BR102022019733A2 - Sistema híbrido para reparar uma locomotiva cc - Google Patents

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Sidarta Beltramin
Guilherme Martini
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Progress Rail Services Corporation
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Abstract

São divulgados uma locomotiva (300), um primeiro circuito chopper (500) e um segundo circuito chopper (800) integrando um motor de tração (340, 540, 840) com um dispositivo de armazenamento de energia (350, 550, 850). A locomotiva (300) inclui um motor principal (310), um dispositivo de gerenciamento de energia (30), um barramento de energia CC (330), um motor de tração (340), um dispositivo de armazenamento de energia (350), uma grade resistora (360) e um circuito chopper (37, 500, 800). Cada circuito chopper (37, 500, 800) é controlado pelo dispositivo de gerenciamento de energia (30) e inclui uma pluralidade de semicondutores de energia (370, 570, 870) com frequência de comutação variável. O motor de tração (340, 540, 840) pode ser capaz de operar em um modo de motorização, onde a energia é fornecida de forma controlável pelo motor principal (310) e/ou pelo dispositivo de armazenamento de energia (350,550,850); e um modo de frenagem dinâmico, onde a energia gerada é alocada de forma controlável ao dispositivo de armazenamento de energia (350, 550, 850) e/ou à grade resistora (360, 560, 860).

Description

SISTEMA HÍBRIDO PARA REPARAR UMA LOCOMOTIVA CC CAMPO DA TÉCNICA
[0001] A presente divulgação geralmente refere-se a locomotivas e, mais especificamente, a um circuito chopper para integrar um dispositivo de armazenamento de energia em uma locomotiva de combustão interna.
FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO
[0002] A Figura 1 é um diagrama de blocos de uma locomotiva de combustão interna 100 exemplificative do estado da técnica. Para os fins desta divulgação, o termo "locomotiva" deve se referir especificamente a locomotivas que compreendem um motor de combustão interna e motores elétricos, tais como locomotivas diesel-elétricas e locomotivas a gasolina-elétricas, e deve ser distinguido de locomotivas que compreendem trens de potência puramente mecânicos, tais como locomotivas diesel-mecânicas.
[0003] Como pode ser visto na Figura 1, uma locomotiva típica do estado da técnica 100 pode compreender um motor 110 ou um motor principal mecanicamente acoplado a um conversor 120. O conversor pode ser uma combinação de um alternador, que converte energia mecânica em corrente alternada (CA); e um retificador, que retifica a CA em corrente contínua (CC). A energia CC é então fornecida operacionalmente a uma pluralidade de motores de tração 140, que convertem a energia elétrica em torque mecânico e impulsionam a locomotiva 100. Em muitas configurações comuns, cada motor de tração 140 pode ser acoplado mecanicamente a um eixo 160 e par de rodas 170. Assim, pode ser apreciado que nenhuma conexão mecânica direta existe entre o motor principal 110 e as rodas 170 na locomotiva 100.
[0004] Voltando-se agora para o estado da técnica, na Figura 2, a energia elétrica pode ser fornecida aos motores de tração 140 através de um barramento de energia 150, que pode ser um barramento de energia CC. O barramento de energia 150 pode incluir uma pluralidade de painéis de distribuição, contatores, disjuntores e outros componentes que controlam o fluxo de energia elétrica. Vale ainda a pena observar que, dependendo da configuração, os motores de tração 140 podem ser fornecidos por energia CC, isto é, motores de tração CC; ou energia CA, isto é, motores de tração CA. Conforme representado na Figura 2, em que os motores de tração CA são implementados, um ou mais inversores 130 podem converter a energia CC do barramento de energia 150 em energia CA antes de serem fornecidos aos motores de tração CA 140. No entanto, no primeiro caso, em que os motores de tração CC são implementados, os inversores 130 podem ser evitáveis de forma compreensível.
[0005] De acordo com a técnica, um motor de tração 140 pode normalmente compreender um induzido rotativo, incluindo uma pluralidade de bobinas enroladas em torno de um eixo central; um enrolamento de campo, incluindo uma pluralidade de bobinas em torno do induzido rotativo; um comutador; e escovas. O comutador e as escovas podem conectar eletricamente o induzido ao enrolamento de campo e controlar operacionalmente a direção do fluxo de corrente. Os motores de tração são frequentemente motores CC enrolados em série, isto é, o induzido e o enrolamento de campo são conectados em série, uma configuração que fornece alto torque de partida que diminui à medida que o motor acelera em velocidade. No entanto, os motores de tração também podem ser motores de derivação CC, isto é, o induzido e o enrolamento de campo são conectados em paralelo, uma configuração que mantém a velocidade de motorização constante independentemente da carga aplicada.
[0006] Uma vez que os componentes do motor CC e um gerador são mecanicamente comparáveis, o motor de tração 140 pode implementar adicionalmente a funcionalidade de frenagem dinâmica. Simplificando, ao frear a locomotiva 100, o torque pode ser transferido das rodas 170 e do eixo 160 para o induzido, cuja rotação em relação ao enrolamento de campo gera corrente elétrica que pode ser retornada ao barramento de energia 150. Esse fenômeno é explorado em mecanismos de frenagem dinâmica, que podem incluir mecanismos de ‘frenagem reostática’ e/ou ‘frenagem regenerativa’.
[0007] De acordo com a técnica, durante a frenagem reostática, a energia elétrica gerada a partir do motor de tração 140 é dissipada como calor, por exemplo, através de um ou mais elementos resistivos. A técnica anterior, na Figura 2, mostra uma configuração exemplar incluindo uma grade de frenagem 160, em que um ou mais elementos resistivos 161 são conectados em série e/ou em paralelo através do barramento de energia 150 através de uma pluralidade de contatores DB1-DB5. Cada agrupamento de série de resistores, comumente referidos como cadeias, pode compreender ainda um ou mais elementos de resfriamento 162, tais como dissipadores de calor, ventiladores de resfriamento e similares. Pode ser entendido que na configuração exemplificativa mostrada e, de fato, de acordo com a frenagem reostática em geral, a energia elétrica gerada a partir da frenagem dinâmica é essencialmente desperdiçada.
[0008] De acordo com a técnica, durante a frenagem regenerativa, a energia elétrica gerada a partir do motor de tração 140 pode, em vez disso, ser recapturada pela locomotiva 100. Por exemplo, a locomotiva 100 pode vir equipada com um dispositivo de armazenamento de energia ou pode ser conectada eletricamente a um barramento de alimentação externo. Infelizmente, os esforços neste documento até agora têm sido excessivamente complexos, dispendiosos e incapazes de transferir a potência entre o motor de tração 140 e o dispositivo de armazenamento de energia de uma maneira eficiente e precisamente controlada.
[0009] A Figura 3 mostra uma modalidade ensinada pela Patente US n° 9.193.268, projetada por Ajith Kumar e atribuída à General Electric Company. Kumar divulga uma locomotiva diesel-elétrica 200 compreendendo um barramento de tração 230, um ou mais subsistemas de motor de tração 240, um armazenamento de bateria 250 e uma grade de frenagem 260, que juntos facilitam a funcionalidade reostática e regenerativa durante a frenagem dinâmica. Mais especificamente, a grade de frenagem 260, que inclui uma pluralidade de elementos resistivos 261, é conectada de forma controlável ao barramento de tração 230 através de uma pluralidade de contatores DB1-DB5. De acordo com Kumar, o armazenamento da bateria 250 pode ser carregado diretamente pela energia emitida pelos motores de tração 240 através do barramento de tração 230. A grade de frenagem 260 pode adicionalmente dissipar uma proporção da energia gerada através de comutação discricionária dos contatores DB1-DB5.
