СИСТЕМА ПРИВОДА ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА И СПОСОБ ПРИВОДА ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА
ELECTRIC RAILWAY VEHICLE DRIVE SYSTEM AND VEHICLE DRIVE METHOD

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
[0001]
Данное изобретение относится к системе привода электрического железнодорожного транспортного средства и способу привода транспортного средства.
Конкретнее, данное изобретение относится к системе привода транспортного средства и способу привода транспортного средства, предназначенным для привода электрического железнодорожного транспортного средства по железнодорожному пути, проложенному в транспортном депо или в аналогичном месте, где не предусмотрены средства подвода электрической мощности, такие, как третий (контактный) рельс или воздушный (контактный) провод.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0002]
Известные способы подвода электрической мощности к электрическим железнодорожным транспортным средствам (именуемым далее транспортными средствами) предусматривают применение системы с воздушным проводом и системы с третьим рельсом.
Система с воздушным проводом представляет собой систему, которая подводит электрическую мощность от питающего кабеля электрической мощности, смонтированного в пространстве над крышей транспортного средства, через пантограф или аналогичное средство. Эта система обладает большой степенью свободы при монтаже, и поэтому в общем случае широко заимствуется как воплощение способа подвода электрической мощности.
В отличие от этого, система с третьим рельсом представляет собой систему, в которой рельс для подачи электрической мощности (третий рельс для подачи мощности, который именуется далее третьим рельсом) проложен параллельно рельсам, по которым движется транспортное средство, независимо от этих рельсов, по которым движется транспортное средство, а электрическая мощность подводится к транспортному средству через контактный башмак токоприемника, предусмотренный на тележке транспортного средства. Этот способ заимствуется главным образом в случаях, где транспортное средство движется в ограниченном пространстве, в котором трудно проложить провод для подвода электрической мощности в качестве воздушного провода, таком, как в метро.
[0003]
В системе с третьим рельсом, третий рельс и положение транспортного средства над полом, в котором смонтированы различные агрегаты транспортного средства, близки друг к другу.
Следовательно, во время технического обслуживания транспортного средства в транспортном депо, чтобы гарантировать безопасность, транспортное средство нужно привести в рабочую зону где, где третий рельс не проложен, то есть, в транспортном депо.
Чтобы гарантировать безопасность на железных дорогах, где заимствуется система с третьим рельсом, третий рельс в общем случае не проложен в транспортном депо, где проводят техническое обслуживание транспортных средств. Следовательно, после того, как транспортное средство приведут в транспортное депо, когда транспортное средство должно покинуть транспортное депо, рабочий должен провести операции подсоединения питающего кабеля электрической мощности к контактному башмаку токоприемника на транспортном средстве внутри транспортного депо, а после перемещения транспортного средства за счет электрической мощности, подводимой от питающего кабеля электрической мощности к секции, где проложен третий рельс, должен отсоединить питающий кабель электрической мощности от контактного башмака токоприемника.
[0004]
Иными словами, рабочий должен провести нижеследующие операции вручную при перемещении транспортного средства из рабочей зоны, т.е. транспортного депо, где третий рельс не проложен, в рабочую зону, где третий рельс проложен, то есть, наружу из транспортного депо.
[0005]
Сначала рабочий соединяет питающий кабель электрической мощности с помощью перемычки с контактным башмаком токоприемника на транспортном средстве в рабочей зоне под полом транспортного средства, и электрическая мощность подводимая через питающий кабель электрической мощности, запитывает транспортное средство для достижения некоторой определенной скорости. Термином «запитывание» именуют передачу мощности от электрического двигателя или неэлектрического двигателя в железнодорожном транспортном средстве к колесам, чтобы ускорить транспортное средство или поддержать установившуюся скорость поезда на косогоре. Обычно эту операцию проводят посредством рукоятки, предусмотренной на главном контроллере. Затем, после отключения запитывания, транспортное средство по-прежнему движется по инерции в зону, где проложен третий рельс, а потом рабочему нужно снять перемычку с контактного башмака токоприемника.
[0006]
Как описано, в электрических железнодорожных системах, предусматривающих использование третьего рельса, необходима операция, проводимая рабочим вручную, когда железнодорожное транспортное средство перемещается из рабочей зоны без третьего рельса в рабочую зону, в которой третий рельс проложен, и это является проблемой с точки зрения сокращения трудозатрат.
Поэтому желательна система привода, которая не требует проведения рабочим ручной операции и которая позволяет транспортному средству перемещаться за счет своей собственной мощности из рабочей зоны, где третий рельс не проложен, в рабочую зону, где третий рельс проложен, не требуя подвода электрической мощности извне.
В обычной системе привода, где для главной цепи не предусматривается заимствование специализированного аккумулирующего агрегата, был недостаток, заключавшийся в том, что транспортные средства ее смогли бы перемещаться за счет своей собственной мощности, когда подвод мощности извне через воздушный провод или аналогичный провод не производится.
[0007]
Одним из способов устранения вышеупомянутой проблемы является тот, который описан в публикации № 2010-130829 выложенной заявки на патент Японии (патентном первоисточнике (ПП) 1). В этом документе раскрыта «система привода электрического железнодорожного транспортного средства», содержащая первый блок питания, который получает электрическую мощность снаружи транспортного средства, второй блок питания, предусмотренный на транспортном средстве и имеющий функцию аккумулирования, блок преобразования электрической мощности, который преобразует электрическую мощность постоянного тока, получаемую первым и вторым блоками питания, в электрическую мощность переменного тока, и электрический двигатель переменного тока, приводимый в движение электрической мощностью переменного тока, преобразованной блоком преобразования электрической мощности, и генерирующая мощность для буксировки транспортного средства, отличающаяся тем, что содержит блок управления током, задающий выходное напряжение второго блока питания, являющееся более низким, чем выходное напряжение первого блока питания, и прерывающий зарядку и разрядку второго блока питания, блок регулирования тока для понижения тока, входящего во второй блок питания и выходящего из него, и блок изменения прохождения тока, который позволяет входному и/или выходному току второго блока питания протекать, не проходя через блок регулирования тока.
