CZ295750B6

CZ295750B6 - Pevný systém pro spodní přívod proudu pro elektrické vozidlo a elektrické vozidlo tímto systémem napájené

Info

Publication number: CZ295750B6
Application number: CZ20003966A
Authority: CZ
Inventors: Daniel Cornic
Original assignee: Alstom
Priority date: 1999-10-25
Filing date: 2000-10-25
Publication date: 2005-10-12
Also published as: EP1095812A1; TR200003105A2; TR200003105A3; RU2268826C2; BR0004991A; FR2800020A1; CA2324429A1; FR2800020B1; AU764952B2; ATE491596T1; KR20010051247A; HK1039097A1; ES2356424T3; EP1095812B1; PL343340A1; DE60045364D1; KR100655844B1; CN1302744A; JP2001163088A; CA2324429C

Abstract

Systém zahrnuje sled vodivých segmentů (16A, 16B, 16C, 16D), které jsou navzájem elektricky izolovány a spolu tvoří vodivou napájecí trasu (16), proti níž je přiložena alespoň jedna dotyková část (32) napájecího sběrače vozidla (10), a soubor vysokonapěťových napájecích zařízení (20), z nichž každé je připojeno k vodivému segmentu (16A, 16B, 16C, 16D) a každé je opatřeno prostředky pro detekci dotykové části (32) sběrače, a spínacími prostředky, uzpůsobeným pro selektivní přivedení napájecího proudu na příslušný segment (16A, 16B, 16C, 16D), když je na něm přítomna dotyková část (32) sběrače, a pro připojení vedení (26) nulového potenciálu, když na segmentu (16A, 16B, 16C, 16D) není přítomna dotyková část (32) sběrače. Spínací prostředky zahrnují dvojici prvků (T1, T2) tvořících statické spínače řízené detekčními prostředky pro přivedení napájecího proudu na příslušný segment (16A, 16B, 16C, 16D), když je na něm přítomna dotyková část (32) sběrače, respektive pro jeho připojení na zdroj nulového potenciálu, když na něm není přítomna dotyková část (32) sběrače. Každé napájecí zařízení (20) dále zahrnuje zkratovací prostředky, které jsou v klidové poloze tlačeny do uzavřeného stavu, jsou vloženy mezi příslušným segmentem (16A, 16B, 16C, 16D) a vedením (26) nulového potenciálu, a jsou otevírány detekčními prostředky. Elektrické vozidlo (10) zahrnuje alespoň jednu dotykovou část (32) sběrače pro přívod proudu do motoru vozidla (10), která je určena pro přiložení na vodivou trasu systému pro spodní přívod proudu, a ke které jsou připojeny prostředky pro vysílání kódovaného signálu nesoucího informaci týkající se typu vozidla, ke k

Description

Pevný systém pro spodní přívod proudu pro elektrické vozidlo a elektrické vozidlo tímto systémem napájené

Oblast techniky

Vynález se týká systému pro spodní přívod proudu pro elektrické vozidlo, zejména pro elektrické kolejové vozidlo. Také se týká elektrického vozidla tímto systémem napájeného.

Dosavadní stav techniky

Výraz „systém pro spodní přívod proudu“ je třeba chápat jako napájecí systém, pomocí něhož se přivádí elektrická energie potřebná pro napájení motoru vozidla prostřednictvím segmentované vodivé trasy, kterou je opatřena vozovka, po které vozidlo jede, přičemž segmenty této vodivé trasy, nacházející se pod proudem, jsou v každém okamžiku zakryty vnějším obrysem vozidla, na rozdíl od napájecích systémů používajících síť nadzemního vedení, ke kterému je přiložen sběrací pantograf.

Napájecí systém používající nadzemní vedení má četné neakceptovatelné nevýhody, zejména nevýhody spojené s estetickým vzhledem, které je činí nevhodnými pro napájení vozidel určených pro jízdu přes chráněné historické oblasti, například vybraná městská centra.

Systémy pro spodní přívod proudu, ve kterých jsou napájecí zařízení pro vodivé trasy zabudována ve vozovce, tyto nevýhody překonávají.

V současné době je známo několik typů systémů pro spodní přívod proudu.

Jeden příklad známého systému je popsán v dokumentu EP-A 0 761 493. Tento systém zahrnuje vodivou trasu sestávající ze sledu desek, navzájem elektricky izolovaných, které pokrývají kanál, uvnitř něhož se rozprostírá elasticky deformovatelný pás obsahující feromagnetický materiál, přičemž dvě strany tohoto pásu jsou pokryty vodivým materiálem.

Horní strana pásuje připojena k napájecímu vedení.

Podle této techniky je železniční vozidlo vybaveno magnety schopnými přitáhnout pás tak,že pás prostřednictvím své horní strany přichází do styku s jednou z desek vodivé trasy, proti níž se pohybuje dotyková část napájecího sběrače vozidla.

Tento typ napájecího systému, ačkoliv je esteticky atraktivnější, má nezanedbatelnou dobu odezvy a vyžaduje přítomnost pohyblivého prvku, jmenovitě elasticky deformovatelného pásu, který může zapříčinit nezanedbatelný počet závad.

Podstata vynálezu

Cílem vynálezu je odstranit tyto nevýhody a vytvořit systém pro spodní přívod proudu mající vysokou provozní jednoduchost, mající minimální dobu odezvy a umožňující dosažení větší bezpečnosti, spolehlivosti a použitelnosti.

