TW201806279A - 電力轉換系統 - Google Patents

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Abstract

一種電力轉換系統包括變壓器、行進用電力轉換裝置、輔助電源用電力轉換裝置、蓄電裝置、和輔助裝置。行進用電力轉換裝置將AC電力轉換成行進用電力並且將其供應至行進馬達。輔助電源用電力轉換裝置包含將AC電力轉換成DC電力的AC轉DC轉換單元、將DC電力轉換成AC電力並且將其供應至AC負載的AC負載用電力轉換單元、及將DC電力轉換成DC電力並且將其供應至DC負載的DC負載用電力轉換單元。蓄電裝置係連接至使AC轉DC轉換單元之DC電力輸出端子與AC負載和DC負載用電力轉換單元兩者之DC電力輸入端子相連接的電力線路。輔助裝置係連接至使輔助電源用電力轉換裝置與蓄電裝置相連接的電力線路並且以自蓄電裝置所供應的電力來操作。

Description

電力轉換系統
本發明的實施例係有關電力轉換系統。
當電動車輛通過沒有電力供應至架空線(overhead wires)的非電氣化路段(non-electric sections)時，電力不會從架空線供應至電動車。在此情況下，會有電力不被供應至諸如安裝在電動車輛中的壓縮機或吹風機之輔助裝置的可能性。日本未審查專利申請案第一次公開號2010-215014揭示先前技術的電力轉換系統。
1、1A、1B‧‧‧電力轉換系統
100‧‧‧輔助電源
102‧‧‧負載用繞組
110‧‧‧負載用交流(AC)轉直流(DC)轉換單元
110a、110b、110c、110d‧‧‧切換元件
110A‧‧‧閘極控制單元
110B‧‧‧電壓感測器
120‧‧‧AC負載用DC轉AC轉換單元
122‧‧‧電容器
130‧‧‧負載電力控制單元
142‧‧‧線圈
144‧‧‧電容器
146‧‧‧變壓器
148‧‧‧變壓器
160‧‧‧DC負載用DC轉AC轉換單元
162‧‧‧電容器
164‧‧‧變壓器
166‧‧‧變壓器
170‧‧‧DC負載用AC轉DC轉換單元
172‧‧‧線圈
174‧‧‧電容器
200‧‧‧電池裝置
210‧‧‧充電電路
300‧‧‧行進用電力轉換裝置
302‧‧‧行進用繞組
310‧‧‧行進用充電電路
320‧‧‧行進用AC轉DC轉換單元
330‧‧‧行進用DC轉AC轉換單元
340‧‧‧行進電力控制單元
400‧‧‧集電裝置
500‧‧‧行進用繞組
600‧‧‧輔助裝置群組
610‧‧‧DC型輔助裝置
620‧‧‧三相AC型輔助裝置
622‧‧‧三相AC電力轉換器
LAC‧‧‧AC負載
LDC‧‧‧DC負載
r10、r11‧‧‧電阻器
K1、K2、K3、K10、K11、k12、K13‧‧‧接觸器
M‧‧‧行進馬達
圖1係顯示依據實施例之電力轉換系統1範例的圖形。
圖2係顯示負載用交流轉直流轉換單元110範例的圖形。
圖3係顯示輔助裝置群組600範例的圖形。
圖4係顯示依據實施例之電力轉換系統1A範例的圖形。
圖5係顯示依據實施例之電力轉換系統1B範例的圖形。
圖6係顯示實施例中用以切換行進(travel)模式之程序範例的流程圖。
圖7係顯示在正常和緊急狀況下之載波信號、調變波、及PWM信號範例的圖形。
【發明內容】及【實施方式】
在下文中，將參考附圖來說明依據實施例的電力轉換系統。
圖1為顯示依據實施例之電力轉換系統1範例的圖形，電力轉換系統1例如被安裝在鐵路車輛上，鐵路車輛為電動車輛的範例。高電壓交流(AC)電力從架空線(overhead wires)經由集電裝置(power collector)400和主變壓器的行進用繞組(windings for travel)500及302而被供應至電力轉換系統1，電力轉換系統1將高電壓AC電力轉換成行進用AC電力，並且將行進用AC電力供應至行進馬達M，這讓電力轉換系統1能夠致使行進馬達M產生行進轉矩，以致使鐵路車輛能夠行進。在此實施例中，行進馬達M例如為感應馬達。
