Sistema de convertidor de corriente así como procedimiento para operar un sistema de convertidor de corriente.

Sistema de convertidor de corriente (1) para un vehículo, en particular un vehículo ferroviario,

que se puedeoperar en varios sistemas de alimentación de energía, que comprende:

- al menos dos líneas de tensión continua (5, 6, 7) para proporcionar potenciales de tensión continua;

- varios convertidores de corriente de red (8) para convertir una tensión alterna en el lado de entrada en unatensión continua de alimentación en las líneas de tensión continua;

- un transformador de alimentación (21), en particular un transformador estrella-delta polifásico, para generaruna tensión de alimentación auxiliar;

- varios convertidores de corriente auxiliares (20) para proporcionar tensiones de fase para el transformador dealimentación, caracterizado por:

- una unidad de conexión (11, 13) que está configurada para aplicar en un primer modo de funcionamiento unatensión alterna presente a los convertidores de corriente de red (8) y para aplicar en un segundo modo defuncionamiento una tensión continua de alimentación presente a las líneas de tensión continua (5, 6, 7); y

- un conmutador (22) para en el segundo modo de funcionamiento conectar al menos uno de los convertidoresde corriente de red (8) con el transformador de alimentación (21) para aplicar al transformador de alimentación(21) una tensión de fase generada a partir de la tensión continua de alimentación en el al menos un convertidorde corriente de red (8).

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2011/060687.

Solicitante: ABB TECHNOLOGY AG.

Nacionalidad solicitante: Suiza.

Dirección: AFFOLTERNSTRASSE 44 8050 ZURICH SUIZA.

