ES2642206T3

ES2642206T3 - Unidad de accionamiento para el control de un motor

Info

Publication number: ES2642206T3
Application number: ES14724098.0T
Authority: ES
Inventors: Christoph Stemmler; Thomas Von Hoff; Urs Ehrler
Original assignee: ABB Schweiz AG
Current assignee: ABB Schweiz AG
Priority date: 2013-05-17
Filing date: 2014-05-16
Publication date: 2017-11-15
Anticipated expiration: 2034-05-16
Also published as: BR112015028247A2; EP2996898A2; EP2996898B1; WO2014184336A2; RU2015154200A; BR112015028247A8; DE102013008420A1; RU2657103C2; US9573475B2; US20160068068A1; CN105209285A; CN105209285B; WO2014184336A3; BR112015028247B1; JP2016526368A; JP6149155B2

Description

DESCRIPCION

Unidad de accionamiento para el control de un motor 5 Campo tecnico

La invencion se refiere a una unidad de accionamiento para el control de una maquina. En particular, la presente invencion se refiere a un control mejorado para el arranque de un motor de combustion, el cual esta configurado para accionar un generador de traccion acoplado al motor.

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Estado de la tecnica

Por el estado de la tecnica se conoce que el arranque o puesta en marcha de un motor de combustion de alta potencia, como por ejemplo un motor diesel, el cual se usa para accionar una maquina, como por ejemplo en 15 aplicaciones de traccion para trenes o maquinas agncolas, se realiza con frecuencia con un motor auxiliar adicional, si bien considerablemente mas pequeno, es decir, de menor potencia, el cual recibe su energfa de arranque a traves de una batena adicional, conectada al motor auxiliar, una denominada batena de arrancador. Una disposicion de este tipo se encuentra, por ejemplo, en los vehnculos de motor. En los mismos, una batena de arrancador, que esta configurada como batena recargable, suministra la corriente electrica para el arrancador del motor de combustion del 20 vehnculo de motor. Ademas de la funcion de proporcionar un potencial de energfa o nivel de tension determinado para el arranque del motor, la batena de arrancador se utiliza no obstante con frecuencia de manera complementaria para apoyar la alimentacion de la red de a bordo y diversos consumidores del vehnculo conectados a la misma.

Un procedimiento similar para el arranque de un motor se describe en el documento WO 2012/091831. A este 25 respecto, un motor esta unido con un generador de corriente trifasica y con un motor auxiliar adicional. El generador de corriente trifasica genera la energfa de traccion necesaria para el accionamiento del vehnculo. El motor auxiliar adicional es alimentado por una batena, a fin de proporcionar el momento de giro requerido para la puesta en marcha y el arranque del motor.

30 Otro estado de la tecnica se conoce, por ejemplo, por el documento US 2012/169050 A1.

Desventajas del estado de la tecnica

Los procedimientos conocidos por el estado de la tecnica para el arranque de un motor, con una batena de 35 arrancador, presentan sin embargo diversas desventajas. Con frecuencia, el potencial de energfa facilitado por la batena durante la operacion de arranque del motor no es suficiente, cuando la batena por ejemplo solo esta disenada para proporcionar una tension de alimentacion relativamente baja de 24 voltios. En tal caso, un componente estructural adicional, como por ejemplo un convertidor elevador, debe encargarse de que el potencial de energfa facilitado por la batena se eleve a un potencial de energfa superior. Ademas, la tension relativamente 40 baja facilitada por la batena provoca altas corrientes de batena durante la operacion de arranque del motor.

Una desventaja adicional para el uso de una batena de arrancador consiste en su rendimiento dependiente de la temperatura. Esta desventaja la presentan no obstante en general todas las batenas.

45 El rendimiento de una batena cae tanto mas cuanto mas baja sea la temperatura ambiente al que esta expuesta la batena.

Objetivo tecnico

50 El objetivo tecnico de la presente invencion consiste en proporcionar una unidad de accionamiento mejorada y mas sencilla para el control y para el arranque de un motor, que evite o al menos minimice las desventajas mencionadas del estado de la tecnica. En particular, el objetivo de la presente invencion es proporcionar una unidad de accionamiento mejorada que posibilite el arranque fiable de un motor y, a este respecto, solo requiera una adaptacion minima, por lo que respecta a la tecnica de interconexiones, a la unidad de motor y de accionamiento de 55 un vehnculo. Otro objetivo de la presente invencion consiste en hacer la operacion de arranque de un motor independiente de un potencial de energfa presente de una batena, la denominada batena del vetnculo, que normalmente apoya el arranque del motor y para desahogar la red de a bordo del vetnculo enganchada a la batena del vehnculo.

60 El objetivo de la presente invencion se alcanza con las caractensticas de la reivindicacion 1. Formas de realizacion ventajosas de la invencion se encuentran en las reivindicaciones dependientes adjuntas.

En particular, el objetivo se alcanza mediante una unidad de accionamiento que comprende un convertidor de corriente, el cual puede unirse con una maquina de trabajo, y que comprende un circuito intermedio que puede 65 acoplarse por un lado con un primer convertidor y por otro lado con un segundo convertidor, estando disenado el

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primer convertidor para poder unirse en el lado de la tension alterna con un motor y estando unido en el lado de la tension continua con el circuito intermedio y estando unido el segundo convertidor en el lado de la tension continua con el circuito intermedio y pudiendo unirse en el lado de salida con la maquina de trabajo y estando configurado el segundo convertidor para controlar la maquina de trabajo de manera que la maquina de trabajo pueda funcionar o 5 bien como motor o bien como generador.

