用于在車(chē)輛中產(chǎn)生功率的系統(tǒng)和方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及用于在軌道車(chē)輛中產(chǎn)生功率的系統(tǒng)和方法，提供了用于在軌道車(chē)輛中產(chǎn)生電功率的各種系統(tǒng)和方法。在一個(gè)實(shí)施例中，一種車(chē)輛系統(tǒng)包括與發(fā)動(dòng)機(jī)的傳動(dòng)軸操作地聯(lián)接的發(fā)電單元。發(fā)電單元包括牽引交流發(fā)電機(jī)和頭端功率(HEP)交流發(fā)電機(jī)。牽引交流發(fā)電機(jī)由定位在牽引交流發(fā)電機(jī)外部的功率電子器件激勵(lì)。HEP交流發(fā)電機(jī)由定位在HEP交流發(fā)電機(jī)中的激勵(lì)器繞組自激勵(lì)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】用于在車(chē)輛中產(chǎn)生功率的系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本文所公開(kāi)的主題的實(shí)施例涉及用于在車(chē)輛中產(chǎn)生電功率的系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在一些列車(chē)中，電功率可在列車(chē)中的一個(gè)車(chē)輛處產(chǎn)生并分配到列車(chē)的其它車(chē)輛。例如，機(jī)車(chē)或發(fā)電車(chē)可包括稱為頭端功率(HEP, head-end-power)交流發(fā)電機(jī)的交流發(fā)電機(jī)，該交流發(fā)電機(jī)將電功率分配到列車(chē)中的其它車(chē)廂。在例如客運(yùn)列車(chē)中，由HEP交流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電功率可分配到客車(chē)廂以用于乘客的照明、電力和其它餐宿(hotel)需求。在一個(gè)示例中，軌道車(chē)輛中的HEP交流發(fā)電機(jī)由定位在軌道車(chē)輛中的HEP交流發(fā)電機(jī)外部的功率電子器件(例如，包括電池、永久磁體、驅(qū)動(dòng)電路)激勵(lì)。
[0003]在一些情況下，向HEP交流發(fā)電機(jī)提供激勵(lì)的外部功率電子器件向軌道車(chē)輛增加了額外的成本。例如，外部功率電子器件可增加軌道車(chē)輛的總成本和重量。作為另一示例，外部功率電子器件可能需要通過(guò)冷卻系統(tǒng)進(jìn)行冷卻。由于燃燒額外的燃料以產(chǎn)生用于操作冷卻系統(tǒng)的電功率，冷卻系統(tǒng)增加了軌道車(chē)輛的燃料消耗。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]在一個(gè)實(shí)施例中，一種車(chē)輛系統(tǒng)包括與發(fā)動(dòng)機(jī)的傳動(dòng)軸操作地聯(lián)接的發(fā)電單元。發(fā)電單元包括牽引交流發(fā)電機(jī)和頭端功率(HEP)交流發(fā)電機(jī)。牽引交流發(fā)電機(jī)由定位在牽引交流發(fā)電機(jī)外部的功率電子器件激勵(lì)。HEP交流發(fā)電機(jī)由定位在HEP交流發(fā)電機(jī)中的激勵(lì)器繞組自激勵(lì)。
[0005]通過(guò)采用自激勵(lì)的HEP交流發(fā)電機(jī)，可從軌道車(chē)輛消除本來(lái)需要用來(lái)激勵(lì)交流發(fā)電機(jī)的外部功率電子器件。這樣，HEP系統(tǒng)可相對(duì)于其中HEP交流發(fā)電機(jī)由外部功率電子器件激勵(lì)的構(gòu)型制得更加緊湊和輕質(zhì)。
[0006]根據(jù)一方面，本發(fā)明提供了一種車(chē)輛系統(tǒng)，其包括操作地與發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的至少一個(gè)傳動(dòng)軸聯(lián)接的發(fā)電單元，該發(fā)電單元包括:牽引交流發(fā)電機(jī)，其由定位在牽引交流發(fā)電機(jī)外部的功率電子器件激勵(lì)；以及頭端功率(HEP)交流發(fā)電機(jī)，其中HEP交流發(fā)電機(jī)由定位在HEP交流發(fā)電機(jī)中的激勵(lì)器繞組自激勵(lì)。
[0007]優(yōu)選地，該車(chē)輛系統(tǒng)還包括一個(gè)或多個(gè)牽引馬達(dá)，其中牽引交流發(fā)電機(jī)聯(lián)接到至少一個(gè)傳動(dòng)軸中的第一傳動(dòng)軸，并且其中牽引交流發(fā)電機(jī)可操作以將電功率提供至一個(gè)或多個(gè)牽引馬達(dá)以推進(jìn)車(chē)輛系統(tǒng)。
[0008]優(yōu)選地，HEP交流發(fā)電機(jī)聯(lián)接到第一傳動(dòng)軸，并且其中HEP交流發(fā)電機(jī)可操作以將電功率提供至聯(lián)接到車(chē)輛系統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)無(wú)動(dòng)力車(chē)廂。
[0009]優(yōu)選地，牽引交流發(fā)電機(jī)可操作以通過(guò)具有第一電壓范圍的第一牽引母線將電功率提供至一個(gè)或多個(gè)牽引馬達(dá)，并且HEP交流發(fā)電機(jī)可操作以通過(guò)具有小于第一電壓范圍的第二電壓范圍的第二牽弓I母線將電功率提供至一個(gè)或多個(gè)無(wú)動(dòng)力車(chē)廂。
[0010]優(yōu)選地，無(wú)動(dòng)力車(chē)廂操作以使用電功率用于取暖、照明、通風(fēng)、空調(diào)、通信設(shè)備、娛樂(lè)裝置、風(fēng)扇、插孔/插座或廚房設(shè)備中的一個(gè)或多個(gè)。
[0011]優(yōu)選地，該車(chē)輛系統(tǒng)還包括控制器，其被構(gòu)造成監(jiān)測(cè)HEP輸電線的車(chē)廂間完整性并報(bào)告是否存在短路或HEP輸電線的劣化的指示。
[0012]優(yōu)選地，該車(chē)輛系統(tǒng)還包括控制器，其被構(gòu)造成根據(jù)需要利用由HEP交流發(fā)電機(jī)提供的功率來(lái)補(bǔ)充由牽引交流發(fā)電機(jī)提供至一個(gè)或多個(gè)牽引馬達(dá)的功率。
[0013]優(yōu)選地，控制器被構(gòu)造成基于指定的層級(jí)關(guān)閉從HEP交流發(fā)電機(jī)接收功率的一個(gè)或多個(gè)電氣構(gòu)件，以根據(jù)需要向一個(gè)或多個(gè)牽引馬達(dá)提供功率。
[0014]優(yōu)選地，該車(chē)輛系統(tǒng)還包括受電弓，其可操作以在可行時(shí)將功率提供至餐宿負(fù)載，并且其中HEP交流發(fā)電機(jī)可操作以在受電弓不向餐宿負(fù)載提供功率時(shí)提供功率至餐宿負(fù)載。
[0015]優(yōu)選地，發(fā)電單元還包括聯(lián)接到傳動(dòng)軸的輔助交流發(fā)電機(jī)，并且其中輔助交流發(fā)電機(jī)可操作以提供功率至車(chē)輛系統(tǒng)的輔助構(gòu)件。
[0016]優(yōu)選地，該車(chē)輛系統(tǒng)還包括儲(chǔ)能系統(tǒng)，其可操作以在可行時(shí)從HEP交流發(fā)電機(jī)接收功率，并且在HEP交流發(fā)電機(jī)不向電氣構(gòu)件提供功率時(shí)將功率提供至電氣構(gòu)件。
