CZ35665U1 - Zapojení vysokonapěťového měniče pro symetrizaci napájení drážní troleje - Google Patents
Zapojení vysokonapěťového měniče pro symetrizaci napájení drážní troleje Download PDFInfo
- Publication number
- CZ35665U1 CZ35665U1 CZ202139390U CZ202139390U CZ35665U1 CZ 35665 U1 CZ35665 U1 CZ 35665U1 CZ 202139390 U CZ202139390 U CZ 202139390U CZ 202139390 U CZ202139390 U CZ 202139390U CZ 35665 U1 CZ35665 U1 CZ 35665U1
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- connection
- converter
- power
- supply
- phase
- Prior art date
Links
Classifications
-
- 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
-
- 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
- H02M5/10—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 transformers
-
- 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
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
- Rectifiers (AREA)
Description
Zapojení vysokonapěťového měniče pro symetrizaci napájení drážní troleje
Oblast techniky
Technické řešení se týká zapojení výkonového obvodu vysokonapěťového měniče pro napájení střídavé trakční troleje železnice. Měnič je napájen z troj fázové výkonové soustavy, kterou upravuje najednofázové střídavé napájecí napětí elektrické trakce.
Dosavadní stav techniky
Český drážní systém sestává ze dvou napájecích soustav. Starší stejnosměrná soustava je napájena stejnosměrným napětím o úrovni 3 kV a je užívána na zhruba polovině tratí ČR. Novější střídavá soustavaje napájena střídavým napětím 25 kV odvozeným z jedné fáze trojfázové vysokonapěťové elektrické sítě. Znamená to, že používaná elektrická trakční vozidla musí být vybavena jak stejnosměrným, tak i střídavým pohonem. Kromě toho oba napájecí systémy způsobují významné rušení elektrické sítě. Stejnosměrná soustava dodává svými usměrňovači do napájecí sítě významné nežádoucí harmonické složky, způsobující zkreslení tvaru křivky napájecího napětí sítě. Střídavá trakční soustava také nesymetricky zatěžuje napájecí trojfázovou síť v důsledku jednofázového odběru. V současné době je kvalitě odběru přikládán značný význam, a proto harmonické zkreslení i nesymetrie proudu odebíraného elektrickou trakcí významně zvyšují provozní náklady dráhy.
Podstata technického řešení
Výše uvedené nedostatky jsou do značné míry odstraněny zapojením vysokonapěťového měniče pro symetrizaci napájení drážní troleje, obsahujícím napájecí síťový transformátor a výkonový měnič, podle tohoto technického řešení. Jeho podstatou je to, že k sekundární straně napájecího síťového transformátoru je připojen pomocný transformátor, k jehož sekundární straně je připojen výkonový měnič, který sestává ze tří fázových větví sériově zapojených sloupců buněk v sérii s indukčností v třífázovém zapojení do trojúhelníku a každá větev je na vývodu opatřena proudovým čidlem, jejichž výstup je zapojen do řídící jednotky. Každá výkonová buňka měniče sestává z můstkového zapojení čtyř výkonových tranzistorů, vybavených zpětnými diodami a kondenzátorem ve střední větvi.
Fázové větve sériově zapojených sloupců buněk mohou být opatřeny tlumivkami.
Navržené řešení představuje systém, který převádí trojfázové napájecí napětí sítě na střídavé jednofázové napětí pro napájení trakční troleje. Sestává z napájecího síťového transformátoru, z výkonového měniče a pomocného transformátoru, připojeného k sekundární straně napájecího síťového transformátoru. Měnič sestává ze tří fázových větví sériově zapojených buněk měniče, jejichž počet odpovídá požadované velikosti napájecího napětí troleje. Každá buňka sestává z můstkového zapojení čtyř vysokovýkonových tranzistorů IGBT (Insulated Gate Bipolar Tranzistor), zpětných diod a kondenzátorů. Měnič je připojen k sekundární straně pomocného transformátoru, jehož primární strana je napájena z přívodního síťového transformátoru. Sekundární strana pomocného transformátoru je připojena k fázovým větvím měniče zapojeným do trojúhelníku. Měnič upravuje jednofázový proud odebíraný trolejovým vedením z třífázové napájecí soustavy tak, aby zatížení napájecí třífázové sítě bylo symetrické, odebíraný proud z napájecí sítě neobsahoval vyšší harmonické složky a jalovou složku první harmonické. Tato napájecí sestava měniče je řízena procesorovou řídící jednotkou, vybavenou softwarem odpovídajících vlastností.