[0008]
В этом документе «вторым блоком питания» именуется блок, который заряжает электрической мощностью, получаемой с токоприемника и аналогичных средств в состоянии, где (1) электрическую мощность можно получать с воздушного провода или третьего рельса, (2) устройство преобразования электрической мощности не возбуждается электрическим двигателем и (3) транспортное средство не ускоряется.
ПЕРЕЧЕНЬ ЦИТИРУЕМЫХ ДОКУМЕНТОВ
Патентные документы
[0009]
ПП 1: публикация заявки на патент Японии № 2010-130829
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Техническая задача
[0010]
В соответствии с данным изобретением, раскрытым в патентном первоисточнике 1, в электрическом транспортном средстве, привод которого осуществляет тяговый преобразователь, предназначенный для приема электрической мощности из внешнего источника таким образом, как через воздушный провод, по меньшей мере, на одном из транспортных средств предусмотрен специализированный аккумулирующий агрегат, так что если электрическую мощность получают из внешнего источника через воздушный провод, третий рельс или аналогичное средство, и что устройство преобразования электрической мощности не потребляет мощность, аккумулирующий агрегат заряжается, а если мощность нельзя получить из внешнего источника через воздушный провод или аналогичное средство, электрическая мощность, имеющаяся в аккумулирующем агрегате, подводится к преобразователю электрической мощности для ускорения транспортного средства. Вместе с тем, операцию технического обслуживания транспортного средства в рабочей зоне проводят приблизительно раз в сутки, так что обеспечение специализированного зарядного агрегата, который используют только во время технического обслуживания, отдельно от преобразователя электрической мощности, т.е. тягового преобразователя, на транспортном средстве в качестве крупногабаритного оборудования для зарядки электрической мощностью, подводимой с токоприемника, вызывает увеличение затрат. Кроме того, существуют и другие проблемы, включая необходимость гарантировать пространство для монтажа аккумулирующего агрегата на транспортном средстве.
[0011]
Короче говоря, в соответствии с патентным первоисточником 1, источник мощности, который подводит электрическую мощность к бортовому устройству управления транспортного средства, то есть, аккумулирующему блоку, обладающему функцией аккумулирования мощности, не рассматривался в качестве источника мощности, который подводит мощность привода к транспортному средству.
[0012]
Поэтому задача данного изобретения состоит в том, чтобы разработать систему привода транспортного средства и способ привода транспортного средства, которые могут предусматривать использование блока аккумулирования электроэнергии, обладающего функцией аккумулирования электрической мощности, подводимой к устройствам управления в транспортном средстве, в качестве источника мощности для привода транспортного средства.
Решение задачи
[0013]
Одним типичным примером решения вышеупомянутых проблем является система привода электрического железнодорожного транспортного средства в соответствии с данным изобретением, включающая в себя:
первый блок питания, который получает электрическую мощность из источника, внешнего по отношению к железнодорожному транспортному средству; второй блок питания, который подводит электрическую мощность к устройству управления, предусмотренному на борту железнодорожного транспортного средства; и тяговый преобразователь, который подает электрическую мощность, получаемую первым блоком питания, и осуществляет привод электрического двигателя, выполненный с возможностью привода железнодорожного транспортного средства, причем система привода дополнительно включает в себя блок для выдачи рабочих команд, выполненный с возможностью выполнения некоторой рабочей команды железнодорожного транспортного средства, и блок управления, выполненный с возможностью управления тяговым преобразователем, причем блок для выдачи рабочих команд включает в себя устройство для выдачи рабочих команд, выполненное с возможностью выдачи первой рабочей команды режима движения, второй рабочей команды режима движения и команды управления, которая управляет тяговым преобразователем, а блок управления выполнен с возможностью подачи электрической мощности из первого блока питания в тяговый преобразователь в ответ на прием первой рабочей команды режима движения из устройства для выдачи рабочих команд, прерывания подачи мощности из первого блока питания и подачи электрической мощности из второго блока питания в тяговый преобразователь в ответ на прием второй рабочей команды режима движения из устройства для выдачи рабочих команд, и использования второго блока питания, который подает мощность в устройство управления, в качестве источника мощности привода железнодорожного транспортного средства.
Преимущества изобретения
[0014]
В соответствии с данным изобретением, оказывается возможной разработка системы привода транспортного средства и способа привода транспортного средства, предусматривающих возможность использования аккумулирующего блока для подвода электрической мощности к бортовому устройству управления и в транспортное средство в качестве источника мощности для привода транспортного средства.
Задачи, конфигурации и эффекты, отличающиеся от вышеописанных, станут явными из описания вариантов осуществления, иллюстрации которых описываются ниже.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0015]
На фиг.1 представлена блок-схема, иллюстрирующая конфигурацию системы привода электрического железнодорожного транспортного средства в соответствии с данным изобретением.
На фиг.2 представлена блок-схема, иллюстрирующая внутреннюю конфигурацию устройства для выдачи рабочих команд в соответствии с данным изобретением.
На фиг.3 представлена блок-схема, иллюстрирующая пример конфигурации блока выбора фильтрующей цепочки зарядки.
На фиг.4 представлена характеристическая диаграмма, иллюстрирующая диаграмму времени переключения между нормальным режимом и режимом движения, обуславливаемым аккумулирующим агрегатом, в соответствии с данным изобретением.
На фиг.5 представлена блок-схема последовательности операций, иллюстрирующая процесс обработки для переключения рабочих режимов системы привода электрического железнодорожного транспортного средства в соответствии с данным изобретением.
ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0016]
Теперь, со ссылками на прилагаемые чертежи, будут описаны варианты осуществления.
Пример
[0017]
На фиг.1 представлена блок-схема, иллюстрирующая конфигурацию системы привода электрического железнодорожного транспортного средства в соответствии с данным изобретением.
Система привода электрического железнодорожного транспортного средства включает в себя токоприемник 1, батарею 2 схемы управления, пульт 3 машиниста и тяговый преобразователь 12.
[0018]
Токоприемник 1 составляет первый блок питания (внешний подающий мощность агрегат), который подает электрическую мощность в тяговый преобразователь 12 и является внешним по отношению к тяговому преобразователю 12; то есть, это мощность с третьего рельса или воздушного провода.
