ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО С ПОДВИЖНЫМИ КОНТАКТАМИ, НО СТАЦИОНАРНЫМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНЫМ УЗЛОМ
CONVERTER DEVICE WITH MOVABLE CONTACTS, BUT WITH STATIONARY CONVERTER UNIT

Изобретение исходит из преобразовательного устройства,
- причем преобразовательное устройство имеет основную структуру,
- причем на основной структуре расположены провода первой электрической сети.
Высокопроизводительные вентильные преобразователи, из соображений готовности оборудования, часто выполняются с избыточностью. Это относится, например, - но не только - к железнодорожной отрасли. В случае выполнения с избыточностью, преобразовательная система состоит из нескольких отдельных преобразовательных узлов.
В случае неисправности отдельных преобразовательных узлов, неисправный узел должен по меньшей мере отделяться от проводов первой сети. В предшествующем уровне техники для этой цели обычно применяется разъединитель.
Для того чтобы иметь возможность преобразовательные узлы по отдельности отсоединять от преобразовательной системы, отдельные преобразовательные узлы часто соединяются с проводами первой сети через разъемные соединения. Однако разъемные соединения обычно не используется в качестве разъединителей для отсоединения в случае неисправности. Однако из EP 2 387 141 A1 известна и эта процедура. В EP 2 387 141 A1, в случае неисправности преобразовательного узла, соответствующий преобразовательный узел как целое перемещается с помощью исполнительного механизма и тем самым отделяется от проводов первой сети. При отделении соответствующего преобразовательного узла от проводов первой сети, в частности, разъединяются разъемные соединения.
Решение EP 2 387 141 A1 представляет собой шаг вперед по сравнению с обычным известным уровнем техники, так в EP 2 387 141 A1 уже присутствующее разъемное соединение используется для отделения преобразовательного узла от проводов первой сети. Отдельные разъединители, которые присутствуют в дополнение к разъемным соединениям в известном уровне техники, таким образом, становятся ненужными.
Однако решение согласно EP 2 387 141 A1 является невыгодным ввиду того, что должна перемещаться вся масса преобразовательного узла. Кроме того, преобразовательный узел должен механически фиксироваться как в первом положении соединения, так и в первом положении освобождения. Это особенно невыгодно в том случае, когда основная структура и вместе с ней преобразовательный узел подвергается механическим ударным и вибрационным нагрузкам и/или вибрациям.
Задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы создать возможности, посредством которых простым, эффективным, надежным и экономичным способом можно осуществить электрическое отсоединение преобразовательного узла от проводов первой сети.
Эта задача решается преобразовательным устройством с признаками пункта 1 формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления соответствующего изобретению преобразовательного устройства являются предметом зависимых пунктов 2-12 формулы изобретения. Пункт 13 формулы изобретения относится к предпочтительному применению соответствующего изобретению преобразовательного устройства.
В соответствии с изобретением преобразовательное устройство вышеуказанного типа выполняется таким образом,
- что на основной структуре расположено множество первых контактов, которые с помощью первого исполнительного механизма могут переводиться по меньшей мере из первого положения соединения в первое положение освобождения,
- что в первом положении освобождения преобразовательный узел как блок может закрепляться в гнезде (приемном приспособлении) основной структуры и может удаляться из гнезда,
- что преобразовательный узел, если он закреплен в гнезде основной структуры, размещается в гнезде стационарно и электрически соединяется с проводами первой сети, когда и до тех пор, пока первые контакты находятся в первом положении соединения, и электрически отделяется от проводов первой сети, когда и до тех пор, пока первые контакты находятся в первом положении освобождения, и
- что гнездо при переводе первых контактов из первого положения соединения в первое положение освобождения не перемещается.
Посредством такого выполнения, для отсоединения преобразовательного узла от проводов первой сети требуется только перевести первые контакты из первого положения соединения в первое положения освобождения. Перемещение других частей, особенно тяжелого преобразовательного узла, не требуется.
