ES2307777T3 - Alimentacion electrica de tensiones multiples para vehiculo ferroviario. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para la alimentación eléctrica de tensiones múltiples alternas y/o continuas al inicio de una catenaria, destinado a suministrar, por intermedio de al menos una cadena de propulsión, la tensión requerida a un motor eléctrico de un vehículo ferroviario, de preferencia una locomotora, presentando la citada cadena de propulsión un esquema eléctrico modular que comprende una pluralidad de brazos de potencia elementales, comprendiendo cada uno de dichos brazos al menos un diodo polarizado a la inversa con respecto a la alta tensión y un semiconductor, y que se puede reconfigurar en función de las diferentes tensiones de servicio, por optimización del número de dichos brazos utilizado, comprendiendo además la citada alimentación, secuencialmente, en el circuito eléctrico de potencia, entre un transformador de potencia alimentado por la catenaria y el motor eléctrico del citado vehículo, un puente rectificador controlado (A1, A2) en el que cada uno de dichos brazos comprende al menos un diodo en sentido inverso (D1, D2) que sirve para rectificar una tensión alterna suministrada por la catenaria a través del transformador en una tensión continua, un filtro de entrada esencialmente reactivo (A3), un cortador de frenado que puede tener igualmente una función de limitación de picos (B) y un ondulador multifásico (C), comprendiendo estos diferentes elementos componentes electrónicos tales como semiconductores de potencia, estando el citado ondulador (C) en conexión directa con la catenaria para las tensiones de servicio continuas, caracterizado porque se reutiliza el diodo (D1) del primer brazo (A1) del puente rectificador controlado, bajo tensión continua de la catenaria, para impedir la recuperación de la energía eléctrica por la catenaria, durante el modo de funcionamiento en frenado.
Description
Alimentación eléctrica de tensiones múltiples
para vehículo ferroviario.
La presente invención se refiere a un
procedimiento para la alimentación de una cadena de propulsión de un
vehículo ferroviario, normalmente una locomotora.
La presente invención se refiere más
particularmente a un procedimiento de alimentación vinculado a una
reconfiguración de esquema eléctrico bajo diferentes tensiones de
servicio de la catenaria.
La invención se refiere igualmente al
dispositivo para la puesta en práctica del citado procedimiento.
\vskip1.000000\baselineskip
El dominio de la aplicación de la presente
invención se refiere al mando o control de la velocidad variable de
máquinas síncronas o asíncronas a partir de varias tensiones de
servicio, continuas o alternas, presentes en la catena-
ria.
ria.
Las cadenas de propulsión están a este efecto
constituidas por un cierto número de elementos destinados a
convertir la tensión de la catenaria con el fin de suministrar una
tensión para el accionamiento del citado motor.
Estas cadenas de propulsión están constituidas
por al menos un convertidor, ondulador o rectificador destinado
convertir la tensión presente en la catenaria en una tensión
trifásica lo más próxima posible a la de un sistema trifásico
sinusoidal equilibrado de frecuencia y amplitud variables con el fin
de accionar o activar el motor síncrono o asíncrono. En ciertos
casos aquellas comprenden igualmente un cortador o troceador
("hacheur") de frenado, eventualmente asociado a un limitador
de picos y diversos filtros.
Ejemplos de cadenas de propulsión son tomados en
lo que sigue como ejemplos específicos de tensión presente en la
catenaria.
\vskip1.000000\baselineskip
En 25 kV-50 Hz
alternos
- -
- un transformador de potencia;
- -
- un rectificador controlado, normalmente un PMCF (Puente Monofásico de Conmutación Forzada);
- -
- un ondulador de alimentación de los motores de propulsión;
- -
- un cortador de frenado reostático (no siendo siempre posible la recuperación).
\vskip1.000000\baselineskip
En 15 kV-16 Hz 2/3
alternos
- -
- un transformador de potencia (el mismo que en 25 kV-50 Hz);
- -
- un rectificador controlado (idem);
- -
- un ondulador de alimentación de los motores de propulsión;
- -
- el cortador de frenado no es indispensable más que con esta tensión.
\vskip1.000000\baselineskip
En 3 kV continuos
- -
- un filtro de entrada;
- -
- un ondulador de alimentación de los motores de propulsión;
- -
- un cortador de frenado (necesario porque la recuperación no es posible más que si hay otro usuario en la línea); este cortador de frenado realiza igualmente la función de limitador de picos de tensión (que limita la tensión en los semiconductores).
\newpage
En 1500 V continuos
- -
- un filtro de entrada;
- -
- un ondulador de alimentación de los motores de propulsión;
- -
- un cortador de frenado (necesario porque la recuperación no es posible más que si hay otro usuario en la línea); este cortador de frenado realiza igualmente la función de limitador de picos de tensión (que limita la tensión en los semiconductores).
