RU2729007C1 - Locomotive traction converter with power plant - Google Patents

Locomotive traction converter with power plant Download PDF

Info

Publication number
RU2729007C1
RU2729007C1 RU2020105790A RU2020105790A RU2729007C1 RU 2729007 C1 RU2729007 C1 RU 2729007C1 RU 2020105790 A RU2020105790 A RU 2020105790A RU 2020105790 A RU2020105790 A RU 2020105790A RU 2729007 C1 RU2729007 C1 RU 2729007C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
inverter
power plant
converter
diesel
controller
Prior art date
Application number
RU2020105790A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Анатолий Евгеньевич Багров
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Горизонт"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "Горизонт" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Горизонт"
Priority to RU2020105790A priority Critical patent/RU2729007C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2729007C1 publication Critical patent/RU2729007C1/en

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/10—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by engine-driven generators, e.g. generators driven by combustion engines
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/50—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells
    • B60L50/60—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells using power supplied by batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M5/00—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases
    • H02M5/02—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc
    • H02M5/04—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters
    • H02M5/22—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M5/275—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M5/297—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal for conversion of frequency
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/72—Electric energy management in electromobility

Abstract

FIELD: transport machine building.SUBSTANCE: invention relates to the vehicles electrical traction systems. Diesel locomotive converter with power plant comprises inverter consisting of controller and six transistors assembled in three half-bridges consisting of series-connected pairs of transistors. Each half-bridge and minus circuit of the inverter are connected to a power plant in the form of an energy accumulator, which includes a battery in series connected to throttles, or a diesel-generator plant. Note here that said power plant is made up of detachable module. At the same time connection to power plant is performed by means of quick-detachable connectors, through which three phases and minus bus of inverter are connected. Inverter controller is also connected to quick-disconnect connector. Inverter is configured to operate both in frequency converter mode when operating with diesel-generator plant, and in mode of step-down-step-up converter of direct current.EFFECT: technical result consists in improvement of versatility and multifunctionality of converter of traction locomotive.3 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к областям электротехники и железнодорожного транспорта, в частности - к преобразованию напряжения постоянного тока в постоянный либо переменный ток и обратно для использования в маневровых тепловозах с модульной силовой установкой.The invention relates to the fields of electrical engineering and railway transport, in particular - to the conversion of direct current voltage into direct current or alternating current and vice versa for use in shunting locomotives with a modular power plant.

Из уровня техники известен широтно-импульсный преобразователь постоянного напряжения (Г.С. Зиновьев «Основы силовой электроники», часть 2, рисунок 1.1.4, стр. 12). Питание подается на преобразователь, состоящий из двух последовательно соединенных транзисторов, параллельно которым установлены диоды, к средней точке подключен дроссель, к которому подключается нагрузка. Широтно-импульсный преобразователь предназначен для преобразования постоянного напряжения в пониженное постоянное при работе от источника питания и для преобразования постоянного напряжения в повышенное постоянное при работе от ЭДС нагрузки.A pulse-width converter of constant voltage is known from the prior art (GS Zinoviev "Fundamentals of power electronics", part 2, figure 1.1.4, p. 12). Power is supplied to the converter, consisting of two series-connected transistors, in parallel with which diodes are installed, a choke is connected to the midpoint, to which the load is connected. A pulse-width converter is designed to convert direct voltage into a reduced constant voltage when operating from a power source and to convert a constant voltage into an increased constant voltage when operating from an EMF load.

Известен источник бесперебойного питания с одиночным преобразованием из патента РФ 124857 с датой публикации 10.02.2013 г., в состав которого входит согласующий преобразователь, состоящий из емкости, полумоста и дросселя.Known uninterruptible power supply with a single conversion from RF patent 124857 with publication date 02/10/2013, which includes a matching converter, consisting of a capacitance, a half-bridge and a choke.

Недостатком данных преобразователей является ограниченность в преобразовании тока, а именно возможность преобразовывать исключительно из постоянного в постоянный ток.The disadvantage of these converters is the limitation in the conversion of current, namely the ability to convert exclusively from direct to direct current.

