DE202015102978U1

DE202015102978U1 - Traktionsumrichter

Info

Publication number: DE202015102978U1
Application number: DE202015102978.0U
Authority: DE
Original assignee: ABB Technology AG
Current assignee: ABB Schweiz AG
Priority date: 2015-06-09
Filing date: 2015-06-09
Publication date: 2015-06-30
Anticipated expiration: 2025-06-10

Abstract

Traktionsumrichter (10, 10‘) zum Befestigen an einem Dach eines Wagons (14), der Traktionsumrichter (10) umfassend:
ein Gehäuse (12) mit einer Basis (72) zum Befestigen an dem Dach, einem Mitteldeckel (74) und zwei Seitendeckeln (76); und
eine Mehrzahl von Umrichtermodulen, (22, 34, 44, 54, 122), die in dem Gehäuse (12) angeordnet sind, wobei die Umrichtermodule Leistungshalbleiter tragen;
wobei die Basis (72) einen Rahmen (78), eine an dem Rahmen (78) befestigte Bodenwand (80) und zwei an dem Rahmen (78) befestigte Stirnwände (82) aufweist;
wobei der Mitteldeckel (74) an dem Rahmen (78) mittels Scharnieren (94) befestigt ist, so dass der Mitteldeckel (74) in eine seitliche Richtung aufklappbar ist;
wobei die beiden Seitendeckel (76) jeweils an dem Rahmen (78) mittels Scharnieren (94) befestigt sind, so dass die Seitendeckel (76) in die seitliche Richtung aufklappbar sind.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft das Gebiet von Traktionsumrichtern. Insbesondere betrifft die Erfindung einen Traktionsumrichter zum Befestigen an einem Dach eines Wagons.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Schienenfahrzeuge, wie etwa Züge, Trambahnen oder Straßenbahnen, die elektrisch betrieben werden, beziehen ihren Antriebsstrom häufig aus einer Oberleitung. Traktionsumrichter, die aus diesem Gleich- oder Wechselstrom aus der Oberleitung einen Wechselstrom zum Versorgen eines oder mehrerer Antriebsmotoren erzeugen, sind häufig an der Oberseite bzw. auf dem Dach eines Wagons des Schienenfahrzeugs angebracht. Derartige Traktionsumrichter können jedoch auch unterhalb des Wagons oder auch innerhalb des Wagons angebracht sein.
Ein derartiger Traktionsumrichter umfasst normalerweise ein Gehäuse aus Stahl oder Aluminium (beispielsweise aus geschweißten oder vernieteten Blechen), in dem die elektrischen Komponenten des Traktionsumrichters aufgenommen sind. Zu diesen Komponenten gehören schwere und dichte Bauteile, wie etwa Induktoren und Schalter, leichtere Bauteile, wie etwa Leistungshalbleiter, die in Modulen angeordnet sein können, Steuerungskomponenten, passive Komponenten und Verbindungskabel. Die Steuerungskomponenten, die Leiterplatten, Niederspannungshalbleiter und Relais umfassen können, sind in der Regel in eigenen Gehäusen untergebracht, um sie vor elektromagnetischen Störungen durch die anderen Komponenten zu schützen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Traktionsumrichter für das Dach eines Wagons bereitzustellen, der einen geringen Luftwiderstand aufweist und dabei leicht wartbar ist.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs gelöst. Weitere Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und aus der folgenden Beschreibung.
Die Erfindung betrifft einen Traktionsumrichter zum Befestigen an einem Dach eines Wagons. Ein Traktionsumrichter kann dabei die Komponenten eines Antriebs eines Schienenfahrzeugs umfassen, die dazu ausgeführt sind, die Gleich- oder Wechselspannung aus einem Versorgungsnetz in eine Wechselspannung für einen oder mehrere Elektromotoren des Schienenfahrzeugs umzuwandeln.
Ein Schienenfahrzeug kann ein Zug, eine Trambahn oder eine Straßenbahn sein. In der Regel umfassen diese Schienenfahrzeuge einen oder mehrere Wagons, die einen eigenen Antrieb aufweisen können. D.h., es ist möglich, dass jeder Wagon einen eigenen Traktionsumrichter besitzt. Es kann aber auch möglich sein, dass der Wagon, auf dessen Dach der Traktionsumrichter befestigt ist, eine Lok ist.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst der Traktionsumrichter ein Gehäuse mit einer Basis zum Befestigen an dem Dach, einem Mitteldeckel und zwei Seitendeckeln; und eine Mehrzahl von Umrichtermodulen, die in dem Gehäuse angeordnet sind, wobei die Umrichtermodule Leistungshalbleiter tragen. Die Basis weist einen Rahmen, eine an dem Rahmen befestigte Bodenwand und zwei an dem Rahmen befestigte Stirnwände auf, wobei der Mitteldeckel an dem Rahmen mittels Scharnieren befestigt ist, so dass der Mitteldeckel in eine seitliche Richtung aufklappbar ist und wobei die beiden Seitendeckel jeweils an dem Rahmen mittels Scharnieren befestigt sind, so dass die Seitendeckel in die seitliche Richtung aufklappbar sind.