En ciertas redes, como típicamente las de la
SNCF, es necesario asegurar que ninguna corriente no sea nuevamente
enviada a la catenaria. El conjunto del frenado se efectúa entonces
disipando la energía en las resistencias de frenado.
Este campo de funciones puede igualmente ser
extendido a otras tensiones continuas o alternas.
Además de estas funciones vinculadas a la propia
cadena de propulsión, es necesario añadir una función de
convertidor auxiliar (CVS) que permite alimentar los elementos
auxiliares de la propulsión tales como ventiladores, compresores,
etc.
El problema se complica por el hecho de que los
países no ponen en práctica todos la misma alimentación. En
particular, cuando las locomotoras efectúan trayectos que implican
el paso de una frontera de un país a otro, es indispensable que al
motor síncrono o asíncrono le sea igual ser alimentado bajo
diferentes tensiones de servicio presentes en la catenaria.
La mayor parte de los elementos presentes
descritos anteriormente en las cadenas de propulsión están
constituidos por interruptores que utilizan componentes de
potencia, tales como tiristores o GTO (utilizados hasta hace
poco).
En el caso particular de los GTO, que son
semiconductores que presentan un valor de tensión de 4,5 kV, estos
están obligatoriamente provistos de circuitos de protección del tipo
"snubber", es decir, de circuitos de ayuda a la
conmutación.
Estos semiconductores presentaban las siguientes
ventajas:
- -
- no precisaban de un dispositivo limitador de picos, dado que la tensión uniforme es entonces suficiente para una tensión nominal de 3 kV;
- -
- posibilidad de abrir el circuito para poner en él un conmutador o contactor, incluso entre el condensador de entrada y el convertidor, en el bucle de conmutación, gracias al snubber, no teniendo importancia la autoinducción parásita del circuito de conmutación.
\vskip1.000000\baselineskip
Además, dada la tensión uniforme máxima de 4,5
kV de los GTO, no se contempla tener en la catenaria una tensión
continua de 3 kV únicamente con un componente. Dada la dificultad de
situar dos interruptores de este tipo directamente en serie, es con
frecuencia preferible pasar por un dispositivo de entrada que
disminuya la tensión (con una puesta en serie indirecta de los GTO)
y situar seguidamente un ondulador bajo una tensión más pequeña.
Desde hace algún tiempo han aparecido nuevos
tipos de semiconductores estáticos que pueden ser definidos con el
vocablo "IGBT" (Insulated Gate Bipolar Transistor).
Hasta hace poco, estos semiconductores de tipo
IGBT presentaban un valor de tensión como máximo de 3,3 kV. Los
últimos progresos han permitido la aparición de semiconductores que
pueden alcanzar tensiones del orden de 6,5 kV. Esto significa que
es desde entonces posible disponer un solo semiconductor con el fin
de tener directamente la tensión de red continua nominal de 3
kV.
Los semiconductores del tipo IGBT, por ejemplo,
no necesitan snubber. Desde entonces, la autoinducción parásita
entre el condensador y el convertidor debe ser minimizada y ya no es
posible situar un conmutador en este bucle de conmutación.
Esta situación obliga por tanto al proyectista a
volver a pensar el esquema eléctrico, dada la aparición de este
problema vinculado a la nueva generación de semiconductores, pero,
al mismo tiempo, ofrece posibilidades de simplificación importante
de estos y ofrece potencialmente soluciones nuevas para los esquemas
relativos a las cadenas de propulsión de los vehículos ferroviarios
de tensiones múltiples.
Finalmente, se ha observado que los gestores de
redes continuas alternas imponen patrones máximos para el rechazo
de harmónicos de corriente a la catenaria, y esto a fin de no
perturbar los circuitos de vía que son utilizados para asegurar la
señalización. Estos patrones son apropiados para cada red en función
de los circuitos de vía empleados. Ciertas redes, como la red
ferroviaria italiana de 3 kV, imponen rechazos de corriente muy
pequeños, incluso para las bajas y muy bajas frecuencias, que son de
hecho las frecuencias de resonancia del filtro de entrada (bobina
de autoinducción + condensador). A partir de aquí, la menor
excitación (bloqueo del ondulador, salto de tensión de la
catenaria,...) de este filtro de entrada ocasiona que se sobrepasen
estos patrones.
Son conocidos procedimientos de acuerdo con el
estado de la técnica por los documentos XP 000289161 y
DE-A-19843110.
La presente invención tiene por objeto
proporcionar una solución que permita superar a los inconvenientes
del estado de la técnica.
