ES2967318T3 - Sistema eléctrico de un vehículo ferroviario, vehículo ferroviario y método para operar un sistema eléctrico - Google Patents

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Abstract

La invención se refiere a: un sistema eléctrico de un vehículo ferroviario (2), donde el sistema eléctrico (1) comprende un primer rectificador (3a), al menos un rectificador adicional (3b) y al menos un transformador (4), donde un La sección de circuito intermedio del primer rectificador (3a) se puede conectar eléctricamente a una sección de circuito intermedio de al menos un rectificador adicional (3b) a través de al menos una conexión eléctrica de circuito intermedio (8a, 8b), en donde al menos una parte del la conexión del circuito eléctrico intermedio (8a, 8b) se guía a través de una carcasa de transformador (5); un vehículo ferroviario; y un método para operar un sistema eléctrico. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Sistema eléctrico de un vehículo ferroviario, vehículo ferroviario y método para operar un sistema eléctrico
La invención se refiere a un vehículo ferroviario y a un método para operar el sistema eléctrico.
El documento WO 2007/031245 A1 da a conocer una locomotora con varios ejemplares de convertidores de potencia, que pueden estar separados por un pasillo central por el que puede caminar una persona.
El documento EP 0514580 A1 describe una disposición de convertidor.
El documento EP 1958843 A1 describe un método para fabricar una locomotora.
El documento DE 10 2009 008 549 A1 describe una disposición para el funcionamiento de consumidores en un vehículo ferroviario con energía eléctrica, pudiendo ser o siendo la disposición alimentada con energía eléctrica desde una red de suministro de energía o desde una combinación de motor y generador.
El documento Karl-Gerhard Baur: "3: Der elektrische Teil der Baureihe 101", (30/09/2013), Serie 101: Die Intercity Lokomotive der Deutschen Bahn - eine der wichtigsten E-Loks der Eisenbahn Gegenwart mit technischen Zeichnungen, Geramond Verlag GmbH, páginas 51-68, XP009531003, ISBN: 978-3-86245-188-3 describe una estructura de convertidor de potencia con un circuito de succión.
El problema es que en una locomotora de este tipo pueden surgir situaciones de funcionamiento en las que al menos uno de los convertidores de potencia ya no ofrezca la funcionalidad deseada. Por ejemplo, puede fallar un convertidor de potencia de red o un convertidor de motor del convertidor de potencia.
En tales escenarios operativos resulta deseable minimizar la reducción indeseable de la funcionalidad del vehículo ferroviario. En particular, en tales escenarios resulta deseable que no se reduzca la fuerza de tracción máxima. Además, resulta deseable lograr tal minimización minimizando el espacio de instalación necesario para una solución correspondiente. En particular, una funcionalidad mejorada, especialmente en el caso de fallo explicado anteriormente, debería proporcionarse con una necesidad de espacio de instalación nula o tan solo mínima.
La solución al problema técnico se desprende de los objetos con las características de las reivindicaciones 1 y 10. Por lo tanto, surge el problema técnico de proporcionar un sistema eléctrico de un vehículo ferroviario, un vehículo ferroviario y un método para operar el sistema eléctrico que proporcione una funcionalidad mejorada del vehículo ferroviario minimizando al mismo tiempo los requisitos de espacio de instalación necesarios.
Se propone un sistema eléctrico de un vehículo ferroviario, presentando el vehículo ferroviario un sistema eléctrico. El sistema eléctrico puede formar parte de un sistema de tracción del vehículo ferroviario. El sistema eléctrico también puede denominarse disposición de componentes eléctricos del vehículo ferroviario.
El sistema eléctrico puede ser en particular, un sistema eléctrico de una locomotora. Por esto se puede entender un vehículo ferroviario que, en particular, puede mover un conjunto de trenes con una pluralidad de vagones en funcionamiento de tracción o en funcionamiento de empuje. La locomotora puede presentar instalaciones que la distingan de los vagones de pasajeros y de mercancías, por ejemplo, al menos una cabina de conductor y/u otras instalaciones que permitan el funcionamiento de la locomotora y/o del conjunto de trenes.
Una locomotora también puede entenderse como un vagón motriz para un tren de vehículos ferroviarios.
La locomotora puede presentar una sala de máquinas en la que se pueden disponer una o varias unidades de accionamiento, en particular, máquinas eléctricas, y mecanismos auxiliares.
El sistema eléctrico comprende un primer convertidor de potencia, al menos otro convertidor de potencia y al menos un transformador.
El transformador puede presentar al menos un devanado primario, pudiendo conectarse el devanado primario eléctricamente, por ejemplo, a una tensión de alimentación, en particular, a una tensión de red. La tensión de alimentación puede proporcionarse, por ejemplo, a través de una catenaria. Se puede conectar con ella, por ejemplo, por medio de un colector de corriente. Por lo tanto, el devanado primario puede estar conectado o conectarse eléctricamente al colector de corriente. Además, el transformador puede presentar al menos uno, preferiblemente varios, devanados secundarios. El transformador presenta preferiblemente uno, preferiblemente varios devanados secundarios por convertidor de potencia.
Los componentes del transformador, en particular, el devanado primario y el al menos un devanado secundario, están dispuestos en una carcasa del transformador. La carcasa del transformador incluye, por tanto, los elementos del transformador. En la carcasa del transformador, al menos en una zona parcial de la misma, también puede disponerse aceite para el transformador.
Un convertidor de potencia puede referirse a un dispositivo mediante el cual se conectan el transformador y otros dispositivos eléctricos del vehículo ferroviario. Otros dispositivos eléctricos pueden ser, por ejemplo, máquinas de accionamiento eléctrico y dispositivos de accionamiento auxiliares, por ejemplo, dispositivos de un sistema de ventilación y/o iluminación.