-1 CZ 35665 UI
Navržené zapojení měniče umožňuje sjednotit napájení troleje na střídavou trakci a současně zajistit symetrický odběr z trojfázové sítě s minimálním zkreslením odebíraného proudu. Realizace navrženého řešení odpovídá vládnímu záměru na podstatné přesunutí nákladní dopravy ze silnic na koleje dráhy a umožňuje podstatné snížení provozních nákladů dráhy. Současně řeší i otázku rekuperace energie při provozu trakčních vozidel.
Objasnění výkresů
Zapojení vysokonapěťového měniče pro symetrizaci napájení drážní troleje podle tohoto technického řešení bude popsáno na příkladech uskutečnění s pomocí přiložených výkresů, kde na Obr. 1 je schéma zapojení buňky můstkového měniče. Na Obr. 2 je schéma zapojení můstkového měniče s pomocným transformátorem. Na Obr. 3 je schéma připojení můstkového měniče do trakčního systému a na Obr. 4 je schéma zapojení můstkového měniče s tlumivkami.
Příklady uskutečnění technického řešení
Příkladné zapojení vysokonapěťového měniče pro symetrizaci napájení drážní troleje, obsahující napájecí síťový transformátor TRI a výkonový měnič má k sekundární straně napájecího síťového transformátoru TRI připojen pomocný transformátor TR2 k jehož sekundární straně je připojen výkonový měnič, který sestává ze tří fázových větví sériově zapojených sloupců buněk Bil až Bln, B21 až B2n a B31 až B3n v sérii s indukčností LI, L2 a L3 v třífázovém zapojení do trojúhelníku. Každá větev je na vývodu opatřena proudovým čidlem II, 12 a 13, jejichž výstup je zapojen do řídící jednotky ŘJ. Každá výkonová buňka měniče sestává z můstkového zapojení čtyř výkonových tranzistorů TI. T2. T3 a T4, vybavených zpětnými diodami Dl. D2. D3 aD4 a kondenzátorem C ve střední větvi.
V dalším provedení zapojení vysokonapěťového měniče jsou fázové větve sériově zapojených sloupců buněk Bl 1 až BIn, B21 až B2n a B31 až B3n opatřeny tlumivkami L.
Konkrétní buňka měniče je znázorněna na Obr. 1. Buňka měniče sestává ze čtyř výkonových tranzistorů TI, T2, T3 a T4 se svými zpětnými diodami Dl, D2, D3 a D4 v můstkovém zapojení a z kondenzátoru C ve střední větvi. Vývody můstku slouží k připojení buňky do celkového schématu měniče na Obr. 2.
Vlastní měnič sestává ze tří sériově zapojených sloupců buněk Bil až Bln, B21 až B2n, B31 až B3n v sérii s indukčností v třífázovém zapojení do trojúhelníka. Každá větev je na vývodu opatřena proudovým čidlem H, 12 a 13 umístěným podle Obr. 2, jehož výstup je zapojen do řídicí jednotky RJ. Vrcholy trojúhelníka jsou připojeny na sekundární fázové vývody pomocného transformátoru TR2. Primární vinutí pomocného transformátoru TR2 je napájeno z napájecího síťového transformátoru TRI a ze dvou jeho vývodů je napájena trakční trolej 25 kV.
Řídicí jednotka ŘJ měniče měří prostřednictvím čidel fázové proudy a napětí na vývodech sekundárního vinutí napájecího síťového transformátoru TRI a proud tekoucí do troleje. Dále dostává signály z proudových čidel Π, 12,13· Rovněž jsou měřena napětí na všech kondenzátorech tranzistorových buněk. Řídicí jednotka generuje zapínací pulzy pro řízení tranzistorů TI, T2, T3 a T4 všech buněk měniče na základě snímaného napájecího napětí a snímaného průběhu proudu pomocí proudových čidel II a 12.
Trakční trolej je přímo napájena z vývodů dvou fází pomocného transformátoru TR2.
Technické řešení bylo realizováno na fúnkčním modelu měniče, který byl proveden v úplném souboru plánovaných součástek podle Obr. 1 a Obr. 2 s navrženou řídicí jednotkou ŘJ, vybavenou sestaveným fúnkčním řídicím algoritmem. Na základě výsledků zkoušek byl navržen výkonový
- 2 CZ 35665 UI funkční vzor o výkonu 1 MW a provedeny funkční zkoušky. Pro využití na trakčních napájecích jednotkách se předpokládá výkon napájecí soustavy 20 MW, případně vyšší podle požadavků traťového napájení v dané lokalitě.
Funkční vzor měniče pro navrženou napájecí soustavu sestává z n rozváděčových rámů a byl instalován na zkušebním pracovišti.
