ES2649439T3 - Sistema de alimentación de potencia eléctrica, vehículo y procedimiento de operación de un vehículo - Google Patents

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Abstract

Sistema de alimentación de potencia eléctrica, en particular un sistema de tracción, de un vehículo, en el que el sistema de alimentación de potencia eléctrica (1) comprende un inversor (3), una máquina eléctrica (4), un dispositivo receptor (5) adaptado para recibir un campo electromagnético alterno y para producir una corriente eléctrica alterna mediante inducción electromagnética, y una disposición de circuito eléctrico pasivo (8) adaptada para conectar el inversor (3), la máquina eléctrica (4) y el dispositivo receptor (5), en el que la disposición de circuito eléctrico pasivo (8) comprende un primer circuito de transmisión para transferir energía eléctrica entre el dispositivo receptor (3) y la máquina eléctrica (4), un segundo circuito de transmisión para transferir energía eléctrica entre el dispositivo receptor (5) y el inversor (3). y un tercer circuito de transmisión para transferir ener10 gía eléctrica entre el inversor (3) y la máquina eléctrica (4), caracterizado porque la disposición de circuito eléctrico pasivo (8) está diseñada de manera que a una frecuencia de carga dada, una impedancia proporcionada por el primer circuito de transmisión es mayor que una primera impedancia de bloqueo predeterminada y una impedancia proporcionada por el segundo circuito de transmisión es menor que una segundo impedancia de paso predeterminada, en el que la disposición del circuito eléctrico pasivo (8) está diseñada de tal manera que a una frecuencia de operación dada, una impedancia proporcionada por el tercer circuito de transmisión es menor que una tercera impedancia de paso predeterminada, en el que la disposición de circuito eléctrico pasivo (8) está diseñada de tal manera que a una frecuencia de operación dada, una impedancia proporcionada por el segundo circuito de transmisión es mayor que una segunda impedancia de bloqueo predeterminada y una impedancia proporcionada por el primer circuito de transmisión es mayor que otra primera impedancia de bloqueo predeterminada.

Description

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DESCRIPCION
Sistema de alimentación de potencia eléctrica, vehículo y procedimiento de operación de un vehículo
La invención se refiere a un sistema de alimentación de potencia eléctrica de un vehículo, en particular a un sistema de tracción, en particular de un vehículo vinculado a una pista y / o un automóvil de carretera, con energía eléctrica, en el que el sistema comprende un dispositivo receptor adaptado para recibir un campo electromagnética alterno y para producir una corriente eléctrica alterna por inducción electromagnética (es decir, inducción magnética que es causada por un campo electromagnético y la inducción produce energía eléctrica), un inversor adaptado para convertir una corriente alterna en una corriente continua, una máquina eléctrica adaptada para impulsar el vehículo, y una disposición de circuito eléctrico pasivo adaptada para conectar el inversor, la máquina eléctrica y el dispositivo receptor.
Además, la invención se refiere a un vehículo que comprende la disposición. La invención también se refiere a un procedimiento de fabricación del vehículo y a un procedimiento de operación del vehículo.
El documento WO 2010/031595 A2 describe una disposición para proporcionar energía eléctrica a un vehículo, en particular a un vehículo vinculado a una pista, en el que la disposición comprende un dispositivo receptor adaptado para recibir un campo electromagnético alterno y para producir una corriente eléctrica alterna mediante inducción electromagnética. El dispositivo receptor comprende una pluralidad de devanados y / o bobinas de un material conductor eléctricamente, en el que cada devanado o bobina está adaptado para producir una fase separada de la corriente eléctrica alterna.
El documento US 6.421.600 B1 divulga un sistema de vehículo eléctrico energizado por la calzada (RPEV) que comprende: una red de carreteras y calzadas que han sido electrificadas con una multiplicidad de módulos de transmisión de energía en calzadas, que están integrados en las carreteras y calzadas en localizaciones seleccionadas, estando conectado cada uno de los citados módulos de transmisión de energía en calzadas para recibir energía de una compañía de distribución de electricidad; una pluralidad de RPEV para recorrer la citada red de carreteras y calzadas usando energía eléctrica acoplada a los citados RPEV desde las carreteras y calzadas electrificadas cuando los citados RPEV se desplazan sobre las localizaciones de las carreteras y calzadas que han sido electrificadas; y medios de comunicación para establecer un canal de comunicación con cada uno de la citada pluralidad de RPEV que transfiere las señales de comunicación a y desde los citados RPEV a través de las carreteras y calzadas electrificadas.
La presente invención se puede aplicar a cualquier vehículo terrestre (incluyendo, pero no preferiblemente, cualquier vehículo que esté solo temporalmente en tierra), en particular vehículos vinculados a pistas, tales como vehículos ferroviarios (por ejemplo, tranvías), pero también a automóviles de carretera, tales como vehículos de pasajeros individuales (privados) o vehículos de transporte público (por ejemplo, autobuses, incluidos los trolebuses, que también son vehículos vinculados a pistas). Preferiblemente, la disposición de conductor de lado primario que produce el campo electromagnético alterno está integrada en la pista o carretera del vehículo de manera que las líneas eléctricas de la disposición de conductor de lado primario se extienden en un plano que es casi paralelo a la superficie de la carretera o pista en la que el vehículo se puede desplazar. Como también se describe en el documento WO 2010/031595 A2, el dispositivo receptor puede estar localizado en la parte inferior de un vehículo y puede estar cubierto por un cuerpo ferromagnético, tal como un cuerpo en forma de placa o losa. Un material adecuado es la ferri- ta. El cuerpo agrupa y redirige las líneas de campo del campo magnético y, por lo tanto, reduce la intensidad del campo por encima del cuerpo a casi cero. Sin embargo, son posibles otras configuraciones, localizaciones y / u orientaciones de la disposición de conductor de lado primario. Por ejemplo, la disposición del conductor de lado primario puede estar situada lateralmente con respecto al vehículo.
En cualquier caso, la separación entre la disposición del conductor de lado primario y la al menos una inductancia del dispositivo receptor debe ser lo más pequeña posible, ya que la eficiencia de la transferencia de energía inalámbrica entre el lado primario y secundario es menor en separaciones más grandes. Por la misma razón, el voltaje que se induce en al menos una inductancia depende del tamaño de la separación. Una manera de manejar el voltaje variable en el lado secundario del sistema es suministrar la energía eléctrica solo a los consumidores de potencia que son tolerantes al voltaje, es decir, pueden operar en un amplio intervalo de voltajes.
Otro ejemplo al que se puede aplicar la presente invención es el sistema de tracción de un vehículo de carriles que comprende una red de alimentación de potencia que conecta el dispositivo receptor a un inversor que invierte una corriente alterna de salida del dispositivo receptor en una corriente continua para cargar un módulo de almacenamiento de energía, por ejemplo una batería de tracción. El inversor también puede invertir una corriente continua en una corriente alterna para operar al menos un motor de tracción del vehículo. Por lo tanto, la red de alimentación de potencia también puede conectar el inversor al motor de tracción del vehículo. En este caso, sin embargo, puede haber una circulación de corriente desde el dispositivo receptor al motor de tracción a través del sistema de alimentación de potencia eléctrica lo cual puede provocar una operación no deseada del motor de tracción y, por lo tanto,
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un movimiento no deseado del vehículo. Por ejemplo, durante la carga estática, el dispositivo receptor genera una corriente de salida alterna para cargar una batería de tracción mientras el vehículo está detenido.
