Электрическое устройство энергоснабжения для приводных устройств для ксплуатации рельслвого транспортного средства в электрических распределительных сетях

Электрическое устройство энергоснабжения для приводных устройств для ксплуатации рельслвого транспортного средства в электрических распределительных сетях

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к электрическому устройству энергоснабжения для приводных устройств для эксплуатации рельсового транспортного средства на электрических распределительных сетях и соответствующему способу эксплуатации, а также способу изготовления подобного электрического устройства энергоснабжения.

Для энергоснабжения приводных устройств рельсовых транспортных средств в зависимости от страны или региона применяются электрические сети электроснабжения различного типа. Например, в Германии применяется электрическое энергоснабжение переменного напряжения с частотой 16,7 Гц и номинальным напряжением 15 кВ. Другая система эксплуатируется при переменном напряжении с частотой 50 Гц и номинальным напряжением 25 кВ. Также существуют системы на постоянном напряжении, прежде всего с номинальным напряжением 3 кВ и 1,5 кВ.

Для эксплуатации в распределительных сетях на переменном напряжении обычным является понижать сравнительно высокое переменное напряжение сначала с помощью входного трансформатора рельсового транспортного средства до более низкого значения переменного напряжения, затем выпрямлять пониженное переменное напряжение и подавать в так называемый промежуточный контур постоянного напряжения, к которому подключен тяговый инвертор для эксплуатации тягового электродвигателя или нескольких тяговых электродвигателей. Но недостатком этого решения является размер и вес входного трансформатора, прежде всего при частотах 16,7 Гц, но также и при частоте 50 Гц.

Если рельсовое транспортное средство эксплуатируется в распределительной сети постоянного напряжения, промежуточный контур постоянного напряжения подключается, например, посредством катушки индуктивности непосредственно к распределительной сети. Катушка индуктивности служит в качестве пассивного фильтра для предотвращения или же гашения помех, которые могут передаваться из распределительной сети на рельс. В качестве альтернативы пассивному фильтру предлагаются активные фильтры для работы в распределительных сетях постоянного напряжения, которые вырабатывают переменные напряжения и, тем самым, переменные токи, которые компенсируют паразитные токи, вырабатываемые при работе тягового инвертора.

Для того чтобы облегчить движение в разных сетях железнодорожного транспорта, частично те же самые рельсовые самодвижущие единицы подвижного состава (например, локомотивы или моторные вагоны) оборудованы для работы в различных сетях электроснабжения. При этом, прежде всего, также возможна работа в сетях электроснабжения постоянного напряжения при различном номинальном напряжении (например, при вышеупомянутых 3 кВ и 1,5 кВ). Обычно тяговый инвертор, который снабжает постоянным током один или несколько тяговых электродвигателей рельсового транспортного средства, а также один или несколько тяговых электродвигателей задуманы для заданного постоянного напряжения на входе тягового инвертора. Работу с сетями электроснабжения постоянного напряжения при различном номинальном или же рабочем напряжении можно осуществить, соединив подключение постоянного напряжения тягового инвертора через преобразователь постоянного тока с подключением со стороны сети рельсового транспортного средства. При необходимости преобразователь постоянного тока преобразует сетевое напряжение до заданного уровня напряжения на подключении постоянного напряжения тягового инвертора, например с 3 кВ до 1,5 кВ. В обратном случае, если заданное постоянное напряжение больше, чем сетевое напряжение, преобразователь постоянного тока может работать как вольтодобавочный трансформатор или, в качестве альтернативы, может осуществляться работа тягового инвертора при уменьшенном входном напряжении и, тем самым, уменьшенной максимальной мощности. Но при использовании преобразователя постоянного тока недостатком является дополнительный вес.