Известен трехфазный мостовой инвертор (Г.С. Зиновьев «Основы силовой электроники», часть 2, рисунок 2.3.12, стр. 92). Питание подается на трехфазный мостовой инвертор (преобразователь), содержащий три полумоста, состоящих из двух последовательно соединенных транзисторов, параллельно которым установлены диоды, к средним точкам подключена трехфазная нагрузка. Трехфазный мостовой инвертор предназначен для преобразования постоянного напряжения в переменное при работе от источника питания и для преобразования переменного напряжения в постоянное при работе от ЭДС нагрузки.Known three-phase bridge inverter (GS Zinoviev "Fundamentals of power electronics", part 2, figure 2.3.12, p. 92). Power is supplied to a three-phase bridge inverter (converter), containing three half-bridges, consisting of two series-connected transistors, in parallel with which diodes are installed, a three-phase load is connected to the middle points. A three-phase bridge inverter is designed to convert direct voltage to alternating voltage when operating from a power source and to convert alternating voltage to direct voltage when operating from an EMF load.

Недостатком трехфазного мостового инвертора является ограниченность в преобразовании тока, а именно возможность преобразовывать исключительно из постоянного в переменный ток и обратно.The disadvantage of a three-phase bridge inverter is the limitation in current conversion, namely the ability to convert exclusively from DC to AC and vice versa.

Из уровня техники известен преобразовательный комплекс электроснабжения собственных нужд тепловоза по патенту РФ 2556236 с датой публикации 10.07.2015 г., в котором выпрямитель трехфазного тока выполнен в виде четырехквадрантного полупроводникового преобразователя.From the prior art, a converter complex for power supply of a diesel locomotive's auxiliary needs is known according to the RF patent 2556236 with a publication date of 07/10/2015, in which a three-phase current rectifier is made in the form of a four-quadrant semiconductor converter.

Недостатком преобразовательного комплекса является ограниченность в преобразовании тока, поскольку преобразование может быть осуществлено исключительно из переменного тока в постоянный.The disadvantage of the converter complex is the limitation in the conversion of current, since the conversion can be carried out exclusively from alternating current to direct current.

Известна полезная модель «Тяговый электропривод железнодорожного транспортного средства» по патенту №184031 с датой публикации 12.10.2018 г. В тяговом электроприводе силовые входы выпрямителей подключены к отдельным генераторам переменного напряжения, механически связанные с тепловыми двигателями.Known utility model "Traction electric drive of a railway vehicle" according to patent No. 184031 with publication date 12.10.2018 In the traction electric drive, the power inputs of the rectifiers are connected to separate alternating voltage generators, mechanically connected to heat engines.

Недостатками схемы тягового электропривода являются ограниченность в преобразовании тока, поскольку преобразование может быть осуществлено исключительно из переменного тока в постоянный, а также отсутствие возможности подключения накопителей энергии в качестве источника энергии, что не позволяет использовать схему с гибридной силовой установкой.The disadvantages of the traction electric drive circuit are the limitations in the conversion of current, since the conversion can be carried out exclusively from alternating current to direct current, as well as the lack of the possibility of connecting energy storage devices as an energy source, which does not allow using the circuit with a hybrid power plant.

Известно изобретение «Преобразователь тяговый локомотива» по патенту РФ 2612075 с датой публикации 02.03.2017 г., содержащий зарядно-разрядный преобразователь и преобразователь частоты дизель-генератора.Known invention "Traction locomotive converter" by RF patent 2612075 with publication date 03/02/2017, containing a charge-discharge converter and a frequency converter of a diesel generator.

Недостатком схемы преобразователя тягового является отсутствие возможности изменения состава силовой энергетической установки, состоящей из накопителя энергии и дизель-генераторной установки, что не позволяет оперативно производить изменение состава силовой энергетической установки в эксплуатации.The disadvantage of the traction converter circuit is the impossibility of changing the composition of the power plant, which consists of an energy storage device and a diesel generator set, which does not allow promptly changing the composition of the power plant in operation.

