CN116207710A - 用于在轨道车辆的驱动系统中受控地建立短路的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于在轨道车辆的驱动系统中受控地建立短路的装置。驱动系统包括第一变流器，其将施加在输入侧的交流电压转变为施加在输出侧的直流电压或者将施加在输入侧的直流电压转变为施加在输出侧的交流电压；直流中间电路，其由第一变流器的输出侧供电或者其为第一变流器的输入侧供电。所述装置包括第一整流器，其输入侧与第一变流器的输入侧相连接，其将施加在第一变流器的输入侧的交流电压转变为直流电压，或者其输入侧与第一变流器的输出侧相连接，其将施加在第一变流器的输出侧的交流电压转变为直流电压；半导体开关，其布置在第一支路中，借助半导体开关能够受控地短接第一整流器的输出侧；布置在第二支路中的第一电容器和电压源。

Description

用于在轨道车辆的驱动系统中受控地建立短路的装置
技术领域
本发明涉及一种用于在轨道车辆的驱动系统中受控地建立短路的装置，其中，所述驱动系统包括第一变流器，所述第一变流器借助功率半导体元件将施加在输入侧的交流电压转变为施加在输出侧的直流电压，或者所述第一变流器将施加在输入侧的直流电压转变为施加在输出侧的交流电压，以及直流中间电路，所述直流中间电路由所述第一变流器的输出侧供电，或者所述直流中间电路为所述第一变流器的输入侧供电，并且在所述直流中间电路中布置有至少一个中间电路电容器，中间电路电压施加在所述中间电路电容器上。
背景技术
轨道车辆、尤其是用于地方交通、区域交通和长途交通的轨道车辆通过供电网被供电。在欧洲，供电网的电压对于交流电而言通常为25kV,50Hz或者15kV,16.7Hz对于直流电则为1.5kV或者3kV。
针对在导引交流电的供电网上的运行，轨道车辆的驱动系统通常具有牵引变压器，牵引变压器的初级侧借助集电器与供电电网侧的架空线连接。牵引变压器将施加在初级侧的交流电转变成施加在次级侧上的较低的交流电。牵引变压器的次级侧与驱动系统的电网侧的变流器连接，变流器将施加在其输入侧上的交流电转化为施加在输出侧上的直流电。这种电网侧的变流器例如设计为四象限调节器(4QS)。在输出侧施加的直流电用于供给中间电路、尤其是直流中间电路，由中间电路供给一个或多个载荷侧的变流器。载荷侧的变流器例如设计为脉冲逆变器(PWR)，所述脉冲逆变器将施加在其输入侧的直流电转化为施加在输出侧的振幅和频率变化的交流电，以交流电供给一个或多个牵引电动机。
可以尤其与基于碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)或者金刚石的功率半导体开关在电网侧的变流器中的使用相结合地通过降低牵引变压器的漏电感来提高轨道车辆的这种驱动系统的总效率，由此例如能够有利地降低轨道车辆的能量消耗。
然而较低的漏电感和随之产生的较低的牵引变压器的短路电压的负面作用是，当在中间电路中发生短路时，由于漏电感较低，流经电网侧的变流器的半导体元件的短路电流出现迅速并且强烈的升高。特别地，这种冲击电流可以流动经过与功率半导体开关反并联或者固有地包含在功率半导体开关中的空载二极管并且在空载二极管中导致高载荷，甚至导致这些空载二极管损坏。这一方面归因于由于漏电感降低造成冲击电流升高，另一方面归因于以下事实，即基于碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)或者金刚石的半导体元件由于晶片表面积比硅(Si)更低而仅能存储和传导较少的损耗热，从而在产生电流冲击时，半导体元件中产生的热量无法足够快速地导出。
按照欧洲专利申请EP 3 575 127 A1，当在中间电路中出现短路时可以通过设置专门的短路保护装置实现对电网侧的变流器的半导体元件的保护。该短路保护装置与牵引变压器的次级侧并联并且与电网侧的输入端并联地布置并且具有旁路开关，该旁路开关由两个反并联地连接的晶闸管构成。当在中间电路中出现短路时，晶闸管由控制器接通并且产生牵引变压器的次级侧或者电网侧的变流器的输入端的短接，从而没有电流或者仅有有限的电流流入半导体元件中。
驱动系统的总效率的升高尤其如下实现，即上述碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)或者金刚石的功率半导体开关由于更短的通断时间而实现了比基于硅的功率半导体开关更高的通断频率。然而该快速的通断过程可能由于由此产生的在晶闸管处的更快的电压升高造成不期望的导通、即所谓的冒顶闪络
Figure BDA0003966303480000021
可能由此造成的并非由驱动系统的故障部件引起的短路，对轨道车辆的运行是不利的，因为随之产生轨道交通的故障。
发明内容
因此，本发明所要解决的技术问题是提供一种装置，所述装置确保了可靠的受控的短接，用以保护轨道工具的驱动系统的变流器中的功率半导体元件。
所述技术问题按照本发明通过一种用于在轨道车辆的驱动系统中受控地建立短路的装置、一种用于轨道车辆的驱动系统、一种轨道车辆和一种所述装置的应用解决。
本发明的第一方面涉及一种用于在轨道车辆的驱动系统中受控地建立短路的装置。在此，所述驱动系统包括第一变流器，所述第一变流器借助功率半导体元件将施加在输入侧的交流电压转变为施加在输出侧的直流电压，或者所述第一变流器将施加在输入侧的直流电压转变为施加在输出侧的交流电压；直流中间电路，所述直流中间电路由所述第一变流器的输出侧供电，或者所述直流中间电路为所述第一变流器的输入侧供电，并且在所述直流中间电路中布置有至少一个中间电路电容器，中间电路电压施加在所述中间电路电容器上。在此，所述装置包括非受控的第一整流器，所述第一整流器的输入侧与所述第一变流器的输入侧相连接，并且所述第一整流器借助半导体二极管将施加在所述第一变流器的输入侧的交流电压转变为直流电压，或者所述第一整流器的输入侧与所述第一变流器的输出侧相连接，并且所述第一整流器借助半导体二极管将施加在所述第一变流器的输出侧的交流电压转变为直流电压，其中，所述直流电压分别施加在所述第一整流器的输出侧；受控制的半导体开关，所述半导体开关布置在第一支路中，所述第一支路与所述第一整流器的输出侧的第一电压电位和第二电压电位相连接，其中，借助所述半导体开关能够受控地短接所述第一整流器的输出侧；至少一个第一电容器，其中，所述第一电容器布置在与所述第一支路并联的第二支路中；和至少一个电压源，借助所述电压源将施加在所述第一电容器上的电压调整为高于中间电路电压。