Задачей данного изобретения является создать электрическое устройство энергоснабжения для приводных устройств рельсового транспортного средства, которое обладало бы незначительным весом и могло эксплуатироваться как в сетях переменного напряжения, так и в сетях постоянного напряжения. При этом эксплуатация должна быть возможна по меньшей мере с одним номинальным постоянным напряжением с подключением к распределительной сети. Предпочтительно, эксплуатация должна быть возможна при разных номинальных постоянных напряжениях, то есть в разных сетях электроснабжения постоянного напряжения.

Следующей задачей данного изобретения является создание соответствующего способа для эксплуатации рельсового транспортного средства с таким устройство энергоснабжения. Кроме того, задачей данного изобретения является создание соответствующего способа изготовления такого устройство энергоснабжения.

Основная идея данного изобретения состоит в том, чтобы для эксплуатации в сетях переменного напряжения создать особый тип выпрямительных устройств. Эти выпрямительные устройства имеют несколько выпрямителей, которые подключаются к сети переменного напряжения без гальванической развязки (то есть, без промежуточного включения трансформатора). Вырабатываемое первыми выпрямителями постоянное напряжение преобразуется в переменное напряжение с более высокой частотой (прежде всего, в диапазоне средних частот от 8 до 20 кГц), переменное напряжение подается в каждом случае на первичную сторону одного или нескольких трансформаторов (прежде всего, с гальванической развязкой), и вторичное переменное напряжение, прилагаемое на вторичное стороне трансформатора или трансформаторов, снова выпрямляется с помощью одного или нескольких вторых выпрямителей и прилегает на промежуточный контур постоянного напряжения, от которого питается по меньшей мере один тяговый инвертор для одного или нескольких тяговых электродвигателей рельсового транспортного средства.

Принцип и варианты такого выпрямительного устройства для эксплуатации в сетях переменного напряжения описаны, например, в DE 19630284 А1. Один вариант состоит, прежде всего, в том, что в наличии имеются несколько модулей, которые в каждом случае имеют первый выпрямитель со стороны сети, по меньшей мере один инвертор, по меньшей мере один трансформатор, и по меньшей мере один второй выпрямитель. При этом первые выпрямители со стороны сети подключены последовательно, тогда как вторые выпрямители, подключенные через промежуточный контур постоянного напряжения по меньшей мере к одному тяговому инвертору, подключены параллельно. Благодаря этому первые выпрямители со стороны сети могут подключаться к высокому переменному напряжению сети электроснабжения и, тем не менее, подают желаемое более низкое постоянное напряжение для промежуточного контура постоянного напряжения.

Существенным преимуществом такого известного самого по себе устройства энергоснабжения является существенно меньший вес. Не требуется трансформатор для более низких частот, на которых эксплуатируются сети переменного напряжения. Напротив, трансформаторы устройства эксплуатируются при существенно более высоких частотах, которые предпочтительно находятся в диапазоне средних частот порядка 10 кГц (например, в диапазоне от 1 кГц до 100 кГц, прежде всего в диапазоне от 5 кГц до 40 кГц). Такие трансформаторы могут создаваться при существенно меньших объемах строительных работ и, таким образом, существенно меньших массах. Дополнительный вес для различных выпрямителей и инверторов является незначительным по сравнению с достигнутой экономией за счет веса.

Но подобные устройства энергоснабжения с конфигурацией средних частот известны только для работы в сетях переменного напряжения и на выбор в некоторых сетях сетей постоянного тока. Для работы в сетях постоянного тока с различными номинальными напряжениями мог бы дополнительно предусматриваться преобразователь постоянного тока, вследствие чего, однако, нежелательным образом увеличивается вес всего устройства.

