СИСТЕМА ПОДВИЖНОГО СОСТАВА И СПОСОБ ЕЕ УПРАВЛЕНИЯ
ROLLING STOCK SYSTEM AND METHOD OF ITS CONTROL

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Варианты осуществления, описанные в материалах настоящей заявки, в целом относятся к системе подвижного состава для предотвращения протекания броска тока возбуждения в силовой трансформатор при соединении электрического подвижного состава переменного тока с проводом воздушной линии.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Когда электрический подвижной состав переменного тока пересекает переключающий участок, возникает прерывание мощности продолжительностью 200-300 мс. При управлении, выполняемом в настоящее время, токи главной схемы ограничиваются в области переключающего участка путем закорачивания. При переключении схемы питания не только ухудшается комфорт во время движения, но также происходит бросок тока возбуждения, протекающего к силовому трансформатору. Другими словами, силовой трансформатор, которым оборудован электрический подвижной состав переменного тока, производит бросок тока возбуждения, за исключением случая, когда при приеме мощности с провода воздушной линии прикладывается напряжение соответствующей фазы. Бросок тока возбуждения не только вызывает необязательное срабатывание устройств защиты подачи мощности, но также увеличивает нагрузку на наземное оборудование подачи мощности.
С другой стороны, в технологии, описанной в публикации № 7-117531A заявки на выдачу патента Японии, оборудование переключающего участка выполняет оптимальное управление переключением угла фазы для того, чтобы получить оптимальный угол фазы при замыкании питания на переключающем участке, предотвращая возникновение броска тока возбуждения. В публикации № 2003-291694A заявки на выдачу патента Японии фаза среднего участка переключающего участка управляется преобразователем, установленным на наземном оборудовании для того, чтобы переключить средний участок к другому участку с энергоснабжением.
Однако, хотя технология, описанная в JP7-117531A, может предотвратить возникновение броска тока возбуждения в переключающем участке, токи главной схемы подвижного состава временно ограничиваются при прохождении через переключающий участок, ухудшая комфорт во время движения и вызывая мгновенное прерывание мощности во вспомогательной машине. Более того, несмотря на эффективное предотвращение возникновения броска тока возбуждения при управлении углом фазы при замыкании посредством переключающего участка, в системе питания, использующей переключающий участок, это не является контрмерой на обесточенном участке. Например, при прохождении через обесточенный участок или когда подвижной состав стоит на стоянке на запасном пути и поднимает токосъемник к проводу воздушной линии для возбуждения трансформатора, бросок тока возбуждения протекает в силовой трансформатор.
С другой стороны, в JP2003-291694A помещение преобразователя в средний участок переключающего участка приводит к увеличению размеров оборудования.
В традиционных технологиях в случае прерывания мощности провода воздушной линии в результате прерывания мощности подстанции, в отличие от того, когда происходит прохождение через переключающий участок или обесточенный участок, подача мощности к вспомогательным машинам, которыми оборудован подвижной состав, останавливается, и для такого случая контрмер не существует. Во время прерывания энергии принимается во внимание приведение в действие вспомогательных машин посредством рекуперативной энергии подвижного состава. Однако в этом случае силовой трансформатор обратно возбуждается рекуперативной энергией, причем токосъемник отходит от провода воздушной линии. По этой причине во время прерывания мощности провода воздушной линии, для выполнения действия, токосъемник должен быть отделен от провода воздушной линии.
В случае обесточенного участка, отличного от системы с переключающим участком, перед обесточенным участком устанавливается "указатель обесточенного участка воздушной линии", а машинисту подвижного состава требуется визуально удостовериться в наличии этого указателя и выполнить операцию по отводу, и двигаться по инерции через обесточенный участок.
КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩЕСТВА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Варианты осуществления, описанные в материалах настоящей заявки, предназначены для решения традиционных задач, описанных выше.
Первая задача состоит в том, чтобы предоставить систему подвижного состава, обеспечивающую предотвращение возникновения броска тока возбуждения силового трансформатора на стороне подвижного состава, когда подвижной состав проходит через переключающий участок/обесточенный участок или когда токосъемник при подъеме присоединяется к проводу воздушной линии, и предоставить способ управления для управления системой подвижного состава. Вторая задача состоит в том, чтобы предоставить систему подвижного состава, обеспечивающую подачу мощности к вспомогательной машине во время прерывания мощности провода воздушной линии и приведение в действие подвижного состава, когда провод воздушной линии и токосъемник находятся в контакте друг с другом, а также предоставить способ управления для управления системой подвижного состава.
Для того чтобы решить первую задачу, описанную выше, система подвижного состава обратно возбуждает силовой трансформатор при детектировании напряжения провода воздушной линии. Эта система подвижного состава содержит:
электрический подвижной состав переменного тока, в котором токосъемник для получения мощности переменного тока от провода воздушной линии соединяется с первичной обмоткой силового трансформатора, которым оборудован базовый подвижной состав, и при этом вторичная обмотка силового трансформатора соединена со схемой, которая имеет преобразователь мощности переменного тока в постоянный ток, который выполняет операцию рекуперации для преобразования переменного тока провода воздушной линии в постоянный ток и выполняет возврат энергии со стороны постоянного тока на сторону переменного тока, причем схема является схемой преобразования мощности привода для приведения в действие приводного двигателя подвижного состава; и
детектор, который детектирует напряжение провода воздушной линии,
при этом схема, которая имеет преобразователь мощности переменного тока в постоянный ток, выполняющий операцию рекуперации, как в случае преобразователя мощности переменного тока в постоянный ток схемы преобразования мощности привода, избирательно соединяется с вспомогательной обмоткой силового трансформатора,
аккумуляторное устройство соединяется с преобразователем мощности переменного тока в постоянный ток, и
при этом напряжение провода воздушной линии детектируется детектором, энергия аккумуляторного устройства прикладывается к вторичной обмотке или вспомогательной обмотке силового трансформатора через преобразователь мощности переменного тока в постоянный ток, силовой трансформатор обратно возбуждается так, что первичная сторона силового трансформатора имеет ту же самую фазу/то же самое напряжение, что и детектированное напряжение провода воздушной линии, провод воздушной линии и первичная обмотка силового трансформатора соединяются друг с другом токоприемником, и электрическая мощность подается от провода воздушной линии к силовому трансформатору через токоприемник.