Предпочтительно, первая сеть является сетью постоянного напряжения. В этом случае сеть постоянного напряжения, как правило, имеет опорный (поддерживающий) конденсатор. В рамках настоящего изобретения, опорный конденсатор может, в частности, стационарно размещаться на основной структуре.
В предпочтительном варианте осуществления, первые контакты соединены с проводами первой сети через гибкие проводники. Это решение может быть реализовано особенно простым и экономичным способом.
Гибкие проводники могут быть выполнены в виде ленточных проводников, которые, при наблюдении от проводов первой сети к первым контактам, имеют длину, при наблюдении в поперечном сечении, имеют ширину и толщину и разнесены друг от друга на некоторое расстояние. Предпочтительным образом, длина является по возможности малой, ширина - по возможности большой, и расстояние - по возможности малым. В частности, предпочтительным образом, ширина значительно больше, чем расстояние проводников друг от друга, в частности, по меньшей мере в три раза больше. Кроме того, предпочтительным образом, ширина больше, чем длина проводников.
В качестве альтернативы выполнению в виде гибких проводников, первые контакты могут быть выполнены как контактные перемычки, которые электрически соединены в первом положении соединения как с преобразовательным узлом, так и с проводами первой сети, а в первом положении освобождения электрически отсоединены как от преобразовательного узла, так и от проводов первой сети.
Первые контакты могут быть выполнены, в частности, как штекеры или как гнезда для штекеров электрических разъемных соединений. Выполнение в качестве гнезд для штекеров является предпочтительным.
В некоторых случаях может являться возможным, что управление исполнительным механизмом осуществляется оператором. Как правило, однако, преобразовательное устройство имеет устройство оценки, с помощью которого автоматически обнаруживается неисправность преобразовательного узла. В этом случае, устройство оценки выполнено как устройство управления для первого исполнительного механизма и соединено с первым исполнительным механизмом посредством технологии управления.
Первый исполнительный механизм может быть выполнен в виде электрического, гидравлического или пневматического исполнительного механизма.
Как правило, преобразовательный узел соединен с проводами второй электрической сети. Провода второй сети могут быть расположены, в частности, на основной структуре. В этом случае в отношении второй сети, предпочтительно существует выполнение, аналогичное выполнению первой сети. В этом случае, следовательно, предпочтительно предусмотрено,
- что на основной структуре расположено множество вторых контактов, которые с помощью второго исполнительного механизма могут переводиться по меньшей мере из второго положения соединения во второе положение освобождения,
- что во втором положении освобождения преобразовательный узел как блок может закрепляться в гнезде основной структуры и может удаляться из гнезда,
- что если преобразовательный узел закреплен в гнезде основной структуры, то преобразовательный узел электрически соединяется с проводами второй сети, когда и до тех пор, пока вторые контакты находятся во втором положении соединения, и электрически отсоединяется от проводов второй сети, когда и до тех пор, пока вторые контакты находятся во втором положении освобождения, и
- что гнездо при переводе вторых контактов из второго положения соединения во второе положение освобождения не перемещается.
В отдельных случаях возможно, что первый и второй исполнительные механизмы управляются независимо друг от друга. Как правило, первый и второй исполнительные механизмы, однако, совместно управляются устройством управления или идентичны друг другу.
Вторая сеть может, в частности, быть многофазной сетью трехфазного тока.
В остальном, приведенные выше выполнения, относящиеся к первой сети, аналогичным образом применимы также ко второй сети.
Соответствующее изобретению преобразовательное устройство может быть использовано стационарно или мобильно, по мере необходимости. В частности, при мобильном использовании, предпочтительное применение настоящего изобретения состоит в том, что транспортное средство имеет соответствующее изобретению преобразовательное устройство и что преобразовательное устройство через вторую сеть соединено с тяговым приводом транспортного средства.