Předmětem vynálezu je tedy systém pro spodní přívod proudu pro elektrické vozidlo, zejména pro kolejové vozidlo, zahrnující sled vodivých segmentů, které jsou navzájem elektricky izolovány a spolu tvoří vodivou napájecí trasu, proti níž je přiložena alespoň jedna dotyková část napájecího sběrače vozidla, přičemž tato dotyková část nebo části sběrače během pohybu vozidla přichází postupně do styku s těmito segmenty, a soubor vysokonapěťových napájecích zařízení

-1 CZ 295750 B6 z nichž každé je připojeno k vodivému segmentu a každé je opatřeno prostředky pro detekci dotykové části sběrače a spínacími prostředky, uzpůsobenými pro selektivní přivedení napájecího proudu na příslušný segment, když je na něm přítomna dotyková část sběrače, a pro připojení uvedeného segmentu na zdroj nulového potenciálu, když na něm není přítomna dotyková část sběrače, charakteristický tím, že spínací prostředky zahrnují dvojici prvků tvořících statické spínače řízené detekčními prostředky pro přivedení napájecího proudu na příslušný segment, když je na něm přítomna dotyková část sběrače, respektive pro jeho připojení na zdroj nulového potenciálu, když na něm není přítomna dotyková část sběrače, a tím, že každé napájecí zařízení dále zahrnuje zkratovací prostředky, které jsou v klidové poloze tlačeny do uzavřeného stavu, jsou vloženy mezi příslušným segmentem a zdrojem nulového potenciálu, a jsou otevírány detekčními prostředky.

Tento systém pro spodní přívod proudu může dále mít některý z následujících znaků, realizovaných jednotlivě nebo v jakékoliv technicky možné kombinaci:

- prostředky pro detekci, zda je dotyková část sběrače přítomna na příslušném segmentu zahrnující prostředky pro detekci kódového signálu vysílaného vozidlem, pomocí vedení nosného proudu, do uvedeného zařízení prostřednictvím dotykové části sběrače;

- protože kódovaný signál nese kódovanou informaci týkající se vozidla, které ji vysílá, detekční prostředky zahrnují prostředky pro zpracování uvedené informace a prostředky pro porovnání dat získaných tímto zpracováním s daty odpovídajícími informaci týkající se vozidla, které smí jet po vodivé trase;

- detekční prostředky zahrnují prostředky pro ověření, že kódovaný signál byl v úplnosti přijat, zpracováním redundantního cyklického kódu obsaženého v tomto signálu;

- dále zahrnuje zařízení pro monitorování napětí na každém segmentu připojeném ke každému z uvedených detekčních prostředků, přičemž uvedené monitorovací zařízení zahrnuje prostředky pro porovnávání napětí na příslušném segmentu s maximální prahovou hodnotou, a soubor logických obvodů konstruovaných pro vyvolání uzavření zkratovacích prostředků, jestliže je překročena prahová hodnota a dotyková část sběrače není přítomna;

- monitorovací zařízení je vytvořeno jako prvek nezávislý na vyhodnocovacích prostředcích;

- každé napájecí zařízení je opatřeno tavnou pojistkou zařazenou v sérii se spínacím prvkem, který řídí přívod proudu do příslušného segmentu;

- detekční prostředky jsou připojeny k zařízením pro přivádění proudu do předem stanoveného počtu bezprostředně sousedících segmentů pro přestavení spínacích prostředků těchto zařízení tak, aby příslušné segmenty byly napájeny proudem, když uvedené detekční prostředky uvedou spínací prostředky do polohy, ve které je příslušný segment napájen proudem;

- detekční prostředky zahrnují mikroprocesor připojený k zesilovači a pásmovém filtru, jehož výstup řídí přívod proudu a/nebo řídí spínání prvků tvořících spínače;

- prvky tvořící statické spínače sestávají z bipolámích izolačně-hradiových tranzistorů (IGBT, insulated-gate bipolar transistor);

- každé napájecí zařízení zahrnuje prostředky pro monitorování napětí na výstupech každého IGBT tranzistoru za účelem zabránění napájení příslušného segmentu proudem, nastane-li porucha, zejména jestliže proud protékající tranzistory má vyšší hodnotu než je přípustná maximální hodnota;

- napájecí zařízení jsou umístěna v utěsněných vyjímatelných modulech uložených v kanálu, který je vytvořen ve vozovce po které vozidlo jede a je utěsněným způsobem zakryt vodivými segmenty, přičemž podélně v kanálu probíhá vysokonapěťové napájecí vedení a vedení připojené k nulovému potenciálu zajišťující uzavření napájecího okruhu;

- kanál je umístěn přibližně v centrální části vozovky, po které vozidlo jede;

-2CZ 295750 B6

- prostředky pro přivádění proudu do spínacích prostředků a detekčních prostředků zahrnují vysokonapěťové napájecí vedení;

- když má vozidlo druhou dotykovou část sběrače zajišťující uzavření okruhu napájecího proudu, detekční prostředky zahrnují prostředky pro rozlišování polarity napájecí dotykové části sběrače a dotykové části sběrače pro uzavření okruhu proudu;

- výstupy napájecích zařízení tvoří prostředky pro lokalizaci vozidla, určené pro lokálně fungující signalizační zařízení, a/nebo prostředky pro zjišťování poruch pro účely provádění diagnostické kontroly.

