DE19908495B4

DE19908495B4 - From an AC contact wire supplied, transformerless feed circuit for an alternator of a railway vehicle

Info

Publication number: DE19908495B4
Application number: DE1999108495
Authority: DE
Inventors: Mark Dr.-Ing. Bakran; Johannes Dr.-Ing. Teigelkötter
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1999-02-26
Filing date: 1999-02-26
Publication date: 2005-05-12
Anticipated expiration: 2019-02-27
Also published as: EP1154910A1; WO2000051839A1; DE19908495A1

Abstract

Von einem AC-Fahrdraht versorgte, transformatorlose Einspeiseschaltung für eine Wechselstrommaschine eines Bahnfahrzeuges, bei der netzseitig mehrere Stromrichter (1, 2, 3) angeordnet sind, die jeweils einen netzseitigen Vierquadrantensteller (11, 21, 31), einen dazu parallel geschalteten Zwischenkreiskondensator (12, 22, 32) und einen motorseitigen Vierquadrantensteller (13, 23, 33) aufweisen, wobei die netzseitigen Vierquadrantensteller (11, 21, 31) elektrisch in Reihe schaltbar sind, und wobei jeweils direkt an den Ausgangsanschlüssen (P1, P2) eines motorseitigen Vierquadrantenstellers (13, 23, 33) eine Motorwicklung (16, 26, 36) der Wechselstrommaschine angeschlossen ist.From an AC contact wire supplied, transformerless feed circuit for one Alternator of a railway vehicle, at the network side several Power converters (1, 2, 3) are arranged, each having a mains side Four-quadrant (11, 21, 31), one parallel connected DC link capacitor (12, 22, 32) and a motor-side Vierquadrantensteller (13, 23, 33), wherein the network-side Vierquadrantensteller (11, 21, 31) are electrically connected in series, and wherein in each case directly at the output connections (P1, P2) of a motor-side four-quadrant actuator (13, 23, 33) a Motor winding (16, 26, 36) of the alternator connected is.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine von einem AC-Fahrdraht versorgte, transformatorlose Einspeiseschaltung für eine Wechselstrommaschine eines Bahnfahrzeuges.The The present invention relates to an AC contact wire supplied, transformerless feed circuit for an alternator a railway vehicle.

Aus der Veröffentlichung "Auslegung und elektrischer Leistungsteil der Lokomotive Baureihe 101 der Deutschen Bahn", von Ludwig Still und Walter Hammer, abgedruckt in der Zeitschrift "eb-Elektrische Bahnen", Band 94 (1996), Heft 8/9, Seiten 235 bis 247 ist eine transformatorbehaftete Einspeiseschaltung für ein Bahnfahrzeug bekannt, bei denen die Energie vom Fahrdraht einphasig mit 15 kV, 16 2/3 Hz bzw. 25 kV, 50 Hz entnommen und über den Weg-Stromabnehmer und Hauptschalter dem Haupttransformator zugeführt wird. Zur Gewährleistung eines autarken Betriebes jedes Drehgestelles des Bahnfahrzeuges besitzt der Haupttransformator niederspannungsseitig vier weitgehend entkoppelte Traktionswicklungen. Die sich daran anschließenden Vierquadrantensteller als Netzsteller sorgen dafür, daß fast ausschließlich Wirkleistung aus dem Netz entnommen und auch elektrische Bremsenergie als reine Wirkleistung in das Netz zurückgespeist werden kann. Kondensatoren sorgen für eine ausreichende Glättung der Zwischenkreis-Gleichspannung.Out the publication "Design and Electrical Power section of the locomotive class 101 of the Deutsche Bahn ", by Ludwig Still and Walter Hammer, reprinted in the journal "eb-Elektro Bahnen", Vol. 94 (1996), Issue 8/9, pages 235 to 247 is a transformer-powered feed circuit for a Railway vehicle known in which the energy from the contact wire single phase taken at 15 kV, 16 2/3 Hz or 25 kV, 50 Hz and over the way pantograph and main switch is supplied to the main transformer. To guarantee a self-sufficient operation of each bogie of the railway vehicle the main transformer has low voltage side four largely decoupled traction windings. The adjoining four-quadrant plates as network controllers ensure that almost exclusively active power taken from the grid and also electrical braking energy as pure Active power fed back into the grid can be. Capacitors ensure a sufficient smoothing of the DC link voltage.