[0019]
Напряжение, подводимое с токоприемника 1, представляет собой, например, номинальное напряжение 800 В (500 В - 900 В) постоянного тока, которое изменяется в соответствии с положением третьего рельса или положением, в котором транспортное средство движется. Кроме того, если воздушный провод представляет собой источник мощности переменного тока, следует предусмотреть трансформатор и выпрямитель. Трансформатор и выпрямитель не показаны.
[0020]
Батарея 2 схемы управления представляет собой источник мощности, который подводит мощность к устройству управления, предусмотренному на борту транспортного средства, и в этом источнике питания установлено некоторое низкое напряжение, которое дает возможность нормальной (стабильной) эксплуатации устройства управления, но это напряжение является достаточное высоким, чтобы транспортное средство смогло переместиться на некоторое заранее определенное расстояние.
Если напряжение токоприемника 1 установлено равным, например, 800 В, хотя это и не показано, напряжение токоприемника 1 преобразуется посредством преобразователя в низкое напряжение приблизительно 80 В, которое составляет одну десятую напряжения токоприемника 1, а батарея 2 схемы управления состоит из батареи, включающей в себя элемент, заряжаемый этим низким напряжением.
Батарея 2 схемы управления (именуемая далее батарей) составляет второй блок питания (агрегат, подающий мощность в схему управления).
В данном варианте осуществления используется батарея, способная заряжаться до низкого напряжения, но соответствующий компонент не ограничивается батареями, и можно использовать любой компонент при условии, что он имеет функцию аккумулирования (аккумулирующие средства).
[0021]
км/ч
Короче говоря, можно предусмотреть батарею 2 любого типа, которая выдает напряжение ниже подводимого с токоприемника 1, приводящее в действие бортовое устройство управления без ошибки в режиме движения, обуславливаемом батареей, осуществляет привод транспортного средства с заранее определенной максимальной скоростью уставки (например, максимальной скоростью 10 ), осуществляет перемещение транспортного средства на некоторое заранее определенное расстояние уставки (например, 50 м) и имеет максимальный выходной крутящий момент, который удовлетворяет некоторому заранее определенному значению уставки (например, 10 % нормальной номинальной выходной мощности).
Иными словами, можно позаимствовать любой источник питания низкого напряжения, имеющий функцию аккумулирования для привода транспортного средства, которую можно использовать для привода транспортного средства.
[0022]
Бортовое устройство управления включает в себя, по меньшей мере, один компонент из схемы управления тягового преобразователя и преобразующего устройства, бортового сигнализирующего аппарата, такого, как бортовое устройство автоматического управления тягой, центральный блок управления, который осуществляет связь с пультом машиниста и другим оборудованием в пределах состава поезда, контроллер тормозного режима, и т.п.
[0023]
Пульт 3 машиниста включает в себя устройство 31 для выдачи рабочих команд, которое приводит в действие машинист.
Как подробнее описывается ниже со ссылками на фиг.2, устройство 31 для выдачи рабочих команд представляет собой специализированное устройство, которое составляет устройство для выдачи рабочих команд, выдающее информацию о рабочей команде, и оно включает в себя устройство 311 выбора рабочего режима и контроллер 312 (ведущий контроллер 3121 и вспомогательный контроллер 3122).
Конфигурации и подробности работы устройства 31 для выдачи рабочих команд будут описаны ниже.
[0024]
Устройство 311 выбора рабочего режима представляет собой устройство, которое - когда машинист запускает рабочий режим - выдает команду рабочего режима (команду управления) в блок 4 управления и переключает рабочий режим для привода транспортного средства между нормальным режимом (именуемым далее нормальным режимом движения) и режимом, обуславливаемым батареей (именуемым далее режимом движения, обуславливаемым батареей), посредством блока управления.
[0025]
Контроллер 312 представляет собой устройство, которое выдает несколько команд силы тяги (команд управления запитыванием) в соответствии с командой рабочего режима в блок 4 управления и осуществляет дистанционное управление выходной мощностью и скоростью транспортного средства посредством блока управления.
[0026]
Тяговый преобразователь 12 включает в себя блок 4 управления, устройство 5 переключения выбора цепи подвода мощности извне (SW1: первый контактор), блок 6 выбора фильтрующей цепочки зарядки (SW3: выключатель тока), вольтметр 7, устройство 8 переключения выбора цепи управления подводом мощности (SW2: второй контактор), фильтрующие цепочки (LC-цепочки) 9 и 10 и инвертирующую схему 13.
[0027]
Тяговый преобразователь 12 дополнительно включает в себя диод 16. Диод 16 предусмотрен либо между устройством 5 переключения выбора цепи подвода мощности извне (SW1) и устройством 8 переключения выбора цепи управления подводом мощности (SW2), либо между устройством 8 переключения выбора цепи управления подводом мощности (SW2) и батарей 2, либо в обоих этих местах. Причина будет описана ниже.
[0028]
Блок 4 управления включает в себя блок управления, который управляет тяговым преобразователем 12, и блок управления тормозами, который управляет контроллером 15 тормозов.
[0029]
Блок управления преобразователем осуществляет назначаемую обработку логических вычислений в соответствии с командами из устройства 311 выбора рабочего режима и контроллера 312 устройства 31 для выдачи рабочих команд (см. фиг.2), расположенными на пульте 3 машиниста, и выдает желаемую информацию команды управления (именуемую далее командой управления) в устройство 5 переключения выбора цепи подвода мощности извне (SW1), блок 6 выбора фильтрующей цепочки зарядки (SW3), устройство 8 переключения выбора цепи управления подводом мощности (SW2), инвертирующую схему 13, и т.п.
[0030]
Кроме того, блок управления тормозами содержит блок управления, который выдает информацию команды управления электрическим тормозом 151 и другими тормозами, такими, как механический тормоз 152, посредством контроллера 15 тормозов.
Эти блоки управления можно реализовать вместе - посредством одного блока управления.
[0031]
Блок 4 управления представляет собой агрегат, который включает в себя процессор для управления операциями в соответствии с программами, хранимыми в блоке управления.
[0032]
Управление устройством 5 переключения выбора цепи подвода мощности извне (SW1) (управление его включением-выключением) осуществляется по команде управления из блока 4 управления. Это устройство, имеющее контактор, который прерывает подачу мощности (тока) с токоприемника 1, если управление устройством 5 переключения выбора цепи подвода мощности извне (SW1) приводит к его выключению и отсечке питающего кабеля).