通过按照本发明的用于轨道车辆的驱动系统中的装置有利地确保了可靠地保护变流器的功率半导体元件免受由于冲击电流造成的损害或毁坏，所述冲击电流例如尤其可能在直流链路短路时出现。由于这种保护，在电网侧的变流器中可以尤其与具有低漏电感的牵引变压器相结合地使用基于带间隙大于硅的半导体材料、尤其前述的SiC、GaN或金刚石的功率半导体元件，由此能够实现轨道车辆的高能效的驱动系统。通过按照本发明的装置以相同的方式使得能够尤其与一个或多个具有低漏电感的牵引电动机结合地将相应的功率半导体元件使用在负载侧的变流器中。
针对在交流供电网中的运行，按照本发明的装置由此既能够用于保护前述的变流器的功率半导体元件，也能够用于保护轨道车辆的与前述的驱动系统对应的驱动系统中的负载侧的变流器的功率半导体元件。在这种驱动系统中，所述装置的整流器的输入侧与电网侧的变流器的输入侧相连接或者与该输入侧并联，以保护所述电网侧的变流器的功率半导体元件，其中，所述电网侧的变流器的输入侧与牵引变压器的次级绕组的接头相连接，或者将整流器的输入侧与负载侧的变流器的输出侧相连接或者与该输出侧并联，以保护所述负载侧的变流器的功率半导体元件，其中，所述负载侧的变流器的输出侧与至少一个牵引电动机的定子绕组的三个相位相连接。
按照本发明的装置能够以相同的方式用于在导引直流电的供电网中运行的轨道车辆的驱动系统。在这种驱动系统中，直流中间电路通过集电器直接地与供电网的架空线或者换电流母线相连接，其中，例如可以设置附加的输入滤波器以过滤干扰电流。相应地在这种情况下将所述装置的整流器的输入侧与变流器的输出侧相连接、尤其是连接由直流中间电路供电的脉冲逆变器或者将所述整流器的输入侧与变流器的输出侧并联。这尤其在使用具有低漏电感的牵引电动机以及分别供给一个或者多个牵引电动机的并联的变流器时是有利的，因为当在其中一个变流器中出现短路时其它变流器的二极管受到保护。
按照本发明的装置的非受控的第一整流器例如设计为所谓的桥式整流器。这种桥式整流器以已知方式具有多个在输出侧并联的支路，其中，在每个支路中有两个二极管并联，这两个二极管的中点形成整流器的相应的输入端，待转化的交流电的相应的相的电压电位施加在所述输入端。并联的支路的数量相应地取决于施加在输入侧的交流电的相的数量。与牵引变压器的次级绕组的接头或者与电网侧的变流器的输入侧相连的第一整流器例如与所谓的非受控的整流桥(B2U)对应地具有总共带有四个二极管的两个并联的支路，而与牵引电动机的定子绕组的三个相位相连的第一整流器例如与所谓的非受控的三相整流桥(B6U)对应地具有总共带有六个二极管的三个并联的支路。例如对于牵引变压器的两个次级绕组以及两个与所述次级绕组连接的电网侧的变流器可以相应地设置具有四个并联的支路和总共八个二极管的第一整流器。
受控制的半导体开关优选设计为晶闸管，然而该半导体开关备选地同样可以设计为GTO(闸门电路可关断)晶闸管或者设计为IGCT(集成门极换流晶闸管)。晶闸管是能切换的半导体元件，其在基础状态中不导通并且能够通过在栅电极上施加控制信号切换为导通。这种切换也被称为晶闸管的激发。晶闸管在电流低于最小电流时又成为不导通的，而GTO晶闸管或IGCT则可以通过栅电极控制地再次切换为不导通。半导体开关的使所述半导体开关导通的受控制的通断产生整流器在输入侧短接，由此相应地也使变流器的输入侧或输出侧短接。通过使用与待保护的变流器的功率半导体元件相比具有更低的正向电压的晶闸管，使来自整流器和晶闸管的故障电流的主要份额从功率半导体元件旁导引经过。
半导体开关的通断优选借助控制器实现，其中，所述控制器例如实现为轨道车辆的驱动控制器的部件。控制器分析适宜的测量值，以决定是否控制半导体开关，由所述测量值可以推断出是否存在可能破坏变流器的功率半导体元件的短路或冲击电流。通过布置在驱动系统中的适宜的测量装置检测的这些测量值例如是变流器的输入侧和/或输出侧的电流、中间电路电容器的电压和/或电流，或者控制变流器中的功率半导体开关的控制电路的信息。
所述装置的电压源用于将电压施加到与半导体开关的第一支路并联的第二支路中的第一电容器的接头上，所述电压大于中间电路电容器上的电压。借助通过电压源对第一电容器的预充电实现了，使第一整流器的二极管在驱动系统正常工作期间不导引电流，因此不产生降低驱动系统效率的开关损耗。有利的是由此使得能够在整流器中使用成本低廉并且抗冲击电流的二极管。所述二极管例如可以基于硅制造并且针对基础频率的电网运行优化，而针对在通断的变流器中的运行优化是不必要的。慢速通断的所谓电网二极管是尤其适宜的，所述电网二极管由于大量的载流子而具有较低的正向损耗并且因此具有较高的耐冲击电流强度。
与中间电路电容器的电容相比，第一电容器的电容在此可以选择得较小，因为第一电容器的电容至少主要是为了补偿二极管的阻挡层电容。对于示例性的两千伏的中间电路电压和一兆瓦的驱动系统功率，第一电容器的电容可以是几百纳法拉至几十微法拉。
由于第一电容器的电容较小，并且第一整流器的二极管仅有较低的漏电流，因此电压源一方面必须提供仅几瓦的功率，另一方面必须能够使第一电容器的电压保持在大于中间电路电压的水平，其中，同时还必须考虑到中间电路电压的运行波动。在此例如可以将第一电容器上的电压调整为始终高于包括确定的余量的最大预期的中间电路电压，或者将电压源的电压调节为始终高于包括确定的余量的瞬时中间电路电压。在后一种情况中，电压源必须有足够的性能来跟踪第一电容器上的电压，该电压的动态特性至少与中间电路电压上升的动态特性相同。所述余量在此例如可以定义为第一电容器上的电压减去中间电路电压的绝对值或者以中间电路电压为参照的相对值、例如可以是1％至25％。电压源例如可以设计为开关网络部件(Schaltnetzteil)，其尤其由轨道车辆的110V的车载电池或控制器的供电装置供电。
根据按照本发明的装置的第一扩展设计，所述驱动系统还包括第二变流器，所述第二变流器借助功率半导体元件将施加在输入侧的直流电压转变为施加在输出侧的交流电压，其中，所述第一变流器将施加在输入侧的交流电压转变为施加在输出侧的直流电压，并且其中，所述第一变流器的输出侧的直流电压和所述第二变流器的输入侧的直流电压是所述中间电路电压，并且所述装置还包括非受控的第二整流器，所述第二整流器的输入侧与所述第二变流器的输出侧相连接，并且所述第二整流器借助半导体二极管将施加在所述第二变流器的输出侧的交流电压转变为直流电压，其中，所述直流电压施加在所述第二整流器的输出侧，其中，所述第一整流器的输入侧与所述第一变流器的输入侧相连接，并且其中，所述第一整流器的输出侧与所述第二整流器的输出侧并联连接。
