CN105097250A - 电机器和其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于可选地作为用于交变电压运行的变压器或者作为用于直流电压运行的扼流圈系统来运行的电机器。该电机器包括：具有两个柱的变压器芯；附加绕组，其具有绕制于变压器芯的第一柱的第一附加子绕组和绕制于变压器芯的第二柱并且与第一附加子绕组电连接的第二附加子绕组；高压绕组，其具有绕制于第一附加子绕组的第一高压子绕组和绕制于第二附加子绕组并且与第一高压子绕组电连接的第二高压子绕组；绕制于第一高压子绕组的第一牵引绕组；以及绕制于第二高压子绕组的第二牵引绕组。可选地还在第一牵引绕组上绕制有第一直流电压绕组并且在第二牵引绕组绕制有第二直流电压绕组。

Description

电机器和其应用
技术领域
本发明涉及一种用于可选地作为用于交变电压运行的变压器或者作为用于直流运行的扼流图系统来运行的电机器。本发明还涉及这种电机器的一种应用。
背景技术
欧洲铁路电网现在由四种不同的电压系统组成，即具有15kV和16.67Hz的交变电压的系统，具有25kV和50Hz的交变电压的系统、具有3kV的直流电压的系统和具有1.5kV的直流电压的系统。为了使列车能够在所有这四种电压系统中跨国界地行使，使用这样的车辆驱动装置，其具有用于15kV和25kV的交变电压运行的变压器有源部分和附加的用于3kV和1.5kV的直流电压运行的、具有特定电感的扼流圈。需要直流电压运行中的这种电感，以便遵守列车运营商的输入阻抗要求、电磁兼容性值和干扰电流边界值以及法定的和按标准的规定。以前在直流电压运行中未连接变压器有源部分，并且仅使用单独的扼流圈。而在交变电压运行中连接变压器有源部分并且不使用扼流圈。
发明内容
本发明基于如下任务，即，提出一种改进的、用于可选地作为用于交变电压运行的变压器或者作为用于直流运行的扼流圈系统来运行的电机器。此外，本发明基于如下任务，即，提出这种电机器在车辆中的一种应用，该车辆的车辆驱动这种可选地以外部的交变电压或者直流电压来供应电能。
根据本发明的、用于可选地作为用于交变电压运行的变压器或者作为用于直流电压运行的扼流圈系统来运行的电机器包括具有两个柱的变压器芯、高压绕组、两个牵引绕组和附加绕组。附加绕组包括绕制于变压器芯的第一柱的第一附加子绕组和绕制于变压器芯的第二柱并且与第一附加子绕组电连接的第二附加子绕组。高压绕组包括绕制于第一附加子绕组的第一高压子绕组和绕制于第二附加子绕组并且与第一高压子绕组电连接的第二高压子绕组。第一牵引绕组绕制于第一高压子绕组。第二牵引绕组绕制于第二高压子绕组。
为了作为变压器在交变电压运行中运行，仅需要高压绕组和牵引绕组。仅在直流电压运行中需要附加绕组。在直流电压运行中，可以将牵引绕组用作用于车辆驱动装置的直流电压驱动链的网络滤波器扼流圈。以该方式可以有利地省去用于直流电压运行的附加的扼流圈。在车辆中使用根据本发明的电机器的情况下，这能够相对于具有用于直流电压运行的附加扼流圈的电机器实现重量减小，并且可以将电机器设计得更小、更轻和更低成本。
本发明的一个扩展设有绕制于第一牵引绕组的第一直流电压绕组和绕制于第二牵引绕组的第二直流电压绕组。
直流电压绕组在直流电压运行中可以有利地与牵引绕组电串联，以便必要时相对于仅有牵引绕组提高电感。以该方式可以将电感在直流电压运行中有利地匹配于输入阻抗要求、电磁兼容性值和干扰电流边界值、法律规定和/或标准规定。
本发明的另一扩展设有，变压器芯由铁磁性或亚铁磁性材料制成。
铁磁性或亚铁磁性材料由于其磁性特性而特别有利地适于制造变压器芯。
本发明的另一扩展设有，将附加子绕组电串联。
由此有利地仅需要两个穿通部来接触附加子绕组。
本发明的另一扩展设有，将高压子绕组电并联。
由此有利地在交变电压运行中将牵引绕组磁退耦。