Předmětem vynálezu je také elektrické vozidlo určené pro napájení pomocí systému pro spodní přívod proudu popsaného výše, charakteristické tím, že zahrnuje alespoň jednu dotykovou část sběrače pro přívod proudu do motoru vozidla, která je určena pro přiložení na vodivou trasu systému pro spodní přívod proudu, a ke které jsou připojeny prostředky pro vysílání kódovaného signálu nesoucího informaci týkající se typu vozidla, ke kterému elektrické vozidlo náleží.

S výhodou, když vozidlo sestává z elektrického vozidla vedeného vodicí kolejnicí, je uzavření okruhu napájecího proudu zajištěno vodicí kolejnicí.

Variantně vozidlo zahrnuje alespoň jednu druhou dotykovou část sběrače zajišťující uzavření okruhu napájecího proudu, přičemž tato druhá dotyková část sběrače je podélně vzdálena od dotykové části pro napájení proudem o předem stanovený počet segmentů.

Přehled obrázků na výkresech

Další znaky a výhody vynálezu jsou zřejmé z následujícího popisu uvedeného pouze jako příklad s odkazem na výkresy, na kterých představuje obr. 1 schematické znázornění ilustrující příklad instalace systému pro spodní přívod podle vynálezu, obr. 2 řez vozovkou opatřenou kanálem opatřeným systémem pro spodní přívod proudu podle vynálezu, a obr. 3 blokové schéma napájecího systému podle vynálezu a elektrického vozidla tímto systémem napájeného.

Příklady provedení vynálezu

Obr. 1 představuje příklad instalace spodního přívodu proudu do elektrického vozidla 10.

Ve znázorněném vytvoření je vozidlo 10 vytvořeno jako vozidlo veřejné dopravy, zejména tramvaj.

Je však zřejmé, že vynález se týká jakéhokoliv typu elektrických vozidel, například soukromých aut, elektrických autobusů nebo kolejových vozidel.

Ve znázorněném vytvoření vozidlo 10 jeden po vozovce 12 opatřené pojezdovými kolejnicemi 14, které vedou vozidlo.

Tyto kolejnice mohou být vynechány, jestliže je vozidlo 10 opatřeno vodícími koly, s výhodou opatřenými pneumatikami.

-3 CZ 295750 B6

Vysokonapěťová napájecí trasa 16, například 750 V, určená pro přivádění elektrické energie do motoru vozidla 10, se rozprostírá podél vozovky 12 centrálně vzhledem ke kolejnicím 14, tedy podél středové osy vozidla 10.

Napájecí trasa 16 je určena pro spolupůsobení s jednou nebo více napájecími dotykovými částmi nebo dotykovými částmi napájecího sběrače, kterým je vozidlo 10 vybaveno.

Jak je zřejmé z obr. 1, napájecí trasa 16 sestává ze sledu vodivých segmentů 16A, 16B, 16C, proti nimž je přiložena dotyková část napájecího sběrače vozidla 10 během jeho pohybu.

Každý segment 16A, 16B, 16C má délku, která je závislá na délce napájeného vozidla 10. Jejich šířka je zvolena tak, aby byly schopny zajistit kontakt s dotykovou částí sběrače po celé šířce s ohledem na jeho možné pohyby do stran bez omezení.

Segmenty 16A, 16B, 16C jsou vzájemně izolovány pomocí vhodného izolačního materiálu.

Jak je zřejmé z obr. 2, segmenty 16A, 16B, 16C ve vzájemném sledu tvořícím napájecí trasu 16 jsou uspořádány tak, že pokrývají kanál 18, ve kterém je uspořádán soubor vysokonapěťových napájecích zařízení 20, přičemž každé napájecí zařízení 20 je elektricky připojeno k vodivému segmentu 16A.

K propůjčení dostatečné mechanické pevnosti umožňující odolávat namáhání provozem, je každý segment 16A namontován na rámu 22 vytvořeném z izolačního materiálu, kteiý je sám utěsněné upevněn na okrajích kanálu 18.

Napájecí zařízení 20, a je-li třeba také segment 16A a rám 22, který mu odpovídá, s výhodou tvoří vyjímatelnou a vyměnitelnou modulární sestavu, což usnadňuje provádění údržby a výměnu opotřebovaných nebo vadných prvků.

Zejména napájecí zařízení 20 jsou všechna umístěna ve vyjímatelných a utěsněných modulech.

Celá sestava odolává dočasnému zaplavení trasy.

Jak je zřejmé z obr. 2, napájecí vedení 24 vysokonapěťového zařízení 20 a vedení 26 připojené k nulovému potenciálu zajišťující uzavření okruhu napájecího proudu, vede podél kanálu 18 a je spojeno se souborem napájecích zařízení 20.

Každé napájecí zařízení 20 zahrnuje spínací prostředky, které selektivně přivádějí proud do vodivých segmentů 16A, 16B, 16C, jakmile dojde ke kontaktu mezi segmentem 16A, 16B, 16C a přívodní dotykovou částí vozidla 10, a připojují tyto segmenty 16A, 16B, 16C k nulovému potenciálu, nejsou-li v tomto kontaktu.

Spínací prostředky s výhodou také napájejí proudem dva bezprostředně sousedící segmenty 16A. 16B, 16C. přičemž toto napájení je v nepřítomnosti tohoto sousedního odpojeno.