Ademas, la unidad de accionamiento comprende un enlace a al menos un acumulador de energfa y una unidad de conmutacion, la cual esta unida con el convertidor de corriente, pudiendo funcionar la unidad de conmutacion en un primer modo de funcionamiento o un segundo modo de funcionamiento, estando configurada la unidad de 10 conmutacion en el primer modo de funcionamiento para acoplar el convertidor de corriente con el al menos un acumulador de energfa, a fin de posibilitar un flujo de energfa desde el al menos un acumulador de energfa a traves de la unidad de conmutacion hasta el circuito intermedio del convertidor de corriente, y estando configurada la unidad de conmutacion en el segundo modo de funcionamiento para separar el convertidor de corriente del al menos un acumulador de energfa. Ademas, la unidad de accionamiento comprende una unidad de carga de acumulador de 15 energfa, que puede unirse con el convertidor de corriente para proporcionar energfa al acumulador de energfa. Un aspecto esencial de la presente invencion radica en que el arranque de un motor, preferiblemente de un motor de combustion como por ejemplo un motor diesel, el cual se utiliza por ejemplo en aplicaciones de traccion para vehnculos ferroviarios, tales como trenes automotores y locomotoras, aunque tambien en campos de uso proximos a la traccion como por ejemplo vetnculos autobus, que pueden estar equipados ademas con accionamiento hnbrido, 20 tiene lugar a traves una maquina de trabajo ya presente, la cual puede acoplarse con el motor. La maquina de trabajo puede funcionar a este respecto o bien como motor o bien como generador. Para arrancar el motor, la maquina de trabajo se pone en modo de funcionamiento de motor, que garantiza el momento de arranque necesario para poner en marcha el motor diesel. Debido al modo de funcionamiento dual de la maquina de trabajo puede prescindirse ventajosamente de un motor auxiliar adicional, que se utilizana en aplicaciones similares conocidas por 25 el estado de la tecnica, para proporcionar el momento de arranque necesario para el motor de conmutacion.

La puesta en marcha de la maquina de trabajo puede tener lugar con ayuda de un acumulador de energfa, el cual proporciona un potencial de energfa requerido. El acumulador de energfa esta acoplado a traves de una unidad de conmutacion con el circuito intermedio de una unidad de convertidor de corriente, que alimenta la maquina de 30 trabajo con energfa. La unidad de conmutacion puede comprender a este respecto medios de conmutacion mecanicos y / o electricos. La unidad de convertidor de corriente comprende un primer convertidor y un segundo convertidor, estando acoplados electricamente entre sf el primer y el segundo convertidor a traves de un circuito intermedio. El circuito intermedio puede estar configurado preferiblemente como circuito intermedio de tension continua con un elemento capacitivo. La unidad de accionamiento de acuerdo con la invencion puede estar disenada 35 a este respecto para procesar las tensiones del circuito intermedio en el rango de baja tension y el rango de media tension con valores caractensticos de tension de mas de 1000 voltios. El primer convertidor esta configurado preferiblemente como convertidor de corriente y puede unirse en el lado de la tension alterna con un motor, que puede representar preferiblemente un motor electrico, el cual puede accionarse. El segundo convertidor de la unidad de convertidor de corriente esta acoplado en el lado de salida con la maquina de trabajo.

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La unidad de conmutacion puede funcionar de manera que el acumulador de energfa se conecte con la unidad de convertidor de corriente o se separa de la misma. La unidad de conmutacion puede estar configurada ventajosamente como convertidor auxiliar, que efectua la conmutacion al respectivo modo de funcionamiento. La conmutacion puede tener lugar por tanto mediante un convertidor auxiliar ya presente en determinadas 45 circunstancias. Esto tiene la ventaja de que el numero de componentes estructurales necesarios para la conmutacion se reduce al mmimo, lo que puede llevar a un ahorro de costes y de peso de la unidad de accionamiento. Ademas, una disposicion de conexion de este tipo posibilita el uso de componentes de conmutador mas pequenos, de menor potencia y por tanto mas economicos, ya que las corrientes de carga necesarias procedentes del acumulador de energfa pueden dimensionarse mucho mas pequenas con respecto a un arranque 50 directo sin acumulador de energfa.

La unidad de conmutacion puede funcionar ademas de manera que, durante la marcha, el acumulador de energfa esta desacoplado de la unidad de convertidor de corriente, para suministrar energfa en su lugar, por ejemplo, a otros consumidores conectados a la unidad de conmutacion. Es decir que puede producirse un flujo de energfa desde la 55 unidad de convertidor de corriente a traves de la unidad de conmutacion hasta el consumidor conectado a la unidad de conmutacion, como por ejemplo una red de a bordo.

Un aspecto adicional de la presente invencion consiste en que el acumulador de energfa no tiene por que ser un componente integral de la unidad de accionamiento. La unidad de accionamiento puede tambien presentar 60 unicamente interfaces para el acoplamiento de uno o varios acumuladores de energfa, que se encuentran fueran de la unidad de accionamiento.

El acumulador de energfa, que puede estar configurado en forma de una batena, por ejemplo una batena recargable de plomo, proporciona el potencial de energfa necesario para la puesta en marcha de la maquina de trabajo en 65 forma de una tension nominal definida. Esta puede ascender, por ejemplo, a 24 voltios, 36 voltios o 110 voltios. El

acumulador de ene^a se conecta mediante la unidad de conmutacion de manera que se produce un flujo de energfa desde el acumulador de energfa a traves de la unidad de conmutacion hasta la unidad de convertidor de corriente y el lado de entrada del segundo convertidor. Sin embargo, si la tension nominal proporcionada por el acumulador de energfa no basta para la operacion de arranque, entonces, en determinadas circunstancias, debe 5 conectarse un convertidor elevador al acumulador de energfa para proporcionar el potencial de energfa requerido para la puesta en marcha de la maquina de trabajo.