根据轨道车辆的驱动系统的该设计方案，直流中间电路一方面与第一变流器的输出侧相连接，另一方面与附加的第二变流器的输入侧相连接。附加的第二整流器在此在输入侧与第二变流器的输出侧相连接，而第一整流器在输入侧与第一变流器的输入侧相连接。以前述的用于在导引交流电的供电网上运行的驱动系统为例，装置的第一整流器在输入侧对应于电网侧的变流器，而装置的第二整流器在输入侧对应于负载侧的变流器。
两个整流器的输出端相互连接或者并联，从而所述装置的半导体开关的通断使得电网侧的第一变流器的输入侧和负载侧的第二变流器的输出侧都短接。尤其在直流中间电路出现短路的情况下，第一和第二变流器的功率半导体元件都有利地被保护免受冲击电流的影响。此外有利的是，在所述装置中仅使用受控制的半导体开关或者晶闸管、第一电容器和电压源，其中，第一电容器的电容应当与数量较多的二极管对应地适配。
根据按照本发明的装置的另一扩展设计，所述电压源包括第一电压源，其中，所述第一电压源一方面与所述第一整流器的输出侧的第一电压电位相连接，并且另一方面与所述中间电路电压的第一电压电位相连接，其中，所述第一整流器的输出侧的第二电压电位与所述中间电路电压的第二电压电位相连接，或者所述第一电压源一方面与所述第一整流器的输出侧的第二电压电位相连接，并且另一方面与所述中间电路电压的第二电压电位相连接，其中，所述第一整流器的输出侧的第一电压电位与所述中间电路电压的第一电压电位相连接。
根据所述装置的该设计方案，第一电压源与中间电路电容器串联，或者施加到第一整流器的输出侧的电压相当于第一电压源的电压与中间电路的电压的总和。根据上述设计方案，第一电压源必须有利地专门提供期望的电压差，其中，对于压差被定义为百分比的值的情况，第一电压源必须能够遵循中间电路电压的动态特性。
在按照前述扩展设计的装置的具有在输出侧并联的第一和第二整流器的设计方案中，第一整流器的输出侧的电压电位相应地对应于两个整流器的输出侧的相应的共同的电压电位。
按照基于上述扩展设计的装置，所述电压源还包括第二电压源，其中，所述第二电压源一方面与所述第一整流器的输出侧的第二电压电位相连接，并且另一方面与所述中间电路电压的第二电压电位相连接，并且其中，所述第一电压源一方面与所述第一整流器的输出侧的第一电压电位相连接，并且另一方面与所述中间电路电压的第一电压电位相连接。
除了根据前述扩展设计的第一电压源外，按照该设计方案的装置还具有第二电压源，所述第二电压源分别与第一整流器的输出侧和中间电路电压的其它电压电位相连接。根据所述装置的该设计方案，第一和第二电压源以及中间电路电容器串联，或者施加到第一整流器的输出侧的电压对应于第一和第二电压源以及中间电路的电压的总和。
与根据上述扩展设计的仅一个第一电压源不同地，两个电压源必须分别具有较低的容量，以便能够提供期望的电压差。
按照基于前述两个扩展设计的另一扩展设计，所述装置还包括第二电容器，其中，所述第二电容器与所述第一电压源并联连接，或者所述装置还包括第二电容器和第三电容器，其中，所述第二电容器与所述第一电压源并联连接，并且所述第三电容器与所述第二电压源并联连接。
根据该设计方案，相应的电容器与第一电压源并联并且在必要时与第二电压源并联。在由于中间电路电压的动态波动造成的瞬时过程中，一个或多个电容器用于为装置的第一电容器提供相应的电荷。由此能够有利地避免对一个或多个电压源的原本可能的冗余设计。
相应的电容器的电容优选是第一电容器的电容的多倍、例如五到二十五倍。然而，由于连续运行中的各个电容器只仅须针对第一或第二电压源的运行电压或者针对电压差设计，所述电压差根据上述实施方案例如相当于中间电路电压的百分之一到百分之二十五，因此，尽管电容器的电容较大，但仍可以在构造上紧凑地设计。仅在半导体开关接通时，相应的电容器上的电压才能变得更高。
作为前述关于第一和必要时的第二电压源的扩展设计的备选方案，根据进一步扩展设计的装置的电压源包括第三电压源，所述第三电压源与所述第一整流器的输出侧的第一电压电位和第二电压电位相连接。
根据该设计方案，所述装置的电压源与第二支路并联，第一电容器布置在第二支路中。第三电压源例如可以设计成开关网络部件，该开关网络部件借助适宜的措施、例如尤其是布置与第三电压源串联的欧姆电阻而具有足够的短路强度。
根据另一扩展设计，所述装置还包括至少一个限流元件，所述限流元件在所述第一支路中与第一半导体开关串联连接，其中，所述限流元件尤其设计为电感。
这种对应配属于装置的半导体开关的限流或限制电流陡度的元件例如设计为扼流圈并且用于降低半导体开关中的电流陡度。仅具有几微亨到几十微亨的电感的扼流圈在此就足够了，因为所述扼流圈仅须针对第一电容器的放电的持续时间设计。扼流圈例如可以实现为能饱和的芯、优选电流母线上的环形芯。这种构造例如使得来自牵引变压器的具有比第一电容器的放电电流低的电流陡度的冲击电流由于饱和状态中的低电感而在半导体开关或晶闸管中流动并且不会在电网侧的变流器的功率半导体元件中流动。
根据另一扩展设计，所述装置还包括至少一个电阻元件，所述电阻元件与所述至少一个电压源串联连接，其中，所述电阻元件尤其设计为欧姆电阻。
这种对应于相应的电压源的电阻元件、例如欧姆电阻，用于使寄生的串联谐振电路衰减，所述串联谐振电路由中间电路电容器的电容、第一电容器的电容和由电压源的电感和线路电感产生的电感形成。
在从由于直流中间电路短路导致中间电路电容器的电压下降到零到通过接通半导体开关或激发晶闸管使装置的第一电容器完全放电的时间段中，电阻元件或欧姆电阻吸收第一电容器的电压所降低的大小为电压源的电压的电压差，从而保护电压源免受过载或者保护电压源的电容器免受过充。由此能够有利地减少保护电压源免受高电流影响的措施。
当相对于直流中间电路中的短路延迟地发生半导体开关的接通或者晶闸管的激发时，电阻元件或欧姆电阻同样有利地防止电压源的电容器上的电压不期望的增加。在短路和半导体开关接通之间的时间段中，电阻元件基本上承接了装置的第一电容器上的电压。