Un convertidor de potencia puede comprender uno o más de los siguientes componentes:
- al menos un convertidor de potencia de red,
- al menos un convertidor de potencia de accionamiento,
- al menos un dispositivo actuador del freno,
- al menos un convertidor de accionamiento auxiliar,
- al menos un dispositivo de conmutación para desconectar o cambiar las conexiones eléctricas del convertidor de potencia,
- al menos una capacidad de circuito intermedio,
- al menos un dispositivo de filtrado,
- al menos una resistencia de descarga.
Los componentes del convertidor de potencia también pueden denominarse subdispositivos funcionales del convertidor de potencia. Los componentes se pueden conectar eléctricamente entre sí de la manera deseada. Además, el convertidor de potencia puede presentar al menos una conexión para la conexión con un devanado secundario del transformador. Un convertidor de potencia presenta preferiblemente varias, por ejemplo, dos, conexiones para la conexión con varios devanados secundarios del transformador.
Además, un convertidor de potencia puede presentar una conexión para un dispositivo de acumulación de energía externo, por ejemplo, un acumulador o una batería.
Además, un convertidor de potencia puede presentar una conexión para un dispositivo generador externo, por ejemplo, un generador.
Además, el convertidor de potencia puede presentar al menos una conexión para una máquina eléctrica, en particular, una máquina de accionamiento.
Además, el convertidor de potencia puede presentar una conexión para al menos un dispositivo de accionamiento auxiliar.
Un convertidor de potencia también presenta una sección de circuito intermedio. La sección de circuito intermedio puede ser una sección de tensión continua en el convertidor de potencia. Por ejemplo, una sección de circuito intermedio puede ser el subsistema eléctrico del convertidor de potencia, que une las conexiones de tensión continua de un convertidor de potencia de red con las conexiones de tensión continua de un convertidor de potencia de accionamiento.
La sección de circuito intermedio puede comprender en particular la capacidad del circuito intermedio, que puede estar configurada, por ejemplo, como condensador de circuito intermedio. En el circuito intermedio puede haber prevista una tensión de circuito intermedio. Esta tensión del circuito intermedio puede referirse, por ejemplo, a la tensión que cae a través de la capacitancia del circuito intermedio.
Además, una sección de circuito intermedio del primer convertidor de potencia puede conectarse eléctricamente con una sección de circuito intermedio de al menos otro convertidor de potencia mediante al menos una conexión eléctrica de circuitos intermedios. Esto puede significar que se puede establecer y separar una conexión eléctrica entre las secciones del circuito intermedio de diferentes convertidores de potencia. Para su desconexión y conexión, la conexión del circuito intermedio puede comprender o presentar al menos un dispositivo de conmutación, en particular, un dispositivo de conmutación de desconexión.
Por lo tanto, una sección de alto voltaje de la sección del circuito intermedio del primer convertidor de potencia se puede conectar a una sección de alto voltaje de la sección del circuito intermedio del al menos un convertidor de potencia adicional a través de una primera conexión eléctrica de circuitos intermedios, estando conectada o pudiéndose conectar a través de otra conexión eléctrica de circuitos intermedios una sección de bajo voltaje de la sección de circuito intermedio del primer convertidor de potencia con una sección de bajo voltaje del circuito intermedio del al menos otro convertidor de potencia. La primera o la otra conexión eléctrica de circuitos intermedios pueden presentar un dispositivo de conmutación para establecer o desconectar la conexión eléctrica.
Una sección de alto voltaje calcula una sección de la sección del circuito intermedio que tiene un potencial eléctrico mayor que la sección de bajo voltaje. Por ejemplo, se puede conectar una primera conexión de la capacidad del circuito intermedio a la sección de alto voltaje y se puede conectar una segunda conexión de la capacidad del circuito intermedio a la sección de bajo voltaje.
Según la invención, al menos una parte de la conexión eléctrica de circuitos intermedios se conduce a través de una carcasa de transformador. En una alternativa según la invención esto puede significar que al menos una parte de la conexión eléctrica de circuitos intermedios va dispuesta/discurre dentro de la carcasa del transformador.
En particular, una conexión de circuito intermedio puede comprender una o más partes internas del convertidor y una parte interna del transformador. Las partes internas del convertidor de potencia están dispuestas en una carcasa de un convertidor de potencia. La parte interna del transformador está dispuesta en la carcasa del transformador o tendida a través de la carcasa del transformador.
La conexión del circuito intermedio también puede incluir una o más partes que están dispuestas fuera de una carcasa del convertidor de potencia y fuera de la carcasa del transformador. En particular, es posible que la parte de la conexión eléctrica de circuitos intermedios que está dispuesta fuera de la carcasa del convertidor de potencia esté dispuesta completamente dentro de la carcasa del transformador.
Es posible que el transformador presente una conexión para conectar la parte interna del transformador de la conexión del circuito intermedio a la sección del circuito intermedio del primer convertidor de potencia y al menos una conexión adicional para conectar la parte interna del transformador de la conexión del circuito intermedio a la sección del circuito intermedio del al menos otro convertidor de potencia.
El hecho de que al menos una parte de la conexión eléctrica de circuitos intermedios esté tendida a través de la carcasa del transformador también puede significar que al menos una parte esté tendida a lo largo de una pared interior o, en otra alternativa según la invención, a lo largo de una pared exterior de la carcasa del transformador.
La conexión eléctrica entre los circuitos intermedios permite ventajosamente la transmisión de energía eléctrica entre los convertidores de potencia, en particular, entre sus secciones de circuito intermedio. Esto a su vez permite ventajosamente, como se explica más detalladamente a continuación, una funcionalidad mejorada del o de los convertidores de potencia en determinados escenarios de funcionamiento, en particular, en determinados casos de fallo.
Además, se consigue ventajosamente que se minimicen los espacios de instalación y los requisitos de montaje para realizar esta conexión eléctrica. En particular, no es necesario establecer una conexión eléctrica adicional entre los convertidores de potencia fuera de las instalaciones existentes en el vehículo ferroviario. Alternativamente, se puede minimizar la longitud de tales conexiones externas de la instalación.