Formas de realizacion preferidas de la invencion

10 En una primera forma de realizacion preferida de la presente invencion, la unidad de accionamiento comprende una unidad de carga de energfa, que puede unirse con el convertidor de corriente, para proporcionar asf energfa al acumulador de energfa. El acumulador de energfa esta acoplado, para ello, a una unidad de carga de energfa, de modo que es posible un flujo de energfa desde el primer convertidor de la unidad de convertidor de corriente hacia la unidad de carga de energfa. Pero tambien sena concebible el uso de una denominada unidad de carga de energfa 15 reversible. Esta tendna entonces la funcion de alimentar energfa a traves del acumulador de energfa a la unidad de convertidor de corriente o al convertidor de corriente.

Durante el funcionamiento de la unidad de accionamiento, es decir por ejemplo durante la marcha del vetnculo impulsado, la unidad de carga de energfa se encarga de que el acumulador de energfa se cargue. De este modo 20 puede garantizarse, ventajosamente, que para la operacion de arranque del motor diesel este siempre disponible la energfa requerida, para que pueda impulsarse la maquina de trabajo acoplada a la unidad de convertidor de corriente, la cual a su vez proporciona el momento de arranque requerido para el motor diesel acoplado a la misma.

En otra forma de realizacion preferida, la unidad de conmutacion esta configurada para acoplar el convertidor de 25 corriente con una conexion de red de alimentacion, a fin de permitir un flujo de energfa desde el circuito intermedio del convertidor de corriente a traves de la unidad de conmutacion hacia la conexion de red de alimentacion. La unidad de conmutacion esta configurada preferiblemente como variador de funcionamiento auxiliar, el cual presenta un correspondiente conmutador. Por tanto, solo deben efectuare para ello adaptaciones mmimas al equipamiento ya presente, como por ejemplo a un variador de funcionamiento auxiliar en determinadas circunstancias ya presente.

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La respectiva conmutacion mediante la unidad de conmutacion determina por tanto la direccion de los flujos de energfa que discurren hacia la unidad de convertidor de corriente o desde la unidad de convertidor de corriente. Es decir, la posicion del conmutador establece si se produce un flujo de energfa desde la unidad de convertidor de corriente a traves de la unidad de conmutacion hasta la conexion de red de alimentacion o si tiene lugar un flujo de 35 energfa desde un acumulador de energfa a traves de la unidad de conmutacion hasta la unidad de convertidor de corriente. Dado que la conmutacion puede tener lugar en un variador de funcionamiento auxiliar, se consigue la ventaja de que pueden usarse conmutadores de menor potencia y por tanto mas pequenos, que reducen los costes y el espacio necesario.

40 En otra forma de realizacion preferida de la invencion, la unidad de accionamiento presenta un acumulador de energfa auxiliar, el cual puede unirse con el circuito intermedio del convertidor de corriente. El acumulador de energfa auxiliar puede estar configurado, por ejemplo, como supercondensador, que puede proporcionar un potencial de energfa, en forma de un potencial de rendimiento, mayor que el acumulador de energfa. La unidad de accionamiento puede presentar, asimismo, tambien un enlace a modo de interfaz con un acumulador de energfa 45 auxiliar, de modo que el acumulador de energfa auxiliar pueda colocarse en un lugar distinto al de la unidad de accionamiento. El uso de un acumulador de energfa auxiliar permite proporcionar, para el arranque del motor diesel, un potencial de energfa que es independiente del potencial de energfa proporcionado del acumulador de energfa. Esto es ventajoso cuando el rendimiento del acumulador de energfa depende de fluctuaciones de temperatura. Este es en particular el caso de las batenas. Por el estado de la tecnica se conoce que el rendimiento de batenas, como 50 por ejemplo batenas recargables de plomo, y por tanto la capacidad para suministrar un potencial de energfa constante, se ve afectado cuando estan expuestas a temperaturas ambiente bajas.

La carga del acumulador de energfa auxiliar tiene lugar, en una forma de realizacion preferida de la invencion, a traves del acumulador de energfa. Para ello, el acumulador de energfa auxiliar se une a traves de una unidad de 55 variador con el circuito intermedio de la unidad de convertidor de corriente. De esta manera se evita una carga excesiva de una red de energfa de a bordo interna para el suministro de energfa en un vetnculo en el que se utiliza la unidad de accionamiento. La unidad de variador puede estar configurada, a este respecto, como regulador IGBT, el dispone adicionalmente de una resistencia de frenado. La resistencia de frenado permite adicionalmente la disipacion de energfa de frenado excesiva.

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En particular, la unidad de variador esta acoplada con la entrada en el lado de la tension continua del segundo convertidor de la unidad de convertidor de corriente. Puesto que el acumulador de energfa a traves de la unidad de conmutacion esta acoplado con el convertidor de corriente, el acumulador de energfa auxiliar se carga de este modo, cuando un flujo de energfa fluye desde el acumulador de energfa a traves de la unidad de conmutacion hasta 65 la unidad de convertidor de corriente y desde allf a traves de la unidad de variador hasta el acumulador de energfa

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auxiliar. La unidad de conmutacion debe estar conmutada para ello de manera correspondiente, para permitir tal flujo de ene^a. En particular durante la marcha del vetuculo resulta practica una carga de este tipo del acumulador de ene^a auxiliar.

Cabe indicar que la energfa de frenado excesiva tambien puede introducirse directamente en el acumulador de energfa auxiliar.

La unidad de variador esta configurada ademas para elevar un primer potencial de energfa acumulado en el acumulador de energfa auxiliar a un segundo potencial de energfa que puede proporcionarse para el circuito intermedio del convertidor de corriente, cuando vaya a iniciarse la operacion de arranque del motor diesel. En tal caso, la unidad de variador dispone de un convertidor elevador, que eleva el potencial de tension disponible desde el acumulador de energfa auxiliar.

