DE102015204732A1

DE102015204732A1 - Antriebseinrichtung für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug

Info

Publication number: DE102015204732A1
Application number: DE102015204732.6A
Authority: DE
Inventors: Oliver Reimann; Andreas Schaefer-Enkeler
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Mobility GmbH
Priority date: 2015-03-16
Filing date: 2015-03-16
Publication date: 2016-09-22

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Antriebseinrichtung für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug (10), insbesondere Schienenfahrzeug, mit einer Transformationseinrichtung (28; 28‘), welche einen netzseitigen Hochspannungseingang (30) und eine Traktionsseite (32) aufweist und zur Transformation eines am Hochspannungseingang (30) liegenden, eine Hochspannung (VH) aufweisenden und als Gleichspannungssignal ausgebildeten Eingangssignals (E) vorgesehen ist. Um eine effiziente Übertragung einer Antriebsleistung an Antriebsmotoren des Fahrzeugs zu erreichen wird vorgeschlagen, dass die Transformationseinrichtung (28; 28‘) einen Satz von Stromrichtereinheiten (38; 38‘) aufweist, die jeweils – eine erste Anschlussseite (40) mit einer Gleichspannungsanschlusseinheit (47), eine zweite, der Traktionsseite (32) zugewandte Anschlussseite (42) und eine die zweite Anschlussseite (42) von der ersten Anschlussseite (40) galvanisch trennende Trenneinrichtung (46) aufweisen und – in zumindest einem ersten Betriebsmodus des Fahrzeugs (10) über die Gleichspannungsanschlusseinheiten (47) zwischen der Hochspannung (VH) und einem Bezugspotential (V0) in Reihe geschaltet sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebseinrichtung für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug, insbesondere Schienenfahrzeug, mit einer Transformationseinrichtung, welche einen netzseitigen Hochspannungseingang und eine Traktionsseite aufweist und zur Transformation eines am Hochspannungseingang liegenden, eine Hochspannung aufweisenden und als Gleichspannungssignal ausgebildeten Eingangssignals vorgesehen ist.
Elektrische Schienenfahrzeuge, die eine Energie aus einer fahrzeugexternen Netzversorgung beziehen, können unter einer Wechselspannungsversorgung hoher Nennspannung – typischerweise 15 kV oder 25 kV gemäß der Norm EM 50163 – und/oder einer Gleichspannungsversorgung mit niedrigerer Nennspannung betrieben werden, die gemäß der zitierten Norm maximal 3 kV beträgt. Aufgrund der niedrigeren Nennspannung werden bei einer Gleichspannungsversorgung durch die Netzversorgungsinfrastruktur und die fahrzeugseitigen Eingangsschaltungen hohe Ströme geführt. Mit diesen hohen Strömen geht eine nachteilhafte Begrenzung der auf Antriebseinheiten eines Fahrzeugs übertragbaren Antriebsleistung einher. Bei Wechselspannungssystemen sind zwar die eingangsseitigen Ströme niedriger, der zur Umwandlung der hohen Eingangsspannung vorgesehene Haupttransformator besitzt jedoch einen niedrigen Wirkungsgrad, nimmt einen erheblichen Bauraum in Anspruch und weist ein hohes Gewicht auf.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Antriebseinrichtung für elektrisch angetriebene Fahrzeuge bereitzustellen, durch welche die oben genannten Nachteile vermindert werden können.
Hierzu wird vorgeschlagen, dass die Transformationseinrichtung einen Satz von Stromrichtereinheiten aufweist, die jeweils eine erste Anschlussseite mit einer Gleichspannungsanschlusseinheit, eine zweite, der Traktionsseite zugewandte Anschlussseite und eine die zweite Anschlussseite von der ersten Anschlussseite galvanisch trennende Trenneinrichtung aufweisen und in zumindest einem ersten Betriebsmodus des Fahrzeugs über die Gleichspannungsanschlusseinheiten zwischen der Hochspannung und einem Bezugspotential in Reihe geschaltet sind. Es kann durch die vorgeschlagene Stromrichterstruktur eine vorteilhafte Flexibilität in der Bereitstellung von Antriebseinrichtungen für eine Vielzahl von Nennspannungen erreicht werden. Diese Flexibilität kann insbesondere aufgrund einer hohen Modularität im Aufbau der Transformationseinrichtung erreicht werden, wobei die Anpassung einer Antriebseinrichtung an eine gegebene Nennspannung im Wesentlichen durch die Festlegung der Anzahl von in Reihe geschalteten Stromrichtereinheiten einfach erfolgen kann, die zwischen der Hochspannung und dem Bezugspotential geschaltet sind.
Die vorgeschlagene Stromrichterstruktur der Transformationseinrichtung ist zur Transformation eines Gleichspannungssignals ausgelegt, wodurch diese Flexibilität bezüglich der Nennspannung insbesondere in der Bereitstellung von Antriebseinrichtungen erreicht werden kann, die für einen Betrieb des Fahrzeugs mit einem als Gleichspannungssignal ausgebildeten Netzspannungssignal ausgelegt sind.
Bei einem Betrieb des Fahrzeugs mit einem als Wechselspannungssignal ausgebildeten Netzspannungssignal kann durch die vorgeschlagene Stromrichterstruktur eine Antriebseinrichtung bereitgestellt werden, bei welcher ein Haupttransformator in der Eingangsschaltung entfallen kann. Dadurch können vorteilhaft Bauraum und Gewicht reduziert werden. Außerdem kann ein verbesserter Wirkungsgrad der Antriebseinrichtung erreicht werden. In dieser Ausführung wird vorgeschlagen, dass die Antriebseinrichtung eine Gleichrichtereinheit aufweist, die dazu vorgesehen ist, das Netzspannungssignal gleichzurichten, wobei das Eingangssignal der Transformationseinrichtung die Hochspannung des Netzspannungssignals aufweist. Besonders vorteilhaft kann die Gleichrichtereinheit eine ungesteuerte Gleichrichterbrücke aufweisen.
Unter einem „Signal“ im Sinne der Erfindung soll ein elektrisches Signal verstanden werden, durch welches eine elektrische Antriebsenergie für den Betrieb von zumindest einem Antriebsmotor, vorzugsweise einer Gruppe von Antriebsmotoren der Antriebseinrichtung in einem Traktionsbetrieb des Fahrzeugs übertragbar ist. Insbesondere soll es von einem reinen Informationssignal unterschieden werden, welches primär zur Informationsübertragung ausgelegt ist.