[0017]優(yōu)選地，該車(chē)輛系統(tǒng)還包括控制器，其被構(gòu)造成控制HEP交流發(fā)電機(jī)，以基于發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載和排放速率閾值將一定量的功率提供至聯(lián)接到車(chē)輛系統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)無(wú)動(dòng)力車(chē)廂。
[0018]優(yōu)選地，該車(chē)輛系統(tǒng)還包括控制器，其被構(gòu)造成平衡在車(chē)輛系統(tǒng)和聯(lián)接到車(chē)輛系統(tǒng)的多個(gè)有軌車(chē)廂之間的HEP負(fù)載，以維持指定的馬力和/或燃料消耗速率。
[0019]優(yōu)選地，激勵(lì)器繞組包括一個(gè)或多個(gè)激勵(lì)器繞組，其與提供從HEP交流發(fā)電機(jī)輸出的電功率的三相輸出繞組在物理上分離。
[0020]優(yōu)選地，激勵(lì)器繞組是提供從HEP交流發(fā)電機(jī)輸出的電功率的三相輸出繞組的一部分，其中三相輸出繞組的部分被抽頭以提供小于HEP交流發(fā)電機(jī)的輸出功率水平的激勵(lì)功率水平。
[0021]優(yōu)選地，激勵(lì)器繞組包括提供從HEP交流發(fā)電機(jī)輸出的電功率的三相輸出繞組，其中三相輸出繞組聯(lián)接到變壓器，變壓器可操作以提供小于HEP交流發(fā)電機(jī)的輸出功率水平的激勵(lì)功率水平。
[0022]優(yōu)選地，功率電子器件包括場(chǎng)隔離變壓器和雙H橋，雙H橋聯(lián)接到場(chǎng)隔離變壓器，以控制提供至牽弓I交流發(fā)電機(jī)的激勵(lì)功率水平。
[0023]優(yōu)選地，雙H橋還聯(lián)接到電池隔離變壓器，以控制提供至電池的功率水平，電池聯(lián)接到電池隔離變壓器。
[0024]根據(jù)另一方面，本發(fā)明提供了一種軌道車(chē)輛系統(tǒng)，其包括操作地與發(fā)動(dòng)機(jī)的傳動(dòng)軸聯(lián)接的發(fā)電單元，該發(fā)電單元包括:牽引交流發(fā)電機(jī)，其聯(lián)接到傳動(dòng)軸，牽引交流發(fā)電機(jī)可操作以為一個(gè)或多個(gè)牽引馬達(dá)提供電功率以推進(jìn)軌道車(chē)輛系統(tǒng)，其中牽引交流發(fā)電機(jī)由通過(guò)雙H橋控制的場(chǎng)隔離變壓器激勵(lì)，以改變提供至牽引交流發(fā)電機(jī)的激勵(lì)功率水平；以及頭端功率(HEP)交流發(fā)電機(jī)，其聯(lián)接到傳動(dòng)軸，HEP交流發(fā)電機(jī)可操作以提供電功率至軌道車(chē)輛系統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)有軌車(chē)廂，其中HEP交流發(fā)電機(jī)由定位在HEP交流發(fā)電機(jī)中的激勵(lì)器繞組自激勵(lì)。
[0025]根據(jù)又一方面，本發(fā)明提供了一種方法，包括:操作軌道車(chē)輛中的發(fā)動(dòng)機(jī)，以在聯(lián)接到牽引交流發(fā)電機(jī)和頭端功率(HEP)交流發(fā)電機(jī)的傳動(dòng)軸上產(chǎn)生扭矩輸出；基于牽引交流發(fā)電機(jī)上的電負(fù)載和扭矩輸出來(lái)改變提供至牽引交流發(fā)電機(jī)的第一激勵(lì)功率，以將第一輸出功率提供至一個(gè)或多個(gè)牽引馬達(dá)，其中第一激勵(lì)功率由定位在牽引交流發(fā)電機(jī)外部的功率電子器件提供；以及利用第二激勵(lì)功率激勵(lì)HEP交流發(fā)電機(jī)，以基于扭矩輸出將第二輸出功率提供至聯(lián)接到軌道車(chē)輛的一個(gè)或多個(gè)額外的軌道車(chē)輛，其中第二激勵(lì)功率由定位在HEP交流發(fā)電機(jī)中的自激勵(lì)磁場(chǎng)繞組提供。
[0026]應(yīng)當(dāng)理解，提供以上簡(jiǎn)要描述以便以簡(jiǎn)化形式介紹在【具體實(shí)施方式】中進(jìn)一步描述的一系列概念。它并不意圖標(biāo)識(shí)要求保護(hù)的主題的關(guān)鍵或必要特征，該主題的范圍唯一地由跟隨【具體實(shí)施方式】的權(quán)利要求限定。此外，要求保護(hù)的主題并不限于解決在上文或本公開(kāi)的任何部分中指出的任何缺點(diǎn)的實(shí)施方案。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0027]通過(guò)參照附圖閱讀非限制性實(shí)施例的以下描述，將更好地理解本發(fā)明，以下在附圖中:
圖1示出根據(jù)本公開(kāi)的實(shí)施例的軌道車(chē)輛的示例的示意圖。
[0028]圖2示出牽引功率電路和頭端功率(HEP)電路的實(shí)施例的示意圖。
[0029]圖3至圖6示出根據(jù)本公開(kāi)的可在HEP電路中采用的自激勵(lì)HEP交流發(fā)電機(jī)的不同實(shí)施例。
[0030]圖7示出用于控制HEP電氣系統(tǒng)的方法的實(shí)施例的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031]列車(chē)或其它軌道車(chē)輛編組(consist)可包括彼此互連的多個(gè)軌道車(chē)輛。(通常,編組是機(jī)械地連結(jié)以沿線路一起行駛的一組車(chē)輛)。在一些示例中，一個(gè)軌道車(chē)輛可產(chǎn)生電功率并將電功率傳輸至列車(chē)中的其它軌道車(chē)輛。本說(shuō)明書(shū)涉及用于在軌道車(chē)輛中產(chǎn)生這樣的電功率的系統(tǒng)和方法。更具體而言，本說(shuō)明書(shū)涉及由定位在HEP交流發(fā)電機(jī)中的磁場(chǎng)繞組自激勵(lì)的軌道車(chē)輛中的頭端功率或餐宿電功率(HEP)交流發(fā)電機(jī)，其用以向列車(chē)或其它軌道車(chē)輛編組的一個(gè)或多個(gè)其它軌道車(chē)輛(例如有軌車(chē)廂)提供電功率。如本文所用，HEP交流發(fā)電機(jī)是指這樣的交流發(fā)電機(jī):其在第一軌道車(chē)輛中產(chǎn)生電功率，該電功率被傳輸至定位在直接或間接地機(jī)械聯(lián)接到列車(chē)或其它軌道車(chē)輛編組中的第一軌道車(chē)輛上的其它軌道車(chē)輛中的電負(fù)載并由該電負(fù)載消耗。
[0032]在一個(gè)示例中，磁場(chǎng)繞組可在HEP交流發(fā)電機(jī)中用于激勵(lì)，因?yàn)镠EP交流發(fā)電機(jī)將基本恒定的電功率輸出水平輸出至有軌車(chē)廂(例如，在平均功率水平的小于5%至10%內(nèi)變化)。由于電功率水平為基本恒定的，標(biāo)稱控制可用來(lái)操縱HEP交流發(fā)電機(jī)的操作。通過(guò)采用自激勵(lì)的HEP交流發(fā)電機(jī)，若需要可從軌道車(chē)輛消除本來(lái)將激勵(lì)交流發(fā)電機(jī)的外部功率電子器件。這樣，HEP系統(tǒng)可相對(duì)于其中HEP交流發(fā)電機(jī)由外部功率電子器件激勵(lì)的構(gòu)型制得更加緊湊和輕質(zhì)。