[0033]
Блок 6 выбора фильтрующей цепочки зарядки (SW3) представляет собой блок выбора фильтрующей цепочки зарядки, управление которым (управление его включением-выключением) осуществляется по команде управления из блока 4 управления. Это устройство, имеющее функцию прерывания протекания тока в тяговый преобразователь 12, когда управление блоком 6 выбора фильтрующей цепочки зарядки (SW3) обеспечивает его питание, то есть, включение, чтобы гарантировать мощность для зарядки фильтрующего конденсатора (С) 9, находящегося в фильтрующей цепочке (LC-цепочке).
[0034]
Подробности конфигураций и операций блока 6 выбора фильтрующей цепочки зарядки (SW3) будут описаны ниже.
[0035]
Вольтметр 7 представляет собой устройство, которое измеряет напряжение, поступающее в инвертирующую схему 13. Значение напряжения, измеряемое вольтметром 7, посылается в блок 4 управления.
[0036]
Управление устройством 8 переключения выбора цепи управления подводом мощности (SW2) (управление его включением-выключением) осуществляется по команде управления из блока 4 управления. Это устройство, которое имеет контактор, который прерывает подачу мощности (тока) из батареи 2, если управление устройством 8 переключения выбора цепи управления подводом мощности (SW2) приводит к его выключению (размыканию контактов и отсечке питающего кабеля).
[0037]
Управление устройством 8 переключения выбора цепи управления подводом мощности (SW2) осуществляется так, что его запитывание прекращается (выключается) одновременно с устройством 5 переключения выбора цепи подвода мощности извне (SW1). Иными словами, устройство 8 переключения выбора цепи управления подводом мощности (SW2) включается по истечении заранее определенного времени (такого, как одна секунда) после выключения устройства 5 переключения выбора цепи подвода мощности извне (SW1). Это дает возможность предотвратить ошибочные операции тягового преобразователя 12 под управлением устройства 5 переключения выбора цепи подвода мощности извне (SW1) и устройства 8 переключения выбора цепи управления подводом мощности (SW2) и предотвращает выход из строя батареи 2 схемы управления.
[0038]
Фильтрующие цепочки 9 и 10 включают в себя фильтрующий конденсатор (С) 9 и фильтрующий реактор (L) 10, которые сглаживают электрическую мощность постоянного тока, подводимую через устройство 5 переключения выбора цепи подвода мощности извне (SW1), блок 6 выбора фильтрующей цепочки зарядки (SW3) или устройство 8 переключения выбора цепи управления подводом мощности (SW2), и удаляют участок флуктуаций высокочастотной области (высокочастотной составляющей), содержащийся в электрической мощности постоянного тока.
[0039]
Кроме того, фильтрующий конденсатор 9 (C) фильтрующей цепочки предусматривает функцию приема мощности, подаваемой из батареи 2, и мощности зарядки в течение заранее определенного времени в режиме движения, обуславливаемом батареей. Следовательно, фильтрующую цепочку также можно назвать фильтрующей цепочкой зарядки. Величину заряда устанавливают, например, составляющей 2,5 Кл максимум.
[0040]
Инвертирующая схема 13 представляет собой устройство, управление которым осуществляется на основе команды управления из блока 4 управления, чтобы преобразовать электрическую мощность постоянного тока, вводимую через инвертирующую схему 13, в электрическую мощность трехфазного переменного тока с переменной частотой переменного напряжения (VVVF), и осуществляет привод электрического двигателя 11.
[0041]
Электрический двигатель 11 представляет собой устройство, которое приводится в действие электрической мощностью трехфазного переменного тока из инвертирующей схемы 13 и которое генерирует механическую мощность. Механическую мощность используют как источник мощности транспортного средства. Количество электрических двигателей 11, приводимых в действие одной инвертирующей схемой 13, не ограничивается единицей, и оно может составлять два или более. «Земля» 14 представляет собой заземляющее приспособление.
[0042]
Чтобы вывезти транспортное средство из рабочей зоны, где третий рельс не проложен (такой, как транспортное депо), в рабочую зону, где третий рельс проложен (такую, как снаружи транспортного депо), в соответствии с данной системой, из устройства 311 выбора рабочего режима устройства 31 для выдачи рабочих команд пульта 3 машиниста в блок 4 управления посылается команда, связанная с режимом движения, обуславливаемым аккумулирующим агрегатом (именуемым далее режимом движения, обуславливаемым батареей).
[0043]
Если из устройства 31 для выдачи рабочих команд принимается команда режима движения, обуславливаемого батареей, сначала блок 4 управления выдает команду управления, чтобы выключить устройство 5 переключения выбора цепи подвода мощности извне (SW1) (разомкнуть контакты и отсечь питающий кабель) и устранить соединение между токоприемником 1 и тяговым преобразователем 12 (разомкнуть контакты и отсечь питающий кабель). После этого, блок 4 управления выдает команду управления, чтобы включить (соединить с питающим кабелем) устройство 8 переключения выбора цепи управления подводом мощности (SW2) и соединить батарею 2 и тяговый преобразователь 12.
[0044]
Если устройство 5 переключения выбора цепи подвода мощности извне (SW1) функционирует неправильно и не может быть выключено, блок 4 управления осуществляет управление таким образом, что устройство 8 переключения выбора цепи управления подводом мощности (SW2) не выключится. Это делается, чтобы предотвратить подвод электрической мощности токоприемника 1 через устройство 8 переключения выбора цепи управления подводом мощности (SW2) к батарее 2 и повреждение батареи.
[0045]
Когда принимается команда нормального режима движения, проводят противоположную операцию. Операция, проводимая во время нормального режима движения, хорошо известна, так что ее описание опущено.
[0046]
Если из устройства 31 для выдачи рабочих команд, принимается команда режима движения, обуславливаемого батареей, блок 4 управления выдает команду управления, управляя блоком 6 выбора фильтрующей цепочки зарядки (SW3) (его включением-выключением).
