Устройство управления силовой установкой для электрического транспортного средства

Устройство управления силовой установкой для электрического транспортного средства

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к устройству управления электрическим транспортным средством и, в частности, к устройству управления силовой установкой для электрического транспортного средства, которое заставляет электрическое транспортное средство перемещаться посредством энергии, подаваемой из элемента накопления энергии, когда энергия не может быть получена из подвесной контактной линии вследствие прерывания питания подвесной контактной линии или неисправности устройства снятия мощности.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

В целом, электрическое транспортное средство снимает мощность с подвесной контактной линии через устройство снятия мощности и перемещается посредством возбуждения электродвигателя этой мощностью. В последние годы с улучшением рабочих характеристик элемента накопления энергии, такого как вторичная аккумуляторная батарея и электрический двухслойный конденсатор, стало прогрессировать развитие систем, в которых таковые установлены на электрическом транспортном средстве, и электрическое транспортное средство перемещается посредством возбуждения электродвигателя мощностью из элемента накопления энергии.

Традиционно, например, в устройстве управления электрическим транспортным средством, раскрытом в патентном документе 1 выложенная заявка на патент Японии, № 2006-014395, описанном ниже, когда мощность может быть получена из подвесной контактной линии (в дальнейшем, «в нормальном состоянии»), электродвигатель возбуждается мощностью из подвесной контактной линии подобно традиционной электрифицированной железной дороге. С другой стороны, когда мощность не может быть получена из подвесной контактной линии вследствие прерывания питания подвесной контактной линии или неисправности устройства снятия мощности (в дальнейшем, «в аварийном состоянии»), она сконфигурирована так, чтобы электрическое транспортное средство могло доехать до ближайшей станции посредством возбуждения электродвигателя мощностью из элемента накопления энергии, так что электрическое транспортное средство не окажется застрявшим на пути между станциями.

Пример перемещения посредством этого устройства управления электрическим транспортным средством является следующим. В нормальном состоянии токосъемник, который является устройством снятия мощности, поднят, мощность снимается с подвесной контактной линии и электродвигатель возбуждается, заставляя электрическое транспортное средство перемещаться, как на существующей электрифицированной железной дороге. В аварийном состоянии токоприемник опущен и электрическое транспортное средство перемещается посредством питания от элемента накопления энергии. Когда мощность может быть получена от подвесной контактной линии, мощность от подвесной контактной линии заряжает этот элемент накопления энергии посредством управления зарядкой, так что поддерживается мощность предварительно определенной величины.

КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Однако на современном технологическом уровне как удельная энергия, так и удельная мощность элемента накопления энергии невелики. Таким образом трудно установить элемент накопления энергии, который способен проявлять рабочие характеристики, равные случаю получения питания с подвесной контактной линии, на электрическое транспортное средство вследствие ограничения на монтажное пространство, вес и тому подобное. Поэтому в устройстве управления электрическим транспортным средством, раскрытым в вышеупомянутом патентном документе 1, когда электрическое транспортное средство вынуждено перемещаться посредством питания от элемента накопления энергии, подаваемая мощность для электродвигателя ограничена (недостаточна) по сравнению с ситуацией перемещения посредством получения мощности из подвесной контактной линии. Таким образом, рабочие характеристики, которые может проявлять электродвигатель, снижаются и таким образом уменьшается скорость транспортного средства. Такая ситуация ограничена аварийным состоянием, так что само уменьшение скорости транспортного средства приемлемо; однако, главным образом, могут возникать проблемы, описанные ниже.

