DE19833551A1 - Stromversorgungseinrichtung für eine Last - Google Patents
Stromversorgungseinrichtung für eine LastInfo
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Abstract
Stromversorgungseinrichtung für eine Last (8), mit einer Umrichtereinheit (2), mit der elektrische Energie aus einem Gleichspannungsnetz in die Last (8) einspeisbar und aus der Last (8) rückspeisbar ist, DOLLAR A - wobei der Umrichtereinheit (2) ein Stützkondensator (5) vorgeordnet ist, DOLLAR A - wobei dem Stützkondensator (5) eine Reihenschaltung (6) parallelgeschaltet ist, die aus einer öffen- und schließbaren Haltleiter-Schalteinheit (9), einer zumindest öffenbaren Halbleiter-Schalteinheit (10) und einer Kurzschlußeinheit (11) besteht, DOLLAR A - wobei ein Bremswiderstand (12) zumindest der zumindest öffenbaren Halbleiter-Schalteinheit (10) parallelgeschaltet ist, DOLLAR A - wobei die Stromversorgungseinrichtung eine Spannungserfassungseinheit (3) und einen Bremsbefehlsgeber (4) aufweist, DOLLAR A - wobei die Spannungserfassungseinheit (3) mit beiden Halbleiter-Schalteinheiten (9, 10) verbunden ist und beide Halbleiter-Schalteinheiten (9, 10) öffnet, wenn eine am Stützkondensator (5) anstehende Versorgungsspannung (U) eine Grenzspannung (U0) überschreitet, DOLLAR A - wobei der Bremsbefehlsgeber (4) mit der Umrichtereinheit (2) und der öffen- und schließbaren Halbleiter-Schalteinheit (9) verbunden ist, so daß mittels des Bremsbefehlsgebers (4) die öffen- und schließbaren Halbleiter-Schalteinheiten (9) und die Umrichtereinheit (2) derart ansteuerbar sind, daß von der Umrichtereinheit (2) aus der Last (8) rückgespeiste elektrische Energie im Bremswiderstand (12) vernichtet wird.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Stromversorgungsein
richtung für eine Last,
- - mit einer Umrichtereinheit, mit der elektrische Energie aus einem Gleichspannungsnetz in die Last einspeisbar und aus der Last rückspeisbar ist,
- - mit einem der Umrichtereinheit vorgeordneten Stützkondensa tor,
- - mit einer öffen- und schließbaren Halbleiter-Schalteinheit, der ein Bremswiderstand nachgeschaltet ist,
- - mit einer zumindest öffenbaren Halbleiter-Schalteinheit, der eine Kurzschlußeinheit nachgeschaltet ist,
- - mit einer Spannungserfassungseinheit, die mit der zumindest öffenbaren Halbleiter-Schalteinheit verbunden ist und diese öffnet, wenn eine am Stützkondensator anstehende Versor gungsspannung eine Grenzspannung überschreitet, und
- - mit einem Bremsbefehlsgeber, der mit der Umrichtereinheit und der öffen- und schließbaren Halbleiter-Schalteinheit verbunden ist, so daß mittels des Bremsbefehlsgebers die öffen- und schließbare Halbleiter-Schalteinheit und die Um richtereinheit derart ansteuerbar sind, daß von der Umrich tereinheit aus der Last rückgespeiste elektrische Energie im Bremswiderstand vernichtet wird.
Eine derartige Stromversorgungseinrichtung ist allgemein be
kannt. Bei ihr sind die öffen- und schließbare Halbleiter-Schalt
einheit mit dem Bremswiderstand einerseits und die zu
mindest öffenbare Halbleiter-Schalteinheit mit der Kurz
schlußeinheit andererseits als separate, einander parallelge
schaltete Komponenten ausgebildet.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die
Stromversorgungseinrichtung möglichst einfach und kostengün
stig zu gestalten.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Stromversorgungsein
richtung eine Reihenschaltung aufweist, die aus der öffen- und
schließbaren Halbleiter-Schalteinheit, der zumindest öf
fenbaren Halbleiter-Schalteinheit und der Kurzschlußeinheit
besteht, wobei der Bremswiderstand zumindest der zumindest
öffenbaren Halbleiter-Schalteinheit parallelgeschaltet ist.
