УСТРОЙСТВО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ МОЩНОСТИ ДЛЯ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА
POWER CONVERTER FOR TRANSPORT FACILITY

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к устройству преобразования мощности для транспортного средства, которое использует силовой полупроводниковый элемент и, в частности, которое располагается под полом железнодорожного транспортного средства.
Предшествующий уровень техники
Устройство преобразования мощности для транспортного средства включает в себя модули преобразования мощности, которые используют силовые полупроводниковые элементы, такие как так называемый преобразователь и инвертор, конденсатор фильтра и модуль управления, а также различные типы управляемых источников питания и датчиков для них. Оборудование располагается очень плотно в устройстве преобразования мощности, в частности в высокоскоростном железнодорожном транспортном средстве (см. патентный документ 1 JP-A-2009-96318).
Сущность изобретения
В частности, в устройстве преобразования мощности для железнодорожного транспортного средства достигается более высокая скорость и более высокая емкость. С другой стороны, устройство преобразования мощности устанавливается в ограниченном пространстве под полом транспортного средства, что требует меньшего размера устройства преобразования мощности. Помимо этого существует проблема для разрешения, заключающаяся в том, что осмотр и техническое обслуживание должны выполняться легко при очень плотном расположении оборудования внутри такого устройства преобразования мощности для транспортного средства.
Задача изобретения заключается в том, чтобы предоставить устройство преобразования мощности для транспортного средства, которое упрощает выполнение осмотра и технического обслуживания и удовлетворяет требованию меньшего размера устройства преобразования мощности для транспортного средства.
Согласно аспекту изобретения предусмотрено устройство управления для транспортного средства, включающее в себя, в кожухе, который устанавливается под полом транспортного средства: преобразователь мощности, сконфигурированный из полупроводниковой переключающей схемы; модуль управления, который управляет выходной мощностью преобразователя мощности так, что он снабжает требуемую нагрузку мощностью; электропроводку, которая подключается к преобразователю мощности; детектор напряжения, который детектирует напряжение, приложенное к электропроводке, и выводит детектированное напряжение в модуль управления; и экранирующий модуль, который экранирует детектор напряжения от электромагнитного шума от электропроводки, при этом модуль управления располагается на первой стороне кожуха вдоль направления движения транспортного средства, преобразователь мощности располагается на второй стороне кожуха вдоль направления движения транспортного средства, и детектор напряжения располагается между преобразователем мощности и модулем управления.
Согласно другому аспекту изобретения предусмотрено устройство управления для транспортного средства, включающее в себя: кожух, установленный под полом транспортного средства; преобразователь мощности, включающий в себя полупроводниковую переключающую схему; модуль управления, который управляет выходной мощностью преобразователя мощности; электропроводку, которая подключается к преобразователю мощности; и детектор напряжения, который детектирует напряжение, приложенное к электропроводке, и выводит детектированное напряжение в модуль управления, при этом преобразователь мощности, модуль управления, электропроводка и детектор напряжения предоставляются в кожухе, и при этом модуль управления располагается на первой стороне кожуха, преобразователь мощности располагается на второй стороне кожуха, которая располагается напротив первой стороны кожуха, и детектор напряжения располагается между преобразователем мощности и модулем управления.
Согласно устройству преобразования мощности для транспортного средства по изобретению, посредством расположения оборудования, которому требуется частый осмотр и техническое обслуживание, на боковых сторонах внутри устройства преобразования мощности, может предоставляться устройство преобразования мощности для транспортного средства, которое имеет небольшой размер и которое упрощает осмотр и техническое обслуживание.
Краткое описание чертежей
В дальнейшем изобретение поясняется описанием предпочтительных вариантов воплощения со ссылками на сопроводительные чертежи, на которых:
Фиг.1 изображает принципиальную схему устройства преобразования мощности для транспортного средства согласно варианту 1 осуществления изобретения;
Фиг.2 изображает общую схему оборудования внутри кожуха устройства преобразования мощности для транспортного средства согласно варианту 1 осуществления изобретения на виде сверху;
Фиг.3 изображает схему, показывающую конфигурацию экранирующего модуля, согласно варианту 1 осуществления изобретения;
Фиг.4 изображает схему, показывающую другую конфигурацию экранирующего модуля, согласно варианту 1 осуществления изобретения;
Фиг.5 изображает другую общую схему оборудования внутренней части кожуха устройства преобразования мощности для транспортного средства согласно варианту 1 осуществления изобретения на виде сверху;
Фиг.6 изображает принципиальную схему устройства преобразования мощности для транспортного средства согласно варианту 2 осуществления изобретения;
Фиг.7 изображает общую схему оборудования внутри кожуха устройства преобразования мощности согласно варианту 2 осуществления изобретения на виде сверху;
Фиг.8 изображает принципиальную схему устройства преобразования мощности для транспортного средства согласно варианту 3 осуществления изобретения;
Фиг.9 является блок-схемой оборудования внутренней части кожуха устройства преобразования мощности согласно варианту 3 осуществления изобретения на виде сверху.
Описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения
В дальнейшем в этом документе изобретение подробно описывается на основе чертежей, показывающих варианты осуществления.
Вариант 1 осуществления
Фиг.1 изображает принципиальную схему устройства преобразования мощности для транспортного средства согласно варианту 1 осуществления изобретения. Этот вариант осуществления описывает электрическое транспортное средство с системой трехуровневого инвертора/преобразователя, которая приводит в действие секцию подачи переменного тока. В электрическом транспортном средстве напряжение переменного тока, которое получается из воздушного провода 20 переменного тока через пантограф, один раз подводится в трансформатор 21 для преобразования в напряжение, подходящее для ввода в устройство 1 преобразования мощности. Напряжение, которое преобразуется таким образом, вводится в модуль 2 преобразователя, который является преобразователем мощности, сконфигурированным из полупроводниковой переключающей схемы, через модуль 4 контактора. Контактор, который электрически отделяет модуль 2 преобразователя от трансформатора 21, вставляется в модуль 4 контактора, и этот контактор размыкается, когда устройство преобразования мощности не работает или устройство преобразования мощности отделяется от источника питания переменного тока вследствие возникновения неисправности.
В модуле 2 преобразователя входная мощность переменного тока преобразуется в промежуточное напряжение постоянного тока, которое затем выводится в конденсаторы 40 (40a, 40b) фильтра. В случае трехуровневого преобразователя промежуточное напряжение постоянного тока имеет три потенциала и отделяется и сглаживается посредством двух конденсаторов 40a, 40b фильтра. Промежуточное напряжение постоянного тока вводится в модуль 3 инвертора, который является преобразователем мощности, выполненным из полупроводниковой переключающей схемы, и это промежуточное напряжение постоянного тока преобразуется в трехфазное напряжение переменного тока, которое является изменяющимся по напряжению и изменяющимся по частоте. Трехфазное напряжение переменного тока выводится в электродвигатель 22, посредством чего этот электродвигатель 22 приводится в действие.
Далее описывается операция преобразования мощности в модуле 2 преобразователя. Информация о токе, полученная посредством детектора 42 тока преобразователя, предоставляемого на входной линии модуля 2 преобразователя, и информация о напряжении, полученная посредством детектора 44 напряжения переменного тока, подключенного к одному из выводов обмотки трансформатора 21, вводятся в модуль 5 управления. Аналогично, информация о напряжении, полученная посредством детекторов 10 (10a, 10b) напряжения, которые подключаются между контактными выводами конденсаторов 40a, 40b фильтра, на которые подается промежуточный постоянный ток, также вводится в модуль 5 управления. Стробирующий сигнал преобразователя, вычисленный на основе этих фрагментов информации, выводится в модуль 2 преобразователя, посредством чего операция преобразования мощности из напряжения переменного тока в промежуточный постоянный ток управляется.
С другой стороны, операция преобразования мощности в модуле 3 инвертора выполняется следующим образом. Информация о токе, полученная посредством детекторов 43a, 43b тока инвертора, которые предоставляются на выходе трехфазного переменного тока модуля 3 инвертора, информация о напряжении части промежуточного постоянного тока, полученной посредством детекторов 10a, 10b напряжения, и стробирующий сигнал инвертора, вычисленный на основе команды управления крутящим моментом (не показан), который предоставляется от водителя на месте водителя транспортного средства, выводятся в модуль 3 инвертора, посредством чего операция преобразования мощности из промежуточного постоянного тока в напряжение переменного тока, которое является изменяющимся по напряжению и изменяющимся по частоте, управляется.