В качестве первой проблемы, когда скорость транспортного средства снижается, инвертор, установленный в устройстве управления электрического транспортного средства, непрерывно эксплуатируется в диапазоне, в котором переключающие потери велики, так что инвертор перегревается. Для подробного пояснения этого, в целом, инвертор электрического транспортного средства приводится в действие в режиме многоимпульсной ШИМ (широтно-импульсной модуляции, PWM), в котором частота переключения составляет около 1000 Гц от пуска до скорости транспортного средства приблизительно 1/4 максимальной скорости. Затем, когда выходная частота инвертора становится высокой, для того чтобы избежать уменьшения количества импульсов, заключенных в полупериоде выходного напряжения инвертора и увеличения искажения формы сигнала, режим переключается в синхронный импульсный режим. В это время количество импульсов, включенных в полупериод выходного напряжения инвертора, имеет значение приблизительно 9, 5 и 3. Эти количества импульсов выбираются в зависимости от скорости. После того как скорость транспортного средства достигает приблизительно 1/3 максимальной скорости, для того чтобы максимизировать выходное напряжение инвертора, инвертор приводится в действие в одноимпульсном режиме. В это время количество импульсов, заключенных в полупериоде выходного напряжения инвертора, равно единице, что является минимумом, так что могут минимизироваться переключающие потери и охлаждающая пластина инвертора может быть сделана небольшой.

Чтобы дать пояснение касательно определенной скорости транспортного средства, в типичном пригородном поезде максимальная скорость составляет около 120 км/ч, так что пригородный поезд находится в режиме многоимпульсного ШИМ от пуска до тех пор, пока скорость транспортного средства не достигает 30 км/ч (1/4 максимальной скорости). После этого режим переключается в синхронный импульсный режим, а затем переключается в одноимпульсный режим на приблизительно 40 км/ч (около 1/3 максимальной скорости).

Однако при перемещении посредством питания от элемента накопления энергии, как описано выше, подаваемая мощность для электродвигателя ограничена, так что максимальная скорость составляет около 30 км/ч. Поэтому инвертор всегда переключен в режим многоимпульсного ШИМ около 1000 Гц и таким образом непрерывно эксплуатируется в состоянии, в котором переключающие потери велики. Таким образом, при охлаждающей пластине инвертора, которая сконструирована с учетом работы в одноимпульсном режиме, охлаждение недостаточно.

В качестве контрмеры для вышеприведенных проблем можно сконструировать инвертор специальным образом с улучшенным охлаждением, принимая во внимание работу на низкой скорости; однако это вызывает увеличение веса, размера, стоимости и тому подобного у устройства инвертора.

В качестве второй проблемы, для того чтобы заставить двигаться электрическое транспортное средство, мощность необходимо подавать на нагрузки, такие как компрессор, который вырабатывает сжатый воздух для приведения в действие тормоза, защитное устройство и устройство управления. В нормальном состоянии вспомогательное устройство питания преобразует мощность, подаваемую с подвесной контактной линии, в низковольтную мощность приблизительно 400 В переменного тока и приблизительно 100 В постоянного тока и подает ее на нагрузку.

С другой стороны, в аварийном состоянии вспомогательное устройство питания становится неспособным функционировать, так что мощность не может быть подана на каждую нагрузку. Более точно, компрессор прекращает работу, в силу чего сжатый воздух для тормоза не может обеспечиваться и электрическое транспортное средство не может перемещаться.

Для обеспечения электрическому транспортному средству возможности ехать продумана конфигурация, заставляющая вспомогательное устройство питания работать посредством питания от элемента накопления энергии и подающая питание на каждую нагрузку; однако, когда входное напряжение вспомогательного устройства питания выходит за пределы диапазона напряжения, которое принимается с подвесной контактной линии в нормальном состоянии, возникает проблема в том, что вспомогательное устройство питания не может поддерживать заданное выходное напряжение и останавливается. Поэтому необходимо вспомогательное устройство питания, которое спроектировано специально для обеспечения получения как напряжения от подвесной контактной линии, так и напряжения от элемента накопления энергии, что вызывает увеличение веса, размера и стоимости.

Настоящее изобретение было сделано ввиду вышеприведенного. Задача настоящего изобретения заключается в создании устройства управления силовой установкой для электрического транспортного средства, способного к надлежащему обеспечению перемещения электрического транспортного средства посредством использования мощности из элемента накопления энергии в аварийном состоянии, таком как прерывание питания подвесной контактной линии, при этом с исключением увеличения веса, размера и стоимости инвертора, который возбуждает электродвигатель, и из вспомогательного устройства питания, которое выполняет подачу питания на нагрузку.