Más particularmente, la invención tiene por
objeto proporcionar una reconfiguración de esquema eléctrico, bajo
las diferentes tensiones de servicio, limitando al máximo el número
de componentes eléctricos elementales necesarios para el
funcionamiento de una cadena de propulsión ferroviaria, con el fin
de optimizar el número.
La presente invención tiene por objetivo
primeramente proponer una solución que evite un retorno de corriente
hacia la catenaria.
A título complementario, la presente invención
se propone resolver el problema de rebasar los patrones, incluso
para las frecuencias muy bajas.
La invención se propone como objetivo en segundo
lugar la reutilización de componentes del esquema eléctrico
existentes para la alimentación de al menos un convertidor
auxiliar.
La invención tiene como objetivo adicional el de
anular las partes de conmutación en la activación del semiconductor
con vistas a permitir el aumento de la frecuencia y la disminución
de la autoinducción de salida para la alimentación del convertidor
auxiliar.
La presente invención se propone como tercer
objetivo la recuperación del condensador de filtro 2f necesario
bajo la tensión de 15 kV - 16 Hz 2/3 para el funcionamiento sin
filtro 2f bajo 25 kV-50 Hz o bajo las tensiones
continuas.
Un primer objeto de la presente invención se
refiere a un procedimiento para la alimentación eléctrica de
tensiones múltiples alternas y/o continuas al comienzo de una
catenaria, destinado a proporcionar, para la alimentación de al
menos una cadena de propulsión, la tensión requerida para un motor
eléctrico de un vehículo ferroviario, de preferencia una
locomotora, presentando la citada cadena de propulsión un esquema
eléctrico modular que comprende una pluralidad de brazos de
potencia elementales, comprendiendo cada uno de los citados brazos
al menos un diodo polarizado a la inversa con relación a la alta
tensión y un semiconductor, y que se puede reconfigurar en función
de las diferentes tensiones de servicio, por optimización del número
de dichos brazos utilizados, comprendiendo además la citada
alimentación, secuencialmente, en el circuito eléctrico de
potencia, entre un transformador de potencia alimentado por la
catenaria y el motor eléctrico del citado vehículo, un puente
rectificador controlado, en el cual cada brazo comprende al menos un
diodo en sentido inverso que sirve para rectificar una tensión
alterna suministrada por la catenaria a través del transformador en
una tensión continua, un filtro de entrada esencialmente reactivo,
un cortador de frenado que puede tener igualmente una función de
limitación de picos y un ondulador de fases múltiples,
comprendiendo estos diferentes elementos componentes electrónicos
tales como semiconductores de potencia, estando el citado ondulador
en conexión directa con la catenaria para las tensiones de servicio
continuas, caracterizado porque se reutiliza el diodo del primer
brazo del puente rectificador controlado bajo tensión continua de la
catenaria para impedir la recuperación de la energía eléctrica por
la catenaria, durante el modo de funcionamiento en
frenado.
frenado.
Si es necesario, se reutiliza el primer brazo
del puente rectificador controlado, bajo tensión continua baja,
para asegurar una función de cortador elevador de tensión que
permita aumentar la potencia de la citada cadena de propulsión bajo
esta tensión continua baja.
Según una forma de ejecución preferida, se
pueden recuperar los secundarios del transformador de potencia con
objeto de realizar la función de la autoinducción de entrada del
cortador elevador.
Ventajosamente, se puede igualmente asegurar así
la recuperación de la energía eléctrica por la catenaria, durante
el modo de funcionamiento en frenado, cortocircuitando el citado
diodo por activación del semiconductor montado en paralelo con este
diodo.
Además, bajo tensión continua, el citado diodo
puede estar destinado a reducir, al producirse un cortocircuito
eventual sobre una cadena de propulsión, la corriente de
cortocircuito alimentada por los condensadores de las otras cadenas
de propulsión.
Además, la presente invención se propone
resolver el problema de las superaciones de patrones proponiendo un
procedimiento en el cual el citado diodo impide una oscilación de
corriente en el filtro de entrada bajo tensiones continuas, al
producirse una excitación ocasional del citado filtro, lo que reduce
las corrientes harmónicas del citado filtro.
