ES3040585T3 - Arrangement for driving a locomotive having different energy provision systems - Google Patents

Arrangement for driving a locomotive having different energy provision systems

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ES3040585T3
ES3040585T3 ES23157596T ES23157596T ES3040585T3 ES 3040585 T3 ES3040585 T3 ES 3040585T3 ES 23157596 T ES23157596 T ES 23157596T ES 23157596 T ES23157596 T ES 23157596T ES 3040585 T3 ES3040585 T3 ES 3040585T3
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Bernhard Höscheler
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Abstract

La invención se refiere a un sistema para impulsar una locomotora con diferentes sistemas de suministro de energía. La locomotora comprende un sistema principal de suministro de energía y un sistema de tracción. La energía suministrada por el sistema principal se transmite al sistema de tracción como potencia motriz, que la utiliza para mover la locomotora. Un vagón incluye al menos un sistema de suministro de energía adicional, denominado sistema auxiliar, que suministra potencia motriz al sistema principal con un retardo respecto al sistema principal. Los componentes que pueden ser utilizados tanto por el sistema principal como por el o los sistemas auxiliares se implementan una sola vez y son utilizados conjuntamente por ambos. Los componentes que pueden ser utilizados exclusivamente por el o los sistemas auxiliares se encuentran dispuestos en el vagón. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Disposición para el accionamiento de una locomotora con diferentes sistemas de suministro de energía La invención se refiere a una disposición para el accionamiento de una locomotora con diferentes sistemas de suministro de energía.
Se conocen locomotoras con diferentes sistemas de suministro de energía que están dispuestos en cada caso independientemente entre sí en la locomotora y funcionan independientemente unos de otros.
Una locomotora de doble potencia, por ejemplo, utiliza como primer sistema de suministro de energía un motor diésel que acciona un generador eléctrico acoplado con el motor diésel. La energía eléctrica generada de este modo se transmite a los motores eléctricos de accionamiento de la locomotora, que a su vez accionan la locomotora.
Paralelamente, en la locomotora hay un segundo sistema de suministro de energía, por ejemplo, un sistema de suministro de energía eléctrica. La locomotora toma energía eléctrica de una línea aérea de alto voltaje a través de un pantógrafo y la alimenta a un transformador a través de un interruptor principal. El transformador convierte el alto voltaje a un valor de voltaje medio más bajo. A continuación, el voltaje medio se alimenta a su vez a través de un llamado controlador de cuatro cuadrantes y un inversor conectado aguas abajo de este a los motores de accionamiento 20 eléctricos de la locomotora, que luego accionan la locomotora.
Las locomotoras de este tipo se pueden utilizar de forma flexible porque, como vehículos sobre raíles con pantógrafos y motores diésel, pueden circular casi sin interrupción en rutas electrificadas, en rutas no electrificadas y en sus áreas de transición.
Por otro lado, es desventajoso que un vehículo sobre raíles de este tipo presente una gran masa total y un gran volumen, debido a los dos sistemas de suministro de energía configurados paralelamente y a sus componentes.
Debido a las restricciones dadas en el volumen del vehículo ferroviario y en su peso total permitido, el número de sistemas de generación de energía que se puede utilizar es limitado. En general, se prevén dos, como máximo tres, sistemas de suministro de energía por vehículo sobre raíles o por conjunto de trenes de vehículos sobre raíles.
También es conocido, para un uso escalonado de diferentes sistemas de suministro de energía, acoplar una primera locomotora, que dispone de un accionamiento diésel, por ejemplo, y una segunda locomotora, que presenta un pantógrafo y motores trifásicos, por ejemplo, y utilizar estas locomotoras acopladas como un tren. En función de la sección de recorrido, una de las dos locomotoras se utiliza como vehículo de tracción, por ejemplo, de vagones, etc.
Debido al peso, la resistencia a la tracción y la masa de la locomotora no requerida en cada caso, se consume energía adicional y se incrementa el esfuerzo de mantenimiento. En última instancia, la solución de la combinación de trenes 40 es fácil de implementar, pero genera altos costos de funcionamiento.