Для решения задачи, описанной выше, и достижения цели устройство управления силовой установкой для электрического транспортного средства, которое включает в себя инвертор, который преобразует напряжение постоянного тока в напряжение переменного тока, элемент накопления энергии и преобразователь постоянного тока в постоянный ток, подключенный к элементу накопления энергии, включает в себя: блок селектора цепи, который выбирает любое одно из питания, подаваемого из внешнего источника питания через устройство снятия мощности, и питания, подаваемого из элемента накопления энергии, и выводит его на инвертор; и блок управления связью, который управляет по меньшей мере преобразователем постоянного тока в постоянный ток и блоком селектора цепи связным образом, при этом блок управления связью вводит сигнал управления по меньшей мере в каждый преобразователь постоянного тока в постоянный ток и блок селектора цепи и управляет ими связным образом в соответствии с каждым случаем, когда электрическое транспортное средство перемещается, получая питание из внешнего источника питания, и случаем, когда электрическое транспортное средство перемещается посредством питания от элемента накопления энергии.

В устройстве управления силовой установкой для электрического транспортного средства согласно настоящему изобретению конфигурация такова, что в состав включены блок селектора цепи, который выбирает одно из питания, подаваемого из внешнего источника питания, и питания, подаваемого из элемента накопления энергии, и подает питание на инвертор, и блок управления связью, который управляет преобразователем постоянного тока в постоянный ток и блоком селектора цепи связным образом, причем преобразователь постоянного тока в постоянный ток и блок селектора цепи управляются связным образом, так что управление перемещением электрического транспортного средства с использованием питания из элемента накопления энергии может надлежащим образом выполняться в аварийном состоянии, таком как прерывание питания подвесной контактной линии, наряду с исключением увеличения веса, размера и стоимости инвертора и вспомогательного устройства питания.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

В дальнейшем изобретение поясняется описанием предпочтительных вариантов воплощения со ссылками на сопроводительные чертежи, на которых:

Фиг.1 изображает схему устройства управления силовой установкой для электрического транспортного средства согласно настоящему варианту осуществления;

Фиг.2 изображает схему инвертора согласно настоящему варианту осуществления;

Фиг.3 изображает схему преобразователя постоянного тока в постоянный ток согласно настоящему варианту осуществления;

Фиг.4 изображает схему элемента накопления энергии согласно настоящему варианту осуществления;

Фиг.5 изображает схему вспомогательного устройства питания согласно настоящему варианту осуществления;

Фиг.6 изображает схему диаграммы соотношения между выходным напряжением инвертора, скоростью транспортного средства и импульсным режимом согласно настоящему варианту осуществления.

ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Примерный вариант осуществления устройства управления силовой установкой для электрического транспортного средства согласно настоящему изобретению будет подробно пояснен ниже со ссылками на чертежи. Изобретение не ограничено этим вариантом осуществления.

Вариант осуществления

Фиг.1 изображает схему устройства управления силовой установкой для электрического транспортного средства согласно настоящему варианту осуществления. Устройство управления силовой установкой для электрического транспортного средства, показанное на фиг.1, сконфигурировано, чтобы включать в себя в качестве основных компонентов вспомогательное устройство 20 питания, нагрузку 31, преобразователь 40 постоянного тока в постоянный ток, переключатель 70 селектора цепи, который является блоком селектора цепи, элемент 60 накопления энергии, инвертор 50 и электродвигатель 71. Более того, в состав включены блок 11 детектирования состояния снятия мощности, который детектирует состояние соединения подвесной контактной линии 1 и устройства 2 снятия мощности или состояние устройства 2 снятия мощности, и переключатель 10 размыкания/замыкания, который является блоком размыкания/замыкания, который отделяет подвесную контактную линию 1 от системы питания устройства управления силовой установкой для электрического транспортного средства.

