ITTO20130305A1 - Sistema di trazione elettrica - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

“SISTEMA DI TRAZIONE ELETTRICAâ€

SETTORE TECNICO DELL’INVENZIONE

La presente invenzione à ̈ relativa ad un sistema di trazione/propulsione elettrica per veicoli o mezzi di trasporto di qualunque tipo, ad esempio per treni, tram, filobus, automobili, motocicli, navi, ecc..

Più specificatamente, la presente invenzione concerne un sistema di trazione/propulsione elettrica che include un motore elettrico a corrente continua (CC) ed un convertitore elettronico di tipo inverter, che à ̈ accoppiato al motore CC ed à ̈ progettato per ricevere un’alimentazione in corrente continua e per alimentare opportunamente detto motore CC.

La presente invenzione trova vantaggiosa, anche se non esclusiva, applicazione nel settore ferroviario per la trazione/propulsione elettrica di veicoli ferroviari.

A tal riguardo, nel seguito, per semplicità di descrizione, si farà esplicito riferimento, senza per questo perdere di generalità, alla trazione/propulsione elettrica di veicoli ferroviari, restando sottinteso che la presente invenzione può essere vantaggiosamente sfruttata per la trazione/propulsione elettrica di un qualsiasi tipo di veicolo o mezzo di trasporto, come ad esempio un treno, un tram, un filobus, un’automobile, un motociclo, una nave, ecc..

STATO DELL’ARTE

Storicamente, nella trazione elettrica ferroviaria si à ̈ iniziato con l’uso di motori a corrente continua (CC) alimentati o direttamente da una linea in corrente continua, oppure tramite l’uso di appositi convertitori corrente continua/corrente continua noti come frazionatori elettronici o chopper. In particolare, in passato l’architettura basata su motore CC e chopper à ̈ stata molto utilizzata nella trazione elettrica ferroviaria per la semplicità di controllo di un motore CC rispetto ad un motore a corrente alternata (CA). Ancora oggi per applicazioni più semplici, economiche e di bassa potenza, come un’automobile elettrica od un motociclo elettrico, si continua ad usare, per la trazione, un’architettura basata su un motore CC ed un chopper alimentati da una batteria.

Va, però, ricordato che un motore CC à ̈ più complesso da costruire, più ingombrante e più pesante, a parità di potenza, di un motore CA ed, inoltre, richiede più manutenzione, in particolare richiede una manutenzione costante delle spazzole e del collettore. Pertanto, un motore CA risulta essere un motore più semplice da costruire, più piccolo, più leggero, più robusto e più affidabile, a parità di potenza, di un motore CC.

Al contrario, però, un motore CA viene normalmente alimentato da una linea in corrente continua tramite l’uso di un convertitore corrente continua/corrente alternata detto inverter, che, com’à ̈ noto, à ̈ un apparato elettronico più complesso di un chopper. In particolare, un chopper à ̈ un apparato elettronico più semplice da realizzare e da far funzionare tramite l’uso di semplici semiconduttori di potenza, mentre un inverter à ̈ un apparato elettronico più complesso da realizzare e da controllare.

Il progresso della tecnologia ha, in ogni caso, permesso che, nella trazione elettrica ferroviaria, l’architettura basata su motore CA ed inverter (ossia basata su motori più semplici, robusti, piccoli ed affidabili e su convertitori più complessi) nel tempo prendesse il sopravvento e soppiantasse quasi completamente, nei nuovi prodotti e progetti, l’architettura basata su motore CC e chopper (ossia basata su motori più complessi, ingombranti e pesanti e su convertitori più semplici). Pertanto, oggi quasi tutti i nuovi sistemi di propulsione ferroviaria vengono realizzati utilizzando l’architettura basata su motore CA ed inverter.

Alla luce di quanto precedentemente descritto, nel caso in cui si voglia ammodernare un vecchio veicolo ferroviario equipaggiato con un motore CC e si voglia, per motivi economici, conservare il motore CC rimandando la sua sostituzione ad un secondo momento, possono sorgere due problemi. Il primo problema à ̈ che un chopper, al giorno d’oggi, non à ̈ facilmente reperibile sul mercato poiché à ̈ un sistema elettronico tecnologicamente superato e scarsamente utilizzato. Inoltre, anche nel caso in cui si riesca a reperire un chopper, un secondo problema potrebbe nascere nel momento in cui si volesse cambiare anche il motore CC. Infatti, nel caso in cui si decidesse di cambiare il motore CC sostituendolo con un motore CA, sarebbe necessario sostituire anche il chopper con un inverter.