En otra configuración, al menos una parte de la conexión eléctrica de circuitos intermedios está configurada como barra colectora. Una barra colectora puede estar hecha de metal conductor de electricidad, por ejemplo, aluminio, cobre o acero. Una barra colectora puede ser un componente rígido, en particular, más rígido que un cable eléctrico. Una barra colectora también se puede diseñar como perfil laminado. En particular, la parte interna del transformador de la conexión del circuito intermedio puede estar configurada como barra colectora.
De esta manera, se obtiene ventajosamente una conexión de circuito intermedio mecánicamente robusta.
En otra configuración, al menos una parte de la conexión eléctrica de circuitos intermedios está configurada como cable. De esta manera, resulta ventajosa una disposición espacial o un tendido de cables flexibles de la conexión del circuito intermedio.
Resulta factible que una parte de la conexión eléctrica de circuitos intermedios esté configurada como cable y otra parte como barra colectora.
En otra configuración, al menos una parte, en particular, la parte interna del transformador, de la conexión eléctrica de circuitos intermedios está aislada eléctricamente. Por ejemplo, al menos una parte de la conexión del circuito intermedio o toda la conexión del circuito intermedio puede estar recubierta por una capa aislante. En particular, la conexión eléctrica de circuitos intermedios está aislada eléctricamente del transformador, en particular, de los elementos eléctricos o electrónicos del transformador. Esto aumenta ventajosamente la fiabilidad operativa del sistema eléctrico.
En otra forma de realización, al menos una parte de la conexión eléctrica de circuitos intermedios, en particular, la parte interna del transformador o una sección de la parte interna del transformador, está recubierta por un material aislante del transformador.
En este caso, se puede llenar al menos un volumen parcial en la carcasa del transformador con el material aislante para aislar eléctricamente los elementos eléctricos del transformador, en particular, el devanado primario y el al menos un devanado secundario. Al disponer al menos una parte de la conexión del circuito intermedio en el material aislante, esta también queda aislada eléctricamente del entorno.
El material aislante puede ser un material sólido, por ejemplo, vidrio, mica, cerámica o papel duro, o puede consistir en una mezcla de al menos dos de estos materiales. El material aislante también puede ser un material gaseoso, por ejemplo, un gas aislante o una mezcla de gases aislantes. El material aislante también puede ser un material líquido.
En una forma de realización preferida, el material aislante es un aceite para transformador. De este modo, al menos una parte de la conexión eléctrica de circuitos intermedios, en particular, la parte interna del transformador o una sección de la parte interna del transformador, está sumergida en aceite para transformador del transformador.
En este caso se puede llenar al menos un volumen parcial en la carcasa del transformador con aceite para transformador para aislar eléctricamente los elementos eléctricos del transformador, en particular, el devanado primario y el al menos un devanado secundario, y para proporcionar una conexión térmica para la refrigeración. Al disponer al menos una parte de la conexión del circuito intermedio en el aceite para transformador, esta también queda aislada eléctricamente del entorno y puede refrigerarse.
Por tanto, se propone un vehículo ferroviario que presenta un sistema eléctrico según una de las formas de realización descritas en esta invención. El vehículo ferroviario puede ser, en particular, una locomotora. Naturalmente, el vehículo ferroviario puede incluir, además del sistema eléctrico, otros componentes del vehículo ferroviario.
En particular, el vehículo ferroviario puede presentar un bastidor de alta tensión. Por bastidor de alta tensión se puede entender un dispositivo en el que están dispuestos componentes eléctricos y cables eléctricos para una parte de alta tensión de una fuente de alimentación. En particular, el bastidor de alta tensión también puede ser un llamado bastidor de convertidor de potencia, en cuyo caso, en el bastidor van dispuestos exclusiva o adicionalmente componentes y cables de un convertidor de potencia.
De esta manera, se obtiene ventajosamente un vehículo ferroviario con una funcionalidad mejorada, especialmente en determinados casos de fallo, mientras que, al mismo tiempo, el espacio de montaje necesario para la instalación del sistema eléctrico en el vehículo ferroviario no aumenta o solo aumenta mínimamente.
Según la invención, el primer convertidor de potencia y el al menos otro convertidor de potencia están dispuestos al menos a lo largo de una dirección espacial a una distancia entre sí. La al menos una dirección espacial puede ser en particular, una dirección paralela a un eje transversal del vehículo. El eje transversal del vehículo también puede denominarse eje de paso del vehículo. En particular, los bastidores de convertidores de potencia o las carcasas de los convertidores de potencia con los convertidores de potencia dispuestos en ellos también pueden estar dispuestos a distancia entre sí a lo largo de al menos una dirección espacial.
En particular, la distancia puede elegirse de modo que una persona pueda caminar entre los convertidores de potencia. Por tanto, una distancia puede ser, por ejemplo, superior a 0,6 m.
Ventajosamente, esto deriva en que la distancia entre los convertidores de potencia necesaria para la conexión eléctrica de las secciones del circuito intermedio se realiza al menos parcialmente mediante un tendido de conexión en la carcasa del transformador y, por lo tanto, no es necesario para un tendido de conexión adicional complejo ni que ocupe espacio de instalación.
En otra forma de realización, el vehículo ferroviario presenta un pasillo central, estando dispuesto el transformador debajo del pasillo central. Además, se pueden disponer convertidores de potencia en lados opuestos del pasillo central.
El vehículo ferroviario puede presentar o formar, por ejemplo, una placa base, cuya superficie superior constituye un suelo del pasillo central. El transformador se puede disponer debajo de esta placa base. Por ejemplo, un lado superior del transformador puede descansar sobre el lado inferior de la placa base o estar unido mecánicamente a ella. También es posible que el transformador sea un transformador subterráneo.
Los convertidores de potencia pueden ir dispuestos encima de la placa base. Por ejemplo, es posible que los convertidores de potencia, en particular, su carcasa o bastidor, estén dispuestos en la superficie de la placa base y/o cubran el pasillo central.