Když tedy vozidlo 10 jede podél vodivé trasy 16, je napájeno napájecím zařízením 20 spojeným se segmentem 16A, 16B a 16C, se kterými jev kontaktu, ostatní segmenty vně těchto sousedních segmentů 16A, 16B, 16C zůstávají bez proudu, to znamená připojeny knulovému potenciálu.

Je třeba poznamenat, že napájecí dotyková část nebo částí, kterými je vozidlo 10 vybaveno, jsou podélně rozmístěny takovým způsobem, že segmenty 16A, 16B, 16C nacházející se pod proudem odděluje od konce vozidla 10 předem stanovený počet segmentů bez proudu.

Tato vlastnost, spojená s tím, že napájecí trasa 16 je umístěna centrálně a napětí každého segmentu 16A, 16B, 16C je trvale kontrolováno, vylučuje riziko usmrcení elektrickým proudem,

-4CZ 295750 B6 které může nastat v případě, že uživatel, například chodec nebo motorové vozidlo, by přišel do styku se segmentem 16A, 16B, 16C pod proudem, tím, že zabraňuje odkrytí nebo izolování segmentu 16 A, 16B, 16C.

Jak bude zmíněno dále, spínací rychlost zařízení je zvolena tak, že segmenty 16A, 16B, 16C jsou opět bez proudu dříve, než projede konec vozidla 10.

Zařízení 20 pro napájení segmentů 16A, 16B, 16C proudem bude nyní podrobně popsáno za pomoci obr. 3.

Na tomto obrázku je znázorněna jen část vozidla 10. Popisované vytvoření odpovídá vozidlu majícímu hybridní napájení, to znamená že je konstruováno pro napájení proudem prostřednictvím nadzemní sítě nebo spodem.

Kromě toho, ve znázorněném vytvoření je vozidlo 10 opatřeno koly 34 vedenými kolejnicemi 14, přičemž uzavření okruhu proudu je realizováno prostřednictvím kolejnic 14.

Pokud by mělo vozidlo 10 být opatřeno koly s pneumatikami, bez vodicích kolejnic, uzavření okruhu proudu by bylo realizováno prostřednictvím zvláštní záporné dotykové části, která by vstupovala do kontaktu se segmentem trasy 16 pro uzavření okruhu proudu. V tomto případě jsou tyto dvě dotykové části odděleny předem stanoveným počtem segmentů 16A, 16B, 16C.

Jak je zřejmé z obr. 3, trakční systém 28 vozidla 10 je jednak připojen buď k pantografu 30 pro jeho napájení prostřednictvím sítě nadzemního vedení, nebo k dotykové části 32 pro jeho napájení prostřednictvím systému pro spodní přívod proudu, jednak ke kolům 34 vozidla pro uzavření okruhu napájecího proudu.

Pro volbu módu napájení spínač 36 v sérii s filtračním obvodem 38 selektivně spojuje trakční systém 28 buď s pantografem 30, nebo s dotykovou částí 32.

Přepínání může být prováděno buď řidičem vozidla 10, nebo automaticky.

Ve druhém případě jsou vstupy do oblasti umožňující spodní přívod proudu vybaveny světelnými signály, které komunikují s vhodnými detektory namontovanými na palubě vozidla pro spuštění dotykových částí 32 sběračů a přepnutí spínače 36.

V dalším popisu se předpokládá, že spínač 36 má polohu pro napájení trakčního systému 28 prostřednictvím dotykové části 32.

Jak je zřejmé z obr. 3, silový kabel 40 spojující trakční systém 28 a dotykovou část 32 je připojen k vysílacímu obvodu 42, který vysílá kódovaný signál přenášející, prostřednictvím nosného proudu, informaci týkající se typu vozidla, ke kterému vozidlo 10 náleží, přičemž tento kódovaný signál je přenášen vedením ke každému napájecímu zařízení 20 prostřednictvím dotykové části 32 s níž je propojeno.

Kódovaný signál je přenášen například frekvencí 180 až 220 kHz.

Kromě toho, kombinace 43 dioda/tyristor umožňuje rekuperaci energie.

Z obr. 3 je zřejmé, že segmenty 16A, 16B a 16C viditelné na obr. 1 nejsou v kontaktu s dotykovou částí 32, a jen segment 16D je v kontaktu s dotykovou částí 32. Jen segment 16D tedy vede trakční proud, přičemž segmenty 16C a 16E jsou pod proudem prostřednictvím sousedního ovládání, a ostatní segmenty 16A, 16B jsou připojeny k nulovému potenciálu.

-5CZ 295750 B6

Z důvodu jasnosti jsou znázorněna jen tři napájecí zařízení 20. Je však zřejmé, že každý segment 16A, 16B - 16E je opatřen takovýmto zařízením.

Konstrukce tohoto napájecího zařízení 20 je popsána dále.

Každý vodivý segment 16A, 16B, 16C je připojen jednak ke stupni 44 pro detekci přítomnosti dotykové části 32 a pro vyhodnocení signálů přijatých z vysílače 42, a jednak ke spínacímu stupni 45, který zapíná napájení segmentů 16A, 16B, 16C proudem, když je detekována přítomnost dotykové části 32 na tomto segmentu 16A, 16B, 16C, který je v klidu připojen vedením 26 k nulovému potenciálu.