低電壓AC電力也從架空線經由集電裝置400和主變壓器的負載用繞組500及102而被供應至電力轉換系統 1，供應自主變壓器之負載用繞組500及102之AC電力的電壓係低於供應自主變壓器之行進用繞組500及302之AC電力的電壓。電力轉換系統1將低電壓AC電力轉換成負載用AC電力，並且將負載用AC電力供應至AC負載LAC，這讓電力轉換系統1能夠驅動AC負載LAC。在此實施例中，AC負載LAC為鐵路車輛之除了行進馬達M以外的負載，並且例如，為以100V之AC電壓來操作的電子裝置等等。除此之外，電力轉換系統1將低電壓AC電力轉換成負載用直流(DC)電力，並且將DC電力供應至DC負載LDC，這讓電力轉換系統1能夠驅動DC負載LDC。在此實施例中，DC負載LDC為鐵路車輛之除了行進馬達M以外的負載，並且例如，為以DC電壓來操作的電子裝置。
此外，基於從架空線經由集電裝置400和主變壓器之負載用繞組500及102而被供應的低電壓AC電力，電力轉換系統1以DC電力來驅動輔助裝置群組600。輔助裝置群組600包含，例如，諸如安裝在電動車輛中的壓縮機或吹風機之壓縮裝置。
電力轉換系統1包含，例如，輔助電源用電力轉換裝置100、電池裝置200、和行進用電力轉換裝置300。
輔助電源用電力轉換裝置100包含，例如，負載用AC轉DC轉換單元110、AC負載用DC轉AC轉換單元120、負載電力控制單元130、DC負載用DC轉AC轉換單元160、和DC負載用AC轉DC轉換單元170。
負載用AC轉DC轉換單元110將從集電裝置400經由主變壓器之負載用繞組500及102而被供應的低電壓AC電力轉換成DC電力。圖2為顯示負載用AC轉DC轉換單元110範例的圖形，負載用AC轉DC轉換單元110包含，例如，切換元件110a,110b,110c，及110d、閘極控制單元110A、和電壓感測器110B，切換元件110a,110b,110c，及110d係連接在正電極線路與負電極線路之間，切換元件110a,110b,110c，及110d為，例如，結合呈反並聯(antiparallel)連接之二極體的絕緣閘極雙極性電晶體(IGBT)，切換元件110a,110b,110c，及110d也可為其他類型的切換元件。
基於由電壓感測器110B所偵測到之低電壓AC電力的電壓和自負載電力控制單元130所供應之命令電壓兩者，閘極控制單元110A將閘極信號提供給切換元件110a,110b,110c，及110d的閘極。
這讓閘極控制單元110A能夠使切換元件110a,110b,110c，及110d切換於導電狀態與非導電狀態之間，使得DC電力的電壓接近命令電壓。負載用AC轉DC轉換單元110不限於圖2中所示之範例的AC轉DC轉換單元，並且可為升壓轉換器、降壓轉換器、和升壓/降壓轉換器的任一者。
AC負載用DC轉AC轉換單元120為切換電路，其包含橋式連接在電力被供應至其的正電極線路與負電極線路之間的多個切換元件，AC負載用DC轉AC轉換單元 120也被稱為反相器。切換元件為，例如，IGBT，其他類型的切換元件也可被使用做為切換元件。在負載電力控制單元130的控制下，AC負載用DC轉AC轉換單元120任意地使切換元件切換於導電狀態與非導電狀態之間，以將DC電力轉換成負載用AC電力。
電容器122在負載用AC轉DC轉換單元110之與負載用AC轉DC轉換單元110和AC負載用DC轉AC轉換單元120平行的其側被連接至AC負載用DC轉AC轉換單元120，電容器122的電容被設定於讓AC負載用DC轉AC轉換單元120能夠將穩定的電力供應至AC負載LAC的位準。也就是說，電容器122的電容不需要被設定為如此地高，而使得當鐵路車輛行進於集電裝置400停止供應AC電力的非電氣化路段時，其可以補償負載用AC電力無法供應至AC負載LAC。非電氣化路段，例如，以預定距離的間隔而被設置在鐵路車輛行進於其中的路段中。
透過藉由AC負載用DC轉AC轉換單元120的轉換所產生之負載用AC電力經由線圈(coil)142、電容器144、和變壓器146及148而被供應至AC負載LAC。
