DD271004A1 - Anordnung zur mehrfachnutzung von elementen des zwischenkreises bei redundant eingesetzten zwischenkreisumrichtern - Google Patents

Abstract

Anordnung zur Mehrfachnutzung von Elementen des Zwischenkreises bei redundant eingesetzten Zwischenkreisumrichtern. Die Erfindung findet ueberall dort Anwendung, wo zur Erhoehung der Zuverlaessigkeit mindestens zwei Freuqenzumrichter so dimensioniert und betrieben werden, dass sie im stoerungsfreien Betrieb jeweils einen Verbraucher bzw. eine Gruppe von Verbrauchern speisen, im Stoerungsfall der jeweils nicht gestoerte Umrichter alle oder einen Teil der Verbraucher des gestoerten Umrichters mitspeisen kann. Zur Mehrfachnutzung von Elementen des Zwischenkreises werden die im Normalbetrieb den einzelnen Frequenzumrichtern zugeordneten Filterdrosseln bei Havarie gemeinsam in den Betrieb des ungestoerten Umrichters einbezogen, indem die beiden Drosseln mittels Schalt- und Trennvorrichtungen in Reihe oder parallel geschaltet werden. Damit verringert sich der I2L-Wert pro Drossel, d. h. die Kenngroesse, die die Baugroesse der Drossel bestimmt. Fig. 2

Description

In einer Ausgestaltung der Erfindung zur Reihenschaltung der Jeweils in den Minusschienen und/oder In den Plusschienen der Zwischenkreise liegenden Filterdrossel, bei vollständiger Potentialtrennung der Umrichter voneinander, sind Schalt- und Trenneinrichtungen sowohl In der Verbindungsschiene von jeder Drossel zum Ausgang des ihr vorgeon jneton Eingangsstromrichters als auch in der Verbindungsschiene von jeder Drossel zum Eingang des ihr nach geordneten Wechselrichters vorgesehen, und weiterhin zwischen dem Ausgang des Eingangsstromrichters dos ersten Umrichters und dem Anschluß der Im Zwischenkreis des zweiten Umrichters liegenden Drossel, der dem Ausgang des zugehörigen Eingangsstromrichters zugeordnet ist, sowie zwischen dem Eingang des Wechselrichters des zweiten Umrichters und dem Anschluß der im Zwischenkreis des ersten Umrichters liegenden Drossel, der am Eingang des zugehörigen Wechselrichters zugeordnet ist, sowie ferner zwischen dem Am.chluß der im Zwischenkreis des ersten Umrichters liegenden Drossel, der dem Ausgang des zugehörigen Eingangsstromrichters zugeordnet ist, und dem Anschluß der im Zwlschenl;rels des zweiten Umrichters liegenden Drossel, der dem Eingang des zugehörigen Wechselrichters zugeordnet ist. In einer Ausgestaltung der Erfindung zur Parallelschaltung der jeweils in den Minusschienen und/oder Plusschienen der Zwischenkreise liegenden Filterdrosseln, wobei die Umrichter nicht voneinander potentialgetrennt sir d, werden Schalt- und Trennelniichtungen sowohl zwischen den Anschlüssen dor in den Zwischenkreisen der Umrichter liegenden Drosseln, die den Ausgängen der zugehörigen Eingangsstromrichter zugeordnet sind als auch zwischen den Anschlüssen der in den Zwischenkreisen der Umrichter liegenden Drossoln, die den Eingängen der zugehörigen Wechselrichier zugeordnet sind, vorgesehen.

In einer Ausgestaltung der Erfindung zur Reihenschaltung der jeweils in den Minusschienen und/oder Plusschienen der Zwischenkreise liegenden Filterdrosseln, wobei die Umrichter nicht voneinander potentialgetrennt sind, werden Schalt- und Trenneinrichtungen sowohl in der Verbindungsachiene von der im Zwischenkreis des ersten Umrichters liegenden Drossel zum Ausgang des ihr vorgeordneten Eingangsstromrichters als auch in der Verbindungsschie ie von der im Zwischenkreis des zweiten Umrichters liegenden Drossel zum Eingang des ihr nachgeordneten Wechselrichters vorgesehen, und weiterhin zwischen dem Ausgang des Eingangsstromrichters des ersten Umrichters und dem Anschluß der im Zwischenkreis de» zweiten Umrichters liegenden Drossel, dar dem Ausgang des zugehörigen Eingangsstromrichters zugeordne: ist, sowie zwischen dem Eingang des Wechselrichters des zweiten Umrichters und dem Anschluß der im Zwischenkreis des ersten Umrichters liegenden Drossel, der dem Eingang des zugehörigen Wechselrichters zugeordnet ist, sowie ferner zwischen dem Anschluß der im Zwischenkreis des zweiten Umrichters liegender. Drossel, der dem Eingang des zugehörigen Wechselrichters zugeordnet ist.