根据另一扩展设计，所述装置还包括另外的电阻元件，所述另外的电阻元件分别布置在所述第一整流器的输入侧与所述第一变流器的输入侧的连接部中，或者布置在所述第一整流器的输入侧与所述第一变流器的输出侧的连接部中；或者所述另外的电阻元件分别布置在所述第一整流器的输入侧与所述第一变流器的输入侧的连接部，以及布置在所述第二整流器的输入侧与所述第二变流器的输出侧的连接部中。
这些对应于装置的第一整流器或者第一和第二整流器的另外的电阻元件用于使由第一或第一和第二变流器的通断过程激发的振荡电路衰减，其中，所述振荡电路由相应的整流器的二极管的阻挡层电容和供相应的整流器与变流器连接的连接线路的寄生电感形成。
电阻元件在此优选设计为不会使有待通过半导体开关传导的故障电流衰减。与激发的振荡电路中的电流相比，所述故障电流具有明显更低的频率然而具有更高的振幅。
按照基于上述扩展设计的另一扩展设计，各个所述另外的电阻元件包括电感和与所述电感并联的欧姆电阻，其中，所述欧姆电阻尤其与变压器的次级绕组相连接，并且所述变压器的初级绕组布置在相应的连接部中。
为了不会由于各个另外的电阻元件而影响所述装置的导出冲击电流的性能，相应的电感优选仅具有较低的欧姆内阻。这种低内阻例如可以如下实现，即主要通过铁磁性的材料实现期望的电感。材料的尺寸在此例如设计为，使得所述材料在预期的冲击电流的一小部分、例如冲击电流的1/300至1/50时就已经进入磁饱和状态并且由此大大地降低有效电感。
各个另外的电阻元件优选可以包括一个变压器，所述变压器的次级绕组与欧姆电阻连接。在这种情况下，变压器芯件的铁磁性的材料应当根据上述设计方案将尺寸设计为，使得在预期的冲击电流的一小部分时就能大大地降低有效电感。
本发明的第二方面涉及一种用于轨道车辆的驱动系统，所述驱动系统至少包括牵引变压器，所述牵引变压器具有初级侧绕组和至少一个次级侧绕组，其中，所述初级侧绕组通过集电器能够与导引交流电的供电网相连接；第一变流器，所述第一变流器的输入侧与所述牵引变压器的次级侧绕组相连接，并且所述第一变流器借助功率半导体元件将施加在输入侧的交流电压转变为施加在所述第一变流器的输出侧的直流电压；和直流中间电路，所述直流中间电路与所述第一变流器的输出侧相连接，其中，在所述直流中间电路中布置有至少一个中间电路电容器，与所述第一变流器的输出侧的直流电压相关的中间电路电压施加在所述中间电路电容器上。所述驱动系统的特征在于，所述驱动系统还包括装置独立权利要求所述的装置，其中，所述第一整流器的输入侧与所述第一变流器的输入侧相连接。
根据第二方面的驱动系统特别适用于轨道车辆，该车辆设计用于在导引交流电的供应网络中运行。
布置在直流中间电路中的中间电路电容器可以实现为唯一的电容器，然而备选地也可以实现为多个并联的电容器。
按照一种扩展设计，按照本发明的驱动系统还包括第二变流器，所述第二变流器的输入侧与所述直流中间电路相连接，并且所述第二变流器借助功率半导体元件将施加在输入侧的直流电压转变为电压值和频率可变的多相的交流电压，该交流电压施加在所述第二变流器的输出侧；和至少一个牵引电动机，所述至少一个牵引电动机具有至少一个多相的定子绕组，其中，所述至少一个定子绕组与所述第二变流器的输出侧相连接。所述驱动系统的特征还在于，所述驱动系统具有按照第一扩展设计的装置。
本发明的第三方面涉及一种用于轨道车辆的驱动系统，所述驱动系统至少包括直流中间电路，至少一个中间电路电容器布置在所述直流中间电路中，中间电路电压施加在所述中间电路电容器上；第一变流器，所述第一变流器的输入侧与所述直流中间电路相连接，并且所述第一变流器借助功率半导体元件将施加在输入侧的直流电压转变为电压值和频率可变的多相的交流电压，该交流电压施加在所述第一变流器的输出侧；和至少一个牵引电动机，所述至少一个牵引电动机具有至少一个多相的定子绕组，其中，所述定子绕组与所述第一变流器的输出侧相连接。所述驱动系统特征在于，所述驱动系统还包括根据装置独立权利要求所述的装置，其中，所述第一整流器的输入侧与所述第一变流器的输出侧相连接。
按照第三方面的驱动系统可以有力地使用在设计用于在导引直流电的供电网中使用的轨道车辆，其中，直流中间电路例如通过输入滤波器由供电网供电。驱动系统相应地具有一个或多个变流器，借助按照本发明的装置保护所述变流器的功率半导体元件免受来自至少一个牵引电动机的冲击电流的影响。轨道车辆可以以同样方式具有装置、例如一个或多个牵引蓄电池和/或燃料电池，通过所述装置能够产生用于运行所述轨道车辆所需的直流电。
本发明的第四方面涉及一种轨道车辆，所述轨道车辆包括前述类型的装置或者前述类型的驱动系统。
按照本发明的轨道车辆例如可以设计为用于地方交通、区域交通和长途交通的动车组，所述动车组由具有电能的供电网供电以便运行。轨道车辆同样可以具有多个所述装置、例如一个或多个用于驱动相应的发电机的内燃机、一个或多个牵引蓄电池或者一个或多个燃料电池，通过这些装置能够产生用于运行轨道车辆所需的电能。
最后，本发明的第五方面涉及一种按照本发明的装置的应用，用于保护轨道车辆的驱动系统的第一变流器的功率半导体元件或者第一变流器和第二变流器的功率半导体元件。
附图说明
以下根据实施例阐述本发明。在附图中：
图1示出轨道车辆，其具有用于在交流电供电网上运行的驱动系统，
图2示出轨道车辆，其具有用于在直流电供电网上运行的驱动系统，
图3示出用于图1所示的轨道车辆的驱动系统，其具有按照本发明的装置，
图4示出图3所示的驱动系统，其具有所述装置的其它元件，
图5示出驱动系统和图4的仅具有一个电压源的装置，
图6示出图3所示的驱动系统，其具有所述装置的另外的整流器，
图7示出用于图2所示的轨道车辆的驱动系统，其具有按照本发明的装置，和
图8示出图3所示的驱动系统，其具有与中间电路无关的电压源。
出于简洁性的原因，在附图中针对相同的或者作用相同或者几乎相同的部件使用相同的附图标记。
具体实施方式
图1在侧视示意图中示出示例性的轨道车辆TZ。轨道车辆TZ被设计成具有多个车厢的用于客运的动车组，其中，仅示出了末端车厢EW和与之耦连的中间车厢MW。两个车厢具有相应的车体WK，所述车厢由转向架支撑在轨道的未示出的钢轨上，所述转向架的形式为驱动转向架TDG，其具有布置在其中的牵引电机TM或者不具有牵引电机的运行转向架LDG。轨道车辆TZ可以在轨道上沿行驶方向FR运动。