El hecho de que el transformador esté dispuesto debajo del pasillo central puede significar que el transformador está dispuesto debajo del pasillo central a lo largo de una dirección vertical que es paralela a un eje vertical del vehículo ferroviario y orientada desde la parte inferior hasta la parte superior del vehículo ferroviario. Otras indicaciones direccionales como "arriba" también pueden referirse a la dirección vertical.
Es posible que la carcasa del transformador se extienda desde una zona situada bajo el primer convertidor de potencia hasta una zona situada bajo el otro convertidor de potencia. De este modo, la carcasa del transformador salva la distancia entre los convertidores de potencia.
La disposición del transformador debajo del pasillo central conduce ventajosamente a una disposición especialmente compacta de los componentes del sistema eléctrico en el vehículo ferroviario.
En otra forma de realización, al menos un dispositivo de guiado de cables va dispuesto entre un elemento base del pasillo central, por ejemplo, la placa base descrita anteriormente, y entre un lado superior del transformador, estando el dispositivo de guiado de cables a ras del elemento base y a ras contra la parte superior. El dispositivo de guiado de cables puede extenderse a lo largo de o en paralelo a un eje longitudinal del vehículo ferroviario. El dispositivo de guiado de cables puede estar configurado en particular como un canal para cables.
A través del dispositivo de guiado de cables se pueden guiar, por ejemplo, conductos de alimentación, como, por ejemplo, conductos de aire comprimido, y otros elementos, como, por ejemplo, elementos de conexión de señales y elementos de conexión eléctrica. Al realizar la conexión del circuito intermedio a través del transformador se consigue ventajosamente que un dispositivo de guiado de cables de este tipo no tenga que modificarse estructuralmente y/o que no se modifique el tendido de los elementos de conexión guiados a través del dispositivo de guiado de cables.
En otra forma de realización, al menos uno de los convertidores de potencia, preferiblemente ambos o todos los convertidores de potencia, están dispuestos encima del transformador. Como se ha explicado anteriormente, esto puede significar que el convertidor de potencia está dispuesto encima del transformador a lo largo de la dirección vertical. Sin embargo, esto no excluye la posibilidad de que los convertidores de potencia estén dispuestos desplazados con respecto al transformador en dirección transversal. No obstante, es posible que solo una parte de un convertidor de potencia o de la carcasa esté dispuesta encima del transformador o encima de la carcasa del transformador o de una parte de la misma.
De esta manera se obtiene ventajosamente una disposición compacta y fácil de integrar técnicamente en cuanto a espacio de montaje en el vehículo ferroviario.
También se propone un método para operar un sistema eléctrico según una de las formas de realización descritas en esta patente. A este respecto, se conecta o desconecta una conexión eléctrica de circuitos intermedios. En particular, la conexión eléctrica de circuitos intermedios se puede conectar o desconectar abriendo o cerrando un dispositivo de conmutación.
La conexión o desconexión de la conexión eléctrica de circuitos intermedios se puede controlar, por ejemplo, mediante un dispositivo de control, en particular, un dispositivo de control del vehículo ferroviario.
Ventajosamente, esto deriva en que, en determinados escenarios de funcionamiento, en particular, en determinados casos de fallo, se reduce o incluso se minimiza una restricción en la funcionalidad del vehículo ferroviario. En particular, se puede evitar o minimizar una reducción de la fuerza de tracción.
Por ejemplo, la conexión eléctrica de circuitos intermedios se puede conectar cuando se detecta un escenario operativo predeterminado, en particular, un caso de fallo específico. La conexión eléctrica de circuitos intermedios se puede desconectar si se detecta un escenario de funcionamiento diferente del escenario de funcionamiento predeterminado. Para ello, el vehículo ferroviario o la instalación eléctrica pueden presentar al menos un medio para detectar un estado de funcionamiento.
En otra forma de realización, la conexión eléctrica de circuitos intermedios se establece cuando una potencia de entrada de una sección del circuito intermedio de un convertidor de potencia se desvía de una potencia de entrada deseada. La potencia de entrada puede, por ejemplo, diferir de una potencia de entrada deseada si el convertidor de red del convertidor de potencia está defectuoso. La potencia de entrada también puede diferir de una potencia de entrada deseada si falla un transformador a través del cual se conecta el sistema eléctrico a una tensión de alimentación de una red de suministro. Por ejemplo, puede estar defectuoso un devanado secundario del transformador, a través del cual se conecta un convertidor de potencia a la tensión de alimentación.
Si, en tal caso, no se establece la conexión eléctrica de circuitos intermedios, puede ser necesario desconectar los consumidores conectados al convertidor de potencia, en particular, las máquinas de accionamiento eléctrico, lo que, a su vez, conduciría a una reducción de la fuerza de tracción que se puede proporcionar para el vehículo ferroviario.
Sin embargo, al establecer la conexión eléctrica de circuitos intermedios, al menos parte de la potencia de entrada deseada para la sección del circuito intermedio se puede proporcionar a través de la conexión del circuito intermedio.
De forma alternativa o acumulativa, la conexión eléctrica de circuitos intermedios se conecta si, en el caso de que no se establezca la conexión del circuito intermedio, no todas las secciones del circuito intermedio de los convertidores de potencia que pueden conectarse a través de la conexión del circuito intermedio están conectadas eléctricamente a una fuente de energía.
En particular, a una fuente de energía solo se puede conectar eléctricamente la sección del circuito intermedio de un convertidor de potencia de al menos dos convertidores de potencia que se pueden conectar a través de la conexión del circuito intermedio. El hecho de que una sección de circuito intermedio no esté conectada eléctricamente a una fuente de energía puede derivar en que la sección del circuito intermedio no esté conectada a una fuente de energía de la manera deseada. En tal caso, es posible que la potencia de entrada de una sección del circuito intermedio de un convertidor de potencia también se desvíe de una potencia de entrada deseada.
La fuente de energía puede ser, en particular, la red de suministro indicada. En este caso, las secciones de circuito intermedio de todos los convertidores de potencia no se pueden conectar a la red de suministro, por ejemplo, debido a un convertidor de potencia de red o un transformador defectuosos.