Поэтому предлагают, по меньшей мере, части устройства энергоснабжения, которое разработано для работы в сетях переменного напряжения, использовать также в качестве преобразователя постоянного тока. Для этого подходят, прежде всего, по меньшей мере два трансформатора с преобразователями, подключенными к трансформаторам со стороны первичной и вторичной стороны. Если в качестве первичной стороны соответствующего трансформатора в целом обозначается сторона, которая при работе в сети переменного напряжения подключена к первому выпрямителю со стороны сети, то для работы в сети постоянного напряжения первичная сторона трансформатора соединена с первичной стороной другого трансформатора, и энергия из сети постоянного напряжения через вторичную сторону первого трансформатора, первичную сторону первого трансформатора, первичную сторону второго трансформатора и вторичную сторону второго трансформатора подается на сторону постоянного напряжения по меньшей мере одного тягового инвертора. Кроме того, часть энергии может подаваться непосредственно из сети постоянного напряжения на тяговый электродвигатель или тяговые электродвигатели, причем передаваться не через трансформаторы и выпрямители. При таком сокращенном изображении потока энергии не упоминается преобразователь, соединенный с трансформаторами. По меньшей мере, на вторичной стороне каждого из трансформаторов имеется по меньшей мере один преобразователь, который при работе в сети переменного напряжения работает как выпрямитель, а при работе в сети постоянного напряжения в зависимости от места в энергетической цепочке работает как инвертор или выпрямитель.

Прежде всего, первичные стороны обоих трансформаторов могут соединяться между собой не непосредственно, а в каждом случае по меньшей мере через один преобразователь, который при работе в сети переменного напряжения работает как инвертор. Например, в каждом случае по меньшей мере один преобразователь на первичной стороне и вторичной стороне обоих трансформаторов совместно с трансформатором и конденсаторами, совместно определяющими резонансную частоту, могут образовывать последовательный резонансный преобразователь. Такие последовательные резонансные преобразователи известны в электротехнике и могут эксплуатироваться простым образом так, что вентили (прежде всего полупроводниковые реле) преобразователей включаются и выключаются при постоянной частоте переключения. Если частота переключения настроена на резонансную частоту последовательного резонансного преобразователя (настройка не означает неизбежно, что частота переключения равна резонансной частоте), то через трансформатор происходит особо эффективная передача энергии. Однако также могут применяться и другие типы преобразователей постоянного тока, которые осуществляют гальваническую развязку между первичной стороной и вторичной стороной.

Изобретение не ограничено тем, чтобы в качестве преобразователей постоянного тока использовать только два трансформатора и соединенные с ними преобразователи. Напротив, в качестве преобразователя постоянного тока могут использоваться названным образом, например, парами два трансформатора и соответствующие преобразователи, так что используются, например, четыре, шесть или восемь трансформаторов двумя, тремя или четырьмя парами. Все эти трансформаторы и преобразователи эксплуатируются при работе в сети переменного напряжения вышеназванным способом, при котором сначала на стороне переменного напряжения устройства энергоснабжения происходит выпрямление электрического тока, то есть сетевое переменное напряжение преобразуется в постоянное напряжение.

Однако необязательно требуется соединять трансформаторы и соответствующие преобразователи соответственно попарно с преобразователем постоянного тока. Напротив, в зависимости от конструкции устройства энергоснабжения, от напряжения в сети электроснабжения и от желаемого постоянного напряжения на стороне постоянного напряжения тягового инвертора можно, например, также осуществлять соединение трансформатора, который своей вторичной стороной работает в сети постоянного напряжения, через его первичную сторону более чем с одним трансформатором, который своей вторичной стороной двухполюсно подключен к выводу постоянного напряжения тягового инвертора или же соответствующего промежуточного контура постоянного напряжения. Альтернативно или дополнительно, также и первичные стороны более чем одного трансформатора могут быть соединены между собой, причем вторичные стороны этих трансформаторов подключены к сети постоянного напряжения.