Inventor/es: HUGGENBERGER,THOMAS.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • B60L9/30 SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES.B60 VEHICULOS EN GENERAL.B60L PROPULSION DE VEHICULOS PROPULSADOS ELECTRICAMENTE (disposición o montaje de conjuntos de propulsión eléctrica o de varios motores principales diferentes para una propulsión recíproca o común sobre los vehículos B60K 1/00, B60K 6/20; disposición o montaje de la transmisión eléctrica en los vehículos B60K 17/12, B60K 17/14; prevención del patinado de las ruedas reduciendo la fuerza motriz en vehículos sobre raíles B61C 15/08; máquinas dinamoeléctricas H02K; control o regulación de motores H02P ); SUMINISTRO DE LA ENERGIA ELECTRICA AL EQUIPO AUXILIAR DE VEHICULOS PROPULSADOS ELECTRICAMENTE; (circuitos eléctricos para el acoplamiento de vehículos B60D 1/64; calefacción eléctrica para vehículos B60H 1/00 ); SISTEMAS DE FRENOS ELECTRODINAMICOS PARA VEHICULOS, EN GENERAL (control o regulación de motores H02P ); SUSPENSION O LEVITACION MAGNETICAS PARA VEHICULOS; CONTROL DE LOS PARAMETROS DE FUNCIONAMIENTO SOBRE LOS VEHICULOS PROPULSADOS ELECTRICAMENTE; DISPOSITIVOS ELECTRICOS DE SEGURIDAD SOBRE VEHICULOS PROPULSADOS ELECTRICAMENTE. › B60L 9/00 Propulsión eléctrica por fuente de energía exterior al vehículo (B60L 8/00, B60L 13/00  tiene prioridad). › alimentados por líneas de energía de distintas clases.
  • H02M1/10 SECCION H — ELECTRICIDAD.H02 PRODUCCION, CONVERSION O DISTRIBUCION DE LA ENERGIA ELECTRICA.H02M APARATOS PARA LA TRANSFORMACION DE CORRIENTE ALTERNA EN CORRIENTE ALTERNA, DE CORRIENTE ALTERNA EN CORRIENTE CONTINUA O DE CORRIENTE CONTINUA EN CORRIENTE CONTINUA Y UTILIZADOS CON LAS REDES DE DISTRIBUCION DE ENERGIA O SISTEMAS DE ALIMENTACION SIMILARES; TRANSFORMACION DE UNA POTENCIA DE ENTRADA EN CORRIENTE CONTINUA O ALTERNA EN UNA POTENCIA DE SALIDA DE CHOQUE; SU CONTROL O REGULACION (transformación de la corriente o de la tensión especialmente adaptada para su uso en los relojes electrónicos sin partes móviles G04G 19/02; sistemas de regulacion de variables eléctricas o magnéticas en general, p. ej. utilizando transformadores, reactancias o bobinas de choque, combinacion de tales sistemas con convertidores estáticos G05F; para computadores digitales G06F 1/00; transformadores H01F; conexión o control de un convertidor teniendo en cuenta su unión funcional con una fuente similar u otra fuente de alimentación H02J; convertidores dinamoeléctricos H02K 47/00; control de los transformadores, reactancias o bobinas de choque, control o regulación de motores, generadores eléctricos o convertidores dinamoeléctricos H02P; generadores de impulsos H03K). › H02M 1/00 Detalles de aparatos para transformación. › Dispositivos que comprenden medios de conversión para permitir la alimentación a voluntad de una carga desde diferentes clases de fuentes de potencia, p. ej. de corriente alterna o de corriente continua.
  • H02M5/45 H02M […] › H02M 5/00 Transformación de una potencia de entrada en corriente alterna en una potencia de salida en corriente alterna, p. ej. para cambiar la tensión, para cambiar la frecuencia, para cambiar el número de fases. › utilizando únicamente dispositivos semiconductores.
  • H02M5/458 H02M 5/00 […] › utilizando solamente dispositivos semiconductores.
  • H02P27/04 H02 […] › H02P CONTROL O REGULACION DE MOTORES ELECTRICOS, GENERADORES ELECTRICOS O CONVERTIDORES DINAMOELECTRICOS; CONTROL DE TRANSFORMADORES, REACTANCIAS O BOBINAS DE CHOQUE.H02P 27/00 Disposiciones o métodos para el control de motores de CA caracterizados por la clase de voltaje de alimentación (de dos o más motores H02P 5/00; de motores síncronos con conmutadores electrónicos H02P 6/00; de motores de CC H02P 7/00; de motores paso a paso H02P 8/00). › utilizando un voltaje de alimentación de frecuencia variable, p. ej. voltaje de alimentación de inversor o convertidor.
  • H02P27/06 H02P 27/00 […] › utilizando inversores o convertidores CC-CA (H02P 27/05 tiene prioridad).

PDF original: ES-2431082_T3.pdf

 

Sistema de convertidor de corriente así como procedimiento para operar un sistema de convertidor de corriente.

Fragmento de la descripción:

Sistema de convertidor de corriente así como procedimiento para operar un sistema de convertidor de corriente

Campo técnico La invención se refiere a sistemas de convertidor de corriente para su uso en convertidores de tracción para sistemas de accionamiento por ejemplo de vehículos ferroviarios. En particular la invención se refiere a sistemas de convertidor de corriente que pueden procesar tanto una tensión continua como una tensión alterna.

Estado de la técnica Un sistema de convertidor de corriente para un vehículo accionado por corriente presenta habitualmente varios convertidores de corriente de red que pueden convertir una tensión alterna presente, que por ejemplo se proporciona como tensión de línea aérea a través de una línea aérea. Habitualmente los convertidores de corriente de red proporcionan así una tensión continua de alimentación en varias líneas de tensión continua. Además estos sistemas de convertidor de corriente pueden prever que se proporcione una tensión continua de línea aérea presente de forma alternativa en la línea aérea a través de una inductancia directamente en las líneas de tensión continua.