Как показано на фиг.1, устройство управления силовой установкой для электрического транспортного средства получает питание от подвесной контактной линии 1, которая является внешним источником питания, подключенным к подстанции (не показанной) через устройство 2 снятия мощности. Питание, подаваемое от подвесной контактной линии 1, подается на каждое из вспомогательного устройства 20 питания, преобразователя 40 постоянного тока в постоянный ток и переключателя 70 селектора цепи через переключатель 10 размыкания/замыкания. Фиг.1 иллюстрирует воздушный провод в качестве подвесной контактной линии 1 и токосъемник в качестве устройства 2 снятия мощности; однако они не ограничены этим, и, например, могут использоваться третий рельс и устройство снятия мощности для третьего рельса, используемые в метрополитене, или тому подобное.

Вспомогательное устройство 20 питания является устройством, которое преобразует питание (типично около от 600 В до 3000 В постоянного тока, которое является напряжением подвесной контактной линии 1), получаемое между входными клеммами P-N от устройства 2 снятия мощности или от преобразователя 40 постоянного тока в постоянный ток, в низковольтное питание (типично около 400 В переменного тока или 100 В постоянного тока), и выводит его, а его выходы подключены к нагрузке 31. Фиг.1 иллюстрирует единственную форму выведения трехфазного переменного тока, в которой выходными клеммами вспомогательного устройства 20 питания являются U-V-W; однако типично присутствует множество систем вывода, включающих в себя выход постоянного тока, таким образом давая возможность приспосабливаться к различным формам питания.

Нагрузка 31 является компрессором, который формирует источник воздуха для тормоза электрического транспортного средства, защитным устройством, устройством управления, кондиционированием воздуха, бортовым освещением и тому подобным, и работает от низковольтного питания, выдаваемого из вспомогательного устройства 20 питания. Сумма этих нагрузок, например, составляет около 400 кВт в примере 10-вагонного пригородного поезда. Среди них сумма важных нагрузок, необходимых для передвижения электрического транспортного средства, таких как компрессор, который формирует источник воздуха для тормоза, защитное устройство, устройство управления и тому подобное, имеет значение около 50 кВт.

Устройство 200 управления связью сконфигурировано так, чтобы сигнал HC управления вводился снаружи, а сигналы C1, C2, C3 и C4 управления выводились из него на переключатель 10 размыкания/замыкания, переключатель 70 селектора цепи, преобразователь 40 постоянного тока в постоянный ток и инвертор 50 для управления этими устройствами связным образом. Для блока 200 управления связью проиллюстрирована конфигурация, в которой выходные сигналы C1, C2, C3 и C4 управления выводятся на один переключатель 10 размыкания/замыкания, один переключатель 70 селектора цепи, один преобразователь 40 постоянного тока в постоянный ток, один инвертор 50 соответственно; однако, когда количество каждых из этих устройств является большим, чем один, конфигурация может быть такой, что каждый из сигналов C1, C2, C3 и C4 управления выводится на соответствующие устройства, количество которых является большим, чем два. Сигнал HC управления является сигналом, который, например, формируется посредством приведения в действие кнопки водителем электрического транспортного средства или внешним органом, таким как центр управления работой, который расположен вне электрического транспортного средства и выдает команды и управляет работой поезда, и является сигналом, формируемым, когда электрическое транспортное средство не может перемещаться посредством питания от подвесной контактной линии 1 в ситуации прерывания питания подвесной контактной линии 1 или неисправности устройства 2 снятия мощности. Сигнал C1 управления является сигналом, который заставляет переключатель 10 размыкания/замыкания размыкаться и замыкаться, а сигнал C2 управления является сигналом, который выполняет управление переключением переключателя 70 селектора цепи. Более того, сигнал C3 управления является сигналом, который включает в себя переключение режима управления, а также команды приведения в действие и останова блока 48 управления преобразователем постоянного тока в постоянный ток, который будет описан позже. Более того, сигнал C4 управления является сигналом, который выполняет изменение настройки защитной заданного значения, имеющей отношение к входному напряжению блока 59 управления инвертором, который будет описан позже. Сигнал C4 управления не имеет важного значения, что будет описано позже.