Detekční a analyzovací stupeň 44 zahrnuje modul 46 pro přijímání nosného proudu z vysílače 42.

Tento modul 46 je zhotoven pomocí konvenčních technik vhodných pro filtraci, demodulaci a získávání dat vysílaných vysílačem. Nebude zde proto podrobně popisován. Nicméně je třeba uvést, že předává získaná data do mikropočítače 48, který provádí aktuální detekci dotykové části 32 a analýzu dat získaných ze signálu přicházejícího z vysílače 42.

Mikropočítač 48 provádí tuto detekci a tuto analýzu především pomocí kódování typu cyklického rozpoznávání (CRC, cyclic recognition), to znamená, že zpracovává data předávaná přijímacím modulem 46 pro vypočtení specifického kódu a porovnává tento kód s předem stanoveným kódem, který je uložen v paměti a odpovídá typu vozidla, které smí jet po vodivé trase 16.

Tímto způsobem je zamezeno napájení vozidla, které není kompatibilní s úrovní napětí poskytovaného napájecími zařízeními 20.

Poté, to znamená jednak po detekci signálu vysílaného vysílačem 42, odpovídajícího přítomnosti dotykové části 32 na vodivém segmentu 16A, 16B, 16C, ke kterému náleží napájecí zařízení 20, a jednak po analýze získaných dat pro určení, zdaje vozidlo 10 kompatibilní s napájecím zařízením 20, vyšle napájecí zařízení 20 řídicí signál pro spínací stupeň 45.

Jak je zřejmé z obr. 3, spínací stupeň 45 sestává hlavně z kombinace dvojice prvků tvořících statické spínací prvky TI a T2. Je konstruován pro připojení vodivého segmentu 16 kvysokonapěťovému napájecímu vedení 24, když je dotyková část 32 přítomna, resp. k vedení 26 uzavírajícímu proudový okruh, když dotyková část32 není přítomna.

S výhodou, pro dosažení časů odezvy kompatibilních s rychlostí pohybu vozidla 10, sestávají tyto prvky TI a T2 z bipolámích izolačně-hradlových tranzistorů (IGBT, insulated-gate bipolar transistor).

Hradlo, emitor a kolektor každého z těchto tranzistorů jsou připojeny k obvodu 49 resp. 50 řídicímu jeho spínání, připojenému k mikropočítači 48.

Každý z těchto řídicích obvodů 49 a 50 tvoří zesilovač konstruovaný pro poskytnutí energie potřebné pro řízení spínacích prvků TI a T2, a pásmový filtr soustředěný na jmenovitou frekvenci řídicího signálu generovaného mikropočítačem 48 pro eliminaci signálů způsobených poruchami.

Kromě toho, emitor El spínacího prvku TI je připojen k segmentu 16D a kolektor Cl tohoto prvku TI je připojen prostřednictvím tavné pojistky F k napájecímu vedení 24.

Na druhé straně, kolektor C2 druhého spínacího prvku T2 je připojen k segmentu 16D a emitor E2 tohoto prvku T2 je připojen k vedení 26 připojenému na nulový potenciál.

Z obr. 3 je dále zřejmé, že napájecí zařízení 20 zahrnuje zkratovací obvod, sestávající ze spínacího prvku 52, otevíraného kontrolním členem 54, který sám je řízen mikropočítačem 48.

-6CZ 295750 B6

Dojde-li k poruše, to znamená chybí-li příslušný řídicí signál předávaný mikropočítačem 48 řídicímu členu 54, spínací prvek 52 je zatlačen do uzavřeného stavu pomocí vhodného pružného prvku, a segment 16D je připojen k nulovému potenciálu.

Tento obvod umožňuje zajistit, aby všechny izolované nebo vadné segmenty 16A, 16B, 16C byly efektivně a trvale připojeny k vedení 26 nulového potenciálu.

Na druhé straně, tento obvod je kombinován s (neznázoměným) monitorovacím logickým obvodem, vytvořeným z vhodných analogových součástí, který pro zjištění provozních závad nezávislým způsobem nepřetržitě monitoruje napětí každého segmentu 16A, 16B, 16C, a který porovnává toto napětí s přípustnou maximální hodnotou, například nastavenou na 30 voltů.

Výsledek tohoto srovnání, spojený s nepřítomností signálů z vozidla 10, zapříčiňuje odpojení spínacího prvku 52, jestliže je překročena nastavená prahová hodnota.

Přítomnost tavné pojistky F vylučuje jakékoliv riziko krátkého spojení mezi vysokonapěťovým napájecím vedením a vedením nulového potenciálu, měla-li by detekovaná porucha vést ke zkratování spínacího prvku TI.

V tomto případě se tavná pojistka F spálí, čímž je definitivně způsobeno připojení příslušného segmentu 16D k nulovému potenciálu.

Řídicí zařízení tj. mikropočítač 48 a řídicí obvod 50 zahrnuje prostředky pro monitorování napětí mezi výstupy kolektoru Cl, C2 a emitoru El, E2 každého tranzistoru, aby bylo přerušeno napájení příslušného segmentu 16A, 16B, 16C proudem, nastane-li porucha, zejména jestliže proud protékající tranzistory má vyšší hodnotu než je přípustná maximální hodnota.

Je třeba poznamenat, že zjištění poruchy mikropočítačem 48 má za následek vyslání poplachového signálu, přenášeného zvláštním vedením 56, do kontrolního střediska (neznázoměného), přičemž tento signál je zpravidla v kódované formě a umožňuje lokalizaci vadného napájecího zařízení 20.

