RU2657103C2

RU2657103C2 - Приводной блок для управления двигателем

Info

Publication number: RU2657103C2
Application number: RU2015154200A
Authority: RU
Inventors: Кристоф ШТЕМЛЕР; ХОФФ Томас ФОН; Урс ЭРЛЕР
Original assignee: Абб Швайц Аг
Priority date: 2013-05-17
Filing date: 2014-05-16
Publication date: 2018-06-08
Also published as: CN105209285B; BR112015028247A2; US9573475B2; BR112015028247B1; JP2016526368A; CN105209285A; EP2996898A2; JP6149155B2; BR112015028247A8; EP2996898B1; WO2014184336A2; ES2642206T3; US20160068068A1; RU2015154200A; DE102013008420A1; WO2014184336A3

Abstract

Изобретение относится к приводу транспортного средства. Приводной блок содержит преобразователь энергии, включающий в себя промежуточный контур, выполненный с возможностью соединения, с одной стороны, с первым инвертором, а с другой стороны - со вторым инвертором. Первый инвертор соединен с двигателем и с промежуточным контуром. Второй инвертор соединен с промежуточным контуром и с рабочей машиной. Второй инвертор управляет рабочей машиной в качестве двигателя, либо в качестве генератора. Также имеется соединение с аккумулятором энергии. Коммутационный блок соединен с преобразователем энергии и выполнен с возможностью эксплуатации в первом или втором режиме работы. Приводной блок содержит блок зарядки аккумулятора энергии. Зарядка аккумулятора осуществляется с помощью зарядного блока, когда коммутационный блок находится во втором режиме работы. Коммутационный блок соединяется с преобразователем энергии с присоединением к питающей сети. Повышается надежность запуска двигателя. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 7 ил.

Description

Изобретение относится к приводному блоку для управления машиной. Изобретение относится, в частности, к усовершенствованному управлению для запуска двигателя внутреннего сгорания, который предназначен для привода присоединенного к нему тягового генератора.

Из уровня техники известно, что запуск мощного ДВС, например дизельного двигателя, используемого для управления машиной, например для тяги поездов или сельскохозяйственных машин, нередко осуществляется посредством дополнительного, однако существенно меньшего, т.е. менее мощного, вспомогательного двигателя, который отбирает свою пусковую энергию через дополнительную, присоединенную к вспомогательному двигателю батарею, так называемую стартерную батарею. Такое устройство встречается, например, в автомобилях. В них стартерная батарея, выполненная в виде аккумулятора, дает электрический ток для стартера ДВС. Помимо задачи создания определенного потенциала энергии или уровня напряжения для запуска двигателя, стартерная батарея нередко используется, однако, дополнительно для того, чтобы поддержать питание бортовой сети и различных, подключенных к ней потребителей транспортного средства.

Аналогичный способ запуска двигателя описан в WO 2012/091831. При этом двигатель соединен с генератором трехфазного тока и дополнительным вспомогательным двигателем. Генератор трехфазного тока вырабатывает необходимую энергию тяги для привода транспортного средства. Дополнительный вспомогательный двигатель питается от батареи, чтобы вырабатывать требуемый крутящий момент для запуска двигателя.

Известные из уровня техники способы запуска двигателя с помощью пусковой батареи имеют, однако, различные недостатки. Нередко предоставляемого батареей потенциала энергии в процессе запуска двигателя недостаточно, если батарея, например, рассчитана только на относительно низкое питающее напряжение 24 В. В таком случае дополнительный компонент, например повышающий преобразователь, должен заботиться о том, чтобы потенциал энергии батареи возрастал до более высокого. Кроме того, относительно низкое напряжение батареи вызывает ее высокие токи в процессе запуска двигателя.

Другой недостаток для использования стартерной батареи заключается в ее зависимой от температуры мощности. Однако этот недостаток присущ обычно всем батареям. Мощность батареи тем больше падает, чем ниже окружающая температура, которой батарея подвержена.

Задача изобретения заключается в создании усовершенствованного и более простого приводного блока для управления и запуска двигателя, который позволил бы избежать названных недостатков уровня техники или, по меньшей мере, минимизировать их. В частности, задачей изобретения является создание усовершенствованного приводного блока, который обеспечивал бы надежный запуск двигателя и при этом требовал бы лишь минимальной схемотехнической подгонки к имеющимся двигателю и приводному блоку транспортного средства. Другая задача изобретения заключается в том, чтобы сделать процесс запуска двигателя независимым от имеющегося потенциала энергии батареи, которая обычно поддерживает запуск двигателя, и чтобы разгрузить подключенную к батарее транспортного средства его бортовую сеть.

Задача изобретения решается посредством технического решения, охарактеризованного признаками п. 1 формулы. Предпочтительные варианты осуществления изобретения раскрыты в зависимых пунктах формулы.