La tensión continua de alimentación presente en las líneas de tensión continua está presente en convertidores de corriente auxiliares y convertidores de corriente de motor. Los convertidores de corriente de motor generan a partir de la tensión continua un campo alternativo eléctrico de varias corrientes de fase que para operar una o varias máquinas eléctricas configuran un campo giratorio circundante. Los convertidores de corriente auxiliares generan a partir de la tensión continua de alimentación presente una tensión alterna polifásica que se aplica a un transformador

de corriente auxiliar. Un transformador de este tipo puede estar configurado como transformador delta-estrella y requiere habitualmente una tensión de entrada de aproximadamente 650 VAC para generar en el lado secundario una tensión alterna de 400 VAC.

Si está presente en el lado de entrada una tensión continua de alimentación, entonces ésta se proporciona directamente a los convertidores de corriente auxiliares, de modo que éstos pueden generar los 650 VAC. Para ahorrarse un convertidor de corriente auxiliar el transformador de corriente auxiliar polifásico por lo demás se opera en un funcionamiento de 2, 5 fases en el que una fase está conectada con un potencial de circuito intermedio que se genera a partir de la tensión continua de alimentación presente, y los convertidores de corriente auxiliares proporcionan tensiones de fase correspondientes que se modulan de tal modo que se ajustan las tensiones diferenciales deseadas entre las tres fases.

Los sistemas de convertidor de corriente múltiples para sistemas de accionamiento para vehículos ferroviarios en diferentes redes de vía están expuestos con frecuencia al problema de que una tensión continua de línea aérea tomada a través de la línea aérea oscila mucho. Sin embargo, en caso de oscilaciones de la tensión continua de línea aérea en el lado de entrada, en particular en caso de una bajada de la tensión continua de línea aérea, puede ser difícil dado el caso proporcionar los 650 VAC necesarios en el lado de entrada del transformador delta-estrella.

Mediante la tensión constante en el funcionamiento de dos fases de la tercera fase la tensión de fase a fase en la salida del convertidor puede corresponder como máximo a la mitad de la tensión de circuito intermedio. El índice de 45 modulación máximo asciende por tanto a 0, 577. Dado que la tensión de circuito intermedio en el funcionamiento de corriente alterna asciende por ejemplo a al menos 3.000 VDC, mientras que la tensión de salida máxima de los convertidores de corriente auxiliares asciende a 690 VAC, el índice de modulación necesario sólo se sitúa en 0, 38. Sin embargo, en el funcionamiento de corriente continua la tensión de circuito intermedio baja hasta 1.000 VDC. La tensión de salida necesaria requiere a este respecto un índice de modulación de hasta 1, 127 que no se puede alcanzar con el funcionamiento de dos fases del convertidor de corriente auxiliar.

Una solución puede consistir en prever un convertidor CC/CC entre la línea aérea y las líneas de tensión continua. Sin embargo, ésta es una solución laboriosa que también reduce la eficacia y la fiabilidad. Sin embargo, cuando se asume una tensión continua variable en las líneas de tensión continua para evitar un convertidor CC/CC adicional, 55 entonces los convertidores de corriente de motor por regla general no se ven muy afectados, ya que habitualmente la velocidad y los requisitos de potencia con una operación de red con 1, 5 kV son muy menores que en caso de 3 kV

o con una operación de red con corriente alterna en las que entonces la tensión continua de alimentación es mayor. El problema aparece principalmente en el convertidor de corriente auxiliar (inversor de potencia auxiliar) que independientemente de la tensión de red debe proporcionar una potencia constante. Una solución muy frecuente para este problema consiste en prever un transformador auxiliar con conmutadores de toma (tap changers) que es caro y además presenta un peso elevado. Una solución adicional consiste en prever el convertidor de corriente auxiliar para una tensión de salida baja constante con una tensión de entrada variable por todo el intervalo de variación posible. Dado que este convertidor de corriente entonces requiere tanto una resistencia elevada frente a la tensión de entrada como una capacidad elevada de corriente de salida es necesario un número elevado de 65 componentes semiconductores.