Por el documento DE 102017201408 A1 se conoce un tren ferroviario que comprende un vehículo de tracción con un motor de tracción eléctrico y un generador accionado por un motor diesel. Al vehículo de tracción está acoplado un coche de pasajeros con un pantógrafo. Mediante un transformador del coche de pasajeros, se transmite energía eléctrica desde el coche de pasajeros hacia el vehículo de tracción.
Por el documento EP 1186497 A1 se conoce un vehículo sobre raíles con una pluralidad de sistemas de suministro de energía.
Por el documento US 2016264152 A1 se conoce una locomotora con un generador para generar energía eléctrica. La locomotora está conectada a un vehículo auxiliar que dispone de un dispositivo de recepción de corriente, desde una red de corriente externa. Al vehículo auxiliar también pertenece un transformador que está acoplado eléctricamente a un motor eléctrico de la locomotora, para suministrar a la locomotora energía eléctrica de manera dirigida.
Por el documento DE 10064973 A1 se conoce un sistema eléctrico de suministro de energía de una unidad automotora (1) con unidades de accionamiento (2) para un primer sistema de tensión. Al menos un vehículo (3) separado, acoplado eléctricamente a la unidad automotora, que suministra energía, está provisto de una unidad (4, 7) para tomar y convertir energía eléctrica de al menos un segundo sistema de tensión en energía eléctrica del primer sistema de tensión.
Por tanto, el objetivo de la presente invención es indicar una solución mejorada para una locomotora que permita el uso rentable de diferentes fuentes de energía.
Este objetivo se resuelve mediante las características de la reivindicación 1. Perfeccionamientos ventajosos se indican en las reivindicaciones dependientes.
La invención se refiere a una disposición para el accionamiento de una locomotora con diferentes sistemas de suministro de energía, conteniendo la locomotora un sistema principal de suministro de energía como sistema principal y un sistema de accionamiento con motores de tracción.
La energía proporcionada por el sistema principal se suministra como potencia de accionamiento al sistema de accionamiento y es utilizada por este para mover la locomotora.
Un vagón contiene al menos un sistema de suministro de energía adicional como sistema auxiliar, utilizándose al menos un sistema auxiliar en un momento posterior al sistema principal para suministrar potencia de accionamiento al sistema de accionamiento.
Los componentes que pueden ser utilizados tanto por el sistema principal como por el al menos un sistema auxiliar se implementan únicamente una vez y son utilizados conjuntamente tanto por el sistema principal como por el al menos un sistema auxiliar.
Los componentes que solo pueden ser utilizados exclusivamente por el al menos un sistema auxiliar están dispuestos en el vagón.
La energía proporcionada o convertida por el sistema de suministro de energía se suministra al sistema de accionamiento como potencia de accionamiento y se utiliza para accionar o mover la locomotora.
A este respecto, un primer sistema de suministro de energía forma el denominado sistema principal de suministro de energía o sistema principal.
Otro sistema de suministro de energía que se va a utilizar (pero en paralelo) después del sistema de suministro de energía principal forma el denominado primer sistema de suministro de energía auxiliar o primer sistema auxiliar.
Otros sistemas de suministro de energía, que a su vez se van a utilizar en paralelo, pero en otro momento, al sistema de suministro de energía principal y al primer sistema de suministro de energía auxiliar, constituyen correspondientemente un segundo, tercer, etc., sistema de suministro de energía auxiliar o sistema auxiliar. Los componentes del sistema principal están dispuestos íntegramente en la locomotora. Esto permite el funcionamiento autosuficiente de la locomotora, ya que todos los componentes necesarios (suministro de energía o conversión de energía y accionamiento) forman parte de la locomotora.
Los componentes que pueden ser utilizados tanto por el sistema principal como por los respectivos sistemas auxiliares únicamente se implementan una vez.
En un perfeccionamiento preferente, estos componentes están dispuestos en la propia locomotora, como se ha descrito anteriormente.
En un diseño alternativo, estos componentes están dispuestos al menos parcialmente en el vagón que se describe a continuación.