Для того чтобы решить вторую задачу, описанную выше, система подвижного состава подает питание к вспомогательной машине во время прерывания мощности провода воздушной линии. Эта система подвижного состава содержит электрический подвижной состав переменного тока, в котором токоприемник для получения мощности переменного тока от провода воздушной линии соединяется с первичной обмоткой силового трансформатора, которым оборудован базовый подвижной состав, и при этом вторичная обмотка силового трансформатора соединяется со схемой, которая имеет преобразователь мощности переменного тока в постоянный ток, который выполняет операцию рекуперации по преобразованию переменного тока провода воздушной линии в постоянный ток и выполняет возврат энергии со стороны постоянного тока на сторону переменного тока, причем схема является схемой преобразования мощности привода для приведения в действие приводного двигателя подвижного состава,
при этом электрический подвижной состав переменного тока имеет детектор, который детектирует прерывание мощности провода воздушной линии,
аккумуляторное устройство соединяется с преобразователем мощности переменного тока в постоянный ток схемы преобразователя мощности привода,
вспомогательная схема питания для подачи мощности к вспомогательной машине соединяется с аккумуляторным устройством, и
прерывание мощности провода воздушной линии детектируется детектором, энергия аккумуляторного устройства подается к вспомогательной машине через вспомогательную схему питания для приведения в действие вспомогательной машины.
Согласно варианту осуществления системы подвижного состава, которая обратно возбуждает силовой трансформатор при детектировании напряжения провода воздушной линии, силовой трансформатор обратно возбуждается, используя аккумуляторное устройство, предусмотренное в подвижном составе, и напряжение по существу той же самой фазы и уровня напряжения, как и у провода воздушной линии, прикладывается к первичной стороне силового трансформатора для того, чтобы предотвратить на стороне подвижного состава возникновение броска тока возбуждения к силовому трансформатору при соединении силового трансформатора с проводом воздушной линии.
Согласно вариантам осуществления системы подвижного состава, которая подает питание к вспомогательной машине во время прерывания мощности провода воздушной линии, мощность может быть подана к вспомогательной машине при использовании аккумуляторного устройства, предусмотренного в подвижном составе, во время непрерывного приведения в действие подвижного состава, причем провод воздушной линии и токосъемник соединены друг с другом.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
В дальнейшем изобретение поясняется описанием предпочтительных вариантов воплощения со ссылками на сопроводительные чертежи, на которых:
фиг.1 изображает блок-схему, показывающую конфигурацию системы подвижного состава, согласно первому варианту осуществления;
фиг.2 изображает схему электрических соединений, показывающую обесточенный участок системы подвижного состава, согласно второму варианту осуществления;
фиг.3 изображает схему электрических соединений, показывающую переключающий участок системы подвижного состава, согласно третьему варианту осуществления;
фиг.4 изображает блок-схему, показывающую конфигурацию системы подвижного состава, согласно четвертому варианту осуществления;
фиг.5 изображает блок-схему, показывающую конфигурацию устройства управления энергоснабжения, согласно четвертому варианту осуществления;
фиг.6 изображает схему электрических соединений, показывающую переключающий участок системы подвижного состава, согласно четвертому варианту осуществления изобретения; и
фиг.7 изображает схему электрических соединений, показывающую обесточенный участок системы подвижного состава, согласно пятому варианту осуществления.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Система подвижного состава, которая обратно возбуждает силовой трансформатор при детектировании напряжения провода воздушной линии
Последующее является описанием множества вариантов воплощения системы подвижного состава, к которой применяется способ обратного возбуждения силового трансформатора посредством детектирования напряжения провода воздушной линии.
Первый вариант осуществления
В первом варианте осуществления, показанном на фиг.1, подвижной состав (электрический подвижной состав переменного тока) 100 имеет токосъемник (токоприемник) 101 для получения мощности переменного тока от провода 200 воздушной линии и колесо 102, перемещающееся по рельсу 300. Подвижной состав 100 оборудован силовым трансформатором 110, приводными двигателями 120a, 120b подвижного состава и вспомогательной машиной 130 и обеспечен главной схемой 140 преобразования для приведения в действие приводных двигателей 120a, 120b подвижного состава.
Первичная обмотка 111 силового трансформатора 110 соединена с токосъемником 101. Вторичные обмотки 112а, 112b силового трансформатора 110 соответственно соединены с приводящими двигателями 120а, 120b главной схемой 140 преобразования. Главная схема 140 преобразования имеет преобразователи 141a, 141b мощности переменного тока в постоянный ток для преобразования переменного тока в постоянный ток, сглаживающие конденсаторы 142a, 142b, частично соединенные со сторонами постоянного тока преобразователей 141a, 141b мощности переменного тока в постоянный ток, преобразователи (инверторы) 143a, 143b мощности привода двигателя для обратного преобразования постоянного тока в переменный ток.
В дополнение к этой базовой конфигурации в настоящем варианте осуществления силовой трансформатор 110 обеспечен вспомогательной обмоткой 112с для вспомогательной машины и вспомогательной схемой 140с питания для снабжения питанием вспомогательной машины 130, при этом вспомогательная обмотка 112с соединяется с вспомогательной машиной 130 посредством вспомогательной схемы 140 питания. Аккумуляторные устройства 150, 150c соединяются соответственно с главной схемой 140 преобразования и вспомогательной схемой 140с питания. Детектор 161 напряжения и фазы для детектирования напряжения и фазы провода 200 воздушной линии и прерыватель 162 предоставлены между токосъемником 101 и первичной обмоткой 111 силового трансформатора 110.
