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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Leistungswandlervorrichtung.
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Hintergrundtechnik
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Einige elektrische Schienenfahrzeuge sind mit Leistungswandlervorrichtungen bereitgestellt, um DC-Leistung, die von einer Substation über eine Oberleitung zugeführt ist, in gewünschter AC-Leistung zu wandeln und die gewandelte Leistung zu einem Motor zuzuführen. Ein Beispiel dieser Art von Leistungswandlervorrichtung ist in Patentliteratur 1 offenbart. Diese Leistungswandlervorrichtung weist einen Leistungswandler, einen Filterkondensator, dessen beide Enden mit den Primäranschlüssen des Leistungswandlers verbunden sind, eine Entladeschaltung mit einem Entladewiderstand zum Entladen des Filterkondensators und einen Ladewiderstand zum Unterdrücken eines Einschaltstroms während des Ladens des Filterkondensators aufweist.
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Zitierungsliste
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Patentliteratur
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Patentliteratur 1: Ungeprüfte japanische Patentanmeldungsoffenlegungsschrift Nr.
2015-050854 -
Kurzdarstellung der Erfindung
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Technisches Problem
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Einige elektrische Schienenfahrzeuge sind dazu in der Lage, in einem dynamischen Bremssystem zusätzlich zu einer mechanischen Bremse zu bremsen. Um der Leistungswandlervorrichtung, die in Patentliteratur 1 offenbart ist, zu ermöglichen, ein elektrisches Schienenfahrzeug in dem dynamischen Bremssystem bremsen, ist erforderlich, dass die Leistungswandlervorrichtung eine Schaltung zum Verbrauchen von elektrischer Leistung aufweist, die von einem Motor, der als ein elektrischer Generator dient, zugefügt. Im Detail ist es erforderlich, dass die Leistungswandlervorrichtung des Weiteren eine Bremszerhackerschaltung mit einem Schaltelement und einem Bremswiderstand, die in Reihe miteinander verbunden sind, aufweist. Die Leistungswandlervorrichtung weist den Entladewiderstand, den Ladewiderstand und den Bremswiderstand, wie voranstehend beschrieben, auf. Das bedeutet, dass die Leistungswandlervorrichtung, die ein Bremsen des elektrischen Schienenfahrzeugs in dem dynamischen Bremssystem ermöglicht, mehrere Widerstände aufweist, die individuellen Funktionen zugewiesen sind, und daher eine komplizierte Struktur und große Größe aufweist. Dieses Problem kann in jeglicher Leistungswandlervorrichtung auftreten, die mehrere Widerstände benötigt, die individuellen Funktionen zugewiesen sind.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, die in Anbetracht der voranstehenden Situationen erreicht worden ist, ist es eine Leistungswandlervorrichtung bereitzustellen, die eine einfache Struktur aufweist.
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Lösung des Problems
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Um die voranstehende Aufgabe zu erreichen, weist eine Leistungswandlervorrichtung gemäß dem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ein Filterkondensator, einen Leistungswandler, einen Schaltungsschalter, eine Zerhackerschaltung und einen Entladeschalter auf. Der Filterkondensator ist mit DC-Leistung geladen, die von einer Leistungsquelle zugeführt ist. Der Leistungswandler weist ein Paar von Primäranschlüssen auf, zwischen denen der Filterkondensator verbunden ist, und Sekundäranschlüsse auf. Der Leistungswandler wandelt die DC-Leistung, die von der Leistungsquelle über den Filterkondensator zugeführt ist, in DC-Leistung oder AC-Leistung und führt die gewandelte Leistung zu einem Motor zu, der mit den Sekundäranschlüssen verbunden ist. Der Leistungswandler wandelt DC-Leistung oder AC-Leistung, die von dem Motor, der als ein elektrischer Generator dient, in DC-Leistung, gibt die gewandelte DC-Leistung aus und lädt den Filterkondensator. Der Schaltungsschalter weist einem ersten Widerstand auf. Der Schaltungsschalter verbindet den Leistungswandler und den Filterkondensator elektrisch mit der Leistungsquelle oder trennt den Leistungswandler und den Filterkondensator elektrisch von der Leistungsquelle. Die Zerhackerschaltung weist ein Schaltelement und einen zweiten Widerstand auf, die in Reihe miteinander verbunden sind. Die Zerhackerschaltung weist beide Enden verbunden mit den Primäranschlüssen des Leistungswandlers auf. Der Entladeschalter weist ein Ende verbunden mit dem einen Ende des ersten Widerstands näher an der Leistungsquelle auf und das andere Ende verbunden mit dem Verbindungspunkt zwischen dem Schaltelement und dem zweiten Widerstand. Um den Filterkondensator mit der DC-Leistung zu laden, die von der Leistungsquelle zugeführt ist, verbindet der Schaltungsschalter elektrisch den Leistungswandler und den Filterkondensator mit der Leistungsquelle über einen elektrischen Pfad, der durch den ersten Widerstand verläuft. Wenn das Schaltelement eingeschaltet ist, bewirkt die Zerhackerschaltung, dass der zweite Widerstand die DC-Leistung, die von dem Leistungswandler über den Filterkondensator zugeführt ist, verbraucht. Der Entladeschalter, wenn er eingeschaltet ist, verbindet den ersten Widerstand und den zweiten Widerstand in Reihe miteinander und verbindet elektrisch den Filterkondensator mit dem ersten Widerstand und dem zweiten Widerstand, die in Reihe miteinander verbunden sind, wodurch ein Entladen des Filterkondensators bewirkt wird.
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Vorteilhafte Effekte der Erfindung
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Die Leistungswandlervorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung entlädt den Filterkondensator durch Verbinden des ersten Widerstands und des zweiten Widerstands in Reihe miteinander und elektrisches Verbinden des Filterkondensators mit dem in Reihe verbundenen ersten Widerstand und zweiten Widerstand. Es ist daher nicht erforderlich, dass die Leistungswandlervorrichtung einen Widerstand aufweist, der dem Entladen des Filterkondensators zugewiesen ist. Diese Leistungswandlervorrichtung weist daher eine einfache Struktur auf.
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Figurenliste
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- 1 zeigt ein Blockdiagramm, das eine Leistungswandlervorrichtung gemäß Ausführungsform 1 darstellt;
- 2 stellt eine beispielhafte Weise der Installation der Leistungswandlervorrichtung gemäß Ausführungsform 1 in einem Schienenfahrzeug dar;
- 3 zeigt ein Blockdiagramm, das eine Leistungswandlervorrichtung gemäß Ausführungsform 2 darstellt;
- 4 ist ein Flussdiagramm, das einen Betrieb zum Bestimmen des Vorliegens eines Kurzschlussfehlers, der durch die Leistungswandlervorrichtung gemäß Ausführungsform 2 durchgeführt wird;
- 5 zeigt ein Blockdiagramm, das eine erste Modifikation der Leistungswandlervorrichtung gemäß der Ausführungsformen darstellt; und
- 6 zeigt ein Blockdiagramm, das eine zweite Modifikation der Leistungswandlervorrichtung gemäß der Ausführungsformen darstellt.
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Beschreibung von Ausführungsformen
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Eine Leistungswandlervorrichtung gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung ist im Detail nachstehend beschreiben mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen. In den Zeichnungen sind Komponenten, die identisch oder entsprechend zueinander sind, mit denselben Bezugszeichen versehen.
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Ausführungsform 1
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Eine Leistungswandlervorrichtung 1 gemäß Ausführungsform 1 wird nachstehend beschrieben mit Fokus auf einem beispielhafter Leistungswandlervorrichtung, die in einem Fahrzeug installiert ist.