El acumulador de energfa auxiliar esta configurado ademas de manera que pueda funcionar en un funcionamiento de carga o de descarga. En el modo de carga, el acumulador de energfa auxiliar se carga desde el acumulador de energfa. Esto tiene lugar, por regla general, antes de la operacion de arranque del motor de combustion. Para ello, la unidad de conmutacion funciona en el primer modo de funcionamiento, en el que a traves de la unidad de conmutacion el acumulador de energfa esta acoplado con el circuito intermedio del convertidor de corriente. Se alimenta entonces energfa procedente del acumulador de energfa a traves de la unidad de conmutacion al circuito intermedio. Esta energfa se conduce entonces desde el circuito intermedio a traves de la unidad de variador al acumulador de energfa auxiliar. La carga del acumulador de energfa auxiliar con energfa procedente del acumulador de energfa puede tener lugar por ejemplo tambien durante la marcha del vetuculo.

Cuando el acumulador de energfa auxiliar funciona en el modo de descarga, entonces el acumulador de energfa auxiliar esta acoplado a traves de la unidad de variador con el circuito intermedio del convertidor de corriente. Se proporciona entonces energfa procedente del acumulador de energfa auxiliar al circuito intermedio del convertidor de corriente. El flujo de energfa procedente del acumulador de energfa auxiliar hacia la unidad de convertidor de corriente permite proporcionar un potencial de energfa para el arranque del motor diesel, el cual es independiente del potencial de energfa del acumulador de energfa. Con potencial de energfa quiere decirse aqu el potencial de tension disponible del acumulador de energfa. De esta manera puede desahogarse por tanto la red de a bordo interna de un vetuculo, que de lo contrario sena alimentada principalmente a traves de una batena de vetuculo. Ademas puede minimizarse asf la influencia de la dependencia de la temperatura de una batena de arrancador para el arranque de un motor de combustion.

En otra forma de realizacion preferida de la presente invencion, la unidad de conmutacion dispone de un elemento de proteccion frente a cargas. Este elemento de proteccion frente a cargas puede estar configurado a este respecto como diodo, para proteger el acumulador de energfa frente al a sobrecarga electrica.

En una forma de realizacion preferida de la presente invencion, la unidad de accionamiento presenta una unidad de control. La unidad de control esta configurada para controlar, en funcion de un modo de funcionamiento de la unidad de accionamiento, un acoplamiento entre la unidad de convertidor de corriente, la unidad de conmutador, el acumulador de energfa, el acumulador de energfa auxiliar y la conexion de red de alimentacion. En particular, la unidad de control puede funcionar de tal manera que suministre a la unidad de conmutacion correspondientes ordenes de control para conmutar, por ejemplo, entre un modo de carga y uno de descarga para el acumulador de energfa auxiliar.

Descripcion de las figuras

A continuacion se explican de manera detallada formas de realizacion de la invencion con ayuda del dibujo. A este respecto, muestran esquematicamente

la figura 1 la figura 2 la figura 3 la figura 4 la figura 5 la figura 6 la figura 7

muestra una primera forma de realizacion de la unidad de accionamiento de acuerdo con la invencion; muestra una primera forma de realizacion de la unidad de conmutacion; muestra una segunda forma de realizacion de la unidad de conmutacion; muestra una tercera forma de realizacion de la unidad de conmutacion

muestra una segunda forma de realizacion de la unidad de accionamiento de acuerdo con la invencion; muestra una cuarta forma de realizacion de la unidad de conmutacion; muestra una quinta forma de realizacion de la unidad de conmutacion.

Los numeros de referencia empleados en el dibujo y su significado estan enumerados de manera resumida en la lista de numeros de referencia. En principio, las mismas partes en las figuras estan dotadas de los mismos numeros de referencia. La forma de realizacion descrita es un ejemplo del objeto de la invencion y no tiene efecto limitativo.

La figura 1 muestra la primera forma de realizacion de la unidad de accionamiento 100 de acuerdo con la invencion. La unidad de accionamiento 100 consiste, en esta forma de realizacion de ejemplo, en una unidad de convertidor de

corriente 20, una unidad de control 30, un acumulador de ene^a 10, un equipo de carga de acumulador de ene^a 12 y una unidad de conmutacion 13. La unidad de convertidor de corriente 20 se compone de un primer convertidor 2 y de un segundo convertidor 4, estando unido electricamente el primer convertidor 2 a traves de un circuito intermedio 6 con el primer convertidor 4. El circuito intermedio 6 esta configurado preferiblemente como circuito 5 intermedio de tension continua con un elemento capacitivo. En funcion del campo de uso de la unidad de accionamiento 100 de acuerdo con la invencion, la invencion puede utilizarse, por ejemplo, como generador en el rango de baja tension y / o tambien en el de media tension con valores de tension por encima de 1000 voltios. El primer convertidor 2 esta unido en el lado de la tension alterna con un motor 54 y en el lado de la tension continua con el circuito intermedio 6. El motor 54 puede estar realizado, por ejemplo, como motor electrico. El motor electrico 10 puede usarse para accionar, por ejemplo, un equipo de traccion como por ejemplo ejes de traccion de un tren, como por ejemplo de un tren automotor o de una locomotora.

Sin embargo, la presente invencion no esta limitada al uso en aplicaciones de traccion. Otro campo tecnico para la presente invencion sena, por ejemplo, el uso en vehnculos tales como autobuses hnbridos. El segundo convertidor 4 15 esta unido en el lado de la tension continua con el circuito intermedio 6 y, en el lado de salida, es decir en el lado de la tension alterna, preferiblemente con una maquina de trabajo 50. La maquina de trabajo puede estar configurada a este respecto como maquina asmcrona, maquina sincronica o tambien como motor electrico. La maquina de trabajo puede estar ademas regulada y concretamente con un sensor, aunque tambien preferiblemente sin el uso de un sensor para la regulacion del numero de revoluciones. La maquina de trabajo 50 esta acoplada con un motor 52, 20 preferiblemente un motor de combustion, como por ejemplo un motor diesel. La maquina de trabajo 50 puede funcionar como motor o como generador. En el modo generador, la maquina de trabajo 50 y el motor de combustion 52 proporcionan la energfa necesaria para accionar un vehnculo, en el que este instalada la unidad de accionamiento 100. Para arrancar el motor 52, la maquina de trabajo 50 funciona como motor, que suministra el momento de arranque requerido para el arranque del motor 52.