本发明的另一扩展设有至少两个沿着第一柱相继布置的和分别绕制于第一柱的第一子绕组，对于每个第一附加子绕组有一个绕制于该第一附加子绕组的第一高压子绕组，并且对于每个第一高压子绕组有一个绕制于该第一高压子绕组的第一牵引绕组，和/或，至少两个沿着第二柱相继布置并且分别绕制于所述第二柱的第二附加子绕组，对于每个第二附加子绕组有一个绕制于该第二附加子绕组的第二高压子绕组，并且对于每个第二高压子绕组有一个绕制于该第二高压子绕组的第二牵引绕组。
由此可以有利地将牵引绕组的数目匹配于相应的要求。
本发明还设有根据本发明的电机器在具有可选地以外部交变电压或直流电压供以电能的车辆驱动装置的车辆中的应用。在交变电压运行中，将外部的交变电压施加至高压绕组，将附加绕组单侧接地并且在其它侧保持未电连接，并且将牵引绕组分别与用于车辆驱动装置的变流器连接。在直流电压运行中，将高压绕组单侧接地并且在其它侧保持未电连接，将附加绕组短路并且单侧接地，并且将牵引绕组分别作为用于车辆驱动装置的直流电压驱动链的网络滤波器扼流圈接通。
根据本发明的电机器的该应用由于上面已经提及的对用于直流电压运行的附加扼流圈的省去而特别有利地适于可选地借助外部交变电压或直流电压驱动的车辆，其应该尽可能轻质和/或节省构造空间地构建。该应用尤其适于构建为动车或列车的电车头的车辆。
在电机器具有绕制于第一牵引绕组的第一直流电压绕组和绕制于第二牵引绕组的第二直流电压绕组的情况下，将直流电压绕组在交变电压运行中优选单侧接地并且在其它侧保持未电连接，并且在直流电压运行中将至少一个直流电压绕组与牵引绕组电串联。
如上面已经叙述的，可以通过至少一个直流电压绕组和牵引绕组在直流电压中的串联而必要时相对于仅有牵引绕组提高电感，并且将该电感匹配于输入阻抗要求、电磁兼容性值和干扰电流边界值、法律规定和/或标准规定。
本发明的一个扩展设有，车辆驱动装置通过电车电线系统分别在交变电压运行中借助外部交变电压被供以电能并且在直流电压运行中以外部直流电压被供以电能。
该扩展尤其针对本发明对于列车的应用，其可选地应以外部交变电压或直流电压来驱动。
附图说明
上面描述的本发明的特性、特征和优点以及如何实现其的方式方法将接合下面对实施例的描述而变得可清楚理解，这些实施例结合附图来详细阐述。其中：
图1示出了电机器的示意剖视图，
图2示出了电机器在交变电压运行中的绕组接线的示意图，以及
图3示出了电机器在直流电压运行中的绕组接线的示意图。
彼此相应的部分在所有附图中设有相同的附图标记。
具体实施方式
图1示出了电机器1的示意剖视图。电机器1包括具有两个平行的柱5、6的变压器芯3，这两个柱通过两个彼此平行的轭7、8彼此连接。在每个柱5、6上绕制有多个下面详细描述的绕组20、30、40、50、60、70。图1仅示出了在柱5、6之间的区域，绕组20、30、40、50、60、70分别在其中延伸，然而没示出绕组20、30、40、50、60、70的各个导线或匝。此外，未示出绕组20、30、40、50、60、70的与此对应的、在绘图平面中连接于柱5、6的两个外侧的区域，即，其位于变压器芯3的左边和右边。
变压器芯3的柱5、6和轭7、8优选由铁磁性或者亚铁磁性材料制成。
绕组20、30、40、50、60、70包括附加绕组20、高压绕组30、两个牵引绕组40、50和两个直流电压绕组60、70。
附加绕组20包括绕制于变压器芯3的第一柱5的第一附加子绕组21和绕制于变压器芯3的第二柱6并且优选与第一附加子绕组5电串联的第二附加子绕组22。
高压绕组30包括绕制于第一附加子绕组21的第一高压子绕组31和绕制于第二高压子绕组32并且与第一高压子绕组31电并联的第二高压子绕组32。
第一牵引绕组40绕制于第一高压子绕组31。第二牵引绕组50绕制于第二高压子绕组32。
