CN110710341A - 变换器的功率相模块、变换器和车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种用于模块化的变换器的功率相模块，该功率相模块具有：在功率相模块的端侧上的至少一个第一DC连接端对，其具有相应的连接元件以连接到导电轨对；在端侧上的第一DC‑电容器‑连接端对，其与第一DC连接端对隔开且并联连接并且具有相应的连接元件用以连接到分配给功率相模块的中间回路电容器模块；在功率相模块的另一侧上的第一AC连接端；开关设备，其与第一AC连接端和第一DC连接端对连接，该开关设备用于在运行状态下将存在于第一DC连接端对的直流电压转换成在第一AC连接端产生的交变电压，或者反之；冷却设备，其用于从功率相模块、尤其从开关设备中将热导走。此外，提出一种变换器和一种具有变换器的车辆、尤其有轨车辆。

Description

变换器的功率相模块、变换器和车辆
技术领域
本发明属于功率电子器件领域、尤其功率变换器领域，并且涉及用于功率变换器的相模块的结构和一种变换器。此外，本发明涉及一种具有变换器的车辆。
背景技术
变换器(Umrichter)用于转换交变电压和交变电流，其中，在此匹配独有特性——如电压幅度和频率。变换器可以具有中间回路。中间回路充当中间存储器以及电缓存器。在功率变换器中，同样地转换电压和电流。
变换器例如用于转速可变的电动机的驱动装置。这些变换器出现在车辆中、尤其诸如有轨电车、地下铁道、电力机车或高速列车的有轨车辆中。车辆截取例如架空线或导电轨上的电压。所述电压然后在变换器中被匹配用于电驱动装置。
电动机也作为用于例如在电动车辆的制动过程中由动能产生电能的发电机使用。变换器典型地在两个方向上起作用。
变换器可以具有相模块，所述相模块具有可控制的半导体构件，例如IGBT(insulated-gate bipolar transistor：绝缘栅双极晶体管)。通过频率控制装置，在相模块中生成相电流。相电流然后可以例如驱动电动机。
现有技术的缺点
有轨车辆中的换流器由换流器单元的大型布置组成，其中，每个换流器单元连接到中间回路上。到中间回路的长的连接产生高的电感和与此相关的功率损耗。
发明内容
所述任务在于，改进变换器的结构。
所述任务通过一种用于模块化的变换器的功率相模块解决。此外，所述任务通过一种变换器和一种车辆、尤其有轨车辆解决。
提出一种用于模块化的变换器的功率相模块。该功率相模块具有：至少一个第一DC连接端对，其在功率相模块的端侧上并且具有相应的连接元件用以连接到导电轨对；第一DC-电容器-连接端对，其在该端侧上并且与第一DC连接端对隔开且并联连接，并且具有相应的连接元件用以连接到分配给功率相模块的中间回路电容器模块；第一AC连接端，其在功率相模块的另一侧上；开关设备，其与第一AC连接端和第一DC连接端对连接，用于将在运行状态中存在于第一DC连接端对上的直流电压转换成在第一AC连接端上产生的交变电压，或者反之；冷却设备，其用于从功率相模块、尤其从开关设备将热导走。
功率相模块可以在模块化构造的变换器中用于将直流电流变换成交变电流或将交变电流变换成直流电流。在变换器中，多个功率相模块可以并行地、相互独立地或相互关联地运行。功率相模块紧凑地构造并且可以在模块化的变换器中节省空间地并排布置。有利地，功率相模块是可更换的。
功率相模块具有一个端侧。对此，功率相模块例如可能大致具有长方体的形状，该长方体的形状具有大面积侧和小面积侧。端侧是具有小面积的一侧。功率相模块在该端侧上具有至少一个第一DC连接端对。对于DC连接端对，可以将导电轨对在端侧连接到电源相模块。在连接的导电轨的情况下，通过DC连接端对给功率相模块供给直流电压，或者可以馈电直流电压。
第一DC连接端对设计用于直流电压并且可以具有两个连接元件，所述连接元件构造为具有对应的接触元件的两个连接端。根据一种实施方式，在功率相模块的运行状态期间，第一DC连接端对的两个连接端处于不同的电位，因此在所述两个连接端之间存在直流电压。DC连接端对的连接端如此相互布置并且电绝缘，使得在正常运行状态下，在所述连接端之间没有电流可以流动。例如，空气可以作为绝缘体位于连接端之间。连接端也可以通过涂层而电绝缘。
此外，功率相模块在端侧上具有与第一DC连接端对隔开且与其并联连接的第一DC-电容器-连接端对。可以将分配给功率相模块的中间回路电容器模块连接到第一DC-电容器-连接端对。为此，可以将第一DC-电容器-连接端对的连接元件与中间回路电容器模块的连接端连接。DC-电容器-连接端对与中间回路电容器模块之间的连接尤其是可拆卸的
Figure BDA0002298427170000031
例如连接元件构造为钻孔，并且中间回路电容器模块的连接端具有螺钉或过电流螺栓(Strombolzen)作为对应的接触元件。
根据一种实施方式，第一DC-电容器-连接端对具有两个连接端，所述两个连接端在功率相模块的运行状态期间处于不同的电位，因此在所述两个连接端之间存在直流电压。这两个连接端相互电绝缘并隔开。这两个连接端可以紧邻地并排，尤其可以如此布置，使得在DC-电容器-连接端对的两个连接端之间不布置有其他的电流流过的导体。
根据一种实施方式，所述第一DC连接端对具有两个连接端，所述两个连接端在功率相模块的运行状态期间处于不同的电位，因此在所述两个连接端之间存在直流电压。连接端可以空间上相互靠近地位于端侧上。
在变换器的中间回路中通常安装有电容器。在变换器的高电流或高功率密度的情况下，高电流负载能力在同时低的中间回路电容器的自感的情况下可能对于效率是有利的。低的等效串联电阻(ESR)和低的等效串联电感(ESL)是对于良好效率的要求。中间回路电容器到开关设备上的低电感连接同样可能导致效率提高。低电感连接同样可以通过开关电压和开关电流而导致半导体荷载减轻。
此外，尤其通过电线路的长度或导体回路的尺寸来确定开关设备到电容器的连接端的电感。导体回路越大，电感越大。因此，中间回路电容器应尽可能靠近地放置在开关设备上。根据一种实施方式，如此实施在端侧上的第一DC-电容器-连接端对，使得中间回路电容器模块可以基本上直接连接到第一DC-电容器-连接端对。也就是说，中间回路电容器模块可以空间上尽可能靠近地布置在功率相模块上。
为此，功率相模块如此布置，使得功率相模块的端侧与中间回路电容器模块直接相对置。中间回路电容器模块尤其具有至少一个面，在所述至少一个面上布置有用于将DC-电容器-连接端对连接到中间回路电容器模块的电接触元件。优选地，该电接触元件仅布置在中间回路电容器模块的一面上。功率相模块如此布置，使得功率相模块的第一端侧与中间回路电容器模块的这一面相对置。因此，功率相模块以其端侧布置在分配给该功率相模块的中间回路电容器模块上。由此，在中间回路电容器和开关设备之间有利地实现非常短且低电感的连接情况。该功率相模块也包含DC-电容器-连接端对与中间回路电容器模块之间的连接元件，该连接元件尤其是可拆卸的。连接元件可以不仅包括机械式的固定装置、而且包括导电连接部。连接元件例如是螺纹连接部。
中间回路电容器模块具有至少一个电容器。该电容器用作功率相模块的中间回路电容器。在开关设备的开关过程期间，电容器中的电流发生变化。因此，电容器是变换回路(Kommutierungskreis)的一部分。中间回路电容器也称为变换电容器。
功率相模块在不同于端侧的另一侧上具有第一AC连接端。通过第一AC连接端给功率相模块供给交变电压或者可以馈电交变电压。该另一侧可以与端侧相对置，甚至可以是另一端侧。
此外，功率相模块具有开关设备。该开关设备与第一AC连接端和第一DC连接端对连接。该开关设备适用于将在运行状态下存在于第一DC连接端对上的直流电压转换成在第一AC连接端产生的交变电压，或者反之。因此，开关设备在第一DC连接端对和第一AC连接端之间电连接。