OGGETTO E RIASSUNTO DELL’INVENZIONE

Pertanto, scopo della presente invenzione à ̈ quello di fornire un sistema di trazione/propulsione elettrica per veicoli e mezzi di trasporto, che sia in grado di superare, almeno in parte, i suddetti problemi.

Il suddetto scopo à ̈ raggiunto dalla presente invenzione in quanto essa concerne un sistema di trazione elettrica, secondo quanto definito nelle rivendicazioni allegate.

In particolare, il sistema di trazione elettrica secondo la presente invenzione comprende un motore elettrico a corrente continua ed un convertitore elettronico di tipo inverter accoppiato al motore a corrente continua e configurato per ricevere un’alimentazione in corrente continua e per azionare detto motore a corrente continua (6).

Convenientemente, il sistema di trazione elettrica comprende anche un’unità elettronica di controllo che à ̈ accoppiata al convertitore elettronico di tipo inverter ed à ̈ configurata per controllare il funzionamento di detto convertitore elettronico di tipo inverter per azionare il motore a corrente continua.

BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI

Per una migliore comprensione della presente invenzione, alcune forme preferite di realizzazione, fornite a puro titolo di esempio esplicativo e non limitativo, verranno ora illustrate con riferimento ai disegni annessi (non in scala), in cui:

• la Figura 1 illustra schematicamente un’architettura secondo l’arte nota per la trazione elettrica ferroviaria basata su un motore asincrono trifase a corrente alternata ed un inverter; e

• la Figura 2 illustra schematicamente un sistema di trazione/propulsione elettrica secondo una forma preferita di realizzazione della presente invenzione, in cui l’inverter di Figura 1 à ̈ usato in modo inventivo per alimentare un motore a corrente continua.

DESCRIZIONE DETTAGLIATA DI FORME PREFERITE DI REALIZZAZIONE DELL’INVENZIONE

La seguente descrizione viene fornita per permettere ad un tecnico del settore di realizzare ed usare l’invenzione. Varie modifiche alle forme di realizzazione presentate saranno immediatamente evidenti a persone esperte ed i generici principi qui divulgati potrebbero essere applicati ad altre forme realizzative ed applicazioni senza, però, per questo uscire dall’ambito di tutela della presente invenzione.

Quindi, la presente invenzione non deve essere intesa come limitata alle sole forme di realizzazione descritte e mostrate, ma le deve essere accordato il più ampio ambito di tutela coerentemente con i principi e le caratteristiche qui presentate e definite nelle rivendicazioni allegate.

La presente invenzione nasce dall’idea innovativa della Richiedente di alimentare un motore elettrico a corrente continua (CC) utilizzando un convertitore elettronico di tipo inverter collegato opportunamente al motore elettrico CC e controllato opportunamente da un sistema elettronico di azionamento.

Come precedentemente descritto, nel settore della trazione elettrica ferroviaria à ̈ noto alimentare un motore asincrono a corrente alternata (CA) da una linea in corrente continua tramite un inverter che generalmente comprende:

• un primo terminale di ingresso ed un secondo terminale di ingresso progettati per ricevere una tensione elettrica di alimentazione in corrente continua; ed

• una pluralità di “gambe†(chiamate anche “fasi†), in particolare una gamba per ogni terminale di avvolgimento del motore asincrono CA, ad esempio un motore CA trifase generalmente comprende tre terminali di avvolgimento e, quindi, l’inverter comprende (almeno) tre gambe; in dettaglio, ogni gamba dell’inverter include

- un rispettivo terminale di uscita collegato ad un corrispondente terminale di avvolgimento del motore asincrono CA,

- un rispettivo primo interruttore elettronico che à ̈ disposto (ossia collegato) tra il primo terminale di ingresso ed il rispettivo terminale di uscita, à ̈ provvisto di un corrispondente diodo di ricircolo disposto (ossia collegato) in antiparallelo ed à ̈ controllato, in uso, da un’unità elettronica di controllo, ed

- un rispettivo secondo interruttore elettronico che à ̈ disposto (ossia collegato) tra il rispettivo terminale di uscita ed il secondo terminale di ingresso, à ̈ provvisto di un corrispondente diodo di ricircolo disposto (ossia collegato) in antiparallelo ed à ̈ controllato, in uso, dall’unità elettronica di controllo.

