DE102014223212A1 - Electrical circuit and rail vehicle - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Elektrische Schaltung mit einer Leistungsversorgungseinheit (20), die zumindest einen Gleichspannungszwischenkreis (22) mit einer positiven Schiene (24.1) und einer negativen Schiene (24.2) und wenigstens eine an den Gleichspannungszwischenkreis (22) angeschlossene Stromrichtereinrichtung (44, 26) mit zumindest zwei Stromrichtereinheiten (46.1, 46.2, 28.1, 28.2) umfasst, die jeweils eine dem Gleichspannungszwischenkreis (22) zugewandte Gleichspannungsseite (50, 72) und eine Wechselspannungsseite (48, 70) aufweisen. Um eine gattungsgemäße Schaltung bereitzustellen, bei welcher eine induktive Entkopplung konstruktiv einfach erreicht werden kann, wird vorgeschlagen, dass die elektrische Schaltung zumindest eine Induktivitätseinheit (64, 88) aufweist, welche die Stromrichtereinheiten (46.1, 46.2, 28.1, 28.2) auf deren Wechselspannungsseite (48, 70) miteinander verbindet, wobei die Stromrichtereinheiten (46.1, 46.2, 28.1, 28.2) und die Schienen (24.1, 24.2) eine Einheit (68, 92) bilden, die zur Herstellung eines durch die Induktivitätseinheit (64, 88) fließenden Gleichstroms vorgesehen ist.The invention relates to an electrical circuit having a power supply unit (20) which has at least one DC voltage intermediate circuit (22) with a positive rail (24.1) and a negative rail (24.2) and at least one converter device (44, 26) connected to the DC voltage intermediate circuit (22). comprising at least two converter units (46.1, 46.2, 28.1, 28.2), each having a the DC voltage intermediate circuit (22) facing the DC voltage side (50, 72) and an AC voltage side (48, 70). In order to provide a generic circuit in which an inductive decoupling can be achieved structurally simple, it is proposed that the electrical circuit has at least one inductance unit (64, 88), which the converter units (46.1, 46.2, 28.1, 28.2) on the AC side ( 48, 70), the power converter units (46.1, 46.2, 28.1, 28.2) and the rails (24.1, 24.2) forming a unit (68, 92) suitable for producing a direct current flowing through the inductance unit (64, 88) is provided.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Schaltung mit einer Leistungsversorgungseinheit, die zumindest einen Gleichspannungszwischenkreis mit einer positiven Schiene und einer negativen Schiene und wenigstens eine an den Gleichspannungszwischenkreis angeschlossene Stromrichtereinrichtung mit zumindest zwei Stromrichtereinheiten umfasst, die jeweils eine dem Gleichspannungszwischenkreis zugewandte Gleichspannungsseite und eine Wechselspannungsseite aufweisen. The invention relates to an electrical circuit having a power supply unit, which comprises at least one DC voltage intermediate circuit with a positive rail and a negative rail and at least one connected to the DC voltage intermediate converter device comprising at least two converter units, each having a DC voltage side DC voltage side and an AC side.

Eine derartige elektrische Schaltung ist insbesondere im Bereich der Entwicklung von Schienenfahrzeugen bekannt. Bei sogenannten Triebzügen wird die Antriebsleistung auf Antriebsmotoren verteilt, welche an voneinander entfernten Stellen im Fahrzeugverband angeordnet sind. Bei einer zentralen Einspeisung des Gleichspannungszwischenkreises mit elektrischer Energie aus einer Netzversorgung werden Gleichspannungssignale des Gleichspannungszwischenkreises über große Abstände geführt. Es entstehen Zwischenkreiskapazitäten, die untereinander schwingen können, sodass eine Entkopplung von leistungselektronischen Einheiten untereinander notwendig ist. Hierzu wird herkömmlicherweise eine Induktivität in der Form einer sogenannten Netzdrossel eingesetzt, die zumindest teilweise als Entkopplungsdrossel in einer Schiene des Gleichspannungszwischenkreises verwendet wird. Zusätzlich können durch die Drossel Fehlerströme begrenzt werden. Such an electrical circuit is known in particular in the field of development of rail vehicles. In so-called multiple units, the drive power is distributed to drive motors, which are arranged at remote locations in the vehicle body. In a central feed of the DC voltage intermediate circuit with electrical energy from a mains supply DC voltage signals of the DC intermediate circuit are guided over long distances. It creates DC link capacitances that can oscillate with each other, so that a decoupling of power electronic units with each other is necessary. For this purpose, an inductance in the form of a so-called line choke is conventionally used, which is at least partially used as decoupling choke in a rail of the DC intermediate circuit. In addition, fault currents can be limited by the choke.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Schaltung bereitzustellen, bei welcher eine induktive Entkopplung konstruktiv einfach erreicht werden kann. The invention has for its object to provide a generic circuit in which an inductive decoupling can be achieved structurally simple.

Hierzu wird vorgeschlagen, dass die Schaltung zumindest eine Induktivitätseinheit aufweist, welche die Stromrichtereinheiten auf deren Wechselspannungsseite miteinander verbindet, wobei die Stromrichtereinheiten und die Schienen eine Einheit bilden, die zur Herstellung eines durch die Induktivitätseinheit fließenden Gleichstroms vorgesehen ist. Hierdurch kann vorteilhaft auf eine spezielle, groß dimensionierte Induktivität, die in einer Schiene des Gleichspannungszwischenkreises integriert ist, verzichtet werden, wobei Bauraum und Gewicht eingespart werden können. Dadurch kann eine solche Induktivität durch eine Induktivität kleinerer Dimensionierung ersetzt werden oder es kann in einem besonders vorteilhaften Fall auf eine in einer Schiene integrierte Induktivität vollständig verzichtet werden. Zur Bereitstellung einer gewünschten induktiven Wirkung kann durch die vorgeschlagene Maßnahme ein bestehendes, zur Erfüllung einer anderen Funktion vorgesehenes induktives Bauteil verwendet werden, das auf der Wechselspannungsseite der Stromrichtereinheiten angeordnet ist. For this purpose, it is proposed that the circuit has at least one inductance unit which connects the power converter units to one another on their AC voltage side, wherein the power converter units and the rails form a unit which is provided for producing a direct current flowing through the inductance unit. This can advantageously be dispensed with a special, large-sized inductance, which is integrated in a rail of the DC intermediate circuit, space and weight can be saved. As a result, such an inductance can be replaced by an inductance of smaller dimensions or, in a particularly advantageous case, an inductance integrated in a rail can be completely dispensed with. To provide a desired inductive effect can be used by the proposed measure an existing, provided to fulfill another function inductive component, which is arranged on the AC side of the converter units.

Es kann ein Gleichstromkreis bereitgestellt werden, welcher den Gleichspannungszwischenkreis im herkömmlichen Sinne als Bestandteil aufweist, sich – gegenüber herkömmlichen Lösungen – über die an einer Grenze des Gleichspannungszwischenkreises angeordnete Stromrichtereinrichtung hinaus erstreckt und hierbei zumindest ein induktives Bauteil außerhalb dieses Gleichspannungszwischenkreises beinhaltet. Dadurch kann dieses Bauteil die im Gleichspannungszwischenkreis gewünschte Entkopplungsfunktion zumindest teilweise erfüllen. Auf der Wechselspannungsseite der Stromrichtereinheiten findet zweckmäßigerweise eine Überlagerung zumindest eines durch die Induktivitätseinheit fließenden Wechselstroms vom hergestellten Gleichstrom statt. Anders formuliert weist dabei zumindest ein durch die Induktivitätseinheit fließender elektrischer Strom einen Gleichstromanteil auf. It can be provided a DC circuit, which has the DC intermediate circuit in the conventional sense as part of - extends over the arranged at a boundary of the DC intermediate circuit power converter out in comparison to conventional solutions and in this case includes at least one inductive component outside this DC voltage intermediate circuit. As a result, this component can at least partially fulfill the decoupling function desired in the DC intermediate circuit. On the AC side of the converter units, a superposition of at least one alternating current flowing through the inductance unit expediently takes place from the produced direct current. In other words, at least one electric current flowing through the inductance unit has a direct current component.

Die Leistungsversorgungseinheit ist zweckmäßigerweise zur Versorgung zumindest einer elektrischen Maschine, insbesondere eines elektrischen Motors, vorgesehen. Zweckmäßigerweise sind die Stromrichtereinheiten zumindest als Vierpol mit zumindest zwei Eingängen auf der Wechselspannungsseite und zumindest zwei Eingängen auf der Gleichspannungsseite ausgebildet. The power supply unit is expediently provided for supplying at least one electric machine, in particular an electric motor. Conveniently, the power converter units are formed at least as a quadrupole with at least two inputs on the AC side and at least two inputs on the DC side.

Gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfindung weisen die Stromrichtereinheiten jeweils zumindest einen ersten Anschluss auf deren Gleichspannungsseite auf, wobei die erste Stromrichtereinheit über deren ersten Anschluss an die positive Schiene angeschlossen und zur negativen Schiene hin kurzschlussfrei ist und die zweite Stromrichtereinheit über deren ersten Anschluss an die negative Schiene angeschlossen und zur positiven Schiene hin kurzschlussfrei ist. Hierdurch können vorteilhafterweise ein Anschluss der Stromrichtereinheiten jeweils an eine unterschiedliche Schiene des Gleichspannungszwischenkreises und ihre Entkopplung zumindest vom Potential der anderen Schiene erreicht werden. Den Stromrichtereinheiten können dabei vorteilhaft unterschiedliche Potentiale zugeordnet werden, wodurch ein Spannungsunterschied zwischen den Stromrichtereinheiten zum Erzeugen des Gleichstroms konstruktiv einfach bereitgestellt werden kann. According to a preferred embodiment of the invention, the converter units each have at least one first terminal on the DC side thereof, the first converter unit being connected to the positive rail via its first terminal and short-circuiting to the negative rail and the second converter unit being connected to the negative terminal via its first terminal Rail is connected and short-circuit to the positive rail. As a result, it is advantageously possible to connect the converter units to a different rail of the DC intermediate circuit and to decouple them at least from the potential of the other rail. The power converter units can advantageously be assigned different potentials, whereby a voltage difference between the converter units for generating the direct current can be provided structurally simple.

Unter einem „Anschließen“ an die positive oder negative Schiene soll die Bereitstellung einer Verbindung verstanden werden, durch welche das Potential der jeweiligen Schiene zumindest bis den Anschluss geführt wird. A "connection" to the positive or negative rail is to be understood as the provision of a connection through which the potential of the respective rail is guided at least to the connection.

Es kann eine Ausführung der Stromrichtereinrichtung erreicht werden, die eine erste, nur an die positive Schiene angeschlossene Stromrichtereinheit und zumindest eine zweite, nur an die negative Schiene angeschlossene Stromrichtereinheit umfasst. It can be achieved an embodiment of the power conversion device, the first, only on comprising the positive rail connected power converter unit and at least one second, connected only to the negative rail power converter unit.

Eine Stromrichtereinheit ist „zu einer Schiene hin kurzschlussfrei“, indem auf eine direkte Verbindung zu dieser Schiene verzichtet wird, wodurch die Stromrichtereinheit vom Potential dieser Schiene entkoppelt ist. Anders formuliert kann das Potential der Schiene nicht zur Stromrichtereinheit geführt werden. Bei dieser Definition wird der intrinsische Leitungswiderstand einer Verbindung vernachlässigt. In einer bevorzugten Ausführung wird auf jegliche Verbindung zur Schiene verzichtet, wodurch eine vollständige Entkopplung der Stromrichtereinheit von dieser Schiene erreicht werden kann. A power converter unit is "short-circuit-proof to a rail" by dispensing with a direct connection to this rail, whereby the power converter unit is decoupled from the potential of this rail. In other words, the potential of the rail can not be routed to the power converter unit. In this definition, the intrinsic conduction resistance of a compound is neglected. In a preferred embodiment is dispensed with any connection to the rail, whereby a complete decoupling of the power converter unit can be achieved by this rail.

In dieser Ausführung sind die Stromrichtereinheiten jeweils von einer unterschiedlichen Schiene des Gleichspannungszwischenkreises entkoppelt. In this embodiment, the converter units are each decoupled from a different rail of the DC intermediate circuit.

In einer Ausführungsvariante kann vorteilhaft eine Schalteinheit vorgesehen sein, durch welche ein Anschluss der ersten Stromrichtereinheit an die negative Schiene und/oder ein Anschluss der zweiten Stromrichtereinheit an die positive Schiene hergestellt werden kann. Hierdurch kann wahlweise die erfindungsgemäße Konfiguration oder eine herkömmliche Konfiguration der elektrischen Schaltung bereitgestellt werden, bei welcher beide Stromrichtereinheiten an beide Schienen des Gleichspannungszwischenkreises angeschlossen sind. In one embodiment, a switching unit may advantageously be provided, by means of which a connection of the first power converter unit to the negative rail and / or a connection of the second power converter unit to the positive rail can be produced. As a result, either the configuration according to the invention or a conventional configuration of the electrical circuit can be provided, in which both converter units are connected to both rails of the DC intermediate circuit.

Außerdem wird vorgeschlagen, dass die Stromrichtereinheiten jeweils einen zweiten Anschluss auf deren Gleichspannungsseite aufweisen, wobei der zweite Anschluss der ersten Stromrichtereinheit mit der positiven Schiene über eine Kapazität verbunden ist und der zweite Anschluss der zweiten Stromrichtereinheit mit der negativen Schiene über eine Kapazität verbunden ist. Hierdurch kann eine Stromrichtereinheit in einer gängigen Ausbildung mit zumindest zwei Anschlüssen auf der Gleichspannungsseite eingesetzt werden. Außerdem kann die Spannung jeder einzelnen Kapazität vorteilhaft gestellt werden. In addition, it is proposed that the converter units each have a second terminal on the DC side thereof, wherein the second terminal of the first converter unit is connected to the positive rail via a capacitor and the second terminal of the second converter unit is connected to the negative rail via a capacitor. In this way, a power converter unit can be used in a common training with at least two terminals on the DC side. In addition, the voltage of each individual capacity can be made advantageous.

In einer einfachen, gängigen Schaltungstopologie sind die Stromrichtereinheiten jeweils von einem Satz von Stromrichterventilen gebildet, die in der Form einer Brückenschaltung mit Stromrichterzweigen geschaltet sind. Eine weitere vorteilhafte Wirkung der erfindungsgemäßen elektrischen Schaltung besteht darin, dass Spitzenströme durch eine geringe Stromwelligkeit in den Stromrichterzweigen verringert werden können. In a simple, common circuit topology, the power converter units are each formed by a set of power converter valves which are connected in the form of a bridge circuit with power converter branches. A further advantageous effect of the electrical circuit according to the invention is that peak currents can be reduced by a small current ripple in the power converter branches.

Gemäß einer konstruktiv einfachen Weiterbildung der Erfindung weist die elektrische Schaltung zumindest eine galvanische Trennung auf, wobei die Induktivitätseinheit zumindest eine Wicklungseinheit aufweist, die zumindest von einem Teil einer Wicklung der galvanischen Trennung, insbesondere vollständig von dieser Wicklung gebildet ist. According to a structurally simple development of the invention, the electrical circuit has at least one galvanic isolation, wherein the inductance unit has at least one winding unit which is formed at least by a part of a winding of the galvanic isolation, in particular completely of this winding.

In diesem Zusammenhang wird vorgeschlagen, dass die galvanische Trennung von einem Spannungstransformator gebildet ist, wobei die Wicklungseinheit zumindest von einem Teil einer Transformatorwicklung, insbesondere vollständig von dieser Transformatorwicklung gebildet ist. Der Betrieb einer Leistungsversorgungseinheit basiert in zahlreichen Anwendungsfällen auf dem Einsatz einer transformatorischen Verbindung, die typischerweise an eine Energieeinspeisestelle des Gleichspannungszwischenkreises angeschlossen ist, sodass die Bildung der Induktivitätseinheit in diesen Fällen mit einem besonders geringen Aufwand erfolgen kann. In this context, it is proposed that the galvanic isolation is formed by a voltage transformer, wherein the winding unit is formed at least from a part of a transformer winding, in particular completely from this transformer winding. The operation of a power supply unit is based in many applications on the use of a transformer connection, which is typically connected to a power supply point of the DC intermediate circuit, so that the formation of the inductance unit can be done in these cases with a very low cost.

Dabei kann eine vorteilhafte Dimensionierung der Induktivitätseinheit einfach erreicht werden, wenn der Spannungstransformator zumindest zwei sekundäre Transformatorwicklungen umfasst und die Induktivitätseinheit zumindest zwei Wicklungseinheiten aufweist, die jeweils zumindest von einem Teil einer unterschiedlichen sekundären Transformatorwicklung, insbesondere vollständig von dieser Transformatorwicklung gebildet sind. Eine weitere vorteilhafte Wirkung der erfindungsgemäßen elektrischen Schaltung besteht darin, dass im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen geringere Oberschwingungen in den sekundäre Transformatorwicklungen erreicht werden können. Ist die Primärseite des Spannungstransformators an eine Netzversorgung angeschlossen, können außerdem verbesserte Netzrückwirkungen bei Toleranzen in den sekundären Transformatorwicklungen erreicht werden. In this case, an advantageous dimensioning of the inductance unit can be easily achieved if the voltage transformer comprises at least two secondary transformer windings and the inductance unit has at least two winding units, which are each formed at least by a part of a different secondary transformer winding, in particular completely of this transformer winding. A further advantageous effect of the electrical circuit according to the invention is that compared to conventional solutions lower harmonics in the secondary transformer windings can be achieved. In addition, if the primary side of the voltage transformer is connected to a mains supply, improved system perturbations with tolerances in the secondary transformer windings can be achieved.

Außerdem wird vorgeschlagen, dass die Induktivitätseinheit zumindest zwei Wicklungseinheiten aufweist, die relativ zueinander entgegengesetzt gewickelt sind. Hierdurch kann eine vorteilhafte Dimensionierung der Induktivitätseinheit erreicht werden, wobei die Bildung eines unerwünschten statischen Felds möglichst vermieden werden kann. In addition, it is proposed that the inductance unit has at least two winding units, which are wound in opposite directions relative to one another. As a result, an advantageous dimensioning of the inductance unit can be achieved, wherein the formation of an undesired static field can be avoided as far as possible.

