電力轉(zhuǎn)換設(shè)備、緊急行駛系統(tǒng)及鐵路車輛的制作方法
【專利說明】電力轉(zhuǎn)換設(shè)備、緊急行駛系統(tǒng)及鐵路車輛
[0001]與相關(guān)申請的交叉引用
[0002]本申請基于在2013年8月29日提交的日本專利申請N0.2013-178107，并要求該申請的優(yōu)先權(quán)，該申請的全部內(nèi)容通過引用的方式被并入本申請。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本文所述的實施例涉及電力轉(zhuǎn)換設(shè)備、緊急行駛系統(tǒng)、以及鐵路車輛。
【背景技術(shù)】
[0004]鐵路車輛配備有驅(qū)動鐵路車輛(使其能夠移動)的電機，以及車輛控制設(shè)備，所述車輛控制設(shè)備從架空線接收電力、將電力轉(zhuǎn)換成具有電機操作所需要的電壓和電流的電力、并且將具有所需要的電壓和電流的電力供應(yīng)給電機。當(dāng)由于電力故障等造成架空線沒有供應(yīng)電力時，電機的操作停止，使得鐵路車輛停止。另外，當(dāng)由于受電弓離線(pantographbounce)等造成架空線暫時沒有供應(yīng)電力時，火車車廂中諸如空調(diào)系統(tǒng)或照明系統(tǒng)之類的電氣裝置停止，導(dǎo)致提供給火車上客戶的服務(wù)的減少。鑒于這樣的情況，存在即使在外部不供應(yīng)電力，例如架空線不供應(yīng)電力的時候，向諸如電機或車廂內(nèi)的電氣裝置之類的鐵路裝置連續(xù)地供應(yīng)電力的需求。
[0005]在其中執(zhí)行車輛維護(hù)等的鐵路站場(railyard)中，安裝有架空線和第三軌(third rail)。從架空線的建造和安裝成本以及安全性的角度來看，存在消除鐵路站場中的架空線的需求。從現(xiàn)場人員執(zhí)行對第三軌的維護(hù)等的安全性的角度來看，還存在消除在鐵路站場的地面或軌道級安裝的第三軌的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]技術(shù)問題
[0007]當(dāng)外部未向鐵路裝置供應(yīng)電力時，鐵路裝置停止。
[0008]問題的解決方案
[0009]根據(jù)一種實施例，提供了一種電力轉(zhuǎn)換設(shè)備，其包括:將直流電力轉(zhuǎn)換成交流電力并且將交流電力供應(yīng)給鐵路車輛的電氣裝置的逆變器，能夠存儲直流電力的電池，以及將交流電力轉(zhuǎn)換成直流電力并且對電池充電的轉(zhuǎn)換器。當(dāng)外部電源未向逆變器供應(yīng)電力時，電池向逆變器供應(yīng)電力。
【附圖說明】
[0010]圖1是根據(jù)第一實施例的緊急行駛系統(tǒng)的示意性構(gòu)造圖。
[0011 ]圖2是根據(jù)修改的緊急行駛系統(tǒng)的示意性構(gòu)造圖。
[0012]圖3是根據(jù)第二實施例的緊急行駛系統(tǒng)的示意性構(gòu)造圖。
[0013]圖4是根據(jù)第三實施例的緊急行駛系統(tǒng)的示意性構(gòu)造圖。
【具體實施方式】
[0014]根據(jù)實施例，提供了電力轉(zhuǎn)換設(shè)備、緊急行駛系統(tǒng)、以及鐵路車輛，即使在諸如架空線之類的外部未向鐵路裝置供應(yīng)電力時，該緊急行駛系統(tǒng)可以繼續(xù)向鐵路裝置供應(yīng)電力。
[0015]通常，根據(jù)一種實施例，提供了一種電力轉(zhuǎn)換設(shè)備，其包括:將直流電力轉(zhuǎn)換成交流電力并且將交流電力供應(yīng)給鐵路車輛的電氣裝置的逆變器，能夠存儲直流電力的電池，以及將交流電力轉(zhuǎn)換成直流電力并且向電池充電的轉(zhuǎn)換器。當(dāng)外部電源未向逆變器供應(yīng)電力時，電池向逆變器供應(yīng)電力。
[0016]在下文中，結(jié)合附圖解釋實施例。
[0017]示例1
[0018](第一實施例)
[0019]圖1示出根據(jù)第一實施例的緊急行駛系統(tǒng)的示意性構(gòu)造。該緊急行駛系統(tǒng)包括:向驅(qū)動鐵路車輛的電機10供應(yīng)電力的車輛控制設(shè)備100;以及向諸如空調(diào)系統(tǒng)或照明系統(tǒng)之類的鐵路車輛的電氣裝置20供應(yīng)電力的電力轉(zhuǎn)換設(shè)備200。該緊急行駛系統(tǒng)被提供以用于即使在由于電力故障或受電弓離線造成架空線1對電力的供應(yīng)變得不可能的狀態(tài)時，連續(xù)地向電機10和電氣裝置20供應(yīng)電力，其中當(dāng)架空線1與受電弓2之間的接觸狀態(tài)由于車輛的震動等而不能被維持時，受電弓離線發(fā)生。
[0020]車輛控制設(shè)備100包括高速斷路器102、充電電路104、逆變器106和控制器(控制部分)108?？刂破?08可以配置在車輛控制設(shè)備100的外部。經(jīng)由受電弓2從架空線1收集的直流電力通過高速斷路器102和充電電路104被供應(yīng)給逆變器106。
[0021]逆變器106將所供應(yīng)的直流電力轉(zhuǎn)換成交流電力，并且將交流電力輸出到電機10。逆變器106包括多個半導(dǎo)體開關(guān)元件，例如每個半導(dǎo)體開關(guān)元件由絕緣柵雙極晶體管(IGBT)、以及與半導(dǎo)體開關(guān)元件并聯(lián)連接的二極管、鉗位二極管等組成。半導(dǎo)體開關(guān)元件的閉合和斷開由控制器108控制。通過變壓變頻(VVVF)控制，逆變器106將直流電力轉(zhuǎn)換成具有與車輛速度相對應(yīng)的頻率和電壓的三相交流電力。