根据一种实施方式，开关设备不仅电地而且在空间上布置在第一DC连接端对和第一AC连接端之间。在此可能存在重叠区域。此外，本发明的目的是使电感最小化。这可以通过使导体回路的尺寸和长度最小化来实现。因此，紧凑的空间布置是有意义的。
根据一种实施方式，在功率相模块的运行状态下在第一DC连接端对上存在直流电压。通过第一DC连接端对与开关设备的连接，电流可以通过开关设备经由与第一AC连接端的连接流至该第一AC连接端。根据开关设备可以如此运行该开关设备，使得在第一AC连接端上产生交变电压。
根据一种实施方式，开关设备包括以下电子构件中的至少一个：二极管、功率MOSFET和IGBT。在此，由多个二极管半桥、或二极管全桥、或IGBT半桥、或IGBT全桥、或它们的组合而组成的电路尤其可以是开关设备的一部分。
根据一种实施方式，功率相模块的一个或多个开关设备分别具有至少一个二极管半桥或IGBT半桥。
根据一种实施方式，在从直流电压变换成交变电压的情况下，开关设备产生以下频率或预给定以下频率：以该频率将直流电转换成具有同样该频率的交变电流。为此，开关设备可以具有控制装置、尤其栅级控制装置或者与控制装置连接。
根据一种实施方式，功率相模块具有用于控制开关设备的至少一个控制装置。该控制装置有利地布置在另一端侧上——即在AC连接端的端侧上。
根据一种实施方式，功率相模块、尤其开关设备具有控制装置的一个或多个连接端，所述控制装置用于控制一个或多个开关设备。可以通过电信号(例如通过铜线路)或者通过光学信号(例如通过光波导体)来实现控制。
根据一种实施方式，功率相模块具有另一或多个附加的开关设备。如果两个或多个开关设备的频率和相位兼容，则可以将其连接到同一AC连接端。然而每个开关设备也可以连接到单独的AC连接端，然后功率相模块具有其他AC连接端。
根据一种实施方式，多个开关设备可以在第一DC连接端对与一个或多个AC连接端之间相互并联连接。在多个DC连接端对的情况下，开关设备可以在DC连接端对与一个或多个AC连接端之间相互并联连接。
根据一种实施方式，功率相模块还包括电源连接端用以给开关设备的栅极驱动器馈电。栅极驱动器可能随着开关器件的不同实施方式(即半导体组件及其电路)而发生变化。例如，在运行状态期间可以将24V或110V的电压连接到电源连接端。这相应于在依靠例如车辆电池的有轨车辆中的典型电压。
根据一种实施方式，开关设备具有一个或多个开关模块、尤其一个双开关模块或两个单开关模块。在双开关模块的情况下，该开关模块不仅与DC连接端对的第一连接端连接、而且与DC连接端对的第二连接端连接。在单开关模块的情况下，分别只有DC连接端对中的一个连接端与单开关模块连接。
双开关模块可以在电方面相应于双向整流器。双开关模块充分利用DC连接端对的两个电位，并通过相应的控制装置将其转换成交变电压。单开关模块在电方面可以看作单向整流器。该单开关模块仅充分利用DC连接端对中的一个电位。两个单开关模块在电方面构成一个双向整流器。
根据一种实施方式，开关设备、尤其整个功率相模块的电压等级处在大约1200V至大约6500V。
根据一种实施方式，在至少300A(双开关)或至少800A(单开关)的运行状态下，电流从DC连接端对通过开关设备流至AC连接端。
根据一种实施方式，对一个或多个开关设备如此进行控制，使得所述开关设备由所存在的直流电压在其AC连接端上产生交变电压。如果开关设备具有带有栅极、尤其IGBT的可控制的半导体部件，则开关设备的控制装置尤其可以是栅极控制装置。
根据一种实施方式，功率相模块具有栅极控制装置。栅极控制装置与开关设备连接并且设置用于如此控制开关设备，使得将存在于开关设备上的直流电压转换成交变电压，或者反之。
根据一种实施方式，开关设备具有两个分别带有一个二极管的单开关模块，其中，二极管相互反并联。在该实施方式中，所产生的半桥是无源电路。这些半桥中的两个产生不受控制的整流器。
根据另一实施方式，开关设备具有双开关模块。该双开关模块具有带有开关和反并联二极管的半桥；或者该双开关模块具有带有二极管的半桥整流器。
根据另一实施方式，开关设备具有如下双开关模块：该双开关模块具有斩波器半桥(Chopperhalbbrücke)，该斩波器半桥具有半导体开关、反并联二极管和二极管。半导体开关、尤其IGBT以及所属的反并联二极管也可以集成在芯片上。这也适用于其反并联二极管整体式地集成的电力MOSFET。
根据一种实施方式，功率相模块具有1至6个开关模块(单开关模块或双开关模块)。
功率相模块除了第一AC连接端外，还可以具有其他AC连接端。根据一种实施方式，功率相模块具有1至6个AC连接端。在此，可以将开关设备的不同实施方式在功率相模块中使用并分配给AC连接端。功率相模块可以具有1至6个开关设备。
功率相模块的AC连接端例如可以用作电动机的相连接端的负载连接端。在此，电流从DC连接端对中的一个连接端通过开关设备通过AC连接端流至电动机。反之，例如在电动车辆的制动过程的情况下，可以通过有效制动将AC连接端用作通过发电机的交变电流的馈电装置。电流在发电机中产生，并且通过AC连接端通过开关设备流入DC连接端对。在变换期间，中间回路电容器模块中连接的电容器用作能量中间存储器和电缓存器。
功率相模块还具有冷却设备，该冷却设备用于从功率相模块、尤其从开关设备将热导走。在运行状态下，通过功率相模块的导电组件的欧姆电阻产生热。尤其在开关设备中，电能被转换为寄生热。由于升高的温度，组件的效率通常会降低。冷却设备保护功率相模块免受由于热造成的破坏，并将功率相模块冷却到有效的工作温度。
根据一种实施方式，冷却设备构造为冷却板。开关设备可以在冷却板上如此布置，使得可以将在开关设备中产生的热通过冷却设备导走。冷却板可以构造为开关设备的机械支架。
根据一种实施方式，冷却设备具有冷却剂。冷却剂可以是气体或液体、尤其基本上是水或空气。本领域技术人员可以相应于用于类似的电子组件的常用的冷却设备来匹配冷却剂。
根据一种实施方式，冷却设备具有用于将冷却剂导入和导出冷却设备的液压连接端。液压连接端可以连接到冷却剂系统。例如液压连接端可以列为快速接合器(Schneillkupplung)，并且可以通过将其插入冷却剂系统的相应连接端上而与冷却剂系统连接。
根据一种实施方式，功率相模块大致具有长方体的形状，该长方体的形状具有大面积侧和小面积侧。端侧是具有小面积的一侧。开关设备、尤其开关设备的单开关模块或双开关模块并排布置在垂直于端侧的平面中。冷却设备与开关设备或开关模块如此连接，使得产生的热通过在冷却设备中流动的冷却剂从开关设备或开关模块中被导走。例如，冷却设备可以部分地包围开关设备或开关模块，或者冷却设备可以构造为如下板状元件：开关设备或开关模块布置在该板状元件上并导热地连接。
根据一种实施方式，功率相模块的开关设备是可更换的。也就是说，开关设备在功率相模块中与其他组件如此可拆卸地连接，使得可以在不破坏功率相模块的其他组件的情况下将该开关设备拆下。为此，开关设备例如通过可拆卸的固定装置如螺钉可拆卸地固定。
根据一种实施方式，第一DC连接端对和第一DC-电容器-连接端对由从横桥向上弯折(abgewinkelt)的金属板区域形成，并且这些金属板区域基本上布置在一个平面中。第一DC连接端对和第一DC-电容器-连接端对的相应的连接元件可以构造在向上弯折的金属板区域上或中。
根据一种实施方式，第一DC连接端对和第一DC-电容器-连接端对的第一连接端由金属板、尤其一件式的(einstückig)金属板成型。连接端可以具有连接元件——例如用于固定装置的钻孔。这可以类似地适用于第一DC连接端对的和第一DC-电容器-连接端对的第二连接端，其中，连接端可以分别相互独立且不同地成型。