Un segundo objeto de la presente invención se
refiere a un procedimiento de alimentación eléctrica de tensiones
múltiples alternas y/o continuas al inicio de una catenaria,
destinado a suministrar, por intermedio de al menos una cadena de
propulsión, la tensión requerida a un motor eléctrico de un vehículo
ferroviario, de preferencia una locomotora, presentando dicha
cadena de propulsión un esquema eléctrico modular que comprende una
pluralidad de brazos de potencia complementarios, comprendiendo
cada uno de los citados brazos al menos un diodo polarizado a la
inversa con respecto a la alta tensión y un semiconductor, y que se
puede configurar en función de las diferentes tensiones de
servicio, por optimización del número de los citados brazos
utilizados, comprendiendo además la citada alimentación,
secuencialmente en el circuito eléctrico de potencia, entre un
transformador de potencia alimentado por la catenaria y el motor
eléctrico del citado vehículo, un puente rectificador controlado,
cada uno de cuyos brazos comprende al menos un diodo en sentido
inverso que sirve para rectificar una tensión alterna suministrada
por la catenaria a través del transformador en una tensión continua,
un filtro de entrada esencialmente reactivo, un cortador de frenado
que puede tener igualmente una función de limitación de picos y un
ondulador de fases múltiples, comprendiendo estos diferentes
elementos componentes electrónicos tales como semiconductores de
potencia, estando el citado ondulador en conexión directa con la
catenaria por las tensiones de servicio continuas, caracterizado
porque se reutiliza el segundo brazo del puente rectificador
controlado bajo las tensiones continuas para asegurar una función de
cortador reductor de tensión con objeto de producir una tensión más
pequeña que permita alimentar de preferencia un convertidor auxiliar
del citado vehículo.
Ventajosamente, se controla o gobierna el
cortador reductor constituido por el citado segundo brazo
reutilizado del puente rectificador controlado, disponiendo de un
semiconductor superior y de un semiconductor inferior, de manera
que se obtenga una ondulación de corriente muy importante con objeto
de invertir la corriente de salida en la bobina de autoinducción de
salida. A partir de ahí, la conmutación en la activación del
semiconductor se efectúa a corriente nula y la conmutación de los
diodos se realiza de manera suave en el paso por cero, de manera
que se anulan las partes de conmutación en la activación del citado
semiconductor y en la extinción del diodo correspondiente. Por este
hecho, es posible aumentar ventajosamente la frecuencia de
conmutación.
De preferencia, el número de brazos
efectivamente utilizados depende de la tensión seleccionada, siendo
el citado número puesto en práctica por medio de una pluralidad de
conmutadores cuya posición, abierta o cerrada, es función de la
citada tensión seleccionada.
El ondulador puede ser trifásico, de preferencia
en dos niveles de tensión y comprende tres brazos.
Un tercer objeto de la presente invención
pretende proponer un procedimiento para la alimentación eléctrica
de tensiones múltiples alternativas y/o continuas al inicio de la
catenaria, destinado a suministrar, por intermedio de al menos una
cadena de propulsión, la tensión requerida a un motor eléctrico de
un vehículo ferroviario, de preferencia una locomotora, presentando
la citada cadena de propulsión un esquema eléctrico modular que
comprende una pluralidad de brazos de potencia elementales,
comprendiendo cada uno de dichos brazos al menos un diodo
polarizado a la inversa con respecto a la alta tensión y un
semiconductor, y que se puede configurar en función de las
diferentes tensiones de servicio, por optimización del número de los
citados brazos utilizados, comprendiendo además la citada
alimentación, secuencialmente en el circuito eléctrico de potencia,
entre un transformador de potencia alimentado por la catenaria y el
motor eléctrico del citado vehículo, un puente rectificador
controlado, en el que cada brazo comprende al menos un diodo de
sentido inverso que sirve para rectificar una tensión alterna
suministrada por la catenaria a través del transformador en una
tensión continua, un filtro de entrada esencialmente reactivo, un
cortador de frenado que puede tener igualmente una función de
limitación de picos y un ondulador de fases múltiples, comprendiendo
estos diferentes elementos componentes electrónicos tales como
semiconductores de potencia, estando el citado ondulador en conexión
directa con la catenaria para las tensiones continuas de servicio,
caracterizado porque el condensador utilizado bajo la tensión
alterna de frecuencia más pequeña, de preferencia de 15 kVac/16 Hz
2/3, en combinación con una bobina de autoinducción en serie, para
filtrar los harmónicos a dos veces la frecuencia fundamental
generada por el rectificador controlado, siendo el citado filtro
llamado "filtro 2f", no siendo el citado filtro 2f necesario
bajo las otras tensiones alternas o continuas, es reutilizado para
aumentar el valor del condensador de filtrado de la tensión
continua, bajo las otras tensiones de servicio.
De manera particularmente ventajosa, los
diferentes procedimientos de acuerdo con la presente invención
podrían ser utilizados en combinación para cadenas de propulsión de
tensiones múltiples seleccionadas del grupo que comprende al menos
las tensiones siguientes: 25 kVca/50 Hz, 15 kVca/16 Hz 2/3, 3 kVdc y
1,5 kVdc.