Наиболее близким техническим решением является преобразователь, раскрытый в патенте №2599731 на изобретение «Схема накопителя энергии постоянного тока» с датой публикации 10.10.2016. Преобразователь питания переменного тока/постоянного тока включающий в себя несколько полупроводниковых устройств переключения питания и имеющий клеммы переменного тока, которые электрически соединены с сетью питания переменного тока и клеммами постоянного тока. Преобразователь питания постоянного тока/постоянного тока, включающий в себя несколько полупроводниковых устройств переключения питания и имеющий первые клеммы постоянного тока, электрически подключенные к клеммам постоянного тока преобразователя питания переменного тока/постоянного тока посредством цепи постоянного тока, и вторые клеммы постоянного тока, электрически подключенные к клеммам постоянного тока накопителя энергии постоянного тока. Раскрыта схема, в которой вторые клеммы постоянного тока преобразователя питания постоянного тока/постоянного тока электрически подключены к клеммам постоянного тока накопителя энергии постоянного тока посредством индуктивностей постоянного тока. Кроме того, раскрыта схема, в которой контроллер включает в себя ШИМ-модулятор, который формирует команды запуска для полупроводниковых устройств переключения питания преобразователя питания переменного тока/постоянного тока. Также раскрыта схема, в которой контроллер включает в себя ШИМ-модулятор, который формирует команды запуска для полупроводниковых устройств переключения питания преобразователя питания переменного тока/постоянного тока.The closest technical solution is the converter disclosed in patent No. 2599731 for the invention "DC energy storage circuit" with the publication date 10.10.2016. An AC / DC power converter including a plurality of semiconductor power switching devices and having AC terminals that are electrically connected to the AC mains and DC terminals. A DC / DC power converter including a plurality of semiconductor power switching devices and having first DC terminals electrically connected to the DC current terminals of the AC / DC power converter by means of a DC circuit, and second DC terminals electrically connected to DC terminals of the DC energy storage. A circuit is disclosed in which the second DC terminals of the DC / DC power converter are electrically connected to the DC terminals of the DC power storage by means of DC inductors. In addition, a circuit is disclosed in which the controller includes a PWM modulator that generates start commands for semiconductor power switching devices of an AC / DC power converter. Also disclosed is a circuit in which the controller includes a PWM modulator that generates start commands for semiconductor power switching devices of an AC / DC power converter.

Преобразователь питания переменного тока/постоянного тока может представлять собой инвертор, имеющий обычную трехфазную топологию с рядом полупроводниковых устройств переключения питания или биполярные транзисторы с коммутируемым затвором.The AC / DC power converter may be an inverter having a conventional three-phase topology with a series of semiconductor power switching devices or switched gate bipolar transistors.

Преобразователь питания постоянного тока/постоянного тока может иметь трехфазную двухуровневую топологию, аналогично преобразователю питания переменного тока/постоянного тока, с рядом полупроводниковых устройств переключения питания или биполярные транзисторы с коммутируемым затвором, полностью управляемых с помощью широтно-импульсной модуляции.The DC / DC power converter can be a three-phase, bi-level topology, similar to an AC / DC power converter, with a number of semiconductor power switching devices or switched gate bipolar transistors fully controlled by pulse width modulation.

Недостатками прототипа являются отсутствие возможности использования преобразователя в качестве преобразователя постоянного тока в постоянный, наряду с преобразованием постоянного в переменный. Схема не допускает возможности подключения к выводам преобразователя питания постоянного тока источника энергии переменного тока и наоборот, к выводам преобразователя питания переменного тока источника энергии постоянного тока, следовательно схема не позволяет изменять конфигурацию силовой установки в процессе эксплуатации для улучшения потребительских свойств преобразователя с силовой установкой в зависимости от нужд эксплуатирующей организации (применение тепловоза в различных условиях эксплуатации, таких как маневровый или вывозной режим, либо работа маневрового тепловоза в производственном помещении).The disadvantages of the prototype are the inability to use the converter as a DC-to-DC converter, along with DC-to-AC conversion. The circuit does not allow the possibility of connecting to the terminals of the DC power converter of the AC power source and vice versa, to the terminals of the AC power converter of the DC power source, therefore the circuit does not allow changing the configuration of the power plant during operation to improve the consumer properties of the converter with the power plant, depending on from the needs of the operating organization (the use of a diesel locomotive in various operating conditions, such as shunting or export mode, or the operation of a shunting diesel locomotive in a production area).

В настоящее время большое значение придается стоимости жизненного цикла подвижного состава железных дорог. Вместе с тем, в связи с широкой номенклатурой выпускаемого промышленностью оборудования, имеется возможность выбора максимально подходящего оборудования по своим характеристикам под условия (требования) эксплуатации подвижного состава. Однако, задачи, выполняемые маневрово-вывозными тепловозами, очень сильно отличаются друг от друга, что приводит к необходимости либо иметь ряд специализированных тепловозов, либо иметь тепловозы с характеристиками, рассчитанными на максимальные требования во всех режимах.Currently, great importance is attached to the life cycle cost of rolling stock of railways. At the same time, due to the wide range of equipment produced by the industry, it is possible to choose the most suitable equipment according to its characteristics for the conditions (requirements) of the rolling stock operation. However, the tasks performed by shunting and export diesel locomotives are very different from each other, which leads to the need either to have a number of specialized diesel locomotives, or to have diesel locomotives with characteristics designed for maximum requirements in all modes.

