专利名称:用于直流电气铁路的供电设备的制作方法
本发明一般涉及一种用于直流(dc)电气铁路的供电设备，并特别涉及作为一种供电源在向电气车供电以前用供电设备将交流电(ac)转换成直流电(dc)的供电设备。
通常，沿铁路轨道以适当间隔安装多个直流变电站。在这些直流变电站中，安装了一台或多台转换器。转换器的直流电源输出端通过每个半导体断路器与每辆电气车的供电线相连接，转换器的交流电源输入端通常直接与动力母线相连接。换句话说，具有电力整流器和高速直流断路器的多个供电线路在变电站间被并联连接，这样可构成一个直流供电设备。
另一方面，电气车供电线被分成多段，上述每一段电气车供电线通过提供用于电气车供电线的高速断路器与一个正极母线连接，而电气车轨道与每个变电站的负极母线连接。
在先有技术中，用于直流铁路的供电设备使用了半导体断路器，然而，其存在着如下所述的缺点(1)当要求打开直流断路开关时，一个电力断路器和一个再生断路器(regenerative breaker)都应被打开。在这些条件下，当电气车经过不通电区段时由于在不通电区段产生了一个电势差，在不通电区段不可避免地会产生电弧，这样便会发生事故。(2)此外，当再生断路器被打开时，如果一列再生电气车开过电气车供电线，则在目前打开的直流断路开关无直接关系的另一段不通电区段将产生一个电势差。(3)在一个动力/再生母线的事故的情况中，电力整流器和再生断路器应都被打开。在这些条件下，如果要求从附近的变电站供给附加的供电电流由再生断路器中断的话，有必要增加再生断路器的中断能力。否则，用于供应附加电力的附近的变电站也将被迫停电，因而导致了在很长的列车轨道上的范围很广的停电。
在详细阐述最佳实施例时，将参照附图对用于直流电气铁路的供电设备的先有技术作更详细的描述。
带着这些问题，本发明的目的在于提供一种用于直流电气铁路的供电设备，用该设备可用一台半导体断路器中断动力电流和再生电流而在其它不通电区段不产生电势差，且也不增加用于中断流经电气车供电线的再生电流和附加供电电流的再生断路器的中断能力。
为了达到上述目的，根据本发明的用于直流铁路列车的供电设备包括(a)一个在动力操作中用于把交流电转换成直流电的电力整流器;(b)一个在再生操作中用于把直流电源转换成交流电源的电源转换器;(c)一个连接于电力整流器的输出端与电力转换器的输入端之间的制动二极管;(d)一第一对阴极互连的二极管，第一对二极管连接于电力整流器的输出端和至少一条电气车供电线之间;(e)一第二对阴极互连的二极管，第二对二极管连接于电源转换器的输入端和至少一条电气车供电线之间;和(f)一个连接于第一对二极管阴极的第一公共连接点与第二对二极管的阴极的第二公共连接点之间的断路器，用于同时控制由电力整流器提供给电气车供电线的动力电源和由电气车供电线提供给电源转换器的再生电流的开通或断开。
断路器为一种闸门关断(GTO)可控硅，该可控硅的阳极连接于第一公共连接点，阴极连接于第二公共连接点。通常，四组第一对二极管和第二对二极管和断路器被连接在电源整流器的输出端和电源转换器的输入端和四条电气车供电线之间，上述四条供电线，例如第一条供电线;与第一条供电线并行的第二条供电线;第三条供电线沿着第一条供电线，但介于二者间有一段不通电区段;第四条供电线沿着第二条供电线，但介于二者间有另一段不通电区段。
在根据本发明的供电设备中，由于动力电流和再生电流以相同的方向流经半导体断路器，可以同时断开断路而切断动力和再生电流。因此，当断路器被打开后，由于再生电流也能被切断，如果再生电气车运行在电气车供电线上，用于只中断再生电流的断路器可以被省除，进而也可以安全地打开断路开关。一旦一个断路开关被打开，在相应的不通电区段将产生一个电势差。然而，由于其它的断路器和其它的断路开关保持闭合，再生电流重新再接通至再生母线，而在其它不通电区段不产生电势差。