Alternativamente, la fuente de energía también puede ser un dispositivo de almacenamiento de energía, por ejemplo, un acumulador o un dispositivo generador. Por ejemplo, es posible que la fuente de energía sea una fuente de energía dispuesta en o sobre el vehículo ferroviario. Es posible, por ejemplo, conectar un generador de corriente alterna a través del convertidor o de los convertidores de potencia de red de un convertidor de potencia con la sección del circuito intermedio del convertidor de potencia. Alternativamente, se puede conectar un generador de corriente alterna a la sección del circuito intermedio del convertidor de potencia a través de un rectificador de un convertidor de potencia diferente del convertidor de potencia de red. Alternativa o acumulativamente, es posible conectar una fuente de corriente continua, por ejemplo, un acumulador, a la sección del circuito intermedio del convertidor de potencia a través del convertidor o de los convertidores de potencia de red de un convertidor de potencia. Alternativamente, la fuente de corriente continua se puede conectar eléctricamente con la sección del circuito intermedio directamente o mediante un convertidor de corriente continua diferente del convertidor de potencia de red.
Es posible, por ejemplo, conectar eléctricamente una sección del circuito intermedio de solo un convertidor de potencia de entre los convertidores de potencia disponibles con un dispositivo de acumulación de energía o con un dispositivo generador, si no se puede establecer una conexión eléctrica de este convertidor de potencia o de todos los convertidores de potencia con una tensión de alimentación de una red de suministro. Este puede ser el caso, por ejemplo, si en una sección del trayecto no existe una red de suministro disponible a la que pueda conectarse un colector de corriente. En este caso, la energía eléctrica no la proporciona la red de suministro, sino el dispositivo de acumulación de energía o el dispositivo generador.
En el caso de que las secciones de circuito intermedio de todos los convertidores no estén conectadas a una fuente de energía, entonces se puede establecer la conexión del circuito intermedio para distribuir la energía o potencia a todas las secciones de circuito intermedio.
Por ejemplo, una parte de una potencia eléctrica que se transfiere desde la fuente de energía a una sección del circuito intermedio de un primer convertidor de potencia que está conectado a la fuente de energía se puede transmitir luego a través de la conexión del circuito intermedio a otra sección del circuito intermedio de otro convertidor de potencia. De lo contrario, sin una conexión del circuito intermedio, podría ser necesario desconectar los consumidores conectados al primer convertidor de potencia, en particular, de las máquinas de accionamiento, lo que, a su vez, conllevaría una reducción de la fuerza de tracción.
Alternativa o acumulativamente, la conexión del circuito intermedio se puede conectar si las corrientes a través de al menos dos devanados secundarios del transformador se desvían entre sí en más de una magnitud predeterminada. En este caso, existe una carga asimétrica en los devanados del transformador. Estas cargas asimétricas pueden provocar un aumento de las pérdidas armónicas y de las corrientes parásitas. A su vez, las corrientes parásitas pueden comprometer la seguridad de funcionamiento del vehículo ferroviario, especialmente porque pueden tener efectos no deseados en una red de suministro.
Las corrientes a través de al menos dos devanados secundarios del transformador pueden diferir entre sí en más de una magnitud predeterminada, si un convertidor de motor de un convertidor de potencia está defectuoso.
Si la potencia de entrada de un circuito intermedio de un convertidor de potencia no se desvía de una potencia de entrada deseada en más de una magnitud predeterminada y/o si las corrientes a través de al menos dos devanados secundarios no se desvían entre sí en más de una magnitud predeterminada, la conexión eléctrica de circuitos intermedios se puede desconectar.
Ventajosamente, esto deriva en la minimización o reducción de la funcionalidad del vehículo ferroviario en caso de fallo, en particular, de la reducción de la fuerza de tracción.
A continuación, la invención se describe con más detalle con referencia a un ejemplo de realización. Se muestra en la:
Figura 1 una vista en perspectiva de un sistema eléctrico,
Figura 2a una sección transversal a través del sistema eléctrico mostrado en la Figura 1,
Figura 2b una sección longitudinal a través del sistema eléctrico mostrado en la Figura 1,
Figura 3 un diagrama de circuito eléctrico esquemático de un sistema eléctrico,
Figura 4a una sección longitudinal esquemática a través de un vehículo ferroviario,
Figura 4b una vista superior esquemática del vehículo ferroviario mostrado en la Figura 4a y
Figura 5 un diagrama de circuito eléctrico esquemático de un sistema eléctrico en otra forma de realización.
A continuación, los mismos signos de referencia designan elementos con características iguales o similares.
La Figura 1 muestra una vista en perspectiva de un sistema 1 eléctrico de un vehículo 2 ferroviario (véase, por ejemplo, la Figura 4a). El sistema 1 eléctrico comprende un primer convertidor 3a de potencia y un segundo convertidor 3b de potencia. Para mayor claridad, solo se muestran las carcasas de los convertidores 3a, 3b de potencia y ningún otro componente de los convertidores 3a, 3b de potencia. Los componentes eléctricos y las conexiones de los convertidores 3a, 3b de potencia se explican con más detalle con referencia a la Figura 3.
El sistema 1 eléctrico comprende además un transformador 4, aunque, para mayor claridad, solo se muestra una carcasa 5 del transformador y ningún otro componente del transformador 4. Por ejemplo, no se muestran un devanado primario y varios devanados 11a, 11b, 12a, 12b secundarios del transformador 4 (véase Figura 3).
También se muestra una placa 6 base del vehículo 2 ferroviario, estando dispuestos los convertidores 3a, 3b de potencia en un lado superior de la placa 6 base. El transformador 4 está dispuesto en la parte inferior de la placa 6 base. También se muestra un sistema de coordenadas, en el que un primer eje está orientado en paralelo a un eje longitudinal del vehículo 2 ferroviario, un segundo eje y está orientado en paralelo a un eje transversal del vehículo 2 ferroviario y un tercer eje z está orientado en paralelo a un eje vertical del vehículo 2 ferroviario. Se muestra que los convertidores 3a, 3b de potencia están dispuestos encima del transformador 4 a lo largo de la dirección vertical z. Los convertidores 3a, 3b de potencia están dispuestos distanciados entre sí en la dirección transversal y. De este modo, se forma un pasillo 7 central entre los convertidores de potencia. En particular, los convertidores 3a, 3b de potencia pueden estar dispuestos en lados longitudinales opuestos del pasillo 7 central.