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El arranque del motor 52 tiene lugar por tanto con ayuda de la maquina de trabajo 50, que necesita para ponerse en marcha igualmente un determinado potencial de energfa o potencial de tension. Este potencial de energfa lo proporciona un acumulador de energfa 10, que esta acoplado a traves de una unidad de conmutacion 13 con el convertidor de corriente 20. El acumulador de energfa 10 esta acoplado a un equipo de carga de acumulador de 30 energfa 12, que se encarga de la carga del acumulador de energfa 10. La carga del acumulador de energfa 10 puede tener lugar, preferiblemente, durante la marcha del vetnculo, que es accionado por la unidad de accionamiento 100. La unidad de carga de acumulador de energfa 12 esta acoplada con la salida continua en el lado de la tension continua del primer convertidor 2 del convertidor de corriente 20, de modo que puede fluir un flujo de energfa desde el convertidor de corriente 20 a traves de la unidad de carga de acumulador de energfa 12 hasta el 35 acumulador de energfa 10.

El acumulador de energfa 10 puede estar configurado a este respecto, preferiblemente, como batena. La batena puede proporcionar preferiblemente tensiones de 24 voltios, 36 voltios o aproximadamente 110 V, lo que depende del caso de aplicacion respectivo y del modo de funcionamiento de la unidad de accionamiento 100. Sin embargo, el 40 acumulador de energfa puede estar configurado igualmente como batena de arrancador separada, como una batena de vetnculo presente en un vetnculo, como supercondensador con condensador. Adicionalmente, en una forma de realizacion especial, el acumulador de energfa 10 podna alimentarse con energfa a traves de una denominada alimentacion en deposito. Por alimentacion en deposito ha de entenderse una alimentacion de energfa en la que la fuente de energfa la proporciona una red de energfa presente e instalada fuera del vehnculo impulsado por la unidad 45 de accionamiento 100.

La unidad de conmutacion 13 es responsable de acoplar o desacoplar, segun sea necesario, el acumulador de energfa 10 del convertidor de corriente 20. Asf, no es necesario, por ejemplo, dejar acoplado durante la marcha el acumulador de energfa 10 al convertidor de corriente 20. La carga del acumulador de energfa 10 a traves del equipo 50 de carga de energfa 12 tiene lugar cuando el acumulador de energfa 10 no esta unido electricamente con la unidad de conmutacion 13. Aunque el acumulador de energfa 10 forma parte, en la forma de realizacion representada, de la unidad de accionamiento 100, esto no tiene por que ser asf obligatoriamente. El acumulador de energfa 10 puede tambien estar instalado fuera de la unidad de accionamiento 100, siempre que la unidad de accionamiento 100 proporcione las interfaces de union correspondientes. La unidad de conmutacion 13 provoca una conexion y 55 desconexion selectivas del acumulador de energfa 10, aunque tambien de otros consumidores o conexiones, como por ejemplo una conexion de red de alimentacion, en funcion del respectivo modo de funcionamiento de la unidad de accionamiento 100.

La unidad de conmutacion puede estar realizada a este respecto como convertidor auxiliar, que provoca la 60 conmutacion. El conmutador puede dimensionarse correspondientemente con baja potencia debido a las corrientes de carga relativamente bajas, lo que ahorra costes y espacio para el montaje del variador en la unidad de accionamiento 100, si el arranque del motor 52 se realizara en cambio exclusivamente a traves de una batena de arranque.

65 La unidad de control 30 provoca, en funcion del modo de funcionamiento de la unidad de accionamiento 100, un

acoplamiento entre el en funcion de un modo de funcionamiento de la unidad de accionamiento 100, un acoplamiento entre el convertidor de corriente 20, la unidad de conmutador 13, el acumulador de ene^a 10, el equipo de carga de acumulador de energfa 12 y consumidores conectados a la unidad de conmutacion 13, como por ejemplo una conexion de red de alimentacion (no representada). Por regla general, la unidad de control 30 influye 5 por tanto en la unidad de conmutacion 13, para acoplar entre sf, en funcion del modo de funcionamiento deseado, los componentes de la unidad de accionamiento 10. Con respecto al equipo de carga 12 cabe indicar que este tambien esta configurado como equipo de carga reversible. Un equipo de carga de este tipo permitina que tambien pudiera fluir energfa desde el acumulador de energfa 10 hacia el convertidor de corriente 10. Una aplicacion de este tipo sena factible, preferiblemente, cuando por ejemplo no estuviese presente ninguna unidad de conmutacion 8, 13 10 en la unidad de accionamiento 100.