El documento US 6.879.889 B2 describe un vehículo eléctrico alimentado desde la calzada que comprende: un bastidor de vehículo soportado por sistemas de suspensión delantera y trasera, que incluye ruedas delanteras y traseras; un módulo de recepción de potencia a bordo montado en el lado inferior del citado bastidor del vehículo que recibe potencia eléctrica que se acopla al mismo desde un módulo de transmisión de energía de la calzada que está integrado en una calzada sobre la que se desplaza el EV; un medio de almacenamiento de energía a bordo para almacenar y suministrar energía eléctrica, exhibiendo el citado medio de almacenamiento de energía a bordo una potencia específica de al menos 5 kW / kg; un medio de accionamiento eléctrico acoplado a al menos uno de los citados sistemas de suspensión delantera o trasera para accionar las citadas ruedas delanteras y traseras; un controlador de potencia a bordo para recibir energía eléctrica desde el citado módulo de potencia a bordo y dirigirla a los citados medios de almacenamiento de energía, y para suministrar selectivamente energía eléctrica desde los citados medios de almacenamiento de energía a los citados medios de accionamiento eléctrico con el fin de proporcionar potencia de operación para el citado EV; y un sistema de determinación de localización para determinar una localización del vehículo eléctrico alimentado desde la calzada y para generar una señal de localización en respuesta a la misma. La circulación de corriente dentro de un sistema de tracción es dirigida por medio de conmutadores controlados activamente. Los conmutadores pueden ser relés eléctricos, conmutadores de estado sólido, SCR y diodos. Una desventaja de la solución propuesta es que un control del flujo de energía o circulación de corriente en un modo de carga del vehículo es un control activo, en el que los procesos de conmutación aumentan la complejidad del control y se generan pérdidas de conmutación.
Un objeto de la presente invención es proporcionar un sistema de alimentación de potencia eléctrica, en particular un sistema de tracción, de un vehículo que reduce la complejidad de controlar un flujo de energía o de corriente durante un modo de carga al mismo tiempo que reduce la pérdida de energía. Otros objetos de la invención son proporcionar un vehículo que comprenda la disposición, un procedimiento de operación del vehículo y un procedimiento de fabricación del vehículo.
Una idea básica de la invención es utilizar una disposición de circuito eléctrico pasivo para conectar los diferentes elementos de un sistema de alimentación de potencia eléctrica, en particular un sistema de tracción, de un vehículo que dirige un flujo de energía o circulación de corriente durante un modo de carga mientras elimina operaciones de conmutación y se reduce la pérdida de energía.
Se propone un sistema de alimentación de potencia eléctrica, en particular un sistema de tracción, de un vehículo. El sistema de alimentación de potencia eléctrica se puede usar para transferir energía eléctrica entre un módulo de almacenamiento de energía (por ejemplo, un almacenamiento electroquímico), por ejemplo una batería de tracción, y una máquina eléctrica, por ejemplo un motor de tracción, que se puede usar para propulsar el vehículo.
En particular, el sistema de alimentación de potencia eléctrica comprende un inversor y la máquina eléctrica. La máquina eléctrica se utiliza, en particular, para propulsar el vehículo. Por ejemplo, la máquina eléctrica puede operar en un modo motor y en un modo generador opcional. En el modo motor, la máquina eléctrica transforma la energía eléctrica en energía mecánica utilizada, en particular, para propulsar el vehículo. En el modo generador, la máquina eléctrica transforma la energía mecánica proporcionada por el vehículo en movimiento, en energía eléctrica. La transformación en el modo generador también se puede denominar recuperación. Por lo tanto, es posible cargar el módulo de almacenamiento de energía operando la máquina eléctrica en el modo generador. La máquina eléctrica puede ser un motor trifásico, por ejemplo, una máquina asíncrona o una máquina síncrona.
Además, el sistema de alimentación de potencia eléctrica comprende un dispositivo receptor (típicamente denominado: captador) adaptado para recibir un campo electromagnético alterno y para producir una corriente eléctrica alterna por inducción electromagnética. El dispositivo receptor proporciona un lado secundario de un transformador, en el que un lado primario del transformador puede estar alimentado por líneas eléctricas integradas en una pista (por ejemplo, una calzada) sobre la que se desplaza el vehículo. El dispositivo receptor se usa para transferir energía eléctrica desde la pista al vehículo por medio de inducción magnética. La energía eléctrica se puede transferir desde la pista al vehículo mientras el vehículo se mueve con relación a la pista y / o mientras el vehículo está en reposo o parado. La transferencia de energía eléctrica al almacenamiento mientras el vehículo está detenido también se denomina carga estática. Es posible que el módulo de almacenamiento de energía se pueda cargar exclusivamente por la energía eléctrica generada por el dispositivo receptor. Este puede ser el caso si la máquina eléctrica no puede ser operada en modo generador.
El inversor se puede conectar eléctricamente al módulo de almacenamiento de energía. En un modo de carga del vehículo, el inversor transforma una corriente alterna, que es generada, por ejemplo, por un dispositivo receptor, a una corriente continua que se utiliza para cargar el módulo de almacenamiento de energía. Un modo de operación del vehículo puede comprender el modo motor y el modo generador. En el modo motor, la energía eléctrica es transferida desde el módulo de almacenamiento de energía a una máquina eléctrica y el inversor transforma una corriente continua proporcionada por el módulo de almacenamiento de energía a una corriente alterna que se utiliza para
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operar la máquina eléctrica. En el modo generador, la energía eléctrica es transferida desde la máquina eléctrica al módulo de almacenamiento de energía y el inversor transforma una corriente alterna proporcionada por la máquina eléctrica a una corriente continua que se puede usar para cargar el módulo de almacenamiento de energía. El inversor puede ser un inversor trifásico que produce una corriente alterna trifásica.
Además, el sistema de alimentación de potencia eléctrica comprende una disposición de circuito eléctrico pasivo adaptada para conectar eléctricamente el inversor, la máquina eléctrica y el dispositivo receptor. Un circuito eléctrico pasivo comprende exclusivamente elementos eléctricos pasivos tales como elementos inductivos y / o elementos capacitivos. El término "elemento eléctrico pasivo" significa que no se utiliza energía eléctrica externa para operar el elemento pasivo. Por el contrario, un elemento eléctrico activo, tal como un transistor de efecto de campo, necesita energía eléctrica para una operación. La disposición del circuito eléctrico pasivo también se puede adaptar para conectar el inversor al módulo de almacenamiento de energía.
Por ejemplo, un módulo de almacenamiento de energía se puede conectar eléctricamente a una salida (en particular, el lado de CC) del inversor. Una entrada (en particular, el lado de CA) del inversor se puede conectar eléctricamente a una salida del dispositivo receptor. Además, la entrada del inversor se puede conectar eléctricamente a una entrada de la máquina eléctrica. Dentro de una disposición de este tipo, la salida del dispositivo receptor también está conectada eléctricamente a la entrada de la máquina eléctrica.
La disposición del circuito eléctrico pasivo comprende un primer circuito de transmisión para transferir energía eléctrica entre el dispositivo receptor y la máquina eléctrica. Además, la disposición del circuito eléctrico pasivo comprende un segundo circuito de transmisión para transferir energía eléctrica entre el dispositivo receptor y el inversor. Además, la disposición del circuito eléctrico pasivo comprende un tercer circuito de transmisión para transferir energía eléctrica entre el inversor y la máquina eléctrica. Los circuitos de transmisión primero, segundo y tercero son partes de la disposición del circuito eléctrico pasivo. Es posible que una parte del primer circuito de transmisión sea también una parte del segundo y / o del tercer circuito de transmisión. De forma similar, una parte del segundo circuito de transmisión puede ser una parte del primer y / o tercer circuito de transmisión. Además, una parte del tercer circuito de transmisión puede ser una parte del primer y / o segundo circuito de transmisión. Los circuitos de transmisión pueden denominarse alternativamente "rutas de transmisión", puesto que proporcionan una ruta para la transmisión de energía, aunque algunas de las rutas pueden bloquear la transmisión de la mayor parte de la potencia, al menos en un modo de operación específico. Por ejemplo, el primer circuito de transmisión puede bloquear la transmisión de la mayor parte de la potencia proporcionada por el dispositivo receptor directamente a la máquina eléctrica.