Das Gehäuse kann damit truhenartig aufgebaut sein, wobei die Bodenwand und/oder der Mitteldeckel im Wesentlichen horizontal verlaufen. Die beiden Seitendeckel sind seitlich neben dem Mitteldeckel befestigt und können seitlich aufgeklappt werden (d.h. in Richtungen, die von einer Längsachse bzw. Fahrtrichtung des Wagons seitlich weg weisen). Die Stirnwände der Basis weisen in die Fahrtrichtung und davon weg und/oder können im Wesentlichen vertikal verlaufen.
Im Allgemeinen kann der Rahmen aus Metallelementen, wie etwa Metallrohren, Metallstangen und/oder Metallschienen, aufgebaut sein, die miteinander verschweißt oder vernietet sein können. An dem Rahmen können sich auch an der Unterseite Befestigungselemente befinden, mit denen der Traktionsumrichter an dem Wagon befestigt werden kann.
Die Wände der Basis (Seitenwände, Bodenwand und Stirnseite) sowie der Seitendeckel und/oder des Mitteldeckels können aus Blech gefertigt sein. Diese Bleche können gekrümmt sein und/oder mit dem Rahmen verschweißt oder vernietet sein.
Die Wände und/oder die Metallelemente des Rahmens können aus Aluminium und/oder Stahl gefertigt sein.
Durch die seitlichen Deckel sind die elektrischen Komponenten des Traktionsumrichters im Inneren des Gehäuses leicht zugänglich und können leicht ausgetauscht werden. Zusätzlich kann der Traktionsumrichter relativ flach ausgeführt werden, d.h., seine Höhe kann nur etwa 20% bis 25% seiner Breite und/oder Länge betragen.
Elektrische Komponenten des Umrichters, die Leistungshalbleiter tragen, sind als Umrichtermodule bereitgestellt. Unter einem Modul kann dabei ein Baustein des Traktionsumrichters verstanden werden, der als ein Teil ausgetauscht werden kann. Beispielsweise können sich unter den Seitendeckeln Umrichtermodule befinden, die nach Öffnen eines Seitendeckels und dem Lösen von Schrauben aus dem Gehäuse herausgezogen und auf diese Weise leicht ausgetauscht werden können.
Die Umrichtermodule sowie der gesamte Traktionsumrichter können auch mit einem hohen Widerstand gegenüber Vibrationen und Stößen ausgestattet werden, um der Anwendung auf einem Schienenfahrzeug gerecht zu werden.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind die Seitendeckel mit den Scharnieren in den Rahmen gesteckt, so dass jeder der Seitendeckel zur Wartung eines Umrichtermoduls aus dem Rahmen herausziehbar ist. Seitlich am Rahmen können Laschen angebracht sein, in die an den Seitendeckeln befestigte Riegel eingeschoben werden können. Beispielsweise kann zu einer einfachen Überprüfung eines Umrichtermoduls ein Seitendeckel lediglich aufgeklappt werden. Um dann ein eventuell defektes Modul auszutauschen, kann der Seitendeckel dann insgesamt abgenommen werden.
Die Seitendeckel und/oder der Mitteldeckel können in der zugeklappten Betriebsstellung mittels eines Schlosses verschlossen sein.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weisen die Seitendeckel jeweils eine nach außen gekrümmte Deckelwand auf, die zusammen mit der Basis einen Hohlraum bildet, in dem ein Umrichtermodul aufgenommen ist. Beispielsweise kann die Deckelwand von einem horizontalen Abschnitt, der mit dem Mitteldeckel fluchten kann, in einen vertikalen Abschnitt übergehen, an dem die Scharniere des Seitendeckels befestigt sind.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weisen die Seitendeckel jeweils Stirnwände auf, die an der gekrümmten Deckelwand befestigt sind und die mit den Stirnflächen der Basis fluchten. Auf diese Weise entstehen im Wesentlichen flache Stirnflächen an der Vorderseite und an der Rückseite des Traktionsumrichters.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weisen die Stirnflächen der Basis abgeschrägte Seiten auf, auf denen die Seitendeckel aufsetzen. Auch die Stirnflächen der Seitendeckel können abgeschrägt sein.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind unter den Seitendeckeln Aufnahmen für Umrichtermodule gebildet. Diese Umrichtermodule können horizontal im Traktionsumrichter angeordnet sein.