負載電力控制單元130係藉由諸如執行程式記憶體中所儲存之程式的中央處理單元(CPU)之處理器來予以實現。除此之外，這些功能性單元的部分或全部可藉由硬體來予以實現，諸如大型積體電路(LSI)、特殊應用積體電路(ASIC)、現場可程式化邏輯閘陣列(FPGA)等等。負載電力控制單元130，例如，藉由被供應有透過經由輔助 電源用電力轉換裝置100的轉換所產生之100V的操作電力來操作。
負載電力控制單元130控制負載用AC轉DC轉換單元110、AC負載用DC轉AC轉換單元120、DC負載用DC轉AC轉換單元160、和DC負載用AC轉DC轉換單元170。
類似於上面所述的AC負載用DC轉AC轉換單元120，DC負載用DC轉AC轉換單元160為切換電路，其包含橋式連接在電力被供應至其的正電極線路與負電極線路之間的多個切換元件。DC負載用DC轉AC轉換單元160藉由使切換元件切換於導電狀態與非導電狀態之間，而將DC電力轉換成AC電力。
電容器162在負載用AC轉DC轉換單元110之與負載用AC轉DC轉換單元110和DC負載用DC轉AC轉換單元160平行的其側被連接至DC負載用DC轉AC轉換單元160，電容器162的電容被設定於讓DC負載用DC轉AC轉換單元160能夠將穩定的電力供應至其下游之DC負載用AC轉DC轉換單元170的位準。電容器162的電容可以和電容器122的電容相同或不同。
透過藉由DC負載用DC轉AC轉換單元160的轉換所產生之AC電力經由變壓器164及166而被供應至DC負載用AC轉DC轉換單元170，變壓器164及166，例如，將透過藉由DC負載用DC轉AC轉換單元160的轉換所產生之AC電力的電壓降壓至約100V。
DC負載用AC轉DC轉換單元170將從DC負載用DC轉AC轉換單元160經由變壓器164及166而被供應之AC電力轉換成DC電力。例如，DC負載用AC轉DC轉換單元170將AC電力轉換成DC電力。類似於負載用AC轉DC轉換單元110，DC負載用AC轉DC轉換單元170可被組構成如同上面所述之圖2中所示的。
透過藉由DC負載用AC轉DC轉換單元170的轉換所產生之DC電力經由線圈(coil)172和電容器174而被供應至DC負載LDC。
電池裝置200被連接至電力線路，而電力線路使負載用AC轉DC轉換單元110的輸出端子與AC負載用DC轉AC轉換單元120和DC負載用DC轉AC轉換單元160兩者的DC電力輸入端子相連接。電池裝置200為，例如，具有低絕緣隔離電壓的電池。電池裝置200為，例如，其中之諸如鋰離子電池的蓄電池組(storage battery cell)被串聯或並聯連接的蓄電池單元。
輔助裝置群組600被連接至使輔助電源用電力轉換裝置100與電池裝置200相連接的電力線路。圖3為顯示輔助裝置群組600範例的圖形。DC電力被供應至輔助裝置群組600，由電池裝置200所放電的DC電力可被供應至輔助裝置群組600，但是本發明並不限於此，而且透過藉由負載用AC轉DC轉換單元110的轉換所產生之DC電力可被供應至輔助裝置群組600。輔助裝置群組600也可供應有藉由結合由電池裝置200所放電的DC電力與透過藉由負載 用AC轉DC轉換單元110的轉換所產生之DC電力所獲得的電力。
輔助裝置群組600包含，例如，DC型輔助裝置610和三相AC型輔助裝置620。DC型輔助裝置610為以供應至其之DC電力來操作的輔助裝置，三相AC型輔助裝置620為以三相AC電力來操作的輔助裝置。三相AC電力轉換器622係設置在電力線路的中間，其使電池裝置200和負載用AC轉DC轉換單元110連接至三相AC型輔助裝置620。三相AC電力轉換器622為包含多個切換元件的切換電路，三相AC電力轉換器622依據自控制器(未顯示出)所供應之操作命令值而使切換元件切換於導電狀態與非導電狀態之間，藉以將DC電力轉換成輔助裝置用三相AC電力。