В частности, задача решается посредством приводного блока, включающего в себя преобразователь энергии, соединяемый с рабочей машиной, включающий в себя промежуточный контур, соединяемый, с одной стороны, с первым инвертором, а, с другой стороны, - со вторым инвертором, причем первый инвертор выполнен с возможностью соединения со стороны переменного напряжения с двигателем, а со стороны постоянного напряжения соединен с промежуточным контуром, и причем второй инвертор со стороны постоянного напряжения соединен с промежуточным контуром, а со стороны выхода выполнен с возможностью соединения с рабочей машиной, и причем второй инвертор выполнен с возможностью управления рабочей машиной таким образом, что ее можно эксплуатировать либо в качестве двигателя, либо в качестве генератора.

Далее приводной блок включает в себя связь, по меньшей мере, с одним аккумулятором энергии и коммутационный блок, соединенный с преобразователем энергии, причем коммутационный блок выполнен с возможностью эксплуатации в первом или втором режиме работы, причем в первом режиме работы коммутационный блок выполнен с возможностью соединения преобразователя энергии, по меньшей мере, с одним аккумулятором энергии, чтобы обеспечить ее поток от него через коммутационный блок к промежуточному контуру преобразователя энергии, и причем во втором режиме работы коммутационный блок выполнен с возможностью разъединения преобразователя энергии от, по меньшей мере, одного аккумулятора энергии. Далее приводной блок включает в себя блок зарядки аккумулятора энергии, выполненный с возможностью соединения с преобразователем энергии для обеспечения энергией аккумулятора энергии. Существенный аспект изобретения состоит в том, что запуск двигателя, преимущественно ДВС, например дизельного двигателя, который используется, например, для тяги подвижного состава, такого как мотор-вагонные поезда и локомотивы, а также в близких к тяге областях, таких как автобусы, которые к тому же могут быть оборудованы гибридным приводом, происходит с помощью уже имеющейся рабочей машины, соединяемой с двигателем. При этом рабочая машина может эксплуатироваться либо в качестве двигателя, либо в качестве генератора. Чтобы запустить двигатель, рабочая машина эксплуатируется в режиме двигателя, создавая необходимый для запуска дизельного двигателя пусковой момент. За счет двойного режима работы рабочей машины можно предпочтительным образом отказаться от дополнительного вспомогательного двигателя, который использовался бы в случае аналогичных, известных из уровня техники приложений для создания необходимого пускового момента для ДВС.

Запуск рабочей машины может осуществляться с помощью аккумулятора энергии, который создает требуемый потенциал энергии. Последний через коммутационный блок соединен с промежуточным контуром блока преобразователя энергии, который снабжает ею рабочую машину. При этом коммутационный блок может включать в себя механические и/или электрические коммутирующие средства. Блок преобразователя энергии включает в себя первый и второй инверторы, причем оба электрически соединены между собой через промежуточный контур. Последний может быть выполнен преимущественно в виде промежуточного контура постоянного напряжения с емкостным элементом. При этом предложенный приводной блок может быть выполнен для обработки напряжений промежуточного контура в низко- и средневольтовом диапазонах со значениями напряжения более 1000 В. Первый инвертор выполнен в виде преобразователя энергии с возможностью соединения со стороны переменного напряжения с двигателем, который может представлять собой преимущественно приводимый электродвигатель. Второй инвертор блока преобразователя энергии со стороны выхода соединен с рабочей машиной.

Коммутационный блок может эксплуатироваться таким образом, что аккумулятор энергии подключается к нему или отключается от него. Коммутационный блок может быть выполнен предпочтительно в виде вспомогательного преобразователя, который осуществляет переключение на соответствующий режим работы. Следовательно, переключение может осуществляться посредством уже имеющегося при определенных обстоятельствах вспомогательного преобразователя. Это имеет то преимущество, что число необходимых компонентов для переключения уменьшено до минимума, что может привести к уменьшению стоимости и массы приводного блока. Кроме того, такое схемное устройство позволяет использовать меньшие, менее мощные и, тем самым, более дешевые компоненты, поскольку необходимые зарядные токи из аккумулятора энергии могут быть рассчитаны намного ниже по сравнению с непосредственным запуском без аккумулятора энергии.

Коммутационный блок может также эксплуатироваться таким образом, что в режиме движения аккумулятор энергии отключен от блока преобразователя энергии для питания ею вместо него других, подключенных к коммутационному блоку потребителей. Это значит, что поток энергии может течь от блока преобразователя энергии через коммутационный блок к подключенным к коммутационному блоку потребителям, например бортовой сети.

Другой аспект изобретения заключается в том, что аккумулятору энергии не требуется быть неотъемлемой составной частью приводного блока. Последний может содержать также лишь устройства сопряжения для соединения одного или нескольких аккумуляторов энергии, которые находятся вне приводного блока.