Ein Umrichtermodul ist nach dem Öffnen des jeweiligen Seitendeckels zur Wartung aus der jeweiligen Aufnahme herausnehmbar. Beispielsweise können die Leistungshalbleiter eines Moduls an einem gemeinsamen Träger befestigt sein, der auch die Anschlüsse des Moduls bereitstellt. Dieser Träger kann mittels weniger Befestigungsmittel (wie etwa Schrauben und/oder Klammern) an dem Rahmen des Traktionsumrichters befestigt sein. Nach dem Lösen dieser Klammern kann das jeweilige Umrichtermodul aus seiner Aufnahme gezogen werden und ein Ersatzmodul anschließend eingesetzt werden. Auf diese Weise kann ein Modul beispielsweise in weniger als 30 Minuten ausgetauscht werden. Auch müssen keine speziellen Werkzeuge zur Wartung des Traktionsumrichters verwendet werden.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst der Traktionsumrichter eine Mehrzahl von Umrichtermodulen mit unterschiedlicher Funktion. Dabei kann ein Umrichtermodul Leistungshalbleiter wie etwa Dioden, Transistoren oder Thyristoren sowie zugehörige Steuerelemente (wie etwa Gate-Controller) umfassen.
Eines der Umrichtermodule kann ein AC-zu-DC-Umrichtermodul (Gleichrichter) zum Versorgen eines Gleichspannungs-Zwischenkreises sein. Es ist zu verstehen, dass in diesem Zusammenhang „AC“ Wechselspannung und „DC“ Gleichspannung bedeutet. Beispielsweise kann der Traktionsumrichter dazu ausgeführt sein, Wechselspannung aus einem Oberleitungsnetz zu verarbeiten.
Eines der Umrichtermodule kann ein DC-zu-AC-Umrichtermodul zum Erzeugen einer Wechselspannung für einen Elektromotor zum Antrieb des Wagons sein. Die Gleichspannung für dieses Modul kann eine Gleichspannung aus einem Oberleitungsnetz und/oder eine Gleichspannung aus einem Gleichspannungs-Zwischenkreis sein. Es ist möglich, dass der Traktionsumrichter zwischen diesen beiden Betriebsarten umschaltbar ist, beispielsweise wenn der Wagon zwischen einem Gleichspannungsnetz und einem Wechselspannungsnetz wechseln soll.
Ein weiteres der Umrichtermodule kann ein DC-zu-DC-Umrichtermodul zum Laden und Entladen eines Batteriespeichersystems sein. Beispielsweise kann das Umrichtermodul einen Buck/Boost-Umrichter umfassen, mit dem das Batteriespeichersystem (beispielsweise aus dem Zwischenkreis und/oder einer Oberleitung) geladen werden kann, und/oder der bei Bedarf die Energie aus dem Batteriespeichersystem dem DC-zu-AC-Umrichter für die Elektromotoren zuführen kann.
Weiter kann der Traktionsumrichter ein DC-zu-DC-Umrichtermodul und/oder DC-zu-AC-Umrichtermodul zum Erzeugen einer Wechselspannung für ein Stromversorgungssystem des Wagons umfassen. Auf diese Weise kann beispielsweise mehrphasiger oder einphasiger Wechselstrom für die Beleuchtung, elektrische Türen usw. des Wagons bereitgestellt werden. Auch kann eine Niederspannungsbatterie mit Gleichspannung geladen werden und/oder ein elektrischer Verbraucher des Wagons mit Gleichspannung versorgt werden.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind unter dem Mitteldeckel Aufnahmen für Kühlelemente, einen Eingangsfilter und/oder ein Lademodul für Zwischenkreiskondensatoren gebildet. Zwischen den seitlichen Aufnahmen für die Umrichtermodule unter den Seitendeckeln können schwere Komponenten des Traktionsumrichters angeordnet sein, wie etwa Kondensatoren und/oder Drosseln.
Die Kühlelemente können einen Ventilator für eine aktive Luftkühlung und/oder Anschlüsse und Verteilerleitungen für eine Wasserkühlung umfassen. Beispielsweise können die Leistungshalbleiter der Umrichtermodule mittels Wasser gekühlt werden.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist unter dem Mitteldeckel ein Schwenkrahmen mit Steuerungskomponenten des Traktionsumrichters angeordnet. Der Schwenkrahmen kann mittels Scharnieren mit dem Rahmen der Basis verbunden sein und/oder kann aus dem Gehäuse in eine Wartungsstellung herausgeschwenkt werden, wenn der Mitteldeckel geöffnet ist. Beispielsweise kann eine zentrale Steuerung, die beispielsweise Schaltsignale für die Umrichter erzeugt, mittels Faseroptikkabeln mit den Steuerungskomponenten der einzelnen Umrichtermodule verbunden sein.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung verläuft der Schwenkrahmen in einer Betriebsstellung horizontal. Der Schwenkrahmen kann in der Betriebsstellung beispielsweise über einer Aufnahme für Kühlkomponenten angeordnet sein.