在末端车厢EW中示意性地示出了在轨道供电网中运行的轨道车辆的驱动系统AS的部件。所述部件通常在车厢内的专门的区域中布置在底部区域、顶部区域中或者在轨道车辆的多个车厢内分布地布置。可以附加地设置牵引装置的在图1中未具体示出的另外的部件、例如牵引电池以及针对部件的运行所需的辅助运行装置。
通过布置在末端车厢EW的顶部区域中的集电器PAN使牵引装置AS能够与轨道供电网的未示出的架空线电气地连接，其中，所述架空线在所述示例中导引单相交流电。该交流电压被输入牵引变压器TRT的电网侧的初级绕组，在所述牵引变压器中，电网侧的电压水平被从例如15kV或25kV转变为较低的电压水平。变压器TRT的次级绕组与电网侧的变流器4QS、例如四象限调节器相连接，所述变流器对交流电压进行整流。
电网侧的变流器4QS为直流中间电路ZK供电，所述直流中间电路又为负载侧的变流器PWR、例如脉冲逆变器供电。负载侧的变流器PWR由直流电压例如产生频率和振幅可变的三相交流电压，通过所述交流电压为布置在末端车厢的驱动转向架TDG中的两个牵引电动机TM的定子绕组馈电。尤其是电源侧的变流器4QS和负载侧的变流器PWR的功能由驱动系统AS的控制器ST以已知的方式控制。
图2示意性地示出了图1的具有备选的驱动系统的轨道车辆TZ。在该示例中，轨道供电网的未示出的架空线导引直流电。直流电通过输入滤波器或电网滤波器NF输入驱动系统AS的直流中间电路ZK，其中，所述电网滤波器NF例如包括扼流圈形式的滤波电感和电容器，其中，所述电容器承担图1的驱动系统AS的中间电路电容器的功能。
除了仅由交流电网或直流电网供电的驱动系统外，轨道车辆的驱动系统也可以是多系统能力
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的、即既在交流电网上运行也在直流电网上运行。在这种情况下，轨道车辆例如既具有用于交流供电装置的集电器，也具有用于直流供电装置的集电器，所述集电器相应与变压器连接，或直接地或者通过电网滤波器与驱动系统的直流中间电路相连接。
图3示意性地示出了图1的轨道车辆TZ的驱动系统AS，其中，未示出驱动系统AS的所有部件或者这些部件并未完全地示出。仅示出了牵引变压器TRT的一个次级绕组并且仅示出一个牵引电动机TM。此外，图3示出了按照本发明的装置的第一设计方案。
在驱动系统AS中，牵引变压器TRT的次级绕组的接头ATF与电网侧的变流器4QS的输入接头相连接。电网侧的变流器4QS设计为四象限调节器，其将在输入侧由牵引变压器TRT提供的交流电压转变为直流电压并且在输出侧在输出接头AA4QS处提供。所述转换在此借助功率半导体开关或者功率晶体管实现，所述功率半导体开关或者功率晶体管与前述对应地基于例如具有比硅更大的带隙的半导体、尤其碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)或金刚石实现。两个功率晶体管分别串联在开关支路中，所述功率晶体管的连接点与电网侧的变流器4QS的相应的输入接头EA4QS相连接，其中，为每个输出接头AA4QS设置并联的开关支路或者整数倍个并联的开关支路。
为了使牵引电动机在发电机运行时产生的电能也能反馈到轨道供电网中，将附加的功率二极管与相应的功率晶体管反并联地连接。备选地，功率半导体元件、尤其是基于碳化硅(SiC)的MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)可以具有内部的所谓的体二极管，从而不需要附加的反并联地连接的功率二极管。功率半导体元件通常布置在所谓的模块中，所述模块固定在例如由铝材料构成的散热体上，以便输出在变流器运行时产生的损耗热。
电网侧的变流器4QS通过输出接头AA4QS为直流中间电路ZK供电，在所述直流中间电路中布置有中间电路电容器CZK，其中，备选地也可以将多个中间电路电容器CZK并联，以提供期望的电容。在中间电路电容器CZK上施加有中间电路电压UZK。借助对电网侧的变流器4QS中的功率半导体开关的适宜的控制，在此力求使中间电路电压UZK的电压值在很大程度上与轨道供电网的波动的电压值无关地保持恒定，其中，通常借助中间电路中的由电感和电容组成的吸收电路来吸收供电网的基频的功率脉冲。
负载侧的变流器PWR通过输入接头EAPWR与直流中间电路ZK相连接。电网侧的变流器PWR设计为脉冲逆变器，所述脉冲逆变器将输入侧的直流电压转变为电压值和频率可变的交流电压，并且在输出侧在输出接头AAPWR处提供。所述转换仍借助功率半导体开关或者功率晶体管实现，所述功率半导体开关或者功率晶体管优选基于例如具有比硅更大的带隙的半导体、尤其碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)或金刚石实现。与电网侧的变流器4QS不同的是，负载侧的变流器PWR针对牵引电动机的三个相具有三个并联的开关支路或者三的整数倍个并联的开关支路，所述开关支路分别具有两个串联的功率晶体管。与功率晶体管反并联的功率二极管用于将在发电机运行时由牵引电机产生的电能反馈。由负载侧的变流器PWR供给的牵引电动机TM设计为三相电机、尤其是异步或同步三相电机，其定子绕组SW的三个相与负载侧的变流器PWR的输出接头AAPWR相连接。
此外，图3示出了按照本发明的装置，所述装置用于保护电网的侧变流器4QS中的功率半导体元件免受冲击电流的影响，所述冲击电流例如可能在直流中间电路发生短路时出现。所述装置有第一整流器GR1、例如具有四个半导体二极管所谓的非受控的B4U桥式整流器，以便将牵引变压器TRT的次级绕组的单相交流电压转换成直流电压。
第一整流器GR1的输入接头EAGR1与牵引变压器的次级绕组的输出接头ATF或电网侧的变流器4QS的输入接头EA4QS相连接，或者与次级绕组的输出接头ATF和变流器的输入接头EA4QS之间的连接部相连接。第一整流器GR1的输出端AAGR1与由半导体开关THY和第一电容器C1构成的并联电路相连接，其中，半导体开关THY例如设计为晶闸管，所述晶闸管在短路的情况下由控制器ST控制或激发，所述控制器在图3中未具体示出。控制器ST分析来自未具体示出的传感器的信号或信息，以便例如检测直流中间电路ZK中的短路并且接着控制半导体开关THY。这种传感器例如测量电网侧的变流器4QS的一个或两个输入接口EA4QS处的电流、流入中间电路电容器CZK中的电流和/或中间电路电容器CZK上的电压。附加或备选地也可以由控制器ST将功率半导体元件或者功率半导体模块的信息用于决定对半导体开关THY的控制，由所述信息能够得出关于功率半导体元件故障的结论。