Unter einer „Hochspannung“ soll eine Spannung von zumindest 500 V verstanden werden. Insbesondere kann die Hochspannung des Eingangssignals der Transformationseinrichtung eine Höhe von zumindest 10 kV aufweisen, wodurch das Fahrzeug in einem Gleichspannungsnetz mit hoher Nennspannung betrieben werden kann. Bei Schienenfahrzeugen ist eine derartige „hohe“ Nennspannung größer als die übliche, normierte maximale Nennspannung von 3 kV DC. Der Betrieb eines Gleichspannungsnetzes mit hoher Nennspannung weist die Vorteile auf, dass geringere Ströme in den Versorgungsleitungen, insbesondere in den Oberleitungen, fließen, und dass keine Verluste aufgrund einer Blindleistung entstehen. Im Vergleich zu den heutzutage bestehenden Bahnnetzen mit Wechselspannungsversorgung hoher Nennspannung oder mit Gleichspannungsversorgung mit niedriger Nennspannung kann eine effizientere Energieübertragung erreicht werden.
Die „Transformation“ des Eingangssignals umfasst zumindest die Änderung von dessen Spannungswert, welcher der Hochspannung entspricht, auf einen niedrigeren Wert.
Unter einem „netzseitigen“ Eingang der Transformationseinrichtung soll ein Eingang verstanden werden, welcher im eingebauten Zustand im Fahrzeug einer Stromabnehmereinheit zugewandt ist, über welche das Netzspannungssignal abgegriffen wird. Auf der „Traktionsseite“ der Transformationseinrichtung ist sinnvollerweise zumindest eine Anschlusseinheit vorhanden, über welche eine elektrische Energie – im eingebauten Zustand und in einem Traktionsmodus des Fahrzeugs – zu einem Antriebsmotor oder einem Satz von Antriebsmotoren geführt wird. Der Antriebsmotor bzw. die Antriebsmotoren sind vorteilhafterweise als mehrphasige Motoren ausgebildet, die insbesondere mit einem Drehstrom, gespeist werden. Unter dem „Netzspannungssignal“ soll das von einer Netzversorgung bereitgestellte Signal verstanden werden, welches vom Fahrzeug über zumindest eine Stromabnehmereinheit für dessen Betrieb abgegriffen wird.
Bei den Stromrichtereinheiten wird in einem Traktionsmodus des Fahrzeugs elektrische Energie von der ersten Anschlussseite über die galvanische Trenneinrichtung und die zweite Anschlussseite hin zum Antriebsmotor bzw. zum Satz von Antriebsmotoren geführt.
Besonders vorteilhaft wird die erste Stromrichtereinheit in der Reihe über ihre Gleichspannungsanschlusseinheit mit dem die Hochspannung aufweisenden Eingangssignal beaufschlagt. Dabei ist ein Anschluss dieser Gleichspannungsanschlusseinheit zweckmäßigerweise direkt mit dem Hochspannungseingang der Transformationseinrichtung verbunden. Insbesondere kann der Hochspannungseingang von diesem Anschluss gebildet sein. Außerdem liegt vorzugsweise ein Anschluss der Gleichspannungsanschlusseinheit der letzten Stromrichtereinheit in der Reihe auf dem Bezugspotential, wobei dieser Anschluss zweckmäßigerweise direkt mit einer auf diesem Bezugspotential liegenden Komponente verbunden ist.
Das Bezugspotential entspricht in einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung und bei einer Ausführung des Fahrzeugs als Schienenfahrzeug dem Potential einer Schiene der vom Fahrzeug befahrenen Strecke. Insbesondere kann eine auf diesem Bezugspotential liegende Komponente des Fahrzeugs ein Radsatz sein. Das Bezugspotential ist niedriger als die Hochspannung des Eingangssignals.
In einer einfachen Ausführung der Stromrichtereinheiten sind die galvanischen Trenneinrichtungen als Transformator ausgebildet.
In einer vorteilhaften Ausbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass das Eingangssignal der Transformationseinrichtung im Betrieb des Fahrzeugs die Hochspannung des Netzspannungssignals aufweist, welches vom Fahrzeug für dessen Betrieb abgegriffen wird. Dadurch kann auf weitere Einrichtungen zur Änderung der Spannungshöhe des Netzspannungssignals verzichtet werden. Bei einem Betriebsmodus des Fahrzeugs, bei welchem es mit einem als Gleichspannungssignal ausgebildeten Netzspannungssignal betrieben wird, ist besonders vorteilhaft, wenn das Netzspannungssignal unverändert als Eingangssignal auf den Hochspannungseingang der Transformationseinrichtung gegeben wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Stromrichtereinheiten jeweils eine Wechselrichtereinheit umfassen, die im Betrieb aus an der Gleichspannungsanschlusseinheit bestehenden Gleichspannungssignalen ein Wechselspannungssignal erzeugt, das in die galvanische Trenneinrichtung eingekoppelt wird. Hierzu können vorteilhaft gängige Komponenten einer Leistungselektronik, wie insbesondere zumindest eine gesteuerte Wechselrichterbrücke eingesetzt werden, wodurch eine kostengünstige Ausführung der Antriebseinrichtung erreicht werden kann. Dabei ist ein Kopplungselement der galvanischen Trenneinrichtung, über welches das Wechselspannungssignal in diese eingekoppelt wird, zweckmäßigerweise in einem Brückenzweig angeordnet. Bei einer Ausbildung der galvanischen Trenneinrichtung als Transformator entspricht das Kopplungselement vorteilhafterweise einer Primärwicklung des Transformators. Das von der Wechselrichtereinheit erzeugte Wechselspannungssignal kann ein- oder mehrphasig – insbesondere als Drehspannungssignal – ausgebildet sein.
In diesem Zusammenhang wird vorgeschlagen, dass Wechselrichtereinheiten der Stromrichtereinheiten jeweils mehrere H-Brücken aufweisen, die in Reihe geschaltet sind, wobei in den Brückenzweigen jeweils zumindest ein Kopplungselement der galvanischen Trenneinrichtung angeordnet ist. Durch die Aneinanderreihung von H-Brücken kann ein geringer, aufgrund von Schaltvorgängen einer Leistungselektronik hervorgerufener Störstromanteil erreicht werden. Dies kann dadurch erreicht werden, dass die einzelnen H-Brücken ein induktives Klemmenverhalten aufweisen. Dadurch kann eine netzseitig zu treffende Filtermaßnahme, z.B. der Einbau einer Filterinduktivität, vereinfacht werden oder ganz entfallen.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weisen die Stromrichtereinheiten jeweils eine Gleichrichtereinheit auf, die zwischen der galvanischen Trenneinrichtung und der Traktionsseite angeordnet ist. Dabei ist besonders vorteilhaft, wenn die Wechselrichtereinheiten der Stromrichtereinheiten jeweils dazu vorgesehen sind, ein elektrisches Signal fester Frequenz zu erzeugen. Die Frequenz kann dabei im Bereich vom 1 kHz bis 20 kHz liegen.