Dále je třeba poznamenat, že mikropočítače 48 každého napájecího zařízení 20 jsou spojeny prostřednictvím přímé vazby n-1 a n+1 s mikropočítači 48 bezprostředně sousedních zařízení 20. Jakmile je při činnosti zařízení 20 jeden ze segmentů 16A, 16B, 16C napájecí trasy 16 napájen proudem, příslušný mikropočítač 48 vysílá do tohoto zařízení 20 bezprostředně předcházejícího a bezprostředně následujícího mikropočítače 48 signál, který uvádí příslušné spínací prvky TI aT2 do takového stavu, že jsou sousední segmenty 16A, 16B, 16C napájeny proudem, aby byla zajištěna kontinuita vedení mezi těmito sousedními segmenty 16A, 16B, 16C.

Například přítomnost dotykové části 32 sběrače na segmentu 16A, 16B, 16C způsobuje, že jsou pod proudem vždy tři nebo dokonce čtyři po sobě následující segmenty 16A, 16B, 16C, když dotyková část 32 zasahuje dva segmenty 16A, 16B, 16C, pro zajištění dobré kontinuity proudu mezi segmenty 16A, 16B, 16C.

Kromě toho je třeba poznamenat, že proud přiváděný různým prvkům zahrnutým v konstrukci každého napájecího zařízení 20 je přiváděn z vysokonapěťového napájecího vedení 24.

Jestliže dojde k výpadku tohoto napájení, zkratovací obvody zůstávají v uzavřeném stavu, čímž jsou příslušné segmenty 16A, 16B, 16C, připojeny k nulovému potenciálu.

Jak bylo zmíněno výše, úroveň bezpečnosti napájecích zařízení 20 je dále zvýšena prostřednictvím použití IGBT tranzistorů, jejichž spínací časy jsou zvlášť krátké, řádu několika mikrosekund, a použitím mikropočítače, schopného sepnout tranzistory dostatečně rychle, aby nekrytý segment 16A, 16B, 16C nebyl či nezůstal pod proudem. To znamená, že i když vozidlo 10 jede maximální rychlostí, segmenty 16A, 16B, 16C jsou připojeny k nulovému potenciálu předtím, než je mine konec vlaku.

Protože segmenty 16A, 16B, 16C jsou připojeny k nulovému potenciálu, jakmile není detekován žádný signál, je požadováno minimální zpracování signálu v mikropočítači. Sepnutí je tedy realizováno spínací rychlostí tranzistorů, a to znamená během asi jedné mikrosekundy.

Jakmile tedy dotyková část 32 již není v kontaktu se segmentem 16A, 16B, 16C a nehledě na aktivaci sousedními řídicími zařízeními, je segment 16A, 16B, 16C víceméně okamžitě připojen k nulovému potenciálu, a jestliže by to nenastalo, vstoupilo by do činnosti zkratovací zařízení ve formě spínacího prvku 52 předtím, než by byl segment 16A, 16B, 16C vozidlem 10 odkryt.

Na druhé straně, napájení segmentu 16A, 16B, 16C proudem vyžaduje nejprve zpracování kódovaného signálu přijatého z dotykové části 32.

Rychlost zpracování prováděného mikropočítačem 48 během asi deseti milisekund, zůstává kompatibilní s požadavky na spínání nezbytnými pro správné napájení motoru vozidla 10 i při maximální rychlosti.

Kromě toho je třeba poznamenat, že pro účely bezpečnosti vysílací obvod 42 s výhodou vysílá signál ve formě redundantního cyklického kódu, přičemž mikropočítač 48 má software pro ověření, na základě zpracování tohoto kódu, že byl kódovaný signál v úplnosti správně přijat.

Je třeba poznamenat, že každé napájecí zařízení 20, a zejména mikropočítač 48, zahrnuje příslušné výstupy, jednak pokud jde o informaci o poruchách, umožňující kontrolnímu středisku provádět diagnostickou kontrolu prostřednictvím vedení 56, a jednak pokud jde o informaci o lokalizaci každého napájeného segmentu 16A, 16B, 16C pro lokalizaci polohy vozidla 10.

Protože poloha vozidla 10 je známa s přesností odpovídající délce segmentu 16A, 16B, 16C, může tato informace sloužit pro dálkové řízení signálních nebo jiných světel.

Je třeba poznamenat, že popsaný vynález není omezen na probraná vytvoření.

Zatímco ve vytvoření popsaném za pomoci obr. 3 je vozidlo 10 opatřeno jedinou dotykovou částí 32 sloužící pro vedení signálu vysílaného vysílacím obvodem 42 a pro přenos energie do trakčního systému 28 je alternativně možné, jak bylo dříve zmíněno, uspořádat dvě oddělené kladné dotykové části 32 fungující identickým a redundantním způsobem pro zamezení problému přítomnosti neutrálních, nenapájených oblastí, nebo pro umožnění zachování správné funkce při poruše, zejména při ztrátě dotykové části 32.

Kromě toho, jak bylo dříve zmíněno, jestliže je napájecí systém také určen pro napájení vozidel opatřených koly s pneumatikami, může být uspořádána zvláštní záporná dotyková část 32 pro uzavření okruhu napájecího proudu.