In zahlreichen Anwendungsfällen ist ein Eingang des Gleichspannungszwischenkreises von zumindest einem Gleichrichter gebildet. Es können demnach mit einem geringen Aufwand gängige Schaltungstopologien zur Bildung der Einheit zur Herstellung des Gleichstroms angepasst werden, indem die Stromrichtereinheiten als Gleichrichtereinheiten ausgebildet sind. Beispielsweise können die Stromrichtereinheiten jeweils als Vierquadrantensteller betrieben werden. In numerous applications, an input of the DC voltage intermediate circuit is formed by at least one rectifier. It can therefore be adapted with little effort common circuit topologies to form the unit for the production of direct current by the converter units are designed as rectifier units. For example, the converter units can each be operated as a four-quadrant controller.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die elektrische Schaltung zumindest eine elektrische Maschine aufweist, welche im Betrieb mittels der Leistungsversorgungseinheit versorgbar ist, wobei die Induktivitätseinheit zumindest eine Induktivität aufweist, die Bestandteil der elektrischen Maschine ist. Hierdurch kann eine konstruktiv einfache, auf dem Einsatz zumindest einer bestehenden Induktivität basierte Ausführung der Erfindung erreicht werden. In dieser Ausführung sind die Stromrichtereinheiten zweckmäßigerweise als Wechselrichtereinheiten ausgebildet. According to an advantageous embodiment of the invention it is proposed that the electrical Circuit has at least one electric machine, which is supplied by the power supply unit in operation, wherein the inductance unit has at least one inductance which is part of the electrical machine. This allows a structurally simple, based on the use of at least one existing inductance embodiment of the invention can be achieved. In this embodiment, the converter units are expediently designed as inverter units.

Weist die elektrische Maschine zumindest eine Wicklung auf, ist die Induktivität von zumindest einem Teil der Wicklung, insbesondere vollständig von dieser Wicklung gebildet. Weist die elektrische Maschine zumindest einen elektrischen Motor auf, entspricht die Wicklung vorteilhafterweise einer Motorwicklung. In einer vorteilhaften Ausführung werden sämtliche Motorwicklungen als Bestandteil der Induktivitätseinheit benutzt. If the electric machine has at least one winding, the inductance of at least part of the winding, in particular, is completely formed by this winding. If the electric machine has at least one electric motor, the winding advantageously corresponds to a motor winding. In an advantageous embodiment, all motor windings are used as part of the inductance unit.

Ferner wird ein Schienenfahrzeug vorgeschlagen, welches eine erfindungsgemäße elektrische Schaltung aufweist. Im Bereich der Konstruktion von Schienenfahrzeugen spielen Kosten-, Bauraum- und Gewichtseinsparungen eine besondere Rolle, sodass der Einsatz der vorgeschlagenen elektrischen Schaltung in diesem Bereich von besonderem Vorteil ist. Furthermore, a rail vehicle is proposed which has an electrical circuit according to the invention. In the area of rail vehicle design, cost, space and weight savings play a special role, so that the use of the proposed electrical circuit in this area is of particular advantage.

Das Schienenfahrzeug kann als Lokomotive oder als ein für den Transport von Passagieren vorgesehener Wagen ausgebildet sein, welcher insbesondere mit zumindest einer Antriebseinheit ausgestattet ist. The rail vehicle can be designed as a locomotive or as a vehicle intended for the transport of passengers, which is equipped in particular with at least one drive unit.

In einer besonders vorteilhaften Ausführung wird vorgeschlagen, dass das Schienenfahrzeug als Wagenverband ausgebildet ist und eine Zugsammelschiene aufweist, welche die Potentiale der Schienen des Gleichspannungszwischenkreises führt und sich entlang des Wagenverbands über eine Länge erstreckt, welche zumindest 70% der Länge des Wagenverbands entspricht. Es kann aus Gründen der Redundanz zumindest eine Trenneinheit in der Zugsammelschiene vorgesehen sein. Besonders vorteilhaft ist, wenn sich die Zugsammelschiene entlang des gesamten Wagenverbands erstreckt. In a particularly advantageous embodiment, it is proposed that the rail vehicle is designed as a wagon unit and has a train busbar which carries the potentials of the rails of the DC intermediate circuit and extends along the carriage assembly over a length which corresponds to at least 70% of the length of the wagon association. For reasons of redundancy, at least one separation unit may be provided in the train busbar. It is particularly advantageous if the train busbar extends along the entire wagon body.

Das Schienenfahrzeug kann insbesondere als Triebzug ausgebildet sein, bei welchem Antriebskomponenten in und/oder an zumindest einem für den Transport von Passagieren vorgesehenen Wagen des Verbands, vorzugsweise mehreren für den Transport von Passagieren vorgesehenen Wagen des Verbands angeordnet sind. The rail vehicle can be designed in particular as a train train, in which drive components are arranged in and / or on at least one provided for the transport of passengers cars of the association, preferably a plurality of provided for the transport of passengers cars of the association.

Es kann abhängig von der Anzahl von Wagen im Verband eine Länge für die sich entlang des Verbands von Wagen erstreckende Zugsammelschiene in einer Spanne von 20m bis 500m bestehen. Durch die vorgeschlagene Ausführung der elektrischen Schaltung kann in diesem Fall ein vorteilhaftes induktives Verhalten der Zugsammelschiene erreicht werden, welches ein durch die große Länge bedingtes kapazitives Verhalten zumindest im Wesentlichen kompensiert werden kann. Depending on the number of carriages in the dressing, there may be a length for the train bus bar extending along the association of carriages in a range of 20m to 500m. Due to the proposed design of the electrical circuit, a favorable inductive behavior of the train busbar can be achieved in this case, which can be at least substantially compensated for a conditional by the large length capacitive behavior.

Des Weiteren wird ein Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Maschine vorgeschlagen, bei welchem auf der Grundlage einer in einem Gleichspannungszwischenkreis vorhandenen elektrischen Energie die elektrische Maschine mit elektrischer Leistung versorgt wird, an den Gleichspannungszwischenkreis angeschlossene Stromrichtereinheiten betrieben werden, die jeweils eine dem Gleichspannungszwischenkreis zugewandte Gleichspannungsseite und eine Wechselspannungsseite aufweisen, und ein Gleichstrom erzeugt wird, welcher ausgehend vom Gleichspannungszwischenkreis über eine der Stromrichtereinheiten, eine Induktivitätseinheit und eine andere der Stromrichtereinheiten zurück in den Gleichspannungszwischenkreis fließt, wobei die Induktivitätseinheit auf der Wechselspannungsseite der Stromrichtereinheiten angeordnet ist. Bezüglich der vorteilhaften Wirkungen des vorgeschlagenen Verfahrens wird auf die obigen Ausführungen zur erfindungsgemäßen elektrischen Schaltung verwiesen. Furthermore, a method for operating an electrical machine is proposed, in which on the basis of existing in a DC intermediate circuit electrical power, the electric machine is supplied with electric power to the DC link connected power converter units are operated, each having a DC voltage DC-DC side facing and a AC side, and a direct current is generated, which flows from the DC link via one of the converter units, an inductance unit and another of the converter units back into the DC link, wherein the inductance unit is arranged on the AC side of the converter units. With regard to the advantageous effects of the proposed method, reference is made to the above explanations of the electrical circuit according to the invention.

Es werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen: Embodiments of the invention will be explained with reference to the drawings. Show it:

1: ein Schienenfahrzeug mit einer Leistungsversorgungseinheit in einer schematischen Seitenansicht, 1 : a rail vehicle with a power supply unit in a schematic side view,

2: die Leistungsversorgungseinheit, einen Spannungstransformator und einen elektrischen Antriebsmotor, 2 the power supply unit, a voltage transformer and an electric drive motor,

3: in die sekundären Wicklungen des Spannungstransformators fließende elektrische Ströme, 3 electrical currents flowing in the secondary windings of the voltage transformer,

4: in die Motorwicklungen des Antriebsmotors fließende elektrische Ströme, 4 electrical currents flowing in the motor windings of the drive motor,

5: Ausführungsvarianten zur Anordnung aus 2 und 5 : Variants for the arrangement of 2 and

6: eine industrielle Anwendung der Leistungsversorgungseinheit. 6 : an industrial application of the power supply unit.