此外，第一整流器GR1的输出接头AAGR1与电网侧的变流器4QS的输出接头AA4QS或者中间电路电容器CZK相连接，或者与在电网侧的变流器4QS的输出接头AA4QS与负载侧的变流器PWR的输入接头EAPWR之间的连接部相连接。在第一整流器GR1的输出接头AAGR1与直流中间电路ZK的连接部中布置有相应的电压源SQ1、SQ2，所述电压源提供相应的电压USQ1、USQ2。通过将两个电压源SQ1、SQ2与中间电路电容器CZK串联，使得施加在所述装置的第一电容器C1上的电压相当于两个电压源SQ1、SQ2的相应电压USQ1、USQ2和施加在中间电路电容器CZK上的中间电路电压UZK之和。由电压源SQ1、SQ2提供的电压的大小在此设计为，使得施加在所述装置的第一电容器C1上的电压比中间电路的电压UZK高1％至25％、优选5％至20％。在中间电路电压UZK示例性地为2kV的情况下，电压源相应地提供10V到250V的相应电压。
所述装置的第一电容器C1的较高电压有助于避免第一整流器GR1的二极管在驱动系统AS正常运行时导引电流，因为这会不利地导致损耗。第一电容器C1的电容被选择为大于第一整流器GR1的二极管的阻挡层电容之和。然而，第一电容器C1所需的最小电容、并且因此所述第一电容器的物理尺寸尤其与中间电路电容器CZK的电容和尺寸相比较低或者较小。在中间电路电压UZK示例性地为2kV时，电容器的电容尤其可以是一百纳法拉到几十微法拉。第一整流器GR1的第一电容器C1的低电容以及二极管的低漏电流使得能够使用成本低廉的电压源SQ1、SQ2，根据所期望电压值，所述电压源仅须提供几瓦的功率。然而，电压源SQ1、SQ2的有效功率必须设计为，使得中间电路电压UZK的由电网侧的电压或者牵引电动机的电压的波动引起的这些波动遵循相同的动态特性，以便能够保持施加到第一电容器C1上的电压与中间电路电压UZK之间的期望的电压差恒定或几乎恒定。
图4示出了图3所示的驱动系统，其具有附加的元件。这些元件并非一定共同地并且完全地布置在所述装置中。
这些可能的附加的元件一方面包括与第一和第二电压源SQ1、SQ2并联的第二或者第三电容器C2、C3。所述第二或者第三电容器用于在由于中间电路电压UZK的动态波动瞬时过程中为装置的第一电容器C1提供相应的电荷。第二和第三电容器分别具有的电容是第一电容器C1的五到二十五倍，其中，由于第一和第二电压源的运行电压较低，因此所述第二和第三电容器尽管如此仍能够在结构上紧凑地设计。
另一方面，第一和第二欧姆电阻R1、R2与电压源SQ1、SQ2串联，所述第一和第二欧姆电阻尤其用于使得寄生的串联谐振电路衰减，所述串联谐振电路由中间电路电容CZK和第一电容器C1以及电压源SQ1、SQ2和线路的电感产生。
第二和第三电容C2、C3原则上也可以承担第一电容器C1的功能或者取代第一电容器，因为所述第二和第三电容器与中间电路电容器CZK串联并且因此如第一电容器C1那样被布置在与半导体开关THY并联的支路中。在这种情况下，第一和第二欧姆电阻R1、R2的尺寸优选设计得较小并且在必要时以不同的方式实现衰减。
此外，在所述装置的第一支路中并且与半导体开关THY串联地设置有第一电感L1、尤其是第一扼流圈，以降低半导体开关THY的电流陡度。第一电感器例如可以设计为电流母线上的环形芯。
在第一整流器GR1的输入侧，设置有由相应的电感L2或L3和欧姆电阻R3或R4构成的附加的并联电路。所述电感和欧姆电阻用于使由第一整流器GR1的二极管的阻挡层电容和连接线路的寄生电感构成的振荡电路衰减。
在图4的右下方区域中补充地示出了第一整流器GR1的备选的设计方案。按照该设计方案，欧姆电阻R3、R4通过相应的变压器TR1、TR2与第一整流器GR1的输入端相连接。在此，相应的欧姆电阻R3或R4与变压器TR1或TR2的次级绕组并联，而相应的变压器TR1或TR2的初级绕组布置在与第一整流器GR1的输入接头串联的二极管的连接点的连接部中。
图5显示了图4具有按照本发明的装置的驱动系统，其中，与图4的装置相比，图5所示的装置仅具有一个第一电压源SQ1。作为与第一欧姆电阻R1串联地布置在所示的右侧的支路中的备选方案，第一电压源SQ1可以以同样的方式与第二欧姆电阻R2串联地布置在所示的左侧的支路中。
与图4中的装置的实施例中的两个电压源SQ1、SQ2相比，第一电压源必须相应地提供更高的电压并且由此提供更高的功率，以便使施加在第一电容器C1上的电压与中间电路电压UZK之间的期望的电压差能够保持恒定或几乎恒定。第二欧姆电阻R2必须与布置在第一整流器GR1的输入侧的电阻元件L2/R3和L3/R4共同产生如此高的电压降，使得与所示电阻元件连接的二极管不会承担由电网侧的变流器4QS导引的电流份额。
图6显示了图3的具有所述装置的另一设计方案的驱动系统，其中，除了为线路侧的变流器4QS的功率半导体元件提供保护外，所述装置还为负载侧的变流器PWR的功率半导体元件提供保护，使其免受牵引电动机引起的冲击电流的影响。
为此，所述装置具有第二整流器GR2，所示第二整流器示例性地设计为带有六个半导体二极管的非受控的B6U桥式整流器，以便将牵引电动机TM的定子绕组SW的三相交流电压再次转换成直流电压。两个整流器GR21的输入接头EAGR2与负载侧的变流器PWR的输出接头AAPWR或者定子绕组SW的多个相相连接。第二整流器GR2的输出接头AAGR2与由半导体开关THY和第一电容器C1构成的并联电路相连接。
为了补充地检测来自牵引电动机TM的冲击电流，控制器ST分析来自未专门示出的传感器以及来自负载侧的变流器PWR的功率半导体元件或者功率半导体模块的信号或者信息，以便基于所述信号或者信息决定所述装置的半导体开关THY的接通或者激发，所述传感器例如测量定子绕组SW的多个相的相应电流。
图6的装置可以以同样的方式具有图4和图5的装置中的附加的元件，其中，也可以附加地针对第二整流器GR2实现所述元件。
图7示意性地示出了图2的轨道车辆TZ的驱动系统AS，其中，未示出驱动系统AS的所有部件或者这些部件仍未完全地示出。驱动系统AS设计用于通过集电器与导引直流电的轨道供电网连接，其中，所述直流电示例性地通过输入滤波器或电网滤波器NF输入变流器PWR，所述输入滤波器或电网滤波器由扼流圈形式的滤波电感FL和中间电路电容器CZK构成。滤波电感FL与中间电路电容器CZK共同构成串联谐振电路，所述串联谐振电路与待过滤的干扰电流的频率相适配。与上述实施例对应地，变流器PWR示例性地设计为脉冲逆变器，所述脉冲逆变器将施加在输入接头EAPWR上的直流电压转变为电压值和频率可变的三相交流电压，以所述三项交流电压供给牵引电动机TM的定子绕组SW。