V tomto případě je tato dotyková část 32 s výhodou podélně vzdálena od dotykové části 32 pro napájení proudem o předem stanovený počet segmentů 16A, 16B, 16C, například o tři segmenty 16A, 16B, 16C, aby byla ve styku se segmenty 16A, 16B, 16C pro uzavření okruhu proudu.

V posledně uvedeném vytvoření mikropočítač 48 s výhodou zahrnuje prostředky pro rozlišování polarity napájecí dotykové části 32 a dotykové části 32 pro uzavření okruhu proudu, fázovým porovnáváním signálů přiváděných dotykovými částmi 32, aby nedošlo k napájení příslušného segmentu 16A, 16B, 16C napájecím zařízením 20, se kterým je propojena dotyková část 32 pro uzavření okruhu proudu.

-8CZ 295750 B6

Dále, v popsaném vytvoření, modul 46 pro přijímání nosného proudu tvoří zvláštní stupeň oddělený od mikropočítače 48.

Je také možné jej integrovat do mikropočítače 48 ve formě specifického algoritmu uloženého v paměti, přičemž přijímání kódovaného signálu probíhá vždy nerozlišeně, buď prostřednictvím přenosu proudem, nebo kapacitním spojením.

Konečně je třeba poznamenat, že v různých uvažovaných vytvořeních tento napájecí systém poskytuje cestu pro zjišťování závad první úrovně, způsobených například chybnou funkcí spínacích prostředků, závadou jednoho ze silových prvků, nebo chybným napájecím módem, při kterých jsou uváděny do činnosti jen zkratovací prostředky.

Nouzově je systém uveden do bezpečného módu, při zjištění napětí na segmentu, pomocí kombinace zkratovacích prostředků s tavnou pojistkou, které uvedou příslušný segment na nulový potenciál.

Je zřejmé, že v tomto případě může být funkce sítě udržována i když jsou některé segmenty defektní.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Systém pro spodní přívod proudu pro elektrické vozidlo, zejména pro elektrické kolejové vozidlo (10), zahrnující sled vodivých segmentů (16A, 16B, 16C, 16D), které jsou navzájem elektricky izolovány a spolu tvoří vodivou napájecí trasu (16), proti níž je přiložena alespoň jedna dotyková část (32) napájecího sběrače vozidla, přičemž tato dotyková část (32) nebo části sběrače během pohybu vozidla (10) přichází postupně do styku se segmenty (16A, 16B, 16C, 16D), a soubor vysokonapěťových napájecích zařízení (20), z nichž každé je připojeno k vodivému segmentu (16A, 16B, 16C, 16D) a každé je opatřeno prostředky pro detekci dotykové části (32) sběrače a spínacími prostředky, uzpůsobenými pro selektivní přivedení napájecího proudu na příslušný segment (16A, 16B, 16C, 16D), když je na něm přítomna dotyková část (32) sběrače, a pro připojení uvedeného segmentu na zdroj nulového potenciálu, když na něm není přítomna dotyková část (32) sběrače, vyznačující se tím, že spínací prostředky (45) zahrnují dvojici prvků (TI, T2) tvořících statické spínače řízené detekčními prostředky (46, 48) pro přivedení napájecího proudu na příslušný segment (16A, 16B, 16C, 16D), když je na něm přítomna dotyková část (32) sběrače, respektive pro jeho připojení na zdroj nulového potenciálu, když na něm není přítomna dotyková část (32) sběrače, a tím, že každé napájecí zařízení (20) dále zahrnuje zkratovací prostředky (52, 54), které jsou v klidové poloze tlačeny do uzavřeného stavu, jsou vloženy mezi příslušným segmentem (16A, 16B, 16C, 16D) a zdroj nulového potenciálu, a jsou otevírány detekčními prostředky.
2. Systém podle nároku 1, vyznačující se tím, že prostředky pro detekci, zda je dotyková část (32) sběrače v kontaktu s příslušným segmentem (16A, 16B, 16C, 16D), zahrnují prostředky pro detekci kódového signálu, vysílaného do uvedeného zařízení vozidlem (10) pomocí vedení nosného proudu prostřednictvím dotykové části (32) sběrače.
3. Systém podle nároku 2, vyznačující se tím, že kódovaný signál nese kódovanou informaci týkající se vozidla (10), které ji vysílá, přičemž detekční prostředky zahrnují prostředky pro zpracování uvedené informace a prostředky pro porovnání dat získaných tímto zpracováním s daty odpovídajícími informaci týkající se vozidla (10), které smí jet po vodivé trase (16).

