SE524423C2 - Anordning och förfarande för tillhandahållande av elektrisk effekt till ett fordon. - Google Patents

Description

25 30 35 524 423 Ordet ”utrustning” används här för alla typer av utrustning på ett sådant fordon eller i vagnar eller motorvagnar förbundna därmed drivna av elektrisk effekt. Sådan utrustning kan exempelvis in- kludera en elektrisk motor för drivande av fordonet, exempelvis en asynkronmotor, och belysning, uppvärmningsapparater och så vidare, vilka kräver elektrisk effekt. Det påpekas emellertid att det även är möjligt att en del av denna utrustning mottager elekt- risk effekt från en annan källa, såsom ett batteri, som kan laddas genom matningsledningen eller när fordonet bromsar. I fallet av exempelvis en asynkronmotor är en ytterligare omvandlare, en s k maskinomvandlare, anordnad i flödesvägen av den elektriska effekten nedströms om omvandlaren för alstrande av en trefas- växelspänning använd för att driva motorn.

“Styrorgan“ såsom använt här och i patentkraven skall tolkas brett och innefattar alla typer av medel använda för styrning av förbrukning av elektrisk effekt ombord på fordonet eller därmed förbundna vagnar. Exempel på sådana styrorgan är organ ma- növrerade av föraren av fordonet för körande av fordonet (acce- lererande, hållande av hastighet, bromsning...) och olika typer av regulatorer manövrerade för hand eller genom sensorer för upp- värmning av fordonet och/eller vagnarna eller motorvagnarna därmed.

Matningen av elektrisk effekt i sådana matningsledningar utförs med ett försök att hålla effektfaktorn i ett nämnt fordon nära 1 för att reducera effektförluster. Vid en lågbelastningsdrift av fordo- net, d v s när nämnda effektorder motsvarar en till utrustningen levererad effekt som år mycket låg med avseende på den maxi- mala effekt som kan levereras från anordningen till den, kommer spänningen på motsatt sida om transformatorn med avseende på pantografen att vara nästan exakt densamma som spänningen på matningsledningen. Detta resulterar i ett antal problem om kon- takten mellan pantografen och matningsledningen skulle vara defekt, vilket i praktiken innebär att ett isoleringsskikt är närva- rande mellan pantografen och ledningen. Detta innebär att dessa problem uppträder när vädret resulterar i en risk för bildande av 10 15 20 25 30 35 524 423 is på matningsledningen. l ett sådant fall kommer differensen i spänning på matningsledningen och på växelspänningssidan hos omvandlaren, med avseende på en primärsida hos transforma- torn, vilken är mycket liten, att appliceras som en drivande spän- ning över isskiktet. Detta innebär att det inte kommer att vara någon spänning som är tillräckligt hög för att driva en ström ge- nom isen under en tidsperiod före och efter en nämnd noll- genomgång av strömmen. Följaktligen kan strömmen till trans- formatorn och omvandlaren förvridas, och en ljusbåge kan åstad- kommas mellan pantografen och matningsledningen resulterande i en Emk, som i fallet av en transformator som är förbunden med en primärlindning till pantografen, kommer att driva en likström genom primärlindningen hos transformatorn, så att transforma- torn kan mättas, vilket resulterar i en fortplantning av oscillatio- ner till likspänningen pà omvandlarens likspänningssida i ett så- dant fall. Dessa oscillationer kan uppträda vid frekvenser an- vända för signalsystemet hos järnvägsinfrastrukturen, så att ap- parater för skyddande av nämnda signalsystem kan utlösas och delvis eller helt koppla ifrån anordningen. Dessutom använder nämnda styrenhet ett uppmätt värde på spänningen på mat- ningsledningen för styrningen av omvandlaren, och ett isskikt på matningsledningen innebär avbrott på en sådan matningsled- ningsspänningssignal, så att spänningssignalen uppnådd genom mätning av spänning på pantografen kommer istället att motsvara en spänning genererad av omvandlaren, vilket resulterar i allvar- liga problem för styrningen av omvandlare, så att körande av for- donet kan bli obekvämt eller t o m fallera fullständigt. Det finns även en risk av utlösande av andra skyddsapparater ombord på fordonet, såsom en apparat för skyddande av utrustningen hos fordonet mot en kortslutning på transformatorns sekundärlinje i det ovan beskrivna fallet av transformatorn anordnad mellan pantografen och omvandlaren, eftersom isskiktet på matnings- ledningen har samma inverkan på parametrar använda av en så- dan skyddsapparat som en verklig sådan kortslutning, så att skyddsapparaten kan felaktigt utlösa och därigenom onödigt störa fordonets drift. 10 15 20 25 30 35 524 423 4 Det påpekas att effektflödet genom omvandlaren kan gå i båda riktningarna, så att effekt kan flöda från fordonet till matningsled- ningen när fordonet bromsar, och de nämnda problemen och uppfinningen appliceras på båda fallen.

SAMMANFATTNING AV UPPFINNINGEN Syftet med föreliggande uppfinning är att tillhandahålla en an- ordning och ett förfarande av typen definierad i inledningen, vilka åtminstone reducerar ovan diskuterade problem.