Описанные выше свойства, признаки и преимущества настоящего изобретения и способ их достижения станут более ясными и понятными в связи со следующим описанием вариантов осуществления, которые поясняются подробно со ссылками на чертежи, на которых в схематичном представлении показано следующее:
Фиг. 1 - преобразовательное устройство,
Фиг. 2 - преобразовательное устройство согласно фиг.1 в другом состоянии,
Фиг. 3 - схематичная иллюстрация выполнения первых контактов,
Фиг. 4 - первые контакты и первый исполнительный механизм в первом положении соединения,
Фиг. 5 - первые контакты и первый исполнительный механизм согласно фиг. 4 в первом положении освобождения,
Фиг. 6 - соединения первых контактов и проводов первой сети,
Фиг. 7 - гибкий проводник в поперечном сечении
Фиг. 8 - первые контакты и
Фиг. 9 - транспортное средство с преобразовательным устройством.
Согласно фиг. 1 и 2, преобразовательное устройство содержит основную структуру 1. На основной структуре 1 расположены провода 2 первой электрической сети 3. Первая сеть 3 может быть, в частности, сетью постоянного напряжения. Провода 2 первой сети 3 могут быть расположены на основной структуре 1, в частности, стационарно.
На основной структуре 1 дополнительно размещено множество первых контактов 4. Первые контакты 4 посредством первого исполнительного механизма 5 могут переводиться из первого положения соединения в первое положение освобождения. Фиг. 1 показывает первые контакты 4 в первом положении соединения, а фиг. 2 - в первом положении освобождения.
Когда первые контакты 4 находятся в первом положении освобождения, преобразовательный узел 6 может закрепляться в гнезде 7 основной структуры 1 и может также снова удаляться из него. Это обозначено двойной стрелкой 8 на фиг. 2. Преобразовательный узел 6 выполнен по меньшей мере как одна фазы преобразователя с промежуточным контуром напряжения. Как правило, преобразовательный узел 6 выполнен по меньшей мере как однонаправленный B6-мост. Во многих случаях преобразовательный узел 6 выполнен даже как двунаправленный B6-мост. Отдельные преобразователи преобразовательного узла 6 могут быть выполнены как ведомые сетью или как автономные тиристоры или как транзисторы (например, как IGB-транзисторы), по мере необходимости. Как правило, отдельные преобразователи выполнены как подключаемые и отключаемые полупроводниковые переключатели.
Когда первые контакты 4 находятся в первом положении соединения, при обстоятельствах, преобразовательный узел 6 также может закрепляться в гнезде 7 и может удаляться из него. В качестве альтернативы, возможно, что преобразовательный узел 6 только тогда может закрепляться в гнезде 7 и удаляться из него, когда первые контакты 4 находятся в первом положении освобождения.
Когда преобразовательный узел закреплен в гнезде 7 основной структуры 1, он стационарно расположен в гнезде 7. Преобразовательный узел 6 в этом случае может, в качестве альтернативы, электрически соединяться с проводами 2 первой сети 3 или электрически отсоединяться от проводов 2 первой сети 3. В частности, преобразовательный узел 6 электрически соединен с проводами 2 первой сети 3, когда и до тех пор, пока первые контакты 4 находятся в первом положении соединения (см. фиг. 1). С другой стороны, преобразовательный узел 6 электрически отсоединен от проводов 2 первой сети 3, когда и до тех пор, пока первые контакты 4 находятся в первом положении освобождения (см. фиг. 2). Как правило, преобразовательный узел 6 в этом случае всеми полюсами электрически отсоединен от проводов 2 первой сети 3. Однако в некоторых случаях может быть достаточным выполнять только однополюсное отсоединение.