-9CZ 295750 B6
4. Systém podle nároku 2 nebo 3, vyznačující se tím, že detekční prostředky zahrnují prostředky pro ověření, že kódovaný signál byl v úplnosti přijat, zpracováním redundantního cyklického kódu obsaženého v tomto signálu.
5. Systém podle nároku 3 nebo 4, vyznačující se tím, že dále zahrnuje zařízení pro monitorování napětí na každém segmentu (16A, 16B, 16C, 16D) připojeném ke každému z uvedených detekčních prostředků, přičemž uvedené monitorovací zařízení zahrnuje prostředky pro porovnávání napětí na příslušném segmentu (16A, 16B, 16C, 16D) s maximální prahovou hodnotou, a soubor logických obvodů konstruovaných pro vyvolání uzavřené zkratovacích prostředků, jestliže je překročena prahová hodnota a dotyková část (32) sběrače není přítomna.
6. Systém podle nároku 5, vyznačující se tím, že monitorovací zařízení je vytvořeno jako prvek nezávislý na vyhodnocovacích prostředcích.
7. Systém podle nároku 5 nebo 6, vyznačující se tím, že každé napájecí zařízení (20) je opatřeno tavnou pojistkou (F) zařazenou v sérii se spínacím prvkem (TI), který řídí přívod proudu do příslušného segmentu (16A, 16B, 16C, 16D).
8. Systém podle kteréhokoliv z nároků 2 až 7, vyznačující se tím, že detekční prostředky jsou připojeny k zařízením pro přivádění proudu do předem stanoveného počtu bezprostředně sousedících segmentů (16A, 16B, 16C, 16D) pro přestavení spínacích prostředků těchto zařízení tak, aby příslušné segmenty (16A, 16B, 16C, 16D) byly napájeny proudem, když uvedené detekční prostředky uvedou spínací prostředky do polohy ve které je segment (16A, 16B, 16C, 16D), který k nim přísluší, napájen proudem.
9. Systém podle kteréhokoliv z nároků laž8, vyznačující se tím, že detekční prostředky zahrnují mikropočítač (48) připojený k zesilovači a pásmovému filtru, jehož výstup zapříčiňuje spínání přívodu proudu a/nebo řídí spínání prvků tvořících spínače.
10. Systém podle kteréhokoliv z nároků laž9, vyznačující se tím, že prvky tvořící statické spínače (TI, T2) sestávají z bipolámích izolačně-hradlových tranzistorů.
11. Systém podle nároku 10, vyznačující se tím, že každé napájecí zařízení (20) zahrnuje prostředky pro monitorování napětí na výstupech každého tranzistoru za účelem zabránění napájení příslušného segmentu (16A, 16B, 16C, 16D) proudem, nastane-li porucha, zejména jestliže proud protékající tranzistory má vyšší hodnotu než je přípustná maximální hodnota.
12. Systém podle kteréhokoliv z nároků lažll, vyznačující se tím, že napájecí zařízení (20) jsou umístěna v utěsněných vyjímatelných modulech uložených v kanálu (18), který je vytvořen ve vozovce (12), po které vozidlo (10) jede, a je utěsněným způsobem zakryt vodivými segmenty (16A, 16B, 16C, 16D), přičemž podélně v kanálu (18) probíhá vysokonapěťové napájecí vedení (24), a vedení (26) připojené k nulovému potenciálu, zajišťující uzavření napájecího okruhu.
13. Systém podle nároku 12, vyznačující se tím, že kanál (18) je umístěn přibližně v centrální části vozovky (12), po které vozidlo (10) jede.
14. Systém podle nároku 12 nebo 13, vyznačující se tím, že prostředky pro přivádění proudu do spínacích prostředků a detekčních prostředků zahrnují vysokonapěťové napájecí vedení (24).
15. Systém podle kteréhokoliv z nároků 10 až 14, vyznačující se tím, že vozidlo (10) má druhou dotykovou část (32) sběrače zajišťující uzavření okruhu napájecího proudu, přičemž detekční prostředky (44) zahrnují prostředky pro rozlišování polarity napájecí dotykové části (32) a dotykové části (32) pro uzavření okruhu proudu.

-10CZ 295750 B6
16. Systém podle kteréhokoliv z nároků 1 až 15, vyznačující se tím, že výstupy napájecích zařízení (20) tvoří prostředky pro lokalizaci vozidla (10), určené pro lokálně fungující signalizační zařízení, a/nebo prostředky pro zjišťování poruch pro účely provádění diagnostické kontroly.
17. Elektrické vozidlo (10) určené pro napájení pomocí systému pro spodní přívod proudu podle kteréhokoliv z nároků lažl4, vyznačující se tím, že zahrnuje alespoň jednu dotykovou část (32) sběrače pro přívod proudu do motoru vozidla (10), která je určena pro přiložení na vodivou trasu systému pro spodní přívod proudu, a ke které jsou připojeny prostředky pro vysílání kódovaného signálu nesoucího informaci týkající se typu vozidla, ke kterému elektrické vozidlo (10) náleží.
18. Vozidlo podle nároku 17, vyznačující se tím, že zahrnuje alespoň jednu druhou dotykovou část (32) zajišťující uzavření okruhu napájecího proudu, přičemž tato druhá dotyková část (32) je podélně vzdálena od dotykové části (32) pro napájení proudem o předem stanovený počet segmentů (16A, 16B, 16C, 16D).
19. Vozidlo podle nároku 17, vyznačující se tím, že vozidlo (10) je vytvořeno jako elektrické kolejové vozidlo, přičemž uzavření okruhu napájecího proudu je zajištěno pojezdovými kolejnicemi (14), po nichž vozidlo jede.
20. Vozidlo podle nároku 17, vyznačující se tím, že vozidlo (10) je vytvořeno jako vedené elektrické silniční vozidlo, přičemž uzavření okruhu napájecího proudu je zajištěno vodicí kolejnicí.
21. Vozidlo podle kteréhokoliv z nároků 17 až 20, vyznačující se tím, že dále zahrnuje prostředky pro přepínání napájecího módu.
22. Vozidlo podle kteréhokoliv z nároků 17 až 21, vyznačující se tím, že zahrnuje prostředky pro rekuperaci elektrické energie.