Как описано выше, различные типы оборудования устанавливаются в устройстве 1 преобразования мощности, и общее занимаемое пространство оборудования возрастает при том, что оборудование должно быть установлено в ограниченном пространстве под полом транспортного средства. Компоновка оборудования согласно этому варианту осуществления, которая реализует уменьшение размера с учетом технического обслуживания вручную, описывается посредством использования фиг.2.
Фиг.2 является общей схемой оборудования внутри кожуха устройства преобразования мощности для транспортного средства 1 согласно варианту осуществления изобретения на виде сверху. Внутри кожуха устройства 1 преобразования мощности модуль 2 преобразователя и модуль 3 инвертора располагаются на одной стороне вдоль направления движения транспортного средства, а модуль 4 контактора и модуль 5 управления располагаются на другой стороне вдоль направления движения транспортного средства. Вследствие необходимости частого выполнения осмотра и технического обслуживания, модуль 2 преобразователя, модуль 3 инвертора, модуль 4 контактора и модуль 5 управления соответственно включают в себя смотровые отверстия 13a в 13d, которые предоставляются в кожухе так, что они упрощают его осмотр и техническое обслуживание в поперечном направлении транспортного средства.
Во многих случаях датчики, такие как детектор 42 тока преобразователя, детекторы 43a, 43b тока инвертора, детектор 44 переменного тока и детекторы 10a, 10b напряжения, размещаются, например, внутри модуля 5 управления. Тем не менее эти датчики менее часто обслуживаются и осматриваются, и, следовательно, посредством расположения только датчиков, требующих частого осмотра и технического обслуживания внутри модуля 5 управления, модуль 5 управления может быть уменьшен по размеру.
В частности, с учетом влияния электромагнитного шума от высокочастотной мощности, генерируемой переключающими схемами модуля 2 преобразователя и модуля 3 инвертора, которые являются преобразователями мощности, детекторы 10 напряжения должны располагаться отдельно в положении, которое находится на большом расстоянии от главной схемной электропроводки (здесь, электропроводки 6 модуля электрической линии постоянного тока) и других электропроводок, которые испускают электромагнитный шум (например, в модуле управления). Таким образом, детекторы 10 напряжения не имеют большой степени свободы при компоновке, что затрудняет реализацию уменьшения размера устройства преобразования мощности в целом.
В этой заявке, тем не менее, посредством расположения экранирующих модулей 9, которые включают в себя металл, к примеру алюминий, между электропроводкой 6 модуля электрической линии постоянного тока и детекторами 10 напряжения (10a, 10b), где электромагнитный шум генерируется в наибольшей степени, влияние электромагнитного шума может подавляться, и, следовательно, детекторы 10 напряжения могут свободно располагаться в кожухе.
Следовательно, электропроводка 6 модуля электрической линии постоянного тока между модулем 2 преобразователя и модулем 3 инвертора, электропроводка 7 электродвигателя, входная электропроводка 8 переменного тока и детекторы 10a, 10b напряжения располагаются в пространстве, определенном около центра кожуха между модулем 2 преобразователя и модулем 3 инвертора и модулем 4 контактора и модулем 5 управления, которые располагаются на обеих сторонах кожуха вдоль направления движения транспортного средства. Детекторы 10a, 10b напряжения крепятся к поддерживающей поперечине 11 коробчатой рамы, которая проходит практически в центре устройства 1 преобразования мощности, с помощью болта и т.п. Техническое обслуживание и осмотр детекторов 10a, 10b напряжения могут выполняться из смотрового отверстия (не показано), предоставляемого в нижней части кожуха устройства 1 преобразования мощности.
Фиг.3 и 4 показывают примеры экранирующих модулей 9. Экранирующие модули 9 выполнены из пластины, содержащей металл, которая включает в себя поверхность или поверхности, имеющие область, способную экранировать соответствующий детектор 10 напряжения от электромагнитного шума от электропроводки 6 модуля электрической линии постоянного тока в соответствии с местом, в котором располагается детектор 10 напряжения, и поверхностью, на которой экранирующий модуль 9 крепится к поддерживающей поперечине 11 коробчатой рамы с помощью болта и т.п.
Разумеется, конструкция экранирующего модуля 9 не ограничивается конфигурациями, показанными на фиг.3 и 4. Экранирующий модуль 9 может иметь другую конструкцию в коробчатой форме, которая полностью покрывает внешнюю границу детектора 10 напряжения, или в форме, имеющей разрез в одной из сторон, с учетом эффекта подавления влияния электромагнитного шума, для ее простого крепления в устройстве и с техническими требованиями относительно ограничения температуры окружающей среды детектора 10 напряжения.