Как описывается еще более подробно, является возможным использовать выпрямители, стороны переменного напряжения которых при работе в сети переменного напряжения эксплуатируются без гальванической развязки, также для преобразователя постоянного тока. При соответствующей конструкции выпрямителей, например в качестве управляемого или регулируемого выпрямителя с полупроводниковыми реле и регулируемой последовательностью коммутационных операций реле, выходное постоянное напряжение, выработанное всем преобразователем постоянного тока, которое выдается на промежуточный контур постоянного напряжения тягового инвертора или инверторов, может варьироваться и, таким образом, устанавливаться на значения, которые соответствуют различным ситуациям при эксплуатации. Поэтому, например, преобразователь постоянного тока применяется в каждом случае при работе в различных сетях постоянного напряжения с разными номинальными напряжениями или же рабочими напряжениями. В зависимости от соответствующего постоянного напряжения сети постоянного напряжения, посредством управления или регулировки работы названного выпрямителя (так называемый первый выпрямитель в используемой далее терминологии) может всегда достигаться желаемое выходное напряжение преобразователя постоянного тока. Также, прежде всего, таким образом, возможно сглаживать колебания постоянного напряжения сети электроснабжения. Например, регулировка первого выпрямителя может осуществляться в зависимости от измеренной величины постоянного напряжения сети. Разумеется, также возможно при работе в другой сети постоянного напряжения соединять промежуточный контур постоянного напряжения тягового инвертора без промежуточного включения преобразователя постоянного тока с сетью постоянного напряжения.

Прежде всего, предлагается следующее: электрическое устройство энергоснабжения для приводных устройств для эксплуатации рельсового транспортного средства в электрических распределительных сетях, причем устройство энергоснабжения имеет:

- по меньшей мере одно сетевое подключение для подключения устройства к электрической распределительной сети,

- обращенное в сторону двигателя электрическое подключение для подключения устройства к промежуточному контуру постоянного напряжения, к которому, в свою очередь, является подключаемым по меньшей мере один тяговый инвертор для эксплуатации по меньшей мере одного тягового электродвигателя,

- выпрямительное устройство для эксплуатации рельсового транспортного средства в сети переменного напряжения, причем выпрямительное устройство соединено через фильтр с электрическим сетевым подключением или с одним из электрических сетевых подключений и имеет несколько модулей, в которых в каждом случае первый выпрямитель через инвертор, который подключен к первичной стороне трансформатора, и через трансформатор соединен со вторым выпрямителем, причем первый выпрямитель на его стороне переменного напряжения соединен через фильтр с электрическим сетевым подключением или с одним из электрических сетевых подключений, причем второй выпрямитель на его стороне постоянного напряжения соединен с обращенным в сторону двигателя электрическим подключением, причем подключения переменного напряжения первого выпрямителя подключены последовательно, но при эксплуатации рельсового транспортного средства в сети переменного напряжения подключения постоянного напряжения второго выпрямителя подключены параллельно,

- электрическое соединение для эксплуатации рельсового транспортного средства в сети постоянного напряжения, причем электрическое соединение имеет второй фильтр,

причем по меньшей мере в одном первом рабочем режиме постоянного напряжения - при эксплуатации рельсового транспортного средства в сети постоянного напряжения,

- электрическое соединение соединяет электрическое сетевое подключение или второе из электрических сетевых подключений со стороной постоянного напряжения второго выпрямителя первого из модулей,

- первичная сторона трансформатора первого модуля соединена с первичной стороной трансформатора второго модуля, а именно, непосредственно по меньшей мере через одно электрическое стыковочное соединение для стыковки первичных сторон трансформатора и/или опосредовано через выпрямители первого модуля и второго модуля,

- сторона постоянного напряжения второго выпрямителя второго модуля соединена с обращенным в сторону двигателя электрическим подключением для подключения устройства к промежуточному контуру постоянного напряжения,

- так что энергия для эксплуатации по меньшей мере одного тягового электродвигателя переносится в промежуточный контур постоянного напряжения из электрической распределительной сети через второй выпрямитель первого модуля, инвертор первого модуля, инвертор второго модуля и второй выпрямитель второго модуля.