Аккумулятор энергии, который может быть выполнен в виде батареи, например свинцовой батареи, дает необходимый для запуска рабочей машины потенциал энергии в виде определенного номинального напряжения. Оно может составлять, например, 24, 36 или 110 В. Аккумулятор энергии включается коммутационным блоком таким образом, что поток энергии течет от аккумулятора энергии через коммутационный блок к блоку преобразователя энергии и входной стороне второго инвертора. Если же предоставляемого аккумулятором энергии номинального напряжения недостаточно для процесса запуска, то при определенных обстоятельствах повышающий преобразователь к аккумулятору энергии может быть включен с целью создания требуемого потенциала энергии для запуска рабочей машины.

В первом предпочтительном варианте осуществления изобретения приводной блок включает в себя энергозарядный блок, соединяемый с преобразователем энергии, чтобы снабжать, таким образом, энергией аккумулятор энергии. Для этого аккумулятор энергии присоединен к энергозарядному блоку, что обеспечивает поток энергии от первого инвертора блока преобразователя энергии к энергозарядному блоку. Однако возможно также использование так называемого реверсивного энергозарядного блока. В таком случае его функция заключалась бы в подаче энергии через аккумулятор энергии в блок преобразователя энергии или в преобразователь энергии.

Во время работы приводного блока, т.е., например, во время движения транспортного средства, энергозарядный блок заботится о том, чтобы аккумулятор энергии заряжался. За счет этого можно предпочтительным образом гарантировать, что для процесса запуска дизельного двигателя в распоряжении всегда будет требуемая энергия, чтобы можно было эксплуатировать присоединенную к блоку преобразователя энергии рабочую машину, которая, в свою очередь, создает требуемый пусковой момент для присоединенного к ней дизельного двигателя.

В другом предпочтительном варианте коммутационный блок выполнен с возможностью соединения преобразователя энергии с присоединением к питающей сети, чтобы обеспечить поток энергии от промежуточного контура преобразователя энергии через коммутационный блок к присоединению к питающей сети. Коммутационный блок выполнен преимущественно в виде вспомогательного рабочего преобразователя, содержащего соответствующий выключатель. Для этого необходимо лишь минимальное приспосабливание к уже имеющимся аппаратным средствам, например к уже имеющемуся при определенных обстоятельствах вспомогательному рабочему преобразователю.

Соответствующее переключение посредством коммутационного блока определяет, следовательно, направление потоков энергии, которые текут к блоку преобразователя энергии или от него. Это значит, что положение выключателя устанавливает, происходит ли поток энергии от блока преобразователя энергии к присоединению к питающей сети или от аккумулятора энергии через коммутационный блок к блоку преобразователя энергии. За счет того, что переключение может происходить на вспомогательном рабочем преобразователе, достигается то преимущество, что могут использоваться менее мощные и, тем самым, меньшие переключатели, которые уменьшают расходы и потребность в площади.

В другом предпочтительном варианте приводной блок содержит вспомогательный аккумулятор энергии, соединяемый с промежуточным контуром преобразователя энергии. Вспомогательный аккумулятор энергии может быть выполнен, например, в виде ионистора, который может давать больший потенциал энергии в виде потенциала мощности, чем аккумулятор энергии. Кроме того, приводной блок может содержать также связь по типу устройства сопряжения со вспомогательным аккумулятором энергии, так что последний может быть размещен в другом месте, нежели приводной блок. Использование вспомогательного аккумулятора энергии позволяет создать для запуска дизельного двигателя потенциал энергии, независимый от созданного потенциала энергии аккумулятора энергии. Это имеет преимущество тогда, когда мощность аккумулятора энергии зависит от колебаний температуры. Это происходит, в частности, у батарей. Из уровня техники известно, что мощность батарей, например свинцовых аккумуляторов, и, тем самым, создание постоянного потенциала энергии ухудшаются, если они подвержены низким окружающим температурам.

В одном предпочтительном варианте зарядка вспомогательного аккумулятора энергии происходит через аккумулятор энергии. Для этого вспомогательный аккумулятор энергии через преобразовательный блок соединяется с промежуточным контуром блока преобразователя энергии. Это позволяет избежать недопустимой нагрузки бортовой сети для создания энергии в транспортном средстве, в котором используется приводной блок. При этом преобразовательный блок может быть выполнен в виде IGBT-преобразователя, который дополнительно располагает тормозным резистором. Последний обеспечивает дополнительно отвод избыточной энергии торможения.