Таким образом, как описано выше, устройство преобразования мощности для транспортного средства согласно варианту 1 осуществления имеет конфигурацию, в которой техническое обслуживание и осмотр оборудования, требующего частого технического обслуживания и осмотра, могут выполняться легко со сторон устройства вдоль направления движения транспортного средства посредством расположения в кожухе устройства модуля 2 преобразователя и модуля 3 инвертора на одной стороне вдоль направления движения транспортного средства, модуля 4 контактора и модуля 5 управления на другой стороне вдоль направления движения транспортного средства и электропроводки 6 модуля электрической линии постоянного тока и других электропроводок и детекторов 10a, 10b напряжения в промежуточной части, определенной между преобразователем и модулями 2, 3 инвертора и модулем 4 контактора и модулем 5 управления.
Дополнительно, детекторы 10a, 10b напряжения могут свободно располагаться в кожухе при недопущении влияния электромагнитного шума от электропроводки 6 модуля электрической линии постоянного тока посредством предоставления экранирующих модулей 9 между детекторами 10a, 10b напряжения и электропроводкой 6 модуля электрической линии постоянного тока. Соответственно, можно реализовывать уменьшение размера устройства посредством эффективного использования пространства в кожухе.
Расположение детекторов 10a, 10b напряжения по варианту 1 осуществления не ограничивается расположением, показанным на фиг.2. Например, можно реализовывать дополнительное уменьшение размера в направлении ширины транспортного средства посредством принятия расположения, показанного на фиг.5.
Вариант 2 осуществления
Фиг.6 является принципиальной схемой устройства преобразования мощности для транспортного средства согласно варианту 2 осуществления изобретения. Вариант 2 осуществления отличается от варианта 1 осуществления тем, что он применяется к электрическому транспортному средству с системой двухуровневого инвертора/преобразователя. Промежуточное напряжение постоянного тока имеет два потенциала, и предусмотрен только один детектор 10 напряжения в этой части.
Фиг.7 изображает общую схему оборудования внутренней части кожуха устройства преобразования мощности согласно варианту 2 осуществления изобретения на виде сверху. Модуль 2 преобразователя и модуль 3 инвертора и модуль 4 контактора и модуль 5 управления располагаются с обеих сторон внутри кожуха устройства 1 преобразования мощности вдоль направления движения транспортного средства. Помимо этого электропроводка 6 модуля электрической линии постоянного тока между модулем 2 преобразователя и модулем 3 инвертора и электропроводка 7 электродвигателя, входная электропроводка 8 переменного тока и детектор 10 напряжения располагаются в пространстве, определенном около центра кожуха между модулем 2 преобразователя и модулем 3 инвертора и модулем 4 контактора и модулем 5 управления. Этот детектор 10 напряжения крепится к поддерживающей поперечине 11 коробчатой рамы, которая проходит практически в центре устройства 1 преобразования мощности, например, с помощью болта. Техническое обслуживание и осмотр детектора 10 напряжения могут выполняться из смотрового отверстия (не показано), предоставляемого в нижней части кожуха устройства 1 преобразования мощности.
Детектор 10 напряжения имеет Г-образный экранирующий модуль 9, который может экранировать электромагнитный шум от электропроводки 6 модуля электрической линии постоянного тока с тем, чтобы подавлять влияние электромагнитного шума. Форма экранирующего модуля 9 и расположение детектора напряжения не ограничиваются проиллюстрированными формой и расположением.
Вариант 3 осуществления
Фиг.8 является принципиальной схемой устройства преобразования мощности для транспортного средства согласно варианту 3 осуществления изобретения. Вариант 3 осуществления отличается от варианта 1 осуществления тем, что он применяется к электрическому транспортному средству с системой двухуровневого инвертора, которая приводит в действие секцию питания постоянным током. Напряжение постоянного тока, полученное от воздушного провода 30 постоянного тока через пантограф и т.п., соединяется с модулем 32 реактора входного фильтра и модулем 33 конденсатора входного фильтра через модуль 31 контактора.
Соответственно, напряжение постоянного тока от источника 30 питания постоянного тока сглаживается, чтобы подаваться в модуль 3 инвертора, и гармонический ток, сгенерированный посредством операции преобразования мощности в модуле 3 инвертора, подавляет влияние на источник 30 питания постоянного тока. В модуле 3 инвертора сглаженное напряжение постоянного тока преобразуется в трехфазный переменный ток, который является изменяющимся по напряжению и изменяющимся по частоте. Трехфазный переменный ток выводится в электродвигатель 22, чтобы приводить в действие электродвигатель 22.
Фиг.9 является общей схемой оборудования внутри кожуха устройства преобразования мощности согласно варианту 3 осуществления изобретения на виде сверху. Электропроводка 34 шины постоянного тока между конденсатором 33 входного фильтра и модулем 5 управления и электропроводка 7 электродвигателя и детектор 10 напряжения располагаются в пространстве, определенном около центра кожуха между конденсатором 33 входного фильтра и модулем 5 управления. Этот детектор 10 напряжения крепится к поддерживающей поперечине 11 коробчатой рамы, которая проходит практически в центре устройства 1 преобразования мощности, с помощью болта и т.п. Техническое обслуживание и осмотр детектора 10 напряжения могут выполняться из смотрового отверстия (не показано), предоставляемого в нижней части кожуха устройства 1 преобразования мощности.
Вследствие необходимости частого выполнения осмотра и технического обслуживания модуль 3 инвертора, конденсатор 33 входного фильтра и модуль 5 управления соответственно включают в себя смотровые отверстия 13b, 13c, 13e, которые предоставляются в кожухе так, что они упрощают его осмотр и техническое обслуживание в поперечном направлении транспортного средства.
Детектор 10 напряжения имеет Г-образный экранирующий модуль 9, который может экранировать электромагнитный шум от электропроводки 34 шины постоянного тока с тем, чтобы подавлять влияние электромагнитного шума из главной схемной электропроводки (здесь, электропроводки 34 шины постоянного тока). Форма экранирующего модуля 9 и расположение детектора 10 напряжения не ограничиваются проиллюстрированными формой и расположением.
Как описано выше, в вариантах осуществления изобретения модуль 2 преобразователя, модуль 3 инвертора, модуль 4 контактора, модуль 5 управления и модуль 33 конденсатора входного фильтра, которые требуют частого осмотра и технического обслуживания, располагаются с обеих сторон внутри кожуха устройства преобразования мощности вдоль направления движения транспортного средства, и соответствующие электропроводки и детектор или детекторы 10 напряжения располагаются в пространстве, заданном около центра кожуха между этими составляющими компонентами. Соответственно, устройство преобразования мощности сконфигурировано так, что составляющие компоненты могут легко подвергаться техническому обслуживанию и осмотру со сторон транспортного средства.
Дополнительно, влияние электромагнитного шума подавляется посредством предоставления экранирующего модуля 9 между детектором 10 напряжения и главной схемной электропроводкой, посредством чего детектор 10 напряжения может свободно располагаться внутри кожуха устройства преобразования мощности. Соответственно, уменьшение размера устройства преобразования мощности реализуется посредством эффективного использования пространства в кожухе.
В вариантах осуществления, описанных выше, в то время как детектор напряжения или детекторы 10 располагаются в пространстве, определенном в центре кожуха, другие датчики также могут быть расположены аналогично. Соответственно, предоставляется такое преимущество, что компоненты могут свободно располагаться так, что они реализуют уменьшение размера в ответ на различные конструктивные требования.
Описание ссылочных позиций
1 - система преобразования мощности;
2 - модуль преобразователя;
3 - модуль инвертора;
4 - модуль контактора;
5 - модуль управления;
6 - электропроводка модуля электрической линии постоянного тока;
7 - электропроводка электродвигателя;
8 - входная электропроводка переменного тока;
9, 9a, 9b - экранирующий модуль;
10, 10a, 10b - детектор напряжения;
11 - поддерживающая поперечина коробчатой рамы;
13a-13e - смотровое отверстие;
20 - контактный провод переменного тока;
21 - трансформатор;
22 - электродвигатель;
30 - контактный провод постоянного тока;
31 - модуль контактора;
32 - реактор входного фильтра;
33 - модуль конденсатора входного фильтра;
34 - электропроводка шины постоянного тока;
40, 40a, 40b - конденсатор фильтра;
42 - детектор тока преобразователя;
43, 43a, 43b - детектор тока инвертора;
44 - детектор переменного напряжения.