Ausführungsbeispiel Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den zugehörigen Zeichnungen zeigt: Fig. 1: das Prinzipschaltbild der bekannten technischen Lösung, Fig. 2: das Prinzipschaltbild einer Umrichteranordnung mit der erfindungsgemäßen Anordnung, Fig. 2a: die Anordnung der Schalt- bzw. Trennvorrichtungen zur Parallelschaltung der Zwischenk'eisfilterdrosseln bei

vollständiger Potentialtrennung der Umrichter voneinander, Fig. 2 b: Die Anordnung der Schalt- bzw. Trennvorrichtungen zur Reihenschaltung der Zwischenkreisfilterdrosseln mit

vollständiger Potentialtrennung der Umrichter voneinander, Fig.2c: Die Anordnung der SchaP-bzw.Trennvorrichtungenzur Parallelschaltung der Zwischenkreisfilterdrosseln ohne

Potentialtrennung der Umrichter voneinander, Fig. 2 d: Die Anordnung der Schalt- bzw. Trennvorrichtungen zur Reihenschaltung der Zwischenkreisfilterdrosseln ohne

Potentialtrennung der Umrichter voneinander Fig. 3: das Prinzipschaltbild einer Umrichteranordnung im Verbundbetriob entsprechend der eiilndungsgemäßen Lösung, Fig. 4: das Prinzipschaltbild einer Umrichteranordnung mit aufgeteilter Zwischenkreisinduktivität entsprechend der

erfindungsgemäßen Lösung.

Die Fig. 2 zeigt ein Prinzipschaltbild einer Umrichteranordnung, bestehend aus zwei Frequenzumrich'iern 1 und 2, die über die Schalter S1 und S3 ein- oder mehrphasig gespeist werden und über die Schalter S 2 und S4 jeweils mit den an den Sammelschienen X2 und X3 ein- oder mehrphasig angeschlossenen Verbrauchern bzw. Gruppen von Verbrauchern 3 und 4

verbunden sind. Die Zwischenkreisfilterdrosseln L1 undL2sindzusammenmitdenSchalt-undTrenr₁einrichtungen S6bisS14in der Einrichtung 5 dargestellt.

Im störungsfreien Betrieb ist der Schalter S 5 zwischen den Sammelschienen X 2 und X3 geöffnet. Jeder Umrichter 1 und 2 speist

einen bzw. eine Gruppe von Verbrauchern 3 und 4, und jedem Umrichter 1,2 ist eine Filterdrossel L1 bzw. L2, z. B. entsprechendder Anordnung nach Fig.2 a durch geschlossene Schalter S6, S7 und SIO, S11, zugeordnet. Die Drosseln werden dabei miteinem Strom belastet, der kleiner als der Nennstrom ist.

Bei Störung eines Umrichters, z.B. des Umrichters 1, werden beide Umrichter stillgesetzt und die Schalter S1, S,3, S2, S4

geöffnet. Nach erfolgter Stillsetzung wird durch das Öffnen der Schalter S6 und S7 die Drossel L1 vom Umrichter 1 getrennt unddas Schließen der Schalter S8 und S9 bei weiterhin geschlossenen Schaltern S10 und S r| eine Parallelschaltung der Drossel L1zur Drossel L2 vorgenommen. Die Sammelschienen X2 und X3 werden durch Schließen des Schahers S5 verbunden. Durch

Schließen de; Schalter S4 und S3 wird der Umrichter 2 mit dem Netz und allen Verbrauchern verbunden und auf einen Arbeitspunkt hochgefahren. Der jetzt fließende Ausgangsstrom des Eingangsgleichrichters teilt sich auf die Drosseln L1 und L2

auf, so daß jede Drossel vom halben Strom durchflossen wird.

Die Figur 2c zeigt eine Anordnung zur Parallelschaltung der Drosseln L1 und L2 mit reduziertem Schalteraufwand, wobei

allerdings der gestörte von Netz und Last getrennte Umrichter 1 an den Anschlußpunkten A und B der Einrichtung 5 mit denentsprechenden Potentialen des ungestörten Umrichters 2 beaufschlagt wird.