То есть, блок 4 управления выдает команду управления отсечкой заряда (CHK), команду управления отсечкой тока (LB) или аналогичную команду для блока 6 выбора фильтрующей цепочки зарядки (SW3) независимо от команды управления, выдаваемой для управления устройством 5 переключения выбора цепи подвода мощности извне (SW1) и устройством 8 переключения выбора цепи управления подводом мощности (SW2).
[0047]
Кроме того, если в некоторый желаемый момент времени из устройства 31 для выдачи рабочих команд принимается команда режима движения, обуславливаемого батареей (режима, обуславливаемого батареей), блок 4 управления управляет тяговым преобразователем 12, переводя его в состояние режима аккумулирования.
Ниже будет описано управление различными переключающими устройствами, выключателем заряда и выключателем тока, осуществляемое на основе этих команд управления.
[0048]
В состоянии, где из устройства 31 для выдачи рабочих команд принимается команда торможения, блок 4 управления выдает команду управления, управляя контроллером 15 тормозов так, чтобы выключить электрический тормоз 151 и включить механический тормоз 152, который является еще одним тормозом. Эта конфигурация заимствуется, чтобы предотвратить повреждение устройства управления или предотвратить повреждение самой батареи. Другие тормоза включают в себя механический тормоз, пневматический тормоз и гидравлический тормоз.
[0049]
Вследствие этого, электрическую мощность можно подводить из батареи 2 в главную цепь (такую, как фильтрующие цепочки 9 и 10 или инвертирующая схема 13) тягового преобразователя 12 в режиме движения, обуславливаемом батареей.
В дополнение к этому состоянию, электрический двигатель 11 выполнен с возможностью обеспечивать перемещение транспортного средства за счет возбуждения инвертирующей схемы 13 тягового преобразователя 12 с использованием электрической мощности, заряжаемой и аккумулируемой в фильтрующем конденсаторе 9 (C).
Иными словами, батарею 2 используют как источник мощности привода электрического двигателя 11.
[0050]
Помимо этого, если значение напряжения, измеряемое вольтметром 7, падает ниже некоторого значения, установленного заранее (опорного напряжения), такого, как ниже 55 В, в режиме движения, обуславливаемом батареей, блок 4 управления управляет тяговым преобразователем 12 и выдает команду управления, чтобы выключить, например, инвертирующую схему 13. То есть, перемещение транспортного средства, обеспечиваемое батареей 2, запрещается из соображений безопасности движения в режиме движения, обуславливаемом батареей. Это значение, установленное заранее (опорное напряжение), в предпочтительном варианте должно быть изменяемым при необходимости.
[0051]
Кроме того, блок 4 управления имеет функцию осуществления управления таким образом, чтобы при этом не включать устройство 8 переключения выбора цепи управления подводом мощности (SW2), если устройство 5 переключения выбора цепи подвода мощности извне (SW1) по какой-либо причине функционирует неправильно и нельзя выключать контактор. Эта конфигурация заимствуется, чтобы предотвратить подвод высокого напряжения с токоприемника 1 к батарее 2 и предотвратить повреждение батареи.
[0052]
Аналогичным образом, чтобы предотвратить подвод электрической мощности как питания с токоприемника 1 к батарее 2, предусмотрен диод 16.
[0053]
То есть, выход из строя батареи, обуславливаемый неправильным функционированием устройства 5 переключения выбора цепи подвода мощности извне (SW1), можно предотвратить, предусматривая некоторое средство для предотвращения подвода электрической мощности, подводимой с токоприемника 1 к тяговому преобразователю 12, к батарее 2; то есть, это можно сделать, предусматривая блок предотвращения выхода батареи из строя.
[0054]
На фиг.2 представлена блок-схема, иллюстрирующая один пример внутренней конфигурации устройства 31 для выдачи рабочих команд в соответствии с данным изобретением.
Устройство 31 для выдачи рабочих команд включает в себя устройство 311 выбора рабочего режима, главный контроллер 312 (именуемый далее контроллером), переключатель 313 выбора контроллера и устройство 315 управления командами перемещения транспортного средства.
[0055]
Устройство 311 выбора рабочего режима, контроллер 312 и переключатель 313 выбора контроллера составляют специализированное устройство для выдачи рабочих команд (специализированное устройство).
[0056]
Устройство 311 выбора рабочего режима включает в себя рычаг 3111 выбора рабочего режима.
[0057]
Рычаг 3111 выбора рабочего режима представляет собой рычаг, приводимый в действие по решению машиниста, и представляет собой рычаг, который переключает рабочий режим либо в нормальный режим движения, либо в режим движения, обуславливаемый батареей.
[0058]
Команда рабочего режима (нормального режима движения или режима движения, обуславливаемого батареей), выдаваемая из устройства 311 выбора рабочего режима в соответствии с рабочим режимом, в который производят переключения этим рычагом, выдается в блок 4 управления тягового преобразователя 12. Поскольку электрическая мощность, подводимая из батареи 2, заряжается и аккумулируется в фильтрующем конденсаторе 9 (C) в режиме движения, обуславливаемом батареей, этот режим движения, обуславливаемый батареей, также можно именовать режимом аккумулирования.
[0059]
Контроллер 312 включает в себя главный ведущий контроллер 3121 и вспомогательный ведущий контроллер 3122.
[0060]
Главный ведущий контроллер 3121 представляет собой устройство, которое выдает многочисленные команды силы тяги (P+, P, N, B, B+, EB), когда машинист переключает рычаг 3111 выбора рабочего режима в режим, обуславливаемый батареей, то есть, в режим аккумулирования, и эти команды силы тяги передаются через переключатель 313 выбора контроллера в блок 4 управления как команды управления запитыванием.
[0061]
Вспомогательный главный контроллер 3122 представляет собой устройство, которое выдает только одну команду силы тяги (P), и эта команда управления передается через переключатель 313 выбора контроллера в блок 4 управления как команда управления запитыванием (команда запитывания).
[0062]
Переключатель 313 выбора контроллера представляет собой устройство для переключения между главным ведущим контроллером 3121 и вспомогательным ведущим контроллером 3122. Переключатель 313 выбора контроллера переключают таким образом, что команда силы тяги (команда выходной мощности, обуславливаемой позицией рычага) главного ведущего контроллер 3121 становится допустимой, а команда силы тяги (команда выходной мощности, обуславливаемой позицией рычага) вспомогательного ведущего контроллера 3122 становится недопустимой (как изображено), когда рычаг 3111 выбора рабочего режима переключают в нормальный режим движения.