[0033]在一些實(shí)施例中，牽引交流發(fā)電機(jī)聯(lián)接到發(fā)動(dòng)機(jī)的傳動(dòng)軸，并且HEP交流發(fā)電機(jī)聯(lián)接到該傳動(dòng)軸，使得這兩個(gè)交流發(fā)電機(jī)將從發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的扭矩轉(zhuǎn)換為電功率，其中這兩個(gè)交流發(fā)電機(jī)均可選地容納在公共外殼中。HEP交流發(fā)電機(jī)的操作可與牽引交流發(fā)電機(jī)形成對(duì)比，其中牽引交流發(fā)電機(jī)的功率輸出在操作期間取決于用于驅(qū)動(dòng)軌道車(chē)輛的牽引馬達(dá)要求而顯著變化。具體而言，牽引交流發(fā)電機(jī)將電功率提供至軌道車(chē)輛的一個(gè)或多個(gè)牽引馬達(dá)，并且HEP交流發(fā)電機(jī)將電功率提供至軌道車(chē)輛的一個(gè)或多個(gè)有軌車(chē)廂。由牽引交流發(fā)電機(jī)提供的電功率可基于負(fù)載的變化(例如，牽引馬達(dá)速度)而改變。另一方面，如上所述，HEP交流發(fā)電機(jī)可輸出基本恒定的電功率輸出水平。
[0034]圖1示意性地示出在本文中描繪為軌道車(chē)輛的車(chē)輛系統(tǒng)100的實(shí)施例，車(chē)輛系統(tǒng)100被構(gòu)造成使用多個(gè)車(chē)輪104在軌道102上運(yùn)行。在一個(gè)示例中，軌道車(chē)輛100為機(jī)車(chē)。在另一示例中，軌道車(chē)輛100為不是機(jī)車(chē)的發(fā)電車(chē)。在一個(gè)示例中，車(chē)輛系統(tǒng)100可聯(lián)接到多個(gè)連接而形成列車(chē)的有軌車(chē)廂136。在一個(gè)示例中，列車(chē)可以是包括聯(lián)接到一個(gè)或多個(gè)客車(chē)廂的一個(gè)或多個(gè)機(jī)車(chē)的客運(yùn)列車(chē)。軌道車(chē)輛100包括發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)106。發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)106可操作以產(chǎn)生電功率用于分配到可遠(yuǎn)離發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)106定位的各種構(gòu)件、模塊、車(chē)廂等。
[0035]在一個(gè)示例中，軌道車(chē)輛100為柴油電力車(chē)輛。例如，發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)106包括在傳動(dòng)軸112上產(chǎn)生傳輸至發(fā)電單元114的扭矩輸出的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)108。在一些實(shí)施例中，發(fā)動(dòng)機(jī)108為四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)，其中每個(gè)氣缸在傳動(dòng)軸112的兩次回轉(zhuǎn)期間按點(diǎn)火次序點(diǎn)火。在其它實(shí)施例中，發(fā)動(dòng)機(jī)108為兩沖程發(fā)動(dòng)機(jī),其中每個(gè)氣缸在傳動(dòng)軸112的一次回轉(zhuǎn)期間按點(diǎn)火次序點(diǎn)火。
[0036]發(fā)電單元114產(chǎn)生電功率，該電功率被用于隨后傳遞到各種下游電氣構(gòu)件。發(fā)電單元114包括牽引交流發(fā)電機(jī)116和HEP交流發(fā)電機(jī)118。在其它實(shí)施例中，發(fā)電單元114可另外包括輔助交流發(fā)電機(jī)120。如本文所述，發(fā)電單元114的交流發(fā)電機(jī)也可個(gè)別地稱為功率分配單元、功率系統(tǒng)或功率電路。牽引交流發(fā)電機(jī)116、HEP交流發(fā)電機(jī)118和輔助交流發(fā)電機(jī)120(若存在)中的每一個(gè)聯(lián)接到傳動(dòng)軸112，以將來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)108的扭矩輸出轉(zhuǎn)換為將分配到各種構(gòu)件的電功率。
[0037]在圖示實(shí)施例中，牽引交流發(fā)電機(jī)116、HEP交流發(fā)電機(jī)118和輔助交流發(fā)電機(jī)120定位在發(fā)電單兀114的相同物理外殼中。然而將理解，在一些實(shí)施例中，交流發(fā)電機(jī)中的一個(gè)或多個(gè)可位于軌道車(chē)輛中的其它地方。例如，在一些實(shí)施例中，軌道車(chē)輛的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)可包括第二發(fā)動(dòng)機(jī)，并且交流發(fā)電機(jī)中的一個(gè)或多個(gè)可聯(lián)接到第二發(fā)動(dòng)機(jī)的傳動(dòng)軸。
[0038]牽弓I交流發(fā)電機(jī)116將電功率提供至多個(gè)牽弓丨馬達(dá)110。如所描繪的，多個(gè)牽弓I馬達(dá)110各自連接到多個(gè)車(chē)輪104中的一個(gè)，以提供用以推進(jìn)軌道車(chē)輛100的牽引功率。軌道車(chē)輛構(gòu)型的一個(gè)示例包括每個(gè)車(chē)輪對(duì)(輪軸)一個(gè)牽引馬達(dá)。如本文所描繪的，六個(gè)牽引馬達(dá)對(duì)應(yīng)于軌道車(chē)輛的六對(duì)車(chē)輪中的每一對(duì)。下面將參照?qǐng)D2進(jìn)一步詳細(xì)論述牽引交流發(fā)電機(jī)116和相關(guān)聯(lián)的電子構(gòu)件。
[0039]HEP交流發(fā)電機(jī)118通過(guò)接觸器122將電功率提供至聯(lián)接到軌道車(chē)輛100的多個(gè)有軌車(chē)廂136。在一個(gè)示例中，多個(gè)有軌車(chē)廂包括無(wú)動(dòng)力的(unpowered)車(chē)廂，例如客車(chē)廂、餐車(chē)等。(“無(wú)動(dòng)力的”可包括不能夠自行推進(jìn)和/或缺少用于產(chǎn)生電力的車(chē)載功能)。例如，由HEP交流發(fā)電機(jī)118提供的電功率可供應(yīng)照明、HVAC、餐車(chē)廚房、電池充電負(fù)載、和/或所連接有軌車(chē)廂的其它餐宿需求。在另一示例中，無(wú)動(dòng)力車(chē)廂使用由HEP交流發(fā)電機(jī)提供的電功率以用于取暖、照明、通風(fēng)、空調(diào)、通信設(shè)備、娛樂(lè)裝置、風(fēng)扇、插孔/插座和/或廚房設(shè)備。