Průmyslová využitelnost
Využití technického řešení se předpokládá v trakčních napájecích stanicích (TNS) Správy železnic v souvislosti se schválenou koncepcí přechodu na jednotnou napájecí soustavu. V první fázi zkoušek se předpokládá nasazení TNS příslušného výkonu na méně významné větve tratí a podle výsledků zkoušek se předpokládá postupné nasazení navrženého napájecího systému na další 15 současné stejnosměrné napájecí stanice. Optimálním výsledkem řešení by bylo nasazení navrženého napájecího systému na všechny dosud stejnosměrné trakční napájecí stanice ČR.
Claims (2)
- NÁROKY NA OCHRANU1. Zapojení vysokonapěťového měniče pro symetrizaci napájení drážní troleje, obsahující 5 napájecí síťový transformátor (TRI) a výkonový měnič, vyznačující se tím, že k sekundární straně napájecího síťového transformátoru (TRI) je připojen pomocný transformátor (TR2) k jehož sekundární straně je připojen výkonový měnič, který sestává ze tří fázových větví sériově zapojených sloupců buněk (Bil až Bln), (B21 až B2n) a (B31 až B3n) v sérii s indukčností (LI, L2, L3) v třífázovém zapojení do trojúhelníku a každá větev je na vývodu opatřena proudovým to čidlem (II, 12,13), jejichž výstup je zapojen do řídicí jednotky (RJ), přičemž každá výkonová buňka měniče sestává z můstkového zapojení čtyř výkonových tranzistorů (TI, T2, T3, T4), vybavených zpětnými diodami (Dl, D2, D3, D4) a kondenzátorem (C) ve střední větvi.
- 2. Zapojení vysokonapěťového měniče podle nároku 1, vyznačující se tím, že fázové větve 15 sériově zapojených sloupců buněk (Bil až Bln), (B21 až B2n) a (B31 až B3n) jsou opatřeny tlumivkami (L).
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ202139390U CZ35665U1 (cs) | 2021-11-20 | 2021-11-20 | Zapojení vysokonapěťového měniče pro symetrizaci napájení drážní troleje |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ202139390U CZ35665U1 (cs) | 2021-11-20 | 2021-11-20 | Zapojení vysokonapěťového měniče pro symetrizaci napájení drážní troleje |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ35665U1 true CZ35665U1 (cs) | 2021-12-14 |
Family
ID=80038860
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ202139390U CZ35665U1 (cs) | 2021-11-20 | 2021-11-20 | Zapojení vysokonapěťového měniče pro symetrizaci napájení drážní troleje |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ35665U1 (cs) |
-
2021
- 2021-11-20 CZ CZ202139390U patent/CZ35665U1/cs active Protection Beyond IP Right Term
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10498221B2 (en) | Multi-mode energy router | |
| CN103895534B (zh) | 基于模块化多电平换流器的双流制牵引供电系统 | |
| US8314602B2 (en) | Converter cell module, voltage source converter system comprising such a module and a method for controlling such a system | |
| US12021401B2 (en) | Single stage charger for high voltage batteries | |
| CA2608741A1 (en) | Multi-level active filter | |
| KR102601772B1 (ko) | 차량-측면 충전 디바이스 | |
| US12040713B2 (en) | DC-DC converter of power conversion system | |
| CN102668353A (zh) | 电力转换装置 | |
| CN115158040A (zh) | 一种电动车 | |
| KR20230000334A (ko) | 모터 구동 시스템을 이용한 차량용 배터리 충전 시스템 | |
| CN105052029B (zh) | 能量存储设备和具有能量存储设备的系统 | |
| KR20230000335A (ko) | 모터 구동 시스템을 이용한 차량용 배터리 충전 시스템 | |
| KR20240021120A (ko) | Ac 배터리에 통합된 직류-직류 변환기를 위한 방법및 회로 | |
| Ismail et al. | A review of recent HVDC tapping topologies | |
| US11664739B2 (en) | Four-arm NPC converter for electric vehicles and two-way charger comprising such a converter | |
| CN103414242B (zh) | 一种电气化铁路同相供电方法及备机构造 | |
| CN116373697B (zh) | 基于共直流侧电容型多电平变换器的柔性带电过分相系统 | |
| EP3346594A1 (en) | Bidirectional chopper circuit | |
| CN207388927U (zh) | 电动公交充电桩主回路拓扑结构 | |
| CN111890998A (zh) | 同相供电装置、贯通式同相供电构造、系统及控制方法 | |
| CN107623318A (zh) | 一种新型牵引变电所电能质量综合治理装置和控制方法 | |
| JP2004007991A (ja) | 電気車の駆動装置 | |
| CN117458547A (zh) | 一种集成储能系统、控制方法及储能柜 | |
| Drabek et al. | Novel primary high voltage traction converter topology for multi-system locomotives | |
| CN114123822B (zh) | 一种用于多流制机车的可复用网侧变流器 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FG1K | Utility model registered |
Effective date: 20211214 |
|
| ND1K | First or second extension of term of utility model |
Effective date: 20251010 |