根据一种实施方式，DC-电容器-连接端对的两个连接端彼此之间具有如下间距：该间距不同于第一DC连接端对的两个连接端彼此之间的间距。DC-电容器-连接端对的连接端设置用于连接到中间回路电容器模块或中间回路电容器。第一DC连接端对的两个连接端设置用于连接到导电轨。两个导电轨之间的间距可能不同于两个中间回路电容器连接端之间的间距。
根据一种实施方式，第一和/或第二DC-电容器-连接端对的连接元件彼此之间具有如下间距：该间距不同于第一和/或第二DC连接端对的连接元件彼此之间的间距。
根据该实施方式，第一DC连接端对的连接端可以连接到导电轨并且第一DC-电容器-连接端对的连接端可以连接到中间回路电容器模块，其中，导电轨和中间回路电容器模块同样基本上布置在一个平面中。由于中间回路电容器模块在空间上接近地连接到中间回路连接端对，减小导体回路的几何尺寸，并且由此也减小中间回路的电感。
根据该实施方式，每个功率相模块分别配属有恰好一个中间回路电容器模块，并且该中间回路电容器模块具有至少一个电容器。中间回路电容器模块的典型的电容处在数百微法至超过1000微法的范围内并且可以根据中间回路中的电压来选择。例如，电容可以对于3.6kV处在400μF，对于2.8kV处在700μF，对于1.8kV处在1600μF或者在750V时处在9000μF。这些离散值仅仅是通过在电容器制造时的典型目标值来给定的并且不限于此。总电容通过中间回路电容器模块中的一个或多个并联连接的电容器来给定。
根据一种实施方式，待连接的中间回路电容器模块的连接端构造为测量器接触部。在此，在运行状态下，可以组合成两个接触部组的多个机械式的测量器接触部可以分别处于第一或第二电位。替代地，中间回路电容器模块也可以仅具有单个测量器接触部对。DC-电容器-连接端对的数量匹配于中间回路电容器模块的接触部。每个接触部组例如可以具有三个带有相应连接元件的测量器接触部。功率相模块除了具有第一DC-电容器-连接端对之外，还具有另外两个DC-电容器-连接端对，从而DC-电容器-连接端对中的所有六个连接端可以分别与三个测量器接触部连接。
根据一种实施方式，功率相模块还包括第二DC-电容器-连接端对和必要时第三DC-电容器-连接端对，其中，第一DC-电容器-连接端对和第二DC-电容器-连接端对以及必要时第三DC连接电容器可以与具有四个或六个连接端的中间回路电容器模块可拆卸地连接。为此，附加的DC-电容器-连接端对同样可以具有连接元件。替代地，功率相模块也可以具有两个DC-电容器-连接端对，其中，每个DC-电容器-连接端对的两个连接端被组合并构成公共连接端。有利地，所述公共连接端如此构造，使得与两个其他连接端的总和相比，该公共连接端具有电方面类似的特性、尤其基本相等的阻抗。
根据一种实施方式，功率相模块具有第二DC-电容器-连接端对，该第二DC-电容器-连接端对在功率相模块的端侧上分别与第一DC连接端对和第一DC-电容器-连接端对隔开地布置并且并联连接。
根据一种实施方式，第一DC-电容器-连接端对或第一和第二DC-电容器-连接端对构造用于与可放置在端侧上的中间回路电容器模块的对应接触元件可拆卸地连接。
根据一种实施方式，中间回路电容器模块具有至少一个电容器和两个或更多的连接端。电容器连接在两个连接端之间。中间回路电容器模块还可以具有多个并联连接的电容器，或者电容器通过连接端而与功率相模块并联连接。
根据一种实施方式，功率相模块还具有第二DC连接端对，该第二DC连接端对在功率相模块的端侧上分别与第一DC连接端对和第一DC-电容器-连接端对隔开地布置并且并联连接。第二DC连接端对同样可以在两个连接端处具有两个连接元件，所述两个连接元件在运行状态下处于不同的电位。
根据该实施方式，为了分别连接到逐段平行延伸的两个导电轨对，两个DC连接端对的连接端可以分别在空间上相互靠近地构造。这两个电流方向在空间上靠近的导向使导体回路的尺寸最小化，并减小了电感。这对效率有积极的影响。
根据一种实施方式，第一DC-电容器-连接端对或第一和第二DC-电容器-连接端对在第一DC连接端对与第二DC连接端对之间布置成一排。由此，中间回路电容器模块可以布置在两个导电轨对之间。这减小了中间回路电容器到开关设备之间的间距，并且由此减小了电感。然后DC连接端对的连接端在空间上相互靠近，从而两个具有相反电流方向的导体总是在空间上靠近地布置。由此使导体回路的尺寸最小化。
根据该实施方式，经连接的中间回路电容器模块布置在两个DC连接端对之间并且连接到DC-电容器-连接端对。两个导电轨对分别连接到两个DC连接端对。这种布置包含对称性。在具有经连接的导电轨和中间回路电容器模块的运行状态下，一个电位的引导电流的导体和另一电位的引导电流的导体由于对称布置而在空间上相互靠近，从而使由此形成的导体回路的尺寸最小，并且因此使电感最小。
该系统可以具有高的阻抗对称性，由此可以实现对称电流流入和流出中间回路电容器模块。可能地且有利地，以下对称性相互独立。
根据一种实施方式，第一DC连接端对的连接端的阻抗基本相同。
根据一种实施方式，第一DC-电容器-连接端对的连接端的阻抗基本相同。
根据一种实施方式，第二DC-电容器-连接端对的连接端的阻抗基本相同。
根据一种实施方式，第二DC连接端对的连接端的阻抗基本相同。
根据一种实施方式，第一DC-电容器-连接端对和第二DC-电容器-连接端对的连接端的阻抗基本相同。
根据一种实施方式，第一DC连接端对和第二DC连接端对的连接端的阻抗基本相同。
根据一种实施方式，第一DC连接端对、第一DC-电容器-连接端对和开关设备分别具有第一连接端，并且功率相模块还具有第一横桥，该第一横桥将第一DC连接端对、第一DC-电容器-连接端对以及开关设备的第一连接端电连接。
根据一种实施方式，第一DC连接端对、第一DC-电容器-连接端对以及开关设备分别具有第二连接端，并且功率相模块还具有第二横桥，该第二横桥将第一DC连接端对的、第一DC-电容器-连接端对的以及开关设备的第二连接端电连接。
根据该实施方式的一种扩展方案，第一横桥附加地连接其他DC连接端对的和/或其他DC-电容器-连接端对的和/或其他开关设备的第一连接端。同样地，第二横桥可以附加地连接其他DC连接端对的和/或其他DC-电容器-连接端对的和/或其他开关设备的第二连接端。
多个并联的开关设备可以分别通过第一连接端与第一横桥连接，并且必要时分别通过第二连接端与第二横桥连接。
根据该实施方式，在功率相模块的运行状态下，直流电流从一个或多个DC连接端对的连接端通过两个横桥流至一个或多个开关设备，并通过一个或多个DC-电容器-连接端对而流至中间回路电容器模块。
第一横桥和第二横桥可以直接并排(unmittelbar nebeneinander)地并且逐区段相互平行地延伸，而不必存在直接的电接通。由此，对于多个并联连接的开关设备产生基本对称的阻抗。这可以实现电流对称地流过横桥和开关设备。
横桥设计用于高电流负载。所述横桥具有尽可能小的欧姆电阻。横桥可以具有带有高导电能力的金属、尤其铜或铝。横桥还可以具有涂层例如作为腐蚀保护层和/或作为防止电飞弧(überschlagen)的保护。
根据一种实施方式，横桥一件式地——例如由金属板——成型。横桥可以具有涂层。金属片可以在功率相模块的端侧上具有向上弯折的区域并且成型为DC连接端。
根据一种实施方式，第一DC连接端对和第一DC-电容器-连接端对由从横桥向上弯折的金属板区域形成，并且这些金属板区域基本上布置在一个平面中，其中，第一DC连接端对和第一DC-电容器-连接端对的相应的连接元件构造在向上弯折的金属板区域上或中。
