置には、電源ライン９と、牽引システム７の電源端子とに接続された第２の電源要素８Ｂにより電源が供給される。
【００３５】
牽引システムＣには、たとえばインダクタおよびコンデンサ型のフィルタ装置１２を介して電源が供給されるのが好ましい。
【００３６】
その場合、電源変圧器５および変換器１、２はいかなる役割も果たさない。
【００３７】
本発明による種々の交流または直流電圧から変換器を使用して牽引システムに直流電圧を供給する装置の利点は、ここでは、変換器に結合されたコンデンサ１４を、フィルタ装置１２の全体または一部として使用することができることである。
【００３８】
直流電圧Ｕ1DCはたとえば直流３０００Ｖに等しい。
【００３９】
図４は、使用可能電源電圧が、牽引システムの電源電圧の半分程度の直流電圧Ｕ2DCである場合の図１の本発明による電源供給装置の略図である。
【００４０】
牽引システムＣへの電源供給装置には、電源ライン９と、直列変換器１、２の中点１０とに接続された第２の電源要素８Ｂにより電源が供給される。
【００４１】
したがって電源供給装置には、直列変換器１、２の中点において電源が供給される。
【００４２】
このような構成においては、一方の変換器２がインバータとして動作し、この変換器２に結合された二次巻線４を介して電源変圧器５に電力を供給する。
【００４３】
第２の変換器１は整流器として動作し、変換器２によって供給される電力を使用して、その出力端子において電圧Ｕを
Ｕ＝Ｕ1DC−Ｕ2DC
に維持する。
【００４４】
インバータの機能および整流器の機能は、牽引システムが制動モードで動作するか牽引モードで動作するかに従い、変換器１、２に割り当てられる。
【００４５】
直流電圧Ｕ2DCはたとえば直流１５００Ｖに等しい。
【００４６】
図５ないし図７は、本発明による種々の交流または直流電圧から変換器を使用して牽引システムに直流電圧を供給する装置の他の実施形態の略図である。
【００４７】
このような実施形態では、電源変圧器５は補助巻線１３を含む。
【００４８】
この補助巻線１３はたとえば牽引システムの補助装置など、他の回路に電源を供給する。
【００４９】
図５は、使用可能電源電圧が交流電圧ＵACである場合の本発明による電源供給装置の略図である。
【００５０】
この実施形態は、複数の二次巻線を有する変圧器の従来の動作に対応する。
【００５１】
図６は、使用可能電源電圧が、牽引システムの電源電圧に等しい直流電圧Ｕ1DCである場合の本発明による電源供給装置の略図である。
【００５２】
この実施形態によれば、変換器１、２はインバータまたは整流器として動作し、磁気結合によって、電源変圧器５の補助巻線１３にエネルギーを供給する。
【００５３】
図７は、使用可能電源電圧が、牽引システムの電源電圧の半分程度の直流電圧Ｕ2DCである場合の本発明による電源供給装置の略図である。
【００５４】
この実施形態によれば、変換器のうちの一つがインバータとして動作し、電源変圧器５の補助巻線１３がエネルギーの一部を使用することができる。
【００５５】
上記から、電源線９上で使用可能な種々の交流または直流電圧ＵAC、ＵDCから変換器１、２を使用して牽引システムＣに直流電圧Ｕ1DCを供給する方法が得られる。
【００５６】
交流／直流変換器１、２は、中点１０を有するように直列に配置される。
【００５７】
交流ＡＣ側では、交流／直流変換器１、２は、一次巻線６を含む電源変圧器５の第１の二次巻線３および第２の二次巻線４にそれぞれ接続される。
【００５８】
直流ＤＣ側では、交流／直流変換器１、２は、牽引システムＣの電源端子７に直流電源電圧Ｕ1DCを供給する。
【００５９】
牽引システムＣへの電源供給装置には、前記電源線９に接続された第１の電源要素８Ａおよび第２の電源要素８Ｂにより電源が供給される。
【００６０】
牽引システムＣへ電源を供給する方法はまた、前記電源ライン９上で使用可能な前記電源電圧が交流電圧ＵACである時、第１の接続要素１１Ａを使用して、第１の電源要素８Ａを電源変圧器５の一次巻線６に接続するか、あるいは第２の電源要素８Ｂを、前記電源ライン９上で使用可能な電源電圧が牽引システムＣの電源電圧に等しい直流電圧Ｕ1DCである時、第２の接続要素１１Ｂを使用して、牽引システムＣの電源端子７に接続し、電源ライン９上で使用可能な電源電圧が、牽引システムＣの電源電圧の半分程度の直流電圧Ｕ2DCである場合、直列の変換器１、２の中点１０に接続するステップを含む。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による種々の交流または直流電圧から変換器を使用して牽引システムに直流電圧を供給する装置の略図である。
【図２】使用可能電源電圧が交流電圧ＵACである場合の図１の本発明による電源供給装置の略図である。
【図３】使用可能電源電圧が、牽引システムの電源電圧に等しい直流電圧Ｕ1DCである場合の図１の本発明による電源供給装置の略図である。
【図４】使用可能電源電圧が、牽引システムの電源電圧の半分程度の直流電圧Ｕ2DCである場合の図１の本発明による電源供給装置の略図である。
【図５】本発明による種々の交流または直流電圧から変換器を使用して牽引システムに直流電圧を供給する装置の他の実施形態の略図である。
【図６】本発明による種々の交流または直流電圧から変換器を使用して牽引システムに直流電圧を供給する装置の他の実施形態の略図である。
【図７】本発明による種々の交流または直流電圧から変換器を使用して牽引システムに直流電圧を供給する装置の他の実施形態の略図である。
【符号の説明】
１、２  変換器
３  第１の二次巻線
４  第２の二次巻線
５  電源変圧器
６  一次巻線
７  電源端子
８Ａ  第１の電源要素
８Ｂ  第２の電源要素
９  電源ライン
１０  中点
１１Ａ  第１の接続要素
１１Ｂ  第２の接続要素
１２  フィルタ装置
１３  補助巻線
１４  コンデンサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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