DE10219645A1 - Aufbau zum veränderbaren Anlegen einer Eingangsspannung an eine Schaltung - Google Patents

Aufbau zum veränderbaren Anlegen einer Eingangsspannung an eine Schaltung

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Abstract

Die vorliegende Erfindung beschreibt einen Aufbau zum veränderbaren Anlegen einer Eingangsspannung an eine Schaltung, die aus mehreren Schaltungskomponenten besteht. Die Eingänge der Schaltungskomponenten und auch die Eingangsspannung sind jeweils mit Klemmen verbunden. Die Klemmen sin in unterschiedlicher Weise so zueinander angeordnet, dass verschiedene Klemmen mit Brückenelementen miteinander verbunden werden können, so dass die Schaltungskomponenten in einer Reihenschaltung oder einer Parallelschaltung mit der Eingangsspannung verbunden werden können. Der erfindungsgemäße Aufbau findet insbesondere in Zügen bei der Umformung unterschiedlicher Zugsammelschienenspannungen in eine Zwischenkreisspannung Anwendung.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Aufbau, mit dem eine Eingangsspannung an eine Schaltung, die aus mehreren Schaltungskomponenten besteht, in veränderbarer Weise angelegt werden kann. Bei der Schaltung handelt es sich insbesondere um eine Schaltung in Zügen, mit der unterschiedliche Zugsammelschienenspannungen in eine Zwischenkreisspannung umgewandelt werden können.
  • [Stand der Technik]
  • In der heutigen Zeit der internationalen Verwendung von Schaltungen tritt es häufig auf, dass eine Schaltung an unterschiedliche Spannungen angepasst werden muss. Dies gilt insbesondere auch im Bereich der Züge und speziell der Reisezugwagen. Die Züge und die Zugwagen müssen, damit sie international eingesetzt werden können, mit beispielsweise den heute am häufigsten vorkommenden Zugsammelschienenspannungen von 1000 V, 16,7 Hz/22 Hz/50 Hz Wechselspannung, 1500 V, 50 Hz Wechselspannung, 3000 V, 50 Hz Wechselspannung, 1500 V Gleichspannung und 3000 V Gleichspannung betrieben werden können.
  • Die Zugsammelschienenspannung wird dabei von Spannungsumsetzschaltungen auf eine sogenannte Zwischenkreisspannung, beispielsweise eine Gleichspannung von 670 Volt, umgesetzt, die dann gegebenenfalls nach weiterer Umformung zur Versorgung verschiedener Einrichtungen des Bordnetzes dient.
  • In neuerer Zeit wurde es durch Fortschritte in der Leistungselektronik, die Bauelemente mit höheren Sperrspannungen ermöglicht, möglich, sogenannte Hochspannungsumrichter, die direkt an der Zugsammelschienenspannung betrieben werden können, als Elemente für die Spannungsumsetzung zu verwenden. Dabei können mit zwei Hochspannungsumrichtern, die für die maximal vorkommenden Zugsammelschienenspannungen ausgelegt sind und die in Reihenschaltung oder in Parallelschaltung an die Zugsammelschienenspannung angeschlossen werden, die oben angegebenen gebräuchlichen Zugsammelschienenspannungen abgedeckt werden.
  • Das Problem besteht darin, dass wenn man für das unterschiedliche Verschalten von Schaltungskomponenten, die Leitungen, die die Eingangsspannung, hier beispielsweise die Zugsammelschienenspannung, an die Schaltungskomponenten, hier beispielsweise die Hochspannungsumrichter, führen, jedes Mal neu verdrahtet, wenn aufgrund einer anderen Eingangsspannung eine andere Anschaltung der Eingangsspannung an die Schaltungskomponenten erforderlich ist, dies ein sehr arbeitsaufwendiges, mühsames und damit teures Verfahren darstellt.
  • Aufgabe der Erfindung
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, einen Aufbau anzugeben, mit dem eine Eingangsspannung in leicht veränderbarer Weise an eine Schaltung, die aus verschiedenen Schaltungskomponenten besteht, angelegt werden kann. Der Aufbau soll dabei insbesondere für den Einsatz bei Zügen bei der Umsetzung einer variablen Zugsammelschienenspannung in eine konstante Zwischenkreisspannung unter Verwendung von Spannungsumformungselementen, wie Hochspannungsumrichter, geeignet sein.
  • Gelöst wird die Aufgabe durch einen Aufbau, der die Merkmale des Hauptanspruchs aufweist. Die Unteransprüche geben bevorzugte Weiterbildungen dieses Aufbaus an.