Convenientemente, l’inverter può anche comprendere un’ulteriore gamba per il chopper di frenatura. In particolare, detta ulteriore gamba per il chopper di frenatura generalmente include:

• un rispettivo terminale di uscita collegato ad una prima estremità di una resistenza di frenatura che ha una seconda estremità collegata al secondo terminale di ingresso dell’inverter;

• un rispettivo primo interruttore elettronico che à ̈ disposto (ossia collegato) tra il primo terminale di ingresso ed il rispettivo terminale di uscita, à ̈ provvisto di un corrispondente diodo di ricircolo disposto (ossia collegato) in antiparallelo ed à ̈ controllato, in uso, dall’unità elettronica di controllo; ed

• un rispettivo secondo interruttore elettronico che à ̈ disposto (ossia collegato) tra il rispettivo terminale di uscita ed il secondo terminale di ingresso, à ̈ provvisto di un corrispondente diodo di ricircolo disposto (ossia collegato) in antiparallelo ed à ̈ controllato, in uso, dall’unità elettronica di controllo.

Come precedentemente descritto, la tensione elettrica in ingresso all’inverter à ̈ una tensione in corrente continua che, com’à ̈ noto, può essere ottenuta da una rete di alimentazione elettrica (monofase o trifase) tramite l’uso di uno o più dispositivi elettronici e/o elettrici, ad esempio tramite l’uso di un raddrizzatore ed un filtro LC.

In figura 1 viene illustrata una tipica architettura per la trazione elettrica ferroviaria basata su un motore asincrono CA trifase (indicato con 1) operante in modo noto ed un inverter (indicato nel suo complesso con 2) accoppiato in modo noto al motore asincrono CA trifase 1 ed operante, anch’esso, in modo noto.

In particolare, come mostrato in figura 1, il motore asincrono CA trifase 1 include:

• un primo terminale di avvolgimento 11;

• un secondo terminale di avvolgimento 12; ed

• un terzo terminale di avvolgimento 13.

Inoltre, sempre come mostrato in figura 1, l’inverter 2 comprende:

• un primo terminale di ingresso 21 ed un secondo terminale di ingresso 22 che, in uso, ricevono una tensione elettrica di alimentazione in corrente continua VIN;

• una prima gamba 23 che include

- un rispettivo terminale di uscita 231 collegato al primo terminale di avvolgimento 11 del motore asincrono CA trifase 1,

- un rispettivo primo interruttore elettronico 232 che

- Ã ̈ collegato tra il primo terminale di ingresso 21 e detto rispettivo terminale di uscita 231,

- in uso à ̈ controllato in modo noto da un’unità elettronica di controllo 3, ed

- Ã ̈ provvisto di un corrispondente diodo di ricircolo 233 disposto in antiparallelo ed operante in modo noto, ed

- un rispettivo secondo interruttore elettronico 234 che

- Ã ̈ collegato tra il rispettivo terminale di uscita 231 ed il secondo terminale di ingresso 22,

- in uso à ̈ controllato in modo noto dall’unità elettronica di controllo 3, ed

- Ã ̈ provvisto di un corrispondente diodo di ricircolo 235 disposto in antiparallelo ed operante in modo noto;

• una prima capacità C1disposta in parallelo alla prima gamba 23 tra il primo terminale di ingresso 21 ed il secondo terminale di ingresso 22;

• una seconda gamba 24 che include

- un rispettivo terminale di uscita 241 collegato al secondo terminale di avvolgimento 12 del motore asincrono CA trifase 1,

- un rispettivo primo interruttore elettronico 242 che

- Ã ̈ collegato tra il primo terminale di ingresso 21 e detto rispettivo terminale di uscita 241,