1 zeigt ein Schienenfahrzeug 10 in einer stark schematisierten Seitenansicht. Es ist als Verband von Wagen 12.1 bis 12.5 ausgebildet, welcher in der betrachteten Ausführung einen sogenannten Triebzug bildet. Hierzu ist der Verband mit einem Satz von Antriebsmotoren (nicht gezeigt) ausgestattet, die im Betrieb sogenannten Triebachsen 14 des Schienenfahrzeugs 10 antreiben. Die gezeigte Achsenverteilung bzw. die Reihenfolge von Triebachsen 14 und nicht angetriebenen Achsen – auch Laufachsen 16 genannt, ist beispielhaft, wobei weitere Achsenverteilungen denkbar sind. Die Anzahl von Wagen 12 ist ebenfalls beispielhaft. Die Wagen 12 können einstöckig oder doppelstöckig ausgebildet sein, wobei ein gemischter Verband mit zumindest einem einstöckigen Wagen und zumindest einem doppelstöckigen Wagen möglich ist. 1 shows a rail vehicle 10 in a highly schematic side view. It is as an association of carriages 12.1 to 12.5 formed, which forms a so-called multiple unit train in the considered embodiment. For this, the dressing is with a set of drive motors (not shown) equipped, which in operation so-called driving axles 14 of the rail vehicle 10 drive. The axis distribution shown or the order of drive axes 14 and non-driven axles - also running axles 16 called, is exemplary, with more axis distributions are conceivable. The number of cars 12 is also exemplary. The cars 12 may be single-storey or double-storey, whereby a mixed dressing is possible with at least one single-deck carriage and at least one double-decker carriage.

Die Antriebsmotoren, die jeweils zumindest einer Triebachse 14 des Schienenfahrzeugs 10 zugeordnet sind, werden im folgenden Text auch elektrische Maschinen 18 genannt (siehe 2). Sie sind jeweils in einem Fahrwerk, insbesondere einem Drehgestell angeordnet und mit zumindest einer zugeordneten Triebachse 14 mittels einer nicht näher dargestellten Kupplung antriebstechnisch gekoppelt. The drive motors, each at least one drive axle 14 of the rail vehicle 10 are assigned in the following text also electrical machines 18 called (see 2 ). They are each arranged in a chassis, in particular a bogie and with at least one associated drive axle 14 Drivably coupled by means of a coupling, not shown.

Das Schienenfahrzeug 10 verfügt außerdem über weitere, nicht gezeigte Einrichtungen, insbesondere eine Bremseinrichtung, eine Leittechnik, ein Bordnetz usw., die einen autarken Betrieb des Schienenfahrzeugs 10 ermöglichen. Vorzugsweise entspricht das Schienenfahrzeug 10 einer betrieblich untrennbaren Zugeinheit. Ein Wagentrennungsvorgang innerhalb des Schienenfahrzeugs 10 ist dabei – außer für Wartungs- und/oder Instandsetzungszwecken – nicht vorgesehen. Außerdem ist das Schienenfahrzeug 10 für einen gekoppelten Betrieb mit zumindest einem weiteren gattungsgemäßen Schienenfahrzeug 10 geeignet. The rail vehicle 10 also has other facilities, not shown, in particular a braking device, a control system, an electrical system, etc., the autonomous operation of the rail vehicle 10 enable. Preferably, the rail vehicle corresponds 10 an operationally inseparable train unit. A car separation process within the rail vehicle 10 is not provided - except for maintenance and / or repair purposes. In addition, the rail vehicle 10 for a coupled operation with at least one further generic rail vehicle 10 suitable.

Die über den Wagenverband verteilten elektrischen Maschinen 18 werden im Betrieb durch eine Leistungsversorgungseinheit 20 mit elektrischer Leistung versorgt. Diese weist einen Gleichspannungszwischenkreis 22 auf (siehe 2). Dieser umfasst eine positive Schiene 24.1 und eine negative Schiene 24.2, wobei die Schienen 24.1, 24.2 jeweils ein unterschiedliches Potential bzw. eine Gleichspannung unterschiedlichen Werts führen, sodass zwischen den Schienen 24.1 und 24.2 ein Spannungsunterschied hergestellt ist. Die Leistungsversorgungseinheit 20 weist außerdem einen Satz von Stromrichtereinrichtungen 26 auf, die jeweils zumindest einer elektrischen Maschine 18 zugeordnet sind. Typischerweise ist eine Stromrichtereinrichtung 26 jeweils einem Fahrwerk zugeordnet, in welchem eine oder mehrere elektrische Maschinen 18 angeordnet sind. The electrical machines distributed over the wagon unit 18 be in operation by a power supply unit 20 supplied with electrical power. This has a DC voltage intermediate circuit 22 on (see 2 ). This includes a positive track 24.1 and a negative track 24.2 , where the rails 24.1 . 24.2 each lead a different potential or a DC voltage of different value, so that between the rails 24.1 and 24.2 a voltage difference is made. The power supply unit 20 also has a set of power conversion devices 26 on, in each case at least one electric machine 18 assigned. Typically, a power conversion device 26 each associated with a chassis in which one or more electrical machines 18 are arranged.

Die Stromrichtereinrichtungen 26 umfassen jeweils zumindest eine Stromrichtereinheit 28 (siehe 2), die als Wechselrichter ausgebildet ist, und haben die Funktion, ausgehend von einem Gleichspannungssignal des Gleichspannungszwischenkreises 22 einen Wechselstrom, insbesondere in der Form eines Drehstroms, zu erzeugen, dessen Eigenschaften an eine zu erbringende Leistung der elektrischen Maschine 18 angepasst sind. Hierzu weisen die Stromrichtereinheiten 28 bekannterweise Schaltbauteile einer Leistungselektronik auf, die in der fachmännischen Sprache als Stromrichterventile genannt sind. Insbesondere können diese Schaltbauteile als Halbleiterschalter, beispielsweise IGBTs, ausgebildet sein. The converter devices 26 each comprise at least one power converter unit 28 (please refer 2 ), which is designed as an inverter, and have the function, starting from a DC voltage signal of the DC intermediate circuit 22 to generate an alternating current, in particular in the form of a three-phase current, whose properties correspond to a power of the electric machine to be provided 18 are adjusted. For this purpose, have the converter units 28 Known switching components of power electronics, which are called in the expert language as power converter valves. In particular, these switching components can be designed as semiconductor switches, for example IGBTs.

Die Gleichspannungspotentiale der positiven und der negativen Schienen 24.1, 24.2 des Gleichspannungszwischenkreises 22 können von den über das Schienenfahrzeug 10 verteilten Stromrichtereinrichtungen 26 abgegriffen werden. Hierzu ist eine Leitungseinheit 30 vorgesehen, welche diese Potentiale führt. Die Leitungseinheit 30 bildet eine sogenannte Zugsammelschiene 32, welche sich in der betrachteten Ausführung über den gesamten Wagenverband erstreckt. The DC potentials of the positive and negative rails 24.1 . 24.2 of the DC intermediate circuit 22 can from the over the rail vehicle 10 distributed power converter devices 26 be tapped. For this purpose is a line unit 30 provided, which leads these potentials. The line unit 30 forms a so-called train busbar 32 , which extends in the considered embodiment over the entire carriage association.

Der Gleichspannungszwischenkreis 22 wird im Betrieb mit einer elektrischen Energie gespeist, welche von einer Netzversorgung 34 über einen Stromabnehmer 35 bezogen wird. In der betrachteten Ausführung führt die Netzversorgung 34 eine Wechselspannung. Für den Bahnbetrieb typische Werte sind hierbei 15 kV (16 Hz 2/3) und 25 kV (50 Hz). Der Gleichspannungszwischenkreis 22 ist von der Netzversorgung 34 mittels einer galvanischen Trennung 36 getrennt, die von einem Spannungstransformator 38 gebildet ist. Die Funktion des Spannungstransformators 38 ist bekannterweise ein Heruntertransformieren der von der Netzversorgung 34 abgegriffenen Hochspannung in eine niedrigere Spannung. The DC voltage intermediate circuit 22 is powered during operation with an electrical energy, which from a mains supply 34 via a pantograph 35 is related. In the considered embodiment, the power supply leads 34 an alternating voltage. Typical values for railway operations are 15 kV (16 Hz 2/3) and 25 kV (50 Hz). The DC voltage intermediate circuit 22 is from the mains supply 34 by means of a galvanic isolation 36 disconnected by a voltage transformer 38 is formed. The function of the voltage transformer 38 is known to be a step down from the mains supply 34 tapped high voltage in a lower voltage.

Der Spannungstransformator 38 weist eine mit dem Stromabnehmer 35 verbindbare primäre Transformatorwicklung 40 und zwei sekundäre Transformatorwicklungen 42.1 und 42.2 auf. Vom Spannungstransformator 38 heruntertransformierte Wechselspannungssignale werden auf eine Stromrichtereinrichtung 44 gegeben, welche an den Gleichspannungszwischenkreis 22 angeschlossen ist. Die Funktion der Stromrichtereinrichtung 44 ist das Gleichrichten dieser Ausgangssignale des Spannungstransformators 38, durch welches die vom Gleichspannungszwischenkreis 22 geführten Gleichspannungen bereitgestellt werden. Wie in 2 zu sehen weist die Stromrichtereinrichtung 44 zwei Stromrichtereinheiten 46.1 und 46.2 auf, die jeweils die Funktion einer Gleichrichtereinheit haben. Insbesondere sind diese jeweils als Vierquadrantensteller ausgebildet. The voltage transformer 38 has one with the pantograph 35 connectable primary transformer winding 40 and two secondary transformer windings 42.1 and 42.2 on. From the voltage transformer 38 down-converted AC signals are applied to a power conversion device 44 given, which to the DC voltage intermediate circuit 22 connected. The function of the power converter device 44 is the rectification of these output signals of the voltage transformer 38 through which the DC link 22 guided DC voltages are provided. As in 2 to see the power converter device 44 two converter units 46.1 and 46.2 on, each having the function of a rectifier unit. In particular, these are each designed as a four-quadrant.