第一直流电压绕组60绕制于第一牵引绕组40。第二直流电压绕组70绕制于第二牵引绕组50。
在此，第一附加子绕组21、第一高压子绕组31、第一牵引绕组40和第一直流电压绕组60同心地绕制于第一柱5。
第二附加子绕组22、第二高压子绕组32、第二牵引绕组50和第二直流电压绕组70同心地绕制于第二柱6。
图2和3分别示出了在图1中示出的电机器1的绕组20、30、40、50、60、70在图2中示出的交变电压运行中和在图3中示出的直流电压运行中的接线的示意图。在此，在车辆中使用电机器1，该车辆具有车辆驱动装置80，其可选地通过外部交变电压或者外部直流电压来经由电车电线系统90被供以电能。电车电线系统90例如包括例如构建为架空线的电车电线91和例如实现为车辆轨道的接地的返回线92。在电车电线91和返回线92之间分别施加了交变电压或直流电压。
图2示出了绕组20、30、40、50、60、70在电机器1的交变电压运行中的接线。
在此，高压绕组30的第一端部通过第一高压绕组接线端子33与电车电线91电连接，并且高压绕组30的第二端部通过第二高压绕组接线端子34与返回线92连接。
第一牵引绕组40在第一端部处通过第一牵引绕组接线端子41并且在第二端部处通过第二牵引绕组接线端子42与(未详细示出的)用于车辆驱动装置80的变流器连接。第二牵引绕组50在第一端部处通过第三牵引绕组接线端子51并且在第二端部处通过第四牵引绕组接线端子52与(未详细示出的)用于车辆驱动装置80的变流器连接。
第一直流电压绕组60仅通过第二直流绕组接线端子62与返回线92电连接并且由此单侧接地，并且在其它侧保持未电连接。第二直流电压绕组70仅通过第二直流电压绕组接线端子72与返回线92电连接并且由此单侧接地，并且在其它侧保持未电连接。附加绕组20仅通过第二附加绕组接线端子24与返回线92电连接并且由此单侧接地，并且在其它侧保持未电连接。
图3示出了绕组20、30、40、50、60、70在电机器1的直流电压运行中的接线。
高压绕组30仅通过第二高压绕组接线端子34与返回线92电连接并且由此单侧接地，并且在其它侧保持未电连接。
附加绕组20通过两个附加绕组接线端子23、24的电连接被短路并且通过第二附加绕组接线端子24与返回线92连接和由此接地。
第一牵引绕组40通过第一牵引绕组接线端子41与电车电线91电连接并且通过第二牵引绕组接线端子42和第一直流电压绕组接线端子61与第一直流电压绕组60连接。第一直流电压绕组60还通过第二直流电压绕组接线端子62与(未详细示出的)车辆驱动装置80的直流电压驱动链连接。由此，第一牵引绕组40、第一直流电压绕组60和其接线端子41、42、61、62用作车辆驱动装置80的直流电压驱动链的网络滤波器扼流圈。
第二牵引绕组50通过第三牵引绕组接线端子51与电车电线91并且通过第四牵引绕组接线端子52和第三直流电压绕组接线端子71与第二直流电压绕组70连接。第二直流电压绕组70还通过第四直流电压绕组接线端子72与(未详细示出的)车辆驱动装置80的直流电压驱动链连接。由此，第二牵引绕组50、第二直流电压绕组70和其接线端子51、52、71、72同样用作车辆驱动装置80的直流电压驱动链的网络滤波器扼流圈。
替选于在图1至3中示出的实施例，在其它实施例中例如可以在如下情况下没有直流电压绕组60、70，即，当仅通过牵引绕组40、50就已经可以实现用于直流电压运行的、具有足够电感的网络滤波器扼流圈时，和/或可以在每个柱5、6上仅将一个牵引绕组40、50绕制于相应的高压子绕组31、32。
车辆例如是动车或者列车的电车头。为了在开头提到的欧洲铁路电网的不同电压系统中运行这种车辆，将电机器1设计为在交变电压运行中将15kV和/或25kV的交变电压转换为车辆驱动装置80所需的交变电压，并且在直流电压运行中借助牵引绕组40、50和(可选地借助)直流电压绕组60、70实现具有用于3kV和/或1.5kV的直流电压的所需电感的网络滤波器扼流圈。