根据一种实施方式，DC-电容器-连接端对如此构造在端侧上，使得功率相模块以其端侧向前的移动来建立在DC-电容器-连接端对与放置在端侧上的中间回路电容器模块之间的接通。功率相模块可以以其端侧向前移动到中间回路电容器模块的连接端上。为此，功率相模块可以如此可移动地支承，使得端侧基本上垂直地定向。为此，功率相模块可以具有支架——例如导轨。在这种移动的情况下，也可以将冷却设备与冷却剂系统的为此设置的连接端连接。
根据一种实施方式，多个功率相模块可以如此相互并排布置，使得其端侧分别基本上垂直地定向。所述多个功率相模块的端侧尤其可以相互平行地和/或在一个平面中布置，和/或功率相模块朝向相同方向地布置。
根据一种实施方式，功率相模块构造作为模块化变换器的组件。功率相模块被尤其可更换地、更拆卸地、可固定地安装在变换器中。功率相模块的总质量低于50kg、尤其低于30kg。因此，无需机械提升设备即可以安装和拆下功率相模块。中间回路电容器模块的在变换回路中处于运行状态的电容器可以低电感地连接到开关设备。
此外，提出一种具有至少两个、尤其至少三个功率相模块的变换器。该变换器具有至少两个、尤其至少三个中间回路电容器模块，其中，每个功率相模块以其端侧布置在分配给其的中间回路电容器模块上，其中，每个功率相模块的第一DC-电容器-连接端对与所分配的中间回路电容器模块的对应的接触元件可拆卸地连接。
通过模块在变换器中使用多个中间回路电容器并将其靠近功率相模块或开关设备地放置，可以减小连接的电感。中间回路电容器模块中的电容器负载更小，而其使用寿命得以延长。
每个中间回路电容器模块被分配给一个功率相模块并通过连接元件连接到该功率相模块。为此，中间回路电容器模块具有对应的接触元件。
根据一种实施方式，该变换器还包括如下导电轨对：该导电轨对具有第一导电轨和平行于第一导电轨延伸的第二导电轨，用以引导直流电流。第一导电轨和第二导电轨基本上位于一个平面中，功率相模块以其端侧并排地且平行于该平面地布置，其中，每个功率相模块的第一DC连接端对通过其连接元件连接到该第一导电轨和第二导电轨。功率相模块也通过导电轨与其他中间回路电容器模块连接，然而，与分配给功率相模块的中间回路电容器模块的直接连接相比，该连接具有更大的欧姆电阻和更大的电感。
根据一种实施方式，该变换器还包括具有第一连接器和第二连接器的连接器对，其中，第一连接器和第二连接器基本上位于一个平面中，功率相模块以其端侧并排地且平行于该平面地布置，其中，每个功率相模块的第一DC-电容器-连接端对通过其连接元件连接到该第一连接器和第二连接器。为此，第一DC-电容器-连接端对的连接元件可以与中间回路电容器模块的对应的接触元件连接并且与第一和第二连接器连接。
根据该实施方式的一种扩展方案，该变换器还具有第二导电轨对，该第二导电轨对具有用于引导直流电流的第三导电轨和第四导电轨。第一导电轨、第二导电轨、第三导电轨和第四导电轨可以逐区段平行地延伸并且基本上位于一个平面中，其中，第二DC连接端对的连接端可以连接到第三导电轨和第四导电轨上。
根据该实施方式的扩展方案，该变换器还包括具有第三连接器和第四连接器的第二连接器对，其中，第三连接器和第四连接器基本上位于一个平面中，功率相模块以其端侧并排地且平行于该平面地布置，其中，每个功率相模块的第二DC-电容器-连接端对通过其连接元件连接到该第三连接器和第四连接器。为此，第二DC-电容器-连接端对的连接元件可以与中间回路电容器模块的对应的接触元件连接并且与第三和第四连接器连接。
根据一种实施方式，第一、第二、第三和第四导电轨以及第一、第二、第三和第四连接器位于一个平面中。
根据一种实施方式，导电轨成对地、逐区段地平行地构造。导电轨可以——例如通过固体绝缘材料——在机械上彼此连接、但是彼此电绝缘。绝缘部例如可以由塑料成型。如此设计绝缘部的导电能力和厚度，使得可以在导电轨之间施加大于500V、尤其600V至大约4500V的电压。
根据一种实施方式，相邻功率相模块的第一DC连接端对与第一导电轨对一起在相邻功率相模块之间形成高电感低欧姆的并联连接，并且与连接器对一起在相邻中间回路电容器模块之间形成低电感高欧姆连接。因此，中间回路电容器模块以两种方式电地并联连接。
在中间回路电容器模块之间存在低电感高欧姆连接。与通过功率相模块运行的高电感低欧姆连接相比，该连接是空间上短的且直接的连接。
根据一种实施方式，第一和第二横桥是高电感低欧姆连接的一部分。在此，高电感低欧姆连接从中间回路电容器模块经由DC-电容器-连接端对的连接端、经由横桥中的一个、经由DC连接端对的连接端、从分配给中间回路电容器模块的功率相模块出来，经由导电轨中的一个到相邻的功率相模块、经由横桥中的一个、经由DC-电容器-连接端对的连接端延伸到相邻的中间回路电容器模块。
相邻的中间回路电容器模块之间的高电感低欧姆并联连接由两个高电感低欧姆连接组成。
通过连接器在中间回路电容器模块之间形成低电感高欧姆连接。连接器可以由金属板(例如钢板)制成。金属板可以在多个中间回路电容器模块上一件式地延伸，或者也可以由单个区段组成。
相邻的中间回路电容器模块之间的低电感高欧姆并联连接由两个低电感高欧姆连接组成。
根据一种实施方式，与直接在中间回路电容器模块上的连接器相比，在两个中间回路电容器模块之间的区域中的连接器具有更高的欧姆电阻值。例如，该区域可以包括导电材料(例如金属板)的更小的横截面。可以通过导电材料中的凹槽(Aussparung)产生更小的横截面。在该位置处增大的欧姆电阻导致电能在那里被针对性地转换成热。由此，在常规运行中，寄生振荡电流在低电感高欧姆连接中被针对性地转换成热并有利地衰减。在短路的情况下在中间回路电容器模块之间的连接器中针对性地产生热，由此使电能变得无害。附近的电子构件(例如中间回路电容器模块)没有受到高电流和发热。
根据一种实施方式，与平行延伸的通过导电轨和横桥的高欧姆低电感连接相比，连接器具有至少2倍、尤其至少5倍的更高的电感。例如，两个中间回路电容器模块之间的低欧姆高电感连接的电感位于100nH至300nH的范围内，而高欧姆低电感连接的电感位于10nH至30nH的范围内。所述数据涉及具有数百安培的所属的流动电流的运行状态。
因为变换器、尤其功率相模块设计用于非常高的电流，所以布置示出非常弱衰减的C-L-C-L链导体。通过开关设备的注入的电流来激励振荡电流。通过振荡电流提高中间回路电容器中的电流的有效值。
根据一种实施方式，模块化的中间回路电路形成C-L-C-L链导体，该C-L-C-L链导体具有：L环节，该L环节具有第一低欧姆高电感连接的或第二低欧姆高电感连接的电感L；C环节，该C环节具有中间回路电容器模块的电容C，其中，L环节和C环节形成L-C振荡回路，并且第一高欧姆低电感连接或第二高欧姆低电感连接与L-C振荡回路的L环节附加地并联连接。
直流电流和低频AC分量流过低欧姆高电感连接，而更高频的AC分量被引导通过在中间回路电容器模块之间的具有较小电感但具有更高欧姆电阻的低电感高欧姆连接并且在此衰减。由此降低在低欧姆高电感连接中的和在中间回路电容器中的有效电流。
在功率相模块中短路的情况下，所属的中间回路电容器模块的一个或多个电容器非常快速地放电。周围的中间回路电容器模块的其他电容器通过导电轨和连接器以短路的方式进行馈电。中间回路电容器模块之间的连接器通过其欧姆电阻使通过短路引起的振荡快速衰减。短路能量的大部分在连接器中转化成热并且由此变得无害。由此可以保护其他的功率相模块和中间回路电容器模块免于破坏。
根据一种实施方式，功率相模块不仅具有第一DC连接端对、而且具有第二DC连接端对，并且不仅具有第一DC-电容器-连接端对、而且具有第二DC-电容器-连接端对。此外，变换器不仅具有第一导电轨对、而且具有第二导电轨对，并且不仅具有第一连接器对、而且具有第二连接器对。相邻的功率相模块的第一DC连接端对与第一导电轨对一起在相邻的中间回路电容器模块之间形成高电感低欧姆并联连接，而第一连接器对在相邻的功率相模块之间形成低电感高欧姆连接。在此类似地，相邻的功率相模块的第二DC连接端对与第二导电轨对一起在相邻的中间回路电容器模块之间形成第二高电感低欧姆连接，而第二连接器对在相邻功率相模块之间形成第二低电感高欧姆并联连接。