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Die Leistungswandlervorrichtung 1, die in 1 dargestellt ist, weist einen positiven Eingangsanschluss 1a auf, der mit einer Leistungsquelle verbunden ist, und einen negativen Eingangsanschluss 1b auf, der zu erden ist. Die Leistungswandlervorrichtung 1 wandelt DC-Leistung, die von der Leistungsquelle zugeführt ist, über den positiven Eingangsanschluss 1a in Drei-Phasen-AC-Leistung zum Antreiben eines Motors 51 und führt die Drei-Phasen-AC-Leistung über die Ausgangsanschlüsse zu dem Motor 51. Ein typisches Beispiel des Motors 51 ist ein Drei-Phasen-Induktionsmotor. Die Drei-Phasen-AC-Leistung, die von der Leistungswandlervorrichtung 1 an den Motor 51 zugeführt ist, treibt den Motor 51 an, wodurch der Vortrieb des Fahrzeugs bereitgestellt ist. Die Leistungswandlervorrichtung 1 wandelt auch Drei-Phasen-AC-Leistung, die an den Motor 51 erzeugt ist, der als ein elektrischer Generator während des Bremsens des Fahrzeugs dient, in DC-Leistung und bewirkt, dass ein zweiter Widerstand BR (nachstehend beschrieben) die DC-Leistung verbraucht. Dieser Betrieb stellt eine Bremskraft zum Abbremsen des Fahrzeugs bereit.
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Die Leistungswandlervorrichtung 1 ist nachstehend in größerem Detail beschrieben mit einem Fokus auf eine beispielhafte Leistungswandlervorrichtung 1, die in einem elektrischen Schienenfahrzeug eines DC-Zufuhrsystems installiert ist. Wie in 2 dargestellt, erfasst ein Stromkollektor 52 DC-Leistung von einer Substation über eine Oberleitung 53, und führt die elektrische Leistung über einen Hochgeschwindigkeits-Schaltkreisunterbrecher 54 der Leistungswandlervorrichtung 1 zu. Der Stromkollektor 52 entspricht der Leistungsquelle zum Zuführen von elektrischer Leistung zu der Leistungswandlervorrichtung 1. Der Hochgeschwindigkeits-Schaltkreisunterbrecher 54 ist durch eine Schaltkreisunterbrechersteuerung gesteuert, die nicht dargestellt ist, und verbindet daher die Leistungswandlervorrichtung 1 elektrisch mit dem Stromkollektor 52 oder trennt die Leistungswandlervorrichtung 1 elektrisch von dem Stromkollektor 52.
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Die Leistungswandlervorrichtung 1 weist einen Leistungswandler 11 auf, der ein Paar von Primäranschlüssen 11a und 11b aufweist, um DC-Leistung, die von dem Stromkollektor 52 über den Primäranschluss 11a zugeführt ist, in Drei-Phasen-AC-Leistung zu wandeln und die gewandelte Leistung zu dem Motor 51 zuzuführen, weist einen Filterkondensator FC1 auf, dessen beide Enden mit jeweiligen Primäranschlüssen 11a und 11b des Leistungswandlers 11 verbunden sind und der mit DC-Leistung geladen wird, die von dem Stromkollektor 52 zugeführt ist, und weist einen Schaltungsschalter 12 zum elektrischen Verbinden des Leistungswandlers 11 und des Filterkondensators FC1 mit dem Stromkollektor 52 oder elektrischem Trennen des Leistungswandlers 11 und des Filterkondensators FC1 von dem Stromkollektor 52 auf.
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Die Leistungswandlervorrichtung 1 weist des Weiteren eine Zerhackerschaltung 13 auf, von der beide Enden mit jeweiligen Primäranschlüssen 11a und 11b des Leistungswandlers 11 verbunden sind und der elektrische Leistung verbraucht, die an dem Motor 51 erzeugt ist, der als ein elektrischer Generator während des Bremsens des elektrischen Schienenfahrzeugs dient. Die Leistungswandlervorrichtung 1 weist auch einen Entladeschalter SW1 im Verbinden eines ersten Widerstands CHR (nachstehend beschrieben), der in dem Schaltungsschalter 12 vorhanden ist, und des zweiten Widerstands BR (nachstehend beschrieben), der in der Zerhackerschaltung 13 vorhanden ist, in Reihe und elektrischen Verbinden des Filterkondensators FC1 mit den in Reihe verbundenem ersten Widerstand CHR und zweiten Widerstand BR, wodurch ein Entladen des Filterkondensators FC1 bewirkt wird. Die Leistungswandlervorrichtung 1 weist des Weiteren ein Spannungsmesser 14 zum Messen eines Werts der Spannung an dem Kondensator FC1 auf.
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Die Leistungswandlervorrichtung 1 weist auch eine Schaltersteuerung 15 zum Steuern des Schaltungsschalters 12 auf, genauer gesagt zum Steuern des Schaltens von elektrischen Pfaden des Schaltungsschalters 12, eine Schaltsteuerung 16 zum Steuern des Leistungswandlers 11 und eine Zerhackerschaltung 17 zum Steuern der Zerhackerschaltung 13.
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Die Leistungswandlervorrichtung 1 entlädt den Filterkondensator FC1 durch Mittel des ersten Widerstands CHR und des zweiten Widerstands BR, und verbraucht die elektrische Leistung, die von dem Motor 51 zugeführt ist, der als ein elektrischer Generator während des Bremsens des elektrischen Schienenfahrzeugs dient, mittels des zweiten Widerstands BR. Dies bedeutet, dass es nicht erforderlich ist, dass die Leistungswandlervorrichtung 1 alle von einem Widerstand, der beim Laden des Filterkondensators FC1 zu nutzen ist, ein Widerstand, der beim Entladen des Filterkondensators FC1 zu nutzen ist, und ein Widerstand, der beim Verbrauchen von elektrischer Leistung, die von dem Motor 51 zugeführt ist, zu nutzen ist, aufweisen muss, der als ein elektrischer Generator während des Bremsens des elektrischen Schienenfahrzeugs dient. Die Leistungswandlervorrichtung 1 kann daher eine verringerte Größe aufweisen. Die folgende Beschreibung ist auf die detaillierte Struktur der Leistungswandlervorrichtung 1 gerichtet.
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Der Leistungswandler 11 wandelt DC-Leistung, die über den Primäranschluss 11a zugeführt ist, in Drei-Phasen-AC-Leistung, und führt die Drei-Phasen-AC-Leistung zu dem Motor 51 zu, der mit den Sekundäranschlüssen verbunden ist. Der Leistungswandler 11 wandelt auch Drei-Phasen-AC-Leistung von dem Motor 51 in DC-Leistung und gibt die gewandelte DC-Leistung über den Primäranschluss 11a aus. Ein typisches Beispiel des Leistungswandlers 11 ist eine variable Spannung-Variable-Frequenz (WVF)-Umrichter.
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Der Filterkondensator FC1 ist zwischen den Primäranschlüssen 11a und 11b des Leistungswandlers 11 verbunden und wird mit elektrischer Leistung geladen, die durch den Stromkollektor 52 über die Oberleitung 53 erfasst wird.
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Der Schaltungsschalter 12 weist den ersten Widerstand CHR auf und verbindet elektrisch den Leistungswandler 11 mit dem Stromkollektor 52 über den elektrischen Pfad, der durch den ersten Widerstand CHR verläuft, um den Filterkondensator FC1 zu laden. Diese Konfiguration kann unterdrücken, dass ein Einschaltstrom zu dem Filterkondensator FC1 während des Ladens des Filterkondensators FC1 fließt. Mit anderen Worten dient der erste Widerstand CHR als ein Ladewiderstand zum Unterdrücken, dass ein Einschaltstrom zu dem Filterkondensator FC1 während des Ladens fließt. Der erste Widerstand CHR kann jeglichen Widerstand aufweisen, vorausgesetzt, dass der erste Widerstand CHR einen Einschaltstrom unterdrücken kann, und kann bspw. ein Widerstand von mehreren Zehnern von Ohm aufweisen.