Для адаптации к условиям эксплуатации может быть применено такое решение, как преобразователь тяговый с модульной силовой энергетической установкой. Силовая установка состоит из нескольких съемных модулей, каждый из которых может быть представлен в виде дизель-генераторной установки либо накопителя энергии, выполненного или на аккумуляторных батареях различных типов, или на суперконденсаторах, или же на аналогичных накопителях электрической энергии.To adapt to the operating conditions, a solution such as a traction converter with a modular power plant can be applied. The power plant consists of several removable modules, each of which can be presented in the form of a diesel generator set or energy storage, made either on storage batteries of various types, or on supercapacitors, or on similar storage of electrical energy.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание универсального и многофункционального преобразователя тягового тепловоза с модульной силовой установкой, выполненного с возможностью подключения к его выходу разных силовых установок (съемных модулей), работающих на постоянном или на переменном токе. Съемные модули могут содержать дизель-генераторную установку и/или накопитель энергии. Универсальность и многофункциональность заявляемого преобразователя тягового с силовой установкой обеспечивает гибкий подход к построению конфигурации гибридной силовой установки, то есть возможность на одном шасси тепловоза создавать различные конфигурации оборудования с требуемой функциональностью. При этом появляется возможность оперативного изменения состава съемных модулей в процессе эксплуатации, что позволяет в короткие сроки адаптировать преобразователь тяговый, а следовательно, и тепловоз, к нуждам эксплуатирующей организации.The problem to be solved by the claimed invention is to create a universal and multifunctional converter of a traction locomotive with a modular power plant, made with the ability to connect to its output different power plants (removable modules) operating on direct or alternating current. Removable modules can contain a diesel generator set and / or energy storage. The versatility and multifunctionality of the inventive traction converter with a power plant provides a flexible approach to building a hybrid power plant configuration, that is, the ability to create various equipment configurations with the required functionality on one diesel locomotive chassis. At the same time, it becomes possible to promptly change the composition of removable modules during operation, which allows in a short time to adapt the traction converter, and therefore the diesel locomotive, to the needs of the operating organization.

Техническими результатами изобретения являются:The technical results of the invention are:

- возможность оперативного изменения состава модульных источников энергии (модулей дизель-генераторных либо модулей накопителей энергии), предназначенных для подключения к преобразователю тяговому с целью приведения максимального соответствия тепловоза нуждам эксплуатирующей организации;- the possibility of promptly changing the composition of modular energy sources (diesel-generator modules or energy storage modules) intended for connection to a traction converter in order to bring the locomotive into line with the needs of the operating organization;

- возможность подключения к одному и тому же каналу преобразователя разных типов модульных источников энергии (модулей дизель-генераторных либо модулей накопителей энергии);- the ability to connect different types of modular energy sources (diesel generator modules or energy storage modules) to the same converter channel;

- возможность использования шасси тепловоза без изменения независимо от состава источников энергии;- the possibility of using the chassis of a diesel locomotive without changing, regardless of the composition of energy sources;

- снижение стоимости жизненного цикла тепловоза за счет конфигурации тепловоза с максимально подходящим по параметрам составом модульных источников энергии;- reducing the cost of the life cycle of a locomotive due to the configuration of the locomotive with the most suitable composition of modular energy sources in terms of parameters;

- повышение КПД за счет формирования максимально подходящего по параметрам состава модульных источников энергии для выполнения тепловозом различных видов работ.- increase in efficiency due to the formation of the most suitable in terms of the parameters of the composition of modular energy sources for the diesel locomotive to perform various types of work