Die Figur 2 b stellt eine Anordnung zur Reihenschaltung der Drosseln L1 und L2 dar. Ist beispielsweise der Umrichter 1 gestört,

wird durch Schließen der Schalter S10, S13, S14 eine Reihenschaltung der Drosseln L1 und L2 im Filter des Umrichters 2erreicht.

Die Figur 2 d zeigt ebenfalls eine Anordnung zur Reihenschaltung der Drosseln LI und L2, allerdings mit reduziertem Schalteraufwand, wodurch der gestörte von Netz und Last getrennte Umrichter an den Anschlußpunkten der Einrichtung mit den Potentialen des ungestörten Umrichters beaufschlagt wird.

Die Figur 3 zeigt, daß die erfindungsgemäße Lösung euch für den Verbundbetrieb von Umrichtern anwendbar ist

Die Figur 4 zeigt eine Anwendungsmöglichkeit der Erfindung bei Anordnung von Zwischenkreisdrosseln in der Plus- und Minusschiene des Zwischenkreisos. Da die in den Plusschienen und die in den Minusschienen liegenden Drosseln nur jeweils getrennt voneinander in Reihe bzw. parallel geschaltet werden können, ist bezüglich der Anzahl der Schalt· und Trenneinrichtungen der doppelte Aufwand erforderlich.

Der Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die einzelnen Filterdrosseln in Abhängigk.' * von der Reihen- oder Parallelschaltung bei Havariebetrieb für eine kleinere Induktivität oder einen kleineren Strom ausgelegt werden können. Es verringert sich somit der I²L-Wert pro Drossel, d. h. die Kenngröße, die die Baugröße der Drossel bestimmt. Da der Aufwand für den Zwischenkreisfilter mit Verringerung der Frequenz und Phasenzahl des Speisenetzes größer wird, ist eine Reduzierung des Filteraufwandes z. B. bei Speisung aus einem einphasigen Netz 16Va Hz von ganz besonderer Bedeutung. Die Erfindung ermöglicht eine Reduzierung des Drosselaufwandes, der abzüglich des Aufwandes für die zusätzlichen Schalt- und Trenneinrichtungen eine Masse- und Volumeneinsparung von etwa 40% erreicht. Bei der Variante .Parallelschaltung im Havariebetrieb" wird bei Normalbetrieb außerdem eine wesentlich bessere Glättung der Zwischenkreisspannung bewirkt. Weite, hin wird im Havariemoment dem ein Normaibetrieb vorausging, der Havariestrom des Gleichrichters besser begrenzt.

Claims (6)

1. Anordnung zur Mehrfachnutzung von Elementen des Zwischenkreises bei redundant eingesetzten Zwischenkreisumrichtern, dadurch gekennzeichnet, daß die im Normalbetrieb den einzelnen Frequenzumrichtern (1:2) zugeordneten Fiiterdrosseln (L 1; L2) bei Havarie gemeinsam in den Betrieb des ungestörten Umrichters einbezogen sind, indem die einzelnen Drosseln in Reihe oder parallel geschaltet sind.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterdrosojln (L 1; L2) der über Schalter (S 1; S3) ein- oder mehrphasig gespeisten und über Schalter (S2; S4) in ein- oder mehrphasig ausgeführte Sammelschienen (X2; X3) einspeisenden Zwischenkreisumrichter (1; 2) zu ihren Reihen- oder Parallelschaltung mit Schalt- und Trenneinrichtungen (S6 bis S14) versehen sind.

3. Anordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Parallelschaltung der jeweils in den Minusschienen und/oder in den Plusschienen der Zwischenkreise liegenden Filterdrosseln (L 1; L2), bei vollständiger Pctentialtrennung der Umrichter voneinander, Schalt- und Trenneinrichtungen (S6; S7; S10; S11) sowohl in der Verbindungsschiene von jeder Drossel (L 1; L2) zum Ausgang (A bzw. B) des ihr vorgeordneten Eingangsstromrichters als auch in der Verbindungsschiene von jeder Drossel (L 1; L2) zum Eingang (B bzw. D) des ihr nachgeordneten Wechselrichters angeordnet sind, und weiterhin Schalt- und Trenneinrichtungen (S8; S9) sowohl zwischen den Anschlüssen der in den £ vischenkreisen der Umrichter (1; 2) liegenden Drosseln (L 1; L2), die den Ausgängen (A; C) der zugehörigen Eingangsstromrichter zugeordnet sind, als auch zwischen den Anschlüssen der in den Zwischenkreisen der Umrichter (1; 2) liegenden Drosseln (L 1; L2), die den Eingängen (B; D) der zugehörigen Wechselrichter zugeordnet sind, vorgesehen sind.

4. Anordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Reihenschaltung der jeweils in den Minussci.ienen und/oder in den Plusschienen der Zwischenkreise liegenden Filterdrosseln (L 1; L2) bei vollständiger Potentialtrennung der Umrichter voneinander, Schalt- und Trenneinrichtungen (S 6; S7; S11) sowohl in der Verbindungsschiene von jeder Drossel (L 1; L2) zum Ausgang (A bzw. C) des ihr vorgeordneten Eingangsstromrichters als auch in der Verbindungsschiene von jeder Drossel (L 1; L2) zum Eingang (3 bzw. D) des ihr nachgeordnetsn Wechselrichters vorgesehen sind, und weiterhin Schalt- und Trenneinrichtungen (S 12 bis S14) zwischen dem Ausgang (A) des Eingangsstromrichters des ersten Umrichters (1) und dem Anschluß der im Zwischenkreis des zweiten Umrichters (2) liegenden Drossel (L2), der dem Ausgang (C) des zugehörigen Eingangsstromrichters zugeordnet ist, sowie zwischen dem Eingang (D) des Wechselrichters des zweiten Umrichters (2) und dem Anschluß der im Zwischenfalls des ersten Umrichters (1) liegenden Drossel (L 1), der dem Eingang (B) des zugehörigen Wechselrichters zugeordnet ist, sowie ferner zwischen dem Anschluß der im Zwischenkreis des ersten Umrichters (1) liegenden Drossel (L 1). der dem Ausgang (A) des zugehörigen Eingangsstromrichters zugeordnet ist, und dem Anschluß der im Zwischenkreis des zweiten Umrichters (2) liegenden Drossel (L2), der dem Eingang (D) des zugehörigen Wechselrichters zugeordnet ist, vorgesehen sind.

5. Anordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Parallelschaltung der jeweils in den Minusschienen und/oder Plusschienen der Zwischenkreise liegenden Filterdrosseln (L 1; L2), wobei die Umrichter nicht voneinander potentialgetrennt sind, Schalt- und Trenneinrichtungen (S8, S9) sowohl zwischen den Anschlüssen der in den Zwischenkreisen der Umrichter (1; 2) liegenden Drosseln (L 1; L2), die den Ausgängen (A; C) der zugehörigen Eingangsstromrichter zugeordnet sind, als auch zwischen den Anschlüssen der in den Zwischenkreisen der Umrichter (1; 2) liegenden Drosseln (L 1; L2), die den Eingängen (B; C) der zugehörigen Wechselrichter zugeordnet sind, vorgesehen sind.

6. Anordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zuv Reihenschaltung der jeweils in den Minusschienen und/oder in den Plusschienen der 7wischenkreise liegenden Filterdrosseln (L 1; L2), wobei die Umrichter nicht voneinander potentialgetrennt sind, Schalt-und Trenneinrichtungen (S 6; S11) sowohl in der Verbindungsschiene von der im Zwischenkreis des ersten Umrichters (1) liegenden Drossel (L1) zum Ausgang (A) des ihr vorgeordneten Eingangsstromrichters als auch in der Verbindungsschiene von der im Zwischenkreis des zweiten Umrichters (2) liegenden Drossel (L2) zum Eingang (D) des ihr nachgeordneten Wechselrichters vorgesehen sind, und weiterhin Schalt- und Trenneinrichtungen (S12 bis S14) zwischen dem Ausgang (A) des Eingangsstromrichters des ersten Umrichters (1) und dem Anschluß der im

Zwiachenkreis des zweiten Umrichters (2) liegenden Drossel (L2), der dem Ausgang (C) des zugehörigen Eingangsstromrichters zugeordnet ist, sowie zwischen dem Eingang (D) des Wechselrichters des zweiten Umrichters (2) und dem Anschluß der im Zwischenkreis des ersten Umrichters (1) liegenden Drossel (LD, der dem Eingang (B) des zugehörigen Wechselrichters zugeordnet ist, sowie ferner zwischen dem Anschluß dar im Zwischenkreis des ersten Umrichters (1) liegenden Drossel (L 1), der dem Ausgang (A) des zugehörigen tiingangsstromrichters zugeordnet ist, und dem Anschluß der im Zwischenkreis des zweiten Umrichters (2) liegenden Drossel (L2), der dem Eingang (D) des zugehörigen Wechselrichters zugeordnet ist, vorgesehen sind.