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Im Detail weist der Schaltungsschalter 12 den ersten Widerstand CHR, einen Schalter MC1. der als erster Schalter dient, von dem ein Ende mit dem Stromkollektor 52 über den Hochgeschwindigkeits-Schaltkreisunterbrecher 54 verbunden und der parallel zu dem ersten Widerstand CHR angeordnet ist, und einen Schalter MC2 auf, der als ein zweiter Schalter dient, von dem ein Ende mit dem Stromkollektor 52 über den Hochgeschwindigkeits-Schaltkreisunterbrecher 54 verbunden ist und das andere Ende mit dem einen Ende des ersten Widerstands CHR verbunden ist.
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Genauer gesagt, ist das eine Ende des ersten Widerstands CHR mit dem Schalter MC2 verbunden und das andere Ende mit dem Primäranschluss 11a des Leistungswandlers 11 verbunden.
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Das eine Ende des Schalters MC1 ist mit dem Hochgeschwindigkeits-Schaltkreisunterbrecher 54 verbunden und das andere Ende ist mit dem Primäranschluss 11a des Leistungswandlers 11 verbunden. Der Schalter MC1 ist ein DC-Elektromagnet-Schalter und wird durch die Schaltersteuerung 15 gesteuert. Wenn die Schaltersteuerung 15 den Schalter MC1 schließt, sind das eine und das andere Endes des Schalters MC 1 miteinander verbunden. Wenn der Schalter MC1 in dem geschlossenen Zustand des Hochgeschwindigkeits-Schaltkreisunterbrechers 54 geschlossen ist, sind der Leistungswandler 11 und der Filterkondensator FC1 elektrisch mit dem Stromkollektor 52 verbunden.
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Wenn die Schaltersteuerung 15 den Schalter MC1 öffnet, sind das eine und das andere Ende des Schalters MC1 voneinander isoliert. Wenn die Schaltersteuerung 15 den Schalter MC1 in den geöffneten Zustand des Schalters MC2 öffnet, sind der Leistungswandler 11 und der Filterkondensator FC1 elektrisch von dem Stromkollektor 52 getrennt.
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Das eine Ende des Schalters MC2 ist mit dem Hochgeschwindigkeits-Schaltkreisunterbrecher 54 verbunden und das andere Ende ist mit dem einen Ende des ersten Widerstands CHR verbunden. Der Schalter MC2 ist ein DC-Elektromagnet-Schalter und ist durch die Schaltersteuerung 15 gesteuert. Wenn die Schaltersteuerung 15 den Schalter MC2 schließt, sind das eine und das andere Endes des Schalters MC2 miteinander verbunden. Der Hochgeschwindigkeits-Schaltkreisunterbrecher 54 und der erste Widerstand CHR sind daher elektrisch miteinander verbunden. Wenn der Schalter MC2 in dem geschlossenen Zustand des Hochgeschwindigkeits-Schaltkreisunterbrechers 54 geschlossen ist, sind der Leistungswandler 11 und der Filterkondensator FC1 elektrisch mit dem Stromkollektor 52 verbunden.
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Wenn die Schaltersteuerung 15 den Schalter MC2 öffnet, sind das eine und das andere Endes des Schalters MC2 voneinander isoliert. Der erste Widerstand CHR ist daher elektrisch von dem Hochgeschwindigkeits-Schaltkreisunterbrecher 54 getrennt.
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Die Zerhackerschaltung 13 weist ein Schaltelement SW2 und den zweiten Widerstand BR in Reihe miteinander verbunden auf. Die Zerhackerschaltung 13 in dem eingeschalteten Zustand bewirkt, dass der zweite Widerstand BR DC-Leistung verbraucht, die von dem Leistungswandler 11 über den Filterkondensator FC1 zugeführt ist. Mit anderen Worten, dient die Zerhackerschaltung 13 als ein Bremszerhacker, der das Bremsen des Fahrzeugs in einem dynamischen Bremssystem ermöglicht, und der zweite Widerstand BR dient als ein Bremswiderstand.
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Das Schaltelement SW2 ist ein Element, das in der Lage zum Hochgeschwindigkeitsschalten ist und ist ein bipolarer Transistor mit isoliertem Gate (IGBT), zum Beispiel. In diesem Fall ist der Kollektoranschluss des Schaltelements SW2 mit dem Verbindungspunkt zwischen dem anderen Ende des Schalters MC1 und dem Primäranschluss 11a des Leistungswandlers 11 verbunden, und der Emitter-Anschluss ist mit einem Ende des zweiten Widerstands BR verbunden. Der Gate-Terminal empfängt ein Zerhackersteuerungssignal S3 von der Zerhackerschaltung 17, die nachstehend beschrieben ist.
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Das eine Ende des zweiten Widerstands BR ist mit dem Emitter-Anschluss des Schaltelements SW2 verbunden und das andere Ende ist geerdet. Wenn das Schaltelement SW2 eingeschaltet ist, ist der Filterkondensator FC1 mit dem zweiten Widerstand BR verbunden. Demgemäß verbraucht der zweite Widerstand BR DC-Leistung, die von dem Motor 51 zugeführt ist, der als ein elektrischer Generator dient, an dem Leistungswandler 11 gewandelt und dann über den Filterkondensator FC1 zugeführt ist. Der zweite Widerstand BR weist jeglichen Widerstand auf, vorausgesetzt, dass der zweite Widerstand BR eine Bremskraft in dem elektrischen Schienenfahrzeug erzeugen kann, indem DC-Leistung, die über den Filterkondensator FC1 zugeführt ist, verbraucht werden kann, weist und einen Widerstand von mehreren Ohm, bspw. auf.
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Ein Ende des Entladeschalters SW1 ist mit dem einen Ende des ersten Widerstands CHR verbunden, das näher an der Leistungsquelle ist, genauer gesagt, mit dem Verbindungspunkt zwischen dem Schalter MC2 und dem ersten Widerstand CHR. Das andere Ende des Entladeschalters SW1 ist mit dem Verbindungspunkt zwischen dem Schaltelement SW2 und dem zweiten Widerstand BR verbunden. Der Entladeschalter SW1 ist ein Messerschalter. Der Entladeschalter SW1 wird eingeschaltet oder ausgeschaltet, wenn ein Wartungsarbeiter, der verantwortlich für die Wartung der Leistungswandlervorrichtung 1 ist, den Entladeschalter SW1 mechanisch manipuliert.
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Im Detail schaltet der Wartungsarbeiter den Entladeschalter SW1 in den geöffneten Zuständen von beiden der Schalter MC1 und MC2 ein. Wenn der Entladeschalter SW1 eingeschaltet wird, werden beide Enden der Entladeschalter SW1 elektrisch miteinander verbunden, so dass der erste Widerstand CHR und der zweite Widerstand BR in Reihe miteinander verbunden sind. Der Filterkondensator FC1 ist daher elektrisch mit den in Reihe verbundenen ersten Widerstand CHR und den zweiten Widerstand BR verbunden. Der Filterkondensator FC1 wird daher durch den seriell verbundenen ersten Widerstand CHR und zweiten Widerstand BR entladen. Wenn der Entladeschalter SW 1 ausgeschaltet wird, sind beide Enden des Entladeschalters SW 1 voneinander isoliert.