虽然通过实施例详细图解和描述了本发明但是本发明不通过所公开的示例受限，并且本领域技术人员可以从中导出其它变型，而不偏离本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于可选地作为用于交变电压运行的变压器或者作为用于直流电压运行的扼流圈系统来运行的电机器(1)，该电机器(1)包括：
-具有两个柱(5，6)的变压器芯(3)；
-附加绕组(20)，其具有绕制于变压器芯(3)的第一柱(5)的第一附加子绕组(21)和绕制于变压器芯(3)的第二柱(6)并且与第一附加子绕组(21)电连接的第二附加子绕组(22)；
-高压绕组(30)，其具有绕制于第一附加子绕组(21)的第一高压子绕组(31)和绕制于第二附加子绕组(22)并且与第一高压子绕组(31)电连接的第二高压子绕组(32)；
-绕制于第一高压子绕组(31)的第一牵引绕组(40)；以及
-绕制于第二高压子绕组(32)的第二牵引绕组(50)。
2.根据权利要求1所述的电机器(1)，其特征在于，绕制于第一牵引绕组(40)的第一直流电压绕组(60)和绕制于第二牵引绕组(50)的第二直流电压绕组(70)。
3.根据上述权利要求中任一项所述的电机器(1)，其特征在于，所述变压器芯(3)是由铁磁性或亚铁磁性材料制成的。
4.根据上述权利要求中任一项所述的电机器(1)，其特征在于，附加子绕组(21，22)电串联。
5.根据上述权利要求中任一项所述的电机器(1)，其特征在于，高压子绕组(31，32)电并联。
6.根据上述权利要求中任一项所述的电机器(1)，其特征在于至少两个沿着第一柱(5)相继布置并且分别绕制于所述第一柱(5)的第一附加子绕组(21)，对于每个第一附加子绕组(21)有一个绕制于该第一附加子绕组(21)的第一高压子绕组(31)，并且对于每个第一高压子绕组(31)有一个绕制于该第一高压子绕组(31)的第一牵引绕组(40)。
7.根据上述权利要求中任一项所述的电机器(1)，其特征在于至少两个沿着第二柱(6)相继布置并且分别绕制于所述第二柱(6)的第二附加子绕组(22)，对于每个第二附加子绕组(22)有一个绕制于该第二附加子绕组(22)的第二高压子绕组(32)，并且对于每个第二高压子绕组(32)有一个绕制于该第二高压子绕组(32)的第二牵引绕组(50)。
8.根据上述权利要求中任一项所述的电机器(1)在具有可选地以外部的交变电压或直流电压供以电能的车辆驱动装置(80)的车辆中的一种应用，其中
-在交变电压运行中，将外部的交变电压施加至高压绕组(30)，将附加绕组(20)单侧接地并且其它侧保持未电连接，并且将牵引绕组(40，50)分别与用于车辆驱动装置(80)的变流器连接，以及
-在直流电压运行中，将高压绕组(30)单侧接地并且其它侧保持未电连接，将附加绕组(20)短路并且单侧接地，并且将牵引绕组(40，50)分别作为用于车辆驱动装置(80)的直流电压驱动链的网络滤波器扼流圈来接通。
9.一种根据权利要求8所述的应用，其处于如下情况下，即，电机器(1)具有绕制于第一牵引绕组(40)的第一直流电压绕组(60)和绕制于第二牵引绕组(50)的第二直流电压绕组(70)，其特征在于，在交变电压运行中将直流电压绕组(60，70)单侧接地并且在其它侧保持未电连接，以及，在直流电压运行中将至少一个直流电压绕组(60，70)与牵引绕组(40，50)电串联。
10.根据权利要求8或9所述的应用，其特征在于，车辆驱动装置(80)通过电车电线系统(90)分别在交变电压运行中借助外部交变电压被供以电能并且在直流电压运行中以外部直流电压被供以电能。
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