[0010] Infelizmente, em Kumar, pode ser entendido que uma tensão fornecida ao armazenamento da bateria 250 é igual a uma tensão aplicada ao barramento de tração 230 e, portanto, não pode ser manipulada sem elementos de circuito adicionais. Além disso, a corrente fornecida ao armazenamento da bateria 250 só pode ser controlada indiretamente através da abertura e fechamento dos contatores DB1-DB5 (que alocam a corrente à grade de frenagem 260). Como os contatores DB1-DB5 podem operar apenas em um estado aberto ou fechado, da mesma forma, a energia só pode ser alocada para o armazenamento de energia 250 de acordo com esses dois estados, sem faixa de controle mais fina. Assim, o circuito da técnica anterior pode ser incapaz de balanceamento de carga preciso entre o armazenamento de bateria 250 e a grade de frenagem 260 durante a frenagem dinâmica, o que pode prejudicar uma eficiência da locomotiva 200.
[0011] Consequentemente, permanece uma necessidade na técnica para um projeto de circuito que integra um dispositivo de armazenamento de energia em uma locomotiva, sendo o circuito capaz de controlar a tensão e a corrente fornecidas aos motores de tração, um dispositivo de armazenamento de energia e uma grade resistora com alta precisão e velocidade, proporcionando, assim, uma funcionalidade de frenagem dinâmica aprimorada a baixo custo.
SUMÁRIO DA DIVULGAÇÃO
[0012] De acordo com um primeiro aspecto da presente divulgação, é divulgada uma locomotiva. A locomotiva compreende um motor principal; um conversor acoplado mecanicamente ao motor principal; um dispositivo de gerenciamento de energia; e um barramento de energia CC sendo fornecido com energia elétrica pelo conversor. O barramento de energia CC é conectado de forma controlável através de um circuito chopper para: um motor de tração capaz de operar em um modo de motorização e um modo de frenagem dinâmico; um dispositivo de armazenamento de energia capaz de capturar energia elétrica de e fornecer energia elétrica para o barramento de energia CC; e uma grade resistora capaz de dissipar energia elétrica como calor. O circuito chopper inclui uma pluralidade de semicondutores de energia, cada um tendo uma frequência de comutação variável. Além disso, o circuito chopper é controlado pelo dispositivo de gerenciamento de energia para controlar uma corrente fornecida a cada um dentre o motor de tração, o dispositivo de armazenamento de energia e a grade resistora.
[0013] De acordo com um segundo aspecto da presente divulgação, é divulgado um circuito chopper para uma locomotiva. O circuito chopper compreende um barramento de energia CC incluindo uma linha positiva e uma linha negativa; um dispositivo de armazenamento de energia conectado através da linha positiva e da linha negativa, em que o dispositivo de armazenamento de energia é capaz de carregar e descarregar energia para o barramento de energia CC; e um motor de derivação CC capaz de operar em um modo de motorização e um modo de frenagem dinâmico. O motor de derivação CC inclui: um induzido conectada através da linha positiva e da linha negativa e um enrolamento de campo conectado de forma controlável através da linha positiva e da linha negativa. O circuito chopper compreende adicionalmente uma grade resistora conectada de forma controlável através da linha positiva e da linha negativa; e uma pluralidade de semicondutores de energia, cada um com uma frequência de comutação variável, que controlam uma corrente através de cada uma dentre o induzido, o enrolamento de campo, o dispositivo de armazenamento de energia e a grade resistora.
[0014] De acordo com um terceiro aspecto da presente divulgação, é divulgado um circuito chopper para uma locomotiva. O circuito chopper compreende um barramento de energia CC incluindo uma linha positiva e uma linha negativa; um dispositivo de armazenamento de energia conectado através da linha positiva e da linha negativa, em que o dispositivo de armazenamento de energia é capaz de carregar e descarregar energia para o barramento de energia CC; e um motor CC enrolado em série capaz de operar em um modo de motorização e um modo de frenagem dinâmico. O motor CC enrolado em série inclui: um induzido com um primeiro terminal e um segundo terminal; e um enrolamento de campo com um primeiro terminal e um segundo terminal, em que o enrolamento de campo é conectado de forma controlável em série com o induzido através da linha positiva e da linha negativa. O circuito chopper compreende adicionalmente uma grade resistora com um primeiro terminal e um segundo terminal, em que o primeiro terminal da grade resistora está conectado ao primeiro terminal do induzido; um primeiro interruptor que conecta o segundo terminal do induzido à linha positiva; um segundo interruptor conectando o segundo terminal do induzido ao segundo terminal da grade resistora; e uma pluralidade de semicondutores de energia, cada um tendo uma frequência de comutação variável, que controlam uma corrente através de cada induzido, o enrolamento do campo, o dispositivo de armazenamento de energia, e a grade resistora.
[0015] Esses e outros aspectos e características da presente divulgação serão mais facilmente compreendidos após a leitura da seguinte descrição em conjunto com as figuras anexas.
BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS
[0016] A Figura 1 é um diagrama de uma locomotiva diesel-elétrica exemplificativa de acordo com o estado da técnica.
[0017] A Figura 2 é um esquema elétrico de um primeiro barramento de energia exemplificativo para uma locomotiva diesel-elétrica de acordo com o estado da técnica.
[0018] A Figura 3 é um esquema elétrico de um segundo barramento de energia exemplificativo para uma locomotiva diesel-elétrica de acordo com o estado da técnica.
[0019] A Figura 4 é um diagrama de uma locomotiva diesel-elétrica exemplificativa de acordo com uma modalidade da presente divulgação.
[0020] A Figura 5 é um esquema elétrico de um primeiro circuito chopper de acordo com outra modalidade da presente divulgação.
[0021] A Figura 6 é um esquema elétrico que exibe uma configuração do primeiro circuito chopper durante um modo de motorização da locomotiva.
[0022] A Figura 7 é um esquema elétrico que exibe uma configuração do primeiro circuito chopper durante um modo de frenagem dinâmica da locomotiva.
[0023] A Figura 8 é um esquema elétrico de um segundo circuito chopper de acordo com ainda outra modalidade da presente divulgação.
[0024] A Figura 9 é um esquema elétrico que exibe uma configuração do segundo circuito chopper durante um modo de motorização da locomotiva.
[0025] A Figura 10 é um esquema elétrico que exibe uma configuração do segundo circuito chopper durante um modo de frenagem dinâmica da locomotiva.