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Der Spannungsmesser 14 ist mit den Primäranschlüssen 11a und 11b des Leistungswandlers 11 verbunden und misst einen Wert der Spannung zwischen den Anschlüssen des Filterkondensators FC1. Der Spannungsmesser 14 stellt dann ein Signal bereit, das den gemessenen Spannungswert angibt, an die Schaltersteuerung 15, die Schaltsteuerung 16 und die Zerhackerschaltung 17.
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Die Schaltersteuerung 15 ist mit einem Öffnungs-/Schließ-Befehlssignal zum Befehlen eines Schließens oder Öffnens der Schalter MC1 und MC2 von einer Fahrerkabine versehen, die nicht dargestellt ist. Die Schaltersteuerung 15 schließt oder öffnet die Schalter MC1 und MC2 gemäß dem Öffnungs-/Schließ-Befehlssignal. Genauer gesagt steuert die Schaltersteuerung 15 die Schalter MC1 und MC2 durch Ausgeben von Schaltersteuerungssignalen S1 zum Befehlen des Schließens oder Öffnens der Schalter MC1 und MC2.
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Die Schaltsteuerung 16 ist mit einem Antriebsbefehl von der Fahrerkabine versehen, die nicht dargestellt ist. Der Antriebsbefehl enthält einen Leistungsfahrtbefehl, der eine Zielbeschleunigung des elektrischen Schienenfahrzeugs angibt, oder ein Bremsbefehl, der eine Zielabbremsung des elektrischen Schienenfahrzeugs zum Beispiel angibt. Die Schaltsteuerung 16 steuert die Schaltelemente, die in dem Leistungswandler 11 vorhanden sind durch Ausgeben von Schaltsteuerungssignalen S2 an die Schaltelemente gemäß dem Antriebsbefehl, wie nachstehend beschrieben.
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Die Zerhackerschaltung 17 ist mit einem Antriebsbefehl von der Fahrerkabine versehen, die nicht dargestellt ist. Die Zerhackerschaltung 17 schaltet die Einschalt- und Ausschaltzustände der Schaltelemente SW2 der Zerhackerschaltung 13 in Antwort auf den Antriebsbefehl ein Bremsbefehl enthält. Im Detail, um eine regenerative Bremskraft in Antwort darauf bereitzustellen, dass der Antriebsbefehl ein Bremsbefehl enthält, gibt die Zerhackerschaltung 17 ein Zerhackersteuerungssignal S3 zum Einstellen des Leitverhältnisses des Schaltelements SW2 der Zerhackerschaltung 13 zu dem Gate-Terminal des Schaltelements SW2 aus.
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Vorgänge der Leistungswandlervorrichtung 1, die die voranstehend beschriebene Konfiguration aufweist, werden nachstehend beschrieben.
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Beim Beginn des Antreibens des elektrischen Schienenfahrzeugs, kommt der Stromkollektor 52 in Kontakt mit der Oberleitung 53 in Antwort auf eine Manipulation eines Anhebeschalters zum Anheben eines Pantografen, der ein typisches Beispiel des Stromkollektors 52 ist, und wird dann mit elektrischer Leistung von der Substation versorgt. In Zusammenhang mit der Manipulation des Anhebeschalters wird der Hochgeschwindigkeits-Schaltkreisunterbrecher 54 geschlossen, so dass die Leistungswandlervorrichtung 1 elektrisch mit dem Stromkollektor 52 verbunden ist.
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Auch in Verknüpfung mit der Manipulation des Anhebeschalters, wird ein Öffnungs-/Schließ-Befehlssignal zum Befehlen eines Beginns eines Antreibens der Schaltersteuerung 15 zugeführt. Wenn das Öffnungs-/Schließ-Befehlssignal zum Befehlen eines Starts des Antreibens empfangen wird, gibt die Schaltersteuerung 15 ein Schaltersteuerungssignal S1 zum Befehlen eines Schließens des Schalters MC2 aus. Aufgrund des Schließens des Schalters MC2 in Antwort auf dieses Signal, wird die elektrische Leistung, die durch den Stromkollektor 52 von der Substation über die Oberleitung 53 erfasst wird, dem Filterkondensator FC1 über den Hochgeschwindigkeits-Schaltkreisunterbrecher 54, dem Schalter MC2 und den ersten Widerstand CHR zugeführt, um dadurch ein Laden des Filterkondensators FC1 zu starten. Diese Konfiguration, in der der Schalter MC2 und der erste Widerstand CHR in Reihe miteinander verbunden sind, können unterdrücken, dass ein Einschaltstrom zu dem Filterkondensator FC1 in Antwort auf das Schließen des Schalters MC2 fließt.
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Nach einem genügenden Laden des Filterkondensators FC1, gibt die Schaltersteuerung 15 ein Schaltersteuerungssignal S1 zum Befehlen eines Schließens des Schalters MC1 aus. Aufgrund des Schließens des Schalters MC1 in Antwort auf dieses Signal, wird die elektrische Leistung, die durch den Stromkollektor 52 von der Substation über die Oberleitung 53 erfasst wird, an den Filterkondensator FC1 über den Hochgeschwindigkeits-Schaltkreisunterbrecher 54 und den Schalter MC1 zugeführt.
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Die Schaltersteuerung 15 gibt dann ein Schaltersteuerungssignal S1 zum Befehlen eines Öffnens des Schalters MC2 aus. Dieses Signal bewirkt, dass der erste Widerstand CHR elektrisch von dem Stromkollektor 52 getrennt wird.
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Nach einem Start des Betriebs folgend dem Start des Antreibens des elektrischen Schienenfahrzeugs, wird ein Antriebsbefehl von der Fahrerkabine in die Schaltsteuerung 16 und die Zerhackerschaltung 17 eingegeben. Die folgende Beschreibung ist gerichtet auf die Vorgänge der Schaltsteuerung 16 und der Zerhackerschaltung 17 gemäß dem Antriebsbefehl.
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Wenn ein Antriebsbefehl einen Leistungsfahrtbefehl enthält, das bedeutet, während eine Leistungsfahrt des elektrischen Schienenfahrzeugs, steuert die Schaltsteuerung 16 die Schaltelemente des Leistungswandlers 11 und bewirkt dadurch, dass der Leistungswandler 11 DC-Leistung in Drei-Phasen-AC-Leistung zum Antreiben des Motors 51 wandelt.
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Im Detail berechnet die Schaltsteuerung 16 ein Zielmoment zum Erreichen der Zielbeschleunigung, die durch den Leistungsfahrtbefehl angegeben wird. Die Schaltsteuerung 16 erfasst die gemessenen Werte des Stroms, der in den Motor 51 fließt, von einem Motorstrommessser, der nicht dargestellt ist, und berechnet dann ein tatsächliches Moment des Motors 51 aus den erfassten gemessenen Werten. Genauer gesagt, erfasst die Schaltsteuerung 16 die gemessenen Werte von Phasenströme, die in dem Motor 51 fließen, von dem Motorstrommesser zum Messen der Stromwerte in den U-, V- und W-Phasen in dem Motor 51, und berechnet dann ein tatsächliches Moment des Motors 51 von den Werten der Phasenströme. Die Schaltsteuerung 16 gibt dann Schaltsteuerungssignale S2 an die Schaltelemente des Leistungswandlers 11 aus und steuert dabei die Schaltelemente derart, dass das tatsächliche Moment des Motors 51 sich dem Zielmoment annähert.
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Wenn der Antriebsbefehl einen Bremsbefehl enthält, das bedeutet, während des Bremsens des elektrischen Schienenfahrzeugs, dient der Motor 51 als ein elektrischer Generator und führt Drei-Phasen-AC-Leistung an den Leistungswandler 11 zu.