Las conexiones eléctricas proporcionadas por la disposición del circuito eléctrico pasivo pueden ser conexiones eléctricas directas, por ejemplo, sin elementos eléctricos adicionales dispuestos entre el inversor y el dispositivo receptor, o conexiones eléctricas que comprenden uno o más elementos eléctricos adicionales, por ejemplo, elementos inductivos y / o capacitivos, tales como inductores o condensadores.
En particular, la disposición de circuito eléctrico pasivo está diseñada de manera que a una frecuencia de carga dada, una impedancia proporcionada por el primer circuito de transmisión es mayor que una primera impedancia de bloqueo predeterminada y una impedancia proporcionada por el segundo circuito de transmisión es menor que una segunda impedancia de paso predeterminado. La primera impedancia de bloqueo denota una impedancia predeterminada del primer circuito. En lo que sigue, el término "primera impedancia de bloqueo o de paso" se refiere a una impedancia del primer circuito de transmisión, mientras que el término "segunda impedancia de bloqueo o de paso" se refiere a una impedancia del segundo circuito de transmisión. Como se detalla a continuación, el término "tercera impedancia de bloqueo o paso" se refiere a una impedancia del tercer circuito de transmisión.
La frecuencia de carga indica la frecuencia de la corriente eléctrica alterna proporcionada por el dispositivo receptor durante la transferencia de energía eléctrica en un proceso de carga, en particular durante la carga estática. En particular, la frecuencia de carga viene dada por las propiedades eléctricas del dispositivo receptor y / o por la frecuencia del campo electromagnético que es recibido por el dispositivo receptor. En particular, si la frecuencia de carga está dada por una frecuencia de resonancia del dispositivo receptor que incluye opcionalmente otros componentes de la disposición, la frecuencia de carga dada también se puede llamar "frecuencia de carga inherente". Por ejemplo, la frecuencia de carga puede ser de 20 kHz. A esta frecuencia, los elementos eléctricos dispuestos entre la salida del dispositivo receptor y la entrada de la máquina eléctrica proporcionan una cierta impedancia. Esta impedancia es mayor que la primera impedancia de bloqueo predeterminada. Preferiblemente, la primera impedancia de bloqueo se elige de manera que una corriente de entrada de la máquina eléctrica sea más pequeña que una corriente de entrada predeterminada, en particular lo más pequeña posible, preferiblemente cero o aproximadamente cero.
Por lo tanto, la primera impedancia de bloqueo se debe elegir como una impedancia alta . Al mismo tiempo, sin embargo, la impedancia proporcionada por los elementos eléctricos dispuestos entre la salida del dispositivo receptor y la entrada del inversor, por ejemplo, la impedancia proporcionada por los elementos eléctricos comprendidos por el segundo circuito de transmisión es inferior a una segunda impedancia de paso predeterminada. Preferiblemente, la segunda impedancia de paso se debe elegir de manera que una corriente eléctrica de entrada del inversor sea ma
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yor que una corriente de entrada predeterminada, preferiblemente tan alta como sea posible. Por lo tanto, la impe- dancia de paso se debe elegir como una impedancia baja . En cualquier caso, la primera impedancia de bloqueo es mayor que la segunda impedancia de paso, preferiblemente mayor por un factor de al menos 100 o incluso por un factor de al menos 1000. En la práctica, la primera impedancia de bloqueo y la segunda impedancia de paso (y cualquier otra impedancia predeterminada, como la tercera impedancia de paso, ver más abajo) están definidas por las propiedades eléctricas (en particular, las capacitancias, inductancias y / o las resistencias óhmicas) del sistema de alimentación de potencia, que incluye el dispositivo receptor, el inversor, la máquina eléctrica y la disposición del circuito eléctrico pasivo.
La disposición del circuito eléctrico pasivo proporciona, por lo tanto, una red de conmutación pasiva entre el dispositivo receptor, el inversor y la máquina eléctrica. Durante el proceso de carga estática, la disposición del circuito eléctrico pasivo evita que una corriente eléctrica circule desde el dispositivo receptor a la máquina eléctrica mientras dirige la corriente eléctrica al inversor. Por lo tanto, la energía eléctrica transferida durante la carga estática es transferida principalmente al inversor, preferiblemente de manera exclusiva. Ventajosamente, ningunos elementos activos tales como conmutadores activos, por ejemplo, transistores de efecto de campo, relés eléctricos o conmutadores de estado sólido, son necesarios para proporcionar la circulación de corriente deseada. La disposición del circuito eléctrico pasivo también evita que el vehículo sufra un movimiento no deseado durante la carga estática debido a que la corriente eléctrica que circule a la máquina eléctrica está reducida al mínimo.
Además, la disposición del circuito eléctrico pasivo está diseñada de tal manera que a una frecuencia de operación dada, una impedancia proporcionada por el tercer circuito de transmisión es menor que una tercera impedancia de paso predeterminada. La frecuencia de operación indica una frecuencia de una corriente alterna proporcionada por el inversor durante la operación del motor o una frecuencia de una corriente alterna proporcionada por la máquina eléctrica durante la operación del generador.
Es posible que la disposición del circuito eléctrico pasivo esté diseñada de manera que en cada frecuencia de un intervalo de frecuencias de operación, la impedancia proporcionada por el tercer circuito de transmisión sea menor que la tercera impedancia de paso predeterminada. La o las frecuencia / frecuencias de operación es / son generalmente más pequeñas que la frecuencia de carga. Por ejemplo, la frecuencia de operación puede variar de 0 kHz a 10 kHz.
En esta realización, los elementos eléctricos dispuestos entre el inversor y la máquina eléctrica (en particular incluyendo las propiedades eléctricas de la máquina, por ejemplo, la inductancia inherente de la máquina) se eligen de manera que la impedancia proporcionada por estos elementos sea menor que la tercera impedancia de paso en la frecuencia de operación dada o en las frecuencias de operación dadas. Esto permite ventajosamente que una corriente circule desde el inversor a la máquina eléctrica durante el modo motor y que una corriente eléctrica circule desde la máquina eléctrica al inversor durante el modo generador. La tercera impedancia de paso puede ser igual a la segunda impedancia de paso. Alternativamente, una desviación entre la segunda impedancia de paso y la tercera impedancia de paso puede ser menor que el 50% de la más pequeña de las dos impedancias, preferiblemente menor que el 20% de la más pequeña de las dos impedancias. En cualquier caso, se prefiere que la primera impedancia de bloqueo sea mayor que la tercera impedancia de paso, preferiblemente mayor por un factor de al menos 100 o incluso por un factor de al menos 1000. Preferiblemente, la tercera impedancia de paso se elige de manera que una corriente que circule desde el inversor a la máquina eléctrica y / o una corriente que circule desde la máquina eléctrica al inversor sea mayor que una corriente predeterminada. Preferiblemente, la tercera impedancia de paso se elige como una impedancia baja.