DESCRIÇÃO DETALHADA
[0026] Referindo-se agora às figuras e com referência específica à Figura 4, uma locomotiva é geralmente referida por um número de referência 300. A locomotiva 300 pode ser operativamente impulsionada por um motor de combustão interna e motores elétricos. Por exemplo, a locomotiva 300 pode ser locomotiva diesel-elétrica, locomotiva gasolina-elétrica ou locomotiva híbrida comparável; pode queimar gás natural, petróleo, gasolina, diesel, biodiesel, biomassa, destilados e ainda outros combustíveis fósseis e alternativas de combustível fóssil; e pode empregar motores de tração CC operacionalmente alimentados pelo motor de combustão interna. Além disso, a locomotiva 300 pode ser empregada em qualquer número de ambientes, tais como, sem limitação, trens de passageiros, trens de carga, locomotivas manobreiras e similares.
[0027] Como mostrado na Figura 4, a locomotiva 300 pode compreender especificamente um motor principal 310, um conversor 320 acoplado mecanicamente ao motor principal, um dispositivo de gerenciamento de energia 30 e um barramento de energia CC 330 sendo alimentado por energia elétrica pelo conversor 320. Conforme discutido acima, o motor principal 310 pode ser um motor de combustão interna, tal como um motor a diesel, mas também pode utilizar tipos de combustível alternativos. O conversor 320 pode ser uma combinação de um alternador (não mostrado) e um retificador (não mostrado), o primeiro que converte o torque mecânico do motor principal 310 em energia CA, e o último que converte a energia CA em energia CC fornecida ao barramento de energia CC 330. Em algumas modalidades, o conversor 320 pode consistir em um alternador trifásico, e o retificador pode consistir em um retificador trifásico, tal como um retificador de silício de onda completa.
[0028] A locomotiva 300 pode compreender adicionalmente pelo menos um motor de tração 340, um dispositivo de armazenamento de energia 350 e uma grade resistora 360, cada um conectado eletricamente e de forma controlável ao barramento de energia CC 330. O motor de tração 340 pode ser capaz de operar em um modo de motorização, isto é, como um motor elétrico; e em um modo de frenagem dinâmica, isto é, como um alternador. Analogamente, o dispositivo de armazenamento de energia 350 pode ser capaz de capturar energia elétrica do barramento de energia CC 330, ou seja, carregar; e fornecer energia elétrica ao barramento de energia CC 330, ou seja, descarregar. A grade resistora 360 pode ser capaz de dissipar a energia elétrica fornecida pelo barramento de energia CC 330 na forma de calor.
[0029] De acordo com algumas modalidades, a locomotiva 300 pode compreender adicionalmente um segundo motor principal (não mostrado) e/ou uma fonte de energia externa (não mostrada), tal como um trilho elétrico. Um ou ambos podem fornecer energia elétrica operacional mente ao barramento de energia CC 330, que pode ser adicional ou complementar à energia fornecida pelo motor principal 310. De acordo com a mesma ou outras modalidades, a locomotiva 300 pode compreender ainda um ou mais sistemas de energia auxiliar (não mostrados). Os sistemas de energia auxiliares, que podem incluir sistemas de iluminação, sistemas de ar-condicionado ou aquecimento, sistemas de entretenimento ou entretenimento informativo, etc., podem ser fornecidos com energia elétrica do barramento de energia CC 330, ou podem utilizar fontes de alimentação externas. Pode ser entendido que a infraestrutura adicional pode ser fornecida para fazer interface com o segundo motor principal, fonte de energia externa e/ou sistemas de energia auxiliares com o barramento de energia CC 330, que não será discutido adicionalmente pela presente divulgação nem limitado neste documento.
[0030] Com referência contínua à Figura 4, o barramento de energia CC 330, o motor de tração 340, o dispositivo de armazenamento de energia 350 e a grade resistora 360 podem ser conectados de forma controlável através de um circuito chopper 37. Mais especificamente, o circuito chopper 37 pode incluir uma pluralidade de semicondutores de energia 370, cada um tendo uma frequência de comutação variável. O estado do interruptor e/ou a frequência de comutação de cada semicondutor de energia 370 pode controlar uma tensão, corrente e/ou energia fornecida a cada um dos motores de tração 340, ao dispositivo de armazenamento de energia 350 e à grade resistora 360. Em algumas modalidades, o circuito chopper 37 e os semicondutores de energia 370 neles podem ser controlados pelo dispositivo de gerenciamento de energia 30.
[0031] Conforme discutido anteriormente, o motor de tração 340 pode ser capaz de operar no modo de motorização ou no modo de frenagem dinâmica. Durante o modo de motorização, o dispositivo de gerenciamento de energia 30 pode controlar o circuito chopper 37 para gerenciar uma tensão, corrente e/ou energia fornecida ao motor de tração 340 pelo barramento de energia CC 330. Durante o modo de frenagem dinâmica, o dispositivo de gerenciamento de energia 30 pode controlar o circuito chopper 37 para gerenciar uma tensão, corrente e/ou energia fornecida pelo motor de tração 340 para o barramento de energia CC 330. Além disso, o dispositivo de gerenciamento de energia 30 pode controlar o circuito chopper 37 para controlar uma tensão, corrente e/ou energia fornecida ao dispositivo de armazenamento de energia 350 e à grade resistora 360, equilibrando efetivamente uma distribuição de energia entre os dois componentes.
[0032] Com o acima em mente, prevê-se que a locomotiva 300 possa operar em pelo menos quatro modos de operação, dependendo dos requisitos de energia do motor de tração 340 e seu modo de operação.
[0033] De acordo com um primeiro modo de operação, o motor de tração 340 opera no modo de motorização e um requisito de energia de tração pode ser igual à saída de energia do motor principal 310. Em tais casos, o dispositivo de gerenciamento de energia 30 pode controlar o circuito chopper 37 para fornecer energia ao motor de tração 340 através do barramento de energia CC 330 de modo que o motor de tração 340 seja fornecido energia exclusivamente a partir do motor principal 310.
[0034] De acordo com um segundo modo de operação, o motor de tração 340 opera no modo de motorização e um requisito de energia de tração pode exceder a saída de energia do motor principal 310. Em tais casos, o dispositivo de gerenciamento de energia 30 pode controlar o circuito chopper 37 para fornecer energia ao motor de tração 340 através do barramento de energia CC 330 de modo que o motor de tração 340 seja fornecido com energia em paralelo pelo motor principal 310 e pelo dispositivo de armazenamento de energia 350. Em algumas modalidades, uma insuficiência de energia do motor principal 310 pode ser exatamente suplementada pelo dispositivo de armazenamento de energia 350, embora outras distribuições também sejam possíveis e imaginadas.
[0035] De acordo com um terceiro modo de operação, o motor de tração 340 opera no modo de motorização e uma saída de energia do motor principal 310 é zero. Em tais casos, o dispositivo de gerenciamento de energia 30 pode controlar o circuito chopper 37 para fornecer energia ao motor de tração 340 através do barramento de energia CC 330 de modo que o motor de tração 340 seja fornecido com energia exclusivamente pelo dispositivo de armazenamento de energia 350.
[0036] Finalmente, de acordo com um quarto modo de operação, a locomotiva 300 está em frenagem, o motor de tração 340 opera no modo de frenagem dinâmica e uma saída de energia do motor principal 310 é zero. Em tais casos, o dispositivo de gerenciamento de energia 30 pode controlar o circuito chopper 37 para transferir a energia elétrica emitida do motor de tração 340 para o dispositivo de armazenamento de energia 350 e para a grade resistora 360 através do barramento de energia CC 330. Em algumas modalidades, o circuito chopper 37 pode controlar ainda uma tensão, corrente e/ou energia fornecida a cada um dos dispositivos de armazenamento de energia 350 e à grade resistora 360, distribuindo assim a energia alocada para ambos os elementos.