Кроме того, предлагается способ эксплуатации рельсового транспортного средства посредством электрического устройства энергоснабжения в электрических распределительных сетях, причем:

- устройство энергоснабжения подключают к электрической распределительной сети по меньшей мере через одно электрическое сетевое подключение,

- устройство энергоснабжения через обращенное в сторону двигателя электрическое подключение подключено к промежуточному контуру постоянного напряжения, к которому, в свою очередь, подключен или подключается по меньшей мере один тяговый инвертор для эксплуатации по меньшей мере одного тягового электродвигателя,

- выпрямительное устройство устройства энергоснабжения через первый фильтр соединено с электрическим сетевым подключением или с одним из электрических сетевых подключений, причем выпрямительное устройство имеет несколько модулей, в которых в каждом случае первый выпрямитель через инвертор, который подключен к первичной стороне трансформатора, и трансформатор соединен со вторым выпрямителем, причем первый выпрямитель на его стороне переменного напряжения через первый фильтр соединяют с электрическим сетевым подключением или с одним из электрических сетевых подключений, причем второй выпрямитель на его стороне постоянного напряжения соединяют с обращенным в сторону двигателя электрическим подключением, причем подключения переменного напряжения первых выпрямителей подключают или подключены последовательно, но для эксплуатации рельсового транспортного средства в сети переменного напряжения подключения постоянного напряжения вторых выпрямителей подключают параллельно,

- по меньшей мере в одном первом режиме работы постоянного напряжения для эксплуатации рельсового транспортного средства в сети постоянного напряжения,

- электрическое сетевое подключение или второе из электрических сетевых подключений соединяют с электрической распределительной сетью,

- электрическое сетевое подключение или второе из электрических сетевых подключений соединяют со стороной постоянного напряжения второго выпрямителя первого из модулей,

- первичную сторону трансформатора первого модуля соединяют с первичной стороной трансформатора второго из модулей, а именно, непосредственно по меньшей мере через одно электрическое стыковое соединение для стыковки первичных сторон трансформаторов и/или опосредованно через инвертор первого модуля и второго модуля,

- сторону постоянного напряжения второго выпрямителя второго модуля соединяют с обращенным в сторону двигателя электрическим подключением для подключения устройства к промежуточному контуру постоянного напряжения,

так что при эксплуатации рельсового транспортного средства в сети постоянного напряжения по меньшей мере в одном первом рабочем режиме постоянного напряжения энергия для эксплуатации по меньшей мере одного тягового двигателя передается из распределительной сети через второй выпрямитель первого модуля, инвертор первого модуля, инвертор второго модуля и второй выпрямитель второго модуля в промежуточный контур постоянного напряжения.

Кроме того, предлагается способ изготовления электрического устройства энергоснабжения для приводных устройств для эксплуатации рельсового транспортного средства в электрических распределительных сетях, имеющий:

- обеспечение по меньшей мере одного электрического сетевого подключения для подключения устройства к электрической распределительной сети,

- обеспечение обращенного в сторону двигателя электрического подключения для подключения устройства к промежуточному контуру постоянного напряжения, к которому, в свою очередь, является подключаемым тяговый инвертор для эксплуатации по меньшей мере одного тягового электродвигателя,

- обеспечение выпрямительного устройства для эксплуатации рельсового транспортного средства в сети переменного напряжения и соединение выпрямительного устройства через первый фильтр с электрическим сетевым подключением или с одним из электрических сетевых подключений, причем выпрямительное устройство имеет несколько модулей, в которых в каждом случае первый выпрямитель через инвертор, подключенный на первичной стороне трансформатора, и через трансформатор соединен со вторым выпрямителем, причем первый выпрямитель на его стороне переменного напряжения через первый фильтр соединяют с электрическим сетевым подключением или с одним из электрических сетевых подключений, причем второй выпрямитель на его стороне постоянного напряжения соединяют с обращенным в сторону двигателя электрическим подключением, причем подключения переменного напряжения первых выпрямителей подключают последовательно, но предусматривают схему управления и управляемое схемой управления коммутирующее устройство, которые при эксплуатации рельсового транспортного средства в сети переменного напряжения параллельно включают подключения постоянного напряжения вторых выпрямителей,