Abhängig von der Anwendung kann der Mitteldeckel die Basis entweder flach abschließen oder eine Wölbung aufweisen, um mehr Platz im Inneren des Gehäuses zu bieten. Beispielsweise kann für einen Traktionsumrichter, der dazu ausgeführt ist, Wechselspannung aus einem Oberleitungsnetz in Wechselspannung für die Elektromotoren umzuwandeln, Schalter und/oder Drosseln und/oder einen Zwischenkreis mit Kondensatoren aufweisen, die mehr Platz benötigen als ein Traktionsumrichter, der seine elektrische Energie aus einem Gleichspannungsnetz bezieht.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst der Mitteldeckel eine ebene Deckelwand, die die Basis flach abdeckt. Auf diese Weise kann das Gehäuse des Traktionsumrichters eine kompakte, im Wesentlichen quaderförmige, Grundform mit abgerundeten Seiten aufweisen.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist der Mitteldeckel eine nach außen gekrümmte Deckelwand und zwei an der Deckelwand befestigte Stirnwände auf, die zusammen mit der Basis einen Hohlraum bilden, in dem elektrische Komponenten des Traktionsumrichters aufgenommen sind. Die Deckelwand kann Komponenten im Inneren des Gehäuses haubenartig überdecken und somit mehr Platz schaffen.
Unabhängig von der Form des Mitteldeckels können die Basis und/oder der Rahmen des Gehäuses beider Typen von Traktionsumrichtern gleich aufgebaut sein. Somit kann lediglich durch die Wahl des Mitteldeckels der zur Verfügung stehende Bauraum für die elektrischen Komponenten des Traktionsumrichters angepasst werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung mit Bezug auf die beiliegenden Figuren detailliert beschrieben.
1 zeigt eine schematische Ansicht der elektrischen Komponenten eines Traktionsumrichters gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
2 zeigt eine perspektivische Ansicht des Traktionsumrichters aus der 1.
3 zeigt eine weitere perspektivische Ansicht des Traktionsumrichters aus der 1.
4 zeigt eine schematische Draufsicht auf das Innere des Gehäuses des Traktionsumrichters aus der 1.
5 zeigt eine perspektivische Ansicht des Traktionsumrichters aus der 1 mit geöffneten Seitendeckeln.
6 zeigt eine perspektivische Ansicht des Traktionsumrichters aus der 1 mit geöffnetem Mitteldeckel.
7 zeigt eine Frontansicht des Traktionsumrichters aus der 1 mit geöffneten Deckeln.
8 zeigt eine schematische Ansicht der elektrischen Komponenten eines Traktionsumrichters gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
9 zeigt eine perspektivische Ansicht des Traktionsumrichters aus der 8.
10 zeigt eine weitere perspektivische Ansicht des Traktionsumrichters aus der 8.
11 zeigt eine schematische Draufsicht auf das Innere des Gehäuses des Traktionsumrichters aus der 8.
12 zeigt eine perspektivische Ansicht des Traktionsumrichters aus der 8 mit geöffneten Seitendeckeln.
13 zeigt eine perspektivische Ansicht des Traktionsumrichters aus der 8 mit geöffnetem Mitteldeckel.
14 zeigt eine Frontansicht des Traktionsumrichters aus der 8 mit geöffneten Deckeln.
Die in den Figuren verwendeten Bezugszeichen und ihre Bedeutung sind in zusammenfassender Form in der Liste der Bezugszeichen aufgeführt. Grundsätzlich sind identische oder ähnliche Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
1 zeigt schematisch die elektrischen Komponenten eines Traktionsumrichter 10, die gemeinsam in einem Gehäuse 12 angeordnet sind. Der Traktionsumrichter 10 ist auf dem Dach eines Wagons 14 eines Schienenfahrzeugs, wie etwa einer Straßenbahn oder Trambahn, angeordnet und ist mittels eines Stromabnehmers 16 mit einem Oberleitungsnetz 18 verbunden. Über Räder 20 ist der Traktionsumrichter 10 geerdet.
Der Traktionsumrichter 10 umfasst mehrere Umrichtermodule, wie ein Antriebsmodul 22, das aus der Gleichspannung aus dem Oberleitungsnetzwerk 18 eine dreiphasige Wechselspannung für einen oder mehrere Elektromotoren 24 zum Antrieb des Wagons 14 erzeugen kann.
Das Modul 22 kann neben einem DC-zu-AC-Umrichter (Wechselrichter) 26 einen Kondensator 28 zum Ausgleich von Netzschwankungen und einen Bremsumrichter 30 (beispielsweise einen Buck/Boost-Umrichter) umfassen, der in den Elektromotoren 24 erzeugte elektrische Energie (die beim Bremsen im Generatorbetrieb der Motoren 24 entsteht) in einen oder mehrere Bremswiderstände 32 einleiten kann.