Los componentes que solo pueden ser utilizados por los respectivos sistemas auxiliares están dispuestos en un vagón.
Preferentemente, el vagón se acopla directamente a la locomotora, formando ambos forman así una especie de convoy.
Alternativamente a esto, la locomotora puede estar indirectamente conectada al vagón mediante extensiones de cable que pasan por otros vagones (utilitarios).
A continuación, se indican los sistemas de suministro de energía convencionales con sus componentes y su distribución entre locomotora y vagón, siempre que se trate de sistemas auxiliares:
Funcionamiento con corriente alterna:
Disposición en el vagón:
- pantógrafo
- interruptor principal
- transformador
- controlador de cuatro cuadrantes
- (sub)circuito intermedio
Disposición en la locomotora:
- (sub)circuito intermedio
- convertidores o convertidores de frecuencia para los motores de tracción
- motor(es) asíncrono(s) trifásico(s) como motor(es) de tracción
- refrigeración para motor(es) de tracción,
- instalación de freno neumático
- sistema compresor para instalación de freno neumático
Funcionamiento con corriente continua:
Disposición en el vagón:
- pantógrafo
- interruptor principal o interruptor rápido
- convertidor elevador (opcional, convierte el voltaje de CC en el voltaje del circuito intermedio deseado) - (sub)circuito intermedio
Disposición en la locomotora:
- (sub)circuito intermedio
- convertidores o convertidores de frecuencia para los motores de tracción
- motor(es) asíncrono(s) trifásico(s) como motor(es) de tracción
- refrigeración para motor(es) de tracción
- instalación de freno neumático
- instalación de compresor para instalación de freno neumático
Funcionamiento diésel:
Disposición en el vagón:
- motor diésel para generar electricidad
- generador para generar la potencia o energía eléctrica requerida
- convertidor para adaptar la energía al circuito intermedio (adaptación de tensión)
- (sub)circuito intermedio
Disposición en la locomotora:
- (sub)circuito intermedio
- convertidores o convertidores de frecuencia para los motores de tracción
- motor(es) asíncrono(s) trifásico(s) como motor(es) de tracción
- refrigeración para motores de tracción
- instalación de freno neumático
- sistema compresor para instalación de freno neumático
Funcionamiento de almacenamiento de energía:
Disposición en el vagón:
- almacenamiento de energía, por ejemplo, acumuladores, almacenamiento de hidrógeno con pilas de combustible, ultracaps, etc.
- si se requiere, convertidor de energía a energía eléctrica (por ejemplo, cuando se usa una célula de combustible)
- si se requiere, convertidor para adaptar el voltaje de almacenamiento de energía a un voltaje de circuito intermedio deseado
- (sub)circuito intermedio
Disposición en la locomotora:
- (sub)circuito intermedio
- convertidores o convertidores de frecuencia para los motores de tracción
- motor asíncrono trifásico como motor de tracción
- refrigeración para motores de tracción
- instalación de freno neumático
- instalación de compresor para instalación de freno neumático
A modo de resumen y ejemplo, pero no limitativo, se describe a continuación con más detalle una configuración en la que una locomotora debe circular tanto por un tramo electrificado con alta tensión CA como por un tramo no electrificado.
En un diseño preferente, se selecciona entonces un accionamiento diésel como sistema principal y un accionamiento CA como primer sistema auxiliar.
Los componentes necesarios se dividen preferentemente entre la locomotora, por un lado, y el vagón, por el otro, de la siguiente manera:
Los componentes del sistema principal, es decir, del accionamiento diésel, se disponen en la locomotora. Estos componentes son parcialmente utilizados tanto por el sistema principal como por el sistema auxiliar. En detalle, estos son:
- motor diésel
- generador para generar la potencia eléctrica requerida
- (sub)circuito intermedio
- convertidor
- motor(es) asíncrono(s) trifásico(s) como motor(es) de tracción
- refrigeración para motores de tracción 25 - instalación de freno neumático
- sistema compresor para instalación de freno neumático
Todos los componentes restantes del sistema auxiliar están dispuestos en el vagón. Estos componentes solo son utilizados por el sistema auxiliar. Estos son:
- pantógrafo
- interruptor principal
- transformador
- controlador de cuatro cuadrantes
- (sub)circuito intermedio
La locomotora elige entre el sistema principal y el sistema auxiliar, dependiendo de la sección de recorrido. Los componentes necesarios en cada caso están conectados entre sí a través de un circuito de selección para hacer funcionar la locomotora en función del tramo de recorrido.