- обеспечение электрического соединения для эксплуатации рельсового транспортного средства в сети постоянного напряжения, причем электрическое соединение имеет второй фильтр,

причем управление и коммутирующее устройство выполняют по меньшей мере в одном первом рабочем режиме постоянного напряжения при эксплуатации рельсового транспортного средства в сети постоянного напряжения,

- для соединения электрического сетевого подключения или второго из электрических сетевых подключений через электрическое соединение со стороной постоянного напряжения второго выпрямителя первого из модулей,

- для соединения первичной стороны трансформатора первого модуля с первичной стороной трансформатора второго из модулей, а именно, непосредственно по меньшей мере через одно электрическое стыковое соединение для стыковки первичных сторон трансформаторов и/или опосредованно через инвертор первого модуля и второго модуля,

- для соединения стороны постоянного напряжения второго выпрямителя второго модуля с обращенным в сторону двигателя электрическим подключением для подключения устройства к промежуточному контуру постоянного напряжения,

- так что энергия для эксплуатации по меньшей мере одного тягового электродвигателя передается из электрической распределительной сети через второй выпрямитель первого модуля, инвертор первого модуля, инвертор второго модуля и второй выпрямитель второго модуля в промежуточный контур постоянного напряжения.

Разновидности способа изготовления и технологического процесса следуют аналогично из описания разновидностей устройства энергоснабжения.

Прежде всего, для соединения первичных сторон трансформаторов первого и второго модуля сторона постоянного напряжения инвертора первого модуля соединяется/соединена со стороной постоянного напряжения инвертора второго модуля, а именно, непосредственно по меньшей мере через одно электрическое стыковое соединение для стыковки сторон постоянного напряжения инвертора и/или опосредованно через первый выпрямитель первого модуля и через первый выпрямитель второго модуля.

Устройство энергоснабжения может иметь единственное электрическое сетевое подключение, через которое осуществляется контакт с сетью как при работе в сети переменного напряжения, так и при работе в сети постоянного напряжения. Сетевым подключением может быть, например, подключение для контактирования токоприемника, с помощью которого снимается ток из распределительной сети (например, пантограф). Но сетевое подключение также может быть точкой контакта токоприемника с контактным проводом или контактным рельсом сети. Кроме того, возможно, что сетевое подключение соединяет устройство энергоснабжения с приемной схемой, которая посредством индуктивной передачи энергии получает энергию из распределительной сети.

Устройство энергоснабжения может дополнительно к такому сетевому подключению иметь по меньшей мере одно другое сетевое подключение, так что, по меньшей мере, для работы в сети переменного напряжения в распоряжении имеется первое сетевое подключение, а для работы по меньшей мере в одной сети постоянного напряжения в распоряжении имеется другое сетевое подключение. По меньшей мере для одного другого сетевого подключения применимо, прежде всего, то же самое, что ранее было описано для единственного сетевого подключения. Например, для работы в сети переменного напряжения может иметься первый токоприемник, и для работы в сети постоянного напряжения - второй токоприемник.

Обращенное в сторону двигателя электрическое подключение для подключения устройства к промежуточному контуру постоянного напряжения имеет, прежде всего, два полюса, которые во время работы находятся на разных электрических потенциалах, одном более высоком и одном более низком электрических потенциалах, в соответствие с напряжением в промежуточном контуре постоянного напряжения. Как еще будет описано более подробно, также и вторичная сторона трансформатора, которая соединена с сетью постоянного напряжения, может соединяться только с одним из двух полюсов подключения с вторичной стороны с сетью постоянного напряжения, а второй полюс подключения может соединяться с полюсом промежуточного контура постоянного напряжения. Если при этом, с другой стороны, вторичная сторона трансформатора, подключенного к промежуточному контуру постоянного напряжения, соединяется с обоими полюсами на нем, возникает устройство в виде делителя напряжения. Однако в этом случае, относительно потока энергии, однополюсное подключение вторичной стороны трансформатора, соединенного с сетью постоянного напряжения, может обозначаться не как обращенное в сторону двигателя электрическое подключение, так как энергия идет из сети постоянного напряжения через вторичную сторону, по меньшей мере, первого трансформатора, первичные стороны обоих трансформаторов или нескольких трансформаторов, и вторичную сторону по меньшей мере одного трансформатора в промежуточный контур постоянного напряжения.