Detta syfte uppnås enligt uppfinningen genom tillhandahållande av en sådan anordning hos vilken styrenheten är anordnad att använda ett referensströmvärde med en komponent av reaktiv ström, åtminstone när det finns en risk för bildande av is på mat- ningsledningen och nämnda mottagna effektorder motsvarar en väsentligt lägre effekt levererad till nämnda utrustning än den maximala effekten som kan levereras från anordningen till den, för styrande av omvandlaren att bringa en reaktiv ström att flyta mellan matningsledningen och fordonet.

Tilläggandet av en sådan komponent av reaktiv ström till refe- rensströmvärdet använt vid styrande av omvandlaren resulterar i en differens mellan växelspänningen hos matningsledningen och spänningen på omvandlarens växelspänningssida, med avseende på en primärsida hos transformatorn, vilken är betydande vid nollgenomgång av växelströmmen som flyter mellan matnings- ledningen och fordonet under isförhållanden. Det påpekas att när omvandlarens växelspänningssida förbinds med sekundärsidan hos transformatorn kommer naturligtvis transformatorns omsätt- ning att resultera i en alltid förefintlig differens mellan spän- ningen på matningsledningen och på omvandlarens växelspän- ningssida, men en nämnd drivande spänning uppnås endast när det är en spänningsskillnad när man relaterar spänningen på omvandlarens växelspänningssida till transformatorns primärsida.

En sådan differens uppnås genom tillförande av en komponent av reaktiv ström till nämnda referensströmvärde. Denna spännings- 10 15 20 25 30 35 524 423 differens appliceras sedan som en drivande spänning över det isolerande isskiktet, och när den är tillräckligt hög kommer strömmen att bryta igenom isoleringsskiktet, så att pantografen har en kontinuerlig kontakt med ledningen. Följaktligen kommer ovan diskuterade problem inte ens att uppträda. Fastän det en- dast är nödvändigt att lägga till en komponent av reaktiv ström till referensströmvärdet när det finns en risk för bildande av is och samtidigt nämnda effektorder är låga i jämförelse med en order om maximal effekt, påpekas det att uppfinningen inte är begrän- sad till fallet av tillsättande av en sådan komponent av reaktiv ström endast då. Detta är endast minimikriterier, och styrenheten kan mycket väl anordnas att använda en sådan komponent av reaktiv ström alltid när det finns en risk för bildande av is obero- ende av storleken på effektorderna eller alltid när de mottagna effektorderna motsvarar en väsentligt lägre effekt levererad till utrustningen än den maximala effekten som kan levereras från anordningen till den, oberoende av förekomsten av någon risk för bildande av is pà matningsledningen, för att göra anordningen mycket enkel. Styrningen av omvandlaren är oförändrad med av- seende på den traditionella styrningen, förutom en konsumtion av reaktiv effekt vid lägre laster och risk för isbildning.

Enligt en föredragen utföringsform av uppfinningen innefattar an- ordningen dessutom medel anordnade att mäta temperaturen utanför fordonet och medel anordnade att jämföra de så upp- nådda temperaturvärdena med ett temperaturtröskelvärde och när ett uppmätt temperaturvärde är över nämnda temperaturtrös- kelvärde sända en signal till styrenheten att använda ett refe- rensströmvärde utan nämnda komponent av reaktiv ström för styrning av omvandlaren. Nämnda jämföringsmedel är anordnat att ha en temperatur mellan +2°C och +7°C, företrädesvis mellan +4°C och +6°C, som nämnda temperaturtröskelvärde. Det är för- delaktigt att på detta sätt avstå från att använda en komponent av reaktiv ström i referensströmvärdet för styrning av omvandla- ren när det inte finns något behov av att använda en sådan kom- ponent, så att reaktiva strömmar resulterande i förluster och inte 10 15 20 25 30 35 5.24 423 önskvärda i matningsledningen kan undvikas när de inte är nöd- vändiga.

Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen är styrenheten anordnad att använda ett referensströmvärde med en komponent av reaktiv ström för styrning av omvandlaren på villkor att nämnda mottagna effektorder motsvarar en väsentligt lägre effekt levererad till utrustningen än den maximala effekten som kan levereras från anordningen till den. Enligt en annan fö- redragen utföringsform av uppfinningen innebär nämnda villkor av en làg effekt beordrad för styrningen av omvandlaren att den beordrade effekten skall vara lägre än 0,5, med fördel 0,3 och fö- reträdesvis 0,2 gånger nämnda maximala effekt. Differensen mellan spänningen på matningsledningen och pà den motsatta sidan om transformatorn kommer att vara beroende av lasten (den beordrade effekten), så att det inte kommer att finnas något behov av någon tillsats av en komponent av reaktiv effekt till strömreferensvärdet när den beordrade effekten är tillräckligt hög. Tack vare införandet av detta villkor kommer matningsled- ningen inte att i onödig grad utsättas för reaktiva strömmar.

Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen är styrenheten anordnad att använda ett referensströmvärde som har en komponent av reaktiv effekt med en storlek som ökar dif- ferensen mellan spänningen hos matningsledningen och spän- ningen på omvandlarens växelspänningssida, relaterad till en primärsida hos transformatorn, vid nollgenomgång hos växel- strömmen från matningsledningen till fordonet väsentligt med av- seende på en frånvaro av denna komponent av reaktiv ström, och styrenheten är företrädesvis anordnad att använda en nämnd komponent av reaktiv ström med en storlek som resulterar i en nämnd spänningsdifferens som överskrider 1 kV vid nämnda nollgenomgång. Ett isskikt kan hålla en spänning av cirka 1 kV/mm, och oftast kommer en spänningsdifferens med en storlek i nämnda storleksordning att vara tillräcklig för att tillförsäkra att det kommer att vara en drastisk reduktion av "hopp" till endast "mikrohopp” i kontakten mellan matningsledningen och panto- 10 15 20 25 30 35 524 423 grafen och därigenom i strömmen från matningsledningen till for- donet Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen är styrenheten anordnad att använda ett referensströmvärde med en komponent av reaktiv ström som minskar med en ökning av den beordrade effekten. Nämnda spänningsdifferens vid noll- genomgång hos strömmen kan fortfarande hållas på en tillräckligt hög nivå när den beordrade effekten ökar, så att ingen onödigt hög reaktiv ström flyter i matningsledningen.

Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen inne- fattar anordningen en transformator som har en primärlindning förbunden med pantografen och omvandlaren har en växelspän- ningssida förbunden med en sekundärlindning hos transformatorn och är anordnad att omvandla växelspänningen hos nämnda se- kundärlindning till en likspänning på en likspänningssida hos om- vandlaren, och anordningen innefattar medel anordnat att mäta likspänningen på omvandlarens likspänningssida och leverera information om den till styrenheten, och styrenheten är anordnad att använda ett referensströmvärde med en komponent av reaktiv ström när den uppmätta likspänningen har växelspänningskom- ponenter över en förutbestämd nivå för en eller flera bestämda frekvenser. Det har befunnits att kvaliteten hos likspänningen på omvandlarens likspänningssida är ett mycket gott mått på pre- stationsförmàgan hos omvandlarstyrningen och att brister hos denna likspänning indikerar en försämrad kontakt mellan mat- ningsledningen och pantografen och därigenom ett behov av ett tillägg av en komponent av reaktiv ström till referensströmvärdet använt för styrning av omvandlaren.

Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen är an- ordningen utformad att anordnas i varje enskilt fordon när ett flertal sådana fordon är direkt eller indirekt förbundna med var- andra i ett tåg, och att arbeta oberoende av sådana anordningar i det andra fordonet eller de andra fordonen i tåget. Detta resulte- 10 15 20 25 30 35 524 423 rar i en mycket enkel och därigenom kostnadseffektiv konstruk- tion.

Uppfinningen avser även ett förfarande enligt bifogade förfaran- dekrav. Resultaten av genomförande av ett sådant förfarande och föredragna särdrag hos detta framgår tveklöst av beskriv- ningen ovan av olika utföringsformer av en anordning enligt upp- finningen.

Dessutom avser uppfinningen även ett datorprogram och ett da- torläsbart medium enligt motsvarande bifogade patentkrav. Det förstås med lätthet att förfarandet enligt uppfinningen definierat i bifogade uppsättning förfarandepatentkrav är väl lämpat att genomföras genom programinstruktioner från en processor som kan påverkas av ett datorprogram försett med programstegen ifråga.

Ytterligare fördelar med samt föredragna särdrag hos uppfin- ningen framgår av den följande beskrivningen och de andra osjälvständiga patentkraven.

KORT BESKRIVNING AV RITNINGARNA Med hänvisning till bifogade ritningar följer nedan en detaljerad beskrivning av föredragna utföringsformer av uppfinningen an- förda såsom exempel. På ritningarna: Fig 1 är en mycket schematisk vy illustrerande huvudsärdragen hos en anordning enligt uppfinningen, Fig 2 är en förenklad vy använd för att förklara styrningen av en omvandlare visad i fig 1, Fig 3 och 4 är diagram som illustrerar spänningen och strömmen hos matningsledningen över tiden för en anordning enligt fig 1 när det inte finns någon is på matningsledningen, 10 15 20 25 30 35 524 423 Fig 5 och 6 är vyer motsvarande fig 3 respektive 4 under isför- hàflanden, Fig 7 är ett diagram som visar spänningen hos matningsled- ningen och strömmen mellan matningsledningen och fordonet över tiden för en anordning enligt fig 1 under isförhållanden och när en komponent av reaktiv ström läggs till referensströmvärdet använt för styrning av omvandlaren, Fig 8 är ett mycket förenklat diagram som visar spänningen på matningsledningen och den på växelspänningssidan hos om- vandlaren, relaterad till primärlindningen hos transformatorn, över tiden när låg effekt beordras för styrning av omvandlaren men med ett tillägg av en komponent av reaktiv ström till refe- rensströmvärdet, Fig 9 illustrerar schematiskt storleken på den reaktiva strömmen i matningsledningen med avseende på aktiv effekt som flödar mellan matningsledningen och fordonet när en anordning enligt föreliggande uppfinning används, Fig 10 och 11 är diagram som illustrerar effektfaktorn med avse- ende pà aktiv effekt för fallet av körande av fordonet respektive bromsande av fordonet, när ett styrsätt såsom indikerat i fig 9 används, Fig 12 är ett diagram som illustrerar likspänningen på omvandla- rens likspänningssida relativt frekvensen under isförhållanden enligt tidigare teknik, och Fig 13 är en vy motsvarande fig 12 när det läggs till en kompo- nent av reaktiv ström till referensströmvärdet för styrning av om- vandlaren under isförhållanden enligt föreliggande uppfinning.