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In diesem Fall steuert die Schaltsteuerung 16 die Schaltelemente des Leistungswandlers 11 und bewirkt dadurch, dass der Leistungswandler 11 die Drei-Phasen-AC-Leistung in DC-Leistung wandelt. Die Leistungswandlervorrichtung 1 kann daher elektrische Leistung über die Oberleitung 53 zu anderen elektrischen Schienenfahrzeugen zuführen, die in der Umgebung des elektrischen Schienenfahrzeugs angeordnet sind. Dieser Vorgang verursacht eine Regenerativbremskraft in dem elektrischen Schienenfahrzeug, wobei das elektrische Schienenfahrzeug abgebremst wird.
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In einem beispielhaften Fall, wo die elektrische Leistung nicht zu der Oberleitung 53 zugeführt werden kann, weil kein anderes elektrisches Schienenfahrzeug während der Leistungsfahrt in der Umgebung existiert, kann eine dynamische Bremskraft in dem elektrischen Schienenfahrzeug durch Verbrauchen der elektrischen Leistung, die von dem Motor 51 zugeführt wird, an der Zerhackerschaltung 13 verbraucht werden.
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Wenn der Antriebsbefehl einen Bremsbefehl enthält, schaltet die Zerhackerschaltung 17 die Einschalt- und Ausschaltzustände des Schaltelements SW2 und bewirkt dadurch, dass der zweite Widerstand BR DC-Leistungsausgabe von dem Leistungswandler 11 verbraucht. Im Detail stellt die Zerhackerschaltung 17 das Leitverhältnis des Schaltelements SW2 abhängig von dem Wert der Spannung zwischen den Anschlüssen des Filterkondensators FC1 ein, der von dem Spannungsmesser 14 erfasst wird, und erhält dadurch den Wert der Spannung zwischen den Anschlüssen des Filterkondensators FC1 innerhalb eines vorbestimmten Bereichs. Der vorbestimmte Bereich wird bestimmt, um eine Leistungszufuhr zu der Oberleitung 53 sicherzustellen und sicherzustellen, dass niedriger als die Maximalspannung ist, die auf den Filterkondensator FC1 beaufschlagbar ist.
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Genauer gesagt, wenn die Spannung zwischen den Anschlüssen des Filterkondensators FC1 ansteigt aufgrund eines Fehlers in der Leistungszufuhr zu der Oberleitung 53, erhöht die Zerhackerschaltung 17 das Leitverhältnis des Schaltelements SW2. Die elektrische Leistung, die von dem Motor 51 zugeführt ist, wird daher an dem zweiten Widerstand BR verbraucht, wodurch eine Bremskraft in dem elektrischen Schienenfahrzeug bereitgestellt wird.
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Ein Vorgang der Leistungswandlervorrichtung 1 während des Stoppens des elektrischen Schienenfahrzeugs wird nachstehend beschrieben. Um das elektrische Schienenfahrzeug zu stoppen, ist ein Anhalten des Leistungswandlers 11 gefolgt von einem Öffnen des Hochgeschwindigkeits-Schaltkreisunterbrechers 54 und des Schalters MC1. Der Leistungswandler 11 wird daher elektrisch von dem Stromkollektor 52 getrennt.
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In dem Fall einer Wartungsarbeit für die Leistungswandlervorrichtung 1, nach dem Stoppen des elektrischen Schienenfahrzeugs, manipuliert ein Wartungsarbeiter mechanisch den Entladeschalter SW1 und schaltet den Entladeschalter SW1 dadurch ein. Wenn der Entladeschalter SW1 in den offenen Zuständen der Schalter MC1 und MC2 eingeschaltet wird, sind der erste Widerstand CHR und der zweite Widerstand BR in Reihe miteinander verbunden sind. Der Filterkondensator FC1 ist elektrisch mit dem in Reihe verbundenen ersten Widerstand CHR und zweiten Widerstand BR verbunden und wird durch den ersten Widerstand CHR und den zweiten Widerstand BR entladen.
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Wie voranstehend beschrieben, entlädt die Leistungswandlervorrichtung 1 gemäß Ausführungsform 1 den Filterkondensator FC1 mittels des ersten Widerstands CHR zum Unterdrücken eines Einschaltstroms während des Ladens des Filterkondensators FC1 mittels des zweiten Widerstands BR zum Verbrauchen von elektrischer Leistung, die von dem Motor 51 während des Bremsens des elektrischen Schienenfahrzeugs zugeführt ist. Es ist daher nicht erforderlich, dass die Leistungswandlervorrichtung 1 einen weiteren Widerstand zum Entladen des Filterkondensators FC1 zusätzlich zu dem ersten Widerstand CHR und dem zweiten Widerstand BR aufweist. Diese Konfiguration kann die Struktur der Leistungswandlervorrichtung 1 vereinfachen, die ein Bremsen des elektrischen Schienenfahrzeugs in dem dynamischen Bremssystem ermöglicht. Die Konfiguration kann auch zu einer Verringerung einer Größe der Leistungswandlervorrichtung 1 führen.
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Die Leistungswandlervorrichtung 1 entlädt den Filterkondensator FC1 mittels des in Reihe verbundenen ersten Widerstands CHR und zweiten Widerstands BR. Demgemäß, weist die Entladeschaltung des Filterkondensators FC1 einen Widerstand gleich zu der Summe des Widerstands des ersten Widerstands CHR und des Widerstands des zweiten Widerstands BR auf.
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Die Leistungswandlervorrichtung 1 gemäß Ausführungsform 1 kann einen Erdungsfehlerstrom reduzieren, der bewirkt wird, durch das Auftreten eines Kurzschlussfehlers in dem Entladeschalter SW1, weil der zweite Widerstands BR mit dem anderen Ende des Entladeschalters SW1 verbunden ist.
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Der Entladestrom, der während eines Entladens des Filterkondensators FC1 fließt, ist invers proportional zu der Summe des Widerstands des ersten Widerstands CHR und des Widerstands des zweiten Widerstands BR. Der erste Widerstand CHR weist einen Widerstand groß genug auf, um einen Einschaltstrom in Antwort auf ein Schließen des Schalters MC2 zu unterdrücken, zum Beispiel einen Widerstand von mehreren Zehnern von Ohm. Diese Konfiguration resultiert in einem genügend geringen Entladestrom, ermöglicht einem Schalter, der eine kleine Stromkapazität aufweist, als Entladeschalter SW1 genutzt zu werden, und kann die Leitung des Schaltkreises schmaler machen, in den der Entladestrom fließt. Mit anderen Worten kann die Konfiguration die elektrische Beschränkung des Schaltkreises verringern, in der der Strom während des Entladens des Filterkondensators FC1 fließt.
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Ausführungsform 2
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Wenn ein Kurzschlussfehler in dem Entladeschalter SW1 auftritt, fließt ungewollt ein Erdungsfehlerstrom von dem Stromkollektor 52 über den Entladeschalter SW1 zu dem zweiten Widerstand BR. Die Beschreibung von Ausführungsform 2 nachstehend ist gerichtet auf eine Leistungswandlervorrichtung 2, die dazu in der Lage ist, das Vorhandensein eines Kurzschlussfehlers in dem Entladeschalter SW1 auf der Basis des in den zweiten Widerstand BR fließenden Stroms zu bestimmen. Die Weise der Installation der Leistungswandlervorrichtung 2 in dem elektrischen Schienenfahrzeug, ist identisch zu der in Ausführungsform 1. Die Unterschiede der Leistungswandlervorrichtung 2 zu der Leistungswandlervorrichtung 1 gemäß Ausführungsform 1 werden nachstehend beschrieben.