Технические результаты обеспечиваются за счет того, что преобразователь тяговый тепловоза с силовой установкой содержит инвертор, состоящий из контроллера и шести транзисторов, собранных в три полумоста, состоящих из последовательно соединенных пар транзисторов. Каждый полумост и минусовая цепь инвертора посредством шин подключены к силовой установке, в качестве которой выступает накопитель энергии, содержащий батарею, последовательно соединенную с дросселями. Помимо накопителя энергии в качестве силовой установки предусмотрено использование дизель-генераторной установки. Причем силовая установка выполнена в виде съемного модуля. При этом подключение к силовой установке производится с помощью быстроразъемных соединителей, через которые подключены три фазы и минусовая шина инвертора. Контроллер инвертора подключен к быстроразъемному соединителю, и инвертор выполнен с возможностью работы как в режиме частотного преобразователя при работе с дизель-генераторной установкой, так и в режиме понижающе-повышающего преобразователя постоянного тока.Technical results are provided due to the fact that the traction converter of a diesel locomotive with a power plant contains an inverter consisting of a controller and six transistors, assembled in three half-bridges, consisting of series-connected pairs of transistors. Each half-bridge and negative circuit of the inverter are connected by means of buses to the power plant, which is an energy storage device containing a battery connected in series with the chokes. In addition to the energy storage device, a diesel generator set is provided as a power plant. Moreover, the power plant is made in the form of a removable module. In this case, the connection to the power plant is made using quick connectors, through which three phases and the negative bus of the inverter are connected. The inverter controller is connected to a quick connector, and the inverter is configured to operate both as a frequency converter when operating with a diesel generator set and as a buck-boost DC converter.

Контроллер инвертора может быть подключен к быстроразъемному соединителю, через который осуществляется связь с контроллером силовой установки или с датчиками генератора силовой установки.The inverter controller can be connected to a quick connector that communicates with the powertrain controller or with the powerplant generator sensors.

На фигурах 1, 2 представлены структурные схемы преобразователя тягового с силовой установкой с указанием альтернативных признаков - подключенной дизель-генераторной установкой (фигура 1) либо накопителем энергии (фигура 2).Figures 1, 2 show structural diagrams of a traction converter with a power plant, indicating alternative features - a connected diesel generator set (figure 1) or an energy storage device (figure 2).

Преобразователь тяговый 1 содержит инвертор 2, состоящий из контроллера 3 и шести транзисторов 4, собранных в три полумоста, состоящих из последовательно соединенных пар транзисторов 4. Специалистам известно, что к полупроводниковым устройствам переключения питания, упомянутым в описании прототипа заявляемого изобретения, относятся транзисторы. Каждый полумост инвертора 2 подключен шинами 5 к быстроразъемным соединителям 6, а минусовая цепь инвертора 2 посредством шины 7 подключена к быстроразъемному соединителю 8. Контроллер 3 кабелем 9 подключен к разъему 10. Через быстроразъемные соединители 6, 8 и разъем 10 осуществляется подключение к силовой установке, выполненной в виде съемных модулей, представляющих собой либо дизель-генераторную установку 11, либо накопитель энергии 12, с одинаковыми ответными частями быстроразъемных соединителей, что обеспечивает возможность подключения к одному и тому же каналу преобразователя разных типов модульных источников энергии.The traction converter 1 contains an inverter 2, consisting of a controller 3 and six transistors 4, assembled in three half-bridges, consisting of series-connected pairs of transistors 4. Experts know that the semiconductor power switching devices mentioned in the description of the prototype of the claimed invention include transistors. Each half-bridge of inverter 2 is connected by buses 5 to quick connectors 6, and the negative circuit of inverter 2 is connected via bus 7 to quick connector 8. Controller 3 is connected by cable 9 to connector 10. Through quick connectors 6, 8 and connector 10, the connection to the power plant is made, made in the form of removable modules, representing either a diesel generator set 11, or an energy storage device 12, with the same mating parts of quick-disconnect connectors, which makes it possible to connect different types of modular energy sources to the same converter channel.

Дизель-генераторная установка 11 содержит генератор 13 с датчиком 14 генератора 13 и контроллер 15, соединенный с датчиком 14 генератора 13 и с контроллером 3 посредством кабеля 16 через разъем 10. Силовые цепи генератора 13 подсоединены к быстроразъемным соединителям 6. Подключения к быстроразъемному соединителю 8 у модуля дизель-генераторной установки не производится.The diesel generator set 11 contains a generator 13 with a sensor 14 of the generator 13 and a controller 15 connected to the sensor 14 of the generator 13 and to the controller 3 by means of a cable 16 through connector 10. The power circuits of the generator 13 are connected to the quick connectors 6. Connections to the quick connector 8 y diesel generator set module is not produced.

Накопитель энергии 12 (накопитель энергии на аккумуляторах или суперконденсаторах) содержит дроссели 17, соединенные с быстроразъемными соединителями 6 с одной стороны и к батарее 18 с другой, а также содержит контроллер 15, соединенный с контроллером 3 посредством кабеля 19. Батарея 18 подключена к быстроразъемному соединителю 8.Energy storage 12 (energy storage on batteries or supercapacitors) contains chokes 17 connected to quick-disconnect connectors 6 on one side and to battery 18 on the other, and also contains controller 15 connected to controller 3 via cable 19. Battery 18 is connected to quick-disconnect connector 8.

