DE3826283A1

DE3826283A1 - Netzstromrichter fuer einen mehrsystem-triebzug

Info

Publication number: DE3826283A1
Application number: DE19883826283
Authority: DE
Inventors: Peter Dipl Ing Walden; Yehia Dr Ing Tadros
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Alstom Transportation Germany GmbH
Priority date: 1988-07-30
Filing date: 1988-07-30
Publication date: 1990-02-01
Anticipated expiration: 2008-07-31
Also published as: DE3826283C2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine derartige Schaltungsanordnung ist durch die EP 2 04 690 A1 bekannt.

Bei der Einspeisung mit der höheren Gleichspannung, die üblicherweise 3 kV beträgt, aber bis auf eine maximale Spannung von 4 kV steigen kann, wird ein Halbpol, der bei Wechselspannungseinspeisung als Vier quadrantensteller arbeitenden Brückenschaltung als Abwärts-Gleich stromsteller eingesetzt. Die abschaltbaren Halbleiterschalter müssen damit nicht nur auf die zum Beispiel 2,5 kV betragende Zwischenkreis spannung, sondern auf die maximale Netzgleichspannung, also bis 4 kV, ausgelegt sein.

Werden als abschaltbare Halbleiterschalter GTO-Thyristoren eingesetzt, reicht die Spannungsfestigkeit eines Thyristors allein nicht aus, so daß in jedem Brückenstrang die Reihenschaltung von GTO-Thyristoren er forderlich ist. Das bedeutet einen Aufwand, der auf Triebfahrzeugen aus räumlichen und aus wirtschaftlichen Gründen unerwünscht ist.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die Schaltung der gattungsgemäßen Art derart auszugestalten, daß möglichst wenig Halblei terschalter benötigt werden, und die vorhandenen Halbleiterschalter bei allen Speisespannungen gut ausgenutzt werden.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im Anspruch 1 ge kennzeichneten Merkmale gelöst.

Vorteilhafterweise arbeiten im Wechselspannungsbetrieb die beiden Brückenschaltungen, also als Vierquadrantensteller parallel, und spei sen den Gleichspannungszwischenkreis, wobei lediglich vier GTO-Thyri storen (mit einer Sperrspannung von 4,5 kV) je Brückenschaltung erforderlich sind, die auf die Zwischenkreisspannung von zum Beispiel 2,5 kV ausgelegt sein müssen.

Bei der Einspeisung mit der höheren Gleichspannung, also üblicherwei se 3 kV, entsteht aus den beiden Vierquadrantenstellern ein Zweiqua drantensteller, indem die Wechselspannungsanschlüsse der beiden Brüc kenschaltungen abgetrennt werden und die Brückenschaltungen in Reihe geschaltet werden. Aus den Halbpolen des Vierquadrantenstellers ent steht so die Reihenschaltung von zwei Halbleiterschaltern. Diese Rei henschaltung ist für die drei kV-Gleichspannung in Bahnnetzen, selbst wenn diese bis 4 kV steigt, geeignet. Gleichzeitig ergibt sich eine gesteigerte Leistungsfähigkeit durch die Parallelschaltung der Brückenhälften.

Bei einer Gleichspannungseinspeisung in den Netzstromrichter mit der geringeren Gleichspannung, also zum Beispiel 1,5 kV, wird die Schal tung durch einfache Umschaltung als Hochsetzsteller betrieben. Da durch kann auch bei der 1,5 kV-Netzgleichspannung eine geregelte Zwi schenkreisspannung von 2,5 kV beibehalten werden. Dies ist für die dem Zwischenkreisumrichter verbundenen Motoren des Triebfahrzeugs in vieler Hinsicht günstiger als zum Beispiel eine direkte Einspeisung (d.h. ohne Netzstromrichter) und entsprechend niedrigerer Zwischen kreisspannung.

Es ergibt sich also eine optimale Ausnutzung der Halbleiterschalter, sowohl bei Gleichspannungs-, als auch bei Wechselspannungseinspeisung.

Die Erfindung soll im folgenden anhand eines in der Zeichnung gezeig ten Ausführungsbeispiels erläutert werden.

Es zeigen:

Fig. 1 das Prinzipschaltbild der Schaltungsanordnung nach der Erfindung bei einer Wechselspannungs einspeisung,

Fig. 2 das Prinzipschaltbild der Schaltungsanordnung bei der Einspeisung mit einer drei kV-Gleich spannung und

Fig. 3 das Prinzipschaltbild der Schaltungsanordnung bei der Einspeisung mit einer 1,5 kV-Gleich spannung.