Denn dadurch ist nur noch eine gemeinsame Komponente erfor
derlich, die sowohl die Kurzschlußeinheit als auch den Brems
widerstand nebst den zugehörigen Halbleiter-Schalteinheiten
umfaßt.
Der Bremswiderstand kann ggf. lediglich der zumindest öffen
baren Halbleiter-Schalteinheit parallelgeschaltet sein. Vor
zugsweise aber ist der Bremswiderstand auch parallel zur
Kurzschlußeinheit angeordnet. Der Bremswiderstandswert liegt
typisch im Bereich zwischen 5Ω und 10Ω.
Die Kurzschlußeinheit kann als Induktivität ausgebildet sein.
Vorzugsweise jedoch ist die Kurzschlußeinheit als Kurzschluß
widerstand mit einem Kurzschlußwiderstandswert ausgebildet,
der kleiner als der Bremswiderstandswert ist. Typisch liegt
er im Bereich zwischen 2Ω und 5Ω.
Wenn die öffen- und schließbare Halbleiter-Schalteinheit min
destens zwei parallelgeschaltete, alternierend betreibbare
öffen- und schließbare Halbleiterventile aufweist, kann die
Reihenschaltung eine höhere Grenzleistung aufnehmen.
Die öffen- und schließbare Halbleiter-Schalteinheit und die
zumindest öffenbare Halbleiter-Schalteinheit sind vorzugswei
se mit Schutzbeschaltungen symmetrisch beschaltet. In diesem
Fall weist jede Schutzbeschaltung einen Beschaltungskondensa
tor mit einer Beschaltungskapazität auf, wobei den Beschal
tungskondensatoren ein beide Beschaltungskondensatoren über
greifender Speicherkondensator mit einer Speicherkapazität
parallelgeschaltet ist. Die Speicherkapazität ist dabei vor
zugsweise mindestens fünfmal, besser zehnmal, so groß wie die
Beschaltungskapazität.
Die zumindest öffenbare Halbleiter-Schalteinheit kann wahl
weise als abschaltbare oder als nichtabschaltbare Halb
leiter-Schalteinheit ausgebildet sein.
Wenn die Stromversorgungseinrichtung aus einem Wechselspan
nungsnetz gespeist wird, ist dem Stützkondensator ein Gleich
richter vorgeordnet.
Die Stromversorgungseinrichtung ist vorzugsweise als Trakti
onsumrichter ausgebildet.
Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nach
folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbin
dung mit den Figuren. Dabei zeigen in Prinzipdarstellung:
Fig. 1 eine Stromversorgungseinrichtung,
Fig. 2 eine Reihenschaltung und
Fig. 3 eine Reihenschaltung mit Schutzbeschaltung.
Gemäß Fig. 1 ist die Stromversorgungseinrichtung als Zwi
schenkreisumrichter ausgebildet. Der Zwischenkreisumrichter
besteht aus einem eingangsseitigen Gleichrichter 1 und einer
ausgangsseitigen Umrichtereinheit 2. Zwischen dem Gleichrich
ter 1 und der Umrichtereinheit 2 ist ein Stützkondensator 5
angeordnet. Dem Stützkondensator 5 ist eine Reihenschaltung 6
parallelgeschaltet.
Der eingangsseitige Gleichrichter 1 wird aus einem Netz 7 ge
speist, das als Wechselspannungsnetz ausgebildet ist. Der
Zwischenkreis zwischen Gleichrichter 1 und Umrichtereinheit 2
stellt also ein Gleichspannungsnetz dar. Wenn das Netz 7
selbst als Gleichspannungsnetz ausgebildet wäre, könnte der
Gleichrichter 1 aber auch entfallen.