Ein Batterielade-Umrichtermodul 34 ist zum Modul 22 bezüglich der Eingänge parallel geschaltet. Das Modul 34 umfasst einen Kondensator 36 zum Ausgleich von Netzschwankungen und einen DC-zu-DC-Umrichter 38 (etwa einen Buck/Boost-Umrichter), der aus der Gleichspannung des Netzwerks 18 eine Gleichspannung zum Laden eines Batteriespeichersystems 40 erzeugen kann bzw. aus der Gleichspannung des Batteriespeichersystems 40 eine Gleichspannung für das Antriebsmodul 22 erzeugen kann.
Das Batteriespeichersystem 40 ist über einen Filter 42 (hier ein RC-Filter) mit dem Batterielade-Umrichtermodul 34 verbunden.
Das Batterielade-Umrichtermodul 34 ist optional und kann nur dann im Traktionsumrichter 10 vorgesehen sein, wenn ein Batteriespeichersystem 40 im Wagon 14 vorgesehen ist.
Ein weiteres DC-zu-DC-Umrichtermodul 44 umfasst zwei über ihre Eingänge parallel geschaltete galvanisch isolierte DC-zu-DC-Umrichter 46, 48. Auch das Modul 34 umfasst einen Kondensator 50 zum Ausgleich von Netzschwankungen. Über den Umrichter 48 kann beispielsweise eine Fahrzeugbatterie 52 (in etwa eine Niederspannungsbatterie beispielsweise 12 V oder 24 V) geladen werden, die dazu verwendet werden kann, den anderen Umrichter 46 mit Strom zu versorgen, wenn keine Spannung vom Netz 18 vorhanden ist.
Der Umrichter 46 wiederum kann an seinem Ausgang mit einem Hilfsspannungs-Umrichtermodul 54 verbunden sein, das einen Zwischenkreis 56 mit Kondensator und einen oder mehrere Hilfswechselrichter 58 umfassen kann, mit denen eine (ein- oder dreiphasige) Hilfsspannung, beispielsweise für eine Fahrzeugbeleuchtung, erzeugt werden kann.
Das Hilfsspannungs-Umrichtermodul 54 kann auch einen Ausgangsfilter umfassen, der je Phase einen Kondensator und eine Induktivität umfassen kann.
Weiter umfasst der Traktionsumrichter 10 eine Drossel 60 und einen Leistungsschalter 62, über die die beiden Umrichtermodule 22 und 38 mit dem Stromabnehmer 16 verbunden sind. Das Umrichtermodul 44 ist über eine gesonderte Drossel 64 und einen gesonderten Leistungsschalter 62 mit dem Stromabnehmer verbunden.
Die Umrichtermodule 22, 34, 44 und/oder 54 werden über eine zentrale Steuerung 68 des Traktionsumrichters 10 gesteuert, die auch in dem Gehäuse 12 vorgesehen ist. Die Gate-Steuerungen von aktiven Leistungshalbleitern (wie etwa Transistoren oder Thyristoren) können auf den jeweiligen Modulen 22, 38, 44 und/oder 54 untergebracht sein und/oder von der zentralen Steuerung über eine Glasfaserverbindung 70 angesteuert werden.
Die Umrichtermodule 22, 34, 44 und/oder 54 können auf IGBTs als Leistungshalbleiter basieren, die beispielsweise für eine Nennspannung von 1.7 kV ausgelegt sind. Die Umrichter der jeweiligen Module können als Zwei-Niveau-Umrichter ausgelegt sein.
Die 2 und 3 zeigen den Traktionsumrichter 10 mit seinem Gehäuse 12 aus zwei unterschiedlichen Richtungen. Das Gehäuse 12 umfasst eine Basis 72 und drei an der Basis befestigte schwenkbare Deckel 74, 76.
Die Basis 72 umfasst einen Rahmen 78, an dem eine Bodenwand 80 und zwei Stirnwände 82 angebracht sind. Die Stirnwände 82 sind trapezförmig und verjüngen sich nach oben. An der in der 2 sichtbaren Vorderwand 82 sind Hochspannungsanschlüsse 84 und ein Typenschild angebracht. An der in der 3 sichtbaren Rückwand 82 befinden sich weitere elektrische Anschlüsse 86, Steuerungsanschlüsse 88 und Anschlüsse 90 (Einlass und Auslass) für eine Wasserkühlung.
An der Unterseite des Rahmens 78 (auf Höhe der Bodenwand 80) sind Befestigungselemente 92 angebracht, mit denen der Traktionsumrichter 10 an dem Wagon 14 befestigt werden kann.
Die Seitenwände des Gehäuses 12 werden durch die Seitendeckel 76 bereitgestellt, die von der Bodenplatte 80 bis zu dem Mitteldeckel 74 reichen. Sowohl die Seitendeckel 76 als auch der Mitteldeckel 72 sind über Scharniere 94 mit dem Rahmen 78 bzw. der Basis 72 verbunden und können seitlich aufgeklappt werden.