Además, la disposición del circuito eléctrico pasivo está diseñada de tal manera que a una frecuencia de operación dada (en particular la frecuencia de operación dada o una de las frecuencias de operación dadas que se han mencionado en los párrafos anteriores), una impedancia proporcionada por el segundo circuito de transmisión es más alta que una segunda impedancia de bloqueo predeterminada. En este caso, los elementos eléctricos dispuestos entre el inversor y una salida del dispositivo receptor se eligen de manera que la impedancia proporcionada por estos elementos sea mayor que una segunda impedancia de bloqueo predeterminada. Preferiblemente, la segunda impedancia de bloqueo se elige de manera que una corriente que circule desde el inversor al dispositivo receptor sea pequeña, preferiblemente cero o aproximadamente cero. Por lo tanto, la segunda impedancia de bloqueo se elige como una alta impedancia. En cualquier caso, se prefiere que la segunda impedancia de bloqueo sea mayor que la segunda impedancia de paso y / o que la tercera impedancia de paso, preferiblemente sea mayor por un factor de al menos 100 o incluso por un factor de al menos 1000.
Además, una impedancia proporcionada por el primer circuito de transmisión es, a la frecuencia de operación dada, más alta que otra primera impedancia de bloqueo predeterminada. Los elementos eléctricos que se han mencionado más arriba dispuestos entre la salida del dispositivo receptor y la entrada de la máquina eléctrica están diseñados o elegidos adicionalmente de manera que la impedancia proporcionada por estos elementos a la frecuencia / frecuencias de operación sea mayor que la otra primera impedancia de bloqueo. La otra primera impedancia de bloqueo puede ser igual a la primera impedancia de bloqueo que se ha mencionado antes. La primera impedancia de bloqueo denota una impedancia del primer circuito de transmisión a una frecuencia de carga y se elige de manera que
una corriente que circule desde el dispositivo receptor a la máquina eléctrica sea pequeña en el modo de carga. La otra primera impedancia de bloqueo también denota una impedancia del primer circuito de transmisión. La otra primera impedancia de bloqueo, sin embargo, es una impedancia proporcionada por el primer circuito de transmisión a la frecuencia de operación dada y se elige de manera que una corriente que circule desde la máquina eléctrica al 5 dispositivo receptor sea pequeña en un modo generador.
Esto permite ventajosamente minimizar una circulación de corriente desde el inversor al dispositivo receptor durante un modo motor y, si corresponde, minimizar la circulación de corriente desde la máquina eléctrica al dispositivo receptor durante un modo generador. Esto, a su vez, garantiza una transferencia óptima de energía eléctrica durante el modo motor y el modo generador.
10 En otra realización, el segundo circuito de transmisión comprende un elemento inductivo de circuito, en el que una inductancia de los elementos inductivos de circuito se elige de manera que a la frecuencia de carga, la impedancia proporcionada por el segundo circuito de transmisión sea menor que la segunda impedancia de paso predeterminada y / o a una frecuencia de operación dada, la impedancia proporcionada por el segundo circuito de transmisión sea mayor que la segunda impedancia de bloqueo predeterminada. El elemento inductivo del circuito proporciona un 15 circuito de filtro para la corriente eléctrica que circula al inversor o que circula desde el inversor. El elemento inductivo del circuito también puede ser parte del tercer circuito de transmisión. El elemento inductivo del circuito se puede usar en un modo motor para desacoplar un voltaje de corriente alterna rectangular de alta frecuencia proporcionado por el inversor desde el dispositivo receptor porque un espectro de este voltaje de salida de corriente alterna puede comprender una frecuencia de resonancia del dispositivo receptor y podría generar una alta corriente resonante. 20 Durante el diseño de la máquina eléctrica del sistema de alimentación de potencia eléctrica propuesto, se debe tener en cuenta la inductancia del elemento inductivo del circuito.
Esto permite ventajosamente usar un elemento inductivo pasivo para desacoplar el inversor del dispositivo receptor durante el modo motor. Esto también simplifica el diseño del segundo circuito de transmisión y, a su vez, la disposición completa del circuito eléctrico pasivo.
25 En otra realización, el elemento inductivo de circuito del segundo circuito de transmisión también es parte del tercer circuito de transmisión. Por lo tanto, el elemento inductivo del circuito, en particular una inductancia del elemento inductivo, se debe elegir de manera que se cumplan los requisitos que se han mencionado más arriba del tercer circuito de transmisión a una frecuencia de carga y / o a una frecuencia de operación. En particular, la inductancia del elemento inductivo de circuito se elige de manera que a una frecuencia de operación dada, la impedancia pro- 30 porcionada por el tercer circuito de transmisión sea menor que la tercera impedancia de paso predeterminada.
El uso simultáneo del elemento inductivo de circuito como parte del segundo circuito de transmisión y el tercer circuito de transmisión produce ventajosamente la complejidad de la disposición eléctrica pasiva y, por lo tanto, reduce también los costes.
En otra realización, el primer circuito de transmisión comprende un elemento capacitivo de circuito, en el que una 35 capacitancia del elemento capacitivo de circuito se elige de manera que a una frecuencia de carga, la impedancia proporcionada por el primer circuito de transmisión sea mayor que la primera impedancia de bloqueo predeterminada y / o a la frecuencia de operación, la impedancia proporcionada por el primer circuito de transmisión sea mayor que otra primera impedancia de bloqueo predeterminada. El elemento capacitivo del circuito puede ser parte del primer circuito de transmisión y simultáneamente ser parte del tercer circuito de transmisión. En este caso, la capaci- 40 tancia del elemento capacitivo del circuito se puede elegir de manera que a la frecuencia de operación, la impedancia proporcionada por el tercer circuito de transmisión sea menor que la tercera impedancia de paso predeterminada. La integración de un elemento capacitivo de circuito permite ventajosamente construir la disposición de circuito pasivo propuesta con elementos eléctricos fácilmente disponibles.
En una realización preferida, el primer circuito de transmisión comprende un circuito resonante paralelo. El elemento 45 capacitivo del circuito que se ha mencionado más arriba puede ser parte del circuito resonante paralelo. Además, el circuito resonante paralelo puede comprender un elemento inductivo que está conectado en paralelo al elemento capacitivo. Los elementos eléctricos del circuito resonante paralelo, por ejemplo, un elemento inductivo y / o un elemento capacitivo, se pueden elegir de manera que a la frecuencia de carga, la impedancia proporcionada por el primer circuito de transmisión sea mayor que la primera impedancia de bloqueo predeterminada y, si el circuito reso- 50 nante paralelo también es parte del tercer circuito de transmisión a la frecuencia de operación, la impedancia proporcionada por el tercer circuito de transmisión es menor que la tercera impedancia de paso predeterminada. El circuito resonante paralelo proporciona una alta impedancia en el caso de carga estática. Por lo tanto, no hay circulación de corriente o solo es mínima desde el dispositivo receptor a la máquina eléctrica durante la carga estática.
En otra realización, un elemento inductivo del circuito resonante paralelo es una inductancia del motor de la máquina 55 eléctrica. Una máquina eléctrica tal como un motor síncrono o un motor asíncrono comprende una inductancia del motor, en particular una inductancia por fase de la máquina eléctrica. Este elemento inductivo se puede conectar en paralelo al elemento capacitivo que se ha mencionado más arriba. Esto permite ventajosamente construir la disposi-
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ción del circuito eléctrico pasivo con menos elementos eléctricos. En este caso, especialmente si la inductancia del motor es fija o predeterminada como resultado de los requisitos del motor, la capacitancia del elemento capacitivo se debe elegir de manera que el circuito resonante paralelo proporcione una alta impedancia durante la carga estática.