También se muestra una primera conexión 8a eléctrica de circuitos intermedios y una segunda conexión 8b eléctrica de circuitos intermedios.
También se muestra una primera conexión 9a del primer convertidor 3a de potencia para la primera conexión 8a eléctrica de circuitos intermedios y una segunda conexión 9b del primer convertidor 3a de potencia para la segunda conexión 8b eléctrica de circuitos intermedios. También se muestra una primera conexión 10a eléctrica del segundo convertidor 3b de potencia para la primera conexión 8a eléctrica y una segunda conexión 10b del segundo convertidor 3b de potencia para la segunda conexión 8b eléctrica de circuitos intermedios. Mediante la primera conexión 8a eléctrica de circuitos intermedios y las primeras conexiones 9a, 10a eléctricas de los convertidores 3a, 3b de potencia se pueden conectar eléctricamente secciones de alto voltaje de secciones de circuito intermedio de los convertidores 3a, 3b de potencia. Mediante la segunda conexión 8b eléctrica de circuitos intermedios y las segundas conexiones 9b, 10b de los convertidores 3a, 3b de potencia se pueden conectar secciones de bajo voltaje de las secciones de circuito intermedio de los convertidores 3a, 3b de potencia.
Se muestra que las conexiones 8a, 8b eléctricas de circuitos intermedios se tienden a través de la carcasa 5 del transformador. En particular, las conexiones 9a, 9b, 10a, 10b para las conexiones eléctricas de circuitos intermedios pueden estar dispuestas en las caras inferiores de los convertidores 3a, 3b de potencia, en particular, en las caras inferiores de sus carcasas o bastidores. Al menos una parte de las conexiones 8a, 8b eléctricas de circuitos intermedios pueden formar, en cada caso, parte del transformador 4. Estas conexiones 8a, 8b de circuito intermedio pueden hacer contacto con las conexiones 9a, 9b, 10a, 10b de los convertidores 3a, 3b de potencia a través de un lado superior de la carcasa 5 del transformador.
Naturalmente, es posible que el transformador 4 presente también conexiones para conectar con las conexiones 9a, 9b, 10a, 10b de los convertidores 3a, 3b de potencia.
La Figura 2a muestra una sección transversal esquemática del sistema 1 eléctrico mostrado en la Figura 1. En particular, se puede observar que las conexiones 8a, 8b eléctricas de circuitos intermedios están tendidas por debajo del pasillo 7 central, en particular, por debajo de la placa 6 base, a través de la carcasa 5 del transformador, para salvar la distancia con respecto a los convertidores 3a, 3b de potencia a lo largo del segundo eje y (eje transversal).
La Figura 2b muestra una sección longitudinal esquemática a través del sistema 1 eléctrico mostrado en la Figura 1. En particular, se puede observar que las conexiones 8a, 8b eléctricas de circuitos intermedios están tendidas a través de un volumen interno de la carcasa 5 del transformador y, por lo tanto, están dispuestas en este volumen interno.
En este caso, las conexiones 8a, 8b eléctricas de circuitos intermedios pueden pasar a través de una parte del volumen interior de la carcasa 5 del transformador que está llena de aceite para transformador. Por lo tanto, las conexiones 8a, 8b eléctricas de circuitos intermedios pueden estar sumergidas en aceite para transformador.
Las conexiones 8a, 8b eléctricas de circuitos intermedios, en particular, la parte interna del transformador de estas conexiones 8a, 8b del circuito intermedio, están configuradas preferiblemente como barras colectoras.
La Figura 3 muestra un diagrama de circuito eléctrico esquemático de un sistema eléctrico según la invención. En particular, se muestra un transformador 4, un primer convertidor 3a de potencia y otro convertidor 3b de potencia.
El transformador 4 incluye devanados 11a, 11b, 12a, 12b secundarios. Aquí, dos devanados 11a, 11b secundarios están conectados eléctricamente a conexiones de entrada del primer convertidor 3a de potencia. Otros dos devanados 12a, 12b secundarios están conectados a conexiones de entrada del segundo convertidor 3b de potencia.
Cada uno de los convertidores de potencia incluye dos convertidores 13 de potencia de red y dos convertidores 14 de potencia de accionamiento. Una sección de circuito intermedio de los convertidores 3a, 3b de potencia está dispuesta entre las conexiones de tensión continua de los convertidores 13 de potencia de red y las conexiones de tensión continua de los convertidores 14 de potencia de accionamiento.
Los convertidores de potencia también presentan dispositivos 15 de filtrado, un actuador 16 de freno y una resistencia 17 de freno. Cada convertidor 3a, 3b de potencia presentan también un condensador 18 del circuito intermedio.
Una primera conexión del condensador 18 está conectada a una sección de alto voltaje de la sección del circuito intermedio y otra conexión del condensador 18 del circuito intermedio está conectada a una sección de bajo voltaje de la sección del circuito intermedio.
También se muestra que los convertidores 3a, 3b de potencia incluyen interruptores 19 de desconexión o conmutación, que sirven para conectar eléctricamente los convertidores 13 de potencia de red a los devanados 11a, 11b, 12a, 12b secundarios. En el caso de interruptores 19 de conmutación, las conexiones de tensión alterna del convertidor 13 de potencia de red se pueden conectar eléctricamente a una fuente de tensión alterna (que no se muestra), por ejemplo, un generador, en particular, un generador diésel, u otro dispositivo externo de suministro de energía, en lugar de a los devanados 11a, 11b, 12a, 12b secundarios del transformador 4.