Блок 200 управления связью может быть предусмотрен внутри устройства управления силовой установкой для электрического транспортного средства, такой как инвертор 50 и преобразователь 40 постоянного тока в постоянный ток, или может быть предусмотрен вне устройства управления силовой установкой для электрического транспортного средства. Более того, устройство 200 управления связью может быть таким, что все функции установлены на одном устройстве или функции поделены на множество групп, которые должны устанавливаться на каждом из множества устройств, таких как инвертор 50 и преобразователь 40 постоянного тока в постоянный ток. Другими словами, нет ограничения на физическую компоновку до тех пор, пока переключатель 10 размыкания/замыкания, переключатель 70 селектора цепи, преобразователь 40 постоянного тока в постоянный ток и инвертор 50 могут управляться связным образом.

Фиг.2 изображает схему инвертора согласно настоящему варианту осуществления. Инвертор 50, показанный на фиг.2, сконфигурирован с возможностью включать в себя входной фильтр, включающий в себя реактор 51 и конденсатор 52 фильтра, инверторную схему 53, образованную мостовой схемой, включающей в себя полупроводниковые переключающие элементы с 53a по 53f, и блок 59 управления инвертора, включающий в себя блок 59a контроля входного напряжения и блок 59b функции защиты.

Инвертор 50 получает питание постоянного тока, выводимое от переключателя 70 селектора цепи (фиг.1) через входной фильтр, и преобразует питание постоянного тока в питание переменного тока инверторной схемой 53. Преобразованное питание переменного тока выводится с клемм U-V-W. Электродвигатель 71 подключен к клеммам U-V-W инвертора 50.

Фиг.2 иллюстрирует типичную трехфазную двухуровневую инверторную схему с ШИМ в качестве инверторной схемы 53 и ее работа является известной технологией, так что ее подробности опущены. В этой связи инверторная схема 53 не ограничена трехфазной двухуровневой инверторной схемой с ШИМ и, например, количество фаз может быть иным, чем три фазы, и может использоваться трехуровневая инверторная схема.

Способ охлаждения полупроводниковых переключающих элементов с 53a по 53f, установленных на охлаждающей плите, является следующим. Например, охлаждающая платина, выполненная на одном конце блока переноса тепла, такого как тепловая трубка, вставленная в охлаждающую плиту, принимает относительный воздушный поток электрического транспортного средства. Тепло, выработанное из полупроводниковых переключающих элементов с 53a по 53f, излучается с охлаждающей пластины через охлаждающую плиту и блок переноса тепла. Следовательно, полупроводниковые переключающие элементы с 53a по 53f охлаждаются.

Фиг.3 изображает схему, иллюстрирующую пример конфигурации преобразователя постоянного тока в постоянный ток согласно настоящему варианту осуществления. Преобразователь 40 постоянного тока в постоянный ток, показанный на фиг.3, сконфигурирован с возможностью включать в себя входной фильтр, включающий в себя реактор 41 и конденсатор 42 фильтра, переключающую схему 43, образованную схемой плеча, включающей в себя полупроводниковый переключающий элемент 43a и полупроводниковый переключающий элемент 43b, реактор 45, детектор 47 тока и блок 48 управления преобразователем постоянного тока в постоянный ток.

Преобразователь 40 постоянного тока в постоянный ток имеет режим управления током, обеспечивающий соответствие тока реактора 45, детектированного детектором 47 тока, предварительно определенному командному значению, и режим управления напряжением, обеспечивающий соответствие напряжения конденсатора 42 фильтра предварительно определенному командному значению, и способен к переключению между этими режимами, описанными выше, посредством сигнала C3 управления. Поэтому питание постоянного тока, подаваемое через входной фильтр, преобразуется в питание постоянного тока изменяющегося напряжения посредством переключающей схемы 43 и реактора 45, и выводится из клемм P2-N.

Более того, преобразователь 40 постоянного тока в постоянный ток имеет способность преобразования, необходимую для зарядки элемента 60 накопления энергии. Способность преобразования преобразователя 40 постоянного тока в постоянный ток определяется на основании времени, требуемого для элемента 60 накопления энергии в состоянии, в котором накопленная мощность была израсходована, полностью заряжаться. Например, необходимо завершать зарядку за несколько часов ввиду работы электрического транспортного средства. Если оно сконструировано, чтобы полностью заряжаться за 2 часа, способность преобразования преобразователя 40 постоянного тока в постоянный ток получается делением накопленной электроэнергии элемента 60 накопления энергии на время зарядки, то есть 100 кВт/2 часа = 50 кВт.