電池裝置200用作為輔助裝置群組600的電源，當自負載用AC轉DC轉換單元110供應至AC負載用DC轉AC轉換單元120、DC負載用DC轉AC轉換單元160、和輔助裝置群組600的DC電力減少時，電池裝置200放出相當於DC電力之減少的電力，當鐵路車輛行進於非電氣化路段時，這讓電池裝置200能夠將放出的電力供應至AC負載用DC轉AC轉換單元120、DC負載用DC轉AC轉換單元160、和輔助裝置群組600。在此情況中，電池裝置200用作為AC負載LAC、DC負載LDC、和輔助裝置群組600的電源。
行進用電力轉換裝置300包含，例如，行進用充電電路310、行進用AC轉DC轉換單元320、行進用DC轉 AC轉換單元330、和行進電力控制單元340。
行進用充電電路310包含，例如，連接至正電極線路的接觸器K10、與接觸器K10並聯連接的接觸器K11及電阻器r10、連接至負電極線路的接觸器K12、和與接觸器K12並聯連接的接觸器K13及電阻器r11，行進用充電電路310也包含線圈(未顯示出)等等，用以電磁式地操作接觸器K10、K11、K12、和K13。在行進電力控制單元340的控制下，行進用充電電路310使接觸器K10、K11、K12、和K13切換於非導電狀態與導電狀態之間。當開始供應高電壓AC電力之後，行進用充電電路310首先就使接觸器K11和K13切換至導電狀態。之後，行進用充電電路310使接觸器K10和K12切換至導電狀態，並且使接觸器K11和K13從導電狀態切換至非導電狀態。
行進用AC轉DC轉換單元320為切換電路，其包含連接在高電壓AC電力被供應至其的正電極線路與負電極線路之間的多個切換元件，行進用AC轉DC轉換單元320也被稱為轉換器。行進用AC轉DC轉換單元320可為升壓轉換器、降壓轉換器、和升壓/降壓轉換器的任一者。切換元件為IGBT，但是本發明不限於此，而且其他類型的切換元件也可被使用。在行進電力控制單元340的控制下，行進用AC轉DC轉換單元320使切換元件切換於導電狀態與非導電狀態之間，以將經由變壓器之行進用繞組所供應的高電壓AC電力轉換成DC電力。
行進用DC轉AC轉換單元330為切換電路，其 包含橋式連接在電力被供應至其的正電極線路與負電極線路之間的多個切換元件，行進用DC轉AC轉換單元330也被稱為反相器。行進用DC轉AC轉換單元330包含上橋側和下橋側上之對應於行進馬達M的三個相位之三對切換元件，該等切換元件為IGBT，但是本發明不限於此，而且其他類型的切換元件也可被使用。在行進電力控制單元340的控制下，行進用DC轉AC轉換單元330使行進馬達M之各相位的切換元件切換於導電狀態與非導電狀態之間，以將DC電力轉換成行進用AC電力。
行進電力控制單元340係藉由諸如執行程式記憶體中所儲存之程式的CPU之處理器來予以實現。除此之外，這些功能性單元的部分或全部可藉由硬體來予以實現，諸如LSI、ASIC、或FPGA。
行進電力控制單元340，例如，藉由被供應有透過經由輔助電源用電力轉換裝置100的轉換所產生之100V的操作電力來操作。行進電力控制單元340控制行進用充電電路310、行進用AC轉DC轉換單元320、和行進用DC轉AC轉換單元330。
電池裝置200經由充電電路210而被連接至電力線路，而電力線路連接行進用充電電路310的高電壓DC電力輸出端子和行進用AC轉DC轉換單元320的高電壓DC電力輸入端子。例如，電池裝置200之放電電力的電壓可低於由供應至行進用AC轉DC轉換單元320的AC電力所產生之DC電壓，並且高於供應至AC負載用DC轉AC轉換單 元120之DC電力的電壓，但是本發明不限於此。
充電電路210包含，例如，連接至正電極線路的接觸器K1、與接觸器K1並聯連接的接觸器K3及電阻器r1、和連接至負電極線路的接觸器K2，充電電路210也包含線圈(未顯示出)等等，用以電磁式地操作接觸器K1、K2、和K3，充電電路210使DC電力用的各個接觸器切換於非導電狀態與導電狀態之間。當開始供應來自電池裝置200的放電電力之後，充電電路210首先就使接觸器K2和K3切換至導電狀態。之後，充電電路210使接觸器K1切換至導電狀態，並且使接觸器K3從導電狀態切換至非導電狀態。