В настоящем варианте осуществления ШИМ-преобразователи, которые выполняют электрическую операцию по передаче электроэнергии со стороны переменного тока на сторону постоянного тока и операцию рекуперации по возврату электроэнергии со стороны постоянного тока на сторону переменного тока, используются в качестве преобразователей 141а, 141b мощности переменного тока в постоянный ток главной схемы 140 преобразования для того, чтобы возбуждать вторичные обмотки 112а, 112b силового трансформатора 110. Аккумуляторное устройство 150 на стороне главной схемы 140 преобразования параллельно соединяется с участком постоянного тока в центре главной схемы 140 преобразования для аккумулирования мощности, которая преобразуется в мощность постоянного тока преобразователями 141а, 141b мощности переменного тока в постоянный ток, и аккумулирования рекуперативной энергии приводящих двигателей 120а, 120b, соединенных с главной схемой 140 преобразования в качестве электропитания. Аккумуляторное устройство 150 также работает в качестве источника питания для повторного возбуждения силового трансформатора 110 посредством аккумулированной энергии. Заметим, что в качестве аккумуляторного устройства 150 используется независимая специально выделенная батарея или электрический двухслойный конденсатор.
Вспомогательная машина 130, с одной стороны, может быть компьютером, аппаратом для кондиционирования воздуха, освещением, оборудованием связи и различным другим оборудованием в подвижном составе, требуемым при эксплуатации подвижного состава. Как и в случае главной схемы 140 преобразования, вспомогательная схема питания 140с для вспомогательной машины имеет преобразователь 141с (ШИМ-преобразователь) мощности переменного тока в постоянный ток для преобразования переменного тока в постоянный ток, сглаживающий конденсатор 142с, соединенный с частью постоянного тока преобразователя 141с мощности переменного тока в постоянный ток, и преобразователь 143с мощности (инвертор) для вспомогательной машины для преобразования постоянного тока в переменный ток. Вместо инвертора в качестве преобразователя 143с мощности может быть использована трансформаторная схема, как, например, преобразователь постоянного тока в постоянный ток, в зависимости от типа вспомогательной машины 130. Аккумуляторное устройство 150с во вспомогательной схеме 140с питания параллельно соединяется с участком постоянного тока в центре вспомогательной схемы 140с питания для аккумулирования энергии, которая преобразована в энергию постоянного тока преобразователем 141с мощности переменного тока в постоянный ток. Аккумуляторное устройство 150с также работает в качестве источника питания для обратного возбуждения силового трансформатора 110 посредством аккумулированной энергии. Заметим, что в качестве аккумуляторного устройства 150с используются независимая специально выделенная батарея или электрический двухслойный конденсатор, как в случае аккумуляторного устройства 150 на стороне схемы 140 силового трансформатора.
Детектор 161 напряжения и фазы и прерыватель 162 параллельно соединяются между токосъемником 101 и первичной обмоткой 111 силового трансформатора 110. Напряжение провода воздушной линии может быть детектировано, используя детектор 161 напряжения и фазы путем размыкания прерывателя 162 без возбуждения силового трансформатора 110. Как показано на схеме, детектор 161 напряжения и фазы не ограничен детектором, электрически соединенным с воздушной линией 200 так, чтобы непосредственно детектировать напряжение провода воздушной линии и его фазу. Также может быть использован детектор, которой детектирует напряжение провода воздушной линии и фазы в бесконтактном состоянии, как и в случае электростатической антенны.
Функции первого варианта осуществления, имеющего конфигурации, описанные выше, являются такими, как следует ниже. Когда стоящий на стоянке подвижной состав 100 соединяет токосъемник 101 с проводом 200 воздушной линии и силовой трансформатор 110 с проводом 200 воздушной линии, производится бросок тока возбуждения в зависимости от напряжения/фазы провода воздушной линии. В настоящем варианте осуществления, для того чтобы предотвратить возникновение броска тока возбуждения, напряжение провода воздушной линии и фаза напряжения заранее детектируются детектором 161 напряжения и фазы, и силовой трансформатор 110 обратно возбуждается при использовании одного из установленных преобразователей 141а, 141b и 141с мощности переменного тока в постоянный ток (ШИМ-преобразователей) так, что фаза и напряжение на первичной стороне силового трансформатора 110 становятся такими же, как напряжение провода воздушной линии.
Более точно, сначала прерыватель 162 размыкается, когда токосъемник 101 опускается. Далее токосъемник 101 соединяется с проводом 200 воздушной линии, и напряжение/фаза провода воздушной линии детектируется детектором 161 напряжения и фазы. Впоследствии силовой трансформатор 110 обратно возбуждается так, что первичная сторона силового трансформатора 110 имеет напряжение/фазу провода воздушной линии, которые были детектированы детектором 161 напряжения и фазы. Например, питание подается от аккумуляторного устройства 150с к вспомогательной обмотке 112с для вспомогательной машины через преобразователь 141с мощности переменного тока в постоянный ток (ШИМ-преобразователь) для обратного возбуждения силового трансформатора 110 при использовании этой вспомогательной обмотки 112с.
В этом случае, вместо использования в качестве источника питания обратного возбуждения вспомогательной обмотки 112с для вспомогательной машины, а также преобразователя 141с мощности переменного тока в постоянный ток (ШИМ-преобразователя) и аккумуляторного устройства 150с, соединенных с обмоткой, силовой трансформатор 110 может быть обратно возбужден подачей питания от аккумуляторного устройства 150 к вторичным обмоткам 112а, 112b привода двигателя через преобразователи 141а, 141b мощности переменного тока в постоянный ток (ШИМ-преобразователи).
Таким образом, прерыватель 162 включается во время, когда фаза напряжения силового трансформатора 110 становится такой же, как у напряжения провода 200 воздушной линии, и затем токосъемник 101 поднимается для соединения провода 200 воздушной линии с силовым трансформатором 110. При соединении силового трансформатора 110 с проводом 200 воздушной линии, между тем как первичная сторона подводится с той же фазой и напряжением, что и напряжение воздушной линии, возникновение в силовом трансформаторе 110 броска тока возбуждения может быть предотвращено.