Aus der Veröffentlichung "Lokomotiven Baureihe Re465 der BLS Lötschbergbahn" von Peter Gerber, abgedruckt in der Zeitschrift "eb-Elektrische Bahnen", Band 93 (1995), Heft 12, Seiten 386 bis 396, ist ebenfalls eine transformatorbehaftete Einspeiseschaltung für ein Bahnfahrzeug bekannt. Diese transformatorbehaftete Einspeiseschaltung weist einen Transformator auf, der auf seiner Sekundärseite sechs Traktionswicklungen aufweist. Jeweils drei davon sind für einen Stromrichter bzw. ein Drehgestell vorgesehen. Außerdem weist dieser Transformator auf der Sekundärseite eine Wicklung für einen Bordnetzumrichter, für die Hilfsbetriebe und für die Zugsammelschiene auf.Out the publication "Locomotives series Re465 of the BLS Lötschbergbahn "by Peter Gerber, printed in the magazine "eb-electric trains", Volume 93 (1995), Issue 12, pages 386 to 396, is also a transformer-afflicted Feed-in circuit for a railway vehicle known. This transformer-powered feed circuit has a transformer that has six on its secondary side Traction windings has. Three of each are for one Power converter or a bogie provided. In addition, this transformer has on the secondary side a winding for an on-board converter, for the auxiliary and for the train busbar on.

Jeder Stromrichter besteht aus Netzstromrichter, Gleichspannungszwischenkreis mit Saugkreis und Antriebsstromrichter. Diese dargestellte Stromrichteranlage ist als einpulsige Zweipunktschaltung ausgelegt. Einpulsig heißt eine Schaltung dann, wenn ihr Antriebsstromrichter pro Motorphase nur einen Zweigpaar-Ventilsatz als elektronischen Schalter aufweist. Jeweils ein Ausgang der einpulsigen Zweipunktschaltung des Antriebsstromrichters ist mit einer Anschlussklemme einer Motorwicklung der Fahrmotoren eines Drehgestells verbunden. Da pro Drehgestell zwei Drehstrommotoren verwendet werden, weist der Antriebsstromrichter sechs einpulsige Zeipunktschaltungen auf. Auch der Netzstromrichter pro Drehgestell ist ebenfalls als einpulsige Schaltung ausgeführt, so dass auch dieser sechs einpulsige Zweipunktschaltungen aufweist. Durch die Verwendung von einpulsigen Zweipunktschaltungen beim Netzstromrichter und Antriebsstromrichter weist die Stromrichteranlage dieser Lokomotive baugleiche Ventilsätze auf.Everyone Power converter consists of mains converter, DC intermediate circuit with absorption circuit and drive converter. This illustrated converter system is designed as a one-pulse two-point circuit. One-pulse is called one Circuit then, if your drive converter per motor phase only a branch pair valve set as an electronic switch. Each one output of the one-pulse two-point circuit of the drive converter is with a connection terminal of a motor winding of the traction motors of a Bogie connected. Since per bogie two three-phase motors used, the drive converter has six single-pulse Zeipunktschaltungen on. Also the power converter per bogie is also designed as a single-pulse circuit, so that too this six having one-pulse two-point circuits. By the use of one-pulse two-point circuits in the mains converter and drive converter the power converter system of this locomotive has identical valve sets.

Ein Problem der transformatorbehafteten Einspeisung besteht dabei darin, daß neben Gewichts- und Volumenbeschränkungen hohe Transformatorkosten anfallen und daß der Transformator zudem eine große Kühlanlage mit Wärmetauschern zur Umgebungsluft erfordert.One Problem with the transformer-powered feed-in is that that beside Weight and volume restrictions high transformer costs incurred and that the transformer also a size refrigeration Equipment with heat exchangers to the ambient air required.