DETALJERAD BESKRIVNING AV FÖREDRAGNA UTFÖRlNGS- FORMER AV UPPFlNNlNGEN 10 15 20 25 30 35 524 423 10 Ett järnvägsfordon samt en anordning för tillhandahållande av elektrisk effekt till det är mycket schematiskt illustrerade i fig 1.

Fordonet 1 är anordnat att förflytta sig utmed en AC-matnings- ledning 2, som exempelvis kan föra en enfasig växelspänning av 15 kV och 16 2/3 Hz (Sverige) och 25 kV och 50 Hz (Danmark).

Fordonet är försett med en s k pantograf 3 i kontakt med mat- ningsledningen när fordonet förflyttar sig utmed denna. Emeller- tid visas här att det existerar ett avstånd mellan matningsled- ningen och pantografen som en konsekvens av ett isoleringsskikt 4 som täcker matningsledningen. Ett sådant skikt skulle kunna ha en tjocklek av cirka 1 mm.

Pantografen är förbunden med en s k huvudtransformator 5 (ett antal andra transformatorer kan anordnas i fordonets elektriska system), som används för att uppnå galvanisk separation mellan pantografen och fordonets elektriska system och för att transfor- mera spänningen på en primärlindning 6 hos den till en annan nivå på dess sekundärlindning 7 och för att göra det möjligt att uppnå en styrning av effektflödet mellan matningsledningen och fordonet genom styrande av en omvandlare 8 förbunden med se- kundärlindningen.

Omvandlaren 8 är anordnad att omvandla växelspänningen hos nämnda sekundärlindning till en likspänning på en likspännings- sida hos omvandlaren. Det illustreras i fig 2 hur en sådan om- vandlare eller strömriktare kan se ut i den enklaste formen.

Denna omvandlare har endast ett fasben 9 med två seriekopp- lade strömventiler 10, 11. Sekundärlindningen hos transforma- torn, vilken utgör omvandlarens växelspänningssida, är förbun- den med en mittpunkt 12 mellan de båda strömventilerna. Varje strömventil är bildad av åtminstone en styrbar halvledaranord- ning 13, såsom en IGBT (lnsulated Gate Bipolar Transistor) eller en GTO (Gate Turn-off Thyristor) och en likriktardiod 14 anti-pa- rallellt kopplad därmed. Det påpekas emellertid att symbolerna använda i fig 2 kan stå för ett flertal sådana styrbara halvledar- anordningar och dioder kopplade i serier, i vilket fall halvledar- anordningarna hos samma strömventil kommer att styras simul- 10 15 20 25 30 35 524 423 11 tant för att verka som en enda halvledaranordning. De motsatta ändarna av fasbenet 9 är förbundna med en positiv 15 och en ne- gativ 16 pol hos en likspänningssida hos omvandlaren, och spänningen mellan dessa båda poler hålls på en väsentligen konstant nivå av en däremellan förbunden kondensator 17. An- ordningen innefattar även en styrenhet 18 anordnad att styra halvledaranordningarna 13 hos strömventilerna att omväxlande tändas och släckas för genererande av ett tåg av pulser enligt ett pulsbreddsmoduleringsmönster på nämnda mittpunkt 12.

Styrningen hos styrenheten äger rum i enlighet med effekt- och strömreferensvärden bestämda på grundval av effektorder mot- tagna från ett eller flera styrorgan, såsom organ styrda av fordo- nets förare. Riktningen och storleken på effektflödet genom om- vandlaren kan regleras genom att styra omvandlaren genom styrenheten. Detta är väl känt för fackmän på området.