Второй вариант осуществления
В первом варианте осуществления, описанном выше, токосъемник 101 стоящего на стоянке подвижного состава 100 поднимается и соединяется с проводом 200 воздушной линии. Однако способ обратного возбуждения силового трансформатора, при детектировании напряжения провода воздушной линии, может быть подобным образом применен в случае, когда, как показано во втором варианте осуществления на фиг.2, подвижной состав на рельсовом пути, отличный от скоростного состава, проходит обесточенный участок для того, чтобы попасть на участок с питанием другого напряжения/фазы.
Другими словами в этом втором варианте осуществления обесточенный участок 220 предусмотрен между проводами 210а, 210b воздушной линии первого и второго участков с питанием. Провода 210а, 210b первого и второго участков с питанием соответственно соединены с отдельными системами 230a, 230b переменного тока. В дополнение к конфигурациям, описанным в первом варианте осуществления, подвижной состав 100 второго варианта осуществления также имеет компонент 171 детектирования местоположения подвижного состава, который использует глобальную систему навигации и определения положения или приемопередатчик.
Во втором варианте осуществления въезд подвижного состава 100 на участок с прерыванием мощности участка 220 обесточивания детектируется компонентом 171 детектирования местоположения подвижного состава или на основе изменения напряжения провода воздушной линии, которое детектируется детектором 161 напряжения и фазы для размыкания прерывателя 162. В дальнейшем напряжение провода воздушной линии детектируется детектором 161 напряжения и фазы после того, как подвижной состав 101 пройдет через обесточенный участок 220 для детектирования фазы напряжения и величины напряжения провода воздушной линии.
Силовой трансформатор 110 обратно возбуждается при использовании переменного тока в постоянный ток преобразователя 141a, 141b или 141c мощности, соединенного с вторичными обмотками 112a, 112b или вспомогательной обмоткой 112с силового трансформатора 110 подвижного состава 100, и аккумуляторного устройства 150 или 150с, соединенного с переменным преобразователем 141a, 141b или 141c мощности тока в постоянный ток с тем, чтобы получить напряжение, показывающее ту же самую фазу и напряжение, как детектированное напряжение. Впоследствии прерыватель 162 включается, когда фаза напряжения на первичной стороне силового трансформатора 110 становится такой же, как фаза напряжения провода воздушной линии.
Как описано выше, во втором варианте осуществления фаза напряжения последующего участка с питанием и местоположение подвижного состава детектируются во время прохождения подвижного состава через обесточенный участок 220, и силовой трансформатор 110 заранее возбуждается в соответствии с фазой напряжения последующего участка с питанием, посредством чего предотвращается возникновение броска тока возбуждения во время въезда подвижного состава в примыкающий участок с питанием.
В дополнение, при изложенных обстоятельствах машинисту требуется осуществить действие по отводу, когда подвижной состав проходит через обесточенный участок, как описано выше. Согласно настоящему изобретению действие по отводу может быть автоматизировано размыканием прерывателя 162 описанным выше образом, уменьшая нагрузку на машиниста. Подвижной состав может проходить при подаче питания/рекуперативном состоянии через обесточенный участок 220 при условии, что производительность вспомогательной схемы 140с питания, соединенной с вспомогательной обмоткой 112с силового трансформатора 110, и емкость аккумуляторного устройства 150с соответствуют выходному/входному питанию, требуемому для того, чтобы подвижной состав прошел через участок прерывания мощности обесточенного участка 220.
Третий вариант осуществления
Третий вариант осуществления описан со ссылкой на фиг.3, где в системе подвижного состава, использующейся в скоростном составе, имеющей переключающий участок, применяется способ обратного возбуждения силового трансформатора путем детектирования напряжения провода воздушной линии. На фиг.3 участок соединения между проводами 210а, 210b воздушной линии первого и второго участков с питанием предусмотрен с переключающим участком 220с. Переключающий участок 220с сконфигурирован со средним участком 221 и переходными переключателями 222а, 222b для соединения и отделения среднего участка 221 с или от провода воздушной линии 210a, 210b первого и второго участков с питанием. В дополнение к конфигурациям, описанным в первом варианте осуществления, подвижной состав 100 третьего варианта осуществления также имеет приемник 181 сигнала и компонент 182 измерения времени, использующий глобальную систему навигации и определения положения GPS или подобное.
Провода 210а, 210b воздушной линии первого и второго участков мощности обеспечены питанием от подстанций 240a, 240b, которые соответственно соединены с системами 230а, 230b переменного тока разных напряжений. Подстанции 240a, 240b соответственно обеспечены преобразующими компонентами 241а, 241b для преобразования мощности, полученной от систем 230a, 230b переменного тока, в питание подачи и компонентами 242a, 242b детектирования времени и напряжения-фазы-мощности для детектирования напряжения и фазы мощности, поданной преобразующими компонентами 241a, 241b к проводам 210а, 210b воздушной линии, и компонентами 243а, 243b измерения времени для измерения времени, при котором наблюдается фаза.
Информационные передатчики 244a, 244b соединяются с компонентами 242a, 242b детектирования времени и напряжения-фазы-мощности подстанций 240a, 240b. Информационные передатчики 244a, 244b наземного оборудования передают информацию времени-напряжения-фазы к приемнику 181 сигнала, предоставленному на подвижном составе 100. Приемник 181 сигнала на стороне подвижного состава 100 принимает информацию времени-напряжения от компонентов детектирования напряжения-фазы-мощности и времени и точно измеряет текущее время, используя компонент 182 измерения времени, такой как оборудование глобальной системы навигации и определения положения.
Далее описываются функции третьего варианта осуществления, имеющего такие конфигурации.