在此产生对称性，由此通过该对称性可以分别以与所属的第二导体相反的电流方向相互靠近地引导电流流过的导体(即导电轨和连接器)。在这种结构下，通过最小化导体回路尺寸来优化电感。
根据一种实施方式，提出一种具有能量转换器和变换器的车辆、尤其有轨车辆，该能量转换器用于将电能转换为动能，或者反之，其中，功率相模块的至少一个AC连接端与该能量转换器连接。
借助由变换器产生的交变电流可以例如驱动用于驱动车辆的电动机。同样可以向车载电子部件供给电流。一个或多个AC输出端上的频率和电压可以匹配于车辆中的应用。
同样地，能量转换器例如可以在制动过程中用作发电机/发动器。然后，由发电机由机械能产生电能并且将电能引导到变换器。能量转换器将交变电流转换成直流电流。
尤其列车、地铁、地下铁道、电车、高速列车等看作有轨车辆。
附图说明
这些附图说明实施方式并且与描述一起用于阐述本发明的原理。附图的元素是相对于的并且不必按正确比例的。相同的附图标记表示相同的部分。
图1示出根据一种实施方式的功率相模块；
图2示出根据图1的实施方式的功率相模块，其中，移除了一个横桥；
图3示出根据图1的实施方式的功率相模块，其具有所连接的中间回路电容器模块；
图4示出根据一种实施方式的变换器；
图5示出根据一种实施方式的导电轨的详细视图；
图6示出变换器的布置的示意图；
图7示出根据一种实施方式的模块化的电路图；
图8示出根据一种实施方式的简化电路图；
图9示出一种用于具有8个功率相模块的变换器的简化等效电路图；
图10示出根据一种实施方式的有轨车辆。
具体实施方式
在图1中示出功率相模块10的一种实施方式。功率相模块10大致具有平扁的长方体的形状，其具有大面积的两侧和小面积的四侧。小面积的侧可以是功率相模块10的端侧。在功率相模块10的端侧12上布置有第一DC连接端对14和第二DC连接端对20。此外，第一DC-电容器-连接端对15和第二DC-电容器-连接端对21布置在该端侧12上。
在功率相模块10的另一侧——在这种情况下即相对置的端侧11——上布置有第一AC连接端13。第二AC连接端22同样布置在所述相对置的端侧11上。
第一开关设备16与第一DC连接端对14以及与第一AC连接端13连接。开关设备16布置在冷却设备17上，从而冷却设备17可以将产生的热从开关设备16以及从功率相模块10导走。
功率相模块10还具有第二开关设备23，所述第二开关设备与第一DC连接端对14以及与第二AC连接端22连接。所述第二开关设备23布置在冷却设备17上在第一开关设备16旁。这两个开关设备16、23布置在与端侧垂直的平面中。
DC-电容器-连接端对15、21并排地并且在两个DC连接端对14、20之间布置。DC-电容器-连接端对15、21和DC连接端对14、20布置在一个平面中并且布置成一排。
DC-电容器-连接端对15、21和DC连接端对14、20分别具有第一连接端14a、15a、20a、21a和第二连接端14b、15b、20b、21b。连接元件布置在连接端中或上。第一连接端14a、15a、20a、21a通过第一横桥18相互连接。第二连接端14b、15b、20b、21b通过第二横桥19相互连接。第二横桥19的细节在图1中被遮盖。在图2中说明所述细节，图2示出功率相模块10的一种实施方式，其中，未示出第二横桥19。
第一连接端14a、15a、20a、21a与第一横桥18一件式地成型。第一横桥18具有金属板。金属板的向上弯折的区域形成第一连接端14a、15a、20a、21a用于连接到导电轨上。连接元件实施为用于例如螺纹连接的钻孔。第一连接端14a、15a、20a、21a也可以是多件式的，即由多个部件组成。在一种实施方式中，类似但不一定相同地，这适用于第二横桥19和第二连接端14b、15b、20b、21b。第一横桥18和第二横桥19可以不同地构造并且例如通过整体性(Einstückigkeit)、通过不同的材料或涂层来区分。
第一横桥18将第一DC连接端对14的第一连接端14a与第一开关设备16连接。第二横桥19将第一DC连接端对14的第二连接端14b与第一开关设备16连接。由此，直流电流从第一DC连接端对14经过横桥18、19流到开关设备16中并且在那被转换。可以在第一AC连接端13上量取所产生的交变电流。相反，也可以将交变电流转换成直流电流。
第一和第二横桥18、19紧邻并排地并且逐区段平行地延伸。它们在空间上相互靠近并且相互电隔离并且设计用于超过500V的高电压、尤其用于在约600V和4500V之间的电压以及用于高于100A的高电流、尤其用于100A至1000A的电流。例如，电流在双开关模块中位于500A而在单开关模块中位于800A。通过在一种运行状态中的最大功率，所施加的电压可以限制电流。
所述实施方式中的横桥18、19具有大面积的金属板区域和至少两个从其向上弯折的区域。在一种运行状态中，数百安培的高电流流过横桥18、19。因此，横桥18、19的材料和密度必须相应于电流负荷进行匹配。
横桥18、19的大面积的金属板区域可以基本上平行于功率相模块的大面积的侧。因此，横桥18、19可以布置成横向于、即基本上垂直于所连接的导电轨的走向。
例如，冷却设备17可以布置在功率相模块的大面积的一侧上或者沿着所述功率相模块的大面积的一侧布置或者形成所述功率相模块的大面积的一侧。开关设备16可以布置在冷却设备17上。冷却设备17可以布置在开关设备16的一侧上并且横桥18、19可以布置在开关设备16的与其相对置的一侧上。
在所述实施方式中，开关设备16、23具有双开关模块并且因此不仅与第一横桥18连接而且与第二横桥19连接。双开关模块在电方面构造为双路整流器(Zweiweg-Gleichrichter)并且可以对于交变电流相转换两个横桥18、19的两个电位。
在一种运行状态中，每个开关设备16、23可以相互独立地通过控制装置24、尤其栅极控制装置作为双路整流器来运行并且在相应的AC连接端13、22上产生交变电流。这些开关设备尤其具有可控制的半导体元件。所述可控制的半导体元件可以是具有可控制的栅极电极的半导体元件。控制装置24然后控制栅极电极上的栅极电压并且由此控制流过半导体元件或开关设备16、23的电流。半导体元件尤其可以是IGBT，控制装置包括IGBT的栅极的栅极控制装置24。
根据一种实施方式，控制装置24可以布置在与功率相模块的连接端对相对置的端侧上，所述端侧也可以称作第二端侧或者后端侧。
根据一种实施方式，控制装置24可以在机械上由冷却设备17或开关设备16、23或两者支承。
图1中的功率相模块10具有两个DC-电容器-连接端对15、21。在此，连接端15a、15b、21a、21b如此布置成一排，使得在一种运行状态中这两个第二连接端15b、21b置于一个电位上并且从外部由在另一个电位上的第一连接端15a、21a包围。产生连接端的镜像对称性，因此产生电位的镜像对称性。在所述实施方式中，这两个DC连接端对14、20的连接端同样获得镜像对称性。第一连接端14a、15a、20a、21a和第二连接端14b、15b、20b、21b也可以分别与相应对的所属的连接端交换。镜像对称性在此保持不变。对称性具有以下优点：连接端上的阻抗对于两个电流方向分别相同或几乎相同。由此能够实现均匀的电流流动。
为了连接到导电轨上或连接到中间回路电容器模块上，DC连接端14a、15a、20a、21a、14b、15b、20b、21b可以具有用于电连接的连接元件和/或用于机械固定的固定装置。在所述实施例中，设有用于导入对应的接触元件和/或固定装置的孔。