- in uso à ̈ controllato in modo noto dall’unità elettronica di controllo 3, ed

- Ã ̈ provvisto di un corrispondente diodo di ricircolo 243 disposto in antiparallelo ed operante in modo noto, ed

- un rispettivo secondo interruttore elettronico 244 che

- Ã ̈ collegato tra il rispettivo terminale di uscita 241 ed il secondo terminale di ingresso 22,

- in uso à ̈ controllato in modo noto dall’unità elettronica di controllo 3, ed

- Ã ̈ provvisto di un corrispondente diodo di ricircolo 245 disposto in antiparallelo ed operante in modo noto;

• una seconda capacità C2disposta in parallelo alla seconda gamba 24 tra il primo terminale di ingresso 21 ed il secondo terminale di ingresso 22;

• una terza gamba 25 che include

- un rispettivo terminale di uscita 251 collegato al terzo terminale di avvolgimento 13 del motore asincrono CA trifase 1,

- un rispettivo primo interruttore elettronico 252 che

- Ã ̈ collegato tra il primo terminale di ingresso 21 e detto rispettivo terminale di uscita 251,

- in uso à ̈ controllato in modo noto dall’unità elettronica di controllo 3, ed

- Ã ̈ provvisto di un corrispondente diodo di ricircolo 253 disposto in antiparallelo ed operante in modo noto, ed

- un rispettivo secondo interruttore elettronico 254 che

- Ã ̈ collegato tra il rispettivo terminale di uscita 251 ed il secondo terminale di ingresso 22,

- in uso à ̈ controllato in modo noto dall’unità elettronica di controllo 3, ed

- Ã ̈ provvisto di un corrispondente diodo di ricircolo 255 disposto in antiparallelo ed operante in modo noto;

• una terza capacità C3disposta in parallelo alla terza gamba 25 tra il primo terminale di ingresso 21 ed il secondo terminale di ingresso 22;

• una quarta gamba 26 per il chopper di frenatura che include

- un rispettivo terminale di uscita 261 collegato ad una prima estremità 41 di una resistenza di frenatura 4 che ha una seconda estremità 42 collegata al secondo terminale di ingresso 22, - un rispettivo primo interruttore elettronico 262 che

- Ã ̈ collegato tra il primo terminale di ingresso 21 e detto rispettivo terminale di uscita 261,

- in uso à ̈ controllato in modo noto dall’unità elettronica di controllo 3, ed

- Ã ̈ provvisto di un corrispondente diodo di ricircolo 263 disposto in antiparallelo ed operante in modo noto, ed

- un rispettivo secondo interruttore elettronico 264 che

- Ã ̈ collegato tra il rispettivo terminale di uscita 261 ed il secondo terminale di ingresso 22,

- in uso à ̈ controllato in modo noto dall’unità elettronica di controllo 3, ed

- Ã ̈ provvisto di un corrispondente diodo di ricircolo 265 disposto in antiparallelo ed operante in modo noto; ed

• una quarta capacità C4disposta in parallelo alla quarta gamba 26 tra il primo terminale di ingresso 21 ed il secondo terminale di ingresso 22.

In dettaglio, sempre come mostrato in figura 1, ognuno dei primi interruttori elettronici 232, 242, 252 e 262 delle gambe 23, 24, 25 e 26 dell’inverter 2 à ̈ convenientemente realizzato per mezzo di un rispettivo transistor bipolare a gate isolato (“Insulated Gate Bipolar Transistor†- IGBT) avente:

• il collettore collegato al primo terminale di ingresso 21 ed al catodo del rispettivo diodo di ricircolo 233/243/253/263;

• l’emettitore collegato al rispettivo terminale di uscita 231/241/251/261 ed all’anodo del rispettivo diodo di ricircolo 233/243/253/263; e

• l’elettrodo di controllo (o di gate) collegato a, e controllato in modo noto da, detta unità elettronica di controllo 3.

Inoltre, anche ognuno dei secondi interruttori elettronici 234, 244, 254 e 264 delle gambe 23, 24, 25 e 26 dell’inverter 2 à ̈ convenientemente realizzato per mezzo di un rispettivo IGBT avente:

• il collettore collegato al rispettivo terminale di uscita 231/241/251/261 ed al catodo del rispettivo diodo di ricircolo 235/245/255/265;

• l’emettitore collegato al secondo terminale di ingresso 22 ed all’anodo del rispettivo diodo di ricircolo 235/245/255/265; e

• l’elettrodo di controllo (o di gate) collegato a, e controllato in modo noto da, detta unità elettronica di controllo 3.