Контроллер 3 инвертора 2 получает информацию о том, какой источник энергии к нему подключен, и, в зависимости от типа подключенной силовой установки, и производит управление транзисторами 4 инвертора 2 по соответствующим алгоритмам.The controller 3 of the inverter 2 receives information about which power source is connected to it, and, depending on the type of the connected power plant, also controls the transistors 4 of the inverter 2 according to the appropriate algorithms.

Формирование соединения инвертора 2 с силовой установкой через три шины трех фаз и минусовую шину инвертора 2 через быстроразъемные соединения и получение информации из силовой установки о ее типе через информационный разъем 10 при наличии программного обеспечения, управляющего транзисторами 4 инвертора 2 в зависимости от типа подключенной силовой установки позволяет использовать шасси тепловоза без изменения независимо от состава силовых установок, допускает оперативное изменение состава модульных силовых установок. А соответствие типов и параметров используемых силовых установок режимам работы тепловоза увеличивает КПД использования силовой установки и способствует снижению стоимости жизненного цикла тепловоза.Formation of the connection of inverter 2 with the power plant through three buses of three phases and the negative bus of inverter 2 through quick-disconnect connections and receiving information from the power plant about its type through information connector 10 if there is software that controls transistors 4 of inverter 2, depending on the type of connected power plant allows to use the chassis of a diesel locomotive without changing, regardless of the composition of the power plants, allows for a quick change in the composition of modular power plants. And the compliance of the types and parameters of the used power plants with the operating modes of the locomotive increases the efficiency of the power plant and helps to reduce the cost of the life cycle of the locomotive.

Преобразователь тяговый 1 работает следующим образом.Traction converter 1 works as follows.

Контроллер 3 инвертора 2 по кабелю 9 через разъем 10 и кабели 16 или 19 получает от контроллера 15 модуля силовой установки 11 или 12 информацию о его типе. В зависимости от этой информации, контроллер 3 производит управление транзисторами 4 инвертора 2 способом, который необходим для работы с этим типом модуля, тем самым обеспечивается возможность оперативного изменения состава модульных источников энергии, предназначенных для подключения к преобразователю тяговому 1.Controller 3 of inverter 2 via cable 9 through connector 10 and cables 16 or 19 receives information about its type from controller 15 of the power plant module 11 or 12. Depending on this information, the controller 3 controls the transistors 4 of the inverter 2 in the way that is necessary to work with this type of module, thereby providing the possibility of promptly changing the composition of modular energy sources intended for connection to the traction converter 1.

Преобразователь тяговый 1 с дизель-генераторная установкой 11 в режиме преобразования постоянного напряжения в переменное и обратно работает следующим образом.Traction converter 1 with diesel generator set 11 in the mode of converting DC voltage into AC and vice versa works as follows.

В случае подключения к инвертору 2 дизель-генераторной установки 11, инвертор 2 работает в качестве частотного преобразователя, управляя величиной и частотой переменного тока, подаваемого с инвертора 2 через шины 5 и быстроразъемные соединители 6 на синхронный или асинхронный трехфазный генератор 13. При этом через кабель 9, через разъем 10 и кабель 16 контроллер 3 инвертора 2 может получать информацию от датчика 14 генератора 13 о частоте вращения либо угле поворота ротора генератора 13, в соответствии с которой и производит управление транзисторами 4 инвертора 2, что позволяет подключить к инвертору 2 генератор 13 дизель-генераторной установки 11. Ток через шину 7 не протекает.In the case of connecting a diesel generator set 11 to inverter 2, inverter 2 operates as a frequency converter, controlling the magnitude and frequency of the alternating current supplied from inverter 2 through buses 5 and quick connectors 6 to a synchronous or asynchronous three-phase generator 13. In this case, through a cable 9, through the connector 10 and cable 16, the controller 3 of the inverter 2 can receive information from the sensor 14 of the generator 13 about the frequency of rotation or the angle of rotation of the rotor of the generator 13, in accordance with which it controls the transistors 4 of the inverter 2, which makes it possible to connect the generator 13 to the inverter 2 diesel generator set 11. No current flows through bus 7.

Преобразователь тяговый 1 с накопителем энергии 12 в режиме преобразования постоянного напряжения в постоянное работает следующим образом.Traction converter 1 with energy storage 12 in the mode of converting DC voltage into DC operates as follows.