Det är visat i fig 1 hur likspänningssidan hos omvandlaren 8 kan förbindas med en s k maskinomvandlare 19 som omvandlar lik- spänningen till en trefasväxelspänning använd för att driva en asynkronmotor 20 för drivande av fordonet. Maskinomvandlaren 19 kan även vara förbunden med annan utrustning 21, såsom belysning, uppvärmningsapparater och så vidare, ombord på for- donet, eller denna utrustning kan förbindas med likspänningssi- dan hos omvandlaren 8 genom en separat omvandlare för denna utrustning. Ett styrorgan 22 för styrning av maskinomvandlaren 19 och därigenom motorn 20 är schematiskt antytt. Detta styror- gan sänder även signaler till styrenheten 18 för användning vid bestämmande av omvandlarens 8 styrschema. Anordningen in- nefattar även medel 23 anordnade att mäta spänningen på mat- ningsledningen indirekt genom mätande av spänningen på pan- tografen och levererande av information om denna till styrenhe- ten 18, som är anordnad att basera styrningen av omvandlaren 8 på denna uppmätta spänning. Utrustningen 21 är även anordnad att sända signaler som informerar om effektbehovet hos utrust- ningen till styrenheten 18. 10 15 20 25 30 35 s24 423 12 Den så långt beskrivna anordningen är tidigare känd. Fig 3 och 4 visar spänningen U respektive strömmen l på matningsledningen till fordonet över tiden när ett fordon med den just beskrivna an- ordningen förflyttar sig utmed en matningsledning som inte har någon is på sig. Fig 5 och 6 är diagram som motsvarar de visade i fig 3 och 4 uppnådda vid körning utmed en matningsledning med is på sig. Det visas i fig 6 hur strömmen är klart förvriden på grund av isen. Uppträdandet av en sådan ström är beroende av en allt för låg drivspänning över isskiktet vid nollgenomgångar av strömmen, vilket resulterar i de i inledningen diskuterade pro- blemen.

De nya särdragen hos anordningen visad i fig 1 tillhörande före- liggande uppfinning och genom vilka dessa problem löses kom- mer nu att beskrivas. Styrenheten 18 i anordningen enligt före- liggande uppfinning är anordnad att använda ett referensström- värde med en komponent av reaktiv ström, åtminstone när det finns en risk för bildande av is på matningsledningen och nämnda mottagna effektorder motsvarar en väsentligt lägre effekt levererad till utrusningen än den maximala effekten som kan le- vereras från anordningen till denna, för styrande av omvandlaren 8 att bringa en reaktiv ström att flyta mellan matningsledningen 2 och fordonet 1. Fig 7 motsvarar en kombination av fig 5 och fig 6, men en komponent av reaktiv ström läggs här till nämnda refe- rensströmvärde för styrningen av omvandlaren enligt förelig- gande uppfinning. Det visas hur strömmen nu har en i det när- maste ideal form, så att primärlindningen hos transformatorn inte kommer att mättas längre och oscillationer hos likspänningen på omvandlarens 8 likspänningssida kan kraftigt reduceras till en nivå som inte längre stör fordonets signalsystem.

Fig 8 illustrerar schematiskt hur uppfinningen förflyttar spän- ningen UT på omvandlarens 8 växelspänningssida relaterad till transformatorns primärsida med avseende på den US på mat- ningsledningen för lägre beordrade effekter, så att det kommer att finnas en väsentlig drivspänning U1 applicerad över isskiktet 4 vid nollgenomgången hos strömmen. l är strömmen från mat- 10 15 20 25 30 35 524 423 13 ningsledningen. I detta fall är effektfaktorn ganska låg med näs- tan ingen överförd aktiv effekt.

Anordningen enligt uppfinningen innefattar medel 24 anordnade att mäta temperaturen utanför fordonet och medel 25 anordnade att jämföra de så uppnådda temperaturvärdena med ett tempe- raturtröskelvärde och när ett uppmätt temperaturvärde är över nämnda temperaturtröskelvärde sända en signal till styrenheten 18 att använda ett referensströmvärde utan nämnda komponent av reaktiv ström för styrning av omvandlaren under undvikande av att en reaktiv ström flyter i matningsledningen när det inte finns något behov därav. Nämnda temperaturtröskelvärde är fö- reträdesvis inställt till att vara mellan +2°C och +7°C, företrädes- vis mellan +4°C och +6°C, exempelvis +5°C.

Styrenheten 18 är företrädesvis anordnad att använda ett refe- rensströmvärde med en komponent av reaktiv ström för styrning av omvandlaren 8 på villkoret att nämnda mottagna effektorder motsvarar en väsentligt lägre effekt levererad till utrustningen än den maximala effekten som kan levereras fràn anordningen till denna. Detta är schematiskt visat i fig 9, i vilken det är visat för en matningsledning som för 25 kV med en frekvens av 50 Hz, hur komponenten av reaktiv ström förändras med den aktiva effekten P levererad från anordningen till fordonets utrustning. Kompo- nenten av reaktiv ström är väsentligen konstant för effektorder som är i det närmaste noll till ett visst värde P1, från och med vil- ket den reaktiva strömmen minskar kontinuerligt med ökande be- ordrad effekt till att vara noll vid en effektorder P2. P1 är här 200 kW och P2 500 kW, medan den maximala effekten som kan leve- reras från anordningen till fordonet är cirka 3 MW, d v s 6 gånger högre än P2. Följaktligen tilläggs en komponent av reaktiv ström endast till referensströmvärdet för styrning av omvandlaren 8 un- der låglastförhållanden, så att den maximala strömmen genom anordningen inte kommer att påverkas av styrschemat enligt uppfinningen. 10 15 20 25 30 35 524 423 14 Fig 10 och 11 illustrerar utvecklingen av effektfaktorn cosrp, var- vid (p är vinkeln mellan strömmen från matningsledningen till for- donet och spänningen på matningsledningen, relativt den aktiva effekten P för styrningen av omvandlaren 8 genomförd under tilläggande av en komponent av reaktiv ström i enlighet med fig 9 för fallet av körningsdrift (fig 10) och bromsningsdrift (fig 11) hos motorn 20. Det är visat hur effektfaktorn kommer att vara i det närmaste 1 så snart som effektflödet genom omvandlaren 8 når något väsentligt värde.