Come precedentemente descritto, l’idea alla base della presente invenzione à ̈ quella di utilizzare un inverter per alimentare un motore CC senza modificare minimamente lo schema circuitale dell’inverter, ma limitandosi a collegare opportunamente l’inverter al motore CC ed utilizzando un’opportuna logica software per il controllo e l’azionamento dell’inverter tale da farlo funzionare come un chopper mantenendo tutte le funzionalità di azionamento del motore CC nei suoi quattro quadranti di funzionamento, ossia in marcia avanti ed indietro, trazione e frenatura.

Pertanto la presente invenzione permette, di fatto, di usare un inverter come un convertitore elettronico universale in grado di alimentare motori sia CA che CC. In tale ottica, solamente lo specifico accoppiamento realizzato tra l’inverter ed il motore elettrico e la specifica logica software di controllo ed azionamento utilizzata per azionare l’inverter differenziano il tradizionale funzionamento dell’inverter per l’alimentazione di un motore CA da quello “di tipo chopper†per l’alimentazione di un motore CC oggetto della presente invenzione. A tal riguardo, à ̈ importante sottolineare il fatto che, com’à ̈ noto, un inverter non necessita di organi elettromeccanici per la configurazione di funzionamento. Per una migliore comprensione della presente invenzione, in figura 2 viene illustrato schematicamente un sistema di trazione/propulsione elettrica (indicato nel suo complesso con 5) secondo una forma preferita di realizzazione della presente invenzione.

In particolare, come mostrato in figura 2, il sistema di trazione/propulsione elettrica 5 comprende:

• un motore CC ad eccitazione indipendente (indicato nel suo complesso con 6) che include

- un sistema di eccitazione (o sistema induttore) 61, ad esempio uno statore, avente, com’à ̈ noto, avvolgimenti di campo (non mostrati in figura 2 per semplicità di illustrazione) progettati per generare, quando alimentati, un campo magnetico induttore, ed

- un’armatura (o sistema indotto) 62, ad esempio un rotore, avente, com’à ̈ noto, avvolgimenti di armatura (non mostrati in figura 2 per semplicità di illustrazione) progettati per essere percorsi, quando alimentati, da correnti di armatura; e

• l’inverter 2 già mostrato in figura 1 e precedentemente descritto in dettaglio.

A tal riguardo, si richiama l’attenzione sul fatto che gli elementi/componenti dell’inverter 2, poiché già mostrati nella figura 1, sono indicati in figura 2 con gli stessi rispettivi numeri di riferimento già usati nella figura 1. Inoltre, gli elementi/componenti dell’inverter 2, poiché sono stati precedentemente descritti in dettaglio, nel seguito non verranno descritti di nuovo in dettaglio continuando a valere quanto descritto in precedenza al riguardo.

Facendo sempre riferimento alla figura 2, l’inverter 2, al fine di alimentare il motore CC 6, à ̈ collegato a quest’ultimo nel seguente modo:

• il terminale di uscita 231 della prima gamba 23 dell’inverter 2 ed il terminale di uscita 241 della seconda gamba 24 dell’inverter 2 sono collegati all’armatura 62 del motore CC 6 per alimentare gli avvolgimenti di armatura con una tensione di armatura e, quindi, generare le correnti di armatura; ed

• il terminale di uscita 251 della terza gamba 25 dell’inverter 2 à ̈ collegato al sistema di eccitazione 61 del motore CC 6 per alimentare gli avvolgimenti di campo e, quindi, generare il campo magnetico induttore.

In dettaglio, gli avvolgimenti di campo del sistema di eccitazione 61 comprendono:

• un primo terminale di avvolgimento 611 collegato al terminale di uscita 251 della terza gamba 25 dell’inverter 2; ed

• un secondo terminale di avvolgimento 612 collegato al secondo terminale di ingresso 22 dell’inverter 2 (o, alternativamente, al primo terminale di ingresso 21 dell’inverter 2).

