DE102004030228A1 - Circuit of pulse inverters in railway vehicles - Google Patents

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Abstract

Bei einer Schaltung von dreiphasigen Pulswechselrichtern bei Bahnfahrzeugen, die aus einer DC-Eingangsspannung eine dreiphasige Ausgangsspannung erzeugen zur Versorgung von 3AC-Verbrauchern, sind mehrere Pulswechselrichter parallel geschaltet, wobei über eine in Hard- oder Software realisierte Regel- bzw. Steuerstruktur eine selbständige Synchronisation der Pulswechselrichter auf die Ausgangsspannung und die anteilige Versorgung der Verbraucher erfolgt.In a circuit of three-phase pulse-controlled inverters in railway vehicles, which generate a three-phase output voltage from a DC input voltage for supplying 3AC consumers, several pulse inverters are connected in parallel, via a realized in hardware or software control or control structure, an independent synchronization of Pulse inverter to the output voltage and the proportionate supply of the consumer takes place.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltung von dreiphasigen Pulswechselrichtern bei Bahnfahrzeugen, die aus einer DC-Eingangsspannung eine dreiphasige Ausgangsspannung erzeugen, zur Versorgung von 3AC-Verbrauchern.The The invention relates to a circuit of three-phase pulse inverters for railway vehicles, the three-phase output voltage from a DC input voltage generate to supply 3AC consumers.

Bei Bahnfahrzeugen ist es derzeit üblich, mehr Umrichterleistung als für die angeschlossenen Leistungen erforderlich zu installieren, um auch bei Ausfall eines Pulswechselrichters (PWR) einen möglichst großen Teil der Last durch einen zweiten redundanten Pulswechselrichter zu versorgen. Zugleich ist für die Zuschaltung der Redundanz ein Koppelschütz notwendig, wie aus 1 ersichtlich ist. Es ist weiter bekannt, für das Versorgen von Verbrauchern entweder größere Pulswechselrichter und somit mehr PWR-Leistung zu installieren oder eine Parallelschaltung von Pulswechselrichtern mittels zusätzlicher Daten-Kommunikationsleitung und Master-Slave-Funktionsweise zu realisieren, wodurch letztlich bei Ausfall eines Pulswechselrichters die Verbraucher weiterversorgt werden. Bei Ausfall eines zweiten Pulswechselrichters kommt es häufig bereits zu einem Komplettausfall.In the case of rail vehicles, it is currently customary to install more converter power than required for the connected power supplies in order to supply as much of the load as possible to a second redundant pulse inverter even if one pulse-controlled inverter (PWR) fails. At the same time a coupling contactor is necessary for the connection of the redundancy, as from 1 is apparent. It is also known to install for the supply of consumers either larger pulse inverters and thus more PWR power or to realize a parallel circuit of pulse inverters by means of additional data communication line and master-slave operation, which ultimately consumers are further supplied in case of failure of a pulse inverter , In the event of failure of a second pulse-controlled inverter, complete failure often already occurs.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltung von Pulswechselrichtern aufzuzeigen, bei der die Verfügbarkeit der Versorgung von Verbrauchern erhöht ist, eine größere momentane Leistung zur Verfügung steht und die insgesamt installierte Pulswechselrichterleistung verringert werden kann.Of the Invention is based on the object, a circuit of pulse inverters show the availability the supply of consumers is increased, a greater instantaneous performance to disposal stands and the total installed pulse inverter power can be reduced.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass mehrere Pulswechselrichter parallel geschaltet sind und über eine in Hard- oder Software realisierte Regel- bzw. Steuerstruktur eine selbständige Synchronisation der Pulswechselrichter auf die Ausgangspannung und die anteilige Versorgung der Verbraucher erfolgt.These Task is inventively characterized solved, that several pulse inverters are connected in parallel and via a implemented in hardware or software rule or control structure a independent Synchronization of the pulse inverters to the output voltage and the proportionate supply of consumers takes place.

Die Parallelschaltung von Pulswechselrichtern (PWR) zum Aufbau eines 3AC-Inselnetzes ohne Master-Slave-Funktion und damit ohne Daten-Kommunikation zwischen den Steuereinheiten der Pulswechselrichter löst ein bisher in der Bahnindustrie offenes Problem.The Parallel connection of pulse inverters (PWR) for setting up a 3AC island network without master-slave function and thus without data communication between the control units of the pulse inverter triggers a so far in the railway industry open problem.