Gemäß Fig. 1 ist eine erste Brückenschaltung aus vier abschaltbaren Halbleiterschaltern T 1, T 2, T 3, T 4 (zum Beispiel GTO-Thyristoren) und ihnen jeweils antiparallel geschalteten Freilaufdioden D 1, D 2, D 3, D 4 über eine Netzdrossel L _N an ein speisendes Wechselspannungsnetz (dar gestellt durch eine Wechselspannungsquelle mit der Spannung U _N) ange schlossen.

Eine zweite Brückenschaltung aus ebenfalls abschaltbaren Halbleiter schaltern T 11, T 12, T 13, T 14 und diesen antiparallel geschalteten Freilaufdioden D 11, D 12, D 13, D 14 ist über die Netzdrossel L _N eben falls an das speisende Wechselspannungsnetz (Wechselspannungsquelle mit der Spannung U _N) angeschlossen.

Beide Brückenschaltungen zusammen bilden den Netzstromrichter eines Gleichspannungs-Zwischenkreisumrichters. Von diesem ist in Fig. 1 außer dem Netzstromrichter lediglich der Gleichspannungszwischenkreis gezeigt, der durch einen Kondensator C _d repräsentiert ist, und eine Spannung U _d von z.B. 2,5 kV aufweist. Die sich an den Zwischenkreis weiter hin anschließenden Wechselrichter und Fahrmotoren sind, da sie für das Verständnis der Erfindung nicht notwendig sind, hier fortgelassen.

Im in Fig. 1 wiedergegebenen Fall der Wechselspannungseinspeisung arbeiten die beiden Brückenschaltungen als zwei Vierquadrantensteller parallel auf den Gleichspannungszwischenkreis.

Durch eine einfache Umschaltung (die Schalter sind zur besseren Über sichtlichkeit fortgelassen) können die Elemente der beiden Brücken schaltungen auch als Netzstromrichter bei einer Einspeisung mit einer 3 kV-Gleichspannung optimal genutzt werden: Dieses ist in Fig. 2 ge zeigt.

Wie aus Fig. 2 zu entnehmen ist, sind die Wechselspannungsanschlüsse der beiden Brückenschaltungen abgetrennt. Stattdessen liegen beide Brückenschaltungen in Reihe. An diese Reihenschaltung ist über einen durch die Drosselspule L _N und einen Netzkondensator C _N gebildeten Fil ter die 3 kV-Netzgleichspannung (repräsentiert durch eine Gleich spannungsquelle mit der Spannung U _{G 1}) gelegt. Der eine Pol des Gleich spannungszwischenkreis-Kondensators C _d ist über eine Glättungsdros sel L _d an die Verbindung zwischen den beiden Brückenschaltungen und der andere Pol an den einen Pol der Gleichspannungsquelle angeschlos sen.

Es entsteht dadurch aus den beiden Vierquadrantenstellern des Wech selspannungsbetriebes ein Zweiquadrantensteller, wobei Reihenschal tungen der Halbleiterschalter T 1, T 3 und T 11, T 13, sowohl T 2, T 4 und T 12, T 14 entstehen. Mit diesen Reihenschaltungen kann die hohe Gleichspannung von 3 kV gut beherrscht werden, selbst wenn die abschaltbaren Halb leiterschalter als GTO-Thyristoren mit einer Sperrspannung von 4,5 kV ausgebildet sind. Gleichzeitig ergibt sich durch die parallel liegenden Stränge mit den Halbleiterschalter T 1, T 3 bzw. T 2, T 4 und T 11, T 13 bzw. T 12, T 14 eine gesteigerte Strombelastung.

Fig. 3 zeigt, daß die gleichen Bauelemente auch bei einer Gleichspan nungseinspeisung mit einer geringeren Gleichspannung U _{G 2} = 1,5 kV op timal eingesetzt werden können.

Dabei sind wiederum die beiden Brückenschaltungen unter Abtrennung ihrer Wechselspannungsanschlüsse verbunden. An diese Verbindung ist der eine Pol der Gleichspannungsquelle (unter Beibehaltung des Fil ters der Netzdrossel L _N und des Netzkondensators C _N) über eine