[0040]在一些實(shí)施例中，車(chē)輛系統(tǒng)為聯(lián)接在一起的多個(gè)車(chē)輛中的一個(gè)，并且HEP交流發(fā)電機(jī)將功率提供至多個(gè)聯(lián)接的車(chē)輛中的一些或全部。在一個(gè)示例中，車(chē)輛系統(tǒng)為機(jī)車(chē)，例如編組中的多個(gè)機(jī)車(chē)中的一個(gè)。作為另一示例，車(chē)輛系統(tǒng)為發(fā)電車(chē)，例如編組中的多個(gè)發(fā)電車(chē)中的一個(gè)。在這樣的實(shí)施例中，HEP負(fù)載可在車(chē)輛系統(tǒng)和聯(lián)接到車(chē)輛系統(tǒng)的多個(gè)有軌車(chē)廂之間平衡。在一個(gè)示例中，HEP負(fù)載在車(chē)輛系統(tǒng)和多個(gè)有軌車(chē)廂之間平衡，以維持指定的馬力(額定功率)和/或燃料消耗速率。在一個(gè)示例中，HEP負(fù)載可在從約20kW至多于150kff或高達(dá)560kW的范圍內(nèi)。在其它示例中，HEP負(fù)載可具有從800V至IOOOV AC/DC雙極(400 or 600 A)的范圍內(nèi)、1500V AC雙極(800 A)或者處于415V三相、380V三相、480V三相AC下的電壓，或者可在下列電壓之間切換:例如，1，000V AC 16 Hz、l，500V AC 50Hz,1, 500V DC和3，000V DC。在一個(gè)特定示例中，HEP交流發(fā)電機(jī)供應(yīng)480V和60Hz下的三相AC電功率。在一些實(shí)施例中，可在每個(gè)有軌車(chē)廂中裝配變壓器，以降低電壓供各種車(chē)載裝置消耗。下面將參照?qǐng)D2進(jìn)一步詳細(xì)論述HEP交流發(fā)電機(jī)118和相關(guān)聯(lián)的電子構(gòu)件。
[0041]輔助交流發(fā)電機(jī)120將電功率提供至發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)106的一個(gè)或多個(gè)輔助構(gòu)件124。例如，輔助構(gòu)件可包括散熱器風(fēng)扇、交流發(fā)電機(jī)鼓風(fēng)機(jī)、逆變器鼓風(fēng)機(jī)、電阻網(wǎng)格鼓風(fēng)機(jī)、冷卻塔鼓風(fēng)機(jī)或者與發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)106的操作相關(guān)聯(lián)的另一構(gòu)件。
[0042]儲(chǔ)能系統(tǒng)138可聯(lián)接到發(fā)電單元114。儲(chǔ)能系統(tǒng)138可操作以從發(fā)電單元中的任一交流發(fā)電機(jī)接收功率，并且將功率提供至與交流發(fā)電機(jī)相關(guān)聯(lián)的任一功率分配系統(tǒng)。在一個(gè)示例中，儲(chǔ)能系統(tǒng)138可操作以在可行時(shí)從HEP交流發(fā)電機(jī)118接收功率，并且在HEP交流發(fā)電機(jī)不提供功率至電氣構(gòu)件時(shí)將功率提供至聯(lián)接到HEP交流發(fā)電機(jī)的電氣構(gòu)件。在一個(gè)示例中，HEP交流發(fā)電機(jī)可不提供功率至電氣構(gòu)件，因?yàn)楣β士商峁┲翣恳R達(dá)或者可在其它地方使用。例如，電氣構(gòu)件可包括聯(lián)接到HEP交流發(fā)電機(jī)的多個(gè)車(chē)廂中的一個(gè)或多個(gè)，或者聯(lián)接到HEP母線的輔助鼓風(fēng)機(jī)或其它構(gòu)件。將理解，儲(chǔ)能系統(tǒng)138可包括電池和/或另一合適的儲(chǔ)能裝置。
[0043]在一些實(shí)施例中，牽引馬達(dá)110可具有再生功率產(chǎn)生能力，例如在再生制動(dòng)操作期間產(chǎn)生的功率。這樣，車(chē)輛系統(tǒng)100可被構(gòu)造成在一些條件下將再生操作期間產(chǎn)生的功率饋送至HEP系統(tǒng)。特別地，再生功率可提供至HEP母線以滿足HEP負(fù)載。
[0044]在一些實(shí)施例中，車(chē)輛系統(tǒng)100包括聯(lián)接到架空(overhead)輸電線142的受電弓(pantograph) 140。受電弓140在可行時(shí)從架空輸電線142收集功率以用于各種操作。受電弓140聯(lián)接到發(fā)電單元114以將功率提供至包括HEP系統(tǒng)的各種功率系統(tǒng)。在一個(gè)示例中，受電弓140可操作以在可行時(shí)將功率提供至HEP母線上的餐宿負(fù)載。此外，HEP交流發(fā)電機(jī)可操作以在受電弓不向餐宿負(fù)載提供功率時(shí)提供功率至餐宿負(fù)載。
[0045]控制器126至少部分地控制軌道車(chē)輛100和發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)106的操作?？刂破?26包括微處理器單元(例如，處理器)128和電子存儲(chǔ)介質(zhì)(又稱計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì))130。例如，計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)包括只讀存儲(chǔ)器芯片、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器等中的一個(gè)或多個(gè)。計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)130保存指令，該指令在由微處理器單元128執(zhí)行時(shí)執(zhí)行用于控制發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)106的操作以及下文參照?qǐng)D7更詳細(xì)論述的方法的程序。在監(jiān)督車(chē)輛系統(tǒng)100的控制和管理的同時(shí)，控制器126被構(gòu)造成從各種工程傳感器132接收信號(hào)，以便確定操作參數(shù)和操作條件，并且對(duì)應(yīng)地調(diào)整各種促動(dòng)器134以控制軌道車(chē)輛100的操作。
[0046]在一個(gè)實(shí)施例中，控制器126被構(gòu)造成操作發(fā)動(dòng)機(jī)以在聯(lián)接到牽引交流發(fā)電機(jī)和HEP交流發(fā)電機(jī)的傳動(dòng)軸上產(chǎn)生扭矩輸出?？刂破?26還被構(gòu)造成基于牽引交流發(fā)電機(jī)上的電負(fù)載和扭矩輸出來(lái)改變提供至牽引交流發(fā)電機(jī)的第一激勵(lì)功率，以將第一輸出功率提供至一個(gè)或多個(gè)牽引馬達(dá)。激勵(lì)功率由定位在牽引交流發(fā)電機(jī)外部的功率電子器件提供?？刂破?26還被構(gòu)造成用第二激勵(lì)功率激勵(lì)HEP交流發(fā)電機(jī)，以基于扭矩輸出將第二輸出功率提供至軌道車(chē)輛的一個(gè)或多個(gè)有軌車(chē)廂，其中激勵(lì)功率由定位在HEP交流發(fā)電機(jī)中的自激勵(lì)磁場(chǎng)繞組提供。在一個(gè)示例中，由HEP交流發(fā)電機(jī)提供至有軌車(chē)廂的輸出功率為基本恒定的。