Aus der erfindungsgemäßen Parallelschaltung von Pulswechselrichtern ohne gegenseitige datentechnische Kommunikation ergeben sich insbesondere folgende Vorteile:

  • • Es steht eine größere momentane Leistung, beispielsweise für einen Kompressoranlauf, zur Verfügung.
  • • Die Verfügbarkeit der Versorgung von 3AC-Verbrauchern erhöht sich, da ein Ausfall von Pulswechselrichtern stufenweise zu einer Begrenzung der Energieversorgung führt.
  • • Die insgesamt installierte Leistung an Pulswechselrichtern kann verringert werden, und zwar von beispielsweise 800kVA bei der bisherigen Lösung nach 1 auf 533kVA bei den erfindungsgemäßen Ausführungen nach 2 und 3.
  • • Koppelschütze zur Konfiguration der Redundanz können entfallen.
  • • Steuer- bzw. Datenleitungen für die Kommunikation der Pulswechselrichter – etwa zur Synchronisation oder zur Sicherstellung eines Master-Slave-Betriebes können entfallen.
  • • Aufgrund des Strombegrenzungsmodes des Pulswechselrichter-Systems und der höheren verfügbaren momentanen Leistung können durch Schutzelemente (z. B. Motorschutzschalter) separierbare Verbraucher im Fehlerfall problemlos und schnell von der 3AC-Verteilung getrennt werden.
The following advantages in particular result from the parallel connection of pulse inverters according to the invention without mutual data communication.
  • • There is a greater instantaneous power available, for example for a compressor startup.
  • • The availability of the supply of 3AC consumers increases because a failure of pulse-controlled inverters gradually leads to a limitation of the energy supply.
  • • The total installed power of pulse inverters can be reduced, for example, from 800kVA in the previous solution 1 to 533kVA in the embodiments according to the invention 2 and 3 ,
  • • Coupling contactors for configuring the redundancy can be omitted.
  • • Control or data lines for the communication of the pulse inverters - for example, for synchronization or to ensure a master-slave operation can be omitted.
  • • Due to the current-limiting mode of the pulse-inverter system and the higher instantaneous power available, protective devices (eg motor-protective circuit-breakers) allow separate separable loads to be easily and quickly disconnected from the 3AC distribution in the event of a fault.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.advantageous Embodiments of the invention are specified in the subclaims.

In den Zeichnungen sind eine zum Stand der Technik gehörende Schaltung sowie zwei Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Schaltung jeweils prinzipartig dargestellt.In The drawings are a belonging to the prior art circuit as well as two embodiments a circuit according to the invention respectively represented in principle.

1 zeigt eine übliche Schaltung von Pulswechselrichtern. 1 shows a conventional circuit of pulse inverters.

In 2 ist eine Parallelschaltung von Pulswechselrichtern gemäß der Erfindung mit potentialgetrennten DC-Einspeisungen dargestellt.In 2 is a parallel connection of pulse inverters according to the invention shown with isolated DC feeds.

3 veranschaulicht eine Parallelschaltung von Pulswechselrichtern gemäß der Erfindung mit gemeinsamer DC-Einspeisung. 3 illustrates a parallel connection of pulse inverters according to the invention with common DC feed.

Claims (3)

Schaltung von dreiphasigen Pulswechselrichtern bei Bahnfahrzeugen, die aus einer DC-Eingangsspannung eine dreiphasige Ausgangsspannung erzeugen, zur Versorgung von 3AC-Verbrauchern, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Pulswechselrichter parallel geschaltet sind und über eine in Hard- oder Software realisierte Regel- bzw. Steuerstruktur eine selbständige Synchronisation der Pulswechselrichter auf die Ausgangspannung und die anteilige Versorgung der Verbraucher erfolgt.Circuit of three-phase pulse-controlled inverters in railway vehicles, which generate a three-phase output voltage from a DC input voltage, for the supply of 3AC consumers, characterized in that a plurality of pulse inverters are connected in parallel and via a realized in hardware or software control or control structure an independent Synchronization of the pulse inverters to the output voltage and the proportionate supply of the consumer takes place. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Pulswechselrichter über Ausgangsschütze auf die AC-Verteilung beliebig zuschaltbar sind.Circuit according to Claim 1, characterized that the pulse inverters over output contactors on the AC distribution are freely switchable. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Pulswechselrichter mit einer geeigneten Sensorik und einem Ausgangsfilter, welches auch eine Potentialtrennung beispielsweise durch einen Trafo einschließen kann, ausgestattet sind.Circuit according to Claim 1 or 2, characterized that the pulse inverters with a suitable sensor and a Output filter, which also a potential separation, for example by include a transformer can, are equipped.
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