Die 4 zeigt den Traktionsumrichter 10 von oben und illustriert, wie die Umrichtermodule 22, 34 (optional), 44 und 54 im Innenraum des Gehäuses 12 angeordnet sind. Unter den Seitendeckeln 76 sind jeweils zwei Aufnahmen 96 gebildet, in die je ein Umrichtermodul 22, 34, 44 und 54 eingesteckt ist. Das Antriebs-Umrichtermodul 22 und das DC-zu-DC-Umrichtermodul 44 sind dabei unter dem einen Seitendeckel 76, das Hilfsspannungs-Umrichtermodul 54 und das Batterielade-Umrichtermodul 64 unter dem anderen Seitendeckel 76 angeordnet.
Wie aus den 5 bis 7 hervorgeht, die die Seitendeckel 76 in einer geöffneten Stellung zeigen, ragen die Umrichtermodule 22, 34, 44 und 54 seitlich aus der Basis 72 heraus. Die Seitendeckel 76 weisen jeweils eine nach außen gekrümmte Deckelwand 98 auf, die mit der Basis einen Hohlraum bildet, in dem die Umrichtermodule 22, 34, 44 und 54 angeordnet sind. Die Deckelwand 98 eines Seitendeckels 76 ist am Vorderende und am Hinterende mit einer Stirnwand 100 verbunden, die mit der Stirnwand 82 der Basis fluchtet.
Zur Wartung der Umrichtermodule 22, 34, 44 und 54 kann der entsprechende Seitendeckel 76 auch von der Basis 72 getrennt werden. Dazu sind die Scharniere 94 mit einer Seite lediglich in die Basis 72 gesteckt und können aus der Basis 72 herausgezogen werden.
Im geschlossenen Zustand fluchtet die Deckelwand 102 des Mitteldeckels 74 mit den Deckelwänden 98 der Seitendeckel 76.
Die 6 und 7 zeigen den Mitteldeckel 74 in einer geöffneten Stellung. Der Mitteldeckel 74 wird dabei von einem einschnappenden Gelenk 104 in der geöffneten Stellung gehalten. Unter dem Mitteldeckel sind zwei Abteile bzw. Aufnahmen 106, 108 gebildet, in denen weitere Komponenten des Traktionsumrichters enthalten sind.
In dem vorderen Abteil 106 können sich beispielsweise ein Vorlademodul für Kondensatoren, die Drosseln 60, 64 und/oder die Leistungsschalter 62, 66 befinden. In dem hinteren Abteil können sich Kühlkomponenten 110, wie etwa ein Ventilator, für aktive Luftkühlung und/oder Leitungen bzw. Verteiler für eine Wasserkühlung befinden. Die Filter (wie etwa 42) und die Drosseln 60, 64 können beispielsweise luftgekühlt sein, während die Umrichtermodule 22, 34, 44 und 54 bzw. deren Leistungshalbleiter wassergekühlt sein können. Eine Pumpe und Wärmetauscher für die Wasserkühlung können in einem weiteren Gehäuse auf dem Dach des Wagons 14 angeordnet sein.
Die Steuerung 68 ist auf einem Schwenkrahmen 112 angebracht, der genauso wie der Mitteldeckel seitlich von der Basis 72 weggeschwenkt werden kann. Der Schwenkrahmen 112 ist über dem Abteil 108 angeordnet.
Die 8 bis 14 zeigen eine weitere Ausführungsform eines Traktionsumrichters 10‘. Soweit nicht anders beschrieben, weist der Traktionsumrichter 10‘ der 8 bis 14 die gleichen Komponenten und/oder oder Eigenschaften wie der Traktionsumrichter 10 der 1 bis 7 auf.
Der Traktionsumrichter 10‘ ist dazu ausgeführt mit Gleichspannung oder mit Wechselspannung aus einem Oberleitungsnetzwerk 18 betrieben zu werden. Beispielsweise kann der Wagon 14 von einer Strecke mit einem Gleichspannungsnetzwerk zu einer Strecke mit einem Wechselspannungsnetzwerk wechseln.
Zwischen den beiden Betriebsmodi kann durch Schalten mehrerer Schalter 62, 114, 116 gewechselt werden, von denen einige (62, 116) auch im Gehäuse 12 des Traktionsumrichters 10‘ vorgesehen sein können.
Im Gleichspannungsmodus wird ein Zwischenkreis 118 des Traktionsumrichters 10‘, der neben einem Kondensator 120 auch den Kondensator 28 des Antriebs-Umrichtermoduls 22 enthält, mit der Oberleitung 18 verbunden.