[0022]如圖1所示，直流電力通過二極管220和隨后描述的緊急接觸器(開關(guān))222從電池218供應(yīng)給逆變器106。例如，當(dāng)發(fā)生電力故障使得電力不能從架空線1供應(yīng)時，緊急接觸器222進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)，使得電力從電池218供應(yīng)給逆變器106。對緊急接觸器222的控制由隨后描述的控制器224執(zhí)行。
[0023]在電機的轉(zhuǎn)子(附圖未示出)通過齒輪等的方式連接到車輛的驅(qū)動輪的車軸或者轉(zhuǎn)子直接連接到驅(qū)動輪的車軸的狀態(tài)下，電機10驅(qū)動鐵路車輛。控制器108基于轉(zhuǎn)子的角度(位置)、逆變器106的輸出電流值、速度命令等，執(zhí)行逆變器106的開關(guān)元件的0N和OFF操作。
[0024]如圖1所示，電力轉(zhuǎn)換設(shè)備200包括高速斷路器202、充電電路204、二極管206、逆變器208、絕緣變壓器210、斷路器212、電池充電變壓器214、轉(zhuǎn)換器216、電池218、二極管220、緊急接觸器222和控制器(控制部分)224?？刂破?24可以配置在電力轉(zhuǎn)換設(shè)備200的外部。
[0025]經(jīng)由受電弓2從架空線1收集的直流電力通過高速斷路器202、充電電路204和二極管206供應(yīng)給逆變器208。逆變器208將所供應(yīng)的直流電力轉(zhuǎn)換成交流電力，并且經(jīng)由絕緣變壓器210將交流電力輸出給電氣裝置20。
[0026]逆變器208包含多個半導(dǎo)體開關(guān)元件，例如每個半導(dǎo)體開關(guān)元件包括IGBT、與半導(dǎo)體開關(guān)元件并聯(lián)連接的二極管或鉗位二極管等，并且半導(dǎo)體開關(guān)元件的閉合和斷開由控制器224控制。逆變器208是恒壓恒頻(CVCF)逆變器，它向電氣裝置20輸出固定電壓和固定頻率的電力。
[0027]如圖1所示，逆變器208的輸出通過絕緣變壓器210、處于導(dǎo)通狀態(tài)的斷路器212、和電池充電變壓器214被供應(yīng)給轉(zhuǎn)換器216。轉(zhuǎn)換器216將從逆變器208輸出的交流電力轉(zhuǎn)換成直流電力，并且用該直流電力給電池218充電。存儲直流電力的電池218可以通過二極管220向逆變器208供應(yīng)電力。例如，當(dāng)電力故障或受電弓離線發(fā)生從而使得架空線1未供應(yīng)電力時，從電池218向逆變器208供應(yīng)電力。
[0028]優(yōu)選的是控制器224控制轉(zhuǎn)換器216，以使得電池218的電壓等于或低于架空線的正常操作電壓。通過這樣的控制，架空電壓通常比電池電壓高，并且從而電力可以被供應(yīng)給電氣裝置20，而不需要使用存儲在電池218中的電力。另一方面，當(dāng)電力故障或受電弓離線發(fā)生從而使架空線電壓變得低于電池電壓時，存儲在電池218中的電力被供應(yīng)給逆變器208，使得電力可以連續(xù)地供應(yīng)給電氣裝置20。當(dāng)電力從電池218供應(yīng)給逆變器208時，控制器224使斷路器212進(jìn)入斷開(打開)狀態(tài)。
[0029]例如，控制器224執(zhí)行在其中電池218的電壓變得比額定的架空線電壓低100V(伏)的控制。例如，當(dāng)額定的架空線電壓是1500V時，電池218被充電以將其電壓維持在1400V或更低。
[0030]在車輛的正常、非電池操作期間，電池218中維持的最小電壓可以是電力轉(zhuǎn)換設(shè)備200的性能保證電壓的最小值。例如，當(dāng)電力轉(zhuǎn)換設(shè)備200的性能保證電壓是1300V至1800V時，在火車車輛的正常、非電池操作期間，電池218的電壓可以被維持在1300V。
[0031 ]可替代地，電池218的電壓可以維持在架空線的電壓可變的范圍的最小值。例如，當(dāng)架空線電壓的可變的范圍的是1000V至2000V時，電池218的電壓被維持在1000V。
[0032]當(dāng)由于電力故障等架空線1未供應(yīng)電力時，控制器224使緊急接觸器222進(jìn)入一種使得電力通過緊急接觸器222從電池218供應(yīng)給車輛控制設(shè)備10的逆變器106的狀態(tài)，其中緊急接觸器222是開關(guān)。
[0033]例如，控制器224基于來自駕駛室的指令使緊急接觸器222進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)。另外，當(dāng)在電力轉(zhuǎn)換設(shè)備200的內(nèi)部提供的濾波電容器(附圖未示出)的電壓變得低于預(yù)定值時，控制器224確定架空線1對電力的供應(yīng)停止或中斷，并且控制器224可以使緊急接觸器222進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)。
[0034]在架空線電壓的供應(yīng)中斷持續(xù)一段預(yù)定時間的狀態(tài)下，控制器224可以使緊急接觸器222進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)，并且因而從電池218向逆變器106