De este modo, la locomotora contiene todos los componentes necesarios para un funcionamiento autosuficiente basado en diésel en un primer tramo predefinido.
En un perfeccionamiento preferente, los (sub-)circuitos intermedios están diseñados para ser separables, por ejemplo, a través de separadores.
En un perfeccionamiento preferente, los puntos de conexión para posibles (sub-)circuitos intermedios están dispuestos en un extremo o en los dos extremos de la locomotora, de modo que se hace posible una conexión desde el exterior de la locomotora.
Una combinación de locomotora y vagón con capacidad de funcionamiento se genera a través de conexiones eléctricas diseñadas apropiadamente de los subcircuitos intermedios del vagón y la locomotora. A este respecto, el sistema de suministro de energía del vagón está conectado a los componentes de accionamiento de la locomotora.
El suministro de energía del vagón se realiza opcionalmente a través de uno o más sistemas diferentes de suministro de energía instalados.
En un perfeccionamiento preferente, el espacio o volumen libre no utilizado del vagón, cuyo tamaño viene dado generalmente por el operador, se utiliza para fines distintos al suministro de energía. Este espacio libre se puede utilizar, por ejemplo, para transportar mercancías, correo o personas.
Además, el espacio libre se puede utilizar para servicios adicionales (por ejemplo, funcionamiento de vagones restaurante, salón VIP, área de trabajo para viajes de trabajo) para aumentar aún más la eficiencia económica de la combinación completa, que consta de locomotora y vagón.
La presente invención hace posible ahorrar costes, volumen y peso mediante la disposición espacial de los componentes individuales en la locomotora o vagón y mediante el aprovechamiento múltiple de los componentes.
Se ahorran o reducen costos de mantenimiento y funcionamiento en comparación con el estado de la técnica conocido.
El peso del vagón que se ha de transportar es significativamente menor que el peso de una segunda locomotora, como se requería hasta ahora, por lo que también se ahorran costos de energía y se reduce el desgaste de la infraestructura (vías).
La invención optimiza costes y posibles fines a través de un diseño modular.
A continuación, la presente invención se explica con más detalle con la ayuda de un dibujo.
LaFigura 1muestra un ejemplo de realización preferente de la invención con un sistema de suministro de energía principal (sistema principal) y un total de cuatro sistemas de suministro de energía auxiliares (sistemas auxiliares).
Una locomotora LOK lleva todos los componentes de un sistema principal HA, que, en este caso, a modo de ejemplo, es un accionamiento diésel.
La locomotora LOK está accionada por motores de tracción FM, que también están integrados en la locomotora LOK.
Además, la locomotora LOK lleva los componentes necesarios para su funcionamiento autónomo como locomotora diésel. A modo de ejemplo, se trata a este respecto de un sistema de protección de trenes ZUGSI, un sistema de control STEU y un equipo de accionamiento ANTA.
Un vagón WA acoplado a la locomotora LOK transporta componentes de los cuatro sistemas auxiliares. A este respecto, se trata de:
- un primer sistema auxiliar HS1 que está configurado como un sistema de suministro de energía de corriente alterna 30 de una primera frecuencia,
- un segundo sistema auxiliar HS2 que está configurado como un sistema de suministro de energía de corriente continua,
- un tercer sistema auxiliar BSZ, cuya energía se proporciona mediante una pila de combustible, y de - un cuarto sistema auxiliar BAT, cuya energía se proporciona mediante una batería.
El primer sistema auxiliar HS1 obtiene energía de una red de líneas con la ayuda de un pantógrafo SA1. El pantógrafo SA1 es, por ejemplo, un pantógrafo que puede extenderse o retraerse y está dispuesto en el techo del vagón WA.