В частности, преобразовательный блок соединен с входом со стороны постоянного напряжения второго инвертора блока преобразователя энергии. Поскольку аккумулятор энергии через коммутационный блок соединен с преобразователем энергии, вспомогательный аккумулятор энергии заряжается за счет того, что поток энергии течет от аккумулятора энергии через коммутационный блок к блоку преобразователя энергии, а оттуда - через преобразовательный блок к вспомогательному аккумулятору энергии. Коммутационный блок должен быть для этого выполнен соответственно, чтобы обеспечить такой поток энергии. Такая зарядка вспомогательного аккумулятора энергии целесообразна, в частности, в режиме движения транспортного средства.

Следует отметить, что избыточная энергия торможения может быть направлена также непосредственно во вспомогательный аккумулятор энергии.

Кроме того, преобразовательный блок выполнен с возможностью повышения накопленного во вспомогательном аккумуляторе энергии первого потенциала энергии до второго потенциала энергии, который создается для промежуточного контура преобразователя энергии, когда должен быть инициирован процесс запуска дизельного двигателя. В таком случае преобразовательный блок располагает повышающим преобразователем, который повышает имеющийся во вспомогательном аккумуляторе энергии потенциал напряжения.

Кроме того, вспомогательный аккумулятор энергии выполнен с возможностью эксплуатации в режиме зарядки или разрядки. В режиме зарядки вспомогательный аккумулятор энергии заряжается от аккумулятора энергии. Это происходит, как правило, перед процессом запуска ДВС. Для этого коммутационный блок эксплуатируется в первом режиме работы, в котором аккумулятор энергии через коммутационный блок соединен с промежуточным контуром преобразователя энергии. Энергия подается тогда в промежуточный контур из аккумулятора энергии через коммутационный блок. Зарядка энергией вспомогательного аккумулятора энергии из аккумулятора энергии может происходить, например, также во время движения транспортного средства.

Если вспомогательный аккумулятор энергии эксплуатируется в режиме разрядки, то он через преобразовательный блок соединен с промежуточным контуром преобразователя энергии. Энергия из вспомогательного аккумулятора энергии подается тогда в промежуточный контур преобразователя энергии. Поток энергии из вспомогательного аккумулятора энергии в блок преобразователя энергии обеспечивает создание потенциала энергии для запуска дизельного двигателя, который (потенциал) не зависит от потенциала энергии аккумулятора энергии. Под потенциалом энергии здесь подразумевается имеющийся в распоряжении потенциал напряжения аккумулятора энергии. Таким образом, можно, следовательно, разгрузить бортовую сеть транспортного средства, которая иначе питалась бы преимущественно от его батареи. Кроме того, это позволяет минимизировать влияние температурной зависимости стартерной батареи для запуска ДВС.

В другом предпочтительном варианте коммутационный блок располагает элементом защиты от нагрузки. При этом он может быть выполнен в виде диода, чтобы защитить аккумулятор энергии от электрической перегрузки.

В одном предпочтительном варианте приводной блок содержит блок управления. Последний выполнен с возможностью управления связью между блоком преобразователя энергии, коммутационным блоком, аккумулятором энергии, вспомогательным аккумулятором энергии и присоединением к питающей сети в зависимости от режима работы приводного блока. В частности, блок управления может эксплуатироваться с возможностью подачи к коммутационному блоку соответствующих управляющих команд для переключения, например, между режимами зарядки и разрядки вспомогательного аккумулятора энергии.

Ниже варианты осуществления изобретения более подробно поясняются со ссылкой на чертежи, на которых схематично представлено следующее:

фиг. 1 - первый вариант приводного блока;

фиг. 2 - первый вариант коммутационного блока;

фиг. 3 - второй вариант коммутационного блока;

фиг. 4 - третий вариант коммутационного блока;

фиг. 5 - второй вариант приводного блока;

фиг. 6 - четвертый вариант коммутационного блока;

фиг. 7 - пятый вариант коммутационного блока.

В принципе, одинаковые детали обозначены одинаковыми ссылочными позициями. Описанный вариант является примером объекта изобретения и не имеет ограничивающего действия.

На фиг. 1 изображен первый вариант приводного блока 100. Он состоит из блока 20 преобразователя энергии, блока управления 30, аккумулятора энергии 10, зарядного блока 12 аккумулятора энергии 10 и коммутационного блока 13. Блок 20 преобразователя энергии состоит из первого 2 и второго 4 инверторов, причем инвертор 2 через промежуточный контур 6 электрически соединен с инвертором 4. Промежуточный контур 6 выполнен преимущественно в виде промежуточного контура постоянного напряжения с емкостным элементом. В зависимости от области применения приводного блока 100 изобретение может применяться, например, в качестве генератора в низко- и/или средневольтовом диапазоне со значениями напряжения более 1000 В. Инвертор 2 со стороны переменного напряжения соединен с двигателем 54, а со стороны постоянного напряжения - с промежуточным контуром 6. Двигатель 54 может быть выполнен, например, в виде электродвигателя. Он может использоваться, например, для привода тягового устройства, такого как тяговые оси поезда, например мотор-вагонного поезда или локомотива.