Im Normalbetrieb speist die Umrichtereinheit 2 eine ange
schlossene Last 8 aus dem (Gleichspannungs-)Zwischenkreis mit
elektrischer Energie. Die Umrichtereinheit 2 ist aber als
rückspeisefähige Umrichtereinheit 2 ausgebildet. Sie kann al
so ggf. auch elektrische Energie aus der Last 8 rückspeisen.
Die Reihenschaltung 6 besteht gemäß Fig. 2 aus einer öffen- und
schließbaren Halbleiter-Schalteinheit 9, einer zumindest
öffenbaren Halbleiter-Schalteinheit 10 und einer Kurzschluß
einheit 11. Der zumindest öffenbaren Halbleiter-Schalteinheit
10 ist ein Bremswiderstand 12 parallelgeschaltet. Gemäß Fig. 2
ist der Bremswiderstand 12 auch parallel zur Kurzschlußein
heit 11 angeordnet. Der Bremswiderstand 12 könnte aber auch,
wie in Fig. 2 gestrichelt angedeutet, nur der zumindest öf
fenbaren Halbleiter-Schalteinheit 10 parallelgeschaltet sein.
Die Kurzschlußeinheit 11 kann beispielsweise als Induktivität
ausgebildet sein. Gemäß Ausführungsbeispiel aber ist die
Kurzschlußeinheit 11 als Kurzschlußwiderstand 11 ausgebildet.
Der Bremswiderstand 12 hat einen Bremswiderstandswert zwi
schen 5Ω und 10Ω. Er liegt beispielsweise bei 7Ω. Der Kurz
schlußwiderstand 11 hat einen Kurzschlußwiderstandswert zwi
schen 2Ω und 5Ω. Er liegt beispielsweise bei 3Ω. Der Kurz
schlußwiderstandswert ist also kleiner als der Bremswider
standswert.
Gemäß den Fig. 1 und 2 weist der Zwischenkreisumrichter eine
Spannungserfassungseinheit 3 und einen Bremsbefehlsgeber 4
auf.
Die Spannungserfassungseinheit 3 ist mit beiden Halbleiter-Schalt
einheiten 9, 10 verbunden. Mittels der Spannungserfas
sungseinheit 3 wird eine am Stützkondensator 5 anstehende
Versorgungsspannung U überwacht. Wenn die Versorgungsspannung
U - z. B. aufgrund von transienten Störungen im Netz 7 - eine
Grenzspannung U0 überschreitet, öffnet die Spannungserfas
sungseinheit 3 beide Halbleiter-Schalteinheiten 9, 10. Hier
durch wird die Versorgungsspannung U schnell auf einen Wert
unterhalb der Grenzspannung U0 abgebaut.
Wenn die zumindest öffenbare Halbleiter-Schalteinheit 10 als
nichtabschaltbare Halbleiter-Schalteinheit 10 ausgebildet
ist, wird nach dem Absinken der Versorgungsspannung U unter
die Grenzspannung U0 die öffen- und schließbare Halbleiter
schalteinheit 9 von der Spannungserfassungseinheit 3 wieder
geschlossen. Die - dann nichtabschaltbare - Halbleiter-Schalt
einheit 10 schließt sich in diesen Fall nach dem
Schließen der öffen- und schließbaren Halbleiter-Schaltein
heit 9 von selbst.
Wenn hingegen die zumindest öffenbare Halbleiter-Schaltein
heit 10 als auch abschaltbare Halbleiter-Schalteinheit 10
ausgebildet ist, wird zumindest die - dann auch abschaltbare - Halb
leiter-Schalteinheit 10 von der Spannungserfassungsein
heit 3 wieder geschlossen. Ob gleichzeitig auch die öffen- und
schließbare Halbleiter-Schalteinheit 9 von der Spannungs
erfassungseinheit 3 wieder geschlossen wird, ist vom Aus
gangssignal des Bremsbefehlsgebers 4 abhängig.