También se muestran máquinas 20 de accionamiento eléctrico, que están conectadas a conexiones de tensión alterna del convertidor 14 de potencia de accionamiento.
Los convertidores 13 de potencia de red pueden incluir, en particular, elementos de conmutación eléctricos o electrónicos, en particular, IGBT. Además, los convertidores 13 de potencia de red pueden funcionar como convertidores elevadores sincronizados o rectificadores. En particular, los convertidores 13 de potencia de red sirven para suministrar energía a la sección del circuito intermedio. Los convertidores 13 de potencia de red también pueden funcionar como rectificadores cuando se conecta un dispositivo generador a las conexiones de tensión alterna de los convertidores 13 de potencia de red. Dependiendo del punto de funcionamiento, los convertidores 13 de potencia de red pueden transmitir energía en todas las direcciones, es decir, desde el transformador 4 a las máquinas 20 de accionamiento o desde las máquinas 20 de accionamiento al transformador.
En un sistema de corriente continua, un convertidor 13 de potencia de red puede funcionar como convertidor elevador o reductor de 2 cuadrantes. Este también puede transportar energía en ambas direcciones. En este caso, el convertidor 13 de potencia de red también se puede utilizar para conectar un dispositivo de almacenamiento de energía externo, por ejemplo, una batería (que no se muestra).
Los convertidor 14 de potencia de accionamiento también pueden incluir elementos de conmutación eléctricos o electrónicos, por ejemplo, IGBT. Los convertidor 14 de potencia de accionamiento sirven para generar una corriente trifásica regulada por frecuencia y tensión para el funcionamiento de las máquinas 20 de accionamiento.
No se muestra una conexión de los convertidores 3a, 3b de potencia para dispositivos operativos auxiliares y un convertidor operativo auxiliar.
También se muestran una primera conexión 8a eléctrica de circuitos intermedios y una segunda conexión 8b eléctrica de circuitos intermedios. La primera conexión 8a eléctrica de circuitos intermedios presenta un elemento 21 de conmutación.
Se muestra además que cada conexión 8a, 8b de circuito intermedio comprende partes o secciones internas del convertidor de potencia, que están dispuestas en una carcasa del convertidor 3a, 3b de potencia. Además, cada conexión 8a, 8b de circuito intermedio presenta también una parte o sección interna del transformador, que está dispuesta en la carcasa 5 del transformador. También se muestra que la conexión 8a, 8b de circuito intermedio no presenta partes que están dispuestas fuera de una carcasa de los convertidores 3a, 3b de potencia ni fuera de la carcasa 5 del transformador.
Los elementos 21 de conmutación permiten conectar o desconectar la conexión 8a, 8b eléctrica de circuitos intermedios entre los circuitos intermedios de los convertidores 3a, 3b de potencia. Los elementos 21 de conmutación pueden ir dispuestos en una parte interna del convertidor de potencia de la primera conexión 8a, 8b de circuito intermedio. En particular, la conexión o desconexión se puede llevar a cabo en función de los escenarios operativos detectados.
No se muestra ningún dispositivo de control para controlar los elementos 21 de conmutación.
La Figura 4a muestra una sección longitudinal esquemática a través de un vehículo 2 ferroviario, en particular, una locomotora. Se muestra un colector 22 de corriente, a través del cual se puede conectar eléctricamente un devanado primario que no se muestra de un transformador 4 (véase, por ejemplo, la Figura 4) a una línea 23 de alto voltaje de una red de suministro.
También se muestra el transformador 4 con la carcasa 5 del transformador y el convertidor 3a, 3b de potencia del vehículo 2 ferroviario. El vehículo 2 ferroviario comprende así un sistema eléctrico como se muestra en la Figura 1. También se muestra una placa 6 base del vehículo 2 ferroviario. Se puede observar que el transformador 4 está montado bajo el suelo del vehículo 2 ferroviario.
La Figura 4b muestra una vista superior esquemática del habitáculo interior del vehículo 2 ferroviario de la Figura 4a. Se muestran las cabinas 24 de conducción, que se encuentran en los extremos del vehículo 2 ferroviario a lo largo del primer eje x. Las cabinas 22 de conducción están conectadas por un pasillo 7 central, extendiéndose el pasillo 7 central a lo largo de la dirección longitudinal x. Los convertidores 3a, 3b de potencia están dispuestos en la dirección transversal y junto al pasillo central. También se muestra con líneas discontinuas un transformador 4 con una carcasa 5 del transformador. También se muestran las conexiones 8a, 8b eléctricas de circuito intermedio.
La Figura 5 muestra un diagrama de circuito eléctrico esquemático de un sistema eléctrico según otra forma de realización de la invención.
Como también se muestra en la Figura 3, las secciones del circuito intermedio de los convertidores 3a, 3b de potencia pueden conectarse eléctricamente a una red de suministro a través del convertidor 13 de potencia de red y el transformador 4.
A diferencia de la forma de realización representada en la Figura 3, en la Figura 5 se muestran otras fuentes de energía con las que se pueden conectar eléctricamente las secciones de circuito intermedio de los convertidores 3a, 3b de potencia.
Así, la sección del circuito intermedio del primer convertidor 3a de potencia se puede conectar a través del convertidor 13 de potencia de red y los correspondientes elementos de conmutación con un generador 24 de corriente alterna, constituyendo el generador 24 de corriente alterna una fuente de energía.
Alternativa o acumulativamente, la sección del circuito intermedio del primer convertidor 3a de potencia se puede conectar con otro generador 26 de corriente alterna a través de un rectificador 25 y elementos de conmutación correspondientes, constituyendo también el generador 26 de corriente alterna una fuente de energía.
Alternativa o acumulativamente, la sección del circuito intermedio del otro convertidor 3b de potencia también se puede conectar a través del convertidor 13 de potencia de red y los correspondientes elementos de conmutación con un acumulador 27, constituyendo el otro acumulador 27 también una fuente de energía.