Aus der EP 0 670 236 A1 geht eine Energieversorgungseinrichtung für Reisezugwagen hervor, die eingangsseitig mehrere elektrisch in Reihe geschaltete Vierquadrantensteller aufweist, denen jeweils ausgangsseitig eine Zwischenkreis-Kondensatorbatterie nachgeschaltet ist. Jede Zwischenkreis-Kondensatorbatterie versorgt einen Wechselrichter, der ausgangsseitig mit einer Primärwicklung eines Mittelfrequenz-Transformators verbunden ist. Jede Sekundärwicklung dieses Mittel frequenz-Transformators ist mit einem Gleichrichter verbunden. An den Ausgängen der parallel geschalteten Gleichrichter liegt die Zwischenkreis-Gleichspannung für die Verbraucher an. Bei dieser Einspeiseschaltung wird die hohe Eingangsspannung mittels der in Reihe geschalteten Vierquadrantensteller in mehrere Teilwechselspannungen unterteilt, die anschließend gleichgerichtet und in eine Wechselspannung mittlerer Frequenz, beispielsweise mehrere kHz, gewandelt werden. Mittels der Transformatoren werden die Wechselspannungen mittlerer Frequenz jeweils potentialgetrennt und anschließend in die bereits genannte Zwischenkreis-Gleichspannung umgewandelt. Es ist erkennbar, daß auch diese Energieversorgungseinrichtung für Reisezugwagen relativ aufwendig ist.From the EP 0 670 236 A1 is an energy supply device for passenger cars out, the input side has a plurality of four-quadrant switches electrically connected in series, each of which an intermediate circuit capacitor battery downstream of the output side. Each DC link capacitor bank supplies an inverter whose output is connected to a primary winding of a medium frequency transformer. Each secondary winding of this medium-frequency transformer is connected to a rectifier. At the outputs of the rectifiers connected in parallel, the DC link DC voltage is applied to the loads. In this feed circuit, the high input voltage is divided by the series-connected four-quadrant controller into several partial AC voltages, which are then rectified and converted into an AC voltage medium frequency, for example several kHz. By means of the transformers, the AC voltages of medium frequency are each electrically isolated and then converted into the already mentioned DC link DC voltage. It can be seen that this power supply device for passenger coaches is relatively expensive.

Aus der EP 0 879 732 A1 ist eine transformatorlose Einspeiseschaltung für ein Wechselstromfahrzeug bekannt. Diese transformatorlose Einspeiseschaltung weist eingangsseitig zwei Zweipolschaltungen und ausgangsseitig einen selbstgeführten Stromrichter mit eingeprägter Spannung auf, wobei eine Zweipolschaltung bezüglich der Netzgrundschwingung kapazitives und die andere Zweipolschaltung induktives Verhalten hat. Diese beiden Zweipolschaltungen sind eingangsseitig miteinander elektrisch leitend und ausgangsseitig jeweils mit einem Wechselstrom-Anschluss des selbstgeführten Stromrichters verknüpft sind. Der selbstgeführte Stromrichter weist zwei Phasenmodule und zwei elektrisch in Reihe geschaltete Kondensatoren mit geerdeten Verbindungspunkt auf. Die transformatorlose Einspeiseschaltung erfordert keinen hohen Stromrichteraufwand und keine hohen Kosten und die Isolationsbeanspruchung der Last dieser Einspeiseschaltung wird halbiert.From the EP 0 879 732 A1 a transformerless feed circuit for an AC vehicle is known. This transformerless feed circuit has on the input side two two-pole circuits and on the output side a self-commutated power converter with impressed voltage, wherein a two-pole circuit with respect to the mains fundamental oscillation capacitive and the other two-pole circuit has inductive behavior. These two two-pole circuits are on the input side with each other electrically conductive and the output side are each linked to an AC terminal of the self-commutated power converter. The self-commutated power converter has two phase modules and two capacitors connected in series with a grounded connection point. The transformerless feed circuit does not require a high Converter costs and no high costs and the insulation load of the load of this feed circuit is halved.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, eine vergleichsweise einfache transformatorlose Einspeiseschaltung für Bahnfahrzeuge zu schaffen.The Object of the present invention is therefore a comparatively to create a simple transformerless feed circuit for railway vehicles.

Diese Aufgabe wird durch eine transformatorlose Einspeiseschaltung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.These Task is by a transformerless feed circuit with the features of claim 1.

Der wesentliche Vorteil besteht darin, daß die erfindungsgemäße transformatorlose Einspeiseschaltung besonders einfach aufgebaut ist, weil die Motorwicklungen, beispielsweise einer dreiphasigen Asynchronmaschine oder anderer Maschinen, jeweils direkt an einen netzseitigen Stromrichter mehrerer eingangsseitig in Reihe geschalteter Stromrichter angeschlossen sind. Die Motorstränge befinden sich damit auf verschiedenen Potentialen gegenüber Erde. Ein Transformator entfällt damit völlig und wird nicht nur in der Frequenz erhöht, wie bei bekannten Lösungen.Of the significant advantage is that the transformerless invention Feed circuit is particularly simple, because the motor windings, for example, a three-phase asynchronous machine or other Machines, each directly to a network-side power converter several Connected on the input side in series connected converter are. The motor strands are thus at different potentials compared to earth. A transformer is eliminated completely and is not only increased in frequency as in known solutions.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.advantageous Embodiments of the invention will become apparent from the dependent claims.