В настоящее время в системе подвижного состава, использующейся в скоростном составе с переключающим участком, подвижной состав проходит через переключающий участок 220с, показанный на фиг.3, при въезде на участок с отличным питанием (например, когда подвижной состав въезжает на второй участок с питанием с первого участка с питанием, как на фиг.3). Когда подвижной состав 100, который принимает питание от провода 210а воздушной линии первого участка с питанием, въезжает на переключающий участок 220с, переходной переключатель 222а на стороне первого участка с питанием переключающего участка 220с замыкается. В этом состоянии напряжение, которое поступает от подстанции 240а на провод воздушной линии 210а первого участка с питанием, подается к среднему участку 221. Вслед за этим состоянием переходной переключатель 222а на стороне первого участка с питанием переключающего участка 220с размыкается после того, как подвижной состав 100 полностью въезжает на средний участок 221.
Следовательно, снабжение питанием от подстанции 240а для среднего участка 221 останавливается, что вызывает прерывание мощности. В таком состоянии, например, когда перебрасывающий переключатель 222b на стороне второго участка с питанием замыкается, после прерывания мощности в течение 300 мс, по истечении конкретного периода времени, напряжение, которое подается от подстанции 240b к проводу 210b воздушной линии второго участка с питанием, прикладывается к среднему участку 221. Происходит большой бросок тока возбуждения в зависимости от фазы напряжения, приложенной к трансформатору в этот момент времени. В настоящем варианте осуществления, для того чтобы предотвратить возникновение такого броска тока возбуждения, силовой трансформатор 100 обратно возбуждается, используя преобразователи 141a, 141b мощности переменного тока в постоянный ток (ШИМ-преобразователи) подвижного состава, когда возникает прерывание мощности на среднем участке 221, и затем фаза напряжения на первичной стороне силового трансформатора 110 управляется так, что она меняется от фазы напряжения, подаваемой к проводу 210а воздушной линии первого участка с питанием, к фазе, которая является такой же, что и фаза провода 210b воздушной линии второго участка с питанием. В результате первичная сторона силового трансформатора 110 подвижного состава возбуждается при напряжении фазы, такой же как у второго участка с питанием, когда переходной переключатель 222b на втором участке с питанием включается, и вследствие этого восстанавливается энергоснабжение среднего участка 221. Следовательно, предотвращается возникновение броска тока возбуждения к силовому трансформатору 110.
Для того чтобы возбудить силовой трансформатор 110 для получения такой же фазы, что и фаза второго участка с питанием, требуется источник энергии для возбуждения и информация о фазе напряжения второго участка с питанием. Аккумуляторное устройство 150, соединенное со сторонами постоянного тока преобразователей 141a, 141b переменного тока в постоянный ток мощности (ШИМ-преобразователей), или способ для принудительного применения рекуперативного тормоза подвижного состава для подачи энергии могут быть использованы в качестве источника энергии, как описано в первом варианте осуществления изобретения. Когда энергии недостаточно, энергия может быть подана от сглаживающих конденсаторов 142a, 142b, предоставленных на сторонах постоянного тока преобразователей 141a, 141b мощности переменного тока в постоянный ток (ШИМ-преобразователей). Более того, как и в первом варианте осуществления, вспомогательная обмотка 112с может быть возбуждена аккумуляторным устройством 150с и преобразователем 141с мощности переменного тока в постоянный ток, которые предоставлены во вспомогательной схеме 140с питания.
Информация фазы напряжения может быть запрошена, используя ATC, наземный блок, предоставленный на рельсах, индуктивную связь или космическую связь, с использованием коаксиального кабеля вытекающей волны, или различные другие устройства связи для обеспечения информационной связи между наземной стороной и поездом. Более точно, как показано на фиг.3, используются информационные передатчики 244a, 244b на стороне наземного оборудования и приемник 181 сигнала на стороне подвижного состава 100. При использовании этих устройств связи к подвижному составу 100 передается фаза напряжения, которая наблюдается на подстанции 230b, подающей питание на провод 210b воздушной линии второго участка с питанием, на который въезжает подвижной состав 100, и время, при котором наблюдается эта фаза напряжения. Подвижной состав 100 устанавливает фазу напряжения провода 210b воздушной линии второго участка с питанием, которая получена в текущее время посредством компонента 182 измерения времени, для измерения точного текущего времени и на основе переданной информации фазы-времени-напряжения провода воздушной линии. В результате силовой трансформатор 110 может быть возбужден так, что фаза напряжения на его первичной стороне становится такой же, как установленная фаза напряжения провода 210b воздушной линии второго участка с питанием.
Третий вариант осуществления имеет эффект обратного возбуждения силового трансформатора без предоставления устройства детектирования напряжения и фазы или прерывателя в подвижном составе и в то же время предотвращает возникновение броска тока возбуждения на силовом трансформаторе, когда подвижной состав въезжает на следующий участок с питанием.
Другие варианты осуществления
Вышеописанный способ для обратного возбуждения силового трансформатора путем детектирования напряжения провода воздушной линии не ограничен вариантами осуществления, описанными выше, и включает в себя следующие варианты осуществления.
(а) Вместо использования в качестве аккумуляторных устройств 150, 150с независимых специально выделенных батарей или электрических двухслойных конденсаторов в качестве аккумуляторных устройств используются сглаживающие конденсаторы 142a, 142b, 142c, предоставленные в главной схеме 140 преобразования или вспомогательной схеме 140с питания, когда сглаживающие конденсаторы 142a, 142b, 142c имеют большие емкости.
(b) Когда существует участок с прерыванием мощности, такой как средний участок переключающего участка, подача мощности со стороны провода воздушной линии к главному трансформатору может быть остановлена без использования прерывателя 162. Следовательно, силовой трансформатор может быть обратно возбужден в это время так, что напряжение и его фаза будут соответствовать напряжению и его фазе следующего участка с питанием.