Противоположное состояние реализуется, если рычаг 3111 выбора рабочего режима переключают в режим движения, обуславливаемый батареей.
[0063]
Устройство 315 управления командами перемещения транспортного средства выдает команду перемещения транспортного средства в направлении вперед или назад, которая посылается в блок 4 управления как команда управления перемещением вперед или назад.
[0064]
Если транспортное средство перемещается (движется), находясь в режиме движения, обуславливаемом батареей, то есть, если транспортное средство перемещается из секции без третьего рельса в секцию, где третий рельс есть, предпочтительно ограничивать максимальную скорость транспортного средства. Например, для транспортного средства устанавливают движение с низкой скоростью, так что максимальная скорость составляет приблизительно 10 км/ч.
[0065]
Кроме того, наряду с уставкой максимальной скорости транспортного средства, рабочая характеристика выходной мощности электрического двигателя 11 тоже ограничена. Например, максимальная выходная мощность крутящего момента электрического двигателя должна быть установлена на уровне 10 % нормальной номинальной выходной мощности.
Помимо этого, существует расстояние, на которое возможно движение транспортного средства, обуславливаемое батареей 2, зависящее от допустимой емкости батареи 2 и веса транспортного средства, и это расстояние должно быть ограничено некоторой фиксированной длиной из соображений безопасности. Например, расстояние, на которое возможно движение транспортного средства, обуславливаемое батареей 2, устанавливают равным 50 м. Это расстояние 50 м представляет собой расстояние, достаточное для перемещения транспортного средства из секции без третьего рельса в секцию, имеющую третий рельс.
[0066]
В нормальном режиме движения, когда транспортное средство замедляется, электрическую энергию, генерируемую электрическим тормозом с помощью электрического двигателя 11 как генератора, можно возвращать в виде тока регенерации в воздушный провод на стороне токоприемника 1.
[0067]
В отличие от этого, поскольку режим движения, обуславливаемый батареей, предусматривает использование батареи 2, если ток регенерации возвращается в батарею 2, увеличение напряжения батареи 2 может вызвать повреждение устройств управления, таких, как инвертирующая схема 13, и повреждение самой батареи.
Следовательно, подвод тока регенерации из тягового преобразователя 12 к батарее 2 запрещается.
[0068]
Соответственно, если транспортное средство движется за счет режима движения, обуславливаемого батареей, блок 4 управления осуществляет управление таким образом, что электрический тормоз использоваться не будет, а допускается только использование других тормозов.
Кроме того, напряжение батареи 2 устанавливают так, чтобы получить при пониженной емкости источника питания входное напряжение, например, 80 В (50 - 120 В), которое составляет от 1/10 до 1/5 входного напряжение 800 В (500 - 900 В) токоприемника 1. Блок 4 управления осуществляет желаемую обработку логических вычислений и выдает надлежащую команду управления в соответствии с низкой емкостью источника питания из батареи 2.
[0069]
По причинам, упомянутым выше, во время режима движения, обуславливаемого батареей, операция управления должна обеспечивать выдачу команды управления, которая отличается от выдаваемой на операции управления во время нормального режима движения.
[0070]
На фиг.3 представлена блок-схема, иллюстрирующая один пример конфигурации блока 6 выбора фильтрующей цепочки зарядки (SW3).
Блок 6 выбора фильтрующей цепочки зарядки (SW3) включает в себя блок отсечки тока, то есть, выключатель 61 заряда (CHK), выключатель 62 тока (LB) и зарядный резистор (CHRe) 63.
[0071]
Выключатель 61 заряда (CHK) и зарядный резистор (CHRe) 63 соединены последовательно, и они соединены параллельно выключателю 62 тока (LB).
[0072]
Выключатель 61 заряда (CHK) представляет собой устройство, которое имеет функцию отсечки тока, подводимого к тяговому преобразователю 12, на основе команды управления из блока 4 управления.
[0073]
Выключатель 62 тока (LB) представляет собой устройство, которое имеет функцию отсечки тока, подводимого к тяговому преобразователю 12, на основе команды управления из блока 4 управления.
[0074]
Зарядный резистор (CHRe) 63 представляет собой устройство, которое имеет функцию зарядки мощности (напряжения фильтрующего конденсатора) в фильтрующий конденсатор 9 (C).
[0075]
На фиг.4 представлена характеристическая диаграмма, иллюстрирующая диаграмму времени переключения между нормальным режимом и режимом движения, реализуемыми в аккумулирующем агрегате, в соответствии с данным изобретением.
[0076]
На фиг.4 рабочая команда из устройства 31 для выдачи рабочих команд иллюстрирует рабочие состояния соответственных блоков тягового преобразователя 12 на операции с батареей или операции аккумулирования. На этом чертеже состояния описываются как операция аккумулирования (см. фиг.4B) и режим аккумулирования (см. фиг.4D).
[0077]
В частности, этот чертеж иллюстрирует рабочее состояние устройства 5 переключения выбора цепи подвода мощности извне (SW1) (фиг.4A), рабочее состояние устройства 8 переключения выбора цепи управления подводом мощности (SW2) (фиг.4C), рабочее состояние режима аккумулирования в режиме движения, обуславливаемом батареей (режиме, обуславливаемом батареей) (фиг.4D), состояние движения вперед и назад транспортного средства (фиг.4E), рабочее состояние блока 6 выбора фильтрующей цепочки зарядки (выключателя заряда или CHK) (фиг.4F), рабочее состояние выключателя 62 тока (LB) (фиг.4G), состояние напряжения при зарядке (напряжения фильтрующего конденсатора), подаваемого в фильтрующий конденсатор 9 (C) (фиг.4H), и состояние выходного крутящего момента (запитывания) электрического двигателя 11 (фиг.4I).
[0078]
Сначала операция переключения рабочего режима из нормального режима движения в режим движения, обуславливаемый батареей (режим аккумулирования), то есть, операция обработки привода транспортного средства, будет описана следующим образом.