DC-电容器连接端21、15的连接元件可以构造成不同于DC连接端对14、20的连接元件。例如，钻孔尺寸可以发生改变或者可以使用完全不同的连接元件。与在一个或多个DC连接端对14、20中相比，第一连接端14a、15a、20a、21a与第二连接端14b、15b、20b、21b的间距在一个或多个DC-电容器-连接端对15、21中也可以是不同大小的。DC-电容器-连接端对15、21连接到连接器和中间回路电容器模块上，DC连接端对14、20连接到导电轨上。
在图1中，功率相模块10具有栅极控制装置24。栅极控制装置24与开关设备16、23连接。栅极控制装置如此控制开关设备16、23，使得将在开关设备16、23上的存在的直流电压转换成交变电压或者反之。开关设备在此可以具有尤其IGBT，所述IGBT具有可控制的栅极。
栅极控制装置24预给定频率，以所述频率如此控制开关设备16、23，使得在相应的AC输出端13、22上产生具有对应的频率的交变电压。AC输出端的频率和/或电压变化过程可以是不同的。交变电压尤其可以彼此协调，从而可以以不同的AC输出端13、22对电动机的不同的相输入端馈电。
冷却设备17可以具有将冷却剂导入冷却设备17以及从冷却设备17导出的液压系统连接端。液压系统连接端有利地布置在端侧12上，从而在通过推功率相模块10来连接到导电轨对和中间回路电容器模块上的情况下冷却设备同样以其液压系统连接端连接到冷却剂导向系统上。
图2示出图1的不具有第二横桥19和第一连接端14b、15b、20b、21b的功率相模块10的、DC-电容器-连接端对15'、21'和DC连接端对14'、20'的实施方式。
在图1中，第二横桥19遮盖了：开关设备16与第一横桥18连接。同样地，开关设备16与其所属的AC连接端13连接。
图3示出功率相模块10，其具有所连接的中间回路电容器模块30。中间回路电容器模块30具有四个连接端并且因此不仅连接到第一DC-电容器-连接端对15上而且连接到第二DC-电容器-连接端对21上。
在该实施方式中，开关设备16、23以分别两个接触点与横桥18、19接触。每个开关设备构造为双开关模块并且具有两个半桥，其中，每个半桥以一个接触点与横桥接触。
中间回路电容器模块30具有至少一个电容器，所述至少一个电容器适合作为中间回路电容器。横桥18、19与中间回路电容器模块30的电容器一起在功率相模块10的或变换器的一种运行状态中是中间回路的一部分。在此，中间回路电容器是变换回路(Kommutierungskreis)的一部分、即电流回路，在其中，在开关设备16、23的开关过程中，电流发生改变。中间回路电容器模块30的中间回路电容器因此也称作变换电容器。
开关设备16、23与中间回路电容器模块30之间的电连接是低电感的。这通过功率相模块10的紧凑结构来实现。中间回路电容器模块30在空间上靠近开关设备16、23地并且因此低电感地连接到开关设备16、23上。附加地，横桥18、19相互靠近地或者上下相叠地布置。由此，在开关设备16、23、中间回路电容器模块30和DC连接端对14、20之间在横桥18、19中的电流路径最佳地重叠，并且功率相模块10的电感降低。
图4示出根据一种实施方式的变换器，所述变换器具有两个功率相模块10、10*。为概览起见，仅仅示出两个功率相模块10、10*。还可以将另外的功率相模块相应于所示出的两个功率相模块的定向布置在其他功率相模块旁。功率相模块10、10*如此并排布置，使得它们的端侧指向同一方向。
DC连接端对分别连接到导电轨对31、32上，所述导电轨对在功率相模块10、10*的端侧后方延伸。导电轨对31、32具有第一导电轨31a、第二导电轨31b、第三导电轨32a和第四导电轨32a。导电轨对32的详细视图在图5中示出。
每个功率相模块10、10*分配有一个中间回路电容器模块30、30*，每个功率相模块10、10*在其DC-电容器-连接端对上与所分配的中间回路电容器模块30、30*连接。在图4的示图中，第二中间回路电容器模块30*是不可见的，因为它在功率相模块10*后方布置在其端侧上。通过连接元件以电的方式和机械的方式建立连接。连接元件连同对应的接触元件是孔或螺母和螺钉。
导电轨对31、32基本上相互平行地延伸并且如此相互间隔开，使得可以将中间回路电容器模块30放置在导电轨对31、32之间。导电轨对31、32的连接端与中间回路电容器模块30的连接端然后布置在一个平面中并且布置成一排，从而可以将功率相模块以其端侧向前推向所述平面并且连接到所述平面上。
变换器具有连接器对33、34。第一连接器33a、第二连接器33b、第三连接器34a和第四连接器34b将中间回路电容器模块30相互电连接。根据中间回路电容器模块30的连接端的数量或者功率相模块10、10*的DC-电容器-连接端对的数量，连接器33a、33b、34a、34b的数量可以改变。有利地，连接器33a、33b、34a、34b的数量与DC-电容器-连接端对的连接端的数量相同，从而可以将所有连接端连接。连接器33a、33b、34a、34b将中间回路电容器模块30连接，从而这些中间回路电容器模块并联连接。
根据一种实施方式，在具有连接器33a、33b、34a、34b的变换器中，不仅中间回路电容器模块30、30*而且功率相模块10、10*中的开关设备16、16*并联连接。除通过连接器33a、33b、34a、34b的并联连接以外，开关设备16、16*和中间回路电容器模块30、30*通过导电轨31a、31b、32a、32b和横桥18、19、18*、19*并联连接。与连接器33a、33b、34a、34b的并联连接相比，第二并联连接具有更高的电感和低的欧姆电阻。因此，中间回路电容器模块30、30*一方面通过两个低电感高欧姆连接并且另一方面通过两个高电感低欧姆连接并联电连接。
根据一种实施方式，与导电轨31a、31b、32a、32b的材料相比，连接器33a、33b、34a、34b的材料具有更大的电阻率。例如，连接器33a、33b、34a、34b基本上由钢成型，导电轨31a、31b、32a、32b基本上由铜或铝成型。
连接器33a、33b、34a、34b例如由金属板成型。金属板可以是逐区段地组合的，从而在中间回路电容器模块30、30*加装(Ausbau)时仅须在连接器33a、33b、34a、34b至中间回路电容器模块30、30*的连接位置上进行加装。
图5示出具有第一导电轨32a和第二导电轨32b的导电轨对32的详细视图。这些导电轨通过隔离部分35相互机械连接并且相互电隔离。所述隔离部分可以由固体材料制成，例如由塑料制成。
导电轨可以具有用于固定在DC连接端对的连接元件上的对应的接触元件36。在所述实施例中，对应的接触元件是用于将例如螺母或夹件固定在DC连接端对14、20上的具有或不具有螺纹的销钉。
图6示出模块化的变换器的加装的简化示意图。为概览起见，仅仅绘出两个功率相模块10、10*。每个功率相模块10、10*具有一个开关设备16、16*和一个冷却设备17、17*。AC连接端或控制设备在所述示图中未示出。
根据一种实施方式，功率相模块具有用于控制开关设备16、23的至少一个控制装置24。控制装置有利地布置在其他端侧11上。特别地，控制装置可以是栅极控制装置24，开关设备16、23的控制通过半导体部件中的栅极来实施。
功率相模块10、10*连接到导电轨对31、32上。在导电轨对31、32之间布置有中间回路电容器模块(30)、30*。每个功率相模块10、10*分配有一个中间回路电容器模块(30)、30*，但在所述示图中，这两个中间回路电容器模块(30)、30*中的仅仅一个是可见的。另外的中间回路电容器模块30**如此布置，使得另外的功率相模块可以以两个其他的功率相模块10、10*的相同定向放置在另外的中间回路电容器模块上。