充電電路210基於由管理員(諸如，鐵路車輛的司機)的操縱來切換各個接觸器的狀態。例如，當主控制器(未顯示出)上之預定操縱部位(未顯示出)的操縱(其係由司機所操縱)時，緊急信號就被提供至充電電路210。主控制器的操縱部位為，例如，緊急按鈕等等，其接收導致鐵路車輛在鐵路車輛的緊急狀況時以由電池裝置200所放出之電力來行進的操縱。鐵路車輛的緊急狀況可包含當由於自然災害(諸如，地震)或諸如子發電廠之停工的狀況而使得沒有AC電力從集電裝置400供應至鐵路車輛時，但是本發明不限於此，而且緊急狀況也可包含鐵路車輛的故障等等。當接收到緊急信號之後，充電電路210就使各個接觸器的狀態從電力斷開狀態切換至電力供應狀態。
在充電電路210中之接觸器K1或K2和接觸器 K3被控制成處於導電狀態的情況中，電池裝置200之放電電力的電壓被施加於連接至行進用DC轉AC轉換單元330之輸入端子的正電極線路與負電極線路之間。藉由在行進電力控制單元340的控制下實施切換操作，行進用DC轉AC轉換單元330將放電電力轉換成用以驅動行進馬達M的三相AC電力。
依據上面所述的電力轉換系統1，電池裝置200被連接在負載用AC轉DC轉換單元110與AC負載用DC轉AC轉換單元120和DC負載用DC轉AC轉換單元160二者之間，而且輔助裝置群組600被連接至電池裝置200，藉以讓電池裝置200能夠用作為輔助裝置群組600的電源。因此，依據電力轉換系統1，當鐵路車輛行進於非電氣化路段時，即使沒有從集電裝置400供應任何電力，電力也可以從電池裝置200連續地供應至輔助裝置群組600。結果為，依據電力轉換系統1，有可能抑制供應至輔助裝置群組600之電力的減少。
除此之外，依據電力轉換系統1，自電池裝置200所供應的DC電力藉由三相AC電力轉換器622而被轉換成三相AC電力來操作三相AC型輔助裝置620，藉以致使能夠縮減系統的尺寸。也就是說，使用能夠很容易地使尺寸縮減的三相AC電力轉換器622和三相AC型輔助裝置620，而非從主變壓器的負載用繞組500及102供應三相AC電力至單相AC型輔助裝置，有可能達成系統之尺寸的縮減。
此外，依據電力轉換系統1，電池裝置200被 連接在負載用AC轉DC轉換單元110與AC負載用DC轉AC轉換單元120和DC負載用DC轉AC轉換單元160二者之間，當從主變壓器的負載用繞組供應至負載用AC轉DC轉換單元110的電力減少時，電池裝置200放出相當於電力減少的電力。因此，電池裝置200可將放電電力供應至AC負載用DC轉AC轉換單元120和DC負載用DC轉AC轉換單元160。結果為，依據電力轉換系統1，有可能抑制供應至鐵路車輛的AC負載LDC和DC負載LDC之電力的減少。
此外，依據電力轉換系統1，負載用AC轉DC轉換單元110包含切換電路，其包含多個切換元件110a,110b,110c，及110d，使得有可能使從負載用AC轉DC轉換單元110輸出的DC電力穩定。也就是說，負載用AC轉DC轉換單元110致使能夠以比使用二極體的整流器更小的時間變化而轉換成DC電力。因此，依據電力轉換系統1，當從負載用AC轉DC轉換單元110供應至AC負載用DC轉AC轉換單元120和DC負載用DC轉AC轉換單元160的DC電力減少時，有可能將來自電池裝置200的放電電力快速地供應至AC負載用DC轉AC轉換單元120和DC負載用DC轉AC轉換單元160。
況且，依據電力轉換系統1，有可能供應來自電池裝置200的放電電力，因而當鐵路車輛通過非電氣化路段時，考慮到用來補償沒有任何電力被供應至AC負載LAC和DC負載LDC的電容，不需要增加電容器122和電容器162的電容。
除此之外，依據電力轉換系統1，從負載用AC轉DC轉換單元110輸出的DC電力被控制得使其穩定，並且輸出的DC電力然後被供應至電池裝置200。因此，有可能充電電池裝置200而不需要將大的負載給予電池裝置200的充電電阻。