Однако изобретение не ограничено применением в области тяги. Другой областью применения изобретения могли бы быть транспортные средства, например гибридные автобусы. Инвертор 4 со стороны постоянного напряжение соединен с промежуточным контуром 6, а со стороны выхода, т.е. со стороны переменного напряжения, - преимущественно с рабочей машиной 50. При этом она может быть выполнена в виде асинхронной машины, синхронной машины или же электродвигателя. Кроме того, рабочая машина может быть регулируемой, а именно с помощью датчика, или же преимущественно без использования датчика для регулирования частоты вращения. Рабочая машина 50 соединена с двигателем 52, преимущественно ДВС, например дизельным двигателем. Рабочая машина 50 может эксплуатироваться в качестве двигателя или генератора. В генераторном режиме рабочая машина 50 и ДВС 52 предоставляют необходимую энергию для привода транспортного средства, в котором установлен приводной блок 100. Чтобы запустить двигатель 52, рабочая машина 50 эксплуатируется в качестве двигателя, предоставляя требуемый для запуска двигателя 52 пусковой момент.

Следовательно, запуск двигателя 52 происходит с помощью рабочей машины 50, которой для запуска также требуется определенный потенциал энергии или напряжения. Этот потенциал энергии создается аккумулятором энергии 10, который через коммутационный блок 13 соединен с преобразователем энергии 20. Аккумулятор энергии 10 подключен к зарядному блоку 12, который выполняет зарядку аккумулятора энергии 10. Зарядка может происходить преимущественно в режиме движения транспортного средства, приводимого приводным блоком 100. Зарядный блок 12 соединен с выходом со стороны переменного напряжения инвертора 2 преобразователя энергии 20, так что поток энергии может течь от преобразователя энергии 20 через зарядный блок 12 к аккумулятору энергии 10.

При этом аккумулятор энергии 10 может быть выполнен в виде батареи. Она может давать преимущественно напряжения 24, 36 или около 110 В, что зависит от конкретного случая применения и режима работы приводного блока 100. Однако аккумулятор энергии может быть выполнен также в виде отдельной стартерной батареи, имеющейся в транспортном средстве его батареи или в виде ионистора с конденсатором. Дополнительно в одном особом варианте аккумулятор энергии 10 может снабжаться энергией с помощью так называемого деповского питания, при котором источник энергии образован установленной и имеющейся вне транспортного средства, эксплуатируемого с приводным блоком 100, энергосетью.

Коммутационный блок 13 предназначен, в зависимости от потребности, для подключения аккумулятора энергии 10 к преобразователю энергии 20 и отключения от него. Так, например, необязательно, чтобы в режиме движения аккумулятор энергии 10 был подключен к преобразователю энергии 20. Зарядка аккумулятора энергии 10 происходит через зарядный блок 12, когда он электрически не соединен с коммутационным блоком 13. В изображенном варианте аккумулятор энергии 10 является, правда, составной частью приводного блока 100. Однако это не является обязательным. Аккумулятор энергии 10 может быть установлен также вне приводного блока 100, если он создает соответствующие устройства сопряжения. Коммутационный блок 13 вызывает целенаправленные отключение и подключение аккумулятора энергии 10, а также других потребителей или присоединений, например присоединения к питающей сети, в зависимости от данного режима работы приводного блока 100.

При этом коммутационный блок может быть выполнен в виде вспомогательного преобразователя, который вызывает переключение. На основе сравнительно низких зарядных токов переключатель может быть рассчитан соответственно низкосиловым, что позволяет уменьшить затраты и место для встраивания преобразователя в приводной блок 100, если вместо этого запуск двигателя 52 происходил бы исключительно через пусковую батарею.

В зависимости от режима работы приводного блока 100 блок управления 30 вызывает соединение между преобразователем энергии 20, коммутационным блоком 13, аккумулятором энергии 10, его зарядным блоком 12 и подключенными к коммутационному блоку 13 потребителями, например присоединением к питающей сети (не показано). Как правило, блок управления 30 будет воздействовать, следовательно, на коммутационный блок 13, чтобы в зависимости от нужного режима работы соединять компоненты приводного блока 100.

В отношении зарядного блока 12 следует отметить, что он может быть выполнен также в виде реверсивного зарядного блока. Такой зарядный блок позволил бы течь энергии также от аккумулятора энергии 10 в преобразователь энергии 20. Такое применение было бы практичным преимущественно в том случае, если бы в приводном блоке 100 отсутствовал бы, например, коммутационный блок 8, 13.