[0037] Deve-se observar que modos operacionais adicionais também são previstos e podem ser implementados com a locomotiva 300 sem se afastar do escopo da presente divulgação. Por exemplo, os modos de operação da locomotiva 300 podem existir em que a energia elétrica é fornecida em paralelo pelo barramento de energia CC 330 e pelo motor de tração 340 (em modo de frenagem dinâmica). E em outros modos de operação, a energia pode ser fornecida ou capturada por uma fonte externa e/ou por dispositivos de armazenamento de energia adicionais.
[0038] De acordo com algumas modalidades, a locomotiva 300 pode compreender adicionalmente uma pluralidade de motores de tração 340, cada um conectado eletricamente através de um circuito chopper 37 ao barramento de energia CC 330, e cada um sendo capaz de operar no modo de motorização e no modo de frenagem dinâmica. Por exemplo, um motor de tração 340 pode ser pareado com cada par de eixo e roda (não mostrado) da locomotiva 300. Prevê-se ainda que cada motor de tração 340 possa ser um motor de tração CC, como um motor CC enrolado em série ou um motor de derivação CC; ou um motor de tração CA acoplado eletricamente a um inversor. No último caso, por exemplo, um inversor pode ser pareado com cada motor de tração CA, eixo e par de rodas. Naturalmente, pode ser apreciado que qualquer combinação dos elementos acima pode ser incluída na locomotiva 300, dependendo dos requisitos de aplicação específicos.
[0039] Em algumas modalidades, o dispositivo de armazenamento de energia 350 pode ser uma bateria recarregável, tal como uma que emprega produtos químicos de íons de lítio, ácido-chumbo, níquel-cádmio ou níquel-hidreto metálico. O dispositivo de armazenamento de energia 350 também pode manifestar tecnologias alternativas comuns à técnica, tais como, sem limitação, volantes, ultracapacitores, ar comprimido, armazenamento de hidrogênio e similares; e/ou o dispositivo de armazenamento de energia 350 pode empregar alguma combinação dos acima. Em qualquer modalidade, pode ser entendido que uma infraestrutura adicional pode ser fornecida para fazer interface do dispositivo de armazenamento de energia 350 com o barramento de energia CC 330, tal como, mas não limitado a interruptores, contatores, relés, conversores e similares, que não serão discutidos ainda pela presente divulgação nem limitados neste documento.
[0040] Conforme discutido acima, a locomotiva 300 compreende um circuito chopper 37 incluindo uma pluralidade de semicondutores de energia 370 sendo controlados pelo dispositivo de gerenciamento de energia 30. Para os fins desta divulgação, um circuito chopper pode se referir a um circuito elétrico que converte diretamente uma tensão de entrada CC fixa (por exemplo, sendo fornecido pelo barramento de energia CC 330) para uma tensão de saída CC variável (por exemplo, sendo fornecida aos componentes conectados ao barramento de energia CC 330). Em muitos casos, um valor médio da tensão emitida pelo circuito chopper 37 pode ser controlado por uma frequência de comutação dos interruptores empregados no circuito chopper 37, por exemplo, os semicondutores de energia 370.
[0041] Consequentemente, cada semicondutor de energia 370 pode incluir um terminal coletor, um terminal emissor e um terminal de portão. Cada semicondutor de energia 370 pode estar em um estado aberto, um estado fechado ou um estado de comutação; e o estado de comutação e a frequência de comutação de cada semicondutor de energia 370 podem ser controlados por sinais de portão recebidos através do terminal de portão e fornecidos pelo dispositivo de gerenciamento de energia 30. De acordo com algumas modalidades, alguns ou todos os semicondutores de energia 370 que compreendem o circuito chopper 37 podem se manifestar como MOSFETS de energia, tiristores de desligamento de portão (GTOs), transistores bipolares de porta isolada (IGBTs) e outros dispositivos de comutação de 3 terminais comparáveis com propriedades de bloqueio de tensão reversa. Na mesma ou em outras modalidades, o sinal de portão pode ser um sinal de modulação de largura de pulso (PWM) ou um sinal de modulação de frequência que controla um ciclo de trabalho do semicondutor de energia 370, embora outras técnicas também sejam possíveis e previstas.
[0042] Além disso, o dispositivo de gerenciamento de energia 30 pode ser um controlador, microcontrolador, PC incorporado, matriz de portão programável em campo (FPGA), circuito integrado específico da aplicação (ASIC) ou dispositivo de computação comparável, que pode incluir pelo menos uma unidade de memória (não mostrada) e uma unidade de processamento (não mostrada). Os sinais de portão fornecidos pelo dispositivo de gerenciamento de energia 30 podem ser baseados em um algoritmo pré-programado, tabela de busca, programa de computador e outros possíveis processos de software e/ou hardware, que podem ser armazenados na memória do dispositivo de gerenciamento de energia 30 e que podem ser determinados por requisitos de aplicação específicos.
[0043] Voltando-se agora para a Figura 5, um esquema elétrico de um primeiro circuito chopper para uma locomotiva 300 utilizando um motor de tração CC enrolado em série é geralmente referido por um número de referência 500. Com relação às Figuras 5-10 e suas divulgações relevantes, deve ser entendido que as várias notações de circuito empregadas neste documento, tais como os termos "positivo", "negativo", "primeiro terminal", "segundo terminal", etc., são apenas para fins de referência e que outras notações, sistemas de referência ou configurações podem existir sem se afastar do escopo da presente divulgação. Para os fins desta divulgação, um motor CC enrolado em série pode se referir a um motor CC autoexcitado compreendendo um induzido conectada em série e enrolamento de campo, e pode ser capaz de operar em um modo de motorização e um modo de frenagem dinâmica.
[0044] Como pode ser visto na Figura 5, o primeiro circuito chopper 500 pode compreender um barramento de energia CC 530; um dispositivo de armazenamento de energia 550; um motor CC enrolado em série 540, incluindo um induzido 541 e um enrolamento de campo 542; uma grade resistora 560; um primeiro interruptor 591; um segundo interruptor 592; e uma pluralidade de semicondutores de energia 570. Uma frequência de comutação variável de cada semicondutor de energia 570 pode controlar uma corrente através de cada um dos induzidos 541, do enrolamento de campo 542, do dispositivo de armazenamento de energia 550 e da grade resistora 560, conforme descrito em mais detalhes abaixo.
[0045] O barramento de energia CC 530 pode incluir uma linha positiva 531 e uma linha negativa 532, e pode ser o barramento de energia primário para a locomotiva 300. O dispositivo de armazenamento de energia 550 pode ser conectado através da linha positiva 531 e da linha negativa 532 e pode ser capaz de carregar a energia de e descarregar a energia para o barramento de energia CC 530. O motor CC enrolado em série 540 pode incluir um induzido 541 com um primeiro terminal 541A e um segundo terminal 541B; e um enrolamento de campo 542 com um primeiro terminal 542A e um segundo terminal 542B, em que o enrolamento de campo 542 pode ser conectado de forma controlável em série com o induzido 541 através da linha positiva 531 e da linha negativa 532. A grade resistora 560 também pode compreender um primeiro terminal 560A e um segundo terminal 560B, em que o primeiro terminal 560A da grade resistora 560 é conectado ao primeiro terminal 541A do induzido 541. O primeiro interruptor 591 pode conectar o segundo terminal do induzido 541B à linha positiva 531; e o segundo interruptor 592 pode conectar o segundo terminal do induzido 541B ao segundo terminal da grade resistora 560B.