La presente invención se refiere igualmente a
una instalación destinada a la puesta en práctica de los diferentes
procedimientos de acuerdo con la presente invención. Esta
instalación que constituye la cadena de propulsión comprende al
menos, secuencialmente, en el circuito eléctrico de potencia, entre
un transformador de potencia alimentado por una catenaria y un
motor eléctrico del citado vehículo, la citada catenaria que puede
suministrar una pluralidad de tensiones de red, alternas o
continuas, comprendiendo el citado circuito eléctrico una pluralidad
de conmutadores para la selección de una tensión de catenaria
dada:
- -
- un puente rectificador controlado, de preferencia un puente monofásico de conmutación forzada (PMCF);
- -
- un filtro de entrada esencialmente reactivo, que comprende de preferencia al menos una capacidad y/o al menos una autoinducción;
- -
- un cortador o de frenado que puede tener igualmente una función de limitación de picos;
- -
- un ondulador miltifásico de múltiples niveles, de preferencia trifásico;
- -
- perteneciendo los componentes electrónicos, de preferencia semiconductores de potencia del tipo IGBT, de cada elemento, al menos a un brazo de potencia elemental del esquema eléctrico modular.
La figura 1 representa el esquema eléctrico de
potencia general de alimentación de un vehículo ferroviario,
típicamente una locomotora, desde la catenaria hasta las cadenas de
propulsión (n = 4). La cadena de propulsión número 1, que comprende
el motor M, está representada en detalle.
La figura 2 representa una variante de la figura
1 según una forma de ejecución preferida de la presente
invención.
La figura 3 representa esquemáticamente el brazo
reversible del PMCF que realiza un cortador reductor del convertidor
auxiliar.
La figura 4 representa, en función del tiempo,
la corriente y la tensión de salida del brazo reversible
representado en la figura 3 hacia el convertidor auxiliar.
La idea de base que subyace en la invención es
la siguiente: dado que el esquema eléctrico del circuito de
potencia de la cadena de propulsión de tensiones múltiples debe
estar configurado específicamente para cada tensión de servicio y
dado que el circuito de potencia es modular y comprende un cierto
número de brazos elementales, se reutiliza, en cada tensión de
servicio dada, uno o varios de estos brazos para asegurar
funcionalidades que deben ser idealmente cumplidas a la citada
tensión de servicio. Es necesario observar que los brazos
reutilizados en este marco son por otra parte o bien excedentarios
e inútiles o incluso poseen ya una función bien definida a la
citada tensión de servicio.
El esquema reconfigurado presentado en el marco
de una forma de ejecución preferida de la invención se da en la
figura 1.
La tensión es extraída de la catenaria 1, ya sea
en la forma alterna (25 kV-50 Hz ó 15
kV-16 Hz 2/3), ya sea en forma continua (3 kV ó 1,5
kV).
Un transformador de potencia es alimentado en
corriente alterna por la catenaria 1. El transformador comprende
tantos arrollamientos secundarios como cadenas de propulsión hay
para alimentar (11, 12, 13, 14) y eventualmente arrollamientos
secundarios auxiliares (15, 16), por ejemplo para la alimentación en
alterna de un convertidor secundario (CVS) o para asegurar la
calefacción del tren. En la figura 1 se ha detallado el esquema
completo para una cadena de propulsión, no estando representados
los otros esquemas idénticos (Prp2, Prp3, Prp4).
Se propone una solución que permite no utilizar
más que los 6 brazos estrictamente necesarios para el funcionamiento
en 25 kV-50 Hz y utilizar nuevamente estos en los
otros casos de tensión. En este esquema, el ondulador trifásico que
alimenta cada cadena de propulsión M está en conexión directa con la
catenaria.
Las utilizaciones de los brazos bajo las
diferentes tensiones se describen a continuación:
En 25 kV - 50 Hz alternos
Se utiliza:
- -
- un rectificador controlado PMCF: realizado por 2 brazos o semi-puentes (A1, A2);
- -
- un ondulador de alimentación de los motores de propulsión: realizado por 3 brazos (C1, C2, C3);
- -
- un cortador de frenado (B): realizado por un brazo cortador;
- -
- un convertidor auxiliar AC (CVS): conectado a un arrollamiento de baja tensión dedicado 15 del transformador principal.
En esta configuración, se cierra el conmutador
34 para aplicar la tensión alterna de 50 Hz al puente rectificador
controlado completo (A1, A2). La tensión rectificada es aplicada al
cortador de frenado (B) por medio del filtro de entrada capacitivo
(A3, conmutador 25 cerrado) y a continuación al ondulador (C1, C2,
C3).