Im folgenden werden die Erfindung und deren Ausgestaltungen im Zusammenhang mit den Figuren näher erläutert. Es zeigen:in the The following are the invention and its embodiments related closer with the figures explained. Show it:

1 das Schaltbild einer transformatorlosen Einspeiseschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung zum Antrieb einer dreiphasigen Asynchronmaschine; 1 the diagram of a transformerless feed circuit according to the present invention for driving a three-phase asynchronous machine;

2 das Schaltbild eines Vierquadrantenstellers mit asymmetrisch sperrenden Leistungshalbleitern; 2 the diagram of a four-quadrant with asymmetrically blocking power semiconductors;

3 einen dreiphasigen Einspeiseblock, bestehend aus drei in Reihe geschalteten Stromrichtern; 3 a three-phase feed block consisting of three series-connected converters;

4 das Schaltbild einer Einspeiseschaltung für vier Fahrmotoren und Hilfsbetriebe; 4 the circuit diagram of a feed circuit for four traction motors and auxiliary drives;

5 das Schaltbild einer Einspeiseschaltung für einen Mehrsystembetrieb zur Anschaltung an einen DC-Fahrdraht und einen AC-Fahrdraht; 5 the diagram of a feed circuit for a multi-system operation for connection to a DC contact wire and an AC contact wire;

6 vergleichsweise Schaltbilder von Einspeiseschaltungen für AC-25 kV und AC-15 kV; 6 comparatively circuit diagrams of supply circuits for AC-25 kV and AC-15 kV;

7 das Schaltbild eines nicht rückspeisefähigen Zweiquadrantenstellers; 7 the circuit diagram of a non-regenerative two-quadrant controller;

8 die Anordnung von Kurzschlußschaltern in einem Vierquadrantensteller, und 8th the arrangement of short-circuit switches in a four-quadrant, and

9 eine Einspeiseschaltung für eine zweiphasige Transversalfluß- oder Reluktanzmaschine. 9 a feed circuit for a two-phase transversal flux or reluctance machine.

Gemäß 1 besteht die vorliegende transformatorlose Einspeiseschaltung aus mehreren Stromrichterschaltungen 1, 2, 3, die jeweils einen netzseitigen Vierquadrantensteller 11, 21, 31 zur Erzeugung einer Zwischenkreisspannung an einem Kondensator 12, 22, 32 einer Zwischenkreisschaltung, der jeweils zu dem Ausgang des netzseitigen Vierquadrantenstellers 11, 21, 31 parallel geschaltet ist, und einen motorseitigen Vierquadrantensteller 13, 23, 33 aufweisen, der jeweils zu dem Kondensator 12, 22 bzw. 33 parallel geschaltet ist.According to 1 The present transformerless feed circuit consists of several power converter circuits 1 . 2 . 3 , each a network-side four-quadrant 11 . 21 . 31 for generating an intermediate circuit voltage on a capacitor 12 . 22 . 32 a DC link circuit, each to the output of the network-side Vierquadrantenstellers 11 . 21 . 31 is connected in parallel, and a motor-side four-quadrant 13 . 23 . 33 each to the capacitor 12 . 22 respectively. 33 is connected in parallel.

Gemäß 2 weist jeder netzsseitige Vierquadrantensteller 11, 21, 31 und jeder motorseitige Vierquadrantensteller 13, 23, 33, die vorzugsweise jeweils rückspeisefähige Vierquadrantensteller mit asymmetrischen Ventilen sind, in an sich bekannter Weise jeweils einen ersten Brückenzweig 14, 24, 34 und einen zweiten Brückenzweig 15, 25, 35 auf, von denen jeder aus zwei in Reihe geschalteten Leistungshalbleiterschaltern besteht, denen jeweils eine Diode antiparallel geschaltet ist. Diese Parallelschaltungen sind in verschiedenenen Figuren der Einfachheit halber durch Kreuze dargestellt.According to 2 every network-side four-quadrant controller has 11 . 21 . 31 and each engine-side four-quadrant actuator 13 . 23 . 33 , which are preferably each regenerative four-quadrant with asymmetric valves, in a conventional manner in each case a first bridge branch 14 . 24 . 34 and a second bridge branch 15 . 25 . 35 each of which consists of two series-connected power semiconductor switches, each having a diode connected in anti-parallel. These parallel circuits are shown in different figures for the sake of simplicity by crosses.