  • Der erfindungsgemäße Aufbau weist mehrere Klemmen auf. An zwei dieser Klemmen wird dabei die Eingangsspannung angeschlossen. Und an je zwei weitere Klemmen wird dabei der Eingang einer mit der Eingangsspannung zu versorgenden Schaltungskomponente angeschlossen. Damit nun die Schaltungskomponenten in verschiedener Weise, beispielsweise in einer Reihenschaltung oder einer Parallelschaltung, an die Eingangsspannung angeschlossen werden können, werden in passender Weise jeweils zwei Klemmen mit Brückenelementen verbunden. Bei den Brückenelementen kann es sich beispielsweise um Drahtbrücken, die in verschiedener Weise auf die Klemmen gesteckt oder mit ihnen verschraubt werden können, oder massive Laschen, die in verschiedener Weise mit den Klemmen verbunden werden können, oder aber um schaltbare Elemente, beispielsweise Schütze, handeln.
  • Es ist vorteilhaft, wenn die Klemmen zueinander den gleichen Abstand aufweisen, da dann für die Überbrückung oder Verbindung der Klemmen miteinander gleiche Brückenelemente, das heißt Brückenelemente mit gleichen äußeren Maßen der Anschlüsse, verwendet werden können.
  • Je nach räumlicher Gegebenheit und je nach gewünschter Verschaltung der einzelnen Klemmen können diese in verschiedenen Anordnungen angeordnet werden. Es ist beispielsweise möglich, sie in Form einer Reihe, in Form eines Rechtecks, in Form eines Parallelogramms oder in Form eines Dreiecks anzuordnen. Die Verschaltung der Klemmen sollte vorteilhafter Weise dabei so erfolgen, dass die zu überbrückenden Klemmen benachbart zueinander liegen, so dass bei den Brückungen keine Kreuzungen entstehen.
  • Der erfindungsgemäße Aufbau lässt sich allgemein beim veränderbaren Anlegen einer Eingangsspannung an verschiedene Schaltungskomponenten verwenden, und er ist insbesondere für die Verwendung bei der Umsetzung einer variablen Zugsammelschienenspannung in eine konstante Zwischenkreisspannung unter Verwendung von Spannungsumformungselementen, wie Hochspannungsumrichter, geeignet.
    • Beispiele
  • Der erfindungsgemäße Aufbau wird nachfolgend in einer Ausführungsform für das Umsetzen einer variablen Zugsammelschienenspannung in eine konstante Zwischenkreisspannung unter Verwendung von Spannungsumformungselementen anhand der Zeichnungsfiguren näher beschrieben.
  • Fig. 1 zeigt schematisch eine Parallelschaltung von zwei Spannungsumformungselementen in einer Umsetzschaltung für das Umsetzen einer Zugsammelschienenspannung in eine Zwischenkreisspannung;
  • Fig. 2 zeigt schematisch eine Reihenschaltung von zwei Spannungsumformungselementen in einer Umsetzschaltung für das Umsetzen einer Zugsammelschienenspannung in eine Zwischenkreisspannung;
  • Fig. 3 zeigt schematisch eine Schaltungsanordnung, bei der mit Hilfe von Schaltern zwei Spannungsumformungselemente in einer Umsetzschaltung für das Umsetzen einer Zugsammelschienenspannung in eine Zwischenkreisspannung sowohl in einer Parallelschaltung als auch in einer Reihenschaltung angeordnet werden können;
  • Fig. 4 zeigt eine Anordnung der Klemmen und ihre wechselseitige Verbindung in Form einer Reihe;
  • Fig. 5 zeigt eine Anordnung der Klemmen und ihre wechselseitige Verbindung in Form eines Rechtecks; und
  • Fig. 6 zeigt eine Anordnung der Klemmen und ihre wechselseitige Verbindung in Form eines Dreiecks.
  • Fig. 1 zeigt schematisch eine Umsetzschaltung für das Umsetzen einer Zugsammelschienenspannung US in eine Zwischenkreisspannung UZ. Zur Umsetzung sind dabei zwei Spannungsumformungselemente, beispielsweise Hochspannungsumrichter, 10 und 12 vorgesehen. Außerdem weist die Schaltung sechs mit leeren Kreisen bezeichnete Klemmen 1, 2, 3, 4, 5 und 6 auf. Die Klemmen 1 und 2 sind dabei mit der Zugsammelschienenspannung über gegebenenfalls erforderliche hier für die Erfindung aber weiter nicht interessierende Eingangselemente, wie Sicherungen oder Widerstände, verbunden. Die Klemmen 3 und 4 sind mit dem Eingang des ersten Spannungsumformungselements 10 verbunden, und die Klemmen 5 und 6 sind mit dem Eingang des zweiten Spannungsumformungselements 12 verbunden. Die Ausgänge der Spannungsumformungselemente 10 und 12 sind mit zwei Ausgangsleitungen parallel mit den Klemmen verbunden, an denen die abgreifbare Zwischenkreisspannung UZ liegt. Die Fig. 1 zeigt eine Parallelschaltung der Spannungsumformungselemente.