整流器GR1设计为带有六个半导体二极管的非受控的B6U桥式整流器，其输入接头EAGR1与变流器PWR的输出接头AAPWR或者牵引电动机TM的定子绕组SW的三个相连接。整流器GR1的输出接头AAGR1与由半导体开关THY和第一电容器C1构成的并联电路相连接，并且与变流器PWR的输入接头EAPWR或者与中间电路电容器CZK相连接。在整流器GR1的输出接头AAGR1与直流中间电路ZK的连接部中又布置有电压源SQ1、SQ2，所述电压源提供相应的电压USQ1、USQ2。
与图6的实施例对应地，为了检测来自牵引电动机TM的冲击电流，控制器ST分析来自例如测量定子绕组SW的多个相的相应电流的传感器以及来自变流器PWR的功率半导体元件或者功率半导体模块的信号或者信息，以便基于所述信号或者信息决定所述装置的半导体开关THY的接通或者激发。同样，图7所示的装置也可以以相应的方式具有图4和图5的附加的元件。
图8示出了图3的驱动系统，其具有所述装置的其它备选的设计方案。与根据图3的装置不同的是，第一电容器C1的预充电不是借助与直流中间电路ZK连接的两个电压源SQ1、SQ2进行，而是借助独立于直流中间电路ZK的第三电压源SQ3进行。第三电压源SQ3例如设计为抗短路的开关网络部件，其中，所述开关网络部件的短路强度可以通过控制技术方面的措施和/或通过未示出的串联的欧姆电阻来实现。第三电压源SQ3的电压USQ3例如由控制器ST根据所测量的中间电路电压UZK来设定调节，从而使电压USQ3与前述设计方案对应地比中间电路电压UZK高确定的电压差。
附图标记列表
4QS 第一变流器
AA4QS 第一变流器的输出接头
AAGR1 第一整流器的输出接头
AAGR2 第二整流器的输出接头
AAPWR 第二变流器的输出接头
ATF 变压器的次级绕组的接头
C1、C2、C3 第一电容器、第二电容器、第三电容器
CZK 中间电路电容器
EA4QS 第一变流器的输入接头
EAGR1 第一整流器的输入接头
EAGR2 第二整流器的输入接头
EAPWR 第二变流器的输入接头
EF 输入滤波器
EW 末端车厢
FL 滤波器电感
FR 行驶方向
GR1、GR2 第一整流器、第二整流器
L1、L2、L3 第一电感、第二电感、第三电感
LGD 运行转向架
MW 中部车厢
NF 输入滤波器、电网滤波器
PAN 集电器
PWR 第二变流器
R1、R2、R3、R4 欧姆电阻
SQ1、SQ2、SQ3 第一电压源、第二电压源、第三电压源
ST 控制器
SW 定子绕组
TDG 驱动转向架
TE 驱动系统
TM 牵引电动机
TR1、TR2 第一变压器、第二变压器
TRT 牵引变压器
TZ 动车组
USQ1、USQ2、USQ3 第一电压源、第二电压源、第三电压源的电压
WK 车体
ZK 中间电路、直流中间电路

Claims (15)

1.一种用于在轨道车辆(TZ)的驱动系统(AS)中受控地建立短路的装置，其中，所述驱动系统(AS)包括：
-第一变流器(4QS、PWR)，所述第一变流器借助功率半导体元件将施加在输入侧的交流电压转变为施加在输出侧的直流电压，或者所述第一变流器将施加在输入侧的直流电压转变为施加在输出侧的交流电压，
-直流中间电路(ZK)，所述直流中间电路由所述第一变流器(4QS)的输出侧供电，或者所述直流中间电路为所述第一变流器(PWR)的输入侧供电，并且在所述直流中间电路中布置有至少一个中间电路电容器(CZK)，中间电路电压(UZK)施加在所述中间电路电容器上，
其特征在于，所述装置包括：
-非受控的第一整流器(GR1)，所述第一整流器的输入侧与所述第一变流器(4QS)的输入侧相连接，并且所述第一整流器借助半导体二极管将施加在所述第一变流器(4QS)的输入侧的交流电压转变为直流电压，或者所述第一整流器的输入侧与所述第一变流器(PWR)的输出侧相连接，并且所述第一整流器借助半导体二极管将施加在所述第一变流器(PWR)的输出侧的交流电压转变为直流电压，其中，所述直流电压分别施加在所述第一整流器(GR1)的输出侧，
-受控制的半导体开关(THY)，所述半导体开关布置在第一支路中，所述第一支路与所述第一整流器(GR1)的输出侧的第一电压电位和第二电压电位相连接，其中，借助所述半导体开关(THY)能够受控地短接所述第一整流器(GR1)的输出侧，
-至少一个第一电容器(C1)，其中，所述第一电容器布置在与所述第一支路并联的第二支路中，和
-至少一个电压源(SQ1、SQ2、SQ3)，借助所述电压源将施加在所述第一电容器(C1)上的电压调整为高于中间电路电压(UZK)。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，
所述驱动系统(AS)还包括：
-第二变流器(PWR)，所述第二变流器借助功率半导体元件将施加在输入侧的直流电压转变为施加在输出侧的交流电压，其中，所述第一变流器(4QS)将施加在输入侧的交流电压转变为施加在输出侧的直流电压，并且其中，所述第一变流器(4QS)的输出侧的直流电压和所述第二变流器(PWR)的输入侧的直流电压是所述中间电路电压(UZK)，
并且所述装置还包括：
-非受控的第二整流器(GR2)，所述第二整流器的输入侧与所述第二变流器(PWR)的输出侧相连接，并且所述第二整流器借助半导体二极管将施加在所述第二变流器(PWR)的输出侧的交流电压转变为直流电压，其中，所述直流电压施加在所述第二整流器(GR2)的输出侧，其中，所述第一整流器(GR1)的输入侧与所述第一变流器(4QS)的输入侧相连接，并且其中，所述第一整流器的输出侧与所述第二整流器(GR2)的输出侧并联连接。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述电压源包括第一电压源(SQ1)，其中，
-所述第一电压源(SQ1)一方面与所述第一整流器(GR1)的输出侧的第一电压电位相连接，并且另一方面与所述中间电路电压(UZK)的第一电压电位相连接，其中，所述第一整流器(GR1)的输出侧的第二电压电位与所述中间电路电压(UZK)的第二电压电位相连接，或者