En una realización alternativa, el primer circuito de transmisión comprende un filtro paralelo RC El filtro paralelo RC comprende un elemento capacitivo y un elemento inductivo que está conectado en paralelo al elemento inductivo. El filtro paralelo RC, sin embargo, está conectado en serie a la máquina eléctrica, en particular está conectado en serie a elementos que proporcionan la inductancia del motor de la máquina eléctrica. La integración del filtro RC en el primer circuito de transmisión permite ventajosamente minimizar adicionalmente una circulación de corriente desde el dispositivo receptor a la máquina eléctrica durante la carga estática.
En otra realización, el elemento capacitivo es también una parte del tercer circuito de transmisión. También es posible que el circuito resonante paralelo que se ha mencionado antes o el filtro paralelo RC que se ha mencionado antes sea también parte del tercer circuito de transmisión. Esto reduce ventajosamente la cantidad de elementos eléctricos utilizados para construir la disposición del circuito eléctrico pasivo.
En otra realización, el dispositivo receptor comprende al menos un elemento inductivo que está formado por un material eléctricamente conductor para producir una fase de la corriente eléctrica alterna mediante la inducción electromagnética. El dispositivo receptor proporciona una fuente de voltaje constante dentro de la disposición del circuito eléctrico pasivo durante la carga estática. La fuente de voltaje constante significa que un valor eficaz o valor medio cuadrático del voltaje alterno proporcionado por el dispositivo receptor es constante.
El elemento inductivo se puede utilizar con el propósito de corregir el factor de potencia o corregir la potencia reactiva. En este caso, los elementos eléctricos del primer y / o segundo y / o tercer circuito de transmisión se pueden elegir dependiendo de la inductancia del elemento inductivo del dispositivo receptor. También es posible que el elemento inductivo del dispositivo receptor sea una parte del primer y / o del segundo circuito de transmisión.
Una integración del elemento inductivo del dispositivo receptor en el primer y / o el segundo circuito de transmisión o la consideración del elemento inductivo del dispositivo receptor durante el diseño de la disposición del circuito eléctrico pasivo permite ventajosamente construir la disposición de circuito eléctrico pasivo con menos elementos eléctricos y además permite minimizar la circulación de corriente desde el inversor a la máquina eléctrica durante la carga estática.
En otra realización, el dispositivo receptor comprende al menos un elemento eléctrico adicional, que está conectado al elemento inductivo para producir una fase de la corriente eléctrica alterna. El elemento eléctrico adicional puede ser un elemento capacitivo que también se usa para la corrección del factor de potencia o la corrección de la potencia reactiva. Esto mejora ventajosamente la calidad de un voltaje y / o corriente de salida del dispositivo receptor durante la carga estática. Además, el elemento eléctrico adicional puede ser parte del primer y / o del segundo circuito de transmisión. Esto permite ventajosamente construir la disposición de circuito eléctrico pasivo propuesta con menos elementos eléctricos.
Además, se propone un vehículo que comprende una de las redes de alimentación de potencia eléctrica que se han propuesto más arriba. El vehículo puede ser un vehículo vinculado a pista o un automóvil de carretera. En particular, la presente invención se puede aplicar a cualquier vehículo terrestre, incluyendo, pero no preferiblemente, cualquier vehículo que esté solo temporalmente en tierra, en particular vehículos vinculados a pista tales como vehículos ferroviarios (por ejemplo, tranvías), pero también automóviles de carretera tales como vehículos de pasajeros individuales (privados) o vehículos de transporte público (por ejemplo, autobuses que incluyen trolebuses que también son vehículos vinculados a pista). Preferiblemente, una disposición de conductor de lado primario que produce el campo electromagnético alterno está integrada en una pista o carretera del vehículo de manera que las líneas eléctricas de la disposición de conductor de lado primario se extiendan en un plano que es casi paralelo a la superficie de la carretera o pista sobre la que el vehículo puede viajar. El dispositivo receptor puede estar localizado en la parte inferior de un vehículo y puede estar cubierto por un cuerpo ferromagnético, tal como un cuerpo en forma de una placa. Un material adecuado es la ferrita. El cuerpo agrupa y redirige las líneas de campo del campo magnético y, por lo tanto, reduce la intensidad del campo por encima del cuerpo a casi cero. Sin embargo, son posibles otras configuraciones, localizaciones y / u orientaciones de la disposición del conductor de lado primario.
Además, se propone un procedimiento de operación de un vehículo, en particular de un vehículo vinculado a pista y / o un automóvil de carretera que utiliza energía eléctrica. En un modo de carga, un campo electromagnético alternante es recibido por un dispositivo receptor y se utiliza para producir una corriente eléctrica alterna mediante inducción electromagnética. El modo de carga es en particular un modo de carga estática, en la que el vehículo está parado o en reposo durante la carga estática. Además, la energía eléctrica es transferida desde el dispositivo receptor a un inversor a través de un segundo circuito de transmisión. El inversor transforma la corriente alterna generada por el dispositivo receptor durante la carga (estática) en una corriente continua que se puede usar para cargar un módulo de almacenamiento de energía, por ejemplo, una batería de tracción del vehículo.
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De acuerdo con la invención, una transferencia de energía eléctrica desde el dispositivo receptor a la máquina eléctrica a través de un primer circuito de transmisión está bloqueada por una impedancia del primer circuito de transmisión. El primer circuito de transmisión es parte de una disposición de circuito eléctrico pasivo que conecta el dispositivo receptor, el inversor y la máquina eléctrica.
La frecuencia de la corriente alterna del dispositivo receptor durante la carga estática (frecuencia de carga) es, por ejemplo, 20 kHz, en el que una impedancia del primer circuito de transmisión es mayor que una primera impedancia de bloqueo predeterminada en esta frecuencia de carga. Como resultado, no hay circulación de corriente o solo es mínima desde el dispositivo receptor a la máquina eléctrica durante la carga estática. En particular, la disposición de circuito eléctrico pasivo que comprende el primer circuito de transmisión está diseñada de manera que a la frecuencia de carga dada, la impedancia proporcionada por el primer circuito de transmisión sea mayor que la primera impedancia de bloqueo predeterminada y una impedancia proporcionada por un segundo circuito de transmisión, que también es parte de la disposición del circuito eléctrico pasivo, es menor que una segunda impedancia de paso predeterminada.
Además, la energía eléctrica es transferida desde el inversor a la máquina eléctrica o desde la máquina eléctrica al inversor a través de un tercer circuito de transmisión en un modo operativo. El tercer circuito de transmisión también es parte de la disposición del circuito eléctrico pasivo. En un modo motor, la energía eléctrica es transferida desde el inversor a la máquina eléctrica. En este caso, una transferencia de energía eléctrica desde el inversor al dispositivo receptor a través del segundo circuito de transmisión está bloqueada por una impedancia proporcionada por el segundo circuito de transmisión a una frecuencia de operación. En particular, la impedancia proporcionada por el segundo circuito de transmisión a la frecuencia de operación o a frecuencias de un intervalo de frecuencias de operación puede ser mayor que una segunda impedancia de bloqueo.
En un modo generador, la energía eléctrica es generada por recuperación y es transferida desde la máquina eléctrica al inversor. En este caso, una transferencia de energía eléctrica desde la máquina eléctrica al dispositivo receptor a través del primer circuito de transmisión está bloqueada por una impedancia proporcionada por el primer circuito de transmisión a la frecuencia de operación. En particular, la impedancia proporcionada por el primer circuito de transmisión a la frecuencia de operación o a frecuencias de un intervalo de frecuencias de operación puede ser mayor que otra primera impedancia de bloqueo predeterminada.