Более того, в аварийном состоянии преобразователь 40 постоянного тока в постоянный ток повышает напряжение питания, подаваемое от элемента 60 накопления энергии, до значения, близкого к расчетному (номинальному) напряжению подвесной контактной линии 1 или значения в пределах нормального диапазона колебаний напряжения подвесной контактной линии 1 и подает его на вспомогательное устройство 20 питания. Нагрузочная способность нагрузки 31, подключенной к вспомогательному устройству 20 питания, определена около 50 кВт, подразумевая только важные нагрузки, необходимые для перемещения. Другими словами, нагрузочная способность является приблизительно такой же, как описанная выше способность преобразования.

Фиг.3 иллюстрирует типичную схему двунаправленного понижающего прерывателя, такую как схема преобразователя постоянного тока в постоянный ток, и ее работа является известной технологией, так что подробное пояснение опущено. В этой связи, что касается схемы преобразователя постоянного тока в постоянный ток, известно множество конфигураций схем, иных чем эта, и ее конфигурация является произвольной до тех пор, пока может быть реализована подобная функция.

Фиг.4 изображает схему элемента накопления энергии согласно настоящему варианту осуществления. Элемент 60 накопления энергии сформирован элементом накопления энергии, таким как никель-металлогидридная вторичная аккумуляторная батарея, литий-ионная вторичная аккумуляторная батарея и электрический двухслойный конденсатор, и его тип произволен. Более того, элемент 60 накопления энергии сформирован последовательно-параллельным соединением множества ячеек 61 накопления энергии и может регулировать напряжение между выходными клеммами +/- посредством регулирования количества ячеек 61 накопления энергии, соединенных последовательно. Более того, накопленная электроэнергия может регулироваться посредством регулирования количества ячеек 61 накопления энергии, соединенных параллельно. Тип ячейки 61 накопления энергии может быть иным, чем вышеприведенный.

Элемент 60 накопления энергии сконструирован с учетом того, что следует перемещать электрическое транспортное средство, которое, например, является 10-вагонным пригородным поездом, приблизительно несколько километров до ближайшей станции в аварийном состоянии, и имеет накопленную электроэнергию около 100 кВт.ч. Более того, напряжение между клеммами +/- элемента 60 накопления энергии регулируется так, что инвертор 50 может работать в одноимпульсном режиме при рабочей скорости, которая близка к скорости перемещения в аварийном состоянии, посредством регулирования количества ячеек 61 накопления энергии, соединенных последовательно.

Более точно, хотя это зависит от накопленной энергии элемента 60 накопления энергии, когда расчетным (номинальным) напряжением подвесной контактной линии 1 является 1500 В, напряжение между клеммами +/- элемента 60 накопления энергии устанавливается в диапазоне от 300 В до 750 В. Когда расчетным (номинальным) напряжением подвесной контактной линии 1 является 600 В, напряжение между клеммами +/- элемента 60 накопления энергии устанавливается в диапазоне от 120 В до 300 В. Другими словами, напряжение между клеммами +/- элемента 600 накопления энергии предпочтительно устанавливается в диапазоне от 20% до 50% расчетного (номинального) напряжения подвесной контактной линии 1. Соотношение между напряжением между клеммами + /- элемента 60 накопления энергии, скоростью транспортного средства и импульсным режимом будет описано позже.

В переключателе 70 селектора цепи сторона A подключена к стороне устройства 2 снятия мощности, сторона B подключена к стороне элемента 60 накопления энергии, а общая клемма C подключена к клемме P инвертора 50. Источник питания может переключаться переключением точки соединения в переключателе 70 селектора цепи, так что инвертор 50 может возбуждать электродвигатель 71 в режиме работы посредством питания, подаваемого от устройства 2 снятия мощности, или в режиме работы посредством питания, подаваемого из элемента 60 накопления энергии. Электродвигатель 71 является электродвигателем переменного тока, таким как трехфазный асинхронный двигатель и синхронный двигатель на постоянных магнитах, и посредством приведения в движение колеса 3 электродвигателем 71 обеспечивается движение электрического транспортного средства.