Die Verbindungspunke P1 und P2, an denen die Leistungshalbleiterschalter der Brückenzweige 14, 24, 34 bzw. 15, 25, 35 miteinander verbunden sind, stellen die Eingangsanschlüsse der netzseitigen Vierquadrantensteller 11, 21, 31 bzw. die Ausgangsanschlüsse der motorseitigen Vierquadrantensteller 13, 23, 33 dar. Die Eingangsanschlüsse P1, P2 der netzseitigen Vierquadrantensteller 11, 21, 31 der Stromrichter 1, 2, 3 sind zwischen dem einen AC-Fahrdraht 10 kontaktierenden Stromabnehmer 20 und Masse M in Reihe geschaltet.The connection points P1 and P2, at which the power semiconductor switches of the bridge branches 14 . 24 . 34 respectively. 15 . 25 . 35 connected to each other, make the input terminals of the network-side four-quadrant controller 11 . 21 . 31 or the output terminals of the engine-side four-quadrant actuator 13 . 23 . 33 dar. The input terminals P1, P2 of the network-side Vierquadrantensteller 11 . 21 . 31 the power converter 1 . 2 . 3 are between the one AC contact wire 10 contacting pantograph 20 and mass M connected in series.

Zwischen die Ausgangsanschlüsse P1, P2 der Brückenzweige 14, 15 der motorseitigen Vierquadrantensteller 13, 23, 33 ist jeweils eine Phasenwicklung 16, 26 bzw. 36, beispielsweise einer dreiphasigen Asynchronmaschine, geschaltet. Die motorseitigen Vierquadrantensteller 13, 23, 33 dienen zur Erzeugung einer Wechselspannung mit variabler Frequenz und Spannung an den Phasenwicklungen 16, 26, 36.Between the output terminals P1, P2 of the bridge branches 14 . 15 the engine-side four-quadrant actuator 13 . 23 . 33 is in each case a phase winding 16 . 26 respectively. 36 , For example, a three-phase asynchronous machine switched. The engine-side Vierquadrantensteller 13 . 23 . 33 are used to generate an alternating voltage with variable frequency and voltage at the phase windings 16 . 26 . 36 ,

Die Vierquadrantensteller werden in an sich bekannter Weise im pulsbreitenmodulierten Betrieb verwendet. Als Halbleiterschalter dienen vorzugsweise GTO- oder IGBT-Elemente.The Four-quadrant controllers are pulse-width modulated in a manner known per se Operation used. The semiconductor switches used are preferably GTO or IGBT elements.

Bei Inbetriebnahme der Einspeiseschaltung werden durch Schließen eines nicht dargestellten Hauptschalters alle Zwischenkreise der Stromrichter aufgeladen. Damit ist ein Antakten der Stromrichter möglich. Vorteilhafterweise ist keine spezielle Vorladeeinrichtung für die Zwischenkreise aus der Fahrzeugbatterie erforderlich. Die Vorladung kann wie üblich über einen Vorladewiderstand vom Netz erfolgen.at Commissioning of the feed circuit are by closing a not shown main switch all intermediate circuits of the power converter charged. This is a Antakt the converters possible. Advantageously No special precharging device for the DC link from the Vehicle battery required. The summons can as usual via a Pre-charge made from the grid.

Zur Erzeugung einer Hilfsenergie für z.B. Kühlanlagen, Steuerungen etc. von Bahnfahrzeugen kann die netzseitige Reihenschaltung der Vierquadrantensteller 11, 21, 31 etc. einen netzsseitigen Vierquadrantensteller 111, vorzugseise nahe der Masse M, aufweisen, der Bestandteil eines Stromrichters 100 zur Hilfsenergieerzeugung ist. Der Stromrichter 100 ist entsprechend den Stromrichtern 1, 2, 3 etc. aufgebaut und weist daher zwischen dem netzseitigen Vierquadrantensteller 111 und dem motorseitigen Vierquadrantensteller 113 einen Spannungszwischenkreis mit einem Kondensator 112 auf.To generate an auxiliary power for eg cooling systems, controls, etc. of railway vehicles, the network-side series connection of four-quadrant 11 . 21 . 31 etc. a network-side four-quadrant 111 , preferably close to the mass M, which is part of a power converter 100 for power generation. The power converter 100 is according to the power converters 1 . 2 . 3 etc. constructed and therefore points between the network-side four-quadrant 111 and the engine-side four-quadrant actuator 113 a voltage link with a capacitor 112 on.