Über den Bremsbefehlsgeber 4 ist von außen ein Bremsbefehl
für die Last 8 vorgebbar. Der Bremsbefehlsgeber 4 kann ver
schiedene Bremsmaßnahmen auslösen. Beispielsweise kann er ei
ne mechanische Bremse und/oder eine Wirbelstrombremse auslö
sen. Gemäß Ausführungsbeispiel aber ist der Bremsbefehlsgeber
4 mit der Umrichtereinheit 2 und der öffen- und schließbaren
Halbleiter-Schalteinheit 9 verbunden. Die Umrichtereinheit 2
ist vom Bremsbefehlsgeber 4 derart ansteuerbar, daß elektri
sche Energie aus der Last 8 rückgespeist wird. Gleichzeitig
steuert der Bremsbefehlsgeber 4 die öffen- und schließbare
Halbleiter-Schalteinheit 9 derart an, daß die rückgespeiste
elektrische Energie durch den Bremswiderstand 12 fließt, in
diesem also vernichtet wird. Die zumindest öffenbare Halblei
ter-Schalteinheit 10 wird von dem Bremsbefehlsgeber 4 nicht
angesteuert.
Gemäß Fig. 3 weist die öffen- und schließbare Halbleiter-Schalt
einheit 9 zwei parallelgeschaltete Halbleiterventile
13, 14 auf. Eine Freilaufdiode 13' ist ihnen parallel gegen
geschaltet. Die Halbleiterventile 13, 14 sind als öffen- und
schließbare Halbleiterventile 13, 14, also z. B. als GTO-Thy
ristoren oder als IGB-Transistoren, ausgebildet. Die Halblei
terventile 13, 14 sind alternierend betreibbar. Hierdurch
kann die Reihenschaltung 6 eine höhere Grenzleistung aufneh
men. Die zumindest öffenbare Halbleiter-Schalteinheit 10
weist ein - gemäß Ausführungsbeispiel nichtabschaltbares - Halb
leiterventil 10', z. B. einen Thyristor, auf. Auch ihm ist
eine Freilaufdiode 10'' parallel gegengeschaltet.
Gemäß Fig. 3 sind sowohl die öffen- und schließbare Halblei
ter-Schalteinheit 9 als auch die zumindest öffenbare Halblei
ter-Schalteinheit 10 mit Schutzbeschaltungen 15 beschaltet.
Die Schutzbeschaltungen 15 können als symmetrische, asymme
trische oder als RCD-Schutzbeschaltungen ausgebildet sein.
Gemäß Fig. 3 sind die Schutzbeschaltungen 15 symmetrisch zu
einander. Durch die Schutzbeschaltungen 15 werden Stromände
rungen begrenzt. Jede Schutzbeschaltung 15 weist einen Be
schaltungskondensator 16 auf. Diese begrenzen Spannungsände
rungen. Den Beschaltungskondensatoren 16 ist ein Speicherkon
densator 17 parallelgeschaltet, der beide Beschaltungskonden
satoren 16 übergreift. Die Beschaltungskondensatoren 16 wei
sen eine Beschaltungskapazität auf. Der Speicherkondensator
17 weist eine Speicherkapazität auf. Die Speicherkapazität
ist typischerweise ca. zehnmal so groß wie die Beschaltungs
kapazität, mindestens aber fünfmal so groß.
Der erfindungsgemäße Zwischenkreisumrichter ist prinzipiell
universell einsetzbar. Vorzugsweise aber wird er als Trakti
onsumrichter, z. B. in Lokomotiven und anderen schienengebun
denen Fahrzeugen, eingesetzt.