进而，即使在动力/再生母线事故的情况下，由于有可能有效地切断通过电气车供电线从附近变电站来的再生电流和附加电力电流，而不使用具有很大的中断能力的再生断路器，还有可能中断只是相应变电站的电力，而不把停电的影响施加在其它附近的变电站上。
根据本发明的优于先有技术的用于直流铁路列车的供电设备的特点和优点将通过对与本发明的最佳实施例有关的附图进行的描述而显得更加明显，图中类似的参考号标明了同样的或类似的元件或部份，其中图1是一个用于直流电气铁路的先有技术的供电设备的方框图;
图2是根据本发明的用于直流电气铁路的供电设备的方框图。
为了便于对本发明的理解，将对用于直流电气铁路的先有技术的供电设备参照附图作一简单的描述。
在图1中，参考号1标明了一个直流变电站，参考号2标明了由功率可控硅组成的用于把交流电转换成直流电的电力整流器;参考号3标明了也是由功率可控硅组成的用于把直流电转换成交流电的电源转换器;参考号4标明了动力母线;参考号5a至5d标明了功率GTO可控硅(称作电力断路器);参考号6a至6d标明了再生制动二极管。6a至6d这些两极管的阴极都通过再生可控硅电路断路器7(称作再生断路器)连接到同电源转换器3相连接的再生母线8。进而，参考号9标明了连接在动力母线4和再生母线8之间的一个制动二极管;参考号10a至10d标明了直流切断开关;参考号11a和11b标明了第一和第三条电气车供电线;参考号14a和14b标明了第二和第四条电气车供电线。第一和第三条电气车供电线11a和11b由第一不通电区段12a互相分开，第二和第四条电气车供电线14a和14b由第二不通电区段12b互相分开(不通电区无电流通过的区域)。
在图1中，为了向电气车供电，通过一个交流电路断路器(未画出)从一工频三相的交流输电线获得的一个三相的交流电压通过安置在变电站内的一台变压器使其电压降低至一个适当的电压，通过电力整流器2把其转换成直流电，然后通过每一根第一、第二、第三和第四条电气车供电线11a、11b和14a、14b向电气车供电。
当一辆电气车处于再生操作时，再生电力从四条电气车供电线11a、11b和14a、14b通过四个再生制动二极管6a至6d和再生电路断路器7回收至再生母线8上。母线8的再生电力通过制动二极管9回收至在电气车供电线上的动力电气车上或通过电源转换器3回收至三相交流输电线。
上述用于直流电气铁路的先有技术的供电设备存在下列各种问题(1)在用于维护只是要求直流切断开关10a处于打开的情况下，例如，该切断开关10a在动力断路器5a为了安全起见而被断开后应被打开。进而，当处于再生断开操作的电气车通过第一电气车供电线11a时，再生断路器7在打开直流断路开关10a之前应被断开。如上所述，为了打开直流切断开关10a，再生断路器7被断开，这样在第一不通电区段12a产生了一个电势差。因此，万一当电势差产生时一列电气车通过第一不通电区段12a，在第一不通电区将产生电弧因而可能引起事故。
(2)除了在第一不通电区段12a上产生电势差，问题还在于当再生电气车通过任一条电气车供电线14a和14b时在第二不通电区段12b上将产生另一个电势差，而该第二不通电区段12b不直接涉及打开的直流切断开关10a，因为再生断路器7被保持断开状态。
(3)一旦动力母线4或再生母线8出了问题，电力整流器2的可控硅的闸门也都关闭，同时再生断路器7也断开。在这些条件下，由于再生电流和附加电力电流(当电气车通过不通电区段时从附近的变电站供给的)都将由再生断路器7切断，断路器7的电流中断能力要大于动力断路器5a至5d的电流中断能力。这是因为如果再生断路器7的中断能力太小的话，将存在另外的问题，其在于所有的用于提供附加电力电流的附近的变电站将停电，从而所有的在这些附近的变电站内的电气车将处于停顿状整。
(4)动力断路器和再生断路器的特点和目的互相之间是完全不同的。因此，这就存在另一问题，即供电设备的控制装置在先有技术设备中其结构和操作是十分复杂的。
从以上的描述来看，根据本发明的直流电气铁路的供电设备的一个实施例是应用在双轨铁路上的。