Este procedimiento permite ventajosamente minimizar una circulación de corriente desde el inversor al dispositivo receptor en un modo motor o desde la máquina eléctrica al dispositivo receptor en un modo generador.
Además, se describe un procedimiento para fabricar un vehículo, en particular un vehículo vinculado a pista y / o un automóvil de carretera. El procedimiento comprende los siguientes pasos:
proporcionar un dispositivo receptor adaptado para recibir un campo electromagnético alterno y producir una corriente eléctrica alterna mediante inducción electromagnética,
- proporcionar un módulo de almacenamiento de energía,
- proporcionar un inversor,
- proporcionar una máquina eléctrica,
- proporcionar una disposición de circuito eléctrico pasivo tal que una impedancia proporcionada por un primer circuito de transmisión de la disposición de circuito eléctrico pasivo sea mayor que una primera impedancia de bloqueo predeterminada y una impedancia proporcionada por un segundo circuito de transmisión de la disposición de circuito eléctrico pasivo sea menor que una segunda impedancia de paso predeterminada.
Además, el procedimiento comprende la etapa de conectar eléctricamente el dispositivo receptor, al inversor y la máquina eléctrica mediante la disposición de circuito eléctrico pasivo, en la que la disposición de circuito eléctrico comprende el primer circuito de transmisión para transferir energía eléctrica entre el dispositivo receptor y la máquina eléctrica, el segundo circuito de transmisión para transferir energía eléctrica entre el dispositivo receptor y el inversor, y el tercer circuito de transmisión para transferir energía eléctrica entre el inversor y la máquina eléctrica.
Dentro de un vehículo de este tipo, un flujo de energía durante la carga estática y / o durante la operación es dirigido ventajosamente por la disposición del circuito eléctrico pasivo que está diseñado de manera que durante la carga estática el flujo de energía desde el dispositivo receptor a la máquina eléctrica es cero o está minimizado durante una operación del vehículo, por ejemplo durante una operación en un modo motor o en un modo generador, un flujo de energía al dispositivo receptor es cero o mínimo.
En otra realización, el siguiente paso se realiza adicionalmente:
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- proporcionar la disposición de circuito eléctrico pasivo de tal manera que en una frecuencia de operación dada, una impedancia proporcionada por el tercer circuito de transmisión es menor que una tercera impe- dancia de paso predeterminada.
En otra realización, el siguiente paso se realiza adicionalmente:
- proporcionar la disposición de circuito eléctrico pasivo de manera que a la frecuencia de operación dada, la impedancia proporcionada por el segundo circuito de transmisión sea mayor que una segunda impedancia de bloqueo predeterminada y / o la impedancia proporcionada por el primer circuito de transmisión sea mayor que otra primera impedancia de bloqueo predeterminada.
Los ejemplos de la invención se describirán con referencia a las figuras adjuntas en lo que sigue:
figura 1: muestra un diagrama de circuito de un sistema de alimentación de potencia eléctrica de acuerdo con el estado de la técnica,
figura 2: muestra una disposición de circuito de un sistema de alimentación de potencia eléctrica de acuerdo con una primera realización de la invención, y
figura 3: muestra un diagrama de circuito de un sistema de alimentación de potencia eléctrica de acuerdo con una segunda realización de la invención.
La figura 1 muestra un sistema de alimentación de potencia eléctrica 1 de un vehículo (no mostrado) de acuerdo con el estado de la técnica. El sistema de alimentación de potencia eléctrica 1 puede ser un sistema de tracción del vehículo. El sistema de alimentación de potencia eléctrica 1 comprende una batería de tracción 2, un inversor 3, una máquina eléctrica 4 que comprende elementos inductivos del motor LM1, LM2, LM3 que representan las inductan- cias del motor. Además, el sistema de alimentación de potencia eléctrica 1 comprende un dispositivo receptor 5. El dispositivo receptor 5 (que también se puede denominar como captador del vehículo) está adaptado para recibir un campo electromagnético alterno y produce un voltaje de salida de corriente eléctrica alterna mediante inducción electromagnética. Los terminales de salida T1, T2, T3 del dispositivo receptor 5 también se muestran en la figura 1. El dispositivo receptor comprende fuentes de voltaje V1, V2, V3 que producen o generan un voltaje de corriente alterna mediante inducción electromagnética. Además, el dispositivo receptor 5 comprende elementos capacitivos C1, C2, C3 y elementos inductivos L1, L2, L3 que están conectados en serie, respectivamente.
La figura 1 muestra una red trifásica que comprende tres fases. Por ejemplo, una primera fuente de voltaje V1, un primer elemento capacitivo C1 y el primer elemento inductivo L1 del dispositivo receptor 5 generan un voltaje de salida de corriente alterna de una primera fase. El sistema de alimentación de potencia eléctrica 1 comprende además una disposición de circuito eléctrico activo 6. La disposición de circuito eléctrico activo 6 está adaptada para conectar el inversor 3, la máquina eléctrica 4 y el dispositivo receptor 5. La disposición de circuito eléctrico activo 6 comprende tres conmutadores 7, un conmutador 7 por fase. Estos conmutadores 7 son elementos activos lo que significa que se utiliza energía externa para operar estos conmutadores 7. En una primera posición de los conmutadores 7, se proporciona una conexión eléctrica entre el inversor 3 y la máquina eléctrica 4. En una segunda posición de los conmutadores 7, se proporciona una conexión eléctrica entre el inversor 3 y el dispositivo receptor 5 (no mostrada en la figura 1). Los conmutadores pueden ser, por ejemplo, transistores de efecto de campo tales como MOS- FET. En este caso, los conmutadores 7 pueden ser operados controlando un voltaje de control, por ejemplo, una puerta - fuente - voltaje de los MOSFET. También se muestra una señal de control o dirección S de los conmutadores 7. La señal de control S puede ser una señal de control dependiente de la frecuencia S. A una frecuencia de carga de, por ejemplo, 20 kHz, la señal de control S controla los conmutadores 7 de tal manera que los conmutadores 7 están en la segunda posición (carga estática). A una frecuencia de operación de hasta 10 kHz, la señal de control S controla los conmutadores 7 de manera que los conmutadores 7 están en la primera posición (modo de operación).
La figura 2 muestra un diagrama de circuito de un sistema de alimentación de potencia eléctrica trifásica de acuerdo con una primera realización de la invención. En lo que se refiere a los elementos eléctricos tales como la batería de tracción 2, el inversor 3, la máquina eléctrica 4 y el dispositivo receptor 5, se puede hacer referencia a la descripción de la figura 1. Con respecto al dispositivo receptor 5, la conexión en serie de los elementos capacitivos C1, C2, C3 y de los elementos inductivos L1, L2, L3 se utilizan para la corrección del factor de potencia o la compensación de potencia reactiva. Además, el dispositivo receptor 5 proporciona un voltaje de salida de corriente alterna con un valor eficaz constante o valor RMS.
A diferencia del sistema de alimentación de potencia eléctrica 1 que se ha mostrado en la figura 1, el sistema de alimentación de potencia eléctrica 1 de la figura 2 comprende una disposición de circuito eléctrico pasivo 8.