中间回路电容器模块通过连接器33a、33b、34a、34b并联连接。附加地，中间回路电容器模块通过横桥18、19、18*、19*和导电轨对31、32并联连接。
图7示出模块化的中间回路电路的一种实施方式。简略画出三个中间回路电容器模块30。开关设备16分别与一个中间回路电容器模块30并联连接。为概览起见，开关设备16中的仅仅一个和中间回路电容器模块30中的仅仅一个设有附图标记。所示出的三个开关设备16和所述三个中间回路电容器模块30在该实施方式中相同。中间回路电容器模块30分别具有一个第一连接端和一个第二连接端，其中，在链中分别直接彼此相继的两个中间回路电容器模块30的第一连接端通过第一低欧姆高电感连接VL1以及第一高欧姆低电感连接VR1连接，在链中分别直接彼此相继的两个中间回路电容器模块30的第二连接端通过第二低欧姆高电感连接VL2以及第二高欧姆低电感连接VR2连接，第一高欧姆低电感连接VR1与第二高欧姆低电感连接VR2并联连接，第一低欧姆高电感连接VL1与第二低欧姆高电感连接VL2并联连接。
通过第一低欧姆高电感连接VL1和第二低欧姆高电感连接VL2，在链中分别直接彼此相继的两个中间回路电容器模块30低欧姆地和高电感地并联连接。附加地，通过第一高欧姆低电感连接VR1和第二高欧姆低电感连接VR2，在链中分别直接彼此相继的两个中间回路电容器模块30高欧姆地和低电感地并联连接。
第一低欧姆高电感连接VL1的阻抗和第二低欧姆高电感连接VL2的阻抗是相同的，第一高欧姆低电感连接VR1的阻抗和第二高欧姆低电感连接VR2的阻抗是相同的。模块化的中间回路电路因此具有对称性，该对称性能够实现在两个电流方向上的对称电流流动。
在图7的实施方式中，中间回路电容器模块30分别具有一个中间回路电容器。图7中的所示出的电容器因此分别形成一个中间回路电容器模块30。每个中间回路电容器具有第一连接端和第二连接端，中间回路电容器的第一连接端和第二连接端同时构成中间回路电容器模块的第一连接端和第二连接端。替代地，多个中间回路电容器也可以形成所述中间回路电容器模块30。
例如，通过并联的导电轨30a、30b和横桥18可以实现低欧姆高电感连接VL1、VL2。在一种运行状态中，直流电压UDC施加在上方的导电轨30a和下方的导电轨30b之间。所述直流电压UDC对开关设备16进行馈电，所述开关设备通过控制设备生成交变电压。中间回路电容器模块30中的所属的中间回路电容器用作电的中间存储器和缓存器。在中间回路电容器模块30的第一连接端和第二连接端之间存在电压U* DC。中间回路电容器模块30的电路是关于在中间回路电容器模块30的第一连接端和第二连接端之间存在的直流电压U* DC并联的并且在链中的。
低欧姆高电感连接VL1、VL2通过点状线示出并且分别包含三个电感和一个欧姆电阻。高欧姆低电感连接VR1、VR2通过虚线示出并且分别包含一个电感和一个欧姆电阻。高欧姆低电感连接VR1、VR2中的欧姆电阻在此分别比低欧姆高电感连接VL1、VL2中的欧姆电阻更大。
图7中的所绘出的电感和欧姆电阻主要通过导体回路的尺寸、导体的导电性和导体的横截面来确定。因为变换器构造为具有高电流的功率变换器，所以导体必须相应地匹配。例如，形成低欧姆高电感连接VL1、VL2的导体具有高导电性的材料、尤其铜或铝，形成高欧姆低电感连接VR1、VR2的导体具有更低导电性的材料、尤其钢。
图8示出图7的电路的简化示图。低欧姆高电感连接VL1、VL2的欧姆电阻和高欧姆低电感连接VR1、VR2的电感不再绘出。实际上，无欧姆电阻或无电感的导体本身是不能实现的。因此，电路对于本领域技术人员而言可以如此理解：导体的特征基本上在于其电感特性或其欧姆特性。
因为中间回路电路设计用于非常高的电流，所以无高欧姆低电感连接VR1、VR2的布置是非常弱地衰减的L-C链导体。在图8的示图中，模块化的中间回路电路构成具有与L环节并联的附加的R环节的L-C链导体。在此，忽略了高欧姆低电感连接VR1、VR2的电感以及低欧姆高电感连接VL1、VL2的欧姆电阻。L环节通过第一低欧姆高电感连接VL1的和第二低欧姆高电感连接VL2的电感L构成，C环节通过中间回路电容器模块30的电容C构成，其中，L环节和C环节构成L-C震荡回路，R环节附加地与L环节并联连接。R环节通过第一高欧姆低电感连接VR1和第二高欧姆低电感连接VR2构成。因此，高欧姆低电感连接VR1、VR2的欧姆电阻如此连接，使得其使L-C振荡回路的振荡衰减。
除直流电压UDC和直流电压U* DC以外，通过开关设备和L-C振荡回路在中产生寄生的交变电压分量。所述交变电压分量降低变换器的效率并且应被衰减。对于L-C振荡回路的最佳衰减，第一高欧姆低电感连接VR1的和第二高欧姆低电感连接VR2的欧姆电阻位于0.1·Ropt至10·Ropt的范围中，并且
Figure BDA0002298427170000251
其具有低欧姆高电感连接VL1、VL2的电感L和中间回路电容器模块30的电容C。
图7和8的模块化的中间回路电路可以扩展另外的中间回路电容器模块，所述另外的中间回路电容器模块具有与其他的中间回路电容器模块30并联并且在链中的相应电路。特别地，模块化的中间回路电路可以具有例如1至6个或1至8个中间回路电容器模块30。链内的所有中间回路电容器模块30与它们的相邻的中间回路电容器模块30相同地相互连接。在链边缘处的两个中间回路电容器模块30除外，因为它们具有仅仅一个紧邻的邻居。
在图8中绘出电路的相应于功率相模块10的一部分。在此，开关设备16和低欧姆高电感连接VL1、VL2的一部分、即横桥18是功率相模块10的一部分。高欧姆低电感连接VR1、VR2不是功率相模块的一部分。功率相模块10也添加导电轨30a、30b并且因此构成具有所述导电轨和布置在功率相模块10中的横桥18的低欧姆高电感连接VL1、VL2。在该实施方式中，由此才借助功率相模块10产生模块化的中间回路电路。
图9示出模块化的中间回路电路的一种实施方式。示出八个模块。为概览起见，没有绘出开关设备。开关设备可分别与中间回路电容器模块30并联连接。所有中间回路电容器模块30并联并且在链中连接。它们具有四个连接端。此外，为更好的概览，附图标记仅仅绘出一次。中间回路电路的每个模块具有相同的组成部分。
与图8类似地，在图9中没有绘出低欧姆高电感连接VL1、VL2、VL3、VL4的欧姆电阻以及高欧姆低电感连接VR1、VR2、VR3、VR4的电感。
在图9的实施方式中，每个中间回路电容器模块30分别具有两个中间回路电容器。这些中间回路电容器连接在中间回路电容器模块30的第一连接端和第二连接端之间以及第三连接端和第四连接端之间。第二和第三连接端位于相同的电位上，第一和第四连接端位于相同的电位上。在一种运行状态中，在第一和第二连接端之间或者在第三连接端和第四连接端之间存在直流电压
Figure BDA0002298427170000261
相对于所述直流电压，两个中间回路电容器并联连接。
中间回路电容器模块的四个连接端分别通过低欧姆高电感连接VL1、VL2、VL3、VL4中的一个以及高欧姆低电感连接VR1、VR2、VR3、VR4中的一个连接。在此，第一高欧姆低电感连接VR1与第二高欧姆低电感连接VR2并联连接，第一低欧姆高电感连接VL1与第二低欧姆高电感连接VL2并联连接，第三高欧姆低电感连接VR3与第四高欧姆低电感连接VR4并联连接，第三低欧姆高电感连接VL3与第四低欧姆高电感连接VL4并联连接。
特别地，四个低欧姆高电感连接VL1、VL2、VL3、VL4相互分离并且基本上、即根据支配它们电特性的组件相互不相交(disjunkt)。然而，同样类似地，独立于此地，高欧姆低电感连接VR1、VR2、VR3、VR4相互分离并且基本上、即根据支配它们电特性的组件相互不相交。