Die Stromrichtereinheiten 46.1 und 46.2 weisen jeweils eine der galvanischen Trennung 36 bzw. dem Spannungstransformator 38 zugewandte Wechselspannungsseite 48 und eine dem Gleichspannungszwischenkreis 22 zugewandte Gleichspannungsseite 50 auf. The converter units 46.1 and 46.2 each have one of the galvanic isolation 36 or the voltage transformer 38 facing AC voltage side 48 and a the DC voltage intermediate circuit 22 facing DC side 50 on.

Der interne Ausbau der Stromrichtereinrichtungen 26 und 44 sowie der Betrieb der Leistungsversorgungseinheit 20 werden nun anhand der 2 näher erläutert. The internal expansion of the converter devices 26 and 44 as well as the operation of the power supply unit 20 will now be based on the 2 explained in more detail.

Bezüglich der Stromrichtereinrichtung 44, welche den netzseitigen Eingang des Gleichspannungszwischenkreis 22 bildet, weist diese die Stromrichtereinheiten 46.1, 46.2 auf, die jeweils als Vierpol ausgebildet sind. Sie weisen hierbei jeweils auf der Wechselspannungsseite 48 zwei Anschlüsse 52, 54 auf, über welche vom Spannungstransformator 38 erzeugte Wechselspannungssignale geführt werden. Auf der Gleichspannungsseite 50 weisen die Stromrichtereinheiten 46 jeweils zwei Anschlüsse 56, 58 auf, an welchen jeweils eine Gleichspannung anliegt. Der Vierpol der Stromrichtereinheiten 46 ist jeweils von einem Satz von Stromrichterventilen 60 gebildet, die in der Form einer Brückenschaltung geschaltet sind. Die Brückenschaltungen weisen jeweils zwei Zweige jeweils mit einem Paar von in Reihe geschalteten Stromrichterventilen 60 auf, wobei die Anschlüsse 52, 54 jeweils von einem Zweigmittelpunkt gebildet sind, welcher zwischen den Stromrichterventilen 60 des Paares des entsprechenden Zweigs angeordnet ist. Regarding the converter device 44 , which the network-side input of the DC voltage intermediate circuit 22 forms, this has the converter units 46.1 . 46.2 on, which are each designed as a quadrupole. They point in each case on the AC voltage side 48 two connections 52 . 54 on, about which of the voltage transformer 38 generated AC signals are performed. On the DC side 50 have the converter units 46 two connections each 56 . 58 on, on each of which a DC voltage is applied. The quadrupole of the converter units 46 is each of a set of power converter valves 60 formed, which are connected in the form of a bridge circuit. The bridge circuits each have two branches, each with a pair of series connected converter valves 60 on, with the connections 52 . 54 are each formed by a branch center, which between the converter valves 60 of the pair of the corresponding branch is arranged.

Die sekundären Transformatorwicklungen 42.1, 42.2 sind mit den Stromrichtereinheiten 46 derart verschaltet, dass eine Transformatorwicklung, z.B. die Transformatorwicklung 42.1, den Anschluss 52 der Stromrichtereinheit 46.1 mit dem Anschluss 54 der Stromrichtereinheit 46.2 verbindet, während die andere Transformatorwicklung, d.h. im betrachteten Fall die Transformatorwicklung 42.2 den Anschluss 54 der Stromrichtereinheit 46.1 mit dem Anschluss 52 der Stromrichtereinheit 46.2 verbindet. Die Transformatorwicklungen 42.1, 42.2 verbinden demnach jeweils einen Zweig der einen Stromrichtereinheit 46.1 mit dem anderen Zweig der anderen Stromrichtereinheit 46.2. The secondary transformer windings 42.1 . 42.2 are with the converter units 46 connected such that a transformer winding, eg the transformer winding 42.1 , the connection 52 the power converter unit 46.1 with the connection 54 the power converter unit 46.2 connects, while the other transformer winding, ie in the considered case, the transformer winding 42.2 the connection 54 the power converter unit 46.1 with the connection 52 the power converter unit 46.2 combines. The transformer windings 42.1 . 42.2 Accordingly, each connect a branch of a power converter unit 46.1 with the other branch of the other power converter unit 46.2 ,

Die sekundären Transformatorwicklungen 42.1, 42.2 bilden jeweils eine Wicklungseinheit 62.1, 62.2, die Bestandteile einer Induktivitätseinheit 64 sind. Diese verbindet die Stromrichtereinheiten 46.1 und 46.2 auf deren Wechselspannungsseite 48. Die Induktivitätseinheit 64 weist demnach zwei Wicklungseinheiten 62.1, 62.2 auf, die jeweils von einer unterschiedlichen sekundären Transformatorwicklung 42.1, 42.2 gebildet sind. The secondary transformer windings 42.1 . 42.2 each form a winding unit 62.1 . 62.2 , the components of an inductance unit 64 are. This connects the converter units 46.1 and 46.2 on the AC side 48 , The inductance unit 64 thus has two winding units 62.1 . 62.2 on, each from a different secondary transformer winding 42.1 . 42.2 are formed.

Die Stromrichtereinheiten 46.1, 46.2 weisen auf deren Gleichspannungsseite 50 jeweils ihren ersten Anschluss 56 auf, welcher an eine der Schienen 24.1, 24.2 des Gleichspannungszwischenkreises 22 angeschlossen ist, sodass an diesem ersten Anschluss 56 die jeweilige Spannung der entsprechenden Schiene 24.1 bzw. 24.2 anliegt. Der erste Anschluss 56 der Stromrichtereinheit 46.1 und der erste Anschluss 56 der Stromrichtereinheit 46.2 sind jeweils an eine unterschiedliche Schiene 24.1 bzw. 24.2 angeschlossen. Auf eine direkte Verbindung des zweiten Anschlusses 58 der Stromrichtereinheiten 46.1, 46.2 mit den Schienen 24.1, 24.2 wird verzichtet. Die Verbindung des zweiten Anschlusses 58 der Stromrichtereinheit 46.1 mit der zugeordneten Schiene 24.1 ist kurzschlussfrei und erfolgt über eine Kapazität 66. Die Verbindung des zweiten Anschlusses 58 der Stromrichtereinheit 46.2 mit der zugeordneten Schiene 24.2 ist kurzschlussfrei und erfolgt ebenfalls über eine Kapazität 66. Die Anschlüsse 58 der Stromrichtereinheiten 46.1, 46.2 weisen demnach elektrische Potentiale auf, die sich von den Potentialen der Schienen 24.1, 24.2 des Gleichspannungszwischenkreises 22 unterscheiden. The converter units 46.1 . 46.2 point to the DC side 50 each their first connection 56 on which one of the rails 24.1 . 24.2 of the DC intermediate circuit 22 is connected, so at this first port 56 the respective voltage of the corresponding rail 24.1 respectively. 24.2 is applied. The first connection 56 the power converter unit 46.1 and the first connection 56 the power converter unit 46.2 are each at a different rail 24.1 respectively. 24.2 connected. On a direct connection of the second port 58 the converter units 46.1 . 46.2 with the rails 24.1 . 24.2 is waived. The connection of the second connection 58 the power converter unit 46.1 with the associated rail 24.1 is short-circuit-free and takes over a capacity 66 , The connection of the second connection 58 the power converter unit 46.2 with the associated rail 24.2 is short-circuit-proof and also has a capacity 66 , The connections 58 the converter units 46.1 . 46.2 Accordingly, have electrical potentials that differ from the potentials of the rails 24.1 . 24.2 of the DC intermediate circuit 22 differ.

Durch diese Konfiguration kann ein Spannungsunterschied zwischen den Anschlüssen der unterschiedlichen Stromrichtereinheiten 46.1, 46.2 auf deren Wechselspannungsseite 48 hergestellt werden, sodass ein Gleichstrom durch die Induktivitätseinheit 64, welche wie oben beschrieben die Stromrichtereinheiten 46.1, 46.2 verbindet, fließen kann. Die Schienen 24.1, 24.2 und die Stromrichtereinheiten 46.1, 46.2 bilden im Zusammenwirken eine Einheit 68, welche dazu dient, einen durch die Induktivitätseinheit 64 fließenden Gleichstrom herzustellen. This configuration allows a voltage difference between the terminals of the different converter units 46.1 . 46.2 on the AC side 48 be made, so that a direct current through the inductance unit 64 which, as described above, the converter units 46.1 . 46.2 connects, can flow. The rails 24.1 . 24.2 and the converter units 46.1 . 46.2 together form a unity 68 which serves to pass through the inductance unit 64 to produce flowing direct current.

Dieser Gleichstrom fließt in beide Wicklungseinheiten 62.1, 62.2 der Induktivitätseinheit 64. Diese sind relativ zueinander entgegengesetzt gewickelt, sodass der Gleichstrom in den beiden Wicklungseinheiten 62 ein kleinmöglichstes Feld induziert. This DC current flows in both winding units 62.1 . 62.2 the inductance unit 64 , These are wound in opposite directions relative to each other, so that the direct current in the two winding units 62 induced a smallest possible field.