На фиг. 2 показан первый подробный вариант коммутационного блока 13. Он соединен с аккумулятором энергии 10, дающим определенный потенциал энергии для запуска двигателя 52, и промежуточным контуром 6 преобразователя энергии 20 (не показан). В данном варианте коммутационный блок 13 содержит катушку 31, выключатель 32, и обычно всегда имеющийся в преобразовательном блоке 20 устройства для электрического тормоза тормозной резистор 33 и адаптер напряжения 34. В первом случае выключатель 32 подключает к промежуточному контуру 6 аккумулятор энергии 10 и катушку 31, а во втором случае - резистор 33 и адаптер напряжения 34. Следует отметить, что на выключатель 32 могут влиять также подаваемые извне управляющие сигналы блока управления (не показан) в соответствии с его режимом работы. В первом случае соединение катушки 31 с аккумулятором энергии 10 вызывает повышение выдаваемого им потенциала энергии на определенную величину до более высокого потенциала энергии. В этом первом случае коммутационный блок 13 работает как повышающий преобразователь. Это необходимо всегда тогда, когда имеющегося потенциала энергии аккумулятора энергии 10 недостаточно для запуска рабочей машины 50. Катушка 31 дополнительно выполняет также фильтрующую функцию для аккумулятора энергии 10, чтобы минимизировать пульсации тока, которые при определенных обстоятельствах причинили бы вред аккумулятору энергии 10. Адаптер напряжения 34 можно рассматривать как DC/DC-преобразователь, который может быть реализован, например, в виде полумостовой схемы. Во втором случае, когда выключатель 32 соединяет резистор 33 с адаптером напряжения 34, резистор 33 действует в качестве так называемого тормозного резистора. Такая конфигурация используется преимущественно в режиме торможения. При затормаживании транспортного средства избыточная энергия торможения «сжигается» в тормозном резисторе 33.

В показанной на фиг. 2 конфигурации коммутационный блок 13 может выполнять, следовательно, функцию DC/DC-конвертера, который выдаваемое аккумулятором энергии 10 напряжение преобразует до более высокого уровня. В частности, при применении для тяги уже имеющуюся конфигурацию аппаратных средств, например электрический тормозной контур, можно соответственно модифицировать за счет немногих подгонок, чтобы простым образом достичь описанной функции.

На фиг. 3 представлен второй альтернативный вариант коммутационного блока 13, в котором аккумулятор энергии 10 может быть соединен с промежуточным контуром 6 преобразователя энергии 20 для запуска двигателя 52 из фиг. 1, чтобы поток энергии мог течь от аккумулятора энергии 10 через коммутационный блок 13 к промежуточному контуру 6 преобразователя энергии 20. В этом варианте схемы механический или электрический выключатель 35 заботится о том, чтобы аккумулятор энергии 10 соединялся промежуточным контуром 6 преобразователя энергии 20. Эта очень простая и потому очень недорогая конфигурация используется преимущественно тогда, когда аккумулятор энергии 10 уже рассчитан таким образом, что он может выдавать достаточное напряжение, которое не приходится преобразовывать до более высокого уровня энергии, прежде чем она будет подаваться в промежуточный контур 6 преобразователя энергии 20.

Фиг. 4 отличается от варианта на фиг. 3 лишь тем, что в цепи тока между аккумулятором энергии 10 и выключателем 35 установлен элемент 36 защиты от нагрузки в качестве динамического контрольного элемента. Элемент 36 защиты от нагрузки может быть выполнен преимущественно в виде работающего в направлении запирания диода. Он должен защищать аккумулятор энергии 10 от перегрузки.

На фиг. 5 показан второй альтернативный вариант приводного блока 100. Он отличается от варианта на фиг. 1, во-первых, тем, что коммутационный блок 13 соединен с выходом со стороны постоянного напряжения инвертора 2. К тому же к коммутационному блоку 13 может быть подключено присоединение для потребителей, например питающая сеть 14 на 400 В. Кроме того, приводной блок 100 располагает преобразовательным блоком 9, подключенным к промежуточному контуру 6 преобразователя энергии 20. К преобразовательному блоку 9 подключен вспомогательный аккумулятор энергии 16, который может быть выполнен, например, в виде ионистора. Им может быть, например, аккумулятор энергии, такой как конденсатор. При этом вспомогательный аккумулятор энергии 16 может заботиться, в том числе, о разгрузке бортовой сети транспортного средства, поскольку этим разгружается его уже имеющаяся батарея, когда ей не приходится одной выдавать необходимую энергию для запуска двигателя 52.

В этом альтернативном варианте схемы приводного блока 100 необходимый для запуска двигателя 52 потенциал энергии предоставляется вспомогательным аккумулятором энергии 16. Он необязательно должен быть составной частью приводного блока 100, а может располагаться также вне него.