Convenientemente, l’armatura 62 del motore CC 6 à ̈ realizzata sotto forma di rotore provvisto di un collettore (non mostrato in figura 2 per semplicità di illustrazione) avente lamelle collegate agli avvolgimenti di armatura. Sempre convenientemente, il terminale di uscita 231 della prima gamba 23 dell’inverter 2 ed il terminale di uscita 241 della seconda gamba 24 dell’inverter 2 sono collegati a spazzole (non mostrate in figura 2 per semplicità di illustrazione) accoppiate, in modo noto, col collettore a lamelle in modo tale da realizzare un contatto strisciante con quest’ultimo e, quindi, alimentare gli avvolgimenti di armatura con una tensione di armatura presente, in uso, tra detti terminali di uscita 231 e 241.

Preferibilmente, come mostrato in figura 2, l’inverter 2 comprende anche la quarta gamba 26 per il chopper di frenatura avente il rispettivo terminale di uscita 261 collegato ad una prima estremità 71 di una resistenza di frenatura 7 che ha una seconda estremità 72 collegata al secondo terminale di ingresso 22 dell’inverter 2 (o, alternativamente, al primo terminale di ingresso 21 dell’inverter 2).

Inoltre, facendo sempre riferimento alla figura 2, gli interruttori elettronici 232, 234, 242, 244, 252, 254, 262 e 264 delle gambe 23, 24, 25 e 26 dell’inverter 2 sono collegati ad un’unità elettronica di controllo 8 per essere controllati, in uso, da quest’ultima. In particolare, detti interruttori elettronici 232, 234, 242, 244, 252, 254, 262 e 264 sono convenientemente realizzati per mezzo di transistor IGBT aventi, ciascuno, il rispettivo elettrodo di controllo (o di gate) collegato a, ed in uso controllato da, detta unità elettronica di controllo 8.

L’unità elettronica di controllo 8 à ̈ configurata per far funzionare l’inverter 2 come un chopper mantenendo tutte le funzionalità di azionamento del motore CC 6 nei suoi quattro quadranti di funzionamento, ossia in marcia avanti ed indietro, trazione e frenatura. In particolare, l’unità elettronica di controllo 8 à ̈ convenientemente progettata per memorizzare ed, in uso, eseguire uno specifico programma software che, quando eseguito, causa che detta unità elettronica di controllo 8 controlli l’inverter 2 in modo da farlo funzionare come un chopper.

Infine, facendo sempre riferimento alla figura 2, si richiama l’attenzione sul fatto che, così come già spiegato in relazione alla figura 1, i terminali di ingresso 21 e 22 dell’inverter 2, in uso, ricevono una tensione elettrica di alimentazione in corrente continua VIN, che, com’à ̈ noto, può essere convenientemente ottenuta da una sorgente di alimentazione elettrica (ad esempio da una rete di alimentazione elettrica monofase o trifase) tramite l’uso di uno o più dispositivi elettronici e/o elettrici (non mostrati in figura 2 per semplicità di illustrazione), ad esempio tramite l’uso di un raddrizzatore ed un filtro LC.

Dalla precedente descrizione sono immediatamente chiari i vantaggi della presente invenzione.

In particolare, à ̈ importante sottolineare il fatto che la presente invenzione permette di risolvere i problemi precedentemente descritti in relazione all’ammodernamento di un vecchio veicolo ferroviario equipaggiato con un motore CC.

Infatti, nel caso in cui si voglia ammodernare un vecchio veicolo ferroviario equipaggiato con un motore CC e si voglia, per motivi economici, conservare il motore CC rimandando la sua sostituzione ad un secondo momento, l’utilizzo della presente invenzione consente di reperire facilmente un nuovo convertitore per il motore CC, poiché un inverter à ̈ un sistema elettronico di uso comune e frequente ed à ̈, quindi, facilmente reperibile sul mercato (mentre, come spiegato precedentemente, un chopper non à ̈ facilmente reperibile sul mercato essendo un sistema elettronico tecnologicamente superato e scarsamente utilizzato).