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Die Leistungswandlervorrichtung 2 gemäß Ausführungsform 2, die in 3 dargestellt ist, weist des Weiteren einen Strommesser 18 zum Messen eines Werts des Stroms auf, der in dem zweiten Widerstand BR fließt, und einen Fehlerbestimmer 19 auf, um das Vorhandensein des Kurzschlussfehlers in dem Entladeschalter SW1 auf der Basis des an dem Strommesser 18 gemessenen Werts zu bestimmen, zusätzlich zu den Komponenten der Leistungswandlervorrichtung 1 gemäß Ausführungsform 1.
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Die Schaltersteuerung 15 stellt die Fehlerbestimmer 19 mit einem Schalterzustandssignal S4 bereit, das angibt, ob mindestens einer von den Schaltern MC1 und MC2 geschlossen ist. Zum Beispiel gibt die Schaltersteuerung 15 ein Schalterzustandssignal S4 auf einem niedrigen Niveau aus, wenn die Schalter MC1 und MC2 beide offen sind, und ein Schalterzustandssignal S4 auf einem hohen Niveau auf, wenn mindestens einer der Schalter MC1 und MC2 geschlossen ist.
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Die Schaltersteuerung 15 öffnet beide der Schalter MC1 und MC2, wenn der Fehlerbestimmer 19 bestimmt, dass ein Kurzschlussfehler in dem Entladeschalter SW1 auftritt, wie nachstehend beschrieben.
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Die Schaltsteuerung 16 schaltet die Schaltelemente aus, die in dem Leistungswandler 11 vorhanden sind, wenn der Fehlerbestimmer 19 bestimmt, dass ein Kurzschlussfehler in dem Entladeschalter SW1 auftritt, wie nachstehend beschrieben.
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Die Zerhackerschaltung 17 stellt den Fehlerbestimmer 19 mit einem Elementzustandssignal S5 bereit, das angibt, ob das Schaltelement SW2 ein- oder ausgeschaltet ist. Zum Beispiel gibt die Zerhackerschaltung 17 ein Elementzustandssignal S5 auf einem hohen Niveau aus, wenn das Schaltelement SW2 eingeschaltet ist, und gibt ein Elementzustandssignal S5 auf einem niedrigen Niveau aus, wenn das Schaltelement SW2 ausgeschaltet ist.
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Der Strommesser 18 ist zwischen dem Schaltelement SW2 und dem zweiten Widerstand BR angeordnet. Im Detail ist ein Ende des Strommesser 18 mit dem Emitter-Anschluss des Schaltelements SW2 verbunden und das andere Ende ist mit dem einen Ende des zweiten Widerstands BR verbunden. Das andere Ende des Entladeschalters SW1 ist mit dem Verbindungspunkt zwischen dem Strommesser 18 und dem Schaltelement SW2 verbunden. Der Strommesser 18, der an der voranstehend benannten Position angeordnet ist, ist ein Stromtransformator (CT) und misst einen Wert des Stroms, der in dem zweiten Widerstand BR fließt. Der Strommesser 18 stellt dann den Fehlerbestimmer 19 mit einem Signal bereit, das den gemessenen Stromwert angibt.
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Wenn der Entladeschalter SW1 ausgeschaltet ist und das Schaltelement SW2 der Zerhackerschaltung 13 ausgeschaltet ist, bestimmt der Fehlerbestimmer 19, ob ein Stromwert IB, der der gemessene Stromwert ist, der von dem Strommesser 18 erfasst, mindestens ein Schwellwertstrom Th ist. Die Situation, in der der Entladeschalter SW1 ausgeschaltet ist, das Schaltelement SW2 der Zerhackerschaltung 13 ausgeschaltet ist und der Stromwert IB mindestens der Schwellwertstrom Th ist, wird angenommen, das Vorhandensein eines Kurzschlussfehlers in dem Entladeschalter SW1 anzugeben.
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Der Schwellwertstrom Th kann definiert werden abhängig von dem Wert, der berechnet ist durch Teilen der Oberleitungsspannung, die die Spannung an der Oberleitung 53 ist, durch die Summe des Widerstands des ersten Widerstands CHR und des Widerstands des zweiten Widerstands BR. Genauer gesagt ist der Schwellwertstrom Th vorzugsweise der Wert, der berechnet wird durch Teilen des minimalen möglichen Werts der Oberleitungsspannung durch die Summe des Widerstands des ersten Widerstands CHR und des Widerstands des zweiten Widerstands BR.
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Der Fehlerbestimmer 19 stellt die Schaltersteuerung 15 und die Schaltsteuerung 16 mit einem Bestimmungsergebnissignal S6 basierend auf einem Ergebnis der Bestimmung bereit, ob der Stromwert IB mindestens der Schwellwertstrom Th ist. Im Detail, wenn bestimmt wird, dass der Stromwert IB geringer als der Schwellwertstrom Th ist, stellt der Fehlerbestimmer 19 stellt die Schaltersteuerung 15 und die Schaltsteuerung 16 mit einem Bestimmungsergebnissignal S6 bereit, das angibt, dass kein Kurzschlussfehler in dem Entladeschalter SW1 auftritt. Im Gegensatz dazu, wenn bestimmt wird, dass der Stromwert IB mindestens der Schwellwertstrom Th ist, stellt der Fehlerbestimmer 19 die Schaltersteuerung 15 und die Schaltsteuerung 16 mit einem Bestimmungsergebnissignal S6 bereit, das das Auftreten eines Kurzschlussfehlers in dem Entladeschalter SW1 angibt. Zum Beispiel gibt der Fehlerbestimmer 19 ein Bestimmungsergebnissignal S6 auf einem niedrigen Niveau aus, wenn bestimmt wird, dass der Stromwert IB geringer als der Schwellwertstrom ist, und gibt ein Bestimmungsergebnissignal S6 auf einem hohen Niveau aus, wenn bestimmt wird, dass der Stromwert IB mindestens der Schwellwertstrom ist.
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Ein Prozess des Bestimmens des Vorhandenseins eines Kurzschlussfehlers, der durch den Fehlerbestimmer 19 wird, wird nachstehend mit Bezug auf 4 beschrieben. Wie voranstehend in Ausführungsform 1 beschrieben, schaltet ein Wartungsarbeiter den Entladeschalter SW1 in den offenen Zuständen des Hochgeschwindigkeits-Schaltkreisunterbrechers 54 und der Schalter MC1 und MC2 ein. Mit anderen Worten ist der Entladeschalter SW1 im Normalzustand ausgeschaltet, während mindestens einer der Schalter MC1 und MC2 geschlossen ist. Der Fehlerbestimmer 19 bestimmt daher, ob der Entladeschalter SW1 ausgeschaltet ist auf der Basis des Schalterzustandssignals S4.
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Genauer gesagt, bestimmt der Fehlerbestimmer 19, auf der Basis des Schalterzustandssignals S4, ob mindestens einer der Schalter MC1 und MC2 eingeschaltet ist (Schritt S11). Wenn die Schalter MC1 und MC2 beide ausgeschaltet sind (Schritt S11; Nein), beendet der Fehlerbestimmer 19 den Prozess des Bestimmens des Vorhandenseins eines Kurzschlussfehlers.
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Im Gegensatz dazu, wenn einer der Schalter MC1 und MC2 eingeschaltet ist (Schritt S11; Ja), bestimmt der Fehlerbestimmer 19, ob das Schaltelement SW2 der Zerhackerschaltung 13 ausgeschaltet ist (Schritt S12). Im Detail bestimmt der Fehlerbestimmer 19, ob das Elementzustandssignal S5 den ausgeschalteten Zustand des Schaltelements SW2 angibt. Wenn das Schaltelement SW2 eingeschaltet ist (Schritt S12; Nein), beendet der Fehlerbestimmer 19 den Prozess des Bestimmens des Vorhandenseins eines Kurzschlussfehlers.