Bezüglich der Stromrichtereinrichtungen 26, von welchen in 2 lediglich eine Stromrichtereinrichtung 26 dargestellt ist und die jeweils einen maschinenseitigen Ausgang des Gleichspannungszwischenkreis 22 bilden, weisen diese jeweils zwei Stromrichtereinheiten 28.1, 28.2 auf, die jeweils als Mehrpol ausgebildet sind. Die Stromrichtereinheiten 28.1 und 28.2 weisen jeweils eine der zugeordneten elektrischen Maschine 18 zugewandte Wechselspannungsseite 70 und eine dem Gleichspannungszwischenkreis 22 zugewandte Gleichspannungsseite 72 auf. Regarding the converter devices 26 of which in 2 only a power converter device 26 is shown and the respective one machine-side output of the DC voltage intermediate circuit 22 form, they each have two converter units 28.1 . 28.2 on, which are each designed as a multipole. The converter units 28.1 and 28.2 each have one of the associated electrical machine 18 facing AC voltage side 70 and a the DC voltage intermediate circuit 22 facing DC side 72 on.

Sie weisen hierbei jeweils auf deren Wechselspannungsseite 70 drei Anschlüsse 74, 76, 78 auf, über welche erzeugte Wechselstromsignale eines Drehstroms geführt werden. Auf der Gleichspannungsseite 72 weisen die Stromrichtereinheiten 28 jeweils zwei Anschlüsse 80, 82 auf, an welchen jeweils eine Gleichspannung anliegt. Der Mehrpol der Stromrichtereinheiten 28 ist jeweils von einem Satz von Stromrichterventilen 60 gebildet, die in der Form einer Brückenschaltung geschaltet sind. Die Brückenschaltungen weisen jeweils drei Zweige jeweils mit einem Paar von in Reihe geschalteten Stromrichterventilen 60 auf, wobei die Anschlüsse 74, 76, 78 jeweils von einem Zweigmittelpunkt gebildet sind, welcher zwischen den Stromrichterventilen 60 des Paares des entsprechenden Zweigs angeordnet ist. They point in each case to the AC voltage side 70 three connections 74 . 76 . 78 on which generated AC signals of a three-phase current are passed. On the DC side 72 have the converter units 28 two connections each 80 . 82 on, on each of which a DC voltage is applied. The multipole of the converter units 28 is each of a set of power converter valves 60 formed, which are connected in the form of a bridge circuit. The bridge circuits each have three branches, each with a pair of series connected Converter valves 60 on, with the connections 74 . 76 . 78 are each formed by a branch center, which between the converter valves 60 of the pair of the corresponding branch is arranged.

Die Wicklungen 84.1, 84.2, 84.3 der elektrischen Maschine 18 sind mit den Stromrichtereinheiten 28 derart verschaltet, dass eine Wicklung, z.B. die Wicklung 84.1, den Anschluss 74 der Stromrichtereinheit 28.1 mit dem Anschluss 74 der Stromrichtereinheit 28.2 verbindet, während die anderen Wicklungen, d.h. im betrachteten Fall die Wicklungen 84.2, 84.3 die Anschlüsse 76 bzw. 78 der Stromrichtereinheiten 28 miteinander verbinden. Die elektrische Maschine 18 wird demnach in sogenannter „offener Schaltung“ zwischen den beiden Stromrichtereinheiten 28.1, 28.2 betrieben. The windings 84.1 . 84.2 . 84.3 the electric machine 18 are with the converter units 28 connected such that a winding, eg the winding 84.1 , the connection 74 the power converter unit 28.1 with the connection 74 the power converter unit 28.2 connects, while the other windings, ie in the considered case, the windings 84.2 . 84.3 the connections 76 respectively. 78 the converter units 28 connect with each other. The electric machine 18 is therefore in so-called "open circuit" between the two converter units 28.1 . 28.2 operated.

Die Wicklungen 84.1, 84.2, 84.3 der elektrischen Maschine 18 bilden jeweils eine Wicklungseinheit 86.1, 86.2, 86.3, die Bestandteile einer Induktivitätseinheit 88 sind. Diese verbindet die Stromrichtereinheiten 28.1 und 28.2 auf deren Wechselspannungsseite 70. Die Induktivitätseinheit 88 weist demnach drei Wicklungseinheiten 86.1, 86.2, 86.3 auf, die jeweils von einer unterschiedlichen Wicklung 84.1, 84.2, 84.3 der elektrischen Maschine 18 gebildet sind. The windings 84.1 . 84.2 . 84.3 the electric machine 18 each form a winding unit 86.1 . 86.2 . 86.3 , the components of an inductance unit 88 are. This connects the converter units 28.1 and 28.2 on the AC side 70 , The inductance unit 88 therefore has three winding units 86.1 . 86.2 . 86.3 on, each of a different winding 84.1 . 84.2 . 84.3 the electric machine 18 are formed.

Die Stromrichtereinheiten 28.1, 28.2 weisen auf deren Gleichspannungsseite 72 jeweils ihren ersten Anschluss 80 auf, welcher an eine der Schienen 24.1, 24.2 des Gleichspannungszwischenkreises 22 angeschlossen ist, sodass an diesem ersten Anschluss 80 die jeweilige Spannung der entsprechenden Schiene 24.1 bzw. 24.2 anliegt. Der erste Anschluss 80 der Stromrichtereinheit 28.1 und der erste Anschluss 80 der Stromrichtereinheit 28.2 sind jeweils an eine unterschiedliche Schiene 24.1 bzw. 24.2 angeschlossen. Auf eine direkte Verbindung des zweiten Anschlusses 82 der Stromrichtereinheiten 28.1, 28.2 mit den Schienen 24.1, 24.2 wird verzichtet. Die Verbindung des zweiten Anschlusses 82 der Stromrichtereinheit 28.1 mit der zugeordneten Schiene 24.1 ist kurzschlussfrei und erfolgt über eine Kapazität 90. Die Verbindung des zweiten Anschlusses 82 der Stromrichtereinheit 28.2 mit der zugeordneten Schiene 24.2 ist kurzschlussfrei und erfolgt ebenfalls über eine Kapazität 90. Die Anschlüsse 82 der Stromrichtereinheiten 28.1, 28.2 weisen demnach elektrische Potentiale auf, die sich von den Potentialen der Schienen 24.1, 24.2 des Gleichspannungszwischenkreises 22 unterscheiden. The converter units 28.1 . 28.2 point to the DC side 72 each their first connection 80 on which one of the rails 24.1 . 24.2 of the DC intermediate circuit 22 is connected, so at this first port 80 the respective voltage of the corresponding rail 24.1 respectively. 24.2 is applied. The first connection 80 the power converter unit 28.1 and the first connection 80 the power converter unit 28.2 are each at a different rail 24.1 respectively. 24.2 connected. On a direct connection of the second port 82 the converter units 28.1 . 28.2 with the rails 24.1 . 24.2 is waived. The connection of the second connection 82 the power converter unit 28.1 with the associated rail 24.1 is short-circuit-free and takes over a capacity 90 , The connection of the second connection 82 the power converter unit 28.2 with the associated rail 24.2 is short-circuit-proof and also has a capacity 90 , The connections 82 the converter units 28.1 . 28.2 Accordingly, have electrical potentials that differ from the potentials of the rails 24.1 . 24.2 of the DC intermediate circuit 22 differ.

Durch diese Konfiguration kann ein Spannungsunterschied zwischen den Anschlüssen der unterschiedlichen Stromrichtereinheiten 28.1, 28.2 auf deren Wechselspannungsseite 70 hergestellt werden, sodass ein Gleichstrom durch die Induktivitätseinheit 88, welche wie oben beschrieben die Stromrichtereinheiten 28.1, 28.2 verbindet, fließen kann. Die Schienen 24.1, 24.2 und die Stromrichtereinheiten 28.1, 28.2 bilden im Zusammenwirken eine Einheit 92, welche dazu dient, einen durch die Induktivitätseinheit 88 fließenden Gleichstrom herzustellen. This configuration allows a voltage difference between the terminals of the different converter units 28.1 . 28.2 on the AC side 70 be made, so that a direct current through the inductance unit 88 which, as described above, the converter units 28.1 . 28.2 connects, can flow. The rails 24.1 . 24.2 and the converter units 28.1 . 28.2 together form a unity 92 which serves to pass through the inductance unit 88 to produce flowing direct current.

Die Induktivitätseinheiten 64 und 88 dienen vorteilhafterweise zur Einprägung eines induktiven Verhaltens der Zugsammelschiene 32. Dieses kann ein kapazitives Verhalten der Zugsammelschiene 32, welches insbesondere durch deren Länge hervorgerufen wird, vorteilhaft kompensieren. Es wird zu diesem Zweck auf jegliche Induktivität in der Sammelschiene 32 verzichtet, wodurch Bauraum und Gewicht eingespart werden können. The inductance units 64 and 88 advantageously serve to impress an inductive behavior of the train busbar 32 , This can be a capacitive behavior of the train busbar 32 , which is caused in particular by their length, compensate advantageous. It is for this purpose on any inductance in the busbar 32 omitted, which space and weight can be saved.