Im Wechselspannungsmodus wird der Zwischenkreis 118 von einem Gleichrichter-Umrichtermodul 122 mit Gleichspannung versorgt, die es aus von einem Transformator 124 erzeugter Wechselspannung erzeugt.
Der Transformator ist primärseitig im Wechselspannungsmodus über den Schalter 114 mit der Oberleitung verbunden und weist sekundärseitig zwei Wicklungen auf, die jeweils über die Schalter 116 mit zwei Gleichrichtern 126 des Gleichrichter-Umrichtermoduls 122 verbunden sind. Auf seiner Ausgangsseite weist das Gleichrichter-Umrichtermodul 122 einen weiteren Kondensator 128 auf, der zum Zwischenkreis 118 beiträgt und über den die Gleichrichter 126 parallel geschaltet sind. Aktive Gleichrichter 126 können auch durch die zentrale Steuerung über faseroptische Verbindungen angesteuert werden.
Im Gegensatz zum Traktionsumrichter 10 aus den 1 bis 7 ist die Drossel 60 außerhalb des Gehäuses 12 angeordnet, wobei das Gehäuse 12 entsprechende Schnittstellen zum Anschluss der Drossel bereitstellt.
Auch das DC-zu-DC-Umrichtermodul 44 ist mit dem Zwischenkreis 118 verbunden und kann somit durch Gleichspannung oder Wechselspannung im jeweiligen Betriebsmodus betrieben werden. In der 8 ist gezeigt, dass sich der Schalter 66 auch im Umrichtermodul 44 befinden kann.
Die 9 und 10 sind Figuren analog den 2 und 3. Das Gehäuse 12 des Traktionsumrichters 10‘ kann genauso aufgebaut sein wie das Gehäuse 12 des Traktionsumrichters 10 aus den 1 bis 7. Lediglich der Mitteldeckel 74 ist haubenartig gewölbt, um mehr Platz im Innenraum des Gehäuses 12 zu schaffen.
Die 11 ist eine Figur analog der 4 und zeigt, dass das Gleichrichter-Umrichtermodul 122 anstatt des Umrichtermoduls 34 in der entsprechenden Aufnahme 96 angeordnet ist.
Die 12 bis 14 entsprechen den 5 bis 7. Der Mitteldeckel 74 weist eine nach außen gekrümmte Deckelwand 102‘ auf, die an der Vorderseite und an der Rückseite mit zwei Stirnwänden 130 verbunden sind. Auf diese Weise bildet der Mitteldeckel 74 zusammen mit der Basis einen Hohlraum, der größer als bei dem Traktionsumrichter 120 der 1 bis 7 ist. Auf diese Weise können zusätzlich auch die Schalter 116, der Kondensator 120 und eine entsprechende Ladeeinheit für den Kondensator 122 in den Abteilen bzw. Aufnahmen 106, 108 untergebracht werden.
Ergänzend ist darauf hinzuweisen, dass „umfassend“ keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und „eine“ oder „ein“ keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.
Bezugszeichenliste

10: Traktionsumrichter
12: Gehäuse
14: Wagon
16: Stromabnehmer
18: Oberleitungsnetzwerk
20: Rad auf Schiene
22: Antriebs-Umrichtermodul
24: Elektromotor
26: DC-zu-AC-Umrichter
28: Kondensator
30: DC-zu-DC-Umrichter
32: Bremswiderstand
34: Batterielade-Umrichtermodul
36: Kondensator
38: DC-zu-DC-Umrichter
40: Batteriespeichersystem
42: Filter
44: DC-zu-DC-Umrichtermodul
46: DC-zu-DC-Umrichter
48: DC-zu-DC-Umrichter
50: Kondensator
52: Batterie
54: Hilfsspannungs-Umrichtermodul
56: Zwischenkreis
58: Hilfswechselrichter
60: Drossel
62: Leistungsschalter
64: Drossel
66: Leistungsschalter
68: zentrale Steuerung
70: faseroptische Verbindung
72: Basis des Gehäuses
74: Mitteldeckel
76: Seitendeckel
78: Rahmen
80: Bodenwand
82: Stirnwand
84: Hochspannungsanschlüsse
86: weitere Stromanschlüsse
88: Steuerungsanschlüsse
90: Kühlwasseranschlüsse
92: Befestigungselement
94: Scharnier
96: Aufnahme
98: Deckelwand
100: Stirnwand
102: Deckelwand
104: Gelenk
106: Vorderabteil
108: Hinterabteil
110: Kühlkomponente
112: Schwenkrahmen
10‘: Traktionsumrichter
114: Schalter zum Wechsel des Betriebsmodus
116: Gleichrichter-Schalter
118: Gleichspannungs-Zwischenkreis
120: Kondensator
122: Gleichrichter-Umrichtermodul
124: Transformator
126: Gleichrichter
128: Kondensator
102‘: Deckelwand
130: Stirnwand des Deckels

Claims

Traktionsumrichter (10, 10‘) zum Befestigen an einem Dach eines Wagons (14), der Traktionsumrichter (10) umfassend: ein Gehäuse (12) mit einer Basis (72) zum Befestigen an dem Dach, einem Mitteldeckel (74) und zwei Seitendeckeln (76); und eine Mehrzahl von Umrichtermodulen, (22, 34, 44, 54, 122), die in dem Gehäuse (12) angeordnet sind, wobei die Umrichtermodule Leistungshalbleiter tragen; wobei die Basis (72) einen Rahmen (78), eine an dem Rahmen (78) befestigte Bodenwand (80) und zwei an dem Rahmen (78) befestigte Stirnwände (82) aufweist; wobei der Mitteldeckel (74) an dem Rahmen (78) mittels Scharnieren (94) befestigt ist, so dass der Mitteldeckel (74) in eine seitliche Richtung aufklappbar ist; wobei die beiden Seitendeckel (76) jeweils an dem Rahmen (78) mittels Scharnieren (94) befestigt sind, so dass die Seitendeckel (76) in die seitliche Richtung aufklappbar sind.