La figura 2 muestra una primera forma de realizacion detallada de la unidad de conmutacion 13. La unidad de conmutacion 13 esta acoplada con el acumulador de energfa 10, el cual proporciona un potencial de energfa definido para arrancar el motor 52, y con el circuito intermedio 6 del convertidor de corriente 20 (no representado). 15 En la forma de realizacion mostrada, la unidad de conmutacion 13 presenta una bobina 31, un conmutador 32 y el equipamiento siempre presente normalmente en la unidad de variador 20 para los frenos electricos, la resistencia de frenado 33 y un adaptador de tension 34. El conmutador 32 acopla o bien en el primer caso el acumulador de energfa 10 y la bobina 31, o bien en el segundo caso la resistencia 33 con el adaptador de tension 34, al circuito intermedio 6. Cabe indicar que el conmutador 32 tambien puede verse afectado correspondientemente en su 20 comportamiento operativo por senales de control, suministradas desde fuera, de una unidad de control (no representada). En el primer caso, el acoplamiento de la bobina 31 con el acumulador de energfa 10 hace que el potencial de energfa suministrado por el acumulador de energfa 10 se eleve una cantidad determinada hasta un potencial de energfa superior. La unidad de conmutacion 13 trabaja en este primer caso como regulador elevador. Esto es necesario siempre que el potencial de energfa disponible del acumulador de energfa 10 no baste para 25 permitir la puesta en marcha de la maquina de trabajo 50. La bobina 31 tambien tiene, adicionalmente, una funcion de filtro para el acumulador de energfa 10, a fin de minimizar la ondulacion de la corriente, que en determinadas circunstancias provocana danos en el acumulador de energfa 10. El adaptador de tension 34 puede considerase un convertidor CC/-CC, que puede estar implementado por ejemplo como semipuente. En el segundo caso, en el que el conmutador 32 une la resistencia 33 con el adaptador de tension 34, la resistencia 33 actua como denominada 30 resistencia de frenado. Esta configuracion de conexion se usa preferiblemente en el modo de frenado. Cuando se frena el vehfculo, la energfa de frenado excesiva se consuma entonces en forma de calor en la resistencia de frenado 33.

En la configuracion mostrada en la figura 2, la unidad de conmutacion 13 puede presentar por tanto la funcion de un 35 convertidor CC-CC, que transfiere la tension proporcionada por el acumulador de energfa 10 a un nivel superior. En particular, en aplicaciones de traccion puede modificarse correspondientemente una configuracion de equipamiento ya existente, tal como un circuito de frenado electrico, mediante unas pocas adaptaciones para lograr la funcion descrita de manera sencilla.

40 La figura 3 muestra una segunda forma de realizacion alternativa de la unidad de conmutacion 13, de como puede acoplarse el acumulador de energfa 10 con el circuito intermedio 6 del convertidor de corriente 20 para la operacion de arranque del motor 52 conforme a la figura 1, para que pueda fluir un flujo de energfa desde el acumulador de energfa 10 a traves de la unidad de conmutacion 13 hasta el circuito intermedio 6 del convertidor de corriente 20. En esta variante de interconexion, un conmutador 35 mecanico o electrico se encarga de que el acumulador de energfa 45 10 se acople con el circuito intermedio 6 del convertidor de corriente 20. Esta configuracion, muy sencilla y por tanto muy economica, se utiliza preferiblemente cuando el acumulador de energfa 10 ya esta dimensionado de manera que puede suministrar una tension suficiente que no tiene que transferirse primero a un nivel de energfa superior, antes de transferir la energfa al circuito intermedio 6 del convertidor de corriente 6.

50 La figura 4 se diferencia de la forma de realizacion alternativa mostrada en la figura 3 de la unidad de conmutacion 13 unicamente en que esta integrado un elemento de proteccion frente a cargas 36 como elemento de control dinamico en el circuito de corriente entre el acumulador de energfa 10 y el conmutador 35. El elemento de proteccion frente a cargas 36 puede estar configurado a este respecto, preferiblemente, como un diodo que funciona en sentido de bloqueo. Este protegera el acumulador de energfa 10 frente a la sobrecarga.

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La figura 5 muestra una segunda forma de realizacion alternativa de la unidad de accionamiento 100 de acuerdo con la invencion. La forma de realizacion mostrada se diferencia de la de la figura 1 por un lado en que la unidad de conmutacion 13 esta unida con la salida en el lado de la tension continua del primer convertidor 2. Ademas, a la unidad de conmutacion 13 puede acoplarse una conexion para consumidores, como por ejemplo una red de 60 alimentacion 14 de 400 V. Ademas, la unidad de accionamiento 100 dispone ahora de una unidad de variador 9, que esta acoplada al circuito intermedio 6 del convertidor de corriente 20. A la unidad de variador 9 esta acoplado un acumulador de energfa auxiliar 16, que puede estar configurado, por ejemplo, como supercondensador. Un supercondensador puede ser un acumulador de energfa, como por ejemplo un condensador. El acumulador de energfa auxiliar 16 puede encargarse a este respecto, entre otras cosas, de desahogar la red de a bordo de un 65 vehfculo, ya que asf se desahoga una batena de vehfculo ya presente, cuando la batena de vehfculo no tiene que

proporcionar por sf sola la energfa necesaria para el arranque del motor 52.

En esta variante de interconexion alternativa de la unidad de accionamiento 100, el potencial de energfa necesario para el arranque del motor 52 lo proporciona el acumulador de energfa auxiliar 16. El acumulador de ene^a auxiliar 5 16 no tiene que formar parte de la unidad de accionamiento 100 y tambien puede estar colocado fuera de la unidad de accionamiento 100.

Para cargar el acumulador de energfa auxiliar 16 con energfa, la unidad de conmutacion 13 conecta el acumulador de energfa 10, el cual se ha cargado por ejemplo durante la marcha por el equipo de carga de acumulador de 10 energfa 12, a la unidad de convertidor de corriente 20 y se encarga de que tenga lugar un flujo de potencia desde el acumulador de energfa 10 a traves de la unidad de conmutacion 13 hasta el circuito intermedio 6 de la unidad de convertidor de corriente 20. Desde el circuito intermedio 6 de la unidad de convertidor de corriente 20 se conduce el flujo de potencia transmitido finalmente a traves de la unidad de variador 9 hasta el acumulador de energfa auxiliar 16. En el modo de carga se conduce por tanto por el acumulador de energfa 10 a traves de la unidad de 15 conmutacion 13 un flujo de potencia hasta el acumulador de energfa auxiliar 16. En el modo de funcionamiento normal de la unidad de accionamiento, la unidad de conmutacion 13 desconecta el acumulador de energfa 10 y acopla en su lugar un consumidor 14 con la unidad de conmutacion 13, de modo que puede tener lugar un flujo de potencia procedente del circuito intermedio 6 hasta el consumidor 14. El consumidor 14 puede estar configurado a este respecto como una conexion a una red de tension o de corriente. Sin embargo, el consumidor 14 tambien 20 puede estar configurado como conexion para un enchufe en deposito para la alimentacion en deposito.