3 zeigt den Zeitverlauf elektrischer Ströme in der Induktivitätseinheit 64. Die Kurven I1 und I2 entsprechen dem elektrischen Strom, welcher jeweils durch eine der Wicklungseinheiten 62.1, 62.2 fließt. Wie diesen Kurven zu entnehmen, ist der jeweilige Wechselstrom, welcher über die galvanische Trennung 36 induziert wird, von einem Gleichstrom überlagert. Die Gleichstromanteile in den Strömen I1 und I2 haben aufgrund der entgegengesetzten Wicklungsorientierungen der Wicklungseinheiten 62.1, 62.2 entgegengesetzte Zeichen, sodass die Summe IS der Ströme I1 und I2, welche dem Strom in der primären Transformatorwicklung 40 bzw. dem Netzstrom entspricht, keine Gleichstromkomponente aufweist. 3 shows the time course of electrical currents in the inductance unit 64 , The curves I1 and I2 correspond to the electric current, each through one of the winding units 62.1 . 62.2 flows. As can be seen from these curves, the respective alternating current, which is via the galvanic isolation 36 is superimposed by a direct current. The DC components in the currents I1 and I2 have due to the opposite winding orientations of the winding units 62.1 . 62.2 opposite characters, so that the sum IS of the currents I1 and I2, which is the current in the primary transformer winding 40 or the mains current, has no DC component.

4 zeigt den Zeitverlauf elektrischer Ströme in der Induktivitätseinheit 88. Die Kurven I1, I2, I3 entsprechen dem elektrischen Strom, welcher jeweils durch eine der Wicklungseinheiten 86.1, 86.2, 86.3 fließt. Alle diese Ströme I1, I2 und I3 sind von einem Gleichstrom überlagert, wie den Kurven zu entnehmen ist. 4 shows the time course of electrical currents in the inductance unit 88 , The curves I1, I2, I3 correspond to the electrical current, each through one of the winding units 86.1 . 86.2 . 86.3 flows. All these currents I1, I2 and I3 are superimposed by a direct current, as can be seen from the curves.

5 zeigt Ausführungsvarianten der elektrischen Schaltung aus 2 bezüglich der Bildung einer Induktivitätseinheit und/oder deren Verbindungen zu den zugeordneten Stromrichtereinheiten. Neben der bereits beschriebenen Induktivitätseinheit 64, welche sekundäre Transformatorwicklungen aufweist, sind weitere Induktivitätseinheiten 94, 96 und 98 gezeigt, die jeweils Wicklungseinheiten einer elektrischen Maschine 18 aufweisen. 5 shows embodiments of the electrical circuit 2 with regard to the formation of an inductance unit and / or their connections to the associated converter units. In addition to the inductance unit already described 64 which has secondary transformer windings are further inductance units 94 . 96 and 98 shown, each winding units of an electrical machine 18 exhibit.

Die Induktivitätseinheit 94 ist konstruktiv zur Induktivitätseinheit 88 identisch, wobei der Unterschied zur Ausführung der 2 die Verbindungen der Stromrichterzweige miteinander betrifft. Während die Wicklungseinheiten 86.1, 86.2, 86.3 in 2 Stromrichterzweige miteinander verbinden, die eine gleichartige Position relativ zu den Anschlüssen 80, 82 The inductance unit 94 is constructive to the inductance unit 88 identical, the difference to the execution of the 2 relates to the connections of the power converter branches with each other. While the winding units 86.1 . 86.2 . 86.3 in 2 Connect power converter branches with each other, which has a similar position relative to the terminals 80 . 82

auf der Gleichspannungsseite 72 der Stromrichtereinheiten 28.1, 28.2 haben, sind die Wicklungseinheiten in der Ausführungsvariante der Induktivitätseinheit 94 mit den zugeordneten Stromrichtereinheiten derart geschaltet, dass sie jeweils Stromrichterzweige miteinander verbinden, die eine unterschiedliche Position relativ zu den Anschlüssen auf der Gleichspannungsseite 72 haben. on the DC side 72 the converter units 28.1 . 28.2 have the winding units in the embodiment of the inductance unit 94 connected to the associated power converter units such that they each connect power converter branches with each other, the a different position relative to the terminals on the DC side 72 to have.

In der Ausführungsvariante mit der Induktivitätseinheit 96 weist diese zwei Wicklungssätze 96.1, 96.2 mit jeweils drei Wicklungseinheiten, wobei die Wicklungseinheiten unterschiedlicher Sätze jeweils in Reihe zueinander geschaltet sind. In the embodiment with the inductance unit 96 has these two sets of turns 96.1 . 96.2 each with three winding units, wherein the winding units of different sets are each connected in series with each other.

Bezüglich der Ausführungsvariante mit der Induktivitätseinheit 98 weist diese zwei Wicklungssätze 98.1 und 98.2 auf, die über einen gemeinsamen Sternpunkt miteinander verbunden sind. With respect to the embodiment with the inductance unit 98 has these two sets of turns 98.1 and 98.2 on, which are connected by a common star point.

In der in 5 gezeigten Konfiguration ist die Leistungsversorgungseinheit 20 Bestandteil eines Mehrsystemfahrzeugs, welches sowohl für einen Betrieb unter einer Wechselspannung als auch unter einer Gleichspannung geeignet ist. Hierzu weist das Schienenfahrzeug 10 neben dem Stromabnehmer 35 einen weiteren Stromabnehmer 100, durch welchen eine netzseitige Gleichspannung abgegriffen werden kann. Im Gleichspannungsbetrieb kann der Gleichspannungszwischenkreis 22 mit der Netzspannung gespeist werden. In the in 5 The configuration shown is the power supply unit 20 Component of a multi-system vehicle which is suitable both for operation under an AC voltage and under a DC voltage. For this purpose, the rail vehicle 10 next to the pantograph 35 another pantograph 100 , by which a mains-side DC voltage can be tapped. In DC operation, the DC intermediate circuit 22 be fed with the mains voltage.

Die oben beschriebenen Ausführungsvarianten werden zwar in der gleichen Figur gezeigt, sie können jedoch voneinander separat betrachtet werden. Although the above-described embodiments are shown in the same figure, they may be considered separately from each other.

Die Ausführungsbeispiele der 1 bis 5 betreffen eine Anwendung bei einem Schienenfahrzeug. Eine Anwendung für Antriebseinheiten der Industrie ist jedoch auch denkbar. Eine entsprechende Ausführung ist in 6 gezeigt, bei welcher der Gleichspannungszwischenkreis 22 durch eine drehstromtechnische Spannungsquelle 102 und eine entsprechende galvanische Trennung 104 gespeist wird. The embodiments of the 1 to 5 relate to an application in a rail vehicle. However, an application for drive units of the industry is also conceivable. A corresponding design is in 6 shown, in which the DC voltage intermediate circuit 22 by a three-phase voltage source 102 and a corresponding galvanic isolation 104 is fed.

Claims (15)