С помощью первого исполнительного механизма 5, первые контакты 4, как уже упоминалось, могут переводиться по меньшей мере из первого положения соединения в первое положение освобождения. Часто, первые контакты 4 могут с помощью первого исполнительного механизма 5 переводиться также наоборот, из первого положения освобождения в первое положение соединения. Независимо от того, является ли возможным только однонаправленное или двунаправленное перемещение первых контактов 4 с помощью первого исполнительного механизма 5, гнездо 7 при переводе первых контактов 4 из первого положения соединения в первое положение освобождения (и, возможно, также наоборот) не перемещается относительно основной структуры 1. Ввиду стационарного размещения преобразовательного узла 6 в гнезде 7, таким образом, преобразовательный узел 6 также не перемещается относительно основной структуры 1.
Во многих случаях, в соответствии с представлением на фиг.1 и 2, на основной структуре 1 имеется несколько гнезд 7, в которых, соответственно, может закрепляться отдельный преобразовательный узел 6. В этом случае соответствующие варианты осуществления применимы индивидуально для соответствующего преобразовательного узла 6.
Преобразовательный узел 6 может дополнительно соединяться с проводами 9 второй электрической сети 10. Вторая сеть 10 может представлять собой, в частности, многофазную сеть трехфазного тока. Провода 9 второй сети 10 могут, в соответствии с представлением на фиг. 1 и 2, располагаться на основной структуре 1. Провода 9 второй сети 10 могут - по аналогии с проводами 2 первой сети 3 - располагаться стационарно на основной структуре 1.
Возможно, что провода 9 второй электрической сети 10 являются принадлежностью соответствующих преобразовательных узлов 6, что, таким образом, к проводам 9 второй электрической сети 10 подключается только соответствующий преобразовательный узел 6, но никакой другой преобразовательный узел 6. Часто будет реализован такой вариант осуществления. В этом случае возможно, что соединение преобразовательного узла с проводами 9 второй электрической сети 10 является неразъемным. Альтернативно, соединение может быть разъемным. Когда соединение является разъемным, на основной структуре 1 - в дополнение к первым контактам 4 - может быть расположено множество вторых контактов 11. Вторые контакты 11 в этом случае - по аналогии с первыми контактами 4 - могут перемещаться с помощью второго исполнительного механизма 12 по меньшей мере из второго положения соединения во второе положение освобождения. Фиг. 1 показывает вторые контакты 11 во втором положении соединения, а фиг. 2 - во втором положении освобождения.
По аналогии с первыми контактами 4, преобразовательный узел 6 как блок может закрепляться в гнезде 7 основной структуры 1 и удаляться из нее, когда вторые контакты 11 расположены во втором положении освобождения (см. фиг. 2). Во втором положении соединения может, однако не должна, существовать соответствующая возможность размыкания и соединения. Предпочтительным образом, по отношению к первым контактам 4 и вторым контактам 11 существует одна и та же зависимость. Таким образом, если преобразовательный узел 6 в виде блока может удаляться из гнезда 7 и в том случае, когда первые контакты 4 находятся в первом положении соединения, то преобразовательный узел 6 предпочтительно также может удаляться как блок из гнезда 7, когда вторые контакты 11 находятся во втором положении соединения. С другой стороны, если преобразовательный узел 6 как блок не может удаляться из гнезда 7, когда первые контакты 4 находятся в первом положении соединения, то преобразовательный узел 6 предпочтительно также как блок не может удаляться из гнезда 7, когда вторые контакты 11 находятся во втором положении соединения.
Аналогично соединению с проводами 2 первой сети 3, преобразовательный узел 6, когда он установлен в гнезде 7, может альтернативно электрически соединяться с проводами 9 второй сети 10 или электрически отсоединяться от проводов 9 второй сети 10. В частности, преобразовательный узел 6 электрически соединен с проводами 9 второй сети 10, когда и до тех пор, пока вторые контакты 11 находятся во втором положении соединения (см. фиг. 1). С другой стороны, преобразовательный узел электрически отсоединен от проводов 9 второй сети 10, когда и до тех пор, пока вторые контакты 11 находятся во втором положении освобождения (см. фиг. 2). Как правило, преобразовательный узел 6 в этом случае электрически отсоединен всеми полюсами от проводов 9 второй сети 10. Однако в отдельных случаях может также быть достаточным осуществить только однополюсное разъединение.