(с) Вместо энергии от аккумуляторного устройства энергия возбуждения трансформатора подается от электрического двигателя и преобразователя мощности, приводящего в действие электрический двигатель, при использовании компонента детектирования местоположения подвижного состава для детектирования прохождения подвижного состава через обесточенный участок и при использовании рекуперативного тормоза во время прохождения подвижного состава через обесточенный участок. В результате аккумуляторное устройство может быть уменьшено или опущено.
Система подвижного состава для подачи мощности к вспомогательной машине во время прерывания мощности провода воздушной линии
Далее описывается множество вариантов осуществления системы подвижного состава, к которой применяется способ подачи мощности для вспомогательной машины во время прерывания мощности провода воздушной линии.
Четвертый вариант осуществления
Конфигурации четвертого варианта осуществления
Четвертый вариант осуществления, показанный на фиг.4, является таким же, как первый вариант осуществления в базовой конфигурации подвижного состава 100 (электрического подвижного состава переменного тока), который обеспечен силовым трансформатором 110, приводными двигателями 120а, 120b подвижного состава, вспомогательной машиной 130 и главной схемой 140 преобразования для приведения в действие приводных двигателей 120a, 120b подвижного состава.
Настоящий вариант осуществления является таким же, как первый вариант осуществления, в отношении ШИМ-преобразователей, которые выполняют электрическое действие по доставке энергии со стороны мощности переменного тока на сторону постоянного тока и операцию рекуперации по возвращению энергии со стороны постоянного тока на сторону переменного тока в качестве преобразователей 141a, 141b мощности переменного тока в постоянный ток для того, чтобы обратно возбудить вторичные обмотки 112а, 112b силового трансформатора 110.
Однако вспомогательная схема 140с питания и частные конфигурации схемы настоящего варианта осуществления являются отличными от таковых первого варианта осуществления. Также в отличие от первого варианта осуществления настоящий вариант осуществления имеет устройство 190 управления энергоснабжением. В дальнейшем описываются отличия между настоящим вариантом осуществления и первым вариантом осуществления.
Другими словами, как и в случае первого варианта осуществления, настоящий вариант осуществления имеет вспомогательную схему 140с питания для подачи мощности к вспомогательной машине 130, но конфигурация вспомогательной схемы 140с питания является отличной от конфигурации первого варианта осуществления. В настоящем варианте осуществления вспомогательная схема 140с питания сконфигурирована со сглаживающим конденсатором 142с и преобразователем мощности 143с (инвертором) для вспомогательной машины без использования преобразователя 141с мощности переменного тока в постоянный ток. Должно быть отмечено, что, как и в случае первого варианта осуществления, схема преобразования, как, например, преобразователь постоянного тока в постоянный ток, может быть использована в качестве преобразователя 143с мощности вместо инвертора, в зависимости от типа вспомогательной машины 130.
Как описано выше, вспомогательная машина 130, с одной стороны, может быть компьютером, аппаратом для кондиционирования воздуха, освещением, оборудованием связи и различным другим оборудованием, которым оборудован подвижной состав, требуемым при эксплуатации подвижного состава. В настоящем варианте осуществления вспомогательная машина 130 дополнительно включает в себя асинхронный двигатель, соединенный в качестве вспомогательного электрического двигателя, при этом рекуперативная энергия асинхронного двигателя подается к части постоянного тока вспомогательной схемы 140с питания, когда подвижной состав 100 выполняет операцию рекуперации.
Более того, в настоящем варианте осуществления в качестве аккумуляторного устройства предоставлено только аккумуляторное устройство 150, которое параллельно соединяется с частью постоянного тока в середине главной схемы 140 преобразования и с частью постоянного тока вспомогательной схемы 140с питания. Это аккумуляторное устройство 150 аккумулирует питание, которое преобразуется из мощности постоянного тока преобразователями 141a, 141b мощности переменного тока в постоянный ток, а также аккумулирует в качестве мощности рекуперативную энергию приводящих двигателей 120а, 120b, соединенных с главной схемой 140 преобразования, и рекуперативную энергию асинхронного двигателя, входящего в число вспомогательных машин 130. Аккумуляторное устройство 150 работает в качестве источника питания, который обратно возбуждает силовой трансформатор 110 посредством аккумулированной энергии, и в качестве источника питания для подачи мощности к вспомогательной машине.
Как и в случае первого варианта осуществления, настоящий вариант осуществления может использовать независимую специально выделенную батарею или электрический двухслойный конденсатор в качестве аккумуляторного устройства или вместо этого сглаживающий конденсатор, предоставленный в главной схеме 140 преобразования, или вспомогательная схема 140с питания может быть использована в качестве аккумуляторного устройства, когда сглаживающий конденсатор имеет большую емкость.
Устройство 190 управления энергоснабжением, предоставленное в настоящем варианте осуществления, выполняет операцию по обратному возбуждению вторичных обмоток 112а, 112b силового трансформатора 110 или операцию по управлению для подачи мощности к вспомогательной машине 130 посредством энергии, накопленной в аккумуляторном устройстве 150.
Другими словами, как показано на фиг.5, устройство 190 управления энергоснабжением имеет компонент 191 детектирования прерывания мощности, который детектирует прерывание мощности провода 200 воздушной линии при получении мощности от токосъемника 101, компонент 192 детектирования местоположения, который детектирует текущее местоположение подвижного состава, используя глобальную систему навигации и определения положения или приемопередатчик, и базу 193 данных маршрутов, которая имеет сохраненную в ней информацию о маршрутах, включающую в себя информацию об обесточенных участках, как, например, переключающих участках.
Устройство 190 управления энергоснабжением также имеет компонент 194 определения прерывания мощности. Когда прерывание мощности провода воздушной линии детектируется компонентом 191 детектирования прерывания мощности, компонент 194 определения прерывания мощности определяет, находится или нет текущее местоположение подвижного состава на обесточенном участке, на основе текущего местоположения подвижного состава, детектированного компонентом 192 детектирования местоположения, и информации о местоположении на обесточенном участке, хранимой в базе 193 данных маршрутов. Посредством определения того, находится ли или нет текущее местоположение подвижного состава на обесточенном участке, компонент 194 определения прерывания мощности определяет, вызывается ли "прерывание мощности провода воздушной линии" обесточенным участком, как, например, переключающим участком, или является результатом остановки подачи питания от подстанций.