  • Die in Fig. 2 gezeigte Schaltung entspricht der Schaltung aus Fig. 1, nur sind hier die beiden Spannungsumformungselemente 10 und 12 in Form einer Reihenschaltung angeordnet.
  • Die in Fig. 3 gezeigte Schaltung stellt eine Kombination der in der Fig. 1 und der Fig. 2 gezeigten Schaltung dar. In dieser Schaltung können die beiden Spannungsumformungselemente 10 und 12 einmal in einer Parallelschaltung und das andere Mal in einer Reihenschaltung angeordnet werden. Dazu sind fünf Schalter K11, K12, K13, K14, K15, bei denen es sich beispielsweise um Schütze handeln kann, vorgesehen. Wenn die Schalter K11, K12, K13 und K14 geschlossen sind, so liegt eine Parallelschaltung der Spannungsumformungselemente 10 und 12 vor, und wenn die Schalter K12, K13 und K15 geschlossen sind, so liegt eine Reihenschaltung der Spannungsumformungselemente vor.
  • Die Fig. 4 zeigt eine Anordnung der Klemmen 1, 2, 3, 4, 5 und 6 in Form einer Reihe. Wie man gut erkennen kann, weisen die Klemmen in vorteilhafter Weise alle den gleichen Abstand a zueinander auf. In der obersten Reihe sind alle Klemmen ohne eine Verbindung dargestellt. Dies soll den Fall darstellen, dass Schalter zwischen den Klemmen vorgesehen werden, wie dies in der Fig. 3 gezeigt ist, so dass die Klemmen durch das Schließen der Schalter in verschiedener Weise miteinander verbunden werden können. Die mittlere Reihe stellt die Verbindung der Klemmen 3 und 1, der Klemmen 5 und 4 und der Klemmen 2 und 6 mit jeweils einem Brückenelement 14 dar. Durch eine solche Verbindung der Klemmen wird eine Reihenschaltung der Spannungsumformungselemente 10 und 12 erzielt, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist. Die untere Reihe stellt die Verbindung der Klemmen 3 und 1, 1 und 5 und der Klemmen 4 und 2, 2 und 6 mit jeweils einem Brückenelement 14 dar. Durch eine solche Verbindung der Klemmen wird eine Parallelschaltung der Spannungsumformungselemente 10 und 12, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist, geliefert.
  • Die Fig. 5 zeigt eine Anordnung der Klemmen 1, 2, 3, 4, 5 und 6 in Form eines Rechtecks. Wie man gut erkennen kann, weisen die Klemmen auch hier in vorteilhafter Weise alle den gleichen Abstand a zueinander auf. Die Klemmen 1, 3, 4 und 5 sind somit ebenso wie die Klemmen 2, 4 5 und 6 in Form eines Quadrats angeordnet. Beim obersten Rechteck sind alle Klemmen ohne eine Verbindung dargestellt. Dies soll wieder den Fall darstellen, dass Schalter zwischen den Klemmen vorgesehen werden, wie dies in der Fig. 3 gezeigt ist, so dass die Klemmen durch das Schließen der Schalter in verschiedener Weise miteinander verbunden werden können. Beim linken unteren Rechteck ist die Verbindung der Klemmen 3 und 1, der Klemmen 5 und 4 und der Klemmen 2 und 6 mit jeweils einem Brückenelement 14 dargestellt. Durch eine solche Verbindung der Klemmen wird eine Reihenschaltung der Spannungsumformungselemente 10 und 12 erzielt, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist. Beim rechten unteren Rechteck ist die Verbindung der Klemmen 3 und 1, 1 und 5 und der Klemmen 4 und 2, 2 und 6 mit jeweils einem Brückenelement 14 dargestellt. Durch eine solche Verbindung der Klemmen wird eine Parallelschaltung der Spannungsumformungselemente 10 und 12, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist, erreicht.