Inoltre, nel caso in cui si decidesse in un secondo momento di cambiare anche il motore CC sostituendolo con un motore CA, grazie alla presente invenzione sarebbe sufficiente sostituire solamente il motore senza il bisogno di dover sostituire anche il convertitore (mentre, come spiegato precedentemente, nel caso di utilizzo di un chopper, sarebbe necessario sostituire anche tale chopper con un inverter).

Pertanto, la presente invenzione permette di ottenere due grandi vantaggi, specificatamente un vantaggio pratico ed un vantaggio economico. In particolare, il vantaggio pratico risiede nel fatto che la presente invenzione consente di gestire l’ammodernamento di una catena di trazione motoreconvertitore di un veicolo ferroviario rendendo indipendente il motore dal convertitore. Inoltre, il vantaggio economico risiede nel fatto che, nel caso in cui si sostituisca, in un primo momento, il convertitore di un vecchio veicolo ferroviario equipaggiato con un motore CC ed, in un secondo momento, si sostituisca anche il motore CC con un motore CA, la presente invenzione evita di dover sostituire una seconda volta anche il convertitore.

Infine, à ̈ importante sottolineare ancora una volta il fatto che la presente invenzione permette di usare un inverter come un convertitore elettronico universale in grado di alimentare motori sia CA che CC. In tale ottica, solamente lo specifico accoppiamento realizzato tra l’inverter ed il motore elettrico e la specifica logica software di controllo ed azionamento utilizzata per azionare l’inverter differenziano il tradizionale funzionamento dell’inverter per l’alimentazione di un motore CA da quello “di tipo chopper†per l’alimentazione di un motore CC oggetto della presente invenzione.

In particolare, nel caso in cui si sostituisca un motore CC alimentato tramite un inverter secondo la presente invenzione con un motore CA, basterà solamente:

• collegare opportunamente l’inverter al nuovo motore CA (ad esempio in accordo con quanto mostrato in figura 1 e precedentemente descritto in dettaglio); e

• riprogrammare opportunamente l’unità di controllo 8 di figura 2 in modo tale da farla funzionare come l’unità di controllo 3 di figura 1.

Infine, risulta chiaro che varie modifiche possono essere apportate alla presente invenzione, tutte rientranti nell’ambito di tutela dell’invenzione come definito nelle rivendicazioni allegate.

A tal riguardo, à ̈ importante sottolineare ancora una volta il fatto che la presente invenzione, pur essendo stata descritta facendo esplicito riferimento alla trazione/propulsione elettrica di veicoli ferroviari, può essere vantaggiosamente sfruttata per la trazione/propulsione elettrica di un qualsiasi tipo di veicolo o mezzo di trasporto, come ad esempio un treno, un tram, un filobus, un’automobile, un motociclo, una nave, ecc..

Claims (9)