Чтобы вспомогательный аккумулятор энергии 16 заряжался ею, коммутационный блок 13 подключает аккумулятор энергии 10, который, например, во время движения заряжался посредством зарядного блока 12, к блоку 20 преобразователя энергии и заботится о том, чтобы силовой поток протекал от аккумулятора энергии 10 через коммутационный блок 13 к промежуточному контуру 6 блока 20 преобразователя энергии. От промежуточного контура 6 передаваемый поток мощности направляется наконец через преобразовательный блок 9 к вспомогательному аккумулятору энергии 16. Следовательно, в режиме зарядки силовой поток направляется посредством аккумулятора энергии 10 через коммутационный блок 13 к вспомогательному аккумулятору энергии 16. В нормальном режиме работы приводного блока коммутационный блок 13 отключает аккумулятор энергии 10 и соединяет вместо этого потребитель 14 с коммутационным блоком 13, так что силовой поток может течь из промежуточного контура 6 к потребителю 14. При этом последний может быть выполнен в виде присоединения к сети напряжения или тока. Однако потребитель 14 может быть выполнен также в виде присоединения к деповской розетке для деповского питания.

Когда вспомогательный аккумулятор энергии 16 заряжен, его энергия может использоваться для процесса запуска двигателя 52. Для этого преобразовательный блок 9 соответственно включается, например посредством блока управления 30, в результате чего возникает силовой поток от вспомогательного аккумулятора энергии 16 через преобразовательный блок 9 в промежуточный контур 6. Этим достигается то, что процесс запуска двигателя 52 происходит за счет запуска эксплуатируемой в качестве двигателя рабочей машины 50 независимо от имеющегося потенциала энергии или имеющегося потенциала напряжения аккумулятора энергии 10. Это может быть существенным аспектом, в частности, тогда, когда мощность аккумулятора энергии 10 снижена, например за счет низких окружающих температур, которым он, возможно, подвержен. Возможен также процесс запуска без аккумулятора энергии 10 только с использованием вспомогательного аккумулятора энергии 16.

Преобразовательный блок 9 может быть выполнен, например, в виде IGBT-преобразователя с тормозным резистором, который поглощает произведенную энергию торможения.

Изображенная на фиг. 5 конфигурация имеет также то преимущество, что для запуска двигателя 52 предотвращается запуск непосредственно через стартерную батарею, которая может быть выполнена преимущественно в виде батареи транспортного средства. Это позволяет избежать ее больших зарядных токов, что способствует защите бортовой сети транспортного средства. Запуск двигателя 52 в изображенной на фиг. 1 конфигурации происходит через рабочую машину 50, включенную между преобразователем энергии 20 и двигателем 52.

На фиг. 4 изображен четвертый вариант коммутационного блока 13, как он может использоваться преимущественно на фиг. 5. Он содержит выключатель 32, соединяющий либо потребитель 14, либо аккумулятор энергии 10 с катушкой 31 и адаптером напряжения 34, который может быть выполнен также в виде преобразователя постоянного напряжения. Он заботится о том, чтобы при использовании маломощного аккумулятора энергии 10 выдаваемый им потенциал энергии повышался, прежде чем он будет направлен в промежуточный контур 6. Поэтому коммутационный блок 13 выполняет также функцию повышающего преобразователя. Выключатель 32 может быть преимущественно также трехполюсным выключателем.

Катушка 31 обеспечивает в качестве фильтра демпфирование высших гармоник, если потребитель 14, например вспомогательная рабочая сеть, соединена с адаптером напряжения 34. Если адаптер напряжения 34 соединен с аккумулятором энергии 10, то катушка 31 действует в сочетании с адаптером напряжения 34 в качестве повышающего преобразователя.

На фиг. 7 изображен вариант преобразовательного блока 9, который, как показано, на фиг. 5, соединен со вспомогательным аккумулятором энергии 16 и промежуточным контуром 6 блока 20 преобразователя энергии. Преобразовательный блок 9 содержит катушку 31, резистор 33, используемый в качестве тормозного резистора, и преобразователь постоянного напряжения 34, который может быть реализован в виде полумостовой схемы. Преобразователь постоянного напряжения 34 сигнально-технически соединен, с одной стороны, с катушкой 31 и резистором 33, а, с другой стороны, - с промежуточным контуром 6.

При запуске двигателя 52 (не показан) энергия из вспомогательного аккумулятора энергии 16 передается через коммутационный блок 13 в промежуточный контур 6. Когда транспортное средство затормаживается, энергия направляется через промежуточный контур 6 в тормозной резистор 33 преобразовательного блока 9.