Elektrische Schaltung mit einer Leistungsversorgungseinheit (20), die zumindest einen Gleichspannungszwischenkreis (22) mit einer positiven Schiene (24.1) und einer negativen Schiene (24.2) und wenigstens eine an den Gleichspannungszwischenkreis (22) angeschlossene Stromrichtereinrichtung (44, 26) mit zumindest zwei Stromrichtereinheiten (46.1, 46.2, 28.1, 28.2) umfasst, die jeweils eine dem Gleichspannungszwischenkreis (22) zugewandte Gleichspannungsseite (50, 72) und eine Wechselspannungsseite (48, 70) aufweisen, gekennzeichnet durch zumindest eine Induktivitätseinheit (64, 88), welche die Stromrichtereinheiten (46.1, 46.2, 28.1, 28.2) auf deren Wechselspannungsseite (48, 70) miteinander verbindet, wobei die Stromrichtereinheiten (46.1, 46.2, 28.1, 28.2) und die Schienen (24.1, 24.2) eine Einheit (68, 92) bilden, die zur Herstellung eines durch die Induktivitätseinheit (64, 88) fließenden Gleichstroms vorgesehen ist. Electric circuit with a power supply unit ( 20 ), which at least one DC voltage intermediate circuit ( 22 ) with a positive rail ( 24.1 ) and a negative rail ( 24.2 ) and at least one to the DC voltage intermediate circuit ( 22 ) connected converter device ( 44 . 26 ) with at least two converter units ( 46.1 . 46.2 . 28.1 . 28.2 ), each one the DC voltage intermediate circuit ( 22 ) facing DC side ( 50 . 72 ) and an AC side ( 48 . 70 ), characterized by at least one inductance unit ( 64 . 88 ), which convert the converter units ( 46.1 . 46.2 . 28.1 . 28.2 ) on the AC side ( 48 . 70 ), the converter units ( 46.1 . 46.2 . 28.1 . 28.2 ) and the rails ( 24.1 . 24.2 ) one unity ( 68 . 92 ), which are used to produce a through the inductance unit ( 64 . 88 ) flowing DC is provided. Elektrische Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromrichtereinheiten (46.1, 46.2, 28.1, 28.2) jeweils zumindest einen ersten Anschluss (56, 80) auf deren Gleichspannungsseite (50, 72) aufweisen, wobei die erste Stromrichtereinheit (46.1, 28.1) über deren ersten Anschluss (56, 80) an die positive Schiene (24.1) angeschlossen und zur negativen Schiene (24.2) hin kurzschlussfrei ist und die zweite Stromrichtereinheit (46.2, 28.2) über deren ersten Anschluss (56, 80) an die negative Schiene (24.2) angeschlossen und zur positiven Schiene (24.1) hin kurzschlussfrei ist. Electrical circuit according to claim 1, characterized in that the converter units ( 46.1 . 46.2 . 28.1 . 28.2 ) each have at least one first connection ( 56 . 80 ) on the DC side ( 50 . 72 ), wherein the first power converter unit ( 46.1 . 28.1 ) via its first connection ( 56 . 80 ) to the positive rail ( 24.1 ) and to the negative rail ( 24.2 ) short-circuit-free and the second power converter unit ( 46.2 . 28.2 ) via its first connection ( 56 . 80 ) to the negative rail ( 24.2 ) and to the positive rail ( 24.1 ) is short-circuit-proof. Elektrische Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromrichtereinheiten (46.1, 46.2, 28.1, 28.2) jeweils einen zweiten Anschluss (58, 82) auf deren Gleichspannungsseite (50, 72) aufweisen, wobei der zweite Anschluss (58, 82) der ersten Stromrichtereinheit (46.1, 28.2) mit der positiven Schiene (24.1) über eine Kapazität (66, 90) verbunden ist und der zweite Anschluss (58, 92) der zweiten Stromrichtereinheit (46.2, 28.2) mit der negativen Schiene (24.2) über eine Kapazität (66, 90) verbunden ist. Electrical circuit according to Claim 2, characterized in that the converter units ( 46.1 . 46.2 . 28.1 . 28.2 ) each have a second connection ( 58 . 82 ) on the DC side ( 50 . 72 ), wherein the second connection ( 58 . 82 ) of the first power converter unit ( 46.1 . 28.2 ) with the positive rail ( 24.1 ) have a capacity ( 66 . 90 ) and the second port ( 58 . 92 ) of the second power converter unit ( 46.2 . 28.2 ) with the negative rail ( 24.2 ) have a capacity ( 66 . 90 ) connected is. Elektrische Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch zumindest eine galvanische Trennung (36), wobei die Induktivitätseinheit (64) zumindest eine Wicklungseinheit (62.1, 62.2) aufweist, die zumindest von einem Teil einer Wicklung (42.1, 42.2) der galvanischen Trennung (36) ausgebildet ist. Electrical circuit according to one of the preceding claims, characterized by at least one galvanic isolation ( 36 ), wherein the inductance unit ( 64 ) at least one winding unit ( 62.1 . 62.2 ) comprising at least part of a winding ( 42.1 . 42.2 ) of galvanic isolation ( 36 ) is trained. Elektrische Schaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die galvanische Trennung (36) von einem Spannungstransformator (38) gebildet ist, wobei die Wicklungseinheit (62.1, 62.2) zumindest von einem Teil einer Transformatorwicklung (42.1, 42.2) gebildet ist. Electrical circuit according to claim 4, characterized in that the galvanic isolation ( 36 ) from a voltage transformer ( 38 ), wherein the winding unit ( 62 .1, 62.2 ) at least from a part of a transformer winding ( 42.1 . 42.2 ) is formed. Elektrische Schaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannungstransformator (38) zumindest zwei sekundäre Transformatorwicklungen (42.1, 42.2) umfasst und die Induktivitätseinheit (64) zumindest zwei Wicklungseinheiten (62.1, 62.2) aufweist, die jeweils zumindest von einem Teil einer unterschiedlichen sekundären Transformatorwicklung (42.1, 42.2) gebildet sind. Electrical circuit according to claim 5, characterized in that the voltage transformer ( 38 ) at least two secondary transformer windings ( 42.1 . 42.2 ) and the inductance unit ( 64 ) at least two winding units ( 62.1 . 62.2 ), each of at least part of a different secondary transformer winding ( 42.1 . 42.2 ) are formed. Elektrische Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Induktivitätseinheit (64) zumindest zwei Wicklungseinheiten (62.1, 62.2) aufweist, die relativ zueinander entgegengesetzt gewickelt sind. Electrical circuit according to one of the preceding claims, characterized in that the inductance unit ( 64 ) at least two winding units ( 62.1 . 62.2 ) which are wound oppositely relative to each other. Elektrische Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromrichtereinheiten (46.1, 46.2) als Gleichrichtereinheiten ausgebildet sind. Electrical circuit according to one of the preceding claims, characterized in that the converter units ( 46.1 . 46.2 ) are designed as rectifier units. Elektrische Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch zumindest eine elektrische Maschine (18), welche im Betrieb mittels der Leistungsversorgungseinheit (20) versorgbar ist, wobei die Induktivitätseinheit (88) zumindest eine Induktivität aufweist, die Bestandteil der elektrischen Maschine (18) ist. Electrical circuit according to one of the preceding claims, characterized by at least one electrical machine ( 18 ), which in operation by means of the power supply unit ( 20 ), wherein the inductance unit ( 88 ) has at least one inductance which is part of the electrical machine ( 18 ). Elektrische Schaltung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Induktivität von zumindest einem Teil einer Wicklung (84.1, 84.2, 84.3) der elektrischen Maschine (18) gebildet ist. Electrical circuit according to claim 9, characterized in that the inductance of at least part of a winding ( 84.1 . 84.2 . 84.3 ) of the electric machine ( 18 ) is formed. Schienenfahrzeug mit einer elektrischen Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche. Rail vehicle with an electrical circuit according to one of the preceding claims. Schienenfahrzeug nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch die Ausbildung als Wagenverband und durch eine Zugsammelschiene (32), welche die Potentiale der Schienen (24.1, 24.2) des Gleichspannungszwischenkreises (22) führt und sich entlang des Wagenverbands über eine Länge erstreckt, welche zumindest 70% der Länge des Wagenverbands entspricht. Rail vehicle according to claim 11, characterized by the design as a carriage assembly and by a train busbar ( 32 ), which show the potentials of the rails ( 24.1 . 24.2 ) of the DC intermediate circuit ( 22 ) and extends along the carriage assembly over a length which corresponds to at least 70% of the length of the wagon body. Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Maschine (18), bei welchem – auf der Grundlage einer in einem Gleichspannungszwischenkreis (22) vorhandenen elektrischen Energie die elektrische Maschine (18) mit elektrischer Leistung versorgt wird, – an den Gleichspannungszwischenkreis (22) angeschlossene Stromrichtereinheiten (46.1, 46.2, 28.1, 28.2) betrieben werden, die jeweils eine dem Gleichspannungszwischenkreis (22) zugewandte Gleichspannungsseite (50, 72) und eine Wechselspannungsseite (48, 70) aufweisen, und – ein Gleichstrom erzeugt wird, welcher ausgehend vom Gleichspannungszwischenkreis (22) über eine der Stromrichtereinheiten (46.1, 46.2, 28.1, 28.2), eine Induktivitätseinheit (64, 88) und eine andere der Stromrichtereinheiten (46.1, 46.2, 28.1, 28.2) zurück in den Gleichspannungszwischenkreis (22) fließt, wobei die Induktivitätseinheit(64, 88) auf der Wechselspannungsseite (48, 70) der Stromrichtereinheiten angeordnet ist. Method for operating an electric machine ( 18 ), in which - on the basis of a DC voltage intermediate circuit ( 22 ) existing electrical energy the electric machine ( 18 ) is supplied with electrical power, - to the DC voltage intermediate circuit ( 22 ) connected converter units ( 46.1 . 46.2 . 28.1 . 28.2 ), each one the DC voltage intermediate circuit ( 22 ) facing DC side ( 50 . 72 ) and an AC side ( 48 . 70 ), and - a direct current is generated which, starting from the DC voltage intermediate circuit ( 22 ) via one of the converter units ( 46.1 . 46.2 . 28.1 . 28.2 ), an inductance unit ( 64 . 88 ) and another of the converter units ( 46.1 . 46.2 . 28.1 . 28.2 ) back into the DC voltage intermediate circuit ( 22 ), wherein the inductance unit ( 64 . 88 ) on the AC side ( 48 . 70 ) of the power converter units is arranged. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromrichtereinheiten (46.1, 46.2) als Gleichrichtereinheiten betrieben werden. Method according to claim 13, characterized in that the converter units ( 46.1 . 46.2 ) are operated as rectifier units. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromrichtereinheiten (28.1, 28.2) als Wechselrichtereinheiten zur Versorgung der elektrischen Maschine (18) betrieben werden und die Induktivitätseinheit (88) zumindest eine Induktivität aufweist, die Bestandteil der elektrischen Maschine (18) ist. Method according to claim 13, characterized in that the converter units ( 28.1 . 28.2 ) as inverter units for supplying the electric machine ( 18 ) and the inductance unit ( 88 ) has at least one inductance which is part of the electrical machine ( 18 ).
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