Cuando el acumulador de energfa auxiliar 16 esta cargado, puede usarse entonces su energfa para la operacion de arranque del motor 52. Para ello, la unidad de variador 9 se conmuta correspondientemente - por ejemplo por la unidad de control 30 -, de modo que tiene lugar un flujo de potencia desde el acumulador de energfa auxiliar 16 a 25 traves de la unidad de variador 9 hacia el circuito intermedio 6. De esta manera se consigue que la operacion de arranque del motor 52 tenga lugar mediante la puesta en marca de la maquina de trabajo 50 cuando funciona como motor, independientemente del potencial de energfa presente o del potencial de tension presente del acumulador de energfa 10. Esto puede ser en particular un aspecto esencial cuando se ve afectado el rendimiento del acumulador de energfa 10, por ejemplo debido a bajas temperaturas ambiente, a las que posiblemente estara expuesto el 30 acumulador de energfa 10. Tambien sena concebible una operacion de arranque que tuviera lugar sin acumulador de energfa 10, utilizando solamente el acumulador de energfa auxiliar 16.

La unidad de variador 9 puede estar configurada, por ejemplo, como regulador IGBT con resistencia de frenado, que absorbe al mismo tiempo la energfa de frenado generada.

35

La configuracion mostrada en la figura 5 tambien tiene la ventaja de que para el arranque del motor 52 se evita un arranque directamente a traves de una batena de arrancador, que puede estar configurada preferiblemente como batena de vehnculo. Se evitan de esta manera grandes corrientes de carga procedentes de la batena de vehnculo y se contribuye asf a cuidar la red de energfa de a bordo interna del vehnculo. El arranque del motor 52 tiene lugar en 40 la configuracion representada en la figura 1 a traves de la maquina de trabajo 50, que esta conectada entre el convertidor de corriente 20 y el Motor 52.

La figura 6 muestra una cuarta forma de realizacion de la unidad de conmutacion 13, tal como puede utilizarse preferiblemente en la figura 5. La unidad de conmutacion 13 dispone de un conmutador 32, el cual acopla o bien el 45 consumidor 14 o bien el acumulador de energfa 10 con una bobina 31 y un adaptador de tension 34, que tambien puede estar configurado como convertidor de tension continua. Este se encarga de que, al usarse un acumulador de energfa 10 de poca potencia, el potencial de energfa proporcionado por el acumulador de energfa 10 se eleve antes de transmitirlo al circuito intermedio 6. La unidad de conmutacion 13 tiene pro tanto tambien la funcion de un regulador elevador. El conmutador 32 tambien puede estar configurado preferiblemente como conmutador de tres 50 polos.

La bobina 31 sirve de filtro para atenuar los armonicos cuando un consumidor 14, como por ejemplo una red operativa auxiliar, esta acoplado con el adaptador de tension 34. Cuando el adaptador de tension 34 esta acoplado con el acumulador de energfa 10, entonces la bobina 31 actua en asociacion con el adaptador de tension 34 como 55 regulador elevador.

Con respecto a la funcion de un regulador elevador para la presente invencion puede decirse, en resumen, que este puede proporcionarlo un supercondensador, que puede precargarse a traves de un acumulador de energfa, tal como una batena, que puede estar configurada como batena de arrancador o de vehnculo. Sin embargo, tambien sena 60 concebible proporcionar la funcion de un regulador elevador a traves del circuito intermedio, el cual se precarga a traves de una batena. Sin embargo, con un dimensionamiento correspondiente de los componentes estructurales individuales, la presente invencion tambien puede prescindir del uso de un regulador elevador.

La figura 7 muestra una forma de realizacion de la unidad de variador 9 que, tal como se muestra en la figura 5, esta 65 acoplada con un acumulador de energfa auxiliar 16 y con el circuito intermedio 6 de la unidad de convertidor de

corriente 20. La unidad de variador 9 presenta una bobina 31, una resistencia 33, que se utiliza como resistencia de frenado y un convertidor de tension continua 34, que puede implementarse como semipuente. El convertidor de tension continua 34 esta acoplado, conforme a la tecnica de senales, por un lado con la bobina 31 y la resistencia 33 y por otro lado con el circuito intermedio 6.

5

Al arrancar el motor 52 (no representado) se transmite energfa desde el acumulador de energfa auxiliar 16 a traves de la unidad de conmutacion 13 hacia el circuito intermedio 6. Cuando el vetnculo frena, se conduce entonces energfa a traves del circuito intermedio 6 hacia la resistencia de frenado 33 de la unidad de variador 9.

10 Lista de simbolos de referencia

: 2 convertidor de corriente

: 4 convertidor

: 6 circuito intermedio

15: 8, 13 unidad de conmutacion

: 9 unidad de variador

: 10 acumulador de energfa

: 12 unidad de carga de acumulador de energfa

: 13 elemento de proteccion frente a cargas

20: 14 conexion de red de alimentacion

: 16 acumulador de energfa auxiliar

: 20 unidad de convertidor de corriente

: 30 unidad de control

: 31 bobina

25: 32 conmutador

: 33 resistencia

: 34 convertidor de tension continua

: 35 conmutador

: 36 elemento de proteccion frente a cargas

30: 50 maquina de trabajo

: 52 motor diesel

: 54 motor de accionamiento (para traccion)