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Im Gegensatz dazu, wenn das Schaltelement SW2 ausgeschaltet ist (Schritt S12; Ja), erfasst der Fehlerbestimmer 19 den Stromwert IB von dem Strommesser 18 (Schritt S13). Der Fehlerbestimmer 19 bestimmt dann, ob der Stromwert IB mindestens der Schwellwertstrom Th ist (Schritt S14). Der Stromwert IB geringer als der Schwellwertstrom Th wird angenommen anzugeben, das kein Kurzschlussfehlers in dem Entladeschalter SW1 vorliegt. Daher, wenn der Stromwert IB geringer als der Schwellwertstrom Th ist (Schritt S14; Nein), gibt der Fehlerbestimmer 19 ein Bestimmungsergebnissignal S6 aus, das angibt, dass kein Kurzschlussfehlers in dem Entladeschalter SW1 vorliegt (Schritt S15). Nach Schritt S15 beendet der Fehlerbestimmer 19 den Prozess des Bestimmens des Vorhandenseins eines Kurzschlussfehlers.
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Im Gegensatz dazu, wird angenommen, dass ein Stromwert IB von mindestens dem Schwellwertstrom Th angibt, dein ein Kurzschlussfehler in dem Entladeschalter SW1 vorliegt. Daher, wenn der Stromwert IB mindestens der Schwellwertstrom Th ist (Schritt S14; Ja), gibt der Fehlerbestimmer 19 ein Bestimmungsergebnissignal S6 aus, das das Vorhandensein eines Kurzschlussfehlers in dem Entladeschalter SW1 angibt (Schritt S16). Nach Schritt S16, beendet der Fehlerbestimmer 19 den Prozess des Bestimmens des Vorhandenseins eines Kurzschlussfehlers.
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Der Fehlerbestimmer 19 wiederholt den voranstehend beschriebenen Prozess zu vorgegebenen Zeitpunkten. Zum Beispiel kann der Fehlerbestimmer 19 den voranstehend beschriebenen Prozess in regulären Intervallen bzw. gleichbleibenden Intervallen wiederholen.
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Wenn das Bestimmungsergebnissignal S6 empfangen wird, das das Vorhandensein des Kurzschlussfehlers in dem Entladeschalter SW1 angibt, gibt die Schaltersteuerung 15 Schaltersteuerungssignale S1 zum Befehlen des Öffnens von beiden der Schalter MC1 und MC2 aus.
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Auch, wenn das Bestimmungsergebnissignal S6 empfangen wird, das das Vorhanden eines Kurzschlussfehlers in dem Entladeschalter SW1 angibt, gibt die Schaltsteuerung 16 Schaltsteuerungssignale S2 zum Befehlen des Ausschaltens der Schaltelemente aus, die in dem Leistungswandler 11 vorhanden sind.
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Wie voranstehend beschrieben, ist die Leistungswandlervorrichtung 2 gemäß Ausführungsform 2 dazu in der Lage, das Vorhandensein des Kurzschlussfehlers in dem Entladeschalter SW1 auf der Basis des in den zweiten Widerstand BR fließenden Stroms zu bestimmen.
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Die voranstehend beschriebene Schaltungskonfigurationen sind lediglich Beispiele. Eine weitere beispielhafte Schaltungskonfiguration ist in 5 dargestellt. Wie in 5 dargestellt, kann ein Schaltungsschalter 12a, der in einer Leistungswandlervorrichtung 3 vorhanden ist, Schalter MC1 und MC2 aufweisen, die in Reihe miteinander verbunden sind, und einen ersten Widerstand CHR aufweisen, der parallel zu dem Schalter MC2 verbunden ist. Ein Ende des Schalters MC1 ist mit dem Hochgeschwindigkeits-Schaltkreisunterbrecher 54 verbunden. Ein Ende des Schalters MC2 ist mit dem anderen Ende des Schalters MC1 verbunden, und das andere Ende des Schalters MC2 ist mit dem Primäranschluss 11a des Leistungswandlers 11 verbunden. Ein Ende des ersten Widerstands CHR ist mit dem Verbindungspunkt zwischen den Schaltern MC1 und MC2 verbunden, und das andere Ende ist mit dem anderen Ende des Schalters MC2 verbunden. Ein Ende des Entladeschalters SW1 ist mit dem Verbindungspunkt zwischen den Schaltern MC1 und MC2 verbunden, und das andere Ende ist mit dem Verbindungspunkt zwischen dem Schaltelement SW2 der Zerhackerschaltung 13 und dem zweiten Widerstand BR verbunden. Der Schaltungsschalter 12, der in der Leistungswandlervorrichtung 2 vorhanden ist, kann die Konfiguration identisch zu der des Schaltungsschalters 12a aufweisen, der in der Leistungswandlervorrichtung 3 vorhanden ist.
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Wenn ein Öffnungs-/Schließ-Befehlssignal zum Befehlen eines Starts bzw. Beginns des Antreibens empfangen wird, gibt die Schaltersteuerung 15, die in der Leistungswandlervorrichtung 3 vorhanden ist, ein Schaltersteuerungssignal S1 zum Befehlen eines Schließens des Schalters MC1 aus. Aufgrund des Schließens des Schalters MC1 in Antwort auf dieses Signal, wird die elektrische Leistung, die durch den Stromkollektor 52 von der Substation über die Oberleitung 53 erfasst ist, zu dem Filterkondensator FC1 über den Hochgeschwindigkeits-Schaltkreisunterbrecher 54, den Schalter MC1 und den ersten Widerstand CHR zugeführt, um dadurch den Filterkondensator FC1 zu laden.
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Nach einem genügenden Laden des Filterkondensators FC1, gibt die Schaltersteuerung 15, die in der Leistungswandlervorrichtung 3 vorhanden ist, ein Schaltersteuerungssignal S1 zum Befehlen des Schließens des Schalters MC2 aus. Aufgrund des Schließens des Schalters MC2 in Antwort auf dieses Signal, wird die elektrische Leistung, die durch den Stromkollektor 52 von der Substation über die Oberleitung 53 erfasst wird, zu dem Filterkondensator FC1 über den Hochgeschwindigkeits-Schaltkreisunterbrecher 54 und die Schalter MC1 und MC2 zugeführt.
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Noch eine weitere beispielhafte Schaltungskonfiguration ist in 6 dargestellt. Eine Leistungswandlervorrichtung 4, die in 6 dargestellt ist, weist des Weiteren eine Filterspule FL1 zusätzlich zu den Komponenten der Leistungswandlervorrichtung 1 auf. Die Filterspule FL1 ist in dem Schaltkreis zwischen dem Schaltungsschalter 12 und der Zerhackerschaltung 13 angeordnet. Im Detail ist ein Ende der Filterspule FL1 mit dem anderen Ende des Schalters MC1 verbunden und das andere Ende der Filterspule FL1 ist mit dem Primäranschluss 11a des Leistungswandlers 11 verbunden. Die Filterspule FL1 kann ein Glätten der Stromeingabe des Leistungswandlers 11 und ein Glätten der Stromausgabe von dem Leistungswandler 11 während des Regenerativbremsens erreichen. Die Filterspule FL1 kann auch unterdrücken, dass ein Einschaltstrom zu dem ersten Widerstand CHR und dem zweiten Widerstand BR beim Starten des Entladens des Filterkondensators FC1 fließt. Die Filterspule FL1 kann auch in der Leistungswandlervorrichtung 2 oder 3 bereitgestellt sein.