En el documento DE 196 14 627 A1 se indica un sistema de convertidor de corriente genérico para un vehículo ferroviario que se puede operar en varios sistemas de alimentación de energía. Este sistema de convertidor de corriente comprende:

- líneas de tensión continua para proporcionar potenciales de tensión continua; -varios convertidores de corriente de red 2.1, 2.2, ..., 2.n para convertir una tensión alterna en el lado de entrada en una tensión continua de alimentación en las líneas de tensión continua y -un transformador de red 20 previsto para cada convertidor de corriente de red 2.1, 2.2, ..., 2.n.

Según la figura 1 del documento DE 196 14 627 A1 el sistema de convertidor de corriente se puede operar en una red de tensión alterna de alimentación y en una red de tensión continua de alimentación, cerrándose para la operación en una red de tensión alterna de alimentación un interruptor principal 11 para aplicar una tensión alterna de alimentación a los convertidores de corriente de red 2.1, 2.2, ..., 2.n, en particular a los transformadores de red 20 de los convertidores de corriente de red 2.1, 2.2, ..., 2.n.

Además se da a conocer en el documento DE 102006 033 046 A1 también un sistema de convertidor de corriente genérico. ¨

Exposición de la invención Es el objetivo de la presente invención proporcionar un sistema de convertidor de corriente para su uso en un vehículo ferroviario, en particular en un vehículo sobre carriles, adecuado para su uso en varios sistemas de alimentación de energía, en el que con un trabajo reducido se pueda proporcionar una alimentación de energía auxiliar para el abastecimiento de dispositivos consumidores en el vehículo y que también en caso de oscilaciones importantes de una tensión continua de alimentación en el lado de entrada proporcione una alimentación de tensión auxiliar constante.

Este objetivo se soluciona mediante el sistema de convertidor de corriente, en particular para un vehículo, según la reivindicación 1 así como mediante el procedimiento para operar un sistema de convertidor de corriente de este tipo 30 según la reivindicación 10 independiente.

Configuraciones ventajosas adicionales se indican en las reivindicaciones dependientes.

Según un primer aspecto está previsto un sistema de convertidor de corriente para un vehículo, en particular un 35 vehículo sobre carriles, que se puede operar en varios sistemas de alimentación de energía. El sistema de convertidor de corriente comprende:

-al menos dos líneas de tensión continua para proporcionar potenciales de tensión continua; -varios convertidores de corriente de red para convertir una tensión alterna en el lado de entrada en una tensión 40 continua de alimentación en las líneas de tensión continua; -un transformador de alimentación, en particular un transformador delta-estrella polifásico para generar una tensión de alimentación auxiliar; -varios convertidores de corriente auxiliares para proporcionar tensiones de fase para el transformador de alimentación,

-una... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Sistema de convertidor de corriente (1) para un vehículo, en particular un vehículo ferroviario, que se puede operar en varios sistemas de alimentación de energía, que comprende:

- al menos dos líneas de tensión continua (5, 6, 7) para proporcionar potenciales de tensión continua; -varios convertidores de corriente de red (8) para convertir una tensión alterna en el lado de entrada en una tensión continua de alimentación en las líneas de tensión continua; -un transformador de alimentación (21) , en particular un transformador estrella-delta polifásico, para generar una tensión de alimentación auxiliar; -varios convertidores de corriente auxiliares (20) para proporcionar tensiones de fase para el transformador de alimentación, caracterizado por: -una unidad de conexión (11, 13) que está configurada para aplicar en un primer modo de funcionamiento una tensión alterna presente a los convertidores de corriente de red (8) y para aplicar en un segundo modo de funcionamiento una tensión continua de alimentación presente a las líneas de tensión continua (5, 6, 7) ; y -un conmutador (22) para en el segundo modo de funcionamiento conectar al menos uno de los convertidores de corriente de red (8) con el transformador de alimentación (21) para aplicar al transformador de alimentación (21) una tensión de fase generada a partir de la tensión continua de alimentación en el al menos un convertidor de corriente de red (8) .