El segundo sistema auxiliar HS2 extrae energía de una red de líneas con la ayuda de un pantógrafo SA2. El pantógrafo SA2, que está realizado de manera cuádruple en este caso, es, por ejemplo, un pantógrafo lateral que se puede plegar o desplegar.
Los dos sistemas auxiliares HS1 y HS2 utilizan conjuntamente un transformador o una bobina inductora de choque TRAFO que también forma parte del vagón WA.
También se prevé un actuador 4QS para los sistemas auxiliares HS1 y HS2, que también se usa conjuntamente y que forma otra parte del vagón WA.
A este respecto, el controlador 4QS está configurado como un controlador de cuatro cuadrantes para el primer sistema auxiliar HS1. El controlador 4QS está configurado como un convertidor elevador/reductor para el segundo sistema auxiliar HS2.
La energía del tren o potencia generada por los cuatro sistemas auxiliares HS1 a HS4 llega desde el vagón WA a la locomotora LOK a través de una línea de enlace CC.
Otra línea STEUER transmite las señales de control necesarias a ambos lados entre vagón WA y locomotora LOK.
El vagón WA está conectado a la locomotora LOK de forma desmontable o acoplado permanentemente. Con la ayuda de la línea de enlace CC, la locomotora LOK puede recibir tensión de CC del vagón WA.
Los componentes necesarios para ello, por ejemplo, convertidor, transformador, equipos de alisado, etc., están dispuestos en el vagón WA para generar la energía necesaria para el accionamiento. Alternativamente, se instalan en la locomotora LOK.
La energía requerida también se puede utilizar para alimentar una red de a bordo de la locomotora LOK.

Claims (12)

REIVINDICACIONES
1. Disposición para el accionamiento de una locomotora (LOK) con diferentes sistemas de suministro de energía,
- con una locomotora (LOK) que incluye un sistema de suministro de energía principal como sistema principal (HA) y un sistema de accionamiento con motores de tracción (FM), proporcionándose la energía suministrada por el sistema principal (HA) al sistema de accionamiento como potencia de accionamiento y siento utilizada por este para mover la locomotora (LOK),
- con un vagón (WA) que contiene al menos un sistema de suministro de energía adicional como sistema auxiliar (HS1), utilizándose al menos un sistema auxiliar (HS1) en un momento posterior al sistema principal (HA) para suministrar potencia de accionamiento al sistema de accionamiento, - en la que los componentes que pueden ser utilizados tanto por el sistema principal (HA) como por al menos un sistema auxiliar (HS1) únicamente se implementan una vez, de modo que esos componentes son utilizados conjuntamente tanto por el sistema principal (HA), como también por al menos un sistema auxiliar (HS1), y
- en la que los componentes que solo pueden ser utilizados por el al menos un sistema auxiliar (HS1) están dispuestos en el vagón (WA),
- en la que los componentes necesarios del sistema principal (HA) están dispuestos completamente en la locomotora (LOK), de modo que la locomotora (LOK) pueda funcionar de forma autosuficiente, - en la que al menos un sistema auxiliar (HS1) está basado en corriente alterna, y el vagón (WA), como componentes de al menos un sistema auxiliar (HS1), presenta un pantógrafo, un interruptor principal, un transformador y un controlador de cuatro cuadrantes (4QS),
- en la que la locomotora (LOK), como componentes del sistema principal (HA), presenta un convertidor o un convertidor de frecuencia para los motores de tracción (FM),
- en la que un circuito intermedio, que está dispuesto entre el controlador de cuatro cuadrantes (4QS) y el convertidor, está dispuesto de manera opcional y al menos parcialmente en el vagón (WA) o en la locomotora (LOK).
2. Disposición según la reivindicación 1, en la que sistemas de suministro de energía adicionales, como sistemas auxiliares (HS2, BSZ, BAT), están dispuestos en el vagón (WA).
3. Disposición según una de las reivindicaciones precedentes,
- en la que el vagón (WA) está directamente acoplado a la locomotora (LOK), o
- en la que la locomotora (LOK) está indirectamente conectada al vagón (WA) mediante extensiones de cable que pasan por otros vagones (WA).