Hierzu 5 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung kann überall dort angewendet werden, wo zwei Frequenzumrichter, die zwei oder mehr Verbraucher speisen, zur Erhöhung der Sicherheit so betrieben werden, daß im Störungsfall ein Umrichter einen Teil oder alle Verbraucher des gestörten Umrichters mitspeisen kann.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Εε sind Lösungen bekannt, in denen zur Erhöhung der Zuverlässigkeit mindestens zwei Frequenzumrichter so dimensioniert und betrieben werden, daß sie im störungsfreien Betrieb jeweils einen Verbraucher bzw. eine Gruppe von Verbrauchern speisen, im Störungsfall der jeweils nicht gestörte Umrichter alle oder einen Teil der Verbraucher des gestörten Umrichters mitspeisen kann (DE-Zeitschrift: Elektrische Bahnen eb, 83.Jahrg., Heft 10/1985, Seite 319 ff. .Die elektrische Ausrüstung der ICE-Triebköpfe"). Aus Abb.4 auf Seite 322 dieser Veröffentlichung ist erkennbar, daß zur Erhöhung der Gesamtzuverlässigkeit bei Ausfall eines Umrichters die Hälfto der Verbraucher des gestörten Umrichters und die Verbraucher des ungestörten Umrichters von dem noch im Betrieb befindlichen Umrichter gespeist werden.

Weiterhin sind Lösungen bekannt (Prospekt TP. 09671 der Borg-Werner Corp.), die erkennen lassen, daß bestimmte leistungselektronische Bauelemente mit hoher Zuverlässigkeit, wie z. B. die Dioden des Eingangsgleichrichters, nicht redundant ausgeführt werden, während Filter und Wechselrichter in beschriebener Weise ausgeführt sind. Bei solchen Anordnungen spricht man vom Verbundbetrieb von Umrichtern.

Allen diesen Lösungen ist der Nachteil gemeinsam, daß durch die Abschaltung des gestörten Umrichters bzw. des gestörten Wechselrichters im Verbundbetrieb auch die Elemente des jeweiligen Zwischenkreises ungenutzt bleiben.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung ist es, bei redundant arbeitenden Zwischenkreisumrichtern zu einer Aufwandsminimierung bei der Dimensionierung der Elemente des Zwischenkreises zu gelangen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Mehrfachnutzung von Elementen des Zwischenkreises zu erreichen, um deren Baugröße verringern zu können.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreich.', daß die im Normalbetrieb den einzolnen Frequenzumrlchlern zugeordneten Filterdrosseln bei Havarie gemeinsam in den Betrieb des ungestörten Umrichters einbezogen werden, indem die einzelnen Drosseln in Reihe oder parallel geschaltet werden.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung sind die Filterdrosseln de über Schalter ein- oder mehrphasig gespeisten und über Schalter in ein- oder mehrphasig ausgeführte Sammelschiene)! einspeisenden Zwischenkreisumrichter zu ihrer Reihen- oder Parallelschaltung mit Schalt- und Trenneinrichtungen versehen.

In einer Ausgestaltung der Erfindung zur Parallelschaltung der jeweils in den Minusschienen und/oder in den Plusschienen der Zwischenkreise liegenden Filterdrosseln, bei vollständiger Potentialtrennung der Umrichter voneinander, sind Schalt- und Trenneinrichtungen sowohl in der Verbindungsschiene von jeder Drossel zum Ausgang des ihr vorgeordneten Eingangsstromrichtors als auch In der Verbindungsschiene von jeder Drossel zum Eingang des ihr nachgeordneten Wechselrichters angeordnet, und weiterhin sowohl zwischen den Anschlüssen der in den Zwischenkreisen der Umrichter liegenden Drosseln, die den Ausgängen des zugehörigen Eingangsstromrichters zugeordnet sind, als auch zwischen den Anschlüssen der in den Zwischenkreisen der Umrichter liegenden Drosseln, die den Eingängen des zugehörigen Wechselrichters zugeordnet sind.