[0046] Em algumas modalidades, o barramento de energia CC 530 pode ser desconectado de forma controlável do barramento primário da locomotiva 300, por exemplo, abrindo ou fechando um terceiro interruptor 599, formando assim um circuito isolado. Na mesma ou em outras modalidades, a grade resistora 560 pode compreender qualquer número de elementos resistivos e pode ser configurada em cadeias resistoras, escadas, etc., onde nenhuma limitação é pretendida neste documento. Além disso, embora os interruptores 591-593 sejam empregados na presente modalidade, estes são apenas exemplificativos e outros dispositivos de comutação, tais como contatores, relés, isoladores e similares podem ser empregados em modalidades comparáveis.
[0047] Com referência contínua à Figura 5, a pluralidade de semicondutores de energia 570 pode incluir especificamente um primeiro semicondutor de energia 571 conectando o primeiro terminal do induzido 541A à linha positiva 531; um segundo semicondutor de energia 572 conectando o primeiro terminal do enrolamento de campo 542A ao primeiro terminal do induzido 541 A, em série com o primeiro semicondutor de energia 571; um terceiro semicondutor de energia 573 conectando o primeiro terminal do enrolamento de campo 542A à linha negativa 532; um quarto semicondutor de energia 574 conectando o segundo terminal do enrolamento de campo 542B ao primeiro terminal do induzido 541A, em série com o primeiro semicondutor de energia 571; um quinto semicondutor de energia 575 conectando o segundo terminal do enrolamento de campo 542B à linha negativa 532; e um sexto semicondutor de energia 576 conectando o segundo terminal 560B da grade resistora 560 ao primeiro terminal do induzido 541A.
[0048] Em uma modalidade, cada semicondutor de energia 570 pode incluir um terminal coletor, um terminal emissor e um terminal de portão; cada semicondutor de energia 570 pode ser um bloqueio de tensão reversa, ou seja, permitindo o fluxo de corrente pela linha negativa 832 para a linha positiva 831 apenas; e/ou cada semicondutor de energia 570 pode operar em um estado aberto, ou seja, desconectado, em um estado fechado, ou seja, conectado, ou em um estado de comutação, como controlado por um sinal de portão. Em algumas modalidades, cada semicondutor de energia 570 pode ser um IGBT cujo sinal de portão é controlado pelo dispositivo de gerenciamento de energia 30, por exemplo, através de um sinal PWM. Em algumas modalidades, o primeiro circuito chopper 500 pode incluir adicionalmente semicondutores de energia adicionais (não mostrados) com várias funcionalidades; e/ou o circuito chopper 500 pode incluir elementos de circuito adicionais, tais como, mas não limitados a contatores, relés, disjuntores, transistores, diodos, resistores, capacitores e similares, sem se afastar do escopo da presente divulgação.
[0049] Voltando-se agora para a Figura 6, uma configuração do primeiro circuito chopper 500 é mostrada em que o motor de tração 540 está operando no modo de motorização. Durante o modo de motorização, o primeiro interruptor 591 é fechado, o segundo interruptor 592 é aberto. Assim, pode ser entendido que o induzido 541 e o enrolamento de campo 542 estão conectados em série através da linha positiva 531 e da linha negativa 532. Além disso, um dentre o segundo semicondutor de energia 572 e o quinto semicondutor de energia 575 está fechado e o outro está comutando; ou um dentre o terceiro semicondutor de energia 573 e o quarto semicondutor de energia 574 está fechado e o outro está comutando. Os semicondutores de energia restantes 570 estão abertos. Consequentemente, a grade do resistor 560 é desconectada e nenhuma energia é dissipada nela. Também pode ser entendido que o segundo a quinto semicondutores de energia 572-575 podem formar uma ponte H em torno do enrolamento de campo 542, controlando assim uma polaridade da corrente de passagem. Em qualquer polaridade, no entanto, a corrente através do enrolamento de campo 542 e, subsequentemente, o induzido 541, pode ser controlado por uma frequência de comutação de um dos segundos semicondutores de energia 572, terceiro semicondutor de energia 573, quarto semicondutor de energia 574 ou quinto semicondutor de energia 575, ou seja, o que for o semicondutor de energia de comutação 570. Em resumo, durante o modo de motorização, o circuito chopper 500 pode controlar uma corrente através do motor CC 540 enrolado em série através de uma frequência de comutação dos semicondutores de energia 570.
[0050] Voltando-se agora para a Figura 7, é mostrada uma configuração do circuito chopper 500 em que o motor de tração 540 está operando no modo de frenagem dinâmica. Durante o modo de frenagem dinâmica, o primeiro interruptor 591 está aberto e o segundo interruptor 592 está fechado. Além disso, o primeiro semicondutor de energia 571 está fechado; o sexto semicondutor de energia 576 está comutando; e um dentre o segundo semicondutor de energia 572 e o quinto semicondutor de energia 575 está fechado e o outro está comutando; ou um dentre o terceiro semicondutor de energia 573 e o quarto semicondutor de energia 574 está fechado e o outro está comutando. Os semicondutores de energia restantes 570 estão abertos.
[0051] Pode ser entendido que o segundo até o quinto semicondutores de energia 572-575 formam uma ponte H em torno do enrolamento de campo 542, controlando assim uma polaridade da corrente de passagem. Em qualquer polaridade, no entanto, a corrente através do enrolamento de campo 542 pode ser controlada por uma frequência de comutação de um dos segundos semicondutores de energia 572, terceiro semicondutor de energia 573, quarto semicondutor de energia 574 ou quinto semicondutor de energia 575, ou seja, o que for o semicondutor de energia de comutação 570. Vale a pena observar que, durante o modo de frenagem dinâmica, o induzido 541 e o enrolamento de campo 542 podem não mais ser conectados em série através da linha positiva 531 e da linha negativa 532.
[0052] Com referência contínua à Figura 7, uma corrente através da grade resistora 560 pode ser controlada por uma frequência de comutação do sexto semicondutor de energia 576. Ao controlar uma corrente através da grade resistora 560, uma dissipação de energia nela pode ser alocada e efetivamente desviada do barramento de energia CC 530 e carregando o dispositivo de armazenamento de energia 550. Assim, de acordo com algumas modalidades, uma corrente através do dispositivo de armazenamento de energia 550 também pode ser operativamente controlada pela frequência de comutação do sexto semicondutor de energia 576. Em resumo, durante o modo de frenagem dinâmica, o circuito chopper 500 pode controlar uma corrente através de cada um dos enrolamentos de campo 542, da grade resistora 560 e do dispositivo de armazenamento de energia 550 através de uma frequência de comutação do segundo ao sexto semicondutores de energia 572-576.