[0079]
1
10
1
10
(1) Операцию аккумулирования иллюстрирует команда рабочего режима, и в состоянии, где рабочий режим переключается из нормального режима движения в режим движения, обуславливаемый батареей (режим аккумулирования), операция аккумулирования начинается в момент t. Эта операция аккумулирования заканчивается в момент t. То есть, данная рабочая команда аккумулирования продолжается с момента t до t (см. фиг.4B).
1
2
Когда после того, как в момент t начинается операции аккумулирования, истекает заранее определенное время, такое, как одна секунда (1 с), устройство 5 переключения выбора цепи подвода мощности извне (SW1) выключается в момент t, и происходит высвобождение из нормального режима движения и прерывание этого режима (см. фиг.4A).
2
1
Причина выключения устройства 5 переключения выбора цепи подвода мощности извне (SW1) в момент t после истечения заранее определенного времени с момента t, когда режим аккумулирования начинается, состоит в том, чтобы предотвратить ошибочное обнаружение рабочей команды аккумулирования.
[0080]
2
3
3
11
(2) Кроме того, если после того, как в момент t выключено устройство 5 переключения выбора цепи подвода мощности извне (SW1), истекло заранее определенное время, такое, как одна секунда (1 с), устройство 8 переключения выбора цепи управления подводом мощности (SW2) выключается в момент t (см. фиг.4C). Вследствие этого, рабочий режим переключается в режим аккумулирования (см. фиг.4D). Режим аккумулирования продолжается с момента t до t.
Причина изменения моментов управления устройством 5 переключения выбора цепи подвода мощности извне (SW1) и устройством 8 переключения выбора цепи управления подводом мощности (SW2) заключается в том, чтобы предотвратить одновременное включение устройства 5 переключения выбора цепи подвода мощности извне (SW1) и устройства 8 переключения выбора цепи управления подводом мощности (SW2), учитывая, что может происходить задержка, когда происходит отсечка устройства 5 переключения выбора цепи подвода мощности извне (SW1).
[0081]
3
3
11
(3) Когда устройство 8 переключения выбора цепи управления подводом мощности (SW2) включается в момент t, происходит высвобождение из рабочего состояния режима аккумулирования (На фиг.4D). Режим аккумулирования продолжается с момента t до t (см. фиг.C).
[0082]
4
(4) В рабочем состоянии режима аккумулирования, например - по команде движения вперед или назад, перемещение транспортного средства вперед или назад начинается в момент t (см. фиг.4E).
[0083]
4
5
4
5
(5) Затем выключатель 61 заряда (CHK) блока 6 выбора фильтрующей цепочки зарядки включается в момент t (см. фиг.4F), и фильтрующий конденсатор 9 (C) в фильтрующей цепочке начинает зарядку (см. фиг.4H). Управление зарядкой таково, что зарядка становится максимальной на уровне, например 2,5 Кл в момент t. Временя от t до t составляет, например 2,5 секунды (2,5 с).
[0084]
4
5
5
10
(6) По истечении 2,5 секунд (2,5 с) (≤2,5 с) после включения выключателя 61 заряда (CHK) в момент t, выключатель 62 тока (LB) блока 6 выбора фильтрующей цепочки зарядки включается в момент t (см. фиг.4G). Включенное состояние выключателя 62 тока (LB) продолжается в течение времени, когда режим аккумулирования представляет собой рабочее состояние, то есть, с t до t.
[0085]
4
5
5
10
10
(7) При этом, фильтрующий конденсатор 9 (C) фильтрующей цепочки в заранее определенный момент - t - времени начинает зарядку, а заряд становится полным и достигает максимума в момент t. Максимальный заряд длится с момента t до момента t, а после момента t заряд падает (см. фиг.4H).
[0086]
(8) Если команда питания, которая представляет собой команду силы тяги из вспомогательного главного контроллера 3122 в устройство 31 для выдачи рабочих команд, принимается, а выключатель 62 тока (LB) находится во включенном состоянии (см. фиг.4I), привод электрического двигателя 11 осуществляется на основании этой команды. Источником привода электрического двигателя 11 является электрическая мощность, подводимая из батареи 2, а она обуславливает напряжение при зарядке в фильтрующем конденсаторе 9 (C). То есть, во время режима движения, обуславливаемого батареей, батарея 2 используется как источник мощности привода транспортного средства.
[0087]
Далее будет описана операция переключения из режима движения, обуславливаемого батареей (режима аккумулирования), в нормальный режим движения.
[0088]
11
11
(1) При переключении из режима движения, обуславливаемого батареей (режима аккумулирования), в нормальный режим движения, операция аккумулирования заканчивается в момент t, и в этот момент t работа устройства 8 переключения выбора цепи управления подводом мощности (SW2) прекращается. То есть, режим аккумулирования отменяется.
[0089]
10
(2) Когда операция аккумулирования заканчивается и режим аккумулирования отменяется, выключатель 62 тока (LB) выключается (ток прерывается) в момент t.
[0090]
(3) После выключения (прерывания тока) выключателя 62 тока (LB), напряжение, аккумулированное в фильтрующем конденсаторе 9 (C), постепенно падает с момента t10 (см. фиг.4H).
[0091]
11
10
(4) После выключения (прерывания тока) выключателя 62 тока (LB), например - через одну секунду (1 с), устройство 8 переключения выбора цепи управления подводом мощности (SW2) выключается (его работа прерывается) в момент t, и подача мощности из батареи 2 прерывается. Затем рабочий режим входит в состояние нормального режима движения из режима движения, обуславливаемого батареей (режима аккумулирования), и операция аккумулирования прекращается в момент t (см. фиг.4B).
[0092]
(5) В состоянии, соответствующем нормальному режиму движения, хотя это и не показано, устройство 5 переключения выбора цепи подвода мощности извне (SW1) включается в соответствии с сигналом сброса, выдаваемым из блока 4 управления, и состояние подачи мощности с токоприемника 1 можно вернуть.
[0093]
На фиг.5 представлена блок-схема последовательности операций, иллюстрирующая процесс обработки, осуществляемый блоком 4 управления в состоянии, где рабочий режим переключается в соответствии с системой привода электрического железнодорожного транспортного средства согласно данному изобретению.