: 100 unidad de accionamiento

Claims

REIVINDICACIONES

1. Unidad de accionamiento (100) que comprende:

5 • un convertidor de corriente (20), el cual puede unirse con una maquina de trabajo (50), y que comprende un

circuito intermedio (6), el cual puede acoplarse por un lado con un primer convertidor (2) y por otro lado con un segundo convertidor (4), estando disenado el primer convertidor (2) para poder unirse en el lado de la tension alterna con un motor (54) y estando unido en el lado de la tension continua con el circuito intermedio (6) y estando unido el segundo convertidor (4) en el lado de la tension continua con el circuito intermedio (6) y 10 pudiendo unirse en el lado de la tension alterna con la maquina de trabajo (50) y estando configurado el segundo convertidor (4) para controlar la maquina de trabajo (50) de tal manera que la maquina de trabajo (50) pueda funcionar o bien como motor o bien como generador;

• un enlace a al menos un acumulador de energfa (10);

• una unidad de conmutacion (8, 13), que esta unida con el convertidor de corriente (20), pudiendo funcionar la 15 unidad de conmutacion (8, 13) en un primer modo de funcionamiento o un segundo modo de funcionamiento,

estando configurada la unidad de conmutacion (8, 13) en el primer modo de funcionamiento para acoplar el convertidor de corriente (20) con el al menos un acumulador de energfa (10), a fin de posibilitar un flujo de energfa desde el al menos un acumulador de energfa (10) a traves de la unidad de conmutacion (8, 13) hasta el circuito intermedio (6) del convertidor de corriente (20), y estando configurada la unidad de conmutacion (8, 20 13) en el segundo modo de funcionamiento para separar el convertidor de corriente (20) del al menos un

acumulador de energfa (10);

comprendiendo la unidad de accionamiento (100) una unidad de carga de acumulador de energfa (12) que puede unirse con el convertidor de corriente (20) a fin de proporcionar energfa al acumulador de energfa (10),

25 teniendo lugar la carga del acumulador de energfa (10) a traves de la unidad de carga de acumulador de energfa (12), cuando la unidad de conmutacion (8, 13) se encuentra en el segundo modo de funcionamiento, y estando configurada la unidad de conmutacion (8, 13) para acoplar el convertidor de corriente (20) con una conexion de red de alimentacion (14), a fin de posibilitar un flujo de energfa desde el circuito intermedio (6) del convertidor de corriente (20) a traves de la unidad de conmutacion (8, 13) hacia la conexion de red de alimentacion (14).

30
2. Unidad de accionamiento (100) segun la reivindicacion 1, caracterizada por que la unidad de conmutacion (8, 13) se encuentra en el segundo modo de funcionamiento cuando el acumulador de energfa (10) no esta unido electricamente con la unidad de conmutacion (8, 13).

35 3. Unidad de accionamiento (100) segun la reivindicacion 1 o 2, caracterizada por que la unidad de accionamiento (100) presenta un acumulador de energfa auxiliar (16), que puede unirse con el circuito intermedio (6) del convertidor de corriente (20).
4. Unidad de accionamiento (100) segun la reivindicacion 3, caracterizada por que entre el acumulador de energfa 40 auxiliar (16) y el circuito intermedio (6) del convertidor de corriente (20) esta conectada una unidad de variador (9).
5. Unidad de accionamiento (100) segun la reivindicacion 4, caracterizada por que el acumulador de energfa auxiliar (16) esta configurado para poder funcionar en un funcionamiento de carga o descarga, funcionando en el modo de carga la unidad de conmutacion (8, 13) en el primer modo de funcionamiento, en el que a traves de la

45 unidad de conmutacion (8, 13) el acumulador de energfa (10) esta acoplado con el circuito intermedio (6) del convertidor de corriente (20), de modo que puede alimentarse energfa procedente del acumulador de energfa (10) a traves de la unidad de conmutacion (8, 13) al circuito intermedio (6), la cual es transmitida entonces desde el circuito intermedio (6) a traves de la unidad de variador (9) al acumulador de energfa auxiliar (16), y cuando el acumulador de energfa auxiliar (16) funciona en el modo de descarga, el acumulador de energfa auxiliar (16) esta acoplado a 50 traves de la unidad de variador (9) con el circuito intermedio (6) del convertidor de corriente (20), para que se proporcione energfa procedente del acumulador de energfa auxiliar (16) al circuito intermedio (6) del convertidor de corriente (20).
6. Unidad de accionamiento (100) segun una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada por que la unidad 55 de conmutacion (8, 13) presenta un elemento de proteccion frente a cargas (13), el cual esta configurado para

proteger el acumulador de energfa (10) frente a la sobrecarga electrica.
7. Unidad de accionamiento (100) segun la reivindicacion 5, caracterizada por que el elemento de proteccion frente a cargas (13) es un diodo.

60
8. Unidad de accionamiento (100) segun una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada por que la unidad de accionamiento (100) presenta una unidad de control (30), la cual esta configurada para controlar, en funcion de un modo de funcionamiento de la unidad de accionamiento (100), un acoplamiento entre el convertidor de corriente (20), la unidad de conmutador (8, 13), el acumulador de energfa (10), el acumulador de energfa auxiliar (16) y la

65 conexion de red de alimentacion (14).
9. Unidad de accionamiento (100) segun una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada por que el acumulador de ene^a auxiliar (16) esta configurado como supercondensador.
10. Unidad de accionamiento (100) segun una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada por que el 5 circuito intermedio (6) del convertidor de corriente (20) esta configurado como circuito intermedio de tension

continua.
11. Unidad de accionamiento (100) segun una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada por que la unidad de conmutacion (8, 13) comprende medios de conmutacion mecanicos y / o electricos.

10
12. Unidad de accionamiento (100) segun una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada por que el acumulador de energfa (16) es una batena.
13. Vehfculo con una unidad de accionamiento (100) segun una de las reivindicaciones 1 a 12.

15
14. Vehfculo segun la reivindicacion 13, caracterizado por que el vehuculo es un vehuculo ferroviario.
15. Vehuculo segun la reivindicacion 13, caracterizado por que el vehuculo esta provisto de un accionamiento hforido.

20