[0053] Voltando-se agora para a Figura 8, um esquema elétrico de um segundo circuito chopper para uma locomotiva 300 utilizando um motor de derivação CC é geralmente referido por um número de referência 800. Para os fins desta divulgação, um motor de derivação CC pode se referir a um motor CC compreendendo um induzido e um enrolamento de campo conectado em paralelo e pode ser capaz de operar em um modo de motorização e um modo de frenagem dinâmico.
[0054] Como mostrado na Figura 8, o segundo circuito chopper 800 pode compreender um barramento de energia CC 830; um dispositivo de armazenamento de energia 850; um motor de dissipação CC 840, incluindo um induzido 841 e um enrolamento de campo 842; uma grade resistora 860; e uma pluralidade de semicondutores de energia 870. Uma frequência de comutação variável de cada semicondutor de energia 870 pode controlar uma corrente através de cada induzido 841, o enrolamento de campo 842, o dispositivo de armazenamento de energia 850 e a grade resistora 860, conforme descrito em mais detalhes abaixo.
[0055] O barramento de energia CC 830 pode incluir uma linha positiva 831 e uma linha negativa 832, e pode ser o barramento de energia primário da locomotiva 300. O dispositivo de armazenamento de energia 850 pode ser conectado através da linha positiva 831 e da linha negativa 832 e pode ser capaz de carregar a energia de e descarregar a energia para o barramento de energia CC 830. O motor de derivação CC 840 pode incluir um induzido 841 e um enrolamento de campo 842, o enrolamento de campo 842 tendo um primeiro terminal 842A e um segundo terminal 842B. Cada um dentro o induzido 841, o enrolamento de campo 842 e a grade resistora 860 podem ser conectados de forma controlável através da linha positiva 831 e da linha negativa 832. De acordo com algumas configurações, o induzido 841, o enrolamento de campo 842, o dispositivo de armazenamento de energia 850 e a grade resistora 860 podem ser conectados em paralelo através da linha positiva 831 e da linha negativa 832.
[0056] Em algumas modalidades, o barramento de energia CC 830 pode ser desconectado de forma controlável do barramento primário da locomotiva 300, por exemplo, abrindo ou fechando um primeiro interruptor 899, formando assim um circuito isolado. Na mesma ou em outras modalidades, a grade resistora 860 pode compreender qualquer número de elementos resistivos e pode ser configurada em cadeias resistoras, escadas, etc., onde nenhuma limitação é pretendida neste documento. Além disso, enquanto um interruptor 599 é empregado na presente modalidade, outros dispositivos de comutação, tais como contatores, relés, isoladores e similares podem ser empregados em modalidades comparáveis.
[0057] Com referência contínua à Figura 8, a pluralidade de semicondutores de energia 870 pode incluir especificamente um primeiro semicondutor de energia 871 conectando o primeiro terminal do enrolamento de campo 842A à linha positiva 831; um segundo semicondutor de energia 872 conectando o primeiro terminal do enrolamento de campo 842A à linha negativa 832; um terceiro semicondutor de energia 873 conectando o segundo terminal do enrolamento de campo 842B à linha positiva 831; um quarto semicondutor de energia 874 conectando o segundo terminal do enrolamento de campo 842B à linha negativa 832; um quinto semicondutor de energia 875 em série com a grade resistora 860; e um sexto semicondutor de energia 876 em série com o induzido 841.
[0058] Em uma modalidade, cada semicondutor de energia 870 pode incluir um terminal coletor, um terminal emissor e um terminal de portão; cada semicondutor de energia 870 pode ser um bloqueio de tensão reversa; e/ou cada semicondutor de energia 870 pode operar em um estado aberto, estado fechado ou um estado de comutação, conforme controlado por um sinal de portão. Em algumas modalidades, cada semicondutor de energia 870 pode ser um IGBT cujo sinal de portão é controlado pelo dispositivo de gerenciamento de energia 30, por exemplo, através de um sinal PWM. Em várias modalidades, o segundo circuito chopper 800 ainda pode incluir semicondutores de energia adicionais (não mostrados) com várias funcionalidades. Por exemplo, um sétimo semicondutor de energia pode ser implementado em série com o quinto semicondutor de energia 875 e em paralelo com a grade resistora 860, permitindo assim uma capacidade de encurtar a grade resistora 860. Da mesma forma, um oitavo semicondutor de energia pode ser implementado em série com o sexto semicondutor de energia 876 e em paralelo com o induzido 841, permitindo assim uma capacidade de encurtar o induzido 841. E em ainda outras modalidades, múltiplos semicondutores de energia podem ser introduzidos para formar uma ponte H em torno da grade resistora 860. Sem limitação, o circuito chopper 800 pode compreender elementos de circuito adicionais, tais como contatores, relés, disjuntores, transistores, diodos, resistores, capacitores e similares, sem se afastar do escopo da presente divulgação.
[0059] Voltando-se agora para a Figura 9, é mostrada uma configuração do segundo circuito chopper em que o motor de tração 840 está operando no modo de motorização. Durante o modo de motorização, o sexto semicondutor de energia 876 está comutando; e um dentre o segundo semicondutor de energia 872 e o terceiro semicondutor de energia 873 está fechado e o outro está comutando; ou um dentre o primeiro semicondutor de energia 871 e o quarto semicondutor de energia 874 está fechado e o outro está comutando. Os semicondutores de energia restantes 870 estão abertos. Consequentemente, a grade resistora 860 é desconectada e nenhuma energia é dissipada nela. Também pode ser entendido que o primeiro até o quarto semicondutores de energia 871-874 formam uma ponte H em torno do enrolamento de campo 842, controlando assim uma polaridade da corrente de passagem. Em qualquer polaridade, no entanto, a corrente através do enrolamento de campo 842 pode ser controlada por uma frequência de comutação de um dentre o primeiro semicondutor de energia 871, segundo semicondutor de energia 872, terceiro semicondutor de energia 873 ou quarto semicondutor de energia 874, ou seja, o que for o semicondutor de energia de comutação. Da mesma forma, uma corrente através do induzido 841 pode ser controlada por uma frequência de comutação do sexto semicondutor de energia 876. Em resumo, durante o modo de motorização, o circuito chopper 800 pode controlar uma corrente através de cada um dos induzidos 841 e do enrolamento de campo 842 através de uma frequência de comutação dos semicondutores de energia 870.
[0060] Voltando-se agora para a Figura 10, é mostrada uma configuração do circuito chopper 800 em que o motor de tração 840 está operando no modo de frenagem dinâmica. Durante o modo de frenagem dinâmica, um dentre o segundo semicondutor de energia 872 e o terceiro semicondutor de energia 873 está fechado e o outro está comutando; ou um dentre o primeiro semicondutor de energia 871 e o quarto semicondutor de energia 874 está fechado e o outro está comutando. Além disso, o quinto semicondutor de energia 875 está comutando; o sexto semicondutor de energia 876 está fechado; e os semicondutores de energia restantes 870 estão abertos. Pode ser entendido que o primeiro ao quarto semicondutores de potência 871-874 podem formar uma ponte H em torno do enrolamento de campo 842, controlando assim uma polaridade da corrente de passagem. Em qualquer polaridade, no entanto, a corrente através do enrolamento de campo 842 pode ser controlada por uma frequência de comutação de um dentre o primeiro semicondutor de energia 871, segundo semicondutor de energia 872, terceiro semicondutor de energia 873 ou quarto semicondutor de energia 874, ou seja, o que for o semicondutor de energia de comutação.