La disposición de circuito eléctrico pasivo 8 comprende elementos inductivos de circuito L4, L5, L6, en particular un elemento inductivo de circuito L4, L5, L6 por fase. Los elementos inductivos del circuito L4, L5, L6 están dispuestos eléctricamente entre los terminales de salida T1, T2, T3 del dispositivo receptor 5 y el inversor 3. Además, la dispo-
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sición de circuito eléctrico pasivo 8 comprende elementos capacitivos de circuito C4, C5, C6. Un terminal de los elementos capacitivos del circuito C4, C5, C6 está conectado eléctricamente a los terminales de salida T1, T2, T3 del dispositivo receptor 5. Los otros terminales de los elementos capacitivos del circuito C4, C5, C6 están conectados en un punto de estrella ST. Un elemento capacitivo de circuito C4, C5, C6 se asigna a cada fase del sistema de 3 fases. En particular, los elementos capacitivos del circuito C4, C5, C6 están dispuestos en paralelo a los terminales de entrada TM1, TM2, TM3 de la máquina eléctrica 4. Los elementos inductivos del motor LM1, LM2, LM3 y los elementos capacitivos del circuito C4, C5, C6 proporcionan respectivamente un circuito resonante paralelo.
Con respecto a los terminales de salida T1, T2, T3, un primer circuito de transmisión que forma parte de la disposición de circuito eléctrico pasivo 8 comprende el circuito resonante paralelo proporcionado por los elementos capacitivos del circuito C4, C5, C6 y los elementos inductivos del motor LM1, LM2, LM3. De nuevo con respecto a los terminales de salida T1, T2, T3, un segundo circuito de transmisión que también es parte de la disposición de circuito pasivo 8 comprende los elementos inductivos de circuito L4, L5, L6. Un tercer circuito de transmisión, que también forma parte de la disposición de circuito eléctrico pasivo 8, comprende los elementos inductivos de motor L4, L5, L6 y el circuito resonante paralelo que se ha mencionado antes proporcionado por los elementos capacitivos de circuito C4, C5, C6 y los elementos inductivos de motor LM1, LM2, lM3.
De acuerdo con la invención, las capacitancias de los elementos capacitivos del circuito C4, C5, C6 y las inductan- cias de los elementos inductivos del motor LM1, LM2, LM3 se eligen de manera que a una frecuencia de carga de 20 kHz, la impedancia proporcionada por el primer circuito de transmisión es más alta que una primera impedancia de bloqueo. Simultáneamente, las inductancias de los elementos inductivos del circuito L4, L5, L6 se eligen de manera que a la frecuencia de carga, la impedancia proporcionada por la segunda transmisión sea menor que una segunda impedancia de paso predeterminada. Además, las inductancias de los elementos inductivos del motor L4, L5, L6, las capacitancias de los elementos capacitivos del circuito C4, C5, C6, y las inductancias de los elementos inductivos del motor LM1, LM2, LM3 se eligen de manera que a una frecuencia de operación en un intervalo de 0 kHz a 10 kHz, una impedancia proporcionada por el tercer circuito de transmisión sea menor que una tercera impedancia de paso. Las inductancias de los elementos inductivos de circuito L4, L5, L6 se deben elegir de manera que una impedancia del segundo circuito de transmisión sea mayor que una segunda impedancia de bloqueo a la frecuencia de operación. Además, las capacitancias de los elementos capacitivos del circuito C4, C5, C6 y las inductancias de los elementos inductivos del motor LM1, LM2, LM3 se deben elegir de manera que una impedancia del primer circuito de transmisión sea mayor que otra primera impedancia de bloqueo a la frecuencia de operación.
El sistema de alimentación de potencia eléctrica 1 que se muestra permite ventajosamente controlar o dirigir un flujo de energía o circulación de corriente entre el inversor 2, el dispositivo receptor 5 y la máquina eléctrica 4 pasivamente, por ejemplo, sin usar elementos activos adicionales como los conmutadores 7 (ver la figura 1) o conmutadores de potencia. El control del flujo de energía o circulación de corriente es controlado por diseño y los elementos eléctricos de la disposición de circuito eléctrico pasivo 8. En un modo motor, la energía eléctrica es transferida desde la batería de tracción 2 a la máquina eléctrica 4 a través del inversor 3. El inversor 3 genera un voltaje de salida de corriente alterna con una frecuencia de operación de hasta 10 kHz que puede ser un voltaje de onda cuadrada. Debido a la conexión en serie de los elementos inductivos del circuito l4, l5, L6 y los elementos inductivos del motor LM1, LM2, LM3, este voltaje de onda cuadrada y las corrientes de onda cuadradas resultantes se transforman en una corriente casi sinusoidal. Los elementos inductivos del circuito L4, L5, L6 también se usan para desacoplar el voltaje de salida del inversor en el modo operativo, por ejemplo, el voltaje de onda cuadrada, desde el dispositivo receptor 5.
En el caso de una carga inductiva con el vehículo detenido (carga estática), la energía eléctrica es transferida desde el dispositivo receptor 5 al inversor 3. El dispositivo receptor 5 comprende los elementos inductivos L1, L2, L3 que se han mencionados más arriba y los elementos capacitivos C1, C2, C3 que también pueden denominarse condensadores de compensación. Estos elementos eléctricos y los elementos inductivos del circuito L4, L5, L6 forman un circuito resonante en serie con una frecuencia de transmisión predeterminada. Durante la carga estática, una parte del voltaje de salida del dispositivo receptor 5 cae a través de los terminales de entrada TM1, TM2, TM3 de la máquina eléctrica 4. El circuito resonante paralelo formado por los elementos capacitivos del circuito C4, C5, C6 y los elementos inductivos del motor LM1, lM2, LM3 proporciona una alta impedancia para voltajes dentro de un intervalo de frecuencia de la frecuencia de carga. Por lo tanto, no hay circulación de corriente o es mínima en la máquina eléctrica 4.
Si durante la operación del vehículo en un modo motor, la energía eléctrica es transferida desde el inversor 3 a la máquina eléctrica 4, una corriente eléctrica es libre de circular desde el inversor 3 a la máquina eléctrica 4 ya que el circuito resonante paralelo no es operado en su frecuencia resonante. Simultáneamente, no hay transferencia de energía eléctrica, o solo es mínima, desde el inversor 3 al dispositivo receptor 5 debido al circuito resonante en serie que se ha mencionado más arriba.
Algunas frecuencias del voltaje de salida del inversor 3 operado en un modo motor que están en particular dentro de un intervalo de la frecuencia de resonancia de la conexión resonante en serie pueden generar una corriente resonante en el dispositivo receptor 5. Los elementos inductivos del circuito L4, L5, L6 están minimizando este efecto. Durante el frenado del vehículo, por ejemplo, durante la recuperación, el vehículo puede operarse en modo genera
dor. El voltaje de salida generado por la máquina eléctrica 4 en el modo generador es un voltaje de salida sinusoidal y tiene una frecuencia inferior a la frecuencia de resonancia del dispositivo receptor 5. Por lo tanto, no habrá, o solo será mínima, una circulación de corriente desde la máquina eléctrica 4 al dispositivo receptor 5. Simultáneamente, sin embargo, un flujo de energía desde la máquina eléctrica 4 al inversor 3 no se altera.
5 Está claro que se debe proporcionar una separación de frecuencias suficiente de la frecuencia de resonancia de los respectivos circuitos de transmisión para un correcto funcionamiento de la invención propuesta.