[0047]在一個(gè)實(shí)施例中，控制器126被構(gòu)造成監(jiān)測(cè)HEP輸電線(例如，HEP功率母線)的車(chē)廂間完整性并報(bào)告是否存在短路或HEP輸電線的劣化的指示。在一個(gè)實(shí)施例中，傳感器132可包括聯(lián)接到在接觸器260與有軌車(chē)廂136中的每一個(gè)之間的HEP輸電線(或另一位置)上的監(jiān)測(cè)電路、開(kāi)關(guān)或其它裝置。監(jiān)測(cè)電路可檢測(cè)在接觸器與有軌車(chē)廂之間的短路的發(fā)生，并且相應(yīng)地可向控制器126發(fā)送指示短路的信號(hào)。此外，在一個(gè)實(shí)施例中，控制器126被構(gòu)造成響應(yīng)于短路的檢測(cè)而向車(chē)輛操作者提供指示(例如，音頻的或可視的)。在一個(gè)實(shí)施例中，控制器126被構(gòu)造成基于短路的檢測(cè)而調(diào)整操作。在一個(gè)實(shí)施例中，控制器126被構(gòu)造成關(guān)閉電氣構(gòu)件，例如在有軌車(chē)廂中檢測(cè)到短路的器具。在一個(gè)實(shí)施例中，控制器126被構(gòu)造成將來(lái)自另一電源或連接的功率重新輸送至檢測(cè)到短路的有軌車(chē)廂。短路是可由控制器126檢測(cè)的各種劣化條件的一個(gè)示例。劣化條件包括其中HEP輸電線不提供控制器126所命令的功率的條件。
[0048]在一個(gè)實(shí)施例中，控制器126被構(gòu)造成根據(jù)需要利用由HEP交流發(fā)電機(jī)提供的功率來(lái)補(bǔ)充由牽引交流發(fā)電機(jī)提供至一個(gè)或多個(gè)牽引馬達(dá)的功率。因此，例如，當(dāng)在給定時(shí)段內(nèi)牽引交流發(fā)電機(jī)不能滿足一個(gè)或多個(gè)牽引馬達(dá)的總功率需求時(shí)，控制器可被構(gòu)造成控制從HEP交流發(fā)電機(jī)向一個(gè)或多個(gè)牽弓丨馬達(dá)的功率傳遞。在一個(gè)實(shí)施例中，控制器126被構(gòu)造成基于指定的層級(jí)(hierarchy)關(guān)閉從HEP交流發(fā)電機(jī)接收功率的一個(gè)或多個(gè)電氣構(gòu)件，以根據(jù)需要向一個(gè)或多個(gè)牽引馬達(dá)提供功率。例如，層級(jí)可包括首先關(guān)閉烘箱，然后是各種其它構(gòu)件，且應(yīng)急燈可最后關(guān)閉。也就是說(shuō)，層級(jí)可包括首先關(guān)閉非關(guān)鍵負(fù)載，最后是安全關(guān)鍵的負(fù)載。
[0049]在一個(gè)實(shí)施例中，控制器126被構(gòu)造成控制HEP交流發(fā)電機(jī)以基于發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載和/或排放速率閾值將一定量的功率提供至聯(lián)接到車(chē)輛系統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)無(wú)動(dòng)力車(chē)廂。在一些條件下，可基于操作條件將功率提供至牽引系統(tǒng)以有利于HEP系統(tǒng)。在一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)軌道車(chē)輛處于高發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載下時(shí)，例如在爬坡期間，控制器126被構(gòu)造成將功率從HEP系統(tǒng)轉(zhuǎn)向至牽引系統(tǒng)，以便為牽引馬達(dá)提供用于將軌道車(chē)輛推上坡的功率。在一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)軌道車(chē)輛以高于閾值的速率產(chǎn)生排放物時(shí)，例如在隧道中操作期間，控制器126被構(gòu)造成基于排放速率降低發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的額定值。此外，控制器126被構(gòu)造成將功率從HEP系統(tǒng)轉(zhuǎn)向至牽引系統(tǒng)，以便補(bǔ)償發(fā)動(dòng)機(jī)額定值降低并滿足發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載。
[0050]圖2示出牽引功率電路200和HEP電路202的實(shí)施例的示意圖。在一個(gè)示例中，牽引功率電路200對(duì)應(yīng)于牽引交流發(fā)電機(jī)116，并且HEP電路202對(duì)應(yīng)于圖1所示軌道車(chē)輛100的發(fā)電單元114中的HEP交流發(fā)電機(jī)118。
[0051]牽引功率電路200包括可操作以產(chǎn)生三相交流(AC)電功率的牽引交流發(fā)電機(jī)204(TRAC ALT)。AC功率可基于由發(fā)動(dòng)機(jī)108(圖1中示出)產(chǎn)生的扭矩輸出和/或牽引交流發(fā)電機(jī)204的場(chǎng)電流而產(chǎn)生。場(chǎng)電流是施加到由定位在外部的功率電子器件226供能的一個(gè)或多個(gè)磁場(chǎng)繞組230的電流。定位在外部意味著功率電子器件不在牽引交流發(fā)電機(jī)中或者與牽引交流發(fā)電機(jī)分離。由功率電子器件226提供的場(chǎng)電流產(chǎn)生牽引交流發(fā)電機(jī)204的磁場(chǎng)或磁通量。牽引交流發(fā)電機(jī)204的轉(zhuǎn)子在磁場(chǎng)內(nèi)旋轉(zhuǎn)以產(chǎn)生從牽引交流發(fā)電機(jī)204輸出的電功率(例如，電流和/或電壓)。
[0052]牽引交流發(fā)電機(jī)204聯(lián)接到可操作以將AC功率轉(zhuǎn)換為直流(DC)電功率的整流器206。由整流器206輸出的DC功率通過(guò)牽引母線208提供至各種電氣構(gòu)件。電負(fù)載210由開(kāi)關(guān)212聯(lián)接到牽引母線208，開(kāi)關(guān)212基于軌道車(chē)輛的操作條件而允許將電負(fù)載從牽引母線208斷開(kāi)連接。電負(fù)載210代表將在軌道車(chē)輛的操作過(guò)程中變化的電負(fù)載施加到牽引母線208的不同構(gòu)件。例如，電負(fù)載210可包括提供或消耗牽引母線208上的電功率的動(dòng)力制動(dòng)器、電阻網(wǎng)格、發(fā)動(dòng)機(jī)鼓風(fēng)機(jī)和其它電氣構(gòu)件中的一個(gè)或多個(gè)。本文所述的各種電負(fù)載并非意圖涵蓋全部或?yàn)榕潘缘?，因?yàn)榭砂~外構(gòu)件。
[0053]多個(gè)牽引逆變器(INV1-1NV4) 214聯(lián)接到牽引母線208。多個(gè)牽引逆變器214可被構(gòu)造成將從牽引母線208接收的電功率修改為適當(dāng)形式，以提供至多個(gè)牽引馬達(dá)(TM1-TM4) 216。特別地，除了其它修改之外，多個(gè)逆變器214將DC功率轉(zhuǎn)換為AC功率，以驅(qū)動(dòng)多個(gè)牽引馬達(dá)216。
[0054]曲柄轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)218 (SW)定位在逆變器INV3和INV4與牽引馬達(dá)TM3和TM4之間，以在軌道車(chē)輛的推進(jìn)期間控制電流向牽引馬達(dá)的供應(yīng)，并且在啟動(dòng)期間為牽引交流發(fā)電機(jī)204供應(yīng)電流以曲柄起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。