此外，依據電力轉換系統1，有可能在緊急狀況時使電池裝置200放電，以將DC電力供應至行進用AC轉DC轉換單元320。因此，依據電力轉換系統1，在緊急狀況時，有可能藉由使用電池裝置200的放電電力來驅動行進馬達M而讓鐵路車輛能夠行進。
在下文中，將說明依據實施例之電力轉換系統1的另一範例。圖4為顯示依據實施例之電力轉換系統1A範例的圖形。在電力轉換系統1A中，電池裝置200被連接至電力線路，而電力線路連接行進用AC轉DC轉換單元320和行進用DC轉AC轉換單元330。除此之外，充電電路210被設置在電力線路的中間，其連接電池裝置200和行進用電力轉換裝置300。在電力轉換系統1A中，當充電電路210在緊急狀況時被切換至電力供應狀態時，電池裝置200將放電電力供應至行進用DC轉AC轉換單元330。因此，在緊急狀況時，電池裝置200用作為行進馬達M的電源和用作為輔助裝置群組600的電源兩者。
依據電力轉換系統1A，在緊急狀況時有可能使電池裝置200放電，以將DC電力供應至行進用DC轉AC轉換單元330。因此，依據電力轉換系統1，在緊急狀況 時，有可能藉由使用電池裝置200的放電電力來驅動行進馬達M而讓鐵路車輛能夠行進。除此之外，依據電力轉換系統1A，甚至在緊急狀況時，有可能從電池裝置200連續地供應電力至輔助裝置群組600，因而有可能連續地驅動輔助裝置群組600中的壓縮機、吹風機等等。
此外，依據電力轉換系統1A，相較於當放電電力被供應至行進用AC轉DC轉換單元320時，有可能抑制行進用AC轉DC轉換單元320中的電力損失，並且更有效率地使用電池裝置200的電力。結果為，依據電力轉換系統1A，在緊急狀況時，有可能讓鐵路車輛能夠行進更遠的距離。
圖5為顯示依據實施例之電力轉換系統1B範例的圖形。電力轉換系統1B包含行進用電力轉換單元350，而行進用AC轉DC轉換單元320和行進用DC轉AC轉換單元330被集成於行進用電力轉換單元350中。行進用電力轉換單元350用來將經由主變壓器的行進用繞組所供應的高電壓AC電力轉換成用以驅動行進馬達的行進用電力，以產生行進轉矩而讓鐵路車輛能夠行進，以及將行進用電力供應給行進馬達M。電力轉換系統1B使電池裝置200經由充電電路210而連接至行進用電力轉換單元350的輸入端子。
依據電力轉換系統1B，即使行進用電力轉換單元350被整體地建構，不需要將電池裝置200與充電電路210之間的線路連接至行進用電力轉換單元350的內部，且因此，在緊急狀況時，有可能藉由使電池裝置200放電而 讓鐵路車輛能夠行進，而不需改變行進用電力轉換單元350的設計。
(行進模式切換程序)
在下文中將說明另一實施例。依據其他實施例的電力轉換系統1和上述實施例之電力轉換系統的不同在於鐵路車輛的行進模式係切換於第一行進模式與第二行進模式之間。下面的說明將把焦點集中在此不同處。其他實施例將參照應用於圖1中所示之電力轉換系統1的情況來做說明。
在從集電裝置400供應AC電力的正常狀況中，電力轉換系統1讓鐵路車輛能夠行進於正常行進模式中，正常行進模式為第一行進模式的範例。在正常行進模式中，行進電力控制單元340基於具有預定頻率(也被稱為載波頻率)的載波信號來驅動行進用DC轉AC轉換單元330中的切換元件，以致使行進馬達M產生行進轉矩。
在沒有AC電力從集電裝置400供應的緊急狀況中，電力轉換系統1讓鐵路車輛能夠行進於緊急行進模式中，緊急行進模式為第二行進模式的範例，其係電力損耗被抑制地比正常行進模式中更多的行進模式。在緊急行進模式中，行進電力控制單元340基於具有低於預定頻率(也被稱為載波頻率)之較低頻率的載波信號來驅動行進用DC轉AC轉換單元330中的切換元件，以致使行進馬達M產生行進轉矩。