2. Sistema de convertidor de corriente (1) según la reivindicación 1, estando el conmutador (22) configurado para en el primer modo de funcionamiento conectar una de las líneas de tensión continua (5, 6, 7) , en particular una línea de tensión de circuito intermedio, con el transformador de alimentación (21) .

3. Sistema de convertidor de corriente (1) según la reivindicación 2, estando prevista una unidad de control (18) para en el primer modo de funcionamiento activar los convertidores de corriente auxiliares (20) de tal modo que se generan tensiones de fase para su aplicación al transformador de alimentación (21) , modulándose las tensiones de fase con respecto al potencial de tensión de la línea de tensión continua (5, 6, 7) conectada a través del conmutador

(22) de tal modo que en el transformador de alimentación (21) están presentes tensiones de fase a fase que presentan los mismos ángulos de fase entre sí.

4. Sistema de convertidor de corriente (1) según una de las reivindicaciones 1 a 3, estando previsto el conmutador

(22) de tal modo para en el segundo modo de funcionamiento conectar con el transformador de alimentación (21) un número de los convertidores de corriente de red (8) que corresponde a un número de fase del transformador de alimentación (21) para aplicar al transformador de alimentación (21) una tensión de fase generada a partir de la tensión continua de alimentación en el al menos un convertidor de corriente de red (8) .

5. Sistema de convertidor de corriente (1) según la reivindicación 4, estando prevista una unidad de control adicional

(17) para activar los convertidores de corriente de red (8) de tal modo que éstos en el primer modo de funcionamiento generan una tensión continua de alimentación a partir de una tensión continua presente y en el segundo modo de funcionamiento generan tensiones de fase a partir de la tensión continua de alimentación para su aplicación al transformador de alimentación (21) .

6. Sistema de convertidor de corriente (1) según una de las reivindicaciones 1 a 5, estando previstos uno o varios 45 convertidores de corriente de motor (3) que se alimentan a través de la tensión continua de alimentación en las líneas de tensión continua.

7. Sistema de convertidor de corriente (1) según una de las reivindicaciones 1 a 6, estando los convertidores de corriente de red (8) y los convertidores de corriente auxiliares (20) configurados del mismo modo.

8. Sistema de convertidor de corriente (1) según una de las reivindicaciones 1 a 7, estando los convertidores de corriente de red (8) y los convertidores de corriente auxiliares (20) configurados como circuitos de inversión.

9. Uso del sistema de convertidor de corriente según una de las reivindicaciones 1 a 8 en un sistema de tracción 55 para un vehículo sobre carriles.

10. Procedimiento para operar un sistema de convertidor de corriente (1) para un vehículo, en particular un vehículo sobre carriles, que se puede operar en varios sistemas de alimentación de energía, comprendiendo el sistema de convertidor de corriente (1) :

- al menos dos líneas de tensión continua (5, 6, 7) para proporcionar potenciales de tensión continua; -varios convertidores de corriente de red (8) para convertir una tensión alterna en el lado de entrada en una tensión continua de alimentación en las líneas de tensión continua (5, 6, 7) ; -un transformador de alimentación (21) , en particular un transformador delta-estrella polifásico, para generar

una tensión de alimentación auxiliar; -varios convertidores de corriente auxiliares (20) para proporcionar tensiones de fase para el transformador de alimentación (21) ; presentando el procedimiento las siguientes etapas: -aplicar la tensión alterna en el lado de entrada a los convertidores de corriente de red (8) en el caso de un primer modo de funcionamiento;

-aplicar una tensión continua de alimentación en el lado de entrada a las líneas de tensión continua (5, 6, 7) en el caso de un segundo modo de funcionamiento; -conectar al menos uno de los convertidores de corriente de red (8) con el transformador de alimentación (21) en el caso del segundo modo de funcionamiento para aplicar al transformador de alimentación (21) una tensión de fase generada a partir de la tensión continua de alimentación en el al menos un convertidor de corriente de red (8) .


 

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