[0055]多個(gè)輔助逆變器(AUXINV1-AUXINV4)220聯(lián)接到牽引母線208。多個(gè)輔助逆變器220可被構(gòu)造成將從牽引母線208接收的電功率修改為適當(dāng)形式，以提供至多個(gè)輔助構(gòu)件222。例如，輔助逆變器AUXINV1和AUXINV4將牽引母線208的DC功率轉(zhuǎn)換為輸送至濾波器224的AC功率。濾波器224減弱高于預(yù)定水平的高電壓，這允許使用隨機(jī)繞線馬達(dá)(例如，感應(yīng)式或其它)來(lái)為輔助構(gòu)件供能。在沒(méi)有此類(lèi)濾波器的情況下，由輔助逆變器開(kāi)關(guān)結(jié)合長(zhǎng)電纜長(zhǎng)度產(chǎn)生的高電壓可損壞隨機(jī)繞線馬達(dá)絕緣。從濾波器224輸出的AC功率被輸送至散熱器風(fēng)扇RFl和RF2，該風(fēng)扇吹動(dòng)空氣以冷卻散熱器或發(fā)動(dòng)機(jī)108的其它構(gòu)件(圖1中示出)。
[0056]此外，輔助逆變器AUXINV2將AC功率提供至鼓風(fēng)機(jī)BLWR，鼓風(fēng)機(jī)吹動(dòng)空氣以冷卻聯(lián)接到牽引母線208的牽引交流發(fā)電機(jī)和多個(gè)逆變器。將理解，額外的逆變器、濾波器和/或其它推進(jìn)電負(fù)載可接合到牽引母線以從牽引母線引出電流。例如，額外的電負(fù)載可以是風(fēng)扇、鼓風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)、電子裝置、牽引馬達(dá)等。
[0057]功率電子器件226設(shè)置在牽引母線208與牽引交流發(fā)電機(jī)204的磁場(chǎng)繞組230之間。功率電子器件226包括聯(lián)接到場(chǎng)隔離變壓器(FIT) 233和電池隔離變壓器(BIT) 234的雙H橋228 (DH-BRIDGE)。FIT 232和BIT 234將雙H橋228與磁場(chǎng)繞組230和電池238隔離。FIT 232和BIT 234聯(lián)接到功率整流器面板(PRP) 236。FIT 232將電功率提供至磁場(chǎng)繞組230。BIT 234將電功率提供至電池238。電池238可接收和存儲(chǔ)來(lái)自牽引母線208的電流。當(dāng)牽引交流發(fā)電機(jī)204不產(chǎn)生電流時(shí)，電池238還可輸送電流通過(guò)牽引母線208。例如，電池238可在發(fā)動(dòng)機(jī)108(圖1中示出)關(guān)閉或停用時(shí)供應(yīng)電流。
[0058]雙H橋228控制通過(guò)FIT 232供應(yīng)至牽弓I交流發(fā)電機(jī)204的磁場(chǎng)繞組230的場(chǎng)電流，以控制提供至牽引交流發(fā)電機(jī)的激勵(lì)功率水平。例如，雙H橋228可增加施加到磁場(chǎng)繞組230的電壓，以增加由磁場(chǎng)繞組230形成的磁場(chǎng)和從牽引交流發(fā)電機(jī)204輸出的電壓。同樣，雙H橋228可減小供應(yīng)至磁場(chǎng)繞組230的電壓，以減小牽引交流發(fā)電機(jī)204的輸出電壓。雙H橋228可操作以基于牽引母線208上的負(fù)載和發(fā)動(dòng)機(jī)108(圖1中示出)的輸出扭矩等參數(shù)而改變輸送至磁場(chǎng)繞組230的電壓。例如，雙H橋228可在發(fā)動(dòng)機(jī)108減速以滿足牽引母線上的負(fù)載時(shí)增加場(chǎng)電流的電壓，并且可在發(fā)動(dòng)機(jī)108加速以滿足牽引母線上的負(fù)載時(shí)減小場(chǎng)電流的電壓。在一些實(shí)施例中，發(fā)動(dòng)機(jī)108可在基本恒定的速度下操作或者提供基本恒定的扭矩輸出。相應(yīng)地，當(dāng)牽引母線208上的負(fù)載變化時(shí)，雙H橋228可改變場(chǎng)電流的電壓。
[0059]由于牽引母線208上的負(fù)載(例如，來(lái)自牽引馬達(dá))在任何給定時(shí)間的偏差，牽引母線208可具有較大電壓范圍能力。例如，牽引母線上的電壓在軌道車(chē)輛的整個(gè)操作過(guò)程中可在330V至1400V的范圍內(nèi)。此外，功率電子器件226被構(gòu)造成控制和改變提供至磁場(chǎng)繞組230的電壓以控制牽引交流發(fā)電機(jī)，從而輸出滿足牽引母線的電壓范圍的電功率。
[0060]HEP電路202包括HEP交流發(fā)電機(jī)240 (HEP ALT)，其可操作以產(chǎn)生到軌道車(chē)輛100的一個(gè)或多個(gè)有軌車(chē)廂136的三相AC電功率。AC電功率可基于由發(fā)動(dòng)機(jī)108(圖1中示出)產(chǎn)生的扭矩輸出和/或HEP交流發(fā)電機(jī)240的場(chǎng)電流而產(chǎn)生。場(chǎng)電流是由定位在HEP交流發(fā)電機(jī)240中的可稱為自激勵(lì)的一個(gè)或多個(gè)激勵(lì)磁場(chǎng)繞組242提供的電流。從HEP交流發(fā)電機(jī)240的轉(zhuǎn)子輸出的功率用來(lái)為HEP交流發(fā)電機(jī)240中的激勵(lì)磁場(chǎng)繞組242供能。在一些實(shí)施例中，交流發(fā)電機(jī)保護(hù)面板266 (HTAP)聯(lián)接到磁場(chǎng)繞組242。交流發(fā)電機(jī)保護(hù)面板266保護(hù)HEP交流發(fā)電機(jī)240抵御在HEP系統(tǒng)中的整流器或二極管故障情況下的功率過(guò)載。
[0061]激勵(lì)磁場(chǎng)繞組242可采取能夠從HEP交流發(fā)電機(jī)內(nèi)自激勵(lì)的各種形式。下面將參照?qǐng)D3至圖6更詳細(xì)地論述用于HEP交流發(fā)電機(jī)的自激勵(lì)的激勵(lì)磁場(chǎng)繞組的示例。
[0062]在圖示實(shí)施例中，由于HEP交流發(fā)電機(jī)240是自激勵(lì)的，HEP交流發(fā)電機(jī)不接收來(lái)自永久磁體和/或外部功率電子器件的電功率以用于激勵(lì)。然而將理解，在一些實(shí)施例中，HEP電路202可包括這樣的構(gòu)件。例如，HEP交流發(fā)電機(jī)可初始地用電池短暫供電以啟動(dòng)自激勵(lì)過(guò)程，且然后電池可在HEP系統(tǒng)操作期間斷開(kāi)連接。
[0063]HEP交流發(fā)電機(jī)控制器(HAC) 244聯(lián)接到HEP交流發(fā)電機(jī)240。HAC 244被構(gòu)造成基于從HEP交流發(fā)電機(jī)240輸出的電壓反饋(VFB)在HEP交流發(fā)電機(jī)已激勵(lì)至全電壓時(shí)改變提供至磁場(chǎng)繞組242的電壓。HAC 244改變到激勵(lì)磁場(chǎng)繞組242的電壓，使得HEP交流發(fā)電機(jī)240輸出基本恒定的電壓以用于分配到有軌車(chē)廂。相對(duì)于控制牽引交流發(fā)電機(jī)204的外部功率電子器件226，HAC 244提供較不復(fù)雜的反饋控制。此外，HAC 244較不昂貴，重量較輕，并且不需要像功率電子器件226那樣多的冷卻資源。HEP交流發(fā)電機(jī)240可由HAC代替牽引功率電路200的更大且更昂貴的功率電子器件226來(lái)進(jìn)行控制，因?yàn)镠EP交流發(fā)電機(jī)240為自激勵(lì)的并且輸出通過(guò)HEP母線252分配的基本恒定的電壓，該電壓具有小于牽引母線208的電壓范圍的電壓范圍。