В случае подключения к инвертору 2 модуля накопителя энергии 12, инвертор 2 совместно с дросселями 17 работает в качестве трехфазного понижающего (в режиме заряда накопителя) преобразователя (либо повышающего в режиме разряда накопителя). При этом входное напряжение формирует ток заряда, протекающий через верхние транзисторы 4 полумостов инвертора 2 (при участии диодов нижних транзисторов 4 полумостов), шины 5, быстроразъемные соединители 6, дроссели 17 накопителя энергии 12, батарею 18 (или конденсаторы) накопителя энергии 12, быстроразъемные соединители 8, шину 7. Ток разряда протекает в обратном направлении, только через диоды верхних транзисторов 4 полумостов при участии нижних транзисторов 4.In the case of connecting the energy storage module 12 to the inverter 2, the inverter 2 together with the chokes 17 operates as a three-phase step-down (in the storage charging mode) converter (or a boost in the storage discharge mode). In this case, the input voltage forms a charge current flowing through the upper transistors 4 of the half-bridges of the inverter 2 (with the participation of the diodes of the lower transistors 4 of the half-bridges), bus 5, quick-disconnect connectors 6, chokes 17 of the energy storage 12, the battery 18 (or capacitors) of the energy storage 12, quick-disconnect connectors 8, bus 7. The discharge current flows in the opposite direction, only through the diodes of the upper transistors 4 of the half-bridges with the participation of the lower transistors 4.

Размещение дросселей 17 в накопителе энергии 12 позволяет обеспечить возможность работы инвертора 2 с дизель-генераторной установкой 11 при подключении через те же самые быстроразъемные соединители 6, поскольку дроссели препятствуют работе с генератором дизель-генераторной установки.The placement of the chokes 17 in the energy storage 12 allows the inverter 2 to work with the diesel generator set 11 when connected through the same quick-disconnect connectors 6, since the chokes prevent the operation with the generator of the diesel generator set.

При замене одного съемного модуля другим способ работы инвертора 2 изменяется на соответствующий типу модуля.When replacing one plug-in module with another, the way of operation of inverter 2 changes to the one corresponding to the type of module.

Таким образом, реализация данного изобретения позволяет получить преобразователь тяговый, выполненный с возможностью подключения к его выходу разных силовых установок (съемных модулей), работающих как на постоянном, так и на переменном токе. Силовые установки могут быть выполнены в виде дизель-генераторных установок или накопителей энергии. Такое решение обеспечивает гибкий подход к построению конфигурации гибридной силовой установки, то есть на одном шасси тепловоза создавать различные конфигурации оборудования с требуемой функциональностью. При этом появляется возможность оперативного изменения состава съемных модулей в процессе эксплуатации, что позволяет в короткие сроки адаптировать преобразователь тяговый, а следовательно, и тепловоз, к нуждам эксплуатирующей организации, что, в свою очередь, позволяет повысить КПД тепловоза за счет формирования максимально подходящего по параметрам состава модульных источников энергии для выполнения тепловозом различных видов работ и снизить стоимость жизненного цикла тепловоза за счет конфигурации тепловоза с максимально подходящим по параметрам составом модульных силовых установок.Thus, the implementation of the present invention makes it possible to obtain a traction converter, made with the possibility of connecting to its output various power plants (removable modules) operating both on direct and alternating current. Power plants can be made in the form of diesel generator sets or energy storage. This solution provides a flexible approach to building the configuration of a hybrid power plant, that is, to create various configurations of equipment with the required functionality on one diesel locomotive chassis. At the same time, it becomes possible to quickly change the composition of removable modules during operation, which allows in a short time to adapt the traction converter, and therefore the diesel locomotive, to the needs of the operating organization, which, in turn, makes it possible to increase the efficiency of the locomotive by forming the most suitable in terms of parameters the composition of modular energy sources for the diesel locomotive to perform various types of work and to reduce the cost of the life cycle of the locomotive by configuring the locomotive with the most suitable modular power plants in terms of parameters

Claims (3)