[0061] Com referência contínua à Figura 10, uma corrente através da grade resistora 860 pode ser controlada por uma frequência de comutação do quinto semicondutor de energia 875. Ao controlar uma corrente através da grade resistora 860, uma dissipação de energia nela pode ser alocada e efetivamente desviada do barramento de energia CC 830 e carregando o dispositivo de armazenamento de energia 850. Assim, de acordo com algumas modalidades, uma corrente através do dispositivo de armazenamento de energia 850 também pode ser operativamente controlada pela frequência de comutação do quinto semicondutor de energia 875. Em resumo, durante o modo de frenagem dinâmica, o circuito chopper 800 controla uma corrente através de cada um dos enrolamentos de campo 842, do dispositivo de armazenamento de energia 850 e da grade resistora 860 através de uma frequência de comutação dos semicondutores de energia 870.
[0062] Ao implementar os circuitos chopper 500, 800 atualmente divulgados, uma locomotiva 300 pode ser dotada de uma fonte de energia híbrida e funcionalidade de frenagem dinâmica. Consequentemente, uma energia fornecida aos motores de tração 340 durante um modo de motorização pode ser controlada finamente, enquanto uma energia alocada ao dispositivo de armazenamento de energia 350 e à grade resistora 360 durante um modo de frenagem dinâmica pode ser precisamente equilibrada.
APLICACÃO INDUSTRIAL
[0063] O presente pedido pode encontrar aplicabilidade industrial para qualquer número de locomotivas e pode ser particularmente útil para locomotivas de combustão interna e locomotivas híbridas.
[0064] Por exemplo, a presente divulgação pode ser aplicada em direção à adaptação de locomotivas de combustão interna, tais como locomotivas elétricas a diesel, locomotivas elétricas a gasolina e locomotivas com trens de força comparáveis que incluem motores primários e motores elétricos. Tais locomotivas podem queimar, sem limitação, diesel, gasolina, biodiesel, querosene, naftaleno, gás natural e/ou outros combustíveis combustivos alternativos para conduzir seu motor principal; e podem fornecer energia elétrica a um ou mais motores de tração. Vantajosamente, a infraestrutura existente dessas locomotivas pode ser capitalizada; e os circuitos chopper divulgados e o dispositivo de armazenamento de energia prontamente implementados através das transmissões neles para permitir a funcionalidade de frenagem dinâmica. Consequentemente, tais locomotivas podem ser habilitadas para recapturar a energia da frenagem, aumentando assim uma eficiência operacional sem mudanças substanciais de hardware.
[0065] A presente divulgação também pode ser aplicada em locomotivas híbridas que já incluem um dispositivo de armazenamento de energia e que são anteriormente capazes de frear dinamicamente. Tais locomotivas podem capturar energia derivada da frenagem dinâmica através de baterias, volantes, células de combustível de hidrogênio, ar comprimido e/ou outras tecnologias de armazenamento de energia. Independentemente disso, os circuitos chopper reivindicados podem ser implementados e podem substituir circuitos de barramento de energia existentes para melhorar ainda mais a eficiência, o controle e a precisão da alocação de energia. Mais especificamente, os circuitos chopper divulgados podem fornecer uma alocação superior de corrente e/ou tensão para cada um dos motores de tração, o dispositivo de armazenamento de energia e os elementos resistivos, em comparação com a tecnologia da técnica anterior, e sem custo proibitivo.
[0066] Os circuitos chopper divulgados podem ser aplicados a um único motor de tração ou acoplados a cada um de uma pluralidade de motores de tração na locomotiva. Além disso, a locomotiva pode ser empregada como, sem limitação, um único carro de transporte autopropelido; a energia motriz para um trem ou comboio; um de muitos carros compreendendo um trem de múltiplas unidades; e ainda outras configurações de comboio. Por exemplo, a locomotiva pode ser empregada em um trem de passageiros, trem de carga, ônibus, vagão ou manobrador, entre outras possibilidades.
[0067] Finalmente, a presente divulgação pode ser relevante para outras categorias de veículos híbridos que utilizam transmissões diesel-elétricas ou a gasolina-elétricas, tais como, mas não limitadas a metrôs, bondes, veículos motorizados, navios de cruzeiro, submarinos, ônibus, automóveis e máquinas industriais.
[0068] Embora o texto anterior estabeleça uma descrição detalhada de várias modalidades diferentes, deve ser entendido que o escopo legal de proteção é definido pelas palavras das reivindicações estabelecidas no final desta patente. A descrição detalhada deve ser interpretada apenas como exemplificativa e não descreve todas as modalidades possíveis, uma vez que descrever todas as modalidades possíveis seria inviável, se não impossível. Várias modalidades alternativas poderiam ser implementadas, usando tanto a tecnologia atual quanto a tecnologia desenvolvida após a data de depósito desta patente, o que ainda estaria dentro do escopo das reivindicações que definem o escopo de proteção.

Claims (10)

  1. Locomotiva (300), caracterizada pelo fato de que compreende: um motor principal (310); um conversor (320) acoplado mecanicamente ao motor principal (310); um dispositivo de gerenciamento de energia (30); e um barramento de energia CC (330) sendo fornecido de energia elétrica pelo conversor (320), em que o barramento de energia CC (330) é conectado de forma controlável através de um circuito chopper (37) para: um motor de tração (340) capaz de operar em um modo de motorização e um modo de frenagem dinâmico; um dispositivo de armazenamento de energia (350) capaz de capturar energia elétrica de e fornecer energia elétrica ao barramento de energia CC (330); e uma grade resistora (360) capaz de dissipar energia elétrica como calor; em que o circuito chopper (37) inclui uma pluralidade de semicondutores de energia (370), cada um com uma frequência de comutação variável e é controlado pelo dispositivo de gerenciamento de energia (30) para controlar uma corrente fornecida a cada um dentre o motor de tração (340), o dispositivo de armazenamento de energia (350) e a grade resistora (360).
  2. Locomotiva (300), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que: durante o modo de motorização, o dispositivo de gerenciamento de energia (30) controla operacionalmente, através do circuito chopper (37), uma corrente fornecida ao motor de tração (340); e durante o modo de frenagem dinâmica, o dispositivo de gerenciamento de energia (30) controla operacionalmente, através do circuito chopper (37), uma distribuição de energia entre o dispositivo de armazenamento de energia (350) e a grade resistora (360).
  3. Locomotiva (300), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que: o motor principal (310) inclui um motor de combustão interna; o conversor inclui (320) um alternador trifásico e um retificador trifásico; o dispositivo de armazenamento de energia (350) inclui uma bateria recarregável e/ou um volante; e cada um dentre a pluralidade de semicondutores de energia (370) no circuito chopper (37) é um transistor bipolar de porta isolada (IGBT).