[0064]HEP交流發(fā)電機(jī)240聯(lián)接到整流器250，整流器250可操作以將AC功率轉(zhuǎn)換為通過(guò)HEP母線252提供至各種電氣構(gòu)件的DC功率。多個(gè)HEP逆變器(INV5-1NV6) 254聯(lián)接到HEP母線252。多個(gè)HEP逆變器254可被構(gòu)造成將從HEP母線252接收的電功率修改為合適形式，以提供至軌道車(chē)輛100的有軌車(chē)廂136。特別地，除了其它修改之外，多個(gè)逆變器254將DC功率轉(zhuǎn)換為AC功率。HEP轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)256 (HEP Sff)定位在逆變器INV5與INV6之間，以控制電流向軌道車(chē)輛100的有軌車(chē)廂136的供應(yīng)。HEP濾波器258聯(lián)接到HEP轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)256。HEP濾波器258減小不具有預(yù)定頻率或落在預(yù)定頻率范圍之外的頻率的電流。例如，HEP濾波器258可濾掉從開(kāi)關(guān)256輸出的AC功率的非60Hz分量或諧波。從HEP濾波器258輸出的AC功率通過(guò)HEP接觸器260 (HEPC)分配到有軌車(chē)廂136。在一個(gè)示例中，AC功率作為480V和60Hz下的三相AC供應(yīng)至有軌車(chē)廂136。
[0065]多個(gè)HEP輔助逆變器(HAUXINV1和HAUXINV2) 262聯(lián)接到HEP母線252。多個(gè)HEP輔助逆變器262可被構(gòu)造成將從HEP母線252接收的電功率修改為適當(dāng)形式，以提供至多個(gè)輔助構(gòu)件264。例如，輔助逆變器HAUXINV1和HAUXINV2將HEP母線252的直流電轉(zhuǎn)換為輸送至鼓風(fēng)機(jī)的AC功率，以用于冷卻牽引馬達(dá)和HEP交流發(fā)電機(jī)。將理解，額外的逆變器、濾波器和/或其它電負(fù)載可接合到HEP母線以從HEP母線引出電流。例如，額外的電負(fù)載可以是風(fēng)扇、鼓風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)、電子裝置等。
[0066]圖3至圖6示出了可在圖2所示HEP電路202中采用的自激勵(lì)HEP交流發(fā)電機(jī)的不同實(shí)施例。圖3示出包括三相輸出繞組302的HEP交流發(fā)電機(jī)300，三相輸出繞組302提供從HEP交流發(fā)電機(jī)300輸出的電功率。HEP交流發(fā)電機(jī)300還包括與三相輸出繞組302物理上分離的三相激勵(lì)器繞組304。激勵(lì)器繞組304可連同輸出繞組302纏繞在HEP交流發(fā)電機(jī)300中的定子周?chē)?，使得輸出繞組302和激勵(lì)器繞組304接收相同的通量。激勵(lì)器繞組將三相電壓提供至相控整流器306。整流器306提供場(chǎng)電壓以在HEP交流發(fā)電機(jī)300中產(chǎn)生場(chǎng)電流，從而使其自激勵(lì)。
[0067]圖4示出包括三相輸出繞組402的HEP交流發(fā)電機(jī)400，三相輸出繞組402提供從HEP交流發(fā)電機(jī)400輸出的電功率。此外，輸出繞組402的一部分404充當(dāng)激勵(lì)器磁場(chǎng)繞組。特別地，輸出繞組402的部分404被抽頭(tap)以提供小于HEP交流發(fā)電機(jī)400的輸出功率水平的激勵(lì)功率水平。充當(dāng)激勵(lì)器繞組的輸出繞組402的部分404將三相激勵(lì)電壓或場(chǎng)電壓(ALT FIELD)提供至相控整流器406。整流器406提供場(chǎng)電壓以在HEP交流發(fā)電機(jī)400中產(chǎn)生場(chǎng)電流,從而使其自激勵(lì)。在一個(gè)不例中，被抽頭以提供場(chǎng)電壓的輸出繞組402的部分404為輸出繞組402的1/3。在另一示例中，被抽頭以提供場(chǎng)電壓的輸出繞組402的部分404為輸出繞組402的1/6。將理解，輸出繞組的任何合適部分都可被抽頭以提供用于自激勵(lì)的適當(dāng)場(chǎng)電壓。
[0068]圖5示出包括三相輸出繞組502的HEP交流發(fā)電機(jī)500，三相輸出繞組502提供從HEP交流發(fā)電機(jī)500輸出的電功率。此外，輸出繞組402通過(guò)向相控整流器504提供三相激勵(lì)電壓或場(chǎng)電壓(ALT FIELD)而充當(dāng)激勵(lì)器繞組。整流器將場(chǎng)電壓提供至變壓器506。變壓器506可操作以修改來(lái)自整流器504的場(chǎng)電壓，以在HEP交流發(fā)電機(jī)500中產(chǎn)生場(chǎng)電流，從而使其自激勵(lì)。換言之，變壓器506將小于HEP交流發(fā)電機(jī)500的輸出功率水平的激勵(lì)功率水平提供至HEP交流發(fā)電機(jī)500以用于自激勵(lì)。
[0069]圖6示出包括三相輸出繞組602的HEP交流發(fā)電機(jī)600，三相輸出繞組602提供從HEP交流發(fā)電機(jī)600輸出的電功率。HEP交流發(fā)電機(jī)600還包括與三相輸出繞組602物理上分離的單相激勵(lì)器繞組604。激勵(lì)器繞組604可連同輸出繞組602纏繞在HEP交流發(fā)電機(jī)600中的定子周?chē)沟幂敵隼@組602和激勵(lì)器繞組604接收相同的通量。激勵(lì)器繞組將單相激勵(lì)電壓或場(chǎng)電壓(ALT FIELD)提供至相控整流器606。整流器606提供場(chǎng)電壓以在HEP交流發(fā)電機(jī)600中產(chǎn)生場(chǎng)電流，從而使其自激勵(lì)。[0070]圖7示出用于在軌道車(chē)輛中產(chǎn)生電功率的方法700的實(shí)施例的流程圖。在一個(gè)示例中，方法700由圖1中的控制器126且更特別地圖2所示的雙H橋228和HAC 244執(zhí)行。在702，方法700包括操作發(fā)動(dòng)機(jī)以在聯(lián)接到牽弓I交流發(fā)電機(jī)和HEP交流發(fā)電機(jī)的傳動(dòng)軸上產(chǎn)生扭矩輸出。在一些實(shí)施例中，該方法包括在傳動(dòng)軸上維持由發(fā)動(dòng)機(jī)提供的基本恒定的扭矩輸出。
[0071]在704，方法700包括基于牽引交流發(fā)電機(jī)上的電負(fù)載和扭矩輸出來(lái)改變提供至牽引交流發(fā)電機(jī)的第一激勵(lì)功率，以將第一輸出功率提供至一個(gè)或多個(gè)牽引馬達(dá)。激勵(lì)功率由定位在牽引交流發(fā)電機(jī)外部的功率電子器件提供。在一個(gè)示例中，功率電子器件包括聯(lián)接到場(chǎng)隔離變壓器的雙H橋，場(chǎng)隔離變壓器將功率提供至牽引交流發(fā)電機(jī)的磁場(chǎng)繞組。例如，牽引交流發(fā)電機(jī)上的負(fù)載可基于由聯(lián)接到牽引母線的電氣構(gòu)件消耗的功率量，牽引交流發(fā)電機(jī)將輸出功率提供至牽弓I母線。
[0072]在706，方法700包括用第二激勵(lì)功率激勵(lì)HEP交流發(fā)電機(jī)，以基于扭矩輸出將第二輸出功率提供至軌道車(chē)輛的一個(gè)或多個(gè)有軌車(chē)廂。激勵(lì)功率由定位在HEP交流發(fā)電機(jī)中的自激勵(lì)磁場(chǎng)繞組提供。在一些實(shí)施例中，該方法包括維持由HEP交流發(fā)電機(jī)提供至有軌車(chē)廂的基本恒定的輸出功率。