1. Преобразователь тяговый тепловоза с силовой установкой, содержащий инвертор, состоящий из контроллера и шести транзисторов, собранных в три полумоста, состоящих из последовательно соединенных пар транзисторов, при этом каждый полумост и минусовая цепь инвертора подключены к силовой установке, в качестве которой выступает накопитель энергии, содержащий батарею, последовательно соединенную с дросселями, отличающийся тем, что помимо накопителя энергии в качестве силовой установки предусмотрено использование дизель-генераторной установки, причем силовая установка выполнена в виде съемного модуля, при этом подключение к силовой установке производится с помощью быстроразъемных соединителей, через которые подключены три фазы и минусовая шина инвертора, кроме того, контроллер инвертора подключен к быстроразъемному соединителю, и инвертор выполнен с возможностью работы как в режиме частотного преобразователя при работе с дизель-генераторной установкой, так и в режиме понижающе-повышающего преобразователя постоянного тока.1. Traction converter of a diesel locomotive with a power plant, containing an inverter consisting of a controller and six transistors, assembled in three half-bridges, consisting of series-connected pairs of transistors, while each half-bridge and a negative circuit of the inverter are connected to a power plant, which is an energy storage device containing a battery connected in series with the chokes, characterized in that in addition to the energy storage device, a diesel generator set is provided as a power plant, and the power plant is made in the form of a removable module, while the connection to the power plant is made using quick connectors, through which three phases and the negative bus of the inverter are connected, in addition, the inverter controller is connected to the quick connector, and the inverter is configured to operate both in the frequency converter mode when working with a diesel generator set, and in the buck-boost mode DC converter. 2. Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что контроллер инвертора подключен к быстроразъемному соединителю, через который осуществляется связь с контроллером силовой установки.2. The converter according to claim 1, characterized in that the inverter controller is connected to a quick connector through which communication with the power plant controller is carried out. 3. Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что контроллер инвертора подключен к быстроразъемному соединителю, через который осуществляется связь с датчиками генератора силовой установки.3. The converter according to claim 1, characterized in that the inverter controller is connected to a quick connector through which communication with the sensors of the generator of the power plant is carried out.
RU2020105790A 2020-02-06 2020-02-06 Locomotive traction converter with power plant RU2729007C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020105790A RU2729007C1 (en) 2020-02-06 2020-02-06 Locomotive traction converter with power plant

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020105790A RU2729007C1 (en) 2020-02-06 2020-02-06 Locomotive traction converter with power plant

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2729007C1 true RU2729007C1 (en) 2020-08-03

Family

ID=72085959

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020105790A RU2729007C1 (en) 2020-02-06 2020-02-06 Locomotive traction converter with power plant

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2729007C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2599731C2 (en) * 2011-03-28 2016-10-10 ДжиИ Энерджи Пауэр Конвершн Текнолоджи Лимитед Circuit of dc power accumulator and operation method thereof
RU2612075C1 (en) * 2015-12-18 2017-03-02 Акционерное общество "Научно-производственное объединение автоматики имени академика Н.А. Семихатова" Locomotive traction converter
RU175680U1 (en) * 2016-12-26 2017-12-14 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ)" VOLTAGE VOLTAGE CONVERTER WITH INTEGRATED CHARGER
US20180236893A1 (en) * 2015-08-11 2018-08-23 Nissan Motor Co., Ltd. Power conditioning system and control method therefor

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2599731C2 (en) * 2011-03-28 2016-10-10 ДжиИ Энерджи Пауэр Конвершн Текнолоджи Лимитед Circuit of dc power accumulator and operation method thereof
US20180236893A1 (en) * 2015-08-11 2018-08-23 Nissan Motor Co., Ltd. Power conditioning system and control method therefor
RU2612075C1 (en) * 2015-12-18 2017-03-02 Акционерное общество "Научно-производственное объединение автоматики имени академика Н.А. Семихатова" Locomotive traction converter
RU175680U1 (en) * 2016-12-26 2017-12-14 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ)" VOLTAGE VOLTAGE CONVERTER WITH INTEGRATED CHARGER

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11752887B2 (en) Apparatus for energy transfer using converter and method of manufacturing same
US11167654B2 (en) Apparatus for transferring energy using power electronics and machine inductance and method of manufacturing same
US10454290B2 (en) Apparatus for transferring energy using onboard power electronics with high-frequency transformer isolation and method of manufacturing same
CN107206904B (en) For running the circuit device of the motor in motor vehicle in the case where providing DC voltage
JP2013150369A (en) Power conversion system for system interconnection
CN103647321A (en) Electric automobile multi-function vehicle-mounted charging circuit
EP1657106A1 (en) Charger for a floor conveyor
RU2729007C1 (en) Locomotive traction converter with power plant
JP2011188600A (en) Charging system
Pellegrino et al. Integrated battery charger for electric scooter
CN115447397A (en) Power supply system and moving object