Варианты образования преобразователя постоянного тока из компонентов устройства энергоснабжения, которые также применяются для работы в сети переменного напряжения, были описаны выше. Из этого относительно обращенного в сторону двигателя электрического подключения следует, что в зависимости от выполнения преобразователя постоянного тока к обращенному в сторону двигателя электрическому подключению могут быть подключены одна или несколько вторичных сторон. Прежде всего, вторичные стороны нескольких трансформаторов могут быть подключены параллельно друг другу к обращенному в сторону двигателя электрическому подключению. Благодаря этому в промежуточный контур постоянного напряжения через преобразователь постоянного тока могут течь более высокие потоки энергии. То же самое применимо для подключения вторичных сторон нескольких трансформаторов в сети постоянного напряжения.

Если речь идет о первичных и вторичных сторонах трансформаторов устройства энергоснабжения, при этом зачастую из соображений простоты не упоминаются дополнительно имеющиеся преобразователи на первичной и вторичной стороне трансформатора. Как описано выше, является возможным, что на первичной стороне и/или на вторичной стороне находится не один преобразователь, а несколько. Также преобразователь на первичной стороне или на вторичной стороне может служить для подключения нескольких трансформаторов. Например, два трансформатора через единственный общий выпрямитель могут быть соединены с сетью постоянного напряжения или с промежуточным контуром постоянного напряжения.

Согласно этому названные модули отличаются тем, что они на стороне переменного напряжения устройства энергоснабжения имеют точно один первый выпрямитель.

Как следует из вышеупомянутого описания, по меньшей мере, под первым рабочим режимом постоянного напряжения следует понимать рабочий режим во время работы в сети постоянного напряжения, причем оборудование устройства энергоснабжения, которое включает в себя два трансформатора и соответствующие преобразователи, используется в качестве преобразователя постоянного тока. При этом в качестве опции возможно использование первого выпрямителя на стороне переменного напряжения устройства энергоснабжения. При этом «в качестве опции» означает, что также существуют формы осуществления изобретения, у которых первые выпрямители используются не для преобразователя постоянного тока.

В зависимости от варианта выполнения может существовать только один первый рабочий режим постоянного напряжения, например для работы в сети постоянного напряжения с определенным заданным номинальным рабочим напряжением. Но также может существовать больше, чем один первый рабочий режим постоянного напряжения, например для работы в разных сетях постоянного напряжения с различным номинальным рабочим напряжением. Для разных первых рабочих режимов постоянного напряжения трансформаторы и преобразователи устройства энергоснабжения могут соединяться между собой одинаковым или различным образом. При одинаковом соединении для нескольких первых рабочих режимов постоянного напряжения может, например, осуществляться только один различный режим работы первых выпрямителей, участвующих в этом случае в преобразователе постоянного тока. Это было уже рассмотрено.

Наряду с одним или несколькими рабочими режимами постоянного напряжения, может существовать второй рабочий режим постоянного напряжения, в котором промежуточный контур постоянного напряжения тягового инвертора или инверторов непосредственно, то есть не только по меньшей мере через один из вторых выпрямителей, соединен с электрическим сетевым подключением или одним из электрических сетевых подключений.