1. RIVENDICAZIONI 1. Sistema di trazione elettrica (5) comprendente un motore elettrico a corrente continua (6) ed un convertitore elettronico di tipo inverter (2) accoppiato al motore a corrente continua (6) e configurato per ricevere un’alimentazione in corrente continua e per azionare detto motore a corrente continua (6).
2. 2. Il sistema di trazione elettrica della rivendicazione 1, comprendente inoltre un’unità elettronica di controllo (8) che à ̈ accoppiata al convertitore elettronico di tipo inverter (2) ed à ̈ configurata per controllare il funzionamento di detto convertitore elettronico di tipo inverter (2) per azionare il motore a corrente continua (6).
3. 3. Il sistema di trazione elettrica della rivendicazione 2, in cui il motore a corrente continua (6) include: • un sistema di eccitazione (61) avente avvolgimenti di campo; ed • un’armatura (62) avente avvolgimenti di armatura; in cui il convertitore elettronico di tipo inverter (2) comprende: • un primo terminale di ingresso (21) ed un secondo terminale di ingresso (22) progettati per ricevere una tensione elettrica di alimentazione in corrente continua (VIN); e • tre gambe (23,24,25), ciascuna delle quali include - un rispettivo terminale di uscita (231,241,251), - un rispettivo primo interruttore elettronico (232,242,252) che à ̈ collegato tra il primo terminale di ingresso (21) ed il rispettivo terminale di uscita (231,241,251), à ̈ provvisto di un corrispondente diodo di ricircolo (233,243,253) disposto in antiparallelo ed à ̈ collegato all’unità elettronica di controllo (8), ed - un rispettivo secondo interruttore elettronico (234,244,254) che à ̈ collegato tra il rispettivo terminale di uscita (231,241,251) ed il secondo terminale di ingresso (22), à ̈ provvisto di un corrispondente diodo di ricircolo (235,245,255) disposto in antiparallelo ed à ̈ collegato all’unità elettronica di controllo (8); in cui i terminali di uscita (231,241) di una prima (23) e di una seconda gamba (24) del convertitore elettronico di tipo inverter (2) sono collegati all’armatura (62) del motore a corrente continua (6) per alimentare gli avvolgimenti di armatura; in cui il terminale di uscita (251) della terza gamba (25) del convertitore elettronico di tipo inverter (2) à ̈ collegato al sistema di eccitazione (61) del motore a corrente continua (6) per alimentare gli avvolgimenti di campo; ed in cui l’unità elettronica di controllo (8) à ̈ configurata per controllare il funzionamento degli interruttori elettronici (232,234,242,244,252,254) delle gambe (23,24,25) del convertitore elettronico di tipo inverter (2) per azionare il motore a corrente continua (6).
4. 4. Il sistema di trazione elettrica della rivendicazione 3, in cui gli avvolgimenti di campo del sistema di eccitazione (61) del motore a corrente continua (6) comprendono: • un primo terminale di avvolgimento (611) collegato al terminale di uscita (251) della terza gamba (25) del convertitore elettronico di tipo inverter (2); ed • un secondo terminale di avvolgimento (612) collegato al primo (21) o al secondo terminale di ingresso (22) del convertitore elettronico di tipo inverter (2).
5. 5. Il sistema di trazione elettrica della rivendicazione 3 o 4, in cui l’armatura (62) del motore a corrente continua (6) à ̈ realizzata sotto forma di rotore provvisto di un collettore avente lamelle collegate agli avvolgimenti di armatura; ed in cui i terminali di uscita (231,241) della prima (23) e della seconda gamba (24) del convertitore elettronico di tipo inverter (2) sono collegati a spazzole che sono accoppiate al collettore a lamelle in modo tale da realizzare un contatto strisciante con quest’ultimo per alimentare gli avvolgimenti di armatura.
6. 6. Il sistema di trazione elettrica secondo una qualsiasi rivendicazione 3-5, in cui il convertitore elettronico di tipo inverter (2) comprende anche un’ulteriore gamba (26) per il chopper di frenatura che include: • un rispettivo terminale di uscita (261) collegato ad una prima estremità (71) di una resistenza di frenatura (7) che ha una seconda estremità (72) collegata al primo (21) o al secondo terminale di ingresso (22) del convertitore elettronico di tipo inverter (2); • un rispettivo primo interruttore elettronico (262) che à ̈ collegato tra il primo terminale di ingresso (21) ed il rispettivo terminale di uscita (261), à ̈ provvisto di un corrispondente diodo di ricircolo (263) disposto in antiparallelo ed à ̈ collegato a, e controllabile da, detta unità elettronica di controllo (8); ed • un rispettivo secondo interruttore elettronico (264) che à ̈ collegato tra il rispettivo terminale di uscita (261) ed il secondo terminale di ingresso (22), à ̈ provvisto di un corrispondente diodo di ricircolo (265) disposto in antiparallelo ed à ̈ collegato a, e controllabile da, detta unità elettronica di controllo (8).
7. 7. Il sistema di trazione elettrica secondo una qualsiasi rivendicazione 3-6, in cui gli interruttori elettronici (232,234,242,244,252,254,262,264) delle gambe (23,24,25,26) del convertitore elettronico di tipo inverter (2) sono realizzati, ciascuno, per mezzo di un rispettivo transistor bipolare a gate isolato (IGBT) avente l’elettrodo di controllo collegato all’unità elettronica di controllo (8).
8. 8. Veicolo comprendente il sistema di trazione elettrica (5) rivendicato in una qualsiasi rivendicazione precedente.
9. 9. Mezzo di trasporto comprendente il sistema di trazione elettrica (5) rivendicato in una qualsiasi rivendicazione 1-7.