En la figura 3, se muestra una realización alternativa de un sistema de alimentación de potencia eléctrica 1. En lugar del circuito resonante en paralelo que comprende un elemento capacitivo de circuito C4, C5, C6 (véase la figura 2) y elementos inductivos de motor LM1, LM2, LM3, la disposición de circuito eléctrico pasivo 8 comprende filtros parale- 10 los RC1, RC2, RC3, que están dispuestos eléctricamente entre los terminales de salida T1, T2, T3 del dispositivo receptor 5 y los terminales de entrada TM1, TM2, TM3 de la máquina eléctrica 4. Simultáneamente, los filtros RC paralelos RC1, RC2, RC3 se disponen entre el inversor 3 y la máquina eléctrica 4 en serie con los elementos inductivos del circuito L4, L5, L6. Los filtros RC paralelos RC1, RC2, RC3 son una parte del primer circuito de transmisión y el tercer circuito de transmisión de la disposición de circuito eléctrico pasivo 8. Cada filtro RC paralelo RC1, RC2, 15 RC3 comprende un elemento capacitivo y un elemento inductivo que está conectado en paralelo al elemento capacitivo.
Se muestra que los filtros RC paralelos RC1, RC2, RC3 son exclusivamente parte de la disposición de circuito eléctrico pasivo 8 y no un elemento de la máquina eléctrica 4. También hay un filtro RC paralelo RC1, RC2, RC3 por fase del sistema de 3 fases. El diseño propuesto de la disposición de circuito eléctrico pasivo 8 permite minimizar 20 adicionalmente la circulación de corriente eléctrica desde el dispositivo receptor 5 a la máquina eléctrica 4 durante la carga estática mientras permite la circulación de corriente eléctrica entre el inversor 3 y la máquina eléctrica 4 durante un modo de operación, por ejemplo una operación en modo motor o en modo generador.

Claims (12)

  1. 5
    10
    15
    20
    25
    30
    35
    40
    45
    50
    REIVINDICACIONES
    1. Sistema de alimentación de potencia eléctrica, en particular un sistema de tracción, de un vehículo, en el que el sistema de alimentación de potencia eléctrica (1) comprende un inversor (3), una máquina eléctrica (4), un dispositivo receptor (5) adaptado para recibir un campo electromagnético alterno y para producir una corriente eléctrica alterna mediante inducción electromagnética, y una disposición de circuito eléctrico pasivo (8) adaptada para conectar el inversor (3), la máquina eléctrica (4) y el dispositivo receptor (5), en el que la disposición de circuito eléctrico pasivo (8) comprende un primer circuito de transmisión para transferir energía eléctrica entre el dispositivo receptor (3) y la máquina eléctrica (4), un segundo circuito de transmisión para transferir energía eléctrica entre el dispositivo receptor (5) y el inversor (3). y un tercer circuito de transmisión para transferir energía eléctrica entre el inversor (3) y la máquina eléctrica (4),
    caracterizado porque
    la disposición de circuito eléctrico pasivo (8) está diseñada de manera que a una frecuencia de carga dada, una impedancia proporcionada por el primer circuito de transmisión es mayor que una primera impedancia de bloqueo predeterminada y una impedancia proporcionada por el segundo circuito de transmisión es menor que una segundo impedancia de paso predeterminada, en el que la disposición del circuito eléctrico pasivo (8) está diseñada de tal manera que a una frecuencia de operación dada, una impedancia proporcionada por el tercer circuito de transmisión es menor que una tercera impedancia de paso predeterminada, en el que la disposición de circuito eléctrico pasivo (8) está diseñada de tal manera que a una frecuencia de operación dada, una impedancia proporcionada por el segundo circuito de transmisión es mayor que una segunda impedancia de bloqueo predeterminada y una impedancia proporcionada por el primer circuito de transmisión es mayor que otra primera impedancia de bloqueo predeterminada.
  2. 2. La alimentación de potencia de acuerdo con la reivindicación 1, en la que el segundo circuito de transmisión comprende un elemento inductivo de circuito (L4, L5, L6), en el que una inductancia del elemento inductivo de circuito (L4, L5, L6) se elige de manera que a la frecuencia de carga, la impedancia proporcionada por el segundo sistema de transmisión sea menor que la segunda impedancia de paso predeterminada y / o a una frecuencia de operación dada, la impedancia proporcionada por el segundo circuito de transmisión sea mayor que la segunda impedancia de bloqueo predeterminada.
  3. 3. La alimentación de potencia de acuerdo con la reivindicación 2, en la que el elemento inductivo de circuito (L4, L5, L6) del segundo circuito de transmisión también es parte del tercer circuito de transmisión.
  4. 4. La alimentación de potencia de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3, en la que el primer circuito de transmisión comprende un elemento capacitivo de circuito (C4, C5, C6), en el que se elige una capacitancia del elemento capacitivo de circuito (C4, C5, C6) de tal manera que a la frecuencia de carga, la impedancia proporcionada por el primer circuito de transmisión sea mayor que la primera impedancia de bloqueo predeterminada y / o a la frecuencia de operación, la impedancia proporcionada por el primer circuito de transmisión sea mayor que otra primera impedancia de bloqueo predeterminada.
  5. 5. La alimentación de potencia de acuerdo con la reivindicación 4, en la que el primer circuito de transmisión comprende un circuito resonante paralelo.
  6. 6. La alimentación de potencia de acuerdo con la reivindicación 5, en la que un elemento inductivo del circuito resonante paralelo es una inductividad del motor de la máquina eléctrica (4).
  7. 7. La alimentación de potencia de acuerdo con la reivindicación 4, en la que el primer circuito de transmisión comprende un filtro RC paralelo (RC1, RC2, RC3).
  8. 8. La alimentación de potencia de acuerdo con una de las reivindicaciones 4 a 7, en la que el elemento capacitivo (C4, C5, C6) también es parte del tercer circuito de transmisión.
  9. 9. La alimentación de potencia de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 8, en la que el dispositivo receptor (5) comprende al menos un elemento inductivo (L1, L2, L3) que está formado por un material eléctricamente conductor para producir una fase de la corriente eléctrica alterna mediante inducción electromagnética.
  10. 10. La alimentación de potencia de acuerdo con la reivindicación 9, en la que el dispositivo receptor (5) comprende al menos un elemento eléctrico adicional, que está conectado al elemento inductivo (L1, L2, L3) para producir una fase de la corriente eléctrica alterna.
  11. 11. Un vehículo que comprende la red de alimentación de potencia eléctrica de una de las reivindicaciones precedentes.
    10
    15
  12. 12. Un procedimiento de operación de un vehículo, en particular un vehículo vinculado a pista y / o un automóvil de
    carretera, utilizando energía eléctrica, en el que en un modo de carga
    - un campo electromagnético alterno es recibido por un dispositivo receptor (5) y se utiliza para producir una corriente eléctrica alterna mediante inducción electromagnética,
    - la energía eléctrica es transferida desde el dispositivo receptor (5) a un inversor (3) a través de un segundo circuito de transmisión,
    caracterizado porque
    - una transferencia de energía eléctrica desde el dispositivo receptor (5) a la máquina eléctrica (4) a través de un primer circuito de transmisión es bloqueada por una impedancia del primer circuito de transmisión, en el que
    - en modo operativo
    - la energía eléctrica es transferida desde el inversor (3) a la máquina eléctrica (4) o desde la máquina eléctrica (4) al inversor (3) a través de un tercer circuito de transmisión.
    - una transferencia de energía eléctrica desde el inversor (3) al dispositivo receptor (5) a través del segundo circuito de transmisión es bloqueada por una impedancia del segundo circuito de transmisión y
    - una transferencia de energía eléctrica desde la máquina eléctrica (4) al dispositivo receptor (5) a través del primer circuito de transmisión es bloqueada por una impedancia del primer circuito de transmisión.
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