Zur Erzeugung einer Gleichspannung kann direkt die am Kondensator 112 liegende Ausgangsspannung über Leitungen 112', 112'' abgegriffen werden.To generate a DC voltage can directly on the capacitor 112 lying output voltage via lines 112 ' . 112 '' be tapped.

Zur Erzeugung einer potentialgetrennten Wechselspannung als Hilfsenergie können die Verbindungspunkte P1, P2 des ausgangsseitigen Vierquadrantenstellers 113 mit einem Transformator 114 verbunden werden, wobei am Ausgang des Transformators 114 die Hilfsspannung anliegt.To generate a potential-separated AC voltage as auxiliary power, the connection points P1, P2 of the output-side four-quadrant controller 113 with a transformer 114 be connected, wherein at the output of the transformer 114 the auxiliary voltage is applied.

Von Bedeutung ist es, daß durch die netzseitige Serienschaltung der Vierquadrantensteller 11, 21, 31 der Stromrichter 1, 2, 3 netzseitig jede beliebige Spannungshöhe erreicht werden kann. Die Anzahl der in Serie geschalteten netzseitigen Vierquadrantensteller 11, 21, 31 kann der Motorenzahl angepaßt werden.It is important that the four-quadrant controller is replaced by the mains-side series connection 11 . 21 . 31 the power converter 1 . 2 . 3 On the mains side any voltage level can be achieved. The number of series-connected four-quadrant controllers 11 . 21 . 31 the number of motors can be adjusted.

Die in Serie geschalteten Stromrichter 1, 2, 3 etc. müssen als Summe aller ihrer Zwischenkreisspannungen mindestens den Spitzenwert der maximal auftretenden Netzspannung darstellen können.The series-connected power converters 1 . 2 . 3 etc. must be able to represent as a sum of all their DC link voltages at least the peak value of the maximum occurring mains voltage.

Gemäß 3 können zur Ansteuerung einer dreiphasigen Asynchronmaschine oder dergleichen drei Stromrichter 1, 2, 3 mit in Reihe geschalteten netzseitigen Vierquadrantenstellern 11, 21, 31 zu einer Einheit bzw. zu einem dreiphasigen Einspeiseblock 30 zusammengefaßt werden. Ein solcher dreiphasiger Einspeiseblock 30 kann dann als Grundeinheit des netzseitigen Stromrichters betrachtet werden. Sollen z.B. vier dreiphasige Asynchronmaschinen A1, A2, A3 und A4 angeschlossen werden, so können netzseitig vier dreiphasige Einspeiseblöcke 30 und gegebenenfalls ein Stromrichter 100 in Serie betrieben werden, wie dies in 4 dargestellt ist.According to 3 can for driving a three-phase asynchronous machine or the like three power converters 1 . 2 . 3 with series-connected four-quadrant controllers 11 . 21 . 31 to a unit or to a three-phase feed-in block 30 be summarized. Such a three-phase feed block 30 can then be considered as a basic unit of the power supply converter. If, for example, four three-phase asynchronous machines A1, A2, A3 and A4 are to be connected, four three-phase feed-in blocks can be provided on the network side 30 and optionally a power converter 100 be operated in series, as in 4 is shown.

Für Transversalfluß- oder Reluktanzmaschinen können die Einspeiseblöcke auch zweiphasig ausgebildet sein.For transversal flow or Reluctance machines can the feed-in blocks also be formed in two phases.

Gemäß 5 ist es denkbar, Stromrichterblöcke 30 und gegebenenfalls einen Stromrichter 100 durch Umgruppieren netzseitig so anzuordnen, daß ihre netzseitigen Vierquadrantensteller beim Schließen von Schaltern S-AC und Öffnen von Schaltern S-DC in Reihe und über einen Stromabnehmer 20 mit einem AC-Fahrdraht 10 verbunden werden. Beim Öffnen der Schalter S-AC und Schließen von Schaltern S-DC werden die in Reihe geschalteten netzseitigen Vierquadrantensteller der Einspeiseblöcke 30 und des Stromrichters 100 jeweils über eine Drossel 40 parallel zu einem DC-Fahrdraht 10' und einen damit verbundenen Stromabnehmer 20' und Masse M geschaltet.According to 5 it is conceivable converter blocks 30 and optionally a power converter 100 by regrouping network side to arrange so that their network-side Vierquadrantensteller when closing switches S-AC and opening of switches S-DC in series and via a current collector 20 with an AC contact wire 10 get connected. When the switches S-AC are opened and switches S-DC are closed, the line-side four-quadrant controllers connected in series become the input blocks 30 and the power converter 100 each with a throttle 40 parallel to a DC contact wire 10 ' and an associated pantograph 20 ' and ground M switched.