En 15 kV - 16 Hz 2/3 alternos
Se utiliza:
- -
- un rectificador controlado (A1, A2): realizado por dos brazos o semi-puentes;
- -
- un ondulador de alimentación de los motores de propulsión: realizado por 3 brazos (C1, C2, C3);
- -
- un CVS AC: conectado a un arrollamiento de baja tensión dedicado 15 del transformador principal.
En esta configuración, se cierra el conmutador
35 para aplicar la tensión alterna de 16 Hz 2/3 al puente
rectificador controlado completo (A1, A2). La tensión alterna es
aplicada por intermedio del filtro de entrada reactivo, es decir,
autoinductivo-capacitivo (A3, una bobina de
autoinducción L, conmutador 25 abierto) y a continuación al
ondulador (C1, C2, C3).
En 3 kV continuos
Se utiliza:
- -
- un ondulador de alimentación de los motores de propulsión: realizado por 3 brazos (C1, C2, C3);
- -
- un cortador de frenado y limitador de picos (B y/o A1): realizado por un brazo cortador;
- -
- un CVS DC: alimentado por un cortador reductor constituido por el segundo brazo PMCF (A2, conmutador 24 cerrado en CVS). Se trata de un brazo cortador reversible.
En 1500 V continuos
Se utiliza:
- -
- un ondulador de alimentación de los motores de propulsión: realizado por 3 brazos (C1, C2, C3);
- -
- un cortador de frenado y limitador de picos (B): realizado por un brazo cortador;
- -
- un cortador elevador puede ser realizado con el primer brazo del PMCF (A1);
- -
- el CVS DC es alimentado por un cortador reductor constituido por el segundo brazo PMCF (A2, conmutador 24 cerrado en CVS). Se trata de un brazo cortador reversible.
El CVS no tiene desde entonces necesidad de la
etapa de 3 kV y comprende únicamente componentes alimentados por
tensiones inferiores a 1000 V (componentes industriales). En otros
términos, no se tiene necesidad de desdoblar las etapas de alta
tensión en las cadenas de propulsión y los convertidores
auxiliares.
Estos brazos son reconfigurados con un mínimo de
conmutadores y no se sitúa ningún conmutador en el bucle compuesto
por el condensador de entrada, por el ondulador y por los brazos
compuestos por los semiconductores, lo que no impone el empleo de
snubber.
Es posible alimentar con tensión de catenaria la
cadena de propulsión 1 por el primer brazo PMCF A1 (conmutador 23
cerrado). En este caso, el diodo D1 del primer brazo PMCF A1 permite
asegurar que la corriente no sea nuevamente enviada a la catenaria
en frenado. Esta configuración permite igualmente continuar
alimentando el convertidor auxiliar por la catenaria, asegurando
que no sea nuevamente enviada corriente alguna a esta última. Según
sea necesario, es posible reconfigurar este brazo en cortador
elevador controlando simplemente el semiconductor IGBT en paralelo
con el diodo. Si es requerido para otras redes de 1500 Vdc el
frenado en recuperación, basta entonces controlar el IGBT
activado.
La disposición del diodo en el circuito permite
igualmente reducir las corrientes de cortocircuito bajo las redes
continuas. En efecto, en caso de cortocircuito en la cadena de
propulsión 1, los condensadores de las otras cadenas de propulsión
ya no se descargan en el cortocircuito.
El empleo de un brazo reversible para realizar
el cortador reductor del convertidor auxiliar permite realizar una
ondulación de corriente muy importante y que se invierta la
corriente de salida en la bobina de autoinducción de salida.
Desde ahora la conmutación a la activación del
semiconductor se efectúa a corriente nula y la conmutación de los
diodos se hace de manea suave durante el paso por cero.
La figura 2 representa una forma de ejecución
preferida en la que las bobinas de autoinducción de entrada han
sido suprimidas y han sido sustituidas por los secundarios del
transformador de potencia. En este caso, se observa que aparece una
unión directa entre la entrada del ondulador y el secundario.
El esquema y el modo de funcionamiento están
representados en las figuras 3 y 4, respectivamente.
Finalmente, es necesario señalar la
reutilización ventajosa del condensador utilizado con la tensión
alterna de frecuencia más pequeña, típicamente de 15 kV- 16 Hz 2/3,
en combinación con una inductancia en serie ("filtro 2f", A3),
con el fin de filtrar los harmónicos a dos veces la frecuencia
fundamental generados por el rectificador controlado sobre la
tensión continua. Este filtro no es necesario a otras tensiones
alternas (frecuencia más elevada) y continuas. El condensador es
entonces reutilizado de manera que se aumenta el valor del
condensador de filtrado de paso bajo en la tensión continua para
hacer aceptable el contenido harmónico de las corrientes rechazadas
a la catenaria o incluso la oscilación de tensión en el bus
continuo.