Claims

1. Приводной блок (100), содержащий:

преобразователь энергии (20), выполненный с возможностью соединения с рабочей машиной (50) и включающий в себя промежуточный контур (6), выполненный с возможностью соединения, с одной стороны, с первым инвертором (2), а с другой стороны - со вторым инвертором (4), причем инвертор (2) выполнен с возможностью соединения со стороны переменного напряжения с двигателем (54), а со стороны постоянного напряжения соединен с промежуточным контуром (6), и причем инвертор (4) со стороны постоянного напряжения соединен с промежуточным контуром (6), а со стороны выхода выполнен с возможностью соединения с рабочей машиной (50), и причем инвертор (4) предназначен для управления рабочей машиной (50) с возможностью ее эксплуатации либо в качестве двигателя, либо в качестве генератора;

соединение по меньшей мере с одним аккумулятором энергии (10);

коммутационный блок (8, 13), соединенный с преобразователем энергии (20), причем коммутационный блок (8, 13) выполнен с возможностью эксплуатации в первом или втором режиме работы, причем в первом режиме работы коммутационный блок (8, 13) выполнен с возможностью соединения преобразователя энергии (20) по меньшей мере с одним аккумулятором энергии (10) для формирования ее потока от него через коммутационный блок (8, 13) к промежуточному контуру (6) преобразователя энергии (20), и причем во втором режиме работы коммутационный блок (8, 13) выполнен с возможностью разъединения преобразователя энергии (20) от по меньшей мере одного аккумулятора энергии (10);

причем приводной блок (100) содержит блок зарядки (12) аккумулятора энергии, выполненный с возможностью соединения с преобразователем энергии (20) для обеспечения энергией аккумулятора энергии (10),

причем зарядка аккумулятора энергии (10) осуществляется с помощью зарядного блока (12), когда коммутационный блок (8, 13) находится во втором режиме работы, и причем коммутационный блок (8, 13) выполнен с возможностью соединения преобразователя энергии (20) с присоединением (14) к питающей сети для обеспечения потока энергии от промежуточного контура (6) преобразователя энергии (20) через коммутационный блок (8, 13) к присоединению (14) питающей сети.

2. Блок по п. 1, отличающийся тем, что коммутационный блок (8, 13) находится во втором режиме работы, когда аккумулятор энергии (10) электрически не соединен с коммутационным блоком (8, 13).

3. Блок по п. 1 или 2, отличающийся тем, что он содержит вспомогательный аккумулятор энергии (16), выполненный с возможностью соединения с промежуточным контуром (6) преобразователя энергии (20).

4. Блок по п. 3, отличающийся тем, что между вспомогательным аккумулятором энергии (16) и промежуточным контуром (6) преобразователя энергии (20) включен преобразовательный блок (9).

5. Блок по п. 4, отличающийся тем, что вспомогательный аккумулятор энергии (16) выполнен с возможностью эксплуатации в режиме зарядки или разрядки, причем в режиме зарядки коммутационный блок (8, 13) эксплуатируется в первом режиме работы, в котором аккумулятор энергии (10) через коммутационный блок (8, 13) соединен с промежуточным контуром (6) преобразователя энергии (20), при этом из аккумулятора энергии (10) через коммутационный блок (8, 13) в промежуточный контур (6) подается энергия, которая затем передается из промежуточного контура (6) через преобразовательный блок (9) во вспомогательный аккумулятор энергии (16), а при эксплуатации вспомогательного аккумулятора энергии (16) в режиме разрядки он через преобразовательный блок (9) соединен с промежуточным контуром (6) преобразователя энергии (20) для передачи энергии из вспомогательного аккумулятора энергии (16) к промежуточному контуру (6) преобразователя энергии (20).

6. Блок по п. 1 или 2, отличающийся тем, что коммутационный блок (8, 13) содержит элемент (13) защиты от нагрузки, выполненный с возможностью защиты аккумулятора энергии (10) от электрической перегрузки.

7. Блок по п. 5, отличающийся тем, что элементом (13) защиты от нагрузки является диод.

8. Блок по п. 1 или 2, отличающийся тем, что он содержит блок управления (30), выполненный с возможностью управления соединения между преобразователем энергии (20), коммутационным блоком (8, 13), аккумулятором энергии (10), вспомогательным аккумулятором энергии (16) и присоединением (14) к питающей сети в зависимости от режима работы приводного блока (100).

9. Блок по п. 1 или 2, отличающийся тем, что вспомогательный аккумулятор энергии (16) выполнен в виде ионистора.

10. Блок по п. 1 или 2, отличающийся тем, что промежуточный контур (6) преобразователя энергии (20) выполнен в виде промежуточного контура постоянного напряжения.

11. Блок по п. 1 или 2, отличающийся тем, что коммутационный блок (8, 13) содержит механические и/или электрические коммутирующие средства.

12. Блок по п. 1 или 2, отличающийся тем, что аккумулятором энергии (16) является батарея.

13. Транспортное средство с приводным блоком (100) по любому из пп. 1-12.

14. Транспортное средство по п. 13, отличающееся тем, что оно является рельсовым транспортным средством.

15. Транспортное средство по п. 13, отличающееся тем, что оно снабжено гибридным приводом.