直流电压UDC分别存在于第一导电轨对31的导电轨31a、31b之一与第二导电轨对32的导电轨32a、32b之一之间。在一种运行状态中，直流电压UDC对未示出的开关设备馈电，在所述运行状态中，模块化的中间回路电路在变换器电路中用于产生交变电压。在开关设备的一个AC输出端上可以截取交变电压。在另一种运行状态中，变换器电路也可以相反地由交变电压产生直流电压。
图9中的模块化的中间回路电路如此构造，使得在空间上在每个有电流流过的导体旁布置有另一个有电流流过的导体，其电流方向与第一导体相反。由此使导体回路的尺寸最小化并且降低了电感。因此，变换器电路也可以在变换器中几何相同地实现。电路的会相应于变换器的功率相模块10的部分在图9中同样简略画出，其中，开关设备未绘出。
图10示出根据一种实施方式的有轨车辆100，该有轨车辆具有能量转换器和变换器，该能量转换器用于将电能转换成动能或者反之，其中，功率相模块的至少一个AC连接端与该能量转换器连接。借助由变换器产生的交变电流，可以例如驱动用于驱动车辆的电动机。同样地，可以向车载电子设备供给电流。一个或多个AC输出端上的频率和电压可以匹配于车辆中的应用。
先前描述的实施方式可以任意地相互组合，例如图7和8的中间回路电容器模块30同样可以具有多个中间回路电容器。
尽管在此示出和描述了一些特定实施方式，但以下位于本发明的范围内：合适地修改所示出的实施方式，而不偏离本发明的保护范围。下面的权利要求是用于一般性地限定本发明的非约束性的第一尝试。

Claims (16)

1.一种用于模块化的变换器的功率相模块(10)，所述功率相模块具有：
至少一个第一DC连接端对(14)，所述至少一个第一DC连接端对在所述功率相模块(10)的端侧(12)上并且具有相应的连接元件用以连接到导电轨对；
第一DC-电容器-连接端对(15)，所述第一DC-电容器-连接端对在所述端侧(12)上并且与所述第一DC连接端对(14)隔开且并联连接，并且具有相应的连接元件用以连接到分配给所述功率相模块(10)的中间回路电容器模块(30)；
第一AC连接端(13)，所述第一AC连接端在所述功率相模块(10)的另一侧(11)上；
开关设备(16)，所述开关设备与所述第一AC连接端(13)和所述第一DC连接端对(14)连接并且用于将在运行状态中存在于所述第一DC连接端对(14)上的直流电压转换成在所述第一AC连接端(13)上产生的交变电压，或者反之；
冷却设备(17)，所述冷却设备用于从所述功率相模块(10)、尤其从所述开关设备(16)将热导走。
2.根据权利要求1所述的功率相模块，其中，所述第一DC连接端对(14)和所述第一DC-电容器-连接端对(15)由从横桥(18，19)向上弯折的金属板区域形成，并且所述金属板区域基本上布置在一个平面中，其中，所述第一DC连接端对(14)的和所述第一DC-电容器-连接端对(15)的相应的连接元件构造在所述向上弯折的金属板区域上或在所述向上弯折的金属板区域中。
3.根据以上权利要求中任一项所述的功率相模块，所述功率相模块还具有第二DC-电容器-连接端对(21)，所述第二DC-电容器-连接端对在所述功率相模块的端侧上分别与所述第一DC连接端对(14)和所述第一DC-电容器-连接端对隔开地布置并且并联连接。
4.根据以上权利要求中任一项所述的功率相模块，所述功率相模块还具有第二DC连接端对(20)，所述第二DC连接端对在所述功率相模块的端侧上分别与所述第一DC连接端对(14)和所述第一DC-电容器-连接端对隔开地布置并且并联连接。
5.根据权利要求4所述的功率相模块，其中，所述第一DC-电容器-连接端对(15)或第一和第二DC-电容器-连接端对(15，21)在所述第一DC连接端对(14)与所述第二DC连接端对(20)之间布置成一排。
6.根据以上权利要求中任一项所述的功率相模块，其中，所述第一DC-电容器-连接端对或所述第一DC-电容器-连接端对和所述第二DC-电容器-连接端对(21)构造用于与中间回路电容器模块的对应的接触元件可拆卸地连接，所述中间回路电容器模块能够放置在所述端侧。
7.根据以上权利要求中任一项所述的功率相模块，其中，所述中间回路电容器模块的接触元件仅布置在所述中间回路电容器模块的一面上，其中，所述面与所述功率相模块的端侧直接地相对置。
8.根据以上权利要求中任一项所述的功率相模块，其中，所述第一和/或第二DC-电容器-连接端对(15，21)的连接元件彼此具有如下间距：所述间距不同于所述第一和/或第二DC连接端对(14，20)的连接元件彼此的间距。
9.根据以上权利要求中任一项所述的功率相模块，其中，所述第一DC连接端对(14)、所述第一DC-电容器-连接端对(15)和所述开关设备(16)分别具有第一连接端和第二连接端，其中，所述功率相模块还具有：
第一横桥(18)，所述第一横桥将所述第一DC连接端对(14)的、所述第一DC-电容器-连接端对(15)的和所述开关设备(16)的第一连接端电连接；
第二横桥(19)，所述第二横桥将所述第一DC连接端对(14)的、所述第一DC-电容器-连接端对(15)的和所述开关设备(16)的第二连接端电连接。
10.根据权利要求9所述的功率相模块，其中，所述第一横桥(18)和所述第二横桥(19)直接并排地并且逐区段相互平行地延伸，而不必存在直接的电接通。
11.根据以上权利要求中任一项所述的功率相模块，其中，所述功率相模块具有低于50kg、尤其低于30kg的总质量。
12.一种变换器，所述变换器具有至少两个、尤其至少三个根据以上权利要求中任一项所述的功率相模块以及至少两个、尤其至少三个中间回路电容器模块(30)，其中，每个功率相模块以其端侧布置在分配给所述功率相模块的中间回路电容器模块(30)上，其中，每个功率相模块的所述第一和/或第二DC-电容器-连接端对(15，21)与所分配的中间回路电容器模块(30)的对应的接触元件可拆卸地连接。
13.根据权利要求12所述的变换器，所述变换器还具有：
导电轨对(31)，所述导电轨对具有第一导电轨(31a)和平行于所述第一导电轨延伸的第二导电轨(31b)，用以引导直流电流，
其中，所述第一导电轨(31a)和所述第二导电轨(31b)基本上位于一个平面中，并且所述功率相模块以其端侧并排地且平行于所述平面地布置，其中，每个功率相模块的所述第一DC连接端对(14)通过其连接元件连接到所述第一导电轨(31a)和所述第二导电轨(31b)。
14.根据权利要求12或13所述的变换器，所述变换器还具有：
连接器对(33)，所述连接器对具有第一连接器(33a)和第二连接器(33b)，
其中，所述第一连接器(33a)和所述第二连接器(32a)基本上位于一个平面中，并且所述功率相模块以其端侧并排地且平行于所述平面地布置，其中，每个功率相模块的所述第一DC-电容器-连接端对(15)通过其连接元件连接到所述第一连接器(33a)和所述第二连接器(32a)。
15.根据权利要求14所述的变换器，其中，相邻的功率相模块的所述第一DC连接端对(15)与所述第一导电轨对(31)一起在相邻的中间回路电容器模块(30)之间形成高电感低欧姆的并联连接，其中，连接器对(33)在相邻的中间回路电容器模块(30)之间形成低电感高欧姆的并联连接。
16.一种车辆，所述车辆尤其是有轨车辆，所述车辆具有用于将电能转换成动能或将动能转换成电能的能量转换器以及根据权利要求11至14中任一项所述的变换器，其中，功率相模块的至少一个AC连接端与所述能量转换器连接。
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