Además, alternativa o acumulativamente, la sección del circuito intermedio del otro convertidor 3b de potencia se puede conectar a través de elementos de conmutación correspondientes y a través de un convertidor 28 de corriente continua con otro acumulador 29, constituyendo el otro acumulador 29 también una fuente de energía.
A este respecto, resultan factibles formas de realización en las que solo la sección del circuito intermedio del primer convertidor 3a de potencia puede conectarse con una o más de tales fuentes 24, 26, 27, 29 de energía. También son factibles formas de realización en las que solo la sección del circuito intermedio del otro convertidor 3b de potencia puede conectarse con una o varias de estas fuentes 24, 26, 27, 29 de energía.
Las fuentes 24, 26, 27, 29 de energía pueden ser fuentes de energía montadas en el vehículo.
Si, por ejemplo, en un escenario de funcionamiento correspondiente, solo se conecta eléctricamente la sección del circuito intermedio de uno de los convertidores 3a, 3b de potencia con una o más fuentes 24, 26, 27, 29 de energía, se puede conectar la conexión 8a, 8b eléctrica de circuitos intermedios.
Lista de signos de referencia
1 sistema eléctrico
2 vehículo ferroviario
3a, 3b convertidor de potencia
4 transformador
5 carcasa del transformador
6 placa base
7 pasillo central
8a, 8b conexiones eléctricas de circuitos intermedios
9a, 9b conexiones eléctricas
10a, 10b conexiones eléctricas
11a, 11b devanado secundario del transformador
12a, 12b devanado secundario del transformador
13 convertidor de potencia de red
14 convertidor de potencia de accionamiento
15 dispositivo de filtrado
16 actuador de freno
17 resistencia de freno
18 condensador del circuito intermedio
19 elementos de conmutación
20 máquinas de accionamiento
21 elemento de conmutación
22 colector de corriente
23 línea de alto voltaje
24 generador de corriente alterna
25 rectificador
26 otro generador de corriente alterna
27 acumulador
28 convertidor de corriente continua
29 otro acumulador

Claims (11)

REIVINDICACIONES
1. Vehículo ferroviario, comprendiendo dicho vehículo (2) ferroviario un sistema eléctrico, comprendiendo dicho sistema (1) eléctrico un primer convertidor (3a) de potencia, al menos otro convertidor (3b) de potencia y al menos un transformador (4), cuyos componentes están dispuestos en una carcasa (5) del transformador, pudiendo conectarse eléctricamente una sección del circuito intermedio del primer convertidor (3a) de potencia con una sección del circuito intermedio del al menos otro convertidor (3b) de potencia a través de al menos una conexión (8a, 8b) eléctrica de circuitos intermedios, pudiendo conectarse una sección de alto voltaje de la sección del circuito intermedio del primer convertidor (3a) de potencia con una sección de alto voltaje de la sección del circuito intermedio del al menos otro convertidor (3b) de potencia a través de una primera conexión (8a) eléctrica de circuitos intermedios, pudiendo conectarse una sección de bajo voltaje de la sección del circuito intermedio del primer convertidor (3a) de potencia con una sección de bajo voltaje del circuito intermedio del al menos otro convertidor (3b) de potencia a través de otra conexión (8b) eléctrica de circuitos intermedios,
caracterizado por que
el primero y el al menos otro convertidor (3a, 3b) de potencia están dispuestos separados entre sí al menos a lo largo de una dirección espacial, estando dispuesta al menos una parte del transformador (4) a lo largo de al menos una dirección espacial entre el primer y el al menos otro convertidor (3a, 3b) de potencia y por que al menos parte de la conexión (8a, 8b) eléctrica de circuitos intermedios va tendida a través de un volumen interior o a lo largo de una pared exterior de la carcasa (5) del transformador.
2. Vehículo ferroviario según la reivindicación 1, caracterizado por que al menos una parte de la conexión (8a, 8b) eléctrica de circuitos intermedios está configurada como barra colectora.
3. Vehículo ferroviario según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que al menos una parte de la conexión (8a, 8b) eléctrica de circuitos intermedios está configurada como cable.
4. Vehículo ferroviario según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que al menos parte de la conexión (8a, 8b) eléctrica de circuitos intermedios está aislada eléctricamente.
5. Vehículo ferroviario según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que al menos una parte de la conexión (8a, 8b) eléctrica de circuitos intermedios está revestida por un material aislante del transformador (4).
6. Vehículo ferroviario según la reivindicación 5, caracterizado por que el material aislante es un aceite para transformador.
7. Vehículo ferroviario según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el vehículo (2) ferroviario presenta o forma un pasillo (7) central, estando dispuesto el transformador (4) debajo del pasillo (7) central.
8. Vehículo ferroviario según la reivindicación 7, caracterizado por que entre un elemento base del pasillo (7) central y entre un lado superior del transformador (4) va dispuesto al menos un dispositivo de guiado de cables, estando el dispositivo de guiado de cables a ras del elemento base y a ras del lado superior.
9. Vehículo ferroviario según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que al menos uno de los convertidores (3a, 3b) de potencia está dispuesto encima del transformador (4).
10. Método para operar un sistema eléctrico de un vehículo ferroviario según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado por que se conecta o desconecta la conexión (8a, 8b) eléctrica de circuitos intermedios de las secciones del circuito intermedio del primer convertidor (3a) de potencia y del al menos otro convertidor (3b) de potencia.
11. Método según la reivindicación 10, caracterizado por que la conexión (8a, 8b) eléctrica de circuitos intermedios se conecta cuando una potencia de entrada de una sección del circuito intermedio de un convertidor (3a, 3b) de potencia se desvía de una potencia de entrada deseada y/o si, en el estado de una conexión (8a, 8b) de circuitos intermedios no conectada, no todas las secciones del circuito intermedio de los convertidores (3a, 3b) de potencia conectables están conectadas eléctricamente con una fuente de energía y/o si las corrientes a través de al menos dos devanados (11a, 11b, 12a, 12b) secundarios del transformador (4) difieren entre sí en más de una magnitud predeterminada.
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