Anordningen enligt föreliggande uppfinning innefattar även medel 26 anordnade att mäta likspänningen på omvandlarens 8 lik- spänningssida och leverera information om den till styrenheten 18, som är anordnad att använda ett referensströmvärde med en komponent av reaktiv ström när den uppmätta likspänningen har växelspänningskomponenter över en förutbestämd nivå för en eller flera bestämda frekvenser. Sådana växelspänningskompo- nenter kommer att indikera en dålig kontakt mellan matningsled- ningen och pantografen och kan resultera i utlösande av ett s k LlM (Line lnterference Monitor) som skyddar signalsystemet hos fordonet. Toppvärden hos likspänningen Udc på omvandlarens 8 likspänningssida relativt frekvensen f är visad i fig 12 för en nor- mal styrning av omvandlaren 8 utan något tillägg av en kompo- nent av reaktiv ström till strömreferensvärdet under isförhållan- den. Detta diagram är för en 15 kV-matningsledning med fre- kvensen 16 2/3 Hz. Där är en topp hos likspänningen runt 44 Hz, vilket är nästan exakt resonansfrekvensen för likspänningsmel- lanledet 15-17 hos omvandlaren. Denna topp har ett värde av cirka 40 V. Motsvarande diagram för fallet av ett tillägg av en komponent av reaktiv ström av 30 A till strömreferensvärdet för styrning av omvandlaren 8 illustreras i fig 13. Det är visat hur os- cillationer hos likspänningen har minskat avsevärt, och toppen runt 44 Hz är nu mindre än 12 V.

Uppfinningen är givetvis inte på något sätt begränsad till de ovan beskrivna föredragna utföringsformerna, utan många möjligheter till modifikationer därav kommer att vara uppenbara för en ge- 10 15 20 25 30 524 423 15 nomsnittsfackman på området utan avvikande från uppfinningens grundidé sådan denna definieras i bifogade patentkrav.

Styrenheten kan exempelvis utformas att använda ett referens- strömvärde med en komponent av reaktiv ström under en förut- bestämd tidsperiod, exempelvis under 0,5 timmar, och företrä- desvis under åtminstone 1,5 timmar, från och med att ett villkor för en sådan styrning av omvandlaren detekteras vara uppfyllt.

Detta innebär att när exempelvis en risk för isbildning på mat- ningsledningen väl har detekterats kommer en komponent av re- aktiv ström att läggas till referensströmvärdet för styrning av om- vandlaren under nämnda förutbestämda tidsperiod, eventuellt på villkoret att den beordrade effekten samtidigt är på en låg nivå.

Fastän det har visats i fig 1 hur transformatorn är lokaliserad i nämnda seriekoppling närmare pantografen än omvandlaren är uppfinningen inte begränsad därtill, utan omvandlaren kan lika gärna vara lokaliserad mellan transformatorn och pantografen. l fallet av två eller flera fordon som är direkt eller indirekt för- bundna med varandra i ett tåg kan en anordning enligt förelig- gande uppfinning anordnas i varje enskilt sådant fordon och att arbeta oberoende av sådana anordningar i det andra fordonet eller fordonen i tåget.

Det är även möjligt att anordningen har fler än en omvandlare förbunden med nämnda transformator, och styrenheten kan då vara anordnad att använda ett referensströmvärde med en kom- ponent av reaktiv ström delad lika mellan omvandlarna.

Claims (26)

10 15 20 25 30 35 524 423 16

1. Patentkrav

2. Anordning för tillhandahållande av elektrisk effekt till ett for- don (1) från en AC-matningsledning (2) genom en pantograf (3) hos fordonet i kontakt med matningsledningen när fordo- net rör sig utmed denna, varvid anordningen innefattar, i se- riekoppling med pantografen i en bana av flöde av elektrisk effekt mellan matningsledningen och utrustning ombord på fordonet, en transformator (5) och en omvandlare (8) anord- nad att omvandla växelspänning till likspänning och tvärtom, varvid seriekopplingen levererar en spänning som används direkt eller indirekt för drivande av nämnda utrustning om- bord på fordonet, och en styrenhet (18) anordnad att styra strömventiler (10, 11) hos nämnda omvandlare att generera spänningspulser på dess växelspänningssida enligt ett puls- breddsmoduleringsmönster i enlighet med effekt- och ström- referensvärden bestämda på grundval av effektorder mot- tagna från ett eller flera styrorgan, kännetecknad därav, att styrenheten är anordnad att använda ett referensströmvärde som har en komponent av reaktiv ström, åtminstone när det finns en risk för bildande av is på matningsledningen och nämnda mottagna effektorder motsvarar en väsentligt lägre effekt levererad till nämnda utrustning än den maximala ef- fekt som kan levereras från anordningen till den, för att styra omvandlaren att bringa en reaktiv ström att flyta mellan mat- ningsledningen och fordonet.