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Der voranstehend beschriebene Prozess des Bestimmens des Vorhandenseins eines Kurzschlussfehlers in dem Entladeschalter SW1 ist lediglich ein Beispiel. Die Schritte S11 und S12 in 4 können in jeglicher Reihenfolge durchgeführt werden, zum Beispiel, und der Fehlerbestimmer 19 kann Schritt S12 und dann Schritt S11 durchführen.
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Der Entladeschalter SW1 kann die Funktion des Ausgebens eines Signals aufweisen, das angibt, ob der Entladeschalter SW1 eingeschaltet oder ausgeschaltet ist, und der Fehlerbestimmer 19 kann bestimmen, ob der Entladeschalter SW1 ausgeschaltet ist auf der Basis des von dem Entladeschalter SW1 erfassten Signals.
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Der Fehlerbestimmer 19 kann Stromwerte IB von dem Strommesser 18 an bestimmten Intervallen erfassen und die Stromwerte IB in einem Speicher speichern, einen Stromwert IB aus dem Speicher in Schritt S13 in 4 auslesen und dann den folgenden Schritt S 14 auf der Basis des ausgelesenen Stromwerts IB ausführen.
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Der Fehlerbestimmer 19 kann einen Zeitgeber aufweisen und bestimmen, ob der Stromwert IB kontinuierlich zumindest der Schwellwertstrom Th für eine vorbestimmte Zeitdauer war, wenn der Entladeschalter SW1 ausgeschaltet ist und das Schaltelement SW2 der Zerhackerschaltung 13 ausgeschaltet ist. In diesem Fall, wenn bestimmt wird, dass der Stromwert IB nicht kontinuierlich mindestens der Schwellwertstrom Th für die vorbestimmte Zeitdauer war, stellt der Fehlerbestimmer 19 vorzugsweise die Schaltersteuerung 15 und die Schaltsteuerung 16 mit einem Bestimmungsergebnissignal S6 bereit, das angibt, dass kein Kurzschlussfehler in dem Entladeschalter SW1 vorliegt.
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Im Gegensatz dazu, wenn bestimmt wird, dass der Stromwert IB kontinuierlich zumindest der Schwellwertstrom Th für die vorbestimmte Zeitdauer war, stellt der Fehlerbestimmer 19 vorzugsweise der Schaltersteuerung 15 und der Schaltsteuerung 16 mit einem Bestimmungsergebnissignal S6 bereit, das das Vorhandensein eines Kurzschlussfehlers in dem Entladeschalter SW1 angibt. Die vorbestimmte Zeitdauer ist vorzugsweise eine Zeitdauer, die lang genug ist, um zu vermeiden, dass der Fehlerbestimmer 19 ein inkorrektes Bestimmungsergebnis aufgrund einer plötzlichen Variation in dem Stromwert IB ausgibt. Zum Beispiel ist die vorbestimmte Zeitdauer vorzugsweise länger als die aktualisierte Zeitdauer der Einschaltzustände und Ausschaltzustände der Elemente, wie etwa des Entladeschalters SW1 und des Schaltelements SW2 und länger als die Abtastperiode der Stromwerte IB.
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Der Fehlerbestimmer 19 kann das Bestimmungsergebnissignal S6 zu einer Anzeigeeinrichtung ausgeben, die in der Fahrerkabine installiert ist. In diesem Fall kann die Anzeigeeinrichtung in der Fahrerkabine das Vorhandensein eines Kurzschlussfehlers in dem Entladeschalter SW1 anzeigen.
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Der Motor 51 kann ein Motor außer dem Drei-Phasen-Induktionsmotor sein. Zum Beispiel kann der Motor 51 ein Synchronmotor oder ein DC-Motor sein.
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Der Leistungswandler 11 ist jegliche Leistungswandlerschaltung, die zur bidirektionalen Leistungswandlung in der Lage ist. In einem beispielhaften Fall, wo der Motor 51 ein DC-Motor ist, ist der Leistungswandler 11 vorzugsweise ein Gleichstrom-Gleichstrom (DC-DC)-Wandler.
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Die Leistungswandlervorrichtungen 1 bis 4 können in jeglichem Fahrzeug, Gerät oder Ähnlichem installiert sein, das DC-Leistung zu den Leistungswandlervorrichtungen 1 bis 4 zuführen kann. Zum Beispiel können die Leistungswandlervorrichtungen 1 bis 4 in einem elektrischen Schienenfahrzeug eines AC-Zufuhrsystems installiert sein. In diesem Fall ist das andere Ende des Hochgeschwindigkeits-Schaltkreisunterbrechers 54 mit einem der Primäranschlüsse eines Transformators verbunden und die Sekundäranschlüsse des Transformators sind mit einem Wandler verbunden, so dass eine Ausgabe von dem Wandler zu den Leistungswandlervorrichtungen 1 bis 4 zugeführt wird.
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Für ein weiteres Beispiel können die Leistungswandlervorrichtungen 1 bis 4 auch in einem elektrischen Schienenfahrzeug installiert sein, das elektrische Leistung über eine dritte Schiene erfasst.
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Die Leistungswandlervorrichtungen 1 bis 4 sind nicht notwendigerweise von einem dynamischen Bremssystem zum Bremsen eines elektrischen Schienenfahrzeugs, und können jegliche Leistungswandlervorrichtung sein, die mehrere Widerstände aufweist. Zum Beispiel können die Leistungswandlervorrichtungen 1 bis 4 den Filterkondensator FC1 mittels eines Widerstands für jegliche Nutzung entladen, anstatt des ersten Widerstands CHR und des zweiten Widerstand BR. Diese Leistungswandlervorrichtungen 1 bis 4 müssen nicht einen weiteren Widerstand zum Entladen des Filterkondensators FC1 aufweisen und haben daher eine einfachere Struktur.
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Das voranstehend Beschriebene beschreibt einige beispielhafte Ausführungsformen zu Erläuterungszwecken. Obwohl die voranstehende Diskussion spezifische Ausführungsformen präsentiert hat, erkennen Fachleute, dass jegliche Änderungen in Form und Detail gemacht werden können, ohne sich von dem breiteren Geist und Geltungsbereich der Erfindung zu entfernen. Demgemäß sind die Beschreibung und Zeichnungen auf erläuternde anstatt einschränkende Weise aufzufassen. Diese detaillierte Beschreibung ist daher nicht in beschränkender Weise aufzufassen und der Geltungsbereich der Erfindung ist nur durch die anliegenden Ansprüche definiert, zusammen mit dem vollem Bereich von Äquivalenten, die an solchen Ansprüchen zuerkannt wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1,2,3,4
- Leistungswandlervorrichtung
- 1a
- Positiver Eingangsanschluss
- 1b
- Negativer Eingangsanschluss
- 11
- Leistungswandler
- 11a, 11b
- Primäranschluss
- 12, 12a
- Schaltungsschalter
- 13
- Zerhackerschaltung
- 14
- Spannungsmesser
- 15
- Schaltersteuerung
- 16
- Schaltsteuerung
- 17
- Zerhackerschaltung
- 18
- Strommesser
- 19
- Fehlerbestimmer
- 51
- Motor
- 52
- Stromkollektor
- 53
- Oberleitung
- 54
- Hochgeschwindigkeits-Schaltkreisunterbrecher
- BR
- Zweiter Widerstand
- CHR
- Erster Widerstand
- FC1
- Filterkondensator
- FL1
- Filterspule
- MC1, MC2
- Schalter
- S1
- Schaltersteuerungssignal
- S2
- Schaltsteuerungssignal
- S3
- Zerhackersteuerungssignal
- S4
- Schalterzustandssignal
- S5
- Elementzustandssignal
- S6
- Bestimmungsergebnissignal
- SW1
- Entladeschalter
- SW2
- Schaltelement
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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