Gemäß 6 ist es denkbar, dieselben netzsseitigen Stromrichterblöcke 30 und den Stromrichter 100 wahlweise so zu gruppieren, daß sie dann, wenn sie alle in Reihe geschaltet sind (6 linke Seite) z.B. an eine Netzspannung AC = 25 kV angeschaltet werden. Zur Anschaltung derselben Stromrichterblöcke 30 und des Stromrichters 100 an eine Netzspannung von z.B. AC = 15 kV wird nur ein Teil der Stromrichterblöcke 30 in Serie geschaltet, während der restliche Teil über Drosseln 40 parallel geschaltet wird. Beispielsweise sind gemäß 6, rechte Seite, von oben gesehen der erste und dritte Stromrichterblock 30 und der Stromrichter 100 zwischen AC = 15 kV und Masse M in Reihe geschaltet, während der zweite und vierte Stromrichterblock 30 parallel zum ersten Stromrichterblock 30 bzw. zum dritten Stromrichterblock 30 geschaltet ist.According to 6 it is conceivable, the same network-side converter blocks 30 and the power converter 100 optionally group so that when they are all connected in series ( 6 left side), for example, be connected to a mains voltage AC = 25 kV. To connect the same converter blocks 30 and the power converter 100 to a mains voltage of eg AC = 15 kV, only a part of the converter blocks 30 connected in series, while the remaining part via chokes 40 is switched in parallel. For example, according to 6 , right side, seen from above, the first and third power converter block 30 and the power converter 100 between AC = 15 kV and ground M in series, while the second and fourth power converter block 30 parallel to the first converter block 30 or to the third power converter block 30 is switched.

7 zeigt, daß bei einer nicht rückspeisefähigen Einspeiseschaltung die netzseitigen Quadrantensteller als Zweiquadrantensteller ausgebildet sein können, wobei im Vergleich zur 2 die Leistungshalbleiter eines Brückenzweiges 15 entfallen. 7 shows that in a non-regenerative feed circuit, the network-side quadrant plates can be designed as a two-quadrant controller, wherein in comparison to 2 the power semiconductors of a bridge branch 15 omitted.

Gemäß 8 wird sinnvollerweise eine Spannungsreserve der Einspeiseblöcke 30 in Reihe vorgehalten, so daß z.B. bei n Vierquadrantensteller n-2 Blöcke zur Darstellung der Netzspannung ausreichen. Damit kann dann bei Ausfall und Kurzschluß eines Vierquadrantenstellers die Serienschaltung weiter betrieben werden. Fällt z.B. ein Teil eines dreiphasigen Einspeiseblockes 30 aus, so können die anderen beiden im Blindleistungsbetrieb weiter arbeiten. Der erforderliche Kurzschluß im Vierquadrantensteller im Fehlerfall kommt entweder durch Durchlegieren der Halbleiter zustande (8, linke Seite), oder er wird nach einem Fehlerfall gezielt durch Kurzschließen des jeweiligen Vierquadrantenstellerzwischenkreises mit Kurzschlußschaltern KS erreicht (8, rechte Seite).According to 8th makes sense, a voltage reserve of the feed-in blocks 30 held in series, so that, for example, n-2 blocks suffice to represent the network voltage in the case of n four-quadrant controllers. This can then be operated in case of failure and short circuit of a Vierquadrantenstellers the series connection. For example, falls a part of a three-phase feed block 30 off, the other two can continue working in reactive power mode. The required short circuit in the four-quadrant controller in the event of a fault occurs either by alloying out the semiconductors ( 8th , Left side), or it is achieved by short-circuiting the respective Vierquadrantenstellerzwischenkreises with short-circuit switches KS after a fault ( 8th , right side).

Schließlich zeigt die 9 eine Einspeiseschaltung für eine zweiphasige Transversalfluß- oder Reluktanzmaschine, bei der zur Erregung zweier Wicklungen 16 und 26 zwei Stromrichter 1, 2, gegebenenfalls als einheitlicher Einspeiseblock 30 ausgebildet, verwendet werden, deren netzseitige Vierquadrantensteller 11, 21 in Reihe geschaltet sind.Finally, the shows 9 a feed circuit for a two-phase Transversalfluß- or reluctance machine, in which for energizing two windings 16 and 26 two power converters 1 . 2 , if necessary as a uniform feed-in block 30 trained to be used, the network-side Vierquadrantensteller 11 . 21 are connected in series.