Фиг.5 изображает схему вспомогательного устройства питания согласно настоящему варианту осуществления. Вспомогательное устройство 20 питания, показанное на фиг.5, сконфигурировано с возможностью включать в себя входной фильтр, включающий в себя реактор 21 и конденсатор 22 фильтра, и инверторную схему 23, сформированную мостовой схемой, включающей в себя полупроводниковые переключающие элементы с 23a по 23f. Более того, вспомогательное устройство 20 питания включает в себя фильтр 29 переменного тока и трансформатор 30.

Вспомогательное устройство 20 питания принимает питание постоянного тока, выводимое от устройства 2 снятия мощности или из преобразователя 40 постоянного тока в постоянный ток через входной фильтр и преобразует питание постоянного тока в питание переменного тока посредством инверторной схемы 23. Преобразованное питание переменного тока, после того как переключающие пульсации удалены фильтром 29 переменного тока, изолируется трансформатором 30, регулируется к предварительно определенному напряжению (обычно около 400 В переменного тока) и с клемм U-V-W выводится к нагрузке 31.

Фиг.5 иллюстрирует типичную двухуровневую трехфазную инверторную схему с ШИМ в качестве инверторной схемы 23, и ее работа является известной технологией, так что ее подробности опущены. В этой связи инверторная схема 23 не ограничена трехфазной двухуровневой инверторной схемой с ШИМ и, например, количество фаз может быть иным, чем три фазы, и может использоваться трехуровневая инверторная схема.

Далее, работа вспомогательного устройства 20 питания поясняется примерами специфичных числовых значений.

Например, в случае подвесной контактной линии, у которой расчетным (номинальным) напряжением является 1500 В, напряжение подвесной контактной линии 1 колеблется в диапазоне приблизительно от 1000 В до 1800 В, так что напряжение между входными клеммами P-N вспомогательного устройства 20 питания также меняется подобным образом. Эта величина колебания напряжения поглощается в инверторной схеме 23, которая включает в себя полупроводниковые переключающие элементы с 23a по 23f. Более точно, когда входное напряжение вспомогательного устройства 20 питания имеет значение 1000 В, то есть минимальное значение, вспомогательное устройство 20 питания повышает коэффициент модуляции инверторной схемы 23 до значения, близкого к максимальному значению, а когда входное напряжение имеет значение 1800 В, то есть максимальное значение, вспомогательное устройство 20 питания уменьшает коэффициент модуляции инверторной схемы 23, тем самым выполняя управление по поддержанию напряжения входной стороны (первичной стороны) трансформатора 30 постоянным. Напряжение входной стороны (первичной стороны) трансформатора 30 имеет значение около 600 В, а напряжение выходной стороны (вторичной стороны) имеет значение около 400 В.

Когда входное напряжение падает до менее чем 1000 В, коэффициент модуляции инверторной схемы 23 становится максимальным значением и не может увеличиваться выше такого значения, так что выходное напряжение инверторной схемы 23 падает пропорционально падению входного напряжения. Другими словами, напряжение входной стороны (первичной стороны) трансформатора 30 не может поддерживаться у заданного значения (около 600 В в вышеприведенном примере), а выходное напряжение на нагрузке 31 также не может поддерживаться у заданного значения (около 400 В в вышеприведенном примере). Следовательно, активизируется непоказанная защитная функция, и вспомогательное устройство 20 питания останавливается.

Даже когда входное напряжение падает до менее чем 1000 В, для того чтобы поддерживать выходное напряжение на нагрузке 31 у заданного значения (около 400 В в вышеприведенном примере), необходимо устанавливать напряжение входной стороны (первичной стороны) трансформатора 30 в низкое напряжение, например 500 В, чтобы иметь допустимый запас от верхнего предела в коэффициенте модуляции инверторной схемы 23. Однако, если напряжение входной стороны (первичной стороны) трансформатора 30 установлено низким, значение тока становится большим для получения той же самой мощности, так что объем, вес и стоимость полупроводниковых переключающих элементов с 23a по 23f и трансформатора 30 увеличивается. В конфигурации по настоящему варианту осуществления прекращение работы вспомогательного устройства 20 питания может быть исключено без учета такой специальной конструкции.