  • Die Fig. 6 zeigt eine Anordnung der Klemmen 1, 2, 3, 4, 5 und 6 in Form eines (oben offenen) Dreiecks. Wie man gut erkennen kann, weisen die Klemmen auch hier in vorteilhafte r Weise alle den gleichen Abstand a zueinander auf. Die Klemmen 1, 3 und 5 sind dabei ebenso wie die Klemmen 2, 4 und 6 in Form eines gleichseitigen Dreiecks angeordnet. Beim obersten Dreieck sind alle Klemmen ohne eine Verbindung dargestellt. Dies soll wieder den Fall darstellen, dass Schalter zwischen den Klemmen vorgesehen werden, wie dies in der Fig. 3 gezeigt ist, so dass die Klemmen durch das Schließen der Schalter in verschiedener Weise miteinander verbunden werden können. Beim linken unteren Dreieck ist die Verbindung der Klemmen 3 und 1, der Klemmen 5 und 4 und der Klemmen 2 und 6 mit jeweils einem Brückenelement 14 dargestellt. Durch eine solche Verbindung der Klemmen wird eine Reihenschaltung der Spannungsumformungselemente 10 und 12 erzielt, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist. Beim rechten unteren Dreieck ist die Verbindung der Klemmen 3 und 1, 1 und 5 und der Klemmen 4 und 2, 2 und 6 mit jeweils einem Brückenelement 14 dargestellt. Durch eine solche Verbindung der Klemmen wird eine Parallelschaltung der Spannungsumformungselemente 10 und 12, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist, erreicht.
  • Denkbar ist auch eine, hier nicht dargestellte, parallelogrammartige Anordnung der Klemmen. Die gewählte Anordnung der Klemmen wird von den konkreten Platz- und Anschlussbedingungen abhängen. Bezugszeichenliste a Abstand zwischen Klemmen
    1, 2, 3, 4, 5, 6 Klemmen
    10 erstes Spannungsumformungselement (Schaltungskomponente)
    12 zweites Spannungsumformungselement (Schaltungskomponente)
    14 Brückenelement
    K11, K12, K13, K14, K15 Schalter
    US Sammelschienenspannung (Eingangsspannung)
    UZ Zwischenkreisepannung (Ausgangsspannung)

Claims (13)

1. Aufbau zum veränderbaren Anlegen einer Eingangsspannung (US) an eine Schaltung, die aus mindestens zwei Schaltungskomponenten (10, 12) besteht, die jeweils zwei Eingangsanschlüsse aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufbau zwei Klemmen (1, 2) für die Eingangsspannung (US) und jeweils zwei Klemmen (3, 4 und 5, 6) für die Eingangsanschlüsse der mindestens zwei Schaltungskomponenten (10, 12) aufweist, und dass zum veränderbaren Anlegen der Eingangsspannung (US) jeweils zwei Klemmen mit Brückenelementen (14) in gewünschter Weise miteinander verbunden werden.
2. Aufbau nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmen (1, 2, 3, 4, 5, 6) untereinander alle den gleichen Abstand (a) aufweisen.
3. Aufbau nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmen (1, 2, 3, 4, 5, 6) in einer Reihe angeordnet sind.
4. Aufbau nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmen (1, 2, 3, 4, 5, 6) in Form eines Rechtecks angeordnet sind.
5. Aufbau nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmen (1, 2, 3, 4, 5, 6) in Form eines Parallelogramms angeordnet sind.
6. Aufbau nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmen (1, 2, 3, 4, 5, 6) in Form eines Dreiecks angeordnet sind.
7. Aufbau nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Brückung von jeweils zwei Klemmen mit einem Brückenelement (14) einmal eine Verbindung der mindestens zwei Schaltungskomponenten (10, 12) mit der Eingangsspannung (US) in Form einer Reihenschaltung und das andere mal eine Verbindung der beiden Schaltungskomponenten (10, 12) mit der Eingangsspannung (US) in Form einer Parallelschaltung erfolgt.
8. Aufbau nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Brückenelementen (14) um steckbare oder verschraubbare Drahtbrücken handelt.
9. Aufbau nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Brückenelementen um steckbare oder verschraubbare massive Laschen (14) handelt.
10. Aufbau nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Brückenelementen (14) um schaltbare Elemente (K11, K12, K13, K14, K15), insbesondere Schütze, handelt.
11. Aufbau nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Schaltungskomponenten um Spannungsumformungselemente (10, 12) handelt.
12. Aufbau nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Spannungsumformungselementen (10, 12) um Hochspannungsumrichter handelt.
13. Aufbau nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Schaltung um eine Schaltung in Zügen zur Umformung unterschiedlicher Zugsammelschienenspannungen (US) in eine Zwischenkreisspannung (UZ), die gegebenenfalls nach weiterer Umformung zur Versorgung verschiedener Einrichtungen eines Bordnetzes dient, handelt.
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