Die Transformationseinrichtung kann einfach in Kombination mit bestehenden Antriebstopologien eingesetzt werden, wenn die Stromrichtereinheiten derart geschaltet sind, dass sie im Betrieb gemeinsam einen Gleichspannungszwischenkreis mit elektrischer Energie speisen. Dabei kann die Transformationseinrichtung auf deren Traktionsseite konstruktiv einfach eine Anschlusseinheit aufweisen, die im eingebauten Zustand an den Zwischenkreis angeschlossen ist. Über die Anschlusseinheit werden die individuellen Leistungen der Stromrichtereinheiten zweckmäßigerweise auf einer Gleichstromschiene des Zwischenkreises zusammengefasst. Gemäß einer üblichen Antriebstopologie sind an den Gleichspannungszwischenkreis Leistungsversorgungseinheiten angeschlossen, welche jeweils zumindest einen zugeordneten Antriebsmotor mit elektrischer Leistung versorgen. Diese Leistungsversorgungseinheiten sind dabei vorzugsweise als Wechselrichtereinheiten ausgebildet, die mittels Elementen einer Leistungselektronik ausgehend von einem Gleichspannungssignal des Zwischenkreises einen dreiphasigen Strom, insbesondere einen Drehstrom für den zu speisenden Antriebsmotor erzeugen. Insbesondere können die Leistungsversorgungseinheiten als Pulswechselrichter (oder PWR) ausgebildet sein.
Diese Ausführung der Transformationseinrichtung bietet auch den Vorteil, dass sie in Kombination mit bestehenden Bordnetzarchitekturen eingesetzt werden kann. Insbesondere kann ein Bordnetz auf herkömmliche Weise durch zumindest eine an den Gleichspannungszwischenkreis angeschlossene Leistungsversorgungseinheit mit elektrischer Leistung versorgt werden. Das Bordnetz dient zur Versorgung elektrischer Hilfsbetriebe, die sich von Traktionskomponenten, insbesondere Antriebsmotoren, unterscheiden.
Außerdem wird vorgeschlagen, dass die Transformationseinrichtung Motoranschlüsse aufweist, die jeweils zum Anschließen zumindest eines Antriebsmotors, vorzugsweise eines unterschiedlichen Antriebsmotors, vorgesehen sind, wobei den Stromrichtereinheiten jeweils zumindest ein Motoranschluss, vorzugsweise ein unterschiedlicher Motoranschluss, zugeordnet ist. Insbesondere kann eine konstruktiv einfache Ausführung erreicht werden, bei welcher eine direkte Speisung von Antriebsmotoren durch die Stromrichtereinheiten erfolgt. Dies eignet sich insbesondere für Antriebsmotoren mit hohen Polpaarzahlen.
Wenn – wie oben beschrieben – die Stromrichtereinheiten jeweils eine Wechselrichtereinheit umfassen, die im Betrieb aus an der Gleichspannungsanschlusseinheit bestehenden Gleichspannungssignalen ein Wechselspannungssignal erzeugt, das in die galvanische Trenneinrichtung eingekoppelt wird, wird in diesem Zusammenhang vorgeschlagen, dass die Wechselrichtereinheiten jeweils dazu vorgesehen sind, ein Wechselspannungssignal variabler Frequenz zu erzeugen. Diese Frequenz entspricht dabei zweckmäßigerweise der Motorfrequenz und liegt sinnvollerweise in der Spanne von 200 Hz bis 500 Hz. Die Frequenz wird vorzugsweise durch Schaltvorgänge der Wechselrichtereinheit variiert. Das Wechselspannungssignal ist sinnvollerweise mehrphasig, insbesondere als Drehspannungssignal ausgebildet.
In diesem Zusammenhang können die galvanischen Trenneinrichtungen der Stromrichtereinheiten vorteilhaft als Mittelfrequenztransformatoren ausgebildet sein. Die Mittelfrequenztransformatoren sind für Frequenzen im Bereich von einigen 100 Hz bis zu einigen kHz ausgelegt. Insbesondere können hierzu Trockentransformatoren eingesetzt werden.
Außerdem wird vorgeschlagen, dass die Antriebseinrichtung einen Satz von Antriebsmotoren, die jeweils an einen unterschiedlichen Motoranschluss angeschlossen sind, und einen Satz von Leistungsversorgungseinheiten zur Erzeugung einer elektrischer Leistung für Hilfsbetriebe aufweist, wobei die Leistungsversorgungseinheiten jeweils an einen unterschiedlichen Motoranschluss angeschlossen sind und parallel zum zumindest einen an diesen Motoranschluss angeschlossenen Antriebsmotor geschaltet sind. Hierdurch kann eine einfache Topologie für eine Hilfsbetriebsversorgung erreicht werden.
In diesem Zusammenhang wird vorgeschlagen, dass die Antriebseinrichtung Trenneinheiten, die jeweils zur Trennung eines unterschiedlichen Antriebsmotors vom zugeordneten Motoranschluss dienen, und eine Steuereinheit zur Betätigung der Trenneinheiten aufweist, die dazu vorgesehen ist, zur Versorgung der Hilfsbetriebe im Standmodus des Fahrzeugs die Antriebsmotoren von der Transformationseinrichtung zu trennen. Hierdurch kann die Versorgung der Hilfsbetriebe im Stand des Fahrzeugs sichergestellt werden, wobei die Stromrichtereinheiten jeweils ein Drehspannungssignal für den Betrieb der zugeordneten, Hilfsbetriebe versorgenden Leistungsversorgungseinheit erzeugen. Während einer Anfahrphase des Fahrzeugs kann bei kleiner Motorklemmenspannung die Versorgung der Hilfsbetriebe mittels Batterien und/oder Kondensatoren unterstützt werden.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Antriebseinrichtung eine Schalteinheit aufweist, die dazu dient, in einem zweiten Betriebsmodus des Fahrzeugs die Reihenschaltung der Stromrichtereinheiten zumindest teilweise in eine Parallelschaltung zu überführen. Hierdurch kann eine vorteilhafte Flexibilität hinsichtlich der Spannungshöhe des Netzspannungssignals erreicht werden. Der erste Betriebsmodus, in welchem die Stromrichtereinheiten zwischen der Hochspannung und dem Bezugspotential vollständig in Reihe geschaltet sind, eignet sich für einen hohen Wert der Spannung des Netzspannungssignals, insbesondere einen Wert über 10 kV. Der zweite Betriebsmodus, in welchem eine zumindest teilweise Parallelschaltung der Stromrichtereinheiten mittels der Schalteinheit bereitgestellt wird, eignet sich für den Betrieb des Fahrzeugs unter einer Netzspannung niedrigeren Wertes. In einem Gleichspannungsmodus, bei welchem das Fahrzeug mit einem als Gleichspannungssignal ausgebildeten Netzspannungssignal betrieben wird, kann die Netzspannung im zweiten Betriebsmodus herkömmliche Werte annehmen, wie z.B. 1,5 kV DC oder 3 kV DC für den Bahnbetrieb. Durch die vorgeschlagene Umschaltung kann eine Anpassung unter Beibehaltung der Leistungsfähigkeit des Fahrzeugs erfolgen, ohne dass weitere Elemente einer Leistungselektronik benötigt werden.
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die Antriebseinrichtung eine Hauptschalteinheit zum Trennen der Transformationseinrichtung von einer Netzversorgung, von welcher im normalen Betrieb ein Netzspannungssignal abgegriffen wird, eine Kommunikationseinrichtung zum Betreiben einer Kommunikation mit einer landseitigen Einrichtung und eine Steuereinheit aufweist, die zur Betätigung der Hauptschalteinheit in Abhängigkeit eines Signals der landseitigen Einrichtung vorgesehen ist. Über die Kommunikation wird eine Betätigung der Hauptschalteinheit mit der Landseite vorteilhafterweise abgestimmt. Insbesondere können ein Öffnen der Hauptschalteinheit und daher eine Trennung der Antriebseinrichtung von der Netzversorgung erfolgen, nachdem die Spannungsversorgung durch die Netzversorgung bereits landseitig unterbrochen wurde. Hierdurch kann für die fahrzeugseitige Hauptschalteinheit ein einfacher Schalter eingesetzt werden, der für geringe Ströme ausgelegt ist. Dies ist hinsichtlich eines Betriebs des Fahrzeugs in einem Gleichspannungsmodus – bei welchem das Netzspannungssignal ein Gleichspannungssignal ist – unter hoher Netzspannung, insbesondere einer Netzspannung von zumindest 10 kV von Vorteil. Die Kommunikation erfolgt vorzugsweise über Funk. Des Weiteren können ein Schließen der Hauptschalteinheit und daher eine Verbindung der Antriebseinrichtung mit der Netzversorgung nach Abstimmung mit der Landseite erfolgen, z.B. bevor eine Spannungsversorgung durch die Netzversorgung wieder in Betrieb genommen wird.
Es werden Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
1: ein Schienenfahrzeug mit einer Antriebseinrichtung in einer Seitenansicht,
2: die Antriebseinrichtung mit einer eine Reihe von Stromrichtereinheiten umfassenden Transformationseinrichtung,
3: den internen Aufbau einer Stromrichtereinheit,
4: die Schaltung aus 2 mit alternativen Stromrichtereinheiten,
5: eine Ausführungsvariante der Schaltung aus 4 mit Bordnetzumrichtern,
6: die Schaltung aus 2 mit einer Hauptschalteinheit,
7: eine Ausführungsvariante der Schaltung aus 2 mit einer Gleichrichtereinheit und
8: das Schienenfahrzeug aus 1 mit einer Kommunikationseinrichtung zur Kommunikation mit der Landseite.
1 zeigt ein als Schienenfahrzeug 10 ausgebildetes Fahrzeug in einer schematischen Seitenansicht. Es ist als Verband von Wagen 12 ausgebildet, die jeweils für den Transport von Passagieren dienen, wobei zumindest einer der Wagen 12 als Triebwagen mit wenigstens einer angetriebenen Triebachse 14 ausgeführt ist. Die Triebachse 14 wird von einem elektrischen Antriebsmotor 16 angetrieben. Die Triebachse 14 und der Antriebsmotor 16 sind Bestandteile eines Triebdrehgestells 18. In der betrachteten Ausführung sind beide Endwagen 12 als Triebwagen ausgebildet, welcher auf einem Triebdrehgestell 18 mit zwei Triebachsen 14 und zwei Antriebsmotoren 16 abgestützt ist. Die Antriebsmotoren 16 sind Bestandteile einer Antriebseinrichtung 20 (siehe 2) des Schienenfahrzeugs 10, die im Betrieb eine Energie aus einer externen Netzversorgung 22 bezieht. Der Bezug erfolgt insbesondere über eine Oberleitung 24 und einen diese kontaktierenden Stromabnehmer 26. Eine Ausführung des Schienenfahrzeugs 10 mit einem Stromabnehmer, der zum Bezug eines elektrischen Stroms von einer in Bodennähe angeordneten elektrischen Schiene vorgesehen ist, ist ebenfalls denkbar.
In den betrachteten Ausführungsbeispielen ist das Schienenfahrzeug 10 als Triebzug ausgebildet. Die Erfindung kann jedoch für andere Arten von Schienenfahrzeugen Anwendung finden, die mit zumindest einer Antriebseinrichtung ausgestattet sind, welche eine elektrische Energie von einer externen Netzversorgung bezieht. Beispielweise kann die Erfindung bei einer elektrischen Lokomotive Anwendung finden.
Außerdem eignet sich die Erfindung für weitere, nicht schienengebundene Fahrzeuge, wie z.B. für elektrische Busse.
2 zeigt eine Schaltungstopologie der Antriebseinrichtung 20 des Schienenfahrzeugs 10. Die Antriebseinrichtung 20 weist wie oben beschrieben einen Satz von Antriebsmotoren 16 auf. Sie umfasst ferner eine Transformationseinrichtung 28, welche in Bezug auf einen Energiefluss von der Netzversorgung 22 bis zu den Antriebsmotoren 16 in einem Traktionsmodus des Schienenfahrzeugs 10 zwischen der Netzversorgung 22 und dem Satz von Antriebsmotoren 16 angeordnet ist.
Die Transformationseinrichtung 28 weist einen netzseitigen Hochspannungseingang 30 und eine Traktionsseite 32 auf, die dem Satz von Antriebsmotoren 16 zugewandt ist. Sie umfasst ferner einen Anschluss 34, an welchen eine ein Bezugspotential V₀ führende Komponente 36 angeschlossen ist. Insbesondere ist diese Komponente 36 als Radsatz ausgebildet, welcher mit einer Schiene der befahrenen Strecke in Kontakt steht. Die Transformationseinrichtung 28 dient als Bestandteil der Antriebseinrichtung 20 dazu, ein am netzseitigen Hochspannungseingang 30 liegendes, eine Hochspannung V_H aufweisendes und als Gleichspannungssignal ausgebildetes Eingangssignal E umzuwandeln. Insbesondere dient die Transformationseinrichtung 28 dazu, das elektrische Potential V_H des Eingangssignals E auf einen niedrigeren Wert V_ZK zu reduzieren.
Hierzu weist die Transformationseinrichtung 28 einen Satz von Stromrichtereinheiten 38 auf, deren Aufbau und Funktionsweise nun beschrieben werden.
Die Stromrichtereinheiten 38 weisen jeweils eine erste Anschlussseite 40 und eine zweite Anschlussseite 42 auf, die der Traktionsseite 32 der Transformationseinrichtung 28 zugewandt ist. Auf der zweiten Anschlussseite 42 ist eine Anschlusseinheit 44 vorhanden, über welche – in einem Traktionsmodus des Schienenfahrzeugs 10 – eine elektrische Energie zu dem Satz von Antriebsmotoren 16 geführt wird. Die Stromrichtereinheiten 38 weisen außerdem eine Trenneinrichtung 46 auf, welche die zweite Anschlussseite 42 von der ersten Anschlussseite 40 galvanisch trennt.
Die Stromrichtereinheiten 38 weisen auf ihrer ersten Anschlussseite 40 eine Gleichspannungsanschlusseinheit 47 mit zumindest zwei Gleichspannungsanschlüssen 48.1 und 48.2, über welche jeweils ein Gleichspannungssignal geführt wird. In der dargestellten Konfiguration, welche in einem ersten Betriebsmodus des Schienenfahrzeugs 10 vorliegt, sind die Stromrichtereinheiten über ihre Gleichspannungsanschlüsse 48.1, 48.2 zwischen der Hochspannung V_H des Eingangssignals E und dem Bezugspotential V₀ in Reihe geschaltet. Der Gleichspannungsanschluss 48.1 der ersten Stromrichtereinheit 38 in der Reihe bildet den Hochspannungseingang 30 der Transformationseinrichtung 28. Der andere Gleichspannungsanschluss 48.2 der ersten Stromrichtereinheit 38 ist mit dem Gleichspannungsanschluss 48.1 der nächsten Stromrichtereinheit 38 in der Reihe elektrisch verbunden. Diese Folge setzt sich bis zur letzten Stromrichtereinheit 38 in der Reihe fort, deren Gleichspannungsanschluss 48.2 – den Anschluss 34 bildend – mit der Komponente 36 elektrisch verbunden ist und demnach auf dem Bezugspotential V₀ liegt.
3 zeigt den internen Aufbau der Stromrichtereinheiten 38 in der Ausführung gemäß 2. Die Anschlussseiten 40 und 42 sind schematisch mittels einer gestrichelten Linie getrennt.
Die Stromrichtereinheiten 38 weisen jeweils eine Wechselrichtereinheit 50 auf, die im Betrieb aus an den Gleichspannungsanschlüssen 48.1, 48.2 bestehenden Gleichspannungssignalen ein Wechselspannungssignal erzeugt. Die Wechselrichtereinheit 50 weist eine Brückentopologie mit zumindest einer H-Brücke 52 auf. Die Schaltventile 54 der H-Brücke 52 sind von Elementen einer Leistungselektronik gebildet, wie insbesondere von IGBTs. Im Brückenzweig 56 der H-Brücke 52 ist ein Kopplungselement 58 der galvanischen Trenneinrichtung 46 angeordnet. Diese ist als Transformator ausgebildet, wobei das Kopplungselement 58 als Primärwicklung des Transformators ausgeführt ist. In der betrachteten Ausführung weisen die Wechselrichtereinheiten 50 mehrere, insbesondere zwei H-Brücken 52 auf, die in Reihe geschaltet sind. In den Brückenzweigen 56 ist jeweils ein Kopplungselement 58, insbesondere eine Primärwicklung des Transformators angeordnet. Ein von der Wechselrichtereinheit 50 erzeugtes Wechselspannungssignal weist eine bestimmte Frequenz auf, die während des Betriebs des Schienenfahrzeugs 10 fest ist. Beispielsweise liegt diese Frequenz im Bereich 1 kHz bis 20 kHz.
Das von der Wechselrichtereinheit 50, insbesondere durch eine Steuerung der Schaltventile 54, auf der Basis der an den Gleichspannungsanschlüssen 48.1, 48.2 liegenden Gleichspannungssignale erzeugte Wechselspannungssignal wird mittels der Kopplungselemente 58 in die Trenneinrichtung 46 eingekoppelt. Die vom Wechselspannungssignal transportierte elektrische Energie wird durch die Trenneinrichtung 46 von der ersten Anschlussseite 40 auf die zweite Anschlussseite 42 übertragen. Bei der Ausführung der galvanischen Trenneinrichtung 46 als Transformator, erfolgt die Übertragung über magnetische Felder zwischen den als Primärwicklung ausgebildeten Kopplungselementen 58 auf der ersten Anschlussseite 40 und als Sekundärwicklung ausgebildeten Kopplungselementen 60 auf der zweiten Anschlussseite 42, wobei die Primär- und Sekundärwicklungen um einen gemeinsamen magnetischen Kern 62 gewickelt sind.
Das von der galvanischen Trennung 46 erzeugte Wechselspannungssignal weist eine elektrische Spannung auf, welche dem Potential V_ZK entspricht.
Die Stromrichtereinheiten 38 weisen jeweils auf deren zweiter Anschlussseite 42 eine Gleichrichtereinheit 64 auf, die zwischen der galvanischen Trenneinrichtung 46 und der Traktionsseite 32 der Transformationseinrichtung 28 angeordnet ist. Sie dient dazu, das von der galvanischen Trenneinrichtung 46 auf der zweiten Anschlussseite 42 erzeugte Wechselspannungssignal gleichzurichten. Das Gleichrichten erfolgt auf bekannte Weise mittels H-Brücken 66, 68, wobei die Kopplungselemente 60 der galvanischen Trenneinrichtung 46 auf der zweiten Anschlussseite 42 bzw. die Sekundärwicklungen in den Brückenzweigen angeordnet sind.
Die Gleichrichtereinheit 64 bildet zwei Gleichspannungsanschlüsse 70.1, 70.2 der Anschlusseinheit 44, mit welchen Schienen eines Gleichspannungszwischenkreises 72 verbunden sind (siehe 2). Zwischen den Schienen besteht das von der Transformationseinrichtung 28 erzeugte Potential V_ZK.
An den Gleichspannungszwischenkreis 72 sind bekannterweise Leistungsversorgungseinheiten 74 angeschlossen, die dazu vorgesehen sind, durch Bezug von elektrischer Energie aus dem Gleichspannungszwischenkreis 72 eine elektrische Leistung für jeweils einen Antriebsmotor 16 zu erzeugen. Die Leistungsversorgungseinheiten 74 sind als Wechselrichtereinheit ausgebildet, die ausgehend vom Gleichspannungssignal des Gleichspannungszwischenkreises 72 durch Schaltvorgänge von Schaltventilen – insbesondere Schaltventilen einer Leistungselektronik wie z.B. IGBTs – ein Wechselstromsignal erzeugt, dessen Charakteristika, wie insbesondere die Frequenz, an eine zu erzeugende elektrische Leistung angepasst sind. Das Wechselstromsignal ist insbesondere als dreiphasiges Signal, insbesondere als Drehstromsignal ausgebildet.
Die Stromrichtereinheiten 38 mit ihrer Gleichrichtereinheit 64 sind derart geschaltet, dass sie gemeinsam in einem Traktionsmodus der Antriebseinrichtung 20 den Gleichspannungszwischenkreis 72 mit elektrischer Energie speisen. Aus Sicht des Gleichspannungszwischenkreises 72 sind die Stromrichtereinheiten 38 parallel zueinander geschaltet.
4 zeigt die Antriebseinrichtung 20 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel. Die folgende Beschreibung richtet sich grundsätzlich auf die Unterschiede zum Ausführungsbeispiel der 2 und 3. Die Transformationseinrichtung 28‘ der Antriebseinrichtung 20 weist ebenfalls einen Satz von in Reihe geschalteten Stromrichtereinheiten 38‘ auf. Diese umfassen jeweils auf ihrer ersten Anschlussseite 40 eine Wechselrichtereinheit 50‘, welche im Unterschied zur oben beschriebenen Ausführung zur Erzeugung eines dreiphasigen Wechselspannungssignals variabler Frequenz vorgesehen ist.
Die Transformationseinrichtung 28‘ weist in der betrachteten Ausführung Motoranschlüsse 76‘ auf, die jeweils zum Anschließen zumindest eines unterschiedlichen Antriebsmotors 16 dient. Den Stromrichtereinheiten 38‘ ist jeweils zumindest ein unterschiedlicher Motoranschluss 76‘ zugeordnet. Insbesondere bildet die auf der zweiten Anschlussseite 42 angeordnete Anschlusseinheit 44‘ der Stromrichtereinheiten 38‘ jeweils einen Motoranschluss 76‘. Wie in der oben beschriebenen, ersten Ausführung weisen die Stromrichtereinheiten 38‘ jeweils eine galvanische Trenneinrichtung 46‘ auf, die als Transformator ausgebildet ist.
Die Stromrichtereinheiten 38‘ haben jeweils die oben beschriebene Funktion einer Leistungsversorgungseinheit für den mindestens einen zugeordneten Antriebsmotor 16, d.h. sie erzeugen ein elektrisches Signal, dessen Charakteristika, insbesondere die Frequenz und Spannung, an eine zu erzeugende Leistung angepasst ist. Die Frequenz des Wechselspannungssignals, welches von der Wechselrichtereinheit 50‘ erzeugt wird, entspricht der Motorfrequenz. Diese Frequenz liegt insbesondere in der Spanne 0 Hz bis 500 Hz, wobei der die galvanische Trenneinrichtung 46‘ bildende Transformator für diesen Frequenzbereich als Mittelfrequenztransformator ausgelegt ist. Die von der Wechselrichtereinheit 50‘ erzeugte Nennfrequenz liegt vorzugsweise in der Spanne 200 Hz bis 500 Hz.
Eine Ausführungsvariante zur Ausbildung der 4 ist in 5 gezeigt. Es ist zusätzlich ein Satz von Leistungsversorgungseinheiten 78‘ vorgesehen, die jeweils im Betrieb eine elektrische Leistung für Hilfsbetriebe (nicht gezeigt) erzeugen. Sie sind jeweils als Bordnetzumrichter ausgebildet. Außerdem sind sie jeweils mindestens einem unterschiedlichen Antriebsmotor 16 zugeordnet. Insbesondere sind sie an den Motoranschluss 76’ des zugeordneten Antriebsmotors 16 angeschlossen und zu diesem Antriebsmotor 16 parallel geschaltet.
Die Antriebseinrichtung 20 weist in dieser Ausführung einen Satz von Trenneinheiten 80‘ auf, die dazu dienen, jeweils einen Antriebsmotor 16 vom zugeordneten Motoranschluss 76‘ zu trennen. Die Trenneinheiten 80‘ werden von einer Steuereinheit 82‘ betätigt, welche – zur Versorgung der Hilfsbetriebe im Standmodus des Schienenfahrzeugs 10 – die Antriebsmotoren 16 von der Transformationseinrichtung 28‘ trennt. Im Stand des Schienenfahrzeugs 10 liefern die Stromrichtereinheiten 38‘ die notwendige Drehspannung für den Betrieb der Leistungsversorgungseinheiten 78‘.
In den Darstellungen der 2, 4 und 5 befindet sich das Schienenfahrzeug 10 in einem Gleichspannungsmodus, bei welchem es mit einem als Gleichspannungssignal ausgebildeten Netzspannungssignal S_N betrieben wird. Dieses wird zum Hochspannungseingang 30 der Transformationseinrichtung 28 bzw. 28‘ geführt, sodass die Hochspannung V_H des Eingangssignals E der Spannung des Netzspannungssignals S_N entspricht.
Zum Schützen der Transformationseinrichtung 28 bzw. 28‘ ist zwischen dem Stromabnehmer 26 und dieser eine Hauptschalteinheit 84 geschaltet. Diese hat die Funktion eines Leistungsschalters, der zum Unterbrechen eine Laststroms unter einer hohen Gleichspannung von mehreren kV ausgelegt und dazu vorgesehen ist, die Antriebseinrichtung 20 des Schienenfahrzeugs 10 von der Netzversorgung 22 insbesondere unter Last zu trennen. Für die Hauptschalteinheit 84 können Leistungsschalter aus dem Bereich der Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung (oder HGÜ) eingesetzt werden. Ausführungen eines HGÜ-Leistungsschalters sind z.B. in der WO 2013/131581 A1 beschrieben.
Eine beispielhafte Ausführung der Hauptschalteinheit 84 ist in 6 gezeigt. Diese dient wie oben beschrieben als Gleichspannungsschalter zum Unterbrechen eines Stromflusses zwischen der Netzversorgung 22 und der Antriebseinrichtung 20, insbesondere der Transformationseinrichtung 28 bzw. 28‘. In der Figur ist ein Einsatz der Hauptschalteinheit 84 mit der Transformationseinrichtung 28 gemäß 1 dargestellt, wobei ein Einsatz mit einer Transformationseinrichtung gemäß einer alternativen Ausführung, insbesondere der Transformationseinrichtung 28‘ möglich ist.
Die Hauptschalteinheit 84 weist einen Hauptstromzweig 86 sowie einen Nebenstromzweig 88 auf. Ein zwischen den Anschlussklemmen A und B der Hauptschalteinheit 84 fließender Gleichstrom fließt somit im fehlerfreien Betrieb sowohl über den Hauptstromzweig 86 als auch über den Nebenstromzweig 88. Sowohl der Hauptstromzweig 86 als auch der Nebenstromzweig 88 weisen jeweils zwei mechanische Schalter 90, 92, 94 und 96 auf. Zwischen den mechanischen Schaltern 90 und 92 des Hauptstromzweigs 86 ist ein Mittelzweigpotenzialpunkt 98 ausgebildet. Der Mittelzweigpotenzialpunkt 98 ist über einen Mittelzweig 100 mit einem Mittelzweigpotenzialpunkt 102 des Nebenstromzweigs 88 verbunden. Der Mittelzweig 100 weist eine Leistungsschalteinheit 104 auf, die über eine Reihenschaltung von Submodulen 106 verfügt, wobei jedes der Submodule 106 wenigstens einen ein- und abschaltbaren Leistungshalbleiterschalter aufweist, dessen Durchlassrichtung von dem Mittelzweigpotenzialpunkt 98 des Hauptstromzweigs 86 zum Mittelzweigpotenzialpunkt 102 des Nebenstromzweigs 88 orientiert ist. Somit können in dieser Richtung über die Leistungsschalteinheit 104 fließende Ströme durch die ein- und abschaltbaren Leistungshalbleiterschalter der Leistungsschalteinheit 104 gezielt unterbrochen werden. Zur Aufnahme der hierbei frei werdenden Schaltenergie dienen Mittel zur Aufnahme der beim Schalten frei werdenden Energie, beispielsweise nicht lineare Widerstände wie Ableiter oder Varistoren. Diese Ableiter sind entweder Teil der Submodule oder sind einem oder mehreren Submodulen parallel geschaltet. Die Hauptschalteinheit 84 umfasst außerdem ein Kommutierungsmittel 108 auf, welches im Mittelzweig 100 geschaltet ist. Dieses weist wenigstens einen ein- und abschaltbaren Leistungshalbleiterschalter auf (nicht dargestellt). Das Kommutierungsmittel 108 bewirkt bei entsprechender Ansteuerung des oder der Leistungshalbleiterschalter eine Kommutierung des abzuschaltenden Gleichstroms in den Mittelzweig 100. Das Kommutierungsmittel 108 kann insbesondere als Vierquadrantensteller ausgebildet sein.
Eine Ausführung mit einer alternativen Ausbildung einer Hauptschalteinheit zum Trennen der Antriebseinrichtung 20 von der Netzversorgung 22 ist in 8 dargestellt.
Die Darstellungen der 2, 4, 5 und 6 zeigen das Schienenfahrzeug 10 beim Betrieb gemäß einem ersten Betriebsmodus. Dieser ist dadurch charakterisiert, dass die Hochspannung V_H höher ist als die herkömmlich, in Gleichspannungsnetzen für den Betrieb von Bahnfahrzeugen bereitgestellten Netzspannungen. Insbesondere weist die Hochspannung V_H einen Wert über 3 kV DC, insbesondere über 10 kV DC auf. In diesem Betriebsmodus sind die Stromrichtereinheiten 38 bzw. 38‘ zwischen der Hochspannung V_H und dem Bezugspotential V₀ in Reihe geschaltet.
Das Schienenfahrzeug 10 ist außerdem gemäß einem zweiten Betriebsmodus mit einer niedrigeren Netzspannung betreibbar. In diesem Fall kann die Hochspannung V_H z.B. einen klassischen Wert von 3 kV DC oder 1,5 kV DC aufweisen. Zur Anpassung der Transformationseinrichtung 28 an die niedrigere Netzspannung weist die Antriebseinrichtung 20 eine Schalteinheit 110 auf, die dazu dient, wenigstens eine Teilmenge der Stromrichtereinheiten 38 in eine parallele Schaltung zu überführen. Ausgehend von der in den Figuren gezeigten Reihenschaltung wird diese für einen Betrieb unter einer niedrigeren Netzspannung in eine teilweise oder vollständige Parallelschaltung überführt.
In der Darstellung der 7 befindet sich das Schienenfahrzeug 10 in einem Wechselspannungsmodus, bei welchem es mit einem als Wechselspannungssignal ausgebildeten Netzspannungssignal S_N betrieben wird. Die Antriebseinrichtung 20 weist eine Gleichrichtereinheit 112 auf, die zum Gleichrichten des Netzspannungssignals S_N dient. Sie ist bezüglich eines in einem Traktionsmodus zu den Antriebsmotoren 16 fließenden Leistungsflusses zwischen der Netzversorgung 22 und der Transformationseinrichtung 28 geschaltet. Zwischen der Netzversorgung 22 bzw. dem Stromabnehmer 26 und der Gleichrichtereinheit 112 ist eine Hauptschalteinheit 114 geschaltet, welche die Funktion einer Leistungsschalters zur Unterbrechung eines Laststroms unter einer Wechselspannung hat. Die Netzspannung weist einen typischen Wert einer in Wechselspannungsnetzen für den Betrieb von Bahnfahrzeugen bereitgestellten Netzspannung, wie z.B. 15 kV AC oder 25 kV AC, auf.
Das Eingangssignal E entspricht dem von der Gleichrichtereinheit 112 gleichgerichteten Netzspannungssignal S_N, sodass die Höhe der Hochspannung V_H der Spannungshöhe des Netzspannungssignals S_N entspricht.
Eine alternative Ausführung einer Hauptschalteinheit zum Trennen der Antriebseinrichtung 20 von der Netzversorgung 22 wird anhand der 8 erläutert. Diese gezeigte Hauptschalteinheit 116 unterscheidet von der Ausführung der Hauptschalteinheit 84 der 6 dadurch, dass sie als Trennschalter für geringere Gleichströme ausgebildet ist. Ein unter Last durchführbares Abschalten der Versorgung des Netzspannungssignals S_N durch die Netzversorgung 22 erfolgt mittels einer landseitigen Schalteinrichtung 118. Diese wird zur Trennung betätigt, wenn ein Fehler im Stromkreis erkannt wird, in welchem sich das Schienenfahrzeug 10 befindet. Die fahrzeugseitige Steuerung der Hauptschalteinheit 116 durch eine Steuereinheit 120 erfolgt gemäß einer Abstimmung mit der landseitigen Schalteinrichtung 118. Hierzu ist eine fahrzeugseitige Kommunikationseinrichtung 122 vorgesehen, durch welche eine Datenkommunikation mit der landseitigen Schalteinrichtung 118 herstellbar ist. Beispielweise können von der landseitigen Schalteinrichtung 118 Schaltbefehle T zum Öffnen bzw. Schließen der Hauptschalteinheit 118 an das Schienenfahrzeug 10 übermittelt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2013/131581 A1 [0059]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Norm EM 50163 [0002]

Claims

Antriebseinrichtung für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug (10), insbesondere Schienenfahrzeug, mit einer Transformationseinrichtung (28; 28‘), welche einen netzseitigen Hochspannungseingang (30) und eine Traktionsseite (32) aufweist und zur Transformation eines am Hochspannungseingang (30) liegenden, eine Hochspannung (V_H) aufweisenden und als Gleichspannungssignal ausgebildeten Eingangssignals (E) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Transformationseinrichtung (28; 28‘) einen Satz von Stromrichtereinheiten (38; 38‘) aufweist, die – jeweils eine erste Anschlussseite (40) mit einer Gleichspannungsanschlusseinheit (47), eine zweite, der Traktionsseite (32) zugewandte Anschlussseite (42) und eine die zweite Anschlussseite (42) von der ersten Anschlussseite (40) galvanisch trennende Trenneinrichtung (46) aufweisen und – in zumindest einem ersten Betriebsmodus des Fahrzeugs (10) über die Gleichspannungsanschlusseinheiten (47) zwischen der Hochspannung (V_H) und einem Bezugspotential (V₀) in Reihe geschaltet sind.
Antriebseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Eingangssignal (E) der Transformationseinrichtung (28; 28‘) im Betrieb des Fahrzeugs (10) die Hochspannung (V_H) des Netzspannungssignals (S_N) aufweist, welches vom Fahrzeug (10) für dessen Betrieb abgegriffen wird.
Antriebseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromrichtereinheiten (38; 38‘) jeweils eine Wechselrichtereinheit (50; 50‘) umfassen, die im Betrieb aus an der Gleichspannungsanschlusseinheit (47) bestehenden Gleichspannungssignalen ein Wechselspannungssignal erzeugt, das in die galvanische Trenneinrichtung (46) eingekoppelt wird.
Antriebseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass Wechselrichtereinheiten (50) der Stromrichtereinheiten (38) jeweils mehrere H-Brücken (52) aufweisen, die in Reihe geschaltet sind, wobei in den Brückenzweigen (56) jeweils zumindest ein Kopplungselement (58) der galvanischen Trenneinrichtung (46) angeordnet ist.
Antriebseinrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromrichtereinheiten (38) jeweils eine Gleichrichtereinheit (64) aufweisen, die zwischen der galvanischen Trenneinrichtung (46) und der Traktionsseite (32) angeordnet ist.
Antriebseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromrichtereinheiten (38) derart geschaltet sind, dass sie im Betrieb gemeinsam einen Gleichspannungszwischenkreis (72) mit elektrischer Energie speisen.
Antriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Transformationseinrichtung (28‘) Motoranschlüsse (76‘) aufweist, die jeweils zum Anschließen zumindest eines Antriebsmotors (16) vorgesehen sind, wobei den Stromrichtereinheiten (38‘) jeweils zumindest ein Motoranschluss (76‘) zugeordnet ist.
Antriebseinrichtung nach Anspruch 3 oder 4 und Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Wechselrichtereinheiten (50‘) jeweils dazu vorgesehen sind, ein Wechselspannungssignal variabler Frequenz zu erzeugen.
Antriebseinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die galvanischen Trenneinrichtungen (46‘) als Mittelfrequenztransformatoren ausgebildet sind.
Antriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, gekennzeichnet durch einen Satz von Antriebsmotoren (16), die jeweils an einen unterschiedlichen Motoranschluss (76‘) angeschlossen sind, und einen Satz von Leistungsversorgungseinheiten (78‘) zur Erzeugung einer elektrischer Leistung für Hilfsbetriebe, wobei die Leistungsversorgungseinheiten (78‘) jeweils an einen unterschiedlichen Motoranschluss (76‘) angeschlossen sind und parallel zum zumindest einen an diesen Motoranschluss (76‘) angeschlossenen Antriebsmotor (16) geschaltet sind.
Antriebseinrichtung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch Trenneinheiten (80‘), die jeweils zur Trennung eines unterschiedlichen Antriebsmotors (16) vom zugeordneten Motoranschluss (76‘) dienen, und eine Steuereinheit (82‘) zur Betätigung der Trenneinheiten (80‘), die dazu vorgesehen ist, zur Versorgung der Hilfsbetriebe im Standmodus des Fahrzeugs (10) die Antriebsmotoren (16) von der Transformationseinrichtung (28‘) zu trennen.
Antriebseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Schalteinheit (110), die dazu dient, in einem zweiten Betriebsmodus des Fahrzeugs (10) die Reihenschaltung der Stromrichtereinheiten (38) zumindest teilweise in eine Parallelschaltung zu überführen.
Antriebseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Gleichrichtereinheit (112), die dazu vorgesehen ist – in zumindest einem Wechselspannungsmodus des Fahrzeugs (10), bei welchem es mit einem als Wechselspannungssignal ausgebildeten Netzspannungssignal (S_N) betrieben wird – das Netzspannungssignal (S_N) gleichzurichten, wobei das Eingangssignal (E) der Transformationseinrichtung (28) die Hochspannung (V_H) des Netzspannungssignals (S_N) aufweist.
Antriebseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Hauptschalteinheit (116) zum Trennen der Transformationseinrichtung (28) von einer Netzversorgung (22), von welcher im normalen Betrieb ein Netzspannungssignal (S_N) abgegriffen wird, eine Kommunikationseinrichtung (122) zum Betreiben einer Kommunikation mit einer landseitigen Einrichtung (118) und eine Steuereinheit (120), die zur Betätigung der Hauptschalteinheit (116) in Abhängigkeit eines Signals (T) der landseitigen Einrichtung (118) vorgesehen ist.
Fahrzeug, insbesondere Schienenfahrzeug, mit einer Antriebseinrichtung (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.