圖6為顯示在其他實施例中用以切換行進模式之程序範例的流程圖。在正常狀況中，行進電力控制單元340讓鐵路車輛能夠行進於正常行進模式中(步驟S100)。在此，行進電力控制單元340依據調變信號和具有預定頻率的載波信號來實施脈波寬度調變(PWM)控制，以控制行進用DC轉AC轉換單元330中之切換元件的開/關。圖7為顯示在正常和緊急狀況下之載波信號、調變波、及PWM信號範例的圖形。行進電力控制單元340基於調變信號和正常狀況中所使用之具有圖表(A1)中所示之預定頻率的載波信號而產生圖表(B1)中所示之PWM信號，行進電力控制單元340依據PWM信號來控制行進用DC轉AC轉換單元330中之切換元件的開/關，以將行進用AC電力供應給行進馬達M。
然後，電力轉換系統1決定架空線電力是否已不正常地停止(步驟S102)。當主控制器的操縱部位被操縱時，電力轉換系統1可決定架空線電力已經不正常地停止，但是本發明不限於此。電力轉換系統1也可決定當設置在行進用電力轉換裝置300中的感測器(未顯示出)或者用來偵測施加於主變壓器的之電壓的電壓感測器(未顯示出)已偵測到架空線電力的電壓已經下降到規程範圍以下時，架空線電力係不正常的。
當架空線電力已經不正常地停止時，電力轉換系統1使供使用於緊急狀況中之充電電路210切換至導電狀態(步驟S104)。這讓電池裝置200的放電電力能夠經由 充電電路210而被供應至行進用AC轉DC轉換單元320。
行進電力控制單元340讓鐵路車輛能夠行進於緊急行進模式中(步驟S106)。在此，行進電力控制單元340依據調變信號和具有比正常狀況中所使用之載波信號更低之頻率的緊急載波信號來實施PWM控制，以控制行進用DC轉AC轉換單元330中之切換元件的開/關。行進電力控制單元340基於圖表(A2)中所示之緊急載波信號和調變信號而產生圖表(B2)中所示之PWM信號，行進電力控制單元340依據PWM信號來控制行進用DC轉AC轉換單元330中之切換元件的開/關，以將行進用AC電力供應給行進馬達M。
在正常行進模式中，可藉由PWM信號來控制行進用DC轉AC轉換單元330，而該PWM信號從時間T1到T2上升和落下五次，如圖7中之圖表(A1)和(B1)所示。另一方面，在緊急行進模式中，可藉由PWM信號來控制行進用DC轉AC轉換單元330，而該PWM信號從時間T1到T2上升和落下兩次，如圖7中之圖表(A2)和(B2)所示。
依據上面所述之實施例的至少其中一者，提供有電池裝置200和輔助裝置群組600，電池裝置200係連接至使負載用AC轉DC轉換單元110與AC負載用DC轉AC轉換單元120和DC負載用DC轉AC轉換單元160兩者的DC電力輸入端子相連接的電力線路，輔助裝置群組600係連接至使輔助電源用電力轉換裝置100與電池裝置200的電力線路並且被組構成以自電池裝置200所供應的電力來操作， 且因此甚至當沒有AC電力從集電裝置400供應時，也有可能抑制供應至鐵路車輛之輔助裝置的電力上的減少。
雖然本發明的一些實施例已被說明，但是這些實施例已被提出做為範例而沒有打算用來限制本發明的範疇。這些實施例可以用各種其他的方式來予以施行，並且各種的省略、替換、和改變可以被做成而沒有違離本發明的本質。該等實施例及其變型係包含在本發明的範疇和本質之中，而且也被類似地包含在申請專利範圍所說明的發明及其等同範疇中。
100‧‧‧輔助電源
102‧‧‧負載用繞組
110‧‧‧負載用交流(AC)轉直流(DC)轉換單元
120‧‧‧AC負載用DC轉AC轉換單元
122‧‧‧電容器
130‧‧‧負載電力控制單元
142‧‧‧線圈
144‧‧‧電容器
146‧‧‧變壓器
148‧‧‧變壓器
160‧‧‧DC負載用DC轉AC轉換單元
162‧‧‧電容器
164‧‧‧變壓器
166‧‧‧變壓器
170‧‧‧DC負載用AC轉DC轉換單元
172‧‧‧線圈
174‧‧‧電容器
200‧‧‧電池裝置
210‧‧‧充電電路
300‧‧‧行進用電力轉換裝置
302‧‧‧行進用繞組
310‧‧‧行進用充電電路
320‧‧‧行進用AC轉DC轉換單元
330‧‧‧行進用DC轉AC轉換單元
340‧‧‧行進電力控制單元
400‧‧‧集電裝置
500‧‧‧行進用繞組
600‧‧‧輔助裝置群組
K1、K2、K3、K10、K11、k12、K13‧‧‧接觸器
r1、r10、r11‧‧‧電阻器
1‧‧‧電力轉換系統