在图2中，对于具有如同在图1中描述过的先有技术设备同样功能的类似的部份保留了相同的说明，没必要对他们再作详细的描述。
与图1中的先有技术设备不同，在图2中，第一组四对二极管23a、23b、23c和23d连接于动力母线4和四个直流切断开关10a、10b、10c和10d之间。进而，第二组四对二极管26a、26b、26c和26d连接于再生母线8和四个直流切断开关10a、10b、10c和10d之间。这些第一组四对二极管中的每一个对23a、23b、23c和24d分别由两个二极管21a和22a，或21b和22b或21c和22c或21d和22d组成，他们的阴极互相连接在一起。这些第二组的四对二极管中的每一对26a、26b、26c或26d分别由两个二极管24a和25a或24b和25b或24c和25c或24d和25d组成，他们的阳极互相连接在一起。进而，四个GTO可控硅断路器29a、29b、29c和29d分别地连接于第一对二极管23a、23b、23c或23d和第二对二极管26a、26b、26c或26d之间。更详细地说，GTO可控硅断路器29a的阳极连接于第一对二极管23a的公共连接点27a，其阴极连接于第二对二极管26a的公共连接点28a。GTO可控硅断路器29b的阳极连接于第一对二极管23b的公共连接点27b，其阴极连接于第二对二极管26b的公共连接点28b。GTO可控硅断路器29c的阳极连接于第一对二极管23c的公共连接点27c，其阴极连接于第二对二极管26c的公共连接点28c。GTO可控硅断路器29d的阳极连接于第一对二极管23d的公共连接点29d，其阴极连接于第二对二极管26d的公共连接点28d。
如图2所示的供电设备的操作将在下面作描述。
(1)在正常条件下通常，四个GTO可控硅断路器(称作GTOs)29a、29b、29c和29d保持闭合。因此，来自电力整流器2的动力电流通过二极管21a、21b、21c或21d，GTO可控硅29a、29b、29c或29d，二极管25a、25b、25c或25d，和直流断路开关10a、10b、10c或10d供应给第一、第二、第三和第四条电气车供电线11a、11b、14a和14b。
进而，从第一、第二、第三和第四条电气车供电线11a、11b或14b供应的再生电流通过直流切断开关10a、10b、10c或10d，二极管22a、22b、22c或22d，GTO可控硅29a、29b、29c或29d和二极管24a、24b、24c或24d回收至再生母线8中。
如上所述，由于动力电流和再生电流流经每一个GTO可控硅29a、29b、29c或29d，可同时只关闭GTO可控硅29a、29b、29c和29d来切断动力和再生电流。
(2)当直流切断开关10a被要求打开时;
一旦GTO可控硅29a被关断，甚至如果再生电气车经过第一条电气车供电线11a，有可能切断再生电流。因此，有可能在只关闭GTO可控硅29a之后打开直流切断开关10a。
当只有直流切断开关10a被打开时，尽管在第一不通电区段12a不可避免地产生一个电势差，由于其它的GTO可控硅29b和29c和其它的直流切断开关10b和10c都将保持闭合或开通，由经过第二和第四条电气车供电线14a和14b的再生电气车产生的再生电流回收至再生母线8中，这样在第二不通电区段12b没有电势差产生。因此，可以提高行车操作中的可靠性。
(3)当动力和再生母线4和8出现问题时;
电力整流器2的输出电力下降，与此同时GTO可控硅29a、29b、29c和29d都自动关断。因此，就可以只中断相应变电站的电力，修理出故障的母线，而不把停电影响波及其它附近的变电站。
在这种情况中，从附近变电站供应的再生电流和附加电力电流能由普通的GTO可控硅断路器29a、29b、29c和29d分别地中断而不使用高成本的具有很大中断能力的GTO可控硅断路器。
进而，GTO可控硅断路器29a、29b、29c和29d的数目与电气车供电线11a、11b、14a和14b的条数相同，进而供电设备在操作和维护时很容易控制和操纵。