Аналогично ситуации относительно первых контактов 4, гнездо 7 при переводе вторых контактов 11 из второго положения соединения во второе положение освобождения (и, при необходимости, наоборот) не перемещается относительно основной структуры 1.
Если первая сеть выполнена как сеть 3 постоянного напряжения, она может, как показано на фиг.1 и 2, иметь по меньшей мере один опорный конденсатор 13, при необходимости, на каждый преобразовательный узел 6. В этом случае опорный конденсатор 13 или опорные конденсаторы 13 стационарно расположен(ы) на основной структуре 1. Таким образом, он также при переводе первых контактов 4 из первого положения соединения в первое положение освобождения (и, при необходимости, также наоборот) не перемещается.
Далее приводится более подробное пояснение относительно первых контактов 4, их выполнения, их возможности соединения с проводами 2 первой сети 3 и первого исполнительного механизма 5. Однако соответствующие варианты осуществления аналогичным образом также возможны для вторых контактов 11, их выполнения, их возможностей соединения с проводами 9 второй сети 10 и второго исполнительного механизма 12.
Как показано на фиг. 3-5, первые контакты 4 соединены с проводами 2 первой сети 3 через гибкие проводники 14. Первые контакты 4, согласно фиг. 3-5, могут быть выполнены, в частности, как гнезда 15 для штекеров 16 электрических разъемных соединений. Также возможно обратное выполнение. Гибкие проводники 14 имеют, при наблюдении от проводов 2 первой сети 3 к первым контактам 4, длину l.
Гибкие проводники 14 могут быть выполнены, например, как показано на фиг. 6 и 7, в виде ленточных проводников. В случае выполнения в виде ленточных проводников, гибкие проводники 14 имеют ширину b и толщину d. Кроме того, гибкие проводники 14 находятся на расстоянии а друг от друга. Расстояние а продолжается - см., в частности, фиг. 7 - в том же направлении, что и толщина d проводников 14. Между проводниками 14 может располагаться изолирующий слой. Изолирующий слой не показан на фиг. 6 и 7.
Предпочтительным образом, ширина b значительно больше, чем расстояние а между проводниками 14, в частности, по меньшей мере в три раза больше. Например, ширина b может быть по меньшей мере в пять раз, в десять раз или двадцать раз больше, чем на расстояние а между проводниками 14.
Предпочтительным образом, ширина b больше, чем длина l.
В соответствии с фиг. 4 и 5, первый исполнительный механизм 5 выполнен как электрический исполнительный механизм, в частности, как электродвигатель, который воздействует с помощью винтового привода 17 на первые контакты 4. В качестве альтернативы, первый исполнительный механизм 5 может быть выполнен, например, как гидравлический или пневматический исполнительный механизм. Выполнение первого исполнительного механизма 5 не зависит от выполнения соединения первых контактов 4 с проводниками 2 первой сети 3, а также не зависит от того, выполнены ли первые контакты 4 как гнезда 15 для штекера 16, непосредственно как штекер 16 или иным образом.
Первые контакты 4 не должны соединяться обязательно через гибкие проводники 14 с проводами 2 первой сети 3. В качестве альтернативы соединению с помощью гибких проводников 14, первые контакты 4 могут, например, выполняться в соответствии со схематичным представлением на фиг. 8 как контактные перемычки 18. В этом случае первые контакты 4 электрически соединены в первом положении соединения как с преобразовательным узлом 6, так и с проводами 2 первой сети 3. В первом положении освобождения, первые контакты 4, разумеется, электрически отсоединены от преобразовательного узла 6. Кроме того, первые контакты 4, в варианте осуществления согласно фиг. 8, в первом положении освобождения также электрически отсоединены от проводов 2 первой сети 3.
Как правило, преобразовательное устройство в соответствии с представлением на фиг. 1 дополнительно содержит устройство 19 оценки. С помощью устройства 19 оценки - известным образом - автоматически обнаруживается неисправность преобразовательного узла 6. При обнаружении неисправности преобразовательного узла 6, устройство 19 оценки управляет первым исполнительным механизмом 5 и, возможно, также вторым исполнительным механизмом 12 для соответствующего преобразовательного узла 6. Устройство 19 оценки, таким образом, выполнено как устройство управления для первого исполнительного механизма 5 и, возможно, также второго исполнительного механизма 12. Кроме того, для передачи соответствующих управляющих сигналов, оно соединено с первым исполнительным механизмом 5 и, возможно, также вторым исполнительным механизмом 12 посредством технологии управления.
В некоторых случаях, вместе с отделением определенного преобразовательного узла 6 от проводов 2 первой сети 3, также требуется отделение этого преобразовательного узла 6 от проводов 9 второй сети 10. В этом случае - с помощью устройства оценки 19 или в общем с помощью устройства управления - осуществляется совместное управление первым и вторым исполнительными механизмами 5, 12. В качестве альтернативы общему управлению, оба исполнительных механизма 5, 12 также могут быть идентичны друг другу.
Преобразовательное устройство может быть использовано для любых целей. Например, преобразовательное устройство может, как показано на фиг. 9, быть компонентом транспортного средства 20, например, электромобиля, летательного аппарата с электрическим приводом, судна, или - как показано на фиг. 9 - рельсового транспортного средства.
В случае транспортного средства 20, преобразовательное устройство через провода 9 второй сети 10 соединено с тяговым приводом 21 (см. также фиг.1 и 2) транспортного средства 20. Первая сеть 3 может быть автономной или - например - снабжаться электроэнергией через воздушную линию 22. Между воздушной линией 22 и первой сетью 3 может, при необходимости, иметься выпрямитель. Из соображений наглядности, основная структура 1, контакты 4, 11, исполнительные механизмы 5, 12 и другие элементы преобразовательного устройства, например, опорные конденсаторы 13 не представлены. Однако они имеются.
Таким образом, настоящее изобретение относится к следующему положению дел:
Преобразовательное устройство содержит основную структуру 1, на которой расположены провода 2 первой электрической сети 3. Кроме того, на основной структуре 1 расположено множество первых контактов 4, которые посредством первого исполнительного механизма 5 могут переводиться по меньшей мере из первого положения соединения в первое положение освобождения. В первом положении освобождения, преобразовательный узел 6 как блок может закрепляться в гнезде 7 основной структуры 1 и удаляться из гнезда 7. Преобразовательный узел 6, если он установлен в гнезде 7 основной структуры 1, располагается стационарно в гнезде 7. Он электрически соединен с проводами 2 первой сети 3, когда и до тех пор, пока первые контакты 4 находятся в первом положении соединения. Он электрически отсоединен от проводов 2 первой сети 3, когда и до тех пор, пока первые контакты 4 находятся в первом положении освобождения. Гнездо 7 не перемещается при переводе первых контактов 4 из первого положения соединения к первому положения освобождения.
Настоящее изобретение имеет много преимуществ. В частности, простым и надежным способом, с низким потреблением энергии и только с небольшими подвижными массами может осуществляться надежное отсоединение преобразовательного узла 6 от проводов 2 первой сети 3. В частности, на основе такого выполнения, соответствующее изобретению преобразовательное устройство также может быть использовано в условиях, в которых преобразовательное устройство подвергается воздействию вибраций и ударных нагрузок. Кроме того, простым способом может обеспечиваться низко-индуктивное соединение между опорным конденсатором 13 или опорными конденсаторами 13 и преобразовательным узлом 6.
Хотя изобретение подробно проиллюстрировано и описано в предпочтительном варианте осуществления, изобретение не ограничивается раскрытыми примерами, и другие варианты могут быть получены на их основе специалистом в данной области без отступления от объема настоящего изобретения.