M‧‧‧行進馬達
LDC‧‧‧DC負載
LAC‧‧‧AC負載

Claims (7)

  1. 一種電力轉換系統，包括：變壓器，係組構成使來自架空線的電力下降；行進用電力轉換裝置，係組構成將經由該變壓器的二次繞組所供應的第一交流電力轉換成用以驅動行進馬達的行進用電力，該行進馬達係組構成讓電動車能夠行進並且將該行進用電力供應至該行進馬達；輔助電源用電力轉換裝置，包含第一交流轉直流轉換單元，係組構成將經由該變壓器的三次繞組所供應的第二交流電力轉換成直流電力、交流負載用電力轉換單元，係組構成將透過藉由該第一交流轉直流轉換單元之轉換所產生的該直流電力轉換成用以驅動安裝在該電動車中之交流負載的交流電力並且將該交流電力供應至該交流負載、及直流負載用電力轉換單元，係組構成將透過藉由該第一交流轉直流轉換單元之轉換所產生的該直流電力轉換成用以驅動安裝在該電動車中之直流負載的直流電力並且將該直流電力供應至該直流負載；蓄電裝置，係連接至使該第一交流轉直流轉換單元之直流電力輸出端子與該交流負載用電力轉換單元和該直流負載用電力轉換單元兩者之直流電力輸入端子相連接的電力線路；以及輔助裝置，係連接至使該輔助電源用電力轉換裝置與該蓄電裝置相連接的電力線路，該輔助裝置係組構成以自 該蓄電裝置所供應的電力來操作。
  2. 如申請專利範圍第1項之電力轉換系統，其中，該輔助裝置為組構成以三相交流電力來操作的裝置，而且該電力轉換系統另包括輔助裝置用電力轉換裝置，係組構成將自該蓄電裝置所供應的電力轉換成該三相交流電力並且將該三相交流電力供應至該輔助裝置。
  3. 如申請專利範圍第1項之電力轉換系統，其中，該蓄電裝置係組構成當已經發生電力減少時，將相當於自該變壓器的該三次繞組所供應之該電力減少的電力排放至該第一交流轉直流轉換單元。
  4. 如申請專利範圍第1項之電力轉換系統，其中，該蓄電裝置係連接至使該行進用電力轉換裝置與該變壓器的該二次繞組相連接的電力線路，係組構成要在電力斷開狀態與電力供應狀態之間做切換的接觸器，其被設置在使該行進用電力轉換裝置與該變壓器的該二次繞組相連接之該電力線路的中間，並且該蓄電裝置係組構成當該接觸器已經被切換至該電力供應狀態時，將排放出的電力供應至該行進用電力轉換裝置。
  5. 如申請專利範圍第1項之電力轉換系統，其中，該行 進用電力轉換裝置包含第二交流轉直流轉換單元和直流轉交流轉換單元，該第二交流轉直流轉換單元係組構成將該第一交流電力轉換成直流電力，該直流轉交流轉換單元係組構成將透過藉由該第二交流轉直流轉換單元之轉換所產生的該直流電力轉換成行進用電力，該蓄電裝置係連接至使該第二交流轉直流轉換單元與該直流轉交流轉換單元相連接的電力線路，係組構成要在電力斷開狀態與電力供應狀態之間做切換的接觸器，其被設置在使該第二交流轉直流轉換單元與該直流轉交流轉換單元相連接之該電力線路的中間，並且該蓄電裝置係組構成當該接觸器已經被切換至該電力供應狀態時，將排放出的電力供應至該直流轉交流轉換單元。
  6. 如申請專利範圍第4項之電力轉換系統，另包括操縱部位，係組構成當該電動車係處於緊急狀況中時，接收到致使該電動車能夠以由該蓄電裝置所排放出之電力來行進的操縱，其中，該接觸器係組構成在接收到由該操縱部位的該操縱後，立即從該電力斷開狀態切換至該電力供應狀態。
  7. 如申請專利範圍第6項之電力轉換系統，另包括行進電力控制單元，係組構成切換行進模式於第一行進模式與第二行進模式之間，在該第一行進模式中，該行進電力控 制單元在該電動車不處於緊急狀況的正常狀況中基於具有預定頻率的載波信號來驅動該行進用電力轉換單元中的切換元件，以致使該行進馬達產生行進轉矩，而該第二行進模式中，該行進電力控制單元基於具有低於該預定頻率之較低頻率的載波信號來驅動該切換元件，以致使該行進馬達產生行進轉矩，其中，該行進電力控制單元係組構成當該電動車係處於緊急狀況中時，將該行進模式切換至該第二行進模式。
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