4. Disposición según una de las reivindicaciones precedentes, en la que la locomotora (LOK), como componentes del sistema de accionamiento, presenta motores asíncrono trifásicos como motores de tracción (FM), una refrigeración para los motores de tracción (FM), una instalación de freno neumático o un sistema compresor para la instalación de freno neumático,
5. Disposición según la reivindicación 2, en la que en la que, en un sistema auxiliar (HS2) basado en corriente continua,
- el vagón (WA), como componentes del sistema auxiliar (HS2), presenta un pantógrafo, un interruptor principal y, opcionalmente, un convertidor elevador,
- un circuito intermedio, que está dispuesto entre el interruptor principal o el convertidor elevador y el convertidor del motor de tracción, está dispuesto al menos parcialmente en el vagón (WA) o en la locomotora (LOK).
6. Disposición según la reivindicación 2, en la que, en un sistema auxiliar basado en un funcionamiento diésel,
- el vagón (WA), como componentes del sistema auxiliar, presenta un motor diésel, un generador conectado con el motor diésel para generar la potencia o energía eléctrica requerida y, opcionalmente, un convertidor para adaptar la potencia o energía eléctrica a un circuito intermedio,
- el circuito intermedio, que está dispuesto entre el generador o el convertidor opcional y el convertidor del motor de tracción, está dispuesto al menos parcialmente en el vagón (WA) o en la locomotora (LOK).
7. Disposición según la reivindicación 2, en la que, en el sistema auxiliar, basado en el funcionamiento de almacenamiento de energía,
- el vagón (WA), como componentes del sistema auxiliar, presenta un acumulador de energía, en particular un acumulador, un almacenamiento de hidrógeno con pila de combustible y/o ultracaps, - el vagón (WA) presenta opcionalmente un convertidor de energía que convierte la energía suministrada desde el acumulador de energía en energía eléctrica,
- el vagón (WA) presenta opcionalmente un convertidor para adaptar la energía almacenada en una tensión deseada del circuito intermedio,
- un circuito intermedio, que está dispuesto entre el acumulador de energía y el convertidor del motor de tracción, está dispuesto opcionalmente y al menos parcialmente en el vagón (WA) o en la locomotora (LOK).
8. Disposición según una de las reivindicaciones precedentes,
- en la que un accionamiento diesel está diseñado como sistema principal (HA),
- en la que la locomotora (LOK), como componentes del sistema principal (HA), presenta un motor diésel y un generador conectado a éste, para generar la potencia eléctrica requerida.
9. Disposición según la reivindicación 2,
- en la que un sistema de suministro de energía basado en corriente continua o un sistema de suministro de energía basado en corriente alterna está diseñado como sistema principal (HA), y un accionamiento diesel está diseñado como sistema auxiliar,
- en la que el vagón (WA), como componentes del sistema auxiliar, presenta un motor diesel, un generador y un convertidor para generar una tensión continua de enlace CC,
- en la que la locomotora (LOK), como componentes del sistema principal, presenta un pantógrafo, un transformador o bobina inductora de choque conectada a éste para generar una potencia eléctrica requerida y un convertidor con un controlador de cuatro cuadrantes, o convertidor elevador o convertidor reductor,
- en la que un circuito intermedio, que está dispuesto entre el convertidor y el convertidor del motor de tracción, está dispuesto opcionalmente y al menos parcialmente en el vagón o en la locomotora.
10. Disposición según una de las reivindicaciones precedentes, en la que eventuales (sub)circuitos intermedios están realizados de modo que pueden separarse mediante un separador.
11. Disposición según una de las reivindicaciones precedentes, en la que puntos de conexión para eventuales (sub)circuitos intermedios están dispuestos en un extremo o en los dos extremos de la locomotora (LOK), de modo que se permite una conexión desde el exterior de la locomotora (LOK).
12. Disposición según una de las reivindicaciones precedentes, en la que el volumen libre no requerido del vagón (WA) está diseñado para ser utilizado para el transporte de mercancías, correo o personas o como área de servicio.
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