3. Anordning enligt krav 1, kännetecknad därav, att den dess- utom innefattar medel (24) anordnade att mäta temperaturen utanför fordonet och medel (25) anordnade att jämföra de så uppnådda temperaturvärdena med ett temperaturtröskel- värde och när ett uppmätt temperaturvärde är ovanför nämnda temperaturtröskelvärde sända en signal till styren- heten att använda ett referensströmvärde utan nämnda kom- ponent av reaktiv effekt för styrning av omvandlaren. 10 15 20 25 30 524 423 17

4. Anordning enligt krav 2, kännetecknad därav, att nämnda jämföringsmedel (25) är anordnat att ha en temperatur mel- lan +2°C och +7°C, företrädesvis mellan +4°C och +6°C, som nämnda temperaturtröskelvärde.

5. Anordning enligt något av föregående krav, kännetecknad därav, att styrenheten (18) är anordnad att använda ett refe- rensströmvärde med en komponent av reaktiv ström för styr- ning av omvandlaren (8) på villkoret att nämnda mottagna effektorder motsvarar en väsentligt lägre effekt levererad till nämnda utrustning än den maximala effekt som kan levere- ras från anordningen till den.

6. Anordning enligt krav 4, kännetecknad därav, att nämnda villkor av en lägre effekt beordrad för styrning av omvandla- ren innebär att den beordrade effekten skall vara lägre än 0,5, med fördel 0,3 och företrädesvis 0,2 gånger nämnda maximala effekt.

7. Anordning enligt krav 4 eller 5, Qnnetecknad d_ärav, att styr- enheten (18) är anordnad att använda ett referensström- värde med en komponent av reaktiv ström med en styrka som ökar differensen mellan spänningen på matningsled- ningen och spänningen pà växelspänningssidan hos om- vandlaren, relaterad till en primärsida av transformatorn, vid nollgenomgång av växelströmmen från matningsledningen till fordonet väsentligt med avseende på en frånvaro av denna komponent av reaktiv ström.

8. Anordning enligt krav 6, kännetecknad därav, att styrenhe- ten (18) är anordnad att använda en nämnd komponent av reaktiv ström med en storlek som resulterar i en nämnd spänningsdifferens överskridande 1kV vid nämnda noll- genomgång.

9. Anordning enligt krav 6 eller 7, kännetecknad därav. att styr- enheten (18) är anordnad att använda en nämnd komponent av reaktiv effekt med en storlek resulterande i en ökning av 10 15 20 25 30

10.

11.

12.

13. 524 423 18 nämnda spänningsdifferens med en faktor av åtminstone 1,5, med fördel av åtminstone 2, och företrädesvis av åtminstone 3. Anordning enligt krav 4 eller 5, kännetecknad därav, att styr- enheten (18) är anordnad att använda ett referensström- värde med en komponent av reaktiv ström som är större än en komponent av aktiv ström hos referensströmvärdet för den lägsta möjliga effektordern som kan mottagas av styren- heten. Anordning enligt krav 4 och eventuellt något av de övriga föregående kraven, kännetecknad därav, att styrenheten (18) är anordnad att använda ett referensströmvärde med en komponent av reaktiv ström med en storlek som resulterar l en sådan differens mellan spänningen hos matningsled- ningen och den hos växelspänningssidan hos omvandlaren, relaterad till en primärsida hos transformatorn, för den lägsta möjliga effektordern som kan mottagas av styrenheten, att cos (p är lägre än 0,9, företrädesvis lägre än 0,85, varvid (p är vinkeln mellan strömmen från matningsledningen till fordonet och spänningen på matningsledningen. Anordning enligt något av föregående krav, kännetecknad därav, att styrenheten (18) är anordnad att använda ett refe- rensströmvärde med en komponent av reaktiv ström som minskar med ett ökande av nämnda beordrade effekt. Anordning enligt något av föregående krav, kännetecknad därav, att nämnda styrenhet (18) är anordnad att använda ett referensströmvärde med en komponent av reaktiv ström som är konstant för effektorder under ett bestämt värde. Anordning enligt krav 12, kännetecknad därav, att styrenhe- ten (18) är anordnad att använda ett referensströmvärde med en komponent av reaktiv ström som minskar kontinuer- ligt med ökande beordrad effekt utifrån nämnda bestämda värde. 10 15 20 25 30

14.

15.

16.

17.