Claims (13)
1. Procedimiento para la alimentación eléctrica
de tensiones múltiples alternas y/o continuas al inicio de una
catenaria, destinado a suministrar, por intermedio de al menos una
cadena de propulsión, la tensión requerida a un motor eléctrico de
un vehículo ferroviario, de preferencia una locomotora, presentando
la citada cadena de propulsión un esquema eléctrico modular que
comprende una pluralidad de brazos de potencia elementales,
comprendiendo cada uno de dichos brazos al menos un diodo polarizado
a la inversa con respecto a la alta tensión y un semiconductor, y
que se puede reconfigurar en función de las diferentes tensiones de
servicio, por optimización del número de dichos brazos utilizado,
comprendiendo además la citada alimentación, secuencialmente, en el
circuito eléctrico de potencia, entre un transformador de potencia
alimentado por la catenaria y el motor eléctrico del citado
vehículo, un puente rectificador controlado (A1, A2) en el que cada
uno de dichos brazos comprende al menos un diodo en sentido inverso
(D1, D2) que sirve para rectificar una tensión alterna suministrada
por la catenaria a través del transformador en una tensión continua,
un filtro de entrada esencialmente reactivo (A3), un cortador de
frenado que puede tener igualmente una función de limitación de
picos (B) y un ondulador multifásico (C), comprendiendo estos
diferentes elementos componentes electrónicos tales como
semiconductores de potencia, estando el citado ondulador (C) en
conexión directa con la catenaria para las tensiones de servicio
continuas, caracterizado porque se reutiliza el diodo (D1)
del primer brazo (A1) del puente rectificador controlado, bajo
tensión continua de la catenaria, para impedir la recuperación de la
energía eléctrica por la catenaria, durante el modo de
funcionamiento en frenado.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque se reutiliza el primer brazo (A1) del
puente rectificador controlado, bajo tensión continua baja, para
asegurar una función de cortador elevador de tensión que permite
aumentar la potencia de la citada cadena de propulsión bajo esta
tensión continua baja.
3. Procedimiento según la reivindicación 2,
caracterizado porque se recuperan los secundarios del
transformador de potencia con el fin de realizar la función de
autoinducción de entrada del cortador elevador.
4. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque se asegura la recuperación de la energía
eléctrica por la catenaria, durante el modo de funcionamiento en
frenado, cortocircuitando el citado diodo (D1) por activación del
semiconductor montado en paralelo con este diodo.
5. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque, bajo tensión continua, el citado diodo
(D1) está destinado a reducir, durante un cortocircuito eventual en
una cadena de propulsión, la corriente de cortocircuito alimentada
por los condensadores de las otras cadenas de propulsión.
6. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque el citado diodo (D1) impide una
oscilación de corriente en el filtro de entrada bajo las tensiones
continuas en una excitación ocasional del citado filtro, lo que
reduce las corrientes harmónicas del citado filtro.
7. Procedimiento para la alimentación eléctrica
en tensiones múltiples alternas y/o continuas al inicio de una
catenaria, destinado a suministrar, por intermedio de al menos una
cadena de propulsión, la tensión requerida a un motor eléctrico de
un vehículo ferroviario, de preferencia una locomotora, presentando
la citada cadena de propulsión un esquema eléctrico modular que
comprende una pluralidad de brazos de potencia elementales,
comprendiendo cada uno de dichos brazos al menos un diodo polarizado
a la inversa con respecto a la alta tensión y un semiconductor, y
que se puede reconfigurar en función de las diferentes tensiones de
servicio, por optimización del número de los citados brazos
utilizado, comprendiendo además la citada alimentación,
secuencialmente, en el circuito eléctrico de potencia, entre un
transformador de potencia alimentado por la catenaria y el motor
eléctrico del citado vehículo, un puente rectificador controlado
(A1, A2) en el que cada uno de los brazos comprende al menos un
diodo en sentido inverso (D1, D2) que sirve para rectificar una
tensión alterna suministrada por la catenaria a través del
transformador en una tensión continua, un filtro de entrada
esencialmente reactivo (A3), un cortador de frenado que puede tener
igualmente una función de limitador de picos (B) y un ondulador de
fases múltiples (C), comprendiendo estos diferentes elementos
componentes electrónicos tales como semiconductores de potencia,
estando el citado ondulador (C) en conexión directa con la catenaria
para las tensiones de servicio continuas, caracterizado
porque se reutiliza el segundo brazo (A2) del puente rectificador
controlado, bajo las tensiones continuas, para asegurar una función
de cortador reductor de tensión con el fin de producir una tensión
más pequeña que permita alimentar de preferencia un convertidor
auxiliar del citado vehículo.