Claims (12)
1. Stromversorgungseinrichtung für eine Last (8), mit einer
Umrichtereinheit (2), mit der elektrische Energie aus ei
nem Gleichspannungsnetz in die Last (8) einspeisbar und
aus der Last (8) rückspeisbar ist,
- - wobei der Umrichtereinheit (2) ein Stützkondensator (5) vorgeordnet ist,
- - wobei dem Stützkondensator (5) eine Reihenschaltung (6) parallelgeschaltet ist, die aus einer öffen- und schließbaren Halbleiter-Schalteinheit (9), einer zumin dest öffenbaren Halbleiter-Schalteinheit (10) und einer Kurzschlußeinheit (11) besteht,
- - wobei ein Bremswiderstand (12) zumindest der zumindest öffenbaren Halbleiter-Schalteinheit (10) parallelge schaltet ist,
- - wobei die Stromversorgungseinrichtung eine Spannungser fassungseinheit (3) und einen Bremsbefehlsgeber (4) aufweist,
- - wobei die Spannungserfassungseinheit (3) mit beiden Halbleiter-Schalteinheiten (9, 10) verbunden ist und beide Halbleiter-Schalteinheiten (9, 10) öffnet, wenn eine am Stützkondensator (5) anstehende Versorgungs spannung (U) eine Grenzspannung (U0) überschreitet,
- - wobei der Bremsbefehlsgeber (4) mit der Umrichterein heit (2) und der öffen- und schließbaren Halbleiter-Schalt einheit (9) verbunden ist, so daß mittels des Bremsbefehlsgebers (4) die öffen- und schließbare Halb leiter-Schalteinheit (9) und die Umrichtereinheit (2) derart ansteuerbar sind, daß von der Umrichtereinheit (2) aus der Last (8) rückgespeiste elektrische Energie im Bremswiderstand (12) vernichtet wird.
2. Stromversorgungseinrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Bremswiderstand (12) auch parallel zur Kurz
schlußeinheit (11) angeordnet ist.
3. Stromversorgungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Bremswiderstandswert zwischen 5Ω und 10Ω be
trägt.
4. Stromversorgungseinrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Kurzschlußeinheit (11) als Kurzschlußwiderstand
(11) mit einem Kurzschlußwiderstandswert ausgebildet ist
und daß der Kurzschlußwiderstandswert kleiner als der
Bremswiderstandswert ist.
5. Stromversorgungseinrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Kurzschlußwiderstandswert zwischen 2Ω und 5Ω be
trägt.
6. Stromversorgungseinrichtung nach einem der obigen Ansprü
che,
dadurch gekennzeichnet,
daß die öffen- und schließbare Halbleiter-Schalteinheit
(9) mindestens zwei parallelgeschaltete, alternierend be
treibbare öffen- und schließbare Halbleiterventile
(13, 14) aufweist.
7. Stromversorgungseinrichtung nach einem der obigen Ansprü
che,
dadurch gekennzeichnet,
daß die öffen- und schließbare Halbleiter-Schalteinheit
(9) und die zumindest öffenbare Halbleiter-Schalteinheit
(10) mit Schutzbeschaltungen (15) symmetrisch beschaltet
sind, daß jede Schutzbeschaltung (15) einen Beschaltungs
kondensator (16) mit einer Beschaltungskapazität aufweist
und daß den Beschaltungskondensatoren (16) ein beide Be
schaltungskondensatoren (16) übergreifender Speicherkon
densator (17) mit einer Speicherkapazität parallelge
schaltet ist.
8. Stromversorgungseinrichtung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Speicherkapazität mindestens fünfmal so groß ist
wie die Beschaltungskapazität.
9. Stromversorgungseinrichtung nach einem der obigen Ansprü
che,
dadurch gekennzeichnet,
daß die zumindest öffenbare Halbleiter-Schalteinheit (10)
als auch abschaltbare Halbleiter-Schalteinheit ausgebil
det ist.
10. Stromversorgungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1
bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß die zumindest öffenbare Halbleiter-Schalteinheit (10)
als nichtabschaltbare Halbleiter-Schalteinheit (10) aus
gebildet ist.
11. Stromversorgungseinrichtung nach einem der obigen Ansprü
che,
dadurch gekennzeichnet,
dem Stützkondensator (5) ein Gleichrichter (1) vorgeord
net ist.
12. Stromversorgungseinrichtung nach einem der obigen Ansprü
che,
dadurch gekennzeichnet,
daß sie als Traktionsumrichter ausgebildet ist.
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