18. 524 425 19 Anordning enligt något föregående krav, kännetecknad därav, att den innefattar medel (23) anordnade att mäta spänningen på matningsledningen (2), och att styrenheten (18) är anordnad att använda ett referensströmvärde med en komponent av reaktiv ström när hopp hos den så mätta spänningen detekteras. Anordning enligt krav 2 och eventuellt något av övriga föregående krav, kännetecknad därav, att styrenheten (18) är anordnad att använda ett referensströmvärde med en komponent av reaktiv ström under en förutbestämd tidspe- riod, exempelvis åtminstone under 0,5 timmar, och företrä- desvis under åtminstone 1,5 timmar, startande med en de- tektering att ett villkor för en sådan styrning av omvandlaren är uppfyllt. Anordning enligt något av föregående krav, kännetecknad därav, att den är utformad att anordnas i varje enskilt fordon (1) när ett flertal sådana fordon är direkt eller indirekt för- bundna med varandra i ett tåg och att arbeta oberoende av sådana anordningar i det andra fordonet eller fordonen i tå- get. Anordning enligt något av föregående krav, kännetecknad därav, att den innefattar fler än en nämnd omvandlare (8) i nämnda fordon, och att styrenheten (18) är anordnad att an- vända ett referensströmvärde med en komponent av reaktiv ström delad lika mellan omvandlarna. Anordning enligt något av föregående krav, kännetecknad därav, att transformatorn (5) har en primärlindning förbunden med pantografen och omvandlaren (8) har en växelspän- ningssida därav förbunden med en sekundärlindning (7) hos transformatorn och är anordnad att omvandla växelspän- ningen hos sekundärlindningen till en likspänning på en lik- spänningssida hos omvandlaren. 10 15 20 25 30 35

19.

20.

21. (524 423 20 Anordning enligt krav 18, kännetecknad därav, att den inne- fattar medel (26) anordnade att mäta likspänningen på om- vandlarens (8) iikspänningssida och leverera information om denna till styrenheten (18), och att styrenheten är anordnad att använda ett referensströmvärde med en komponent av reaktiv ström när den uppmätta likspänningen har växel- spänningskomponenter över en förutbestämd nivå för en el- ler flera förutbestämda frekvenser. Förfarande för tillhandahållande av elektrisk effekt till ett for- don (1) från en AC-matningsledning (2) genom en pantograf (3) hos fordonet i kontakt med matningsledningen när fordo- net förflyttar sig utmed denna, varvid förfarandet genomförs genom användande av en anordning som innefattar, serie- kopplade med pantografen i en bana av flöde av elektrisk effekt mellan matningsledningen och utrustningen ombord på fordonet, en transformator (5) och en omvandlare (8) anord- nad att omvandla växelspänning till likspänning och tvärtom, varvid seriekopplingen levererar en spänning som används direkt eller indirekt för drivning av nämnda utrustning ombord på fordonet, vid vilket strömventiler hos omvandlaren styrs att generera spänningspulser på dess växelspänningssida enligt ett pulsbreddsmoduleringsmönster i enlighet med ef- fekt- och strömreferensvärden bestämda på grundval av ef- fektorder mottagna från ett eller flera styrorgan, känneteck- æg därav, att ett referensströmvärde med en komponent av reaktiv ström används, åtminstone när det finns en risk för bildande av is på matningsledningen och nämnda mottagna effektorder motsvarar en väsentligt lägre effekt levererad till utrustningen än den maximala effekt som kan levereras från anordningen till den, för styrning av omvandlaren att bringa en reaktiv ström att flyta mellan matningsledningen och fordonet. Förfarande enligt krav 20, kännetecknat därav, att temperaturen utanför fordonet mäts och de så uppnådda temperaturvärdena jämförs med ett temperaturtröskelvärde 10 15 20 25

22.

23.

24.

25.

26. 524 423 21 och när ett uppmätt temperaturvärde är ovanför nämnda temperaturtröskelvärde används ett referensströmvärde utan nämnda komponent av reaktiv ström för styrning av om- vandlaren (8). Förfarande enligt krav 20 eller 21, kännetecknat därav, att ett referensströmvärde med en komponent av reaktiv ström för styrning av omvandlaren (8) används på villkoret att nämnda mottagna effektorder motsvarar en väsentligt lägre effekt levererad till nämnda utrustning än den maximala ef- fekt som kan levereras till den. Förfarande enligt krav 22, kännetecknat därav, att ett refe- rensströmvärde används, vilket har en komponent av reaktiv ström med en storlek som ökar differensen mellan spän- ningen på matningsledningen och spänningen på omvandla- rens växelspänningssida, relaterad till en primärsida hos transformatorn, vid nollgenomgång av växelströmmen fràn matningsledningen till fordonet väsentligt med avseende på en frånvaro av denna komponent av reaktiv ström. Datorprogram direkt laddningsbart in i internminnet hos en dator, vilket innefattar mjukvara för styrande av stegen hos något av kraven 20-23 när programmet körs på datorn. Datorprogram enligt krav 24, tillhandahållet åtminstone del- vis genom ett nätverk såsom Internet. Datorläsbart medium med ett därpå registrerat program, där programmet är utformat att bringa en dator att styra stegen hos något av kraven 20-23.