Устройство 190 управления энергоснабжением также имеет компонент 195 переключения энергоснабжения, который подает питание, аккумулированное в аккумуляторном устройстве 150, к вспомогательной машине 130 в ответ на результат определения, выполненного компонентом 194 определения прерывания мощности.
Функции и результаты четвертого варианта осуществления
Функции и результаты четвертого варианта осуществления, имеющего конфигурации, описанные выше, являются такими, как следует ниже.
(1) Детектирование прерывания мощности
В настоящее время в системе подвижного состава, использованной в скоростном поезде, которая имеет переключающий участок, подвижной состав минует переключающий участок 220с, показанный на фиг.6, когда въезжает на участок с отличающимся питанием (например, когда подвижной состав въезжает на второй участок с питанием с первого участка с питанием, на фиг.6). Когда подвижной состав 100, который получает питание от провода 210а воздушной линии первого участка с питанием, въезжает на переключающий участок 220с, переходной переключатель 222а на стороне первого участка с питанием переключающего участка 220с замыкается. В этом состоянии напряжение, которое подается на провод 210а воздушной линии первого участка с питанием, прикладывается к среднему участку 221. Вслед за этим состоянием переходной переключатель 222а на стороне первого участка с питанием переключающего участка 220с размыкается после того, как подвижной состав 100 полностью въезжает на средний участок 221.
Следовательно, мощность от перового участка с питанием больше не подается к среднему участку 221, на основании чего подвижной состав 100 входит в состояние прерывания мощности и функционирует от рекуперативной энергии, а подача мощности к приводным двигателям 120а и 120b и вспомогательной машине 130 останавливается. В этом случае компонент 194 определения прерывания мощности обращается к базе 193 данных маршрутов, используя информацию нарушения энергоснабжения от провода 210а воздушной линии, которая детектирована компонентом 191 детектирования прерывания мощности, а также используя текущее местоположение подвижного состава, запрошенное от компонента 192 детектирования местоположения, и определяет, находится ли текущее местоположение подвижного состава в переключающем участке или нет. Соответственно, компонент 194 определения прерывания мощности определяет, вызывается ли нарушенное энергоснабжение от провода воздушной линии переключающим участком 220с, или нарушение энергоснабжения вызвано инцидентом на подстанциях или подобным.
(2) Предотвращение возникновения броска тока возбуждения (переключающего участка)
Когда компонент 194 определения прерывания мощности определяет, что нарушение энергоснабжения от провода воздушной линии возникает по причине переключающего участка 220с, возникновение броска тока возбуждения в силовом трансформаторе 110 предотвращается. Другими словами, когда подвижной состав 100 въезжает на средний участок 221 переключающего участка 220с, и переходной переключатель 222а на стороне первого участка с питанием размыкается, переходной переключатель 222b на стороне второго участка с питанием замыкается после конкретного периода времени, как, например, 300 мс. В результате, напряжение, которое подается к проводу 210b воздушной линии второго участка с питанием, применяется к среднему участку 221. Возникает большой бросок тока возбуждения в зависимости от фазы напряжения, приложенного к силовому трансформатору 110.
В настоящем варианте осуществления, для того чтобы предотвратить возникновение такого броска тока возбуждения, силовой трансформатор 110 обратно возбуждается, используя преобразователи 141a, 141b мощности переменного тока в постоянный ток (ШИМ-преобразователи) подвижного состава, когда подача мощности останавливается в среднем участке 221, а фаза напряжения на первичной стороне силового трансформатора 110 управляется так, что она меняется от фазы напряжения, подаваемого на провод 210а воздушной линии первого участка с питанием, к фазе, такой же, как фаза провода 210b воздушной линии второго участка с питанием. Например, напряжение подается от аккумуляторного устройства 150 к вторичным обмоткам 112а, 112b силового трансформатора 110 через преобразователи 141a, 141b мощности переменного тока в постоянный ток (ШИМ-преобразователи), используя компонент 195 переключения энергоснабжения устройства 190 управления энергоснабжением, и силовой трансформатор 110 обратно возбуждается, используя вторичные обмотки 112a, 112b. В результате первичная сторона силового трансформатора 110 подвижного состава возбуждается при напряжении фазы, такой же, как у второго участка с питанием, когда переходной переключатель 222b на втором участке с питанием включается, и вследствие этого энергоснабжение среднего участка 221 восстанавливается. Следовательно, предотвращается возникновение броска тока возбуждения к силовому трансформатору 110.
Для того чтобы возбудить силовой трансформатор 110 для получения такой же фазы, как фаза второго участка с питанием, требуется источник энергии для возбуждения и информация фазы напряжения второго участка с питанием. Как описано выше, в качестве источника энергии используется аккумуляторное устройство 150, соединенное со сторонами постоянного тока преобразователей 141a, 141b мощности переменного тока в постоянный ток (ШИМ-преобразователей), или способ для принудительного применения рекуперативного тормоза к подвижному составу для подачи энергии. Когда энергии недостаточно, энергия может быть подана от сглаживающих конденсаторов 142а-142с, предоставленных на сторонах постоянного тока преобразователей 141a, 141b мощности переменного тока в постоянный ток (ШИМ-преобразователей).