[0094]
Блок 4 управления принимает команду нормального режима движения из устройства 31 для выдачи рабочих команд пульта 3 машиниста, организует операцию управления устройством 5 переключения выбора цепи подвода мощности извне (SW1), устройством 8 переключения выбора цепи управления подводом мощности (SW2), блоком 6 выбора фильтрующей цепочки зарядки (SW3) и инвертирующей схемой 13 тягового преобразователя 12, и управляет работой соответственных переключающих устройств и блока выбора фильтрующей цепочки зарядки в соответствии с программами, хранимыми в блоке управления.
[0095]
Работа на основе блок-схемы последовательности операций согласно фиг.5 происходит следующим образом.
Этап S101: блок 4 управления начинает обработку в соответствии с рабочим режимом устройства 31 для выдачи рабочих команд.
[0096]
Этап S102: блок 4 управления определяет, является ли рабочий режим нормальным режимом движения.
[0097]
Этап S103: если рабочий режим является нормальным режимом на этапе S102 (Да), блок 4 управления выключает устройство 8 переключения выбора цепи управления подводом мощности (SW2) (размыкает контакты питающего кабеля и отсекает его) и прерывает подачу мощности из батареи 2 схемы управления.
[0098]
Этап S105: в состоянии, где подача мощности из батареи 2 схемы управления прервана на этапе S102, блок 4 управления включает устройство 5 переключения выбора цепи подвода мощности извне (SW1) и разрешает подачу мощности с токоприемника 1.
[0099]
Этап S104: если рабочий режим не является нормальным режимом движения на этапе S102 (Нет), блок 4 управления выключает устройство 5 переключения выбора цепи подвода мощности извне (SW1) (размыкает контакты питающего кабеля и отсекает его) и прерывает подачу мощности с токоприемника 1.
[0100]
Этап S106: в состоянии, где устройство переключения выбора цепи подвода мощности извне (SW1) выключается (контакты питающего кабеля размыкаются и он отсекается) на этапе S104, блок 4 управления включает устройство 8 переключения выбора цепи управления подводом мощности (SW2) и разрешает подачу мощности из батареи 2.
[0101]
Этап S107: если подача мощности с токоприемника 1 разрешена на этапе S105, или если подача мощности из батареи 2 разрешена на этапе S106, блок 4 управления включает выключатель 61 заряда (CHK) в блоке 6 выбора фильтрующей цепочки зарядки и заряжает фильтрующий конденсатор 9 (C) фильтрующей цепочки посредством подачи мощности с токоприемника 1 или подачи мощности из батареи 2.
[0102]
Этап S108: если зарядка и аккумулирование мощности фильтрующего конденсатора 9 (C) оказываются максимальными на этапе S107, блок 4 управления выключает выключатель 61 заряда (CHK) блока 6 выбора фильтрующей цепочки зарядки (размыкает контакты выключателя).
[0103]
Этап S109: если зарядка и аккумулирование мощности фильтрующего конденсатора 9 (C) оказываются максимальными на этапе S107, блок 4 управления включает выключатель 62 тока (LB) блока 6 выбора фильтрующей цепочки зарядки.
[0104]
Этап S110: Блок 4 управления заканчивает обработку в соответствии с рабочим режимом.
[0105]
В соответствии с вышеописанным вариантом осуществления, когда транспортное средство находится в аномальном режиме движения, конфигурация системы обеспечивает подвод электрической мощности к электрическому двигателю через схему управления (фильтрующую цепочку, инвертирующую схему) тягового преобразователя из батареи схемы управления, такой, как батарея (аккумулирующий блок), которая (который) подводит электрическую мощность к бортовому устройству управления, обычно предусматриваемому на транспортном средстве, так что даже если электрическая мощность не подводится снаружи транспортного средства (из средства подвода электрической мощности, такого, как третий рельс или воздушный провод), транспортное средство может перемещаться за счет своей собственной мощности из рабочей зоны, где третий рельс не проложен, в рабочую зону, где третий рельс проложен. Кроме того, поскольку тяговый преобразователь не требует монтажа независимого специализированного аккумулирующего устройства на борту транспортного средства, нет необходимости проводить операцию монтажа этого устройства и нет необходимости защищать пространство для его монтажа, так что можно сэкономить пространство и урезать расходы.
[0106]
Данное изобретение не ограничивается вышеописанными вариантами осуществления и может включать в себя различные модификации. Например, вышеописанные варианты осуществления рассмотрены подробно в целях упрощения понимания данного изобретения, а данное изобретение не ограничивается реализациями, предусматривающими все конфигурации, проиллюстрированные в вариантах осуществления. Часть конфигурации согласно некоторому варианту можно добавить, исключить или заменить другими конфигурациями. Соответственные конфигурации и функции, описанные выше, можно воплотить посредством программного обеспечения, которое интерпретирует и исполняет программы, реализующие соответственные функции посредством процессора блока управления. Программы, которые реализуют соответственные функции, можно хранить в некотором запоминающем устройстве, таком, как память, жесткий диск или твердотельный накопитель (ТТН), или в запоминающей среде, такой, как карта с интегральной схемой (ИС), карта памяти, используемая в портативных устройствах (SD-карта) или цифровой универсальный диск (DVD).
ПЕРЕЧЕНЬ ПОЗИЦИЙ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0107]
1 - Токоприемник
2 - Батарея схемы управления (батарея)
3 - Пульт машиниста
31 - Устройство для выдачи рабочих команд (блок для выдачи рабочих команд)
312 - Контроллер
3121 - Главный ведущий контроллер
3122 - Вспомогательный ведущий контроллер
4 - Блок управления
5 - Устройство переключения выбора цепи подвода мощности извне (SW1)
6- Блок выбора фильтрующей цепочки зарядки (SW3)
61 - Выключатель заряда
62 - Выключатель тока
63 - Зарядный резистор
7 - Вольтметр
8 - Устройство переключения выбора цепи управления подводом мощности (SW2)
9 - Фильтрующий конденсатор
10 - Фильтрующий реактор
11 - Электрический двигатель
12 - Тяговый преобразователь
13 - Инвертирующая схема
14 - «Земля»
311 - Устройство выбора рабочего режима
3111 - Рычаг выбора рабочего режима