Durch die vorliegende Speiseschaltung sind allgemein gesagt Motoren bzw. Maschinen antreibbar, bei denen die volle Netzspannung gegen Masse isoliert ist. Die einzelnen Phasen ge geneinander verlangen eine geringere Isolation; maximal tritt die Spannung von drei Zwischenkreisen in Reihe auf. Es können, wie beschrieben, mehrphasige Asynchronmaschinen und analog auch Synchronmaschinen gespeist werden.By the present supply circuit are generally speaking engines or Driven machines in which the full line voltage isolated to ground is. The individual phases against each other require a smaller one Isolation; the maximum voltage of three DC-links occurs Row up. It can, as described, multi-phase asynchronous machines and analogously, too Synchronous machines are fed.

Claims

From an AC contact wire supplied, transformerless feed circuit for an alternator of a railway vehicle, in the network side, several power converters ( 1 . 2 . 3 ), each of which has a network-side four-quadrant controller ( 11 . 21 . 31 ), a DC link capacitor connected in parallel thereto ( 12 . 22 . 32 ) and an engine-side four-quadrant actuator ( 13 . 23 . 33 ), wherein the network-side four-quadrant controllers ( 11 . 21 . 31 ) are electrically switchable in series, and wherein in each case directly at the output terminals (P1, P2) of a motor-side Vierquadrantenstellers ( 13 . 23 . 33 ) a motor winding ( 16 . 26 . 36 ) of the alternator is connected.

Transformerless feed circuit according to Claim 1, characterized in that, for driving a three-phase asynchronous machine, the network-side four-quadrant actuators ( 11 . 21 . 31 ) three converters ( 1 . 2 . 3 ) are connected in series.

Transformerless feed circuit according to claim 2, characterized in that the three power converters ( 1 . 2 . 3 ) into a single entity ( 30 ) are summarized.

Transformerless feed circuit according to one of Claims 1 to 3, characterized in that, to drive transverse flux or reluctance machines, two power converters ( 1 . 2 ) are connected in series.

Transformerless feed circuit according to claim 4, characterized in that the two power converters ( 1 . 2 ) into a single entity ( 20 ) are summarized.

Transformerless feed-in circuit according to one of Claims 1 to 5, characterized in that the series connection of the network-side four-quadrant controllers ( 11 . 21 . 31 ) a network-side four-quadrant controller ( 111 ) of an auxiliary converter ( 100 ), to the intermediate circuit of which capacitor ( 112 ) an auxiliary DC operating voltage can be tapped or in which the output terminals (P1, P2) of its motor-side four-quadrant controller ( 113 ) a transformer ( 114 ) is connected, on the outside of an auxiliary AC operating voltage can be tapped.

Transformerless feed circuit according to one of claims 3 to 6, characterized in that switches (S-AC, S-DC) are provided and can be actuated such that when the switches (S-DC) are open and the switches (S-AC) closed, the network-side four-quadrant controllers of several converter blocks ( 30 ) between one with an AC contact wire ( 10 ) associated pantographs ( 20 ) and ground (M) are connected in series, and then, when the switches (S-DC) are closed and the switches (S-AC) are open, the four-quadrant drives connected in series to each power converter ( 30 ) via a throttle ( 40 ) parallel to one with a DC contact wire ( 10 ' ) associated pantographs ( 20 ' ) and ground (M) are connected.

Transformerless feed circuit according to one of Claims 3 to 6, characterized in that for the selective feeding of a plurality of converter blocks ( 30 ) with different AC voltages the power converter blocks ( 30 ) between one with a contact wire ( 10 ) associated pantographs ( 20 ) and mass (M) are grouped so that the network-side Vierquadrantensteller a part ( 1 . 3 . 100 ) of the power converter blocks ( 30 ) are connected in series and the network-side Vierquadrantensteller further converter blocks ( 30 ) to other converter blocks ( 30 ) of the power converter blocks connected in series ( 30 ) of the part of the converter blocks ( 30 ) via a throttle ( 40 ) are connected in parallel.

Transformerless feed circuit according to one of claims 1 to 8, characterized in that the network side more than for presentation the mains voltage required power converters connected in series are so that at Short circuit one Power converter, the series circuit is still operable.

Transformerless feed circuit to a the claims 1 to 9, characterized in that the four-quadrant plates replaced by Zwerquadrantensteller.