[0073]在一個(gè)示例中，通過(guò)采用自激勵(lì)HEP交流發(fā)電機(jī)，可從軌道車(chē)輛消除本來(lái)需要用來(lái)激勵(lì)交流發(fā)電機(jī)的外部功率電子器件。例如，HEP交流發(fā)電機(jī)可以不從電池接收電功率以用于激勵(lì)。作為另一示例，HEP交流發(fā)電機(jī)可以不從永久磁體接收電功率以用于激勵(lì)。這樣，HEP交流發(fā)電機(jī)可相對(duì)于其中HEP交流發(fā)電機(jī)由外部功率電子器件激勵(lì)的構(gòu)型制得更加緊湊和輕質(zhì)。
[0074]如本文所用，以單數(shù)形式敘述和前接用詞“一”或“一個(gè)”的元件或步驟應(yīng)被理解為并不排除多個(gè)所述元件或步驟，除非明確敘述了這種排除。此外，對(duì)本發(fā)明的“一個(gè)實(shí)施例”的引用并非意圖被解釋為排除也并入所陳述特征的額外實(shí)施例的存在。此外，除非明確陳述為相反，“包含”、“包括”或“具有”帶特定性質(zhì)的一個(gè)元件或多個(gè)元件的實(shí)施例可包括沒(méi)有那種性質(zhì)的額外的此類(lèi)元件。術(shù)語(yǔ)“包括”和“在其中”用作相應(yīng)術(shù)語(yǔ)“包含”和“其中”的普通語(yǔ)言等效體。此外，術(shù)語(yǔ)“第一”、“第二”和“第三”等只用作標(biāo)簽，而不意圖對(duì)其對(duì)象強(qiáng)加數(shù)字要求或特定位置次序。
[0075]該書(shū)面描述使用示例來(lái)公開(kāi)包括最佳模式的本發(fā)明，并且還使本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能夠?qū)嵤┍景l(fā)明，包括制造和使用任何裝置或系統(tǒng)以及執(zhí)行任何包括在內(nèi)的方法。本發(fā)明的可專(zhuān)利范圍由權(quán)利要求限定，并且可包括本領(lǐng)域普通技術(shù)人員想到的其它示例。如果這樣的其它示例具有與權(quán)利要求的字面語(yǔ)言沒(méi)有差別的結(jié)構(gòu)元件，或者如果它們包括與權(quán)利要求的字面語(yǔ)言有非實(shí)質(zhì)性差別的等同結(jié)構(gòu)元件，則這樣的其它示例意圖在權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種車(chē)輛系統(tǒng),包括: 發(fā)電單元，其操作地與發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的至少一個(gè)傳動(dòng)軸聯(lián)接，所述發(fā)電單元包括: 牽引交流發(fā)電機(jī)，其由定位在所述牽引交流發(fā)電機(jī)外部的功率電子器件激勵(lì)；以及 頭端功率(HEP)交流發(fā)電機(jī)，其中所述HEP交流發(fā)電機(jī)由定位在所述HEP交流發(fā)電機(jī)中的激勵(lì)器繞組自激勵(lì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車(chē)輛系統(tǒng)，其特征在于，還包括: 一個(gè)或多個(gè)牽引馬達(dá)，其中所述牽引交流發(fā)電機(jī)聯(lián)接到所述至少一個(gè)傳動(dòng)軸中的第一傳動(dòng)軸，并且其中所述牽引交流發(fā)電機(jī)可操作以將電功率提供至所述一個(gè)或多個(gè)牽引馬達(dá)以推進(jìn)所述車(chē)輛系統(tǒng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的車(chē)輛系統(tǒng)，其特征在于，所述HEP交流發(fā)電機(jī)聯(lián)接到所述第一傳動(dòng)軸，并且其中所述HEP交流發(fā)電機(jī)可操作以將電功率提供至聯(lián)接到所述車(chē)輛系統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)無(wú)動(dòng)力車(chē)廂。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的車(chē)輛系統(tǒng)，其特征在于，所述牽引交流發(fā)電機(jī)可操作以通過(guò)具有第一電壓范圍的第一牽引母線將電功率提供至所述一個(gè)或多個(gè)牽引馬達(dá)，并且所述HEP交流發(fā)電機(jī)可操作以通過(guò)具有小于所述第一電壓范圍的第二電壓范圍的第二牽弓I母線將電功率提供至所述一個(gè)或多個(gè)無(wú)動(dòng)力車(chē)廂。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的車(chē)輛系統(tǒng)，其特征在于，所述無(wú)動(dòng)力車(chē)廂操作以使用所述電功率用于取暖、照明、通風(fēng)、空調(diào)、通信設(shè)備、娛樂(lè)裝置、風(fēng)扇、插孔/插座或廚房設(shè)備中的一個(gè)或多個(gè)。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的車(chē)輛系統(tǒng)，其特征在于，還包括: 控制器，其被構(gòu)造成監(jiān)測(cè)HEP輸電線的車(chē)廂間完整性并報(bào)告是否存在短路或所述HEP輸電線的劣化的指示。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的車(chē)輛系統(tǒng)，其特征在于，還包括: 控制器，其被構(gòu)造成根據(jù)需要利用由所述HEP交流發(fā)電機(jī)提供的功率來(lái)補(bǔ)充由所述牽弓I交流發(fā)電機(jī)提供至所述一個(gè)或多個(gè)牽弓I馬達(dá)的功率。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的車(chē)輛系統(tǒng)，其特征在于，所述控制器被構(gòu)造成基于指定的層級(jí)關(guān)閉從所述HEP交流發(fā)電機(jī)接收功率的一個(gè)或多個(gè)電氣構(gòu)件，以根據(jù)需要向所述一個(gè)或多個(gè)牽引馬達(dá)提供功率。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車(chē)輛系統(tǒng)，其特征在于，還包括: 受電弓，其可操作以在可行時(shí)將功率提供至餐宿負(fù)載，并且其中所述HEP交流發(fā)電機(jī)可操作以在所述受電弓不向所述餐宿負(fù)載提供功率時(shí)提供功率至所述餐宿負(fù)載。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車(chē)輛系統(tǒng)，其特征在于，所述發(fā)電單元還包括聯(lián)接到所述傳動(dòng)軸的輔助交流發(fā)電機(jī)，并且其中所述輔助交流發(fā)電機(jī)可操作以提供功率至所述車(chē)輛系統(tǒng)的輔助構(gòu)件。
【文檔編號(hào)】B60L1/14GK103660950SQ201310401543
【公開(kāi)日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2013年9月6日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月6日
【發(fā)明者】J.戴格爾, B.D.沃爾登, M.博里森科 申請(qǐng)人:通用電氣公司