Traktionsumrichter (10, 10‘) nach Anspruch 1, wobei die Seitendeckel (76) mit den Scharnieren (94) in den Rahmen (78) gesteckt sind, so dass jeder der Seitendeckel (76) zur Wartung eines Umrichtermoduls (22, 34, 44, 54, 122) aus dem Rahmen (78) herausziehbar ist.
Traktionsumrichter (10, 10‘) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Seitendeckel (76) jeweils eine nach außen gekrümmte Deckelwand (98) aufweisen, die zusammen mit der Basis (72) einen Hohlraum bildet, in dem ein Umrichtermodul (22, 34, 44, 54, 122) aufgenommen ist.
Traktionsumrichter (10, 10‘) nach Anspruch 3, wobei die Seitendeckel (76) jeweils Stirnwände (100) aufweisen, die an der gekrümmten Deckelwand (98) befestigt sind und die mit den Stirnflächen (82) der Basis (72) fluchten.
Traktionsumrichter (10, 10‘) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Stirnflächen (82) der Basis abgeschrägte Seiten aufweisen, auf denen die Seitendeckel (76) aufsetzen.
Traktionsumrichter (10, 10‘) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei unter den Seitendeckeln (76) Aufnahmen (96) für Umrichtermodule (22, 34, 44, 54) gebildet sind; und/oder wobei ein Umrichtermodul (22, 34, 44, 54, 122) nach dem Öffnen des jeweiligen Seitendeckels (76) zur Wartung aus der jeweiligen Aufnahme (96) herausnehmbar ist.
Traktionsumrichter (10, 10‘) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Mehrzahl von Umrichtermodulen umfasst: ein Gleichrichter-Umrichtermodul (122) zum Versorgen eines Gleichspannungs-Zwischenkreises (118); und/oder ein Antriebs-Umrichtermodul (22) zum Erzeugen einer Wechselspannung für einen Elektromotor (24) zum Antrieb des Wagons; und/oder ein Batterielade-Umrichtermodul (34) zum Laden und Entladen eines Batteriespeichersystems (40); und/oder ein DC-zu-DC-Umrichtermodul (44) zum Versorgen eines Stromversorgungssystems des Wagons; und/oder ein Hilfsspannungs-Umrichtermodul (54) zum Erzeugen einer Wechselspannung für ein Stromversorgungssystem des Wagons.
Traktionsumrichter (10, 10‘) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei unter dem Mitteldeckel (74) Aufnahmen (106, 108) für Kühlelemente, einen Eingangsfilter und/oder ein Lademodul für Zwischenkreiskondensatoren gebildet sind.
Traktionsumrichter (10, 10‘) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei unter dem Mitteldeckel (74) ein Schwenkrahmen (112) mit Steuerungskomponenten (68) des Traktionsumrichters (10) angeordnet ist; und/oder wobei der Schwenkrahmen (112) aus dem Gehäuse (12) in eine Wartungsstellung herausschwenkbar ist, wenn der Mitteldeckel (74) geöffnet ist.
Traktionsumrichter (10, 10‘) nach Anspruch 9, wobei der Schwenkrahmen (112) in einer Betriebsstellung horizontal verläuft.
Traktionsumrichter (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Mitteldeckel (74) eine ebene Deckelwand (102) umfasst, die die Basis (72) flach abdeckt.
Traktionsumrichter (10‘) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der Mitteldeckel (74) eine nach außen gekrümmte Deckelwand (102‘) und zwei an der Deckelwand befestigte Stirnwände (130) aufweist, die zusammen mit der Basis (72) einen Hohlraum bilden, in dem elektrische Komponenten des Traktionsumrichters (10‘) aufgenommen sind.