-所述第一电压源(SQ1)一方面与所述第一整流器(GR1)的输出侧的第二电压电位相连接，并且另一方面与所述中间电路电压(UZK)的第二电压电位相连接，其中，所述第一整流器(GR1)的输出侧的第一电压电位与所述中间电路电压(UZK)的第一电压电位相连接。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述电压源还包括第二电压源(SQ2)，其中，
-所述第二电压源(SQ2)一方面与所述第一整流器(GR1)的输出侧的第二电压电位相连接，并且另一方面与所述中间电路电压(UZK)的第二电压电位相连接，并且
-所述第一电压源(SQ1)一方面与所述第一整流器(GR1)的输出侧的第一电压电位相连接，并且另一方面与所述中间电路电压(UZK)的第一电压电位相连接。
5.根据权利要求3或4所述的装置，其特征在于，
-所述装置还包括第二电容器(C2)，其中，所述第二电容器与所述第一电压源(SQ1)并联连接，或者
-所述装置还包括第二电容器(C2)和第三电容器(C3)，其中，所述第二电容器(C2)与所述第一电压源(SQ1)并联连接，并且所述第三电容器(C3)与所述第二电压源(SQ2)并联连接。
6.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述电压源包括第三电压源(SQ3)，所述第三电压源与所述第一整流器(GR1)的输出侧的第一电压电位和第二电压电位相连接。
7.按照前述权利要求之一所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
至少一个限流元件(L1)，所述限流元件在所述第一支路中与第一半导体开关(THY)串联连接，其中，所述限流元件(L1)尤其设计为电感。
8.按照前述权利要求之一所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
至少一个电阻元件(R1、R2)，所述电阻元件与所述至少一个电压源(SQ1、SQ2)串联连接，其中，所述电阻元件(R1、R2)尤其设计为欧姆电阻。
9.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
另外的电阻元件(L2、R3、L3、R4)，
-所述另外的电阻元件分别布置在所述第一整流器(GR1)的输入侧与所述第一变流器(4QS)的输入侧的连接部中，或者布置在所述第一整流器(GR1)的输入侧与所述第一变流器(PWR)的输出侧的连接部中，或者
-所述另外的电阻元件分别布置在所述第一整流器(GR1)的输入侧与所述第一变流器(4QS)的输入侧的连接部，以及布置在所述第二整流器(GR2)的输入侧与所述第二变流器(PWR)的输出侧的连接部中。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，各个所述另外的电阻元件包括电感(L2、L3)和与所述电感并联的欧姆电阻(R3、R4)，其中，所述欧姆电阻(R3、R4)尤其与变压器(TR1、TR2)的次级绕组相连接，并且所述变压器(TR1、TR2)的初级绕组布置在相应的连接部中。
11.一种用于轨道车辆(TZ)的驱动系统(AS)，其中，所述驱动系统(AS)至少包括：
-牵引变压器(TRT)，所述牵引变压器具有初级侧绕组和至少一个次级侧绕组，其中，所述初级侧绕组通过集电器(PAN)能够与导引交流电的供电网相连接，
-第一变流器(4QS)，所述第一变流器的输入侧与所述牵引变压器(TRT)的次级侧绕组相连接，并且所述第一变流器借助功率半导体元件将施加在输入侧的交流电压转变为施加在所述第一变流器(4QS)的输出侧的直流电压，和
-直流中间电路(ZK)，所述直流中间电路与所述第一变流器(4QS)的输出侧相连接，其中，在所述直流中间电路(ZK)中布置有至少一个中间电路电容器(CZK)，与所述第一变流器(4QS)的输出侧的直流电压相关的中间电路电压(UZK)施加在所述中间电路电容器上，
其特征在于，所述驱动系统(AS)还包括：
根据权利要求1所述的装置，其中，所述第一整流器(GR1)的输入侧与所述第一变流器(4QS)的输入侧相连接。
12.根据权利要求11所述的驱动系统，其特征在于，所述驱动系统(AS)还包括：
-第二变流器(PWR)，所述第二变流器的输入侧与所述直流中间电路(ZK)相连接，并且所述第二变流器借助功率半导体元件将施加在输入侧的直流电压转变为电压值和频率可变的多相的交流电压，该交流电压施加在所述第二变流器(PWR)的输出侧，和
-至少一个牵引电动机(TM)，所述至少一个牵引电动机具有至少一个多相的定子绕组(SW)，其中，所述至少一个定子绕组(SW)与所述第二变流器(PWR)的输出侧相连接，
其特征在于，所述驱动系统(AS)还包括：
根据权利要求2所述的装置。
13.一种用于轨道车辆(TZ)的驱动系统(AS)，其中，所述驱动系统(AS)至少包括：
-直流中间电路(ZK)，至少一个中间电路电容器(CZK)布置在所述直流中间电路中，中间电路电压(UZK)施加在所述中间电路电容器上，
-第一变流器(PWR)，所述第一变流器的输入侧与所述直流中间电路(ZK)相连接，并且所述第一变流器借助功率半导体元件将施加在输入侧的直流电压转变为电压值和频率可变的多相的交流电压，该交流电压施加在所述第一变流器(PWR)的输出侧，和
-至少一个牵引电动机(TM)，所述至少一个牵引电动机具有至少一个多相的定子绕组(SW)，其中，所述定子绕组(SW)与所述第一变流器(PWR)的输出侧相连接，
其特征在于，所述驱动系统(AS)还包括：
根据权利要求1所述的装置，其中，所述第一整流器(GR1)的输入侧与所述第一变流器(PWR)的输出侧相连接。
14.一种轨道车辆(TZ)，其特征在于，所述轨道车辆(TZ)包括根据权利要求1至10之一所述的装置或者根据权利要求11至13之一所述的驱动系统(AS)。
15.一种根据权利要求1至10之一所述的装置的应用，用于保护轨道车辆(TZ)的驱动系统(AS)的第一变流器(4QS)的功率半导体元件或者第一变流器(4QS)和第二变流器(PWR)的功率半导体元件。
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