Каждая из клеммы N вспомогательного устройства 20 питания, клеммы N преобразователя 40 постоянного тока в постоянный ток, одной клеммы элемента 60 накопления энергии и клеммы N инвертора 50 подключены к колесу 3, так что обратный ток, выводимый с каждой клеммы, возвращается на подстанцию (не показана) через рельс 4.

В числе вышеприведенных соответственных компонентов множество произвольных компонентов может рассматриваться в качестве устройства управления силовой установкой для электрического транспортного средства. В качестве альтернативы каждый из компонентов может рассматриваться в качестве устройства управления силовой установкой для электрического транспортного средства.

На фиг.1 каждый компонент из вспомогательного устройства 20 питания, преобразователя 40 постоянного тока в постоянный ток, элемента 60 накопления энергии, инвертора 50, электродвигателя 71 и тому подобного проиллюстрирован в качестве одного устройства; однако каждый из них может быть разделен на множество блоков.

Затем расчетная нагрузочная способность каждого устройства пояснена с типичным пригородным поездом, имеющим около 10 вагонов, в качестве модели. Даже если количество вагонов изменяется, относительное соотношение между нагрузочными способностями соответственных компонентов по существу сохраняется.

В качестве расчетного (номинального) напряжения подвесной контактной линии 1 главным образом присутствуют 600 В постоянного тока, 750 В постоянного тока, 1500 В постоянного тока, 3000 В постоянного тока и тому подобное. Как описано выше, нагрузочная способность имеет около 400 кВт в сумме. Поэтому нагрузочная способность преобразования вспомогательного устройства 20 питания находится около 400 кВт. Как описано выше, сумма важных нагрузок составляет около 50 кВт.

Электродвигатель 71 обеспечивает приблизительно 150 кВт на единицу, и четыре электродвигателя 71 предусмотрены в одном вагоне с электроприводом. В ситуации 10-вагонного поезда присутствуют около четырех вагонов с электроприводом, так что количество электродвигателей 71, установленных на поезде, составляет 16. Таким образом, сумма выходных мощностей электродвигателей 71 составляет около 2400 кВт.

Блок 11 детектирования состояния снятия мощности детектирует состояние соединения подвесной контактной линии 1 и устройства 2 снятия мощности или состояние устройства 2 снятия мощности. Детектированное состояние вводится в блок 200 управления связью. Блок 200 управления связью начинает операцию по запуску преобразователя 40 постоянного тока в постоянный ток, повышению напряжения элемента 60 накопления энергии и подаче питания на вспомогательное устройство 20 питания после проверки, что устройство 2 снятия мощности надежно отделено от подвесной контактной линии 1. При этой операции напряжение, повышенное в преобразователе 40 постоянного тока в постоянный ток, не попадает на подвесную контактную линию 1 через устройство 2 снятия мощности, так что, когда имеется неисправность, такая как короткое замыкание в подвесной контактной линии 1, исключаются подача напряжения, повышенного в преобразователе 40 постоянного тока в постоянный ток, к месту неисправности и распространение повреждения.

Переключатель 10 размыкания/замыкания расположен между участками соединения, к которым подключены вспомогательное устройство 20 питания и преобразователь 40 постоянного тока в постоянный ток, и устройством 2 снятия мощности и может отделять вспомогательное устройство 20 питания и преобразователь 40 постоянного тока в постоянный ток от устройства 2 снятия мощности. Состояние переключателя 10 размыкания/замыкания вводится в блок 200 управления связью. При условии, что переключатель 10 размыкания/замыкания разомкнут, блок 200 управления связью начинает операцию по запуску преобразователя 40 постоянного тока в постоянный ток, повышению напряжения из элемента 60 накопле