Принимается во внимание, что информация фазы напряжения может быть запрошена, используя записывание информации фазы напряжения каждого участка с питанием в базе 193 данных маршрутов и вынуждая компонент 194 определения прерывания мощности ссылаться к записанной информации фазы напряжения, используя ATC, наземный блок, предоставленный на рельсах, индуктивную связь или космическую связь, с использованием коаксиального кабеля, пропускающего волны, или различные другие устройства связи для предоставления информационной связи между наземной стороной и поездом. Как и в случае третьего варианта осуществления, описанного выше, устройство связи может быть сконфигурировано с предоставлением передатчика, который передает к подвижному составу напряжение провода воздушной линии, измеренное наземным оборудованием для подачи мощности к проводу воздушной линии, для того, чтобы детектировать напряжение провода воздушной линии при обеспечении подвижного состава приемником для приема сигнала от этого передатчика. Силовой трансформатор 110 может быть возбужден на основе информации фазы напряжения, запрошенной как описано выше, с тем, чтобы получить фазу, такую же, как фаза напряжения провода 210b воздушной линии второго участка с питанием.
Четвертый вариант осуществления имеет эффект обратного возбуждения силового трансформатора без предоставления устройства детектирования напряжения и фазы или прерывателя в подвижном составе наряду с предотвращением возникновения броска тока возбуждения в силовом трансформаторе, когда подвижной состав въезжает в следующий участок с питанием.
(3) Привод вспомогательной машины посредством аккумуляторного устройства (во время прерывания мощности от подстанций)
Когда компонент 194 определения прерывания мощности определяет, что нарушенное энергоснабжение от провода воздушной линии возникает по причине прерывания мощности подстанций, компонент 195 переключения энергоснабжения устройства 190 управления энергоснабжением подает питание аккумуляторного устройства 150 к вспомогательной машине 130. Таким образом, предотвращается прерывание мощности вспомогательной машины 130. Более того, может быть предотвращено нарушение работы освещения, компьютера и различных других вспомогательных машин, которыми оборудован подвижной состав 100 и которые требуются при эксплуатации подвижного состава. В этом случае, так как питание может быть подано от аккумуляторного устройства 150 к вспомогательной машине 130 без возбуждения силового трансформатора 110, питание может быть подано к вспомогательной машине 130 без контакта с проводом 200 воздушной линии, даже когда токосъемник 101 соединяется с проводом 200 воздушной линии. Это может обеспечить улучшение безопасности питающей цепи во время прерывания мощности провода воздушной линии.
Аккумуляторное устройство 150 потребляет рекуперативную мощность, с которой функционирует подвижной состав, и выдает энергию, аккумулированную, когда генерируется максимум потребления мощности, посредством чего предотвращается возникновение пика мощности подвижного состава. Это может способствовать уменьшению мощности оборудования наземной станции. В дополнение, даже когда возникает прерывание мощности провода воздушной линии, подвижной состав может функционировать без провода воздушной линии, подавая питание от аккумуляторного устройства 150 к главной схеме 140 преобразования и приводя в действие приводные двигатели 120a, 120b.
Пятый вариант осуществления
Как описано выше, система подвижного состава четвертого варианта осуществления определяет наличие прерывания мощности и обратно возбуждает силовой трансформатор, когда подвижной состав проходит через переключающий участок. Это может быть применено не только к скоростному поезду, проходящему через переключающий участок, но также к другим обычным поездам, проходящим через обесточенный участок, отличный от переключающего участка, так, что подвижной состав по существующему рельсовому пути въезжает в участок с питанием с отличной фазой напряжения как в пятом варианте осуществления, показанном на фиг.7.
Другими словами, в пятом варианте осуществления обесточенный участок 220, отличный от переключающего участка, предоставляется между проводами 210a, 210b воздушной линии первого и второго участков с питанием. Конфигурация подвижного состава 100 согласно пятому варианту осуществления является такой же, как конфигурация четвертого варианта осуществления, и подобным образом как в четвертом варианте осуществления питание подается к вспомогательной машине, когда определяется наличие прерывания мощности или на проводе воздушной линии возникает прерывание мощности. В настоящем варианте осуществления, в котором подвижной состав проходит через обесточенный участок 220, отличный от переключающего участка, въезд подвижного состава 100 в участок прерывания мощности обесточенного участка 220 детектируется компонентом 194 определения прерывания мощности, а фаза напряжения второго участка с питанием и величина напряжения провода воздушной линии запрашиваются, ссылаясь к базе 193 данных маршрутов посредством информационной связи устройства связи.
Силовой трансформатор 110 обратно возбуждается, используя преобразователи 141a, 141b мощности переменного тока в постоянный ток, соединенные с вторичными обмотками 112a, 112b силового трансформатора 110 на стороне 100 подвижного состава и аккумуляторного устройства 150, соединенного с преобразователями 141a, 141b мощности переменного тока в постоянный ток с тем, чтобы получить такую же фазу и такой же уровень напряжения как у запрошенного напряжения. Впоследствии подвижной состав выезжает из обесточенного участка 220, между тем как напряжение на первичной стороне силового трансформатора 110 имеет такую же фазу, как напряжение провода воздушной линии, и принимает питание от провода 210b воздушной линии второго участка с питанием. Таким образом, в пятом варианте осуществления фаза напряжения последующего участка с питанием и местоположение подвижного состава запрашиваются во время прохождения подвижного состава через обесточенный участок 220, и силовой трансформатор 110 заранее возбуждается в соответствии с фазой напряжения последующего участка с питанием, посредством чего предотвращается возникновение броска тока возбуждения, когда подвижной состав въезжает на примыкающий участок с питанием.
Как описано выше, в настоящих обстоятельствах машинисту требуется выполнить действие по отводу, когда подвижной состав проходит через обесточенный участок. Согласно настоящему варианту осуществления действие по отводу может быть автоматизировано автоматическим детектированием въезда подвижного состава на обесточенный участок, уменьшая нагрузку на машиниста. В дополнение подвижной состав может проходить обесточенный участок 220 при подаче мощности/рекуперативном состоянии при условии, что производительность вспомогательной схемы 140с питания и емкость аккумуляторного устройства 150 соответствуют входному и выходному питанию/энергии, требуемым для прохождения подвижного состава через участок с прерыванием мощности обесточенного участка 220.