  4. Locomotiva (300), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a locomotiva (300) tem um primeiro modo de operação durante o qual: um requisito de energia de tração é igual a uma saída de energia do motor principal (310); o motor de tração é fornecido com energia exclusivamente pelo motor principal (310); e o motor de tração (340) opera no modo de motorização; a locomotiva (300) tendo um segundo modo de operação durante o qual: o requisito de energia de tração excede a energia de saída do motor principal (310); o motor de tração (340) é fornecido com energia do motor principal (310) e do dispositivo de armazenamento de energia (350); e ο motor de tração (340) opera no modo de motorização; a locomotiva (300) tendo um terceiro modo de operação durante o qual: a saída de energia do motor principal (310) é zero; o motor de tração (340) é fornecido com energia exclusivamente do dispositivo de armazenamento de energia (350); e o motor de tração (340) opera no modo de motorização; a locomotiva (300) tendo um quarto modo de operação que: a locomotiva (300) está em frenagem e a saída de energia do motor principal (310) é zero; o motor de tração (340) opera no modo de frenagem dinâmica; e uma saída de energia do motor de tração (340) é distribuída entre o dispositivo de armazenamento de energia (350) e a grade resistora (360).
  5. Circuito chopper (800) para uma locomotiva (300) caracterizado pelo fato de que compreende: um barramento de energia CC (830) incluindo uma linha positiva (831) e uma linha negativa (832); um dispositivo de armazenamento de energia (850) conectado através da linha positiva (831) e da linha negativa (832), o dispositivo de armazenamento de energia (850) capaz de carregar e descarregar energia para o barramento de energia CC (830); um motor de derivação CC (840) capaz de operar em um modo de motorização e um modo de frenagem dinâmico, o motor de derivação CC (840) incluindo: um induzido (841) conectado de forma controlável através da linha positiva (831) e da linha negativa (832); um enrolamento de campo (842) conectado de forma controlável através da linha positiva (831) e da linha negativa (832); uma grade resistora (860) conectada de forma controlável através da linha positiva (831) e da linha negativa (832); e uma pluralidade de semicondutores de energia (870), cada um com uma frequência de comutação variável, que controlam uma corrente através de cada um dos induzidos (841), do enrolamento de campo (842), do dispositivo de armazenamento de energia (850) e da grade resistora (860).
  6. Circuito chopper (800), de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que a pluralidade de semicondutores de energia (870) inclui adicionalmente: um primeiro semicondutor de energia (871) conectando um primeiro terminal (842A) do enrolamento de campo (842) à linha positiva (831); um segundo semicondutor de energia (872) conectando o primeiro terminal (842A) do enrolamento de campo (842) à linha negativa (832); um terceiro semicondutor de energia (873) conectando um segundo terminal (842B) do enrolamento de campo (842) à linha positiva (831); um quarto semicondutor de energia (874) conectando o segundo terminal (842B) do enrolamento de campo (842) à linha negativa (832); um quinto semicondutor de energia (875) em série com a grade resistora (860); e um sexto semicondutor de energia (875) em série com o induzido (841); em que cada semicondutor de energia (870) é um bloqueio de tensão reversa e inclui um terminal de portão.
  7. Circuito chopper (800), de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que, durante o modo de motorização: um dentre o segundo semicondutor de energia (872) e o terceiro semicondutor de energia (873) está fechado e o outro está comutando; ou um dentre o primeiro semicondutor de energia (871) e o quarto semicondutor de energia (874) está fechado e o outro está comutando; o sexto semicondutor de energia (876) está comutando; e os semicondutores de energia restantes estão abertos; em que, durante o modo de frenagem dinâmica: um dentre o segundo semicondutor de energia (872) e o terceiro semicondutor de energia (873) está fechado e o outro está comutando; ou um dentre o primeiro semicondutor de energia (871) e o quarto semicondutor de energia (874) está fechado e o outro está comutando; o quinto semicondutor de energia (875) está comutando; o sexto semicondutor de energia (876) está fechado; e os semicondutores de energia restantes estão abertos.
  8. Circuito chopper (500) para uma locomotiva (300) caracterizado pelo fato de que compreende: um barramento de energia CC (530) incluindo uma linha positiva (531) e uma linha negativa (532); um dispositivo de armazenamento de energia (550) conectado através da linha positiva (531) e da linha negativa (532), o dispositivo de armazenamento de energia (550) capaz de carregar e descarregar energia para o barramento de energia CC (530); um motor CC em série (540) capaz de operar em um modo de motorização e um modo de frenagem dinâmico, o motor de derivação CC (540) incluindo: um induzido (541) tendo um primeiro terminal (541 A) e um segundo terminal (542B); um enrolamento de campo (542) tendo um primeiro terminal (542A) e um segundo terminal (542B), o enrolamento de campo (542) conectado de forma controlável em série com o induzido (541) ao longo da linha positiva (531) e da linha negativa (532); uma grade resistora (560) tendo um primeiro terminal (560A) e um segundo terminal (560B), o primeiro terminal (560A) da grade resistora (560) sendo conectado ao primeiro terminal (541A) do induzido (541); um primeiro interruptor (591) conectando o segundo terminal (541B) do induzido (541) à linha positiva (531); um segundo interruptor (592) conectando o segundo terminal (541B) do induzido (541) ao segundo terminal (560B) da grade resistora (560); e uma pluralidade de semicondutores de energia (570), cada um com uma frequência de comutação variável, que controlam uma corrente através de cada um dos induzidos (541), do enrolamento de campo (542), do dispositivo de armazenamento de energia (550) e da grade resistora (560).
  9. Circuito chopper (500), de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que a pluralidade de semicondutores de energia (570) inclui adicionalmente: um primeiro semicondutor de energia (571) conectando o primeiro terminal (541 A) do induzido (541) à linha positiva (531); um segundo semicondutor de energia (572) conectando o primeiro terminal (542A) do enrolamento de campo (542) ao primeiro terminal (541 A) do induzido (541), em série com o primeiro semicondutor de energia (571); um terceiro semicondutor de energia (573) conectando o primeiro terminal (542A) do enrolamento de campo (542) à linha negativa (532); um quarto semicondutor de energia (574) conectando o segundo terminal (542B) do enrolamento de campo (542) ao primeiro terminal (541 A) do induzido (541), em série com o primeiro semicondutor de energia (571); um quinto semicondutor de energia (575) conectando o segundo terminal (542B) do enrolamento de campo (542) à linha negativa (532); e um sexto semicondutor de energia (576) conectando o segundo terminal (560B) da grade resistora (560) ao primeiro terminal (541 A) do induzido (541); em que cada semicondutor de energia (570) é um bloqueio de tensão reversa e inclui um terminal de portão.
  10. Circuito chopper (500), de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que, durante o modo de motorização: o primeiro interruptor (591) está fechado; o segundo interruptor (592) está aberto; um dentre o segundo semicondutor de energia (572) e o quinto semicondutor de energia (575) está fechado e o outro está comutando; ou um dentre o terceiro semicondutor de energia (573) e o quarto semicondutor de energia (574) está fechado e o outro está comutando; e os semicondutores de energia restantes estão abertos; em que, durante o modo de frenagem dinâmica: o primeiro interruptor (591) está aberto; o segundo interruptor (592) está fechado; o primeiro semicondutor de energia (571) está fechado; um dentre o segundo semicondutor de energia (572) e o quinto semicondutor de energia (575) está fechado e o outro está comutando; ou um dentre o terceiro semicondutor de energia (573) e o quarto semicondutor de energia (574) está fechado e o outro está comutando; o sexto semicondutor de energia (576) está comutando; e os semicondutores de energia restantes estão abertos.
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