8. Procedimiento según la reivindicación 7,
caracterizado porque se gobierna o controla el cortador
reductor constituido por el citado segundo brazo reutilizado del
puente rectificador controlado (A2), disponiendo de un
semiconductor superior y de un semiconductor inferior, de manera que
se obtiene una ondulación de corriente muy importante con vistas a
invertir la corriente de salida en la bobina de autoinducción de
salida.
9. Procedimiento según la reivindicación 7 o la
8, caracterizado porque el número de brazos efectivamente
utilizados depende de la tensión seleccionada, siendo dicho número
puesto en práctica por medio de una pluralidad de conmutadores cuya
posición abierta o cerrada es función de la citada tensión
seleccionada.
10. Procedimiento según la reivindicación 7 o la
8, caracterizado porque el ondulador (C) es trifásico, de
preferencia con dos niveles de tensión y comprende tres brazos (C1,
C2, C3).
11. Procedimiento para la alimentación eléctrica
de múltiples tensiones alternativas y/o continuas al inicio de una
catenaria, destinado a suministrar, por intermedio de al menos una
cadena de propulsión, la tensión requerida a un motor eléctrico de
un vehículo ferroviario, de preferencia una locomotora, presentando
la citada cadena de propulsión un esquema eléctrico modular que
comprende una pluralidad de brazos de potencia elementales,
comprendiendo cada uno de dichos brazos al menos un diodo polarizado
a la inversa con respecto a la alta tensión y un semiconductor, y
que se puede configurar en función de las diferentes tensiones de
servicio, por optimización del número de los citados brazos
utilizados, comprendiendo además la citada alimentación,
secuencialmente, en el circuito eléctrico de potencia, entre un
transformador de potencia alimentado por la catenaria y el motor
eléctrico del citado vehículo, un puente rectificador controlado
(A1, A2) en el que cada brazo comprende al menos un diodo en
sentido inverso (D1, D2) que sirve para rectificar una tensión
alterna suministrada por la catenaria a través del transformador en
una tensión continua, un filtro de entrada esencialmente reactivo
(A3), un cortador de frenado que puede tener igualmente una función
de limitación de picos (B) y un ondulador multifásico (C),
comprendiendo estos diferentes elementos componentes electrónicos
tales como semiconductores de potencia, estando el citado ondulador
(C) en conexión directa con la catenaria para las tensiones de
servicio continuas, caracterizado porque el condensador
utilizado bajo la tensión alterna de frecuencia más pequeña, de
preferencia con 15 kVac/16 Hz 2/3, en combinación con una bobina de
autoinducción en serie, para filtrar los harmónicos a dos veces la
frecuencia fundamental generados por el rectificador controlado,
siendo llamado el citado filtro "filtro 2f", no siendo
necesario el citado filtro 2f con las otras tensiones alternas o
continuas, se reutiliza para aumentar el valor del condensador de
filtrado de la tensión continua, a las otras tensiones de
servicio.
12. Utilización, en combinación, de al menos dos
procedimientos según una cualquiera de las reivindicaciones
precedentes, para cadenas de propulsión de tensiones múltiples
seleccionadas en el grupo que comprende al menos las tensiones
siguientes: 25 kVac/50 Hz, 15kVac/16 Hz 2/3, 3 kVdc y 1,5 kVdc.
13. Instalación destinada a la puesta en
práctica del procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 11 y que constituye la cadena de propulsión,
caracterizada porque comprende, dispuestos en secuencia, en
el circuito eléctrico de potencia, entre un transformador de
potencia alimentado por una catenaria y un motor eléctrico del
citado vehículo, pudiendo la citada catenaria suministrar una
pluralidad de tensiones de red, alternas o continuas, comprendiendo
el citado circuito eléctrico una pluralidad de conmutadores para la
selección de una tensión de catenaria dada, al menos los elementos
siguientes:
- -
- un puente rectificador controlado (A1, A2), de preferencia un puente monofásico de conmutación forzada (PMCF)
- -
- un filtro de entrada esencialmente reactivo (A3), que comprende de preferencia al menos una capacidad y/o al menos una autoinducción;
- -
- un cortador de frenado que puede tener igualmente una función de limitación de picos (B);
- -
- un ondulador multifásico de niveles múltiples (C1, C2, C3), de preferencia trifásico;
- -
- componentes electrónicos, de preferencia semiconductores de potencia del tipo IGBT para cada elemento, perteneciendo cada elemento al menos a un brazo de potencia elemental del esquema eléctrico modular.
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