За счет использования трансформаторов и преобразователей устройства энергоснабжения, которые применяются при работе в сети переменного напряжения и, прежде всего, приводит в действие трансформаторы, работающие в диапазоне средних частот порядка 10 кГц, в качестве преобразователя постоянного тока в сети постоянного напряжения экономится дополнительный преобразователь постоянного тока. По сравнению с решениями, которые имеют входной трансформатор со стороны переменного напряжения, через который устройство энергоснабжения при работе в сети переменного напряжения гальванически разъединяется от него, устройство согласно данному изобретению дополнительно имеет преимущество в том, что устройство энергоснабжения само по себе имеет незначительный вес, так как трансформаторы на высоких частотах могут эксплуатироваться в виде сетевой частоты сети электроснабжения.

Кроме того, устройство энергоснабжения согласно изобретению предлагает возможность создать преобразователь постоянного тока для работы в разных сетях постоянного напряжения и/или дополнительно сделать возможным работу промежуточного контура постоянного напряжения тягового инвертора или инверторов непосредственно в сети постоянного напряжения.

Прежде всего, для переключения между отдельными рабочими режимами (работа в сети переменного напряжения, по меньшей мере, первый режим работы постоянного напряжения при использовании устройства в качестве преобразователя постоянного тока и/или непосредственное подключение промежуточного контура постоянного напряжения к сети постоянного напряжения) применяется устройство переключателей (далее: коммутирующее устройство). Количество и подключение переключателей к устройству зависит от конкретной конфигурации и от возможных режимов работы. Прежде всего, посредством коммутирующего устройства на вторичной стороне трансформаторов может, по меньшей мере, частично происходить переключение между двухполюсным подключением к промежуточному контуру постоянного напряжения и подключением к сети постоянного напряжения. Кроме того, с помощью различных возможных видов коммутирующих устройств может осуществляться стыковка модулей электрического устройства энергоснабжения на первичных сторонах трансформаторов. Осуществление таких переключателей для стыковки первичных сторон будет подробно описано ниже.

Предпочтительно, для первого или первых выпрямителей со стороны сети используются полупроводниковые реле, прежде всего БТИЗ (биполярный транзистор с изолированным затвором - insulated-gate bipolar transistor). В случае с выпрямителем или выпрямителями речь может идти, прежде всего, о так называемых Н-мостах. Также вторые выпрямители со стороны промежуточного контура могут быть Н-мостами, но альтернативно также другими выпрямителями, например только с одним последовательным соединением переключателей (полумосты-выпрямители). В каждом случае является предпочтительным, что инвертор или инверторы и выпрямитель или выпрямители, которые гальванически отделены друг от друга трансформатором и подключены к трансформатору или трансформаторам, также являются преобразователями, которые приводятся в действие переключением полупроводниковых реле (прежде всего, БТИЗ).

В случае с первым и/или вторым фильтром речь идет, например, о пассивном (неуправляемом) фильтре, предпочтительно с фильтрующей индуктивностью. Под фильтрующей индуктивностью понимают индуктивность, которая предусмотрена для уменьшения или устранения сигналов помех. Обычно в качестве фильтрующей индуктивности используется соответствующая катушка или устройство катушек. При более общей формулировке фильтр может быть устройством пассивных (не управляемых) электрических компонентов, прежде всего по меньшей мере с одной фильтрующей индуктивностью и/или другими электрическими компонентами, такими как по меньшей мере одним конденсатором и по меньшей мере одним резистором.

Предпочтительно, модули реализуются одинаковым способом, то есть имеют одинаковые компоненты в одинаковом устройстве. Однако это не обязательно является необходимым. Прежде всего, чтобы сделать возможным работу в сетях переменного напряжения с разным номинальным напряжением, модули, при необходимости, могут отключаться или подключаться. При отключенных модулях первый выпрямитель со стороны сети более не находится в последовательном включении выпрямителей разных модулей. Также для работы преобразователя постоянного тока отдельные модули или их части могут подключаться или отключаться.

По меньшей мере один трансформатор, который имеется в ка