如上所述，在根据本发明的供电设备中，由于多组第一对二极管、第二对二极管和一个断路器连接于电力整流器、电源转换器和电气车供电线之间，有可能为维修而打开直流切断开关之前只关断断路器而同时切断动力电流和再生电流。
因此，当再生由力被产生时，即使一个直流开关是在相应的GTO可控硅断路器被关断后才打开的，由于其它的GTO可控硅断路器和其它断路开关都处于开通状态，可有效地防止在其它不通电区段由于两条供电线间的电位差而产生的电弧。
进而，在动力/再生母线事故的情况中，用于再生电流的断路器没有特别要求，进而，可有效地由具有相对较小中断能力的GTO可控硅断路器切断从电气车供电线流出的再生电流和附加电力电流而不使供应附加电力电流的附近的变电站停电。
由于断路器(GTO可控硅)的数目与电气车供电线的条数相同，只数少了同时也经济了。此外，根据本发明的设备的部件是统一的且容易操作便于维护。
权利要求
1.一种用于把直流电供给至少一个第一电气车供电线的用于直流电气铁路的供电设备包括(a)一个用于在动力操作中把交流电转换成直流电的电力整流器(2)；(b)一个用于在再生操作中把直流电转换成交流电的电源转换器(3)；(c)一个连接于该电力整流器的一个输出端与该电源转换器的一个输入端之间的制动二极管(9)；(d)第一对(23a)阴极互相连接在一起的二极管(21a，22a)，该第一对二极管连接于该电力整流器的输出端和至少一条电气车供电线(11a)之间；(e)第二对(26a)阳极互相连接在一起的二极管(24a，25a)，该第二对二极管连接于该电力转换器的输入端和至少一条电气车供电线(11a)之间；(f)一个断路器(29a)，该断路器连接于该第一对二极管阴极的第一公共连接点(27a)和该第二对二极管阳极的第二公共连接点(28a)之间，用于同时控制动力电流和再生电流的接通和切断，动力电流从该电力整流器提供给电气车供电线，再生电流从电气车供电线提供给该电源转换器。
2.如权利要求
1所述的用于直流电气铁路的供电设备，其中该断路器是一种闸门关断可控硅，它有一个阴极连接于第一公共连接点;一个阴极连接于第二公共连接点。
3.如权利要求
1所述的用于直流电气铁路的供电设备，其中进一步包括第二组第一对二极管，第二对二极管和断路器，上述部件均连接于该电力整流器的输出端、该电源转换器的输入端和与第一条电气车供电线(11a)平行的第二条电气车供电线(14a)之间。
4.如权利要求
3所述的用于直流电气铁路的供电设备，其中进一步包括第三组第一对二极管，第二对二极管和断路器，上述部件连接于该电力整流器的输出端，该电源转换器的输入端和与第一电气车供电线(11a)成一线的第三条电气车供电线(11b)之间，上述第一和第三电气车供电线之间介入第一不通电区段(12a)。
5.如权利要求
4所述的用于直流电气铁路的供电设备，其中进一步包括第四组第一对二极管，第二对二极管和断路器，上述部件连接于该整流器的输出端，该电源转换器的输入端和与第二电气车供电线(14a)成一线的第四电气车供电线(14b)之间，该第二和第四电气车供电线之间介入第二不通电区段(12b)。
专利摘要
四组第一、第二对二极管和一个门关断可控硅断路器连接于电力整流器、电源转换器和四条互相平行且用两个不通电区分割的电气车供电线间。可以关断门关断可控硅断路器，切断动力和再生电流。使再生电气车运行在供电线上，也可防止由于两条供电线间的电势差而在其它不通电区产生电弧。在动力/再生母线事故中，由四个具有较小中断能力的门关断可控硅断路器切断供电线的再生和附加电流，使停电影响不波及供应附加电流的其它变电站。
文档编号B60M3/06GK86104235SQ86104235
公开日1986年12月17日 申请日期1986年6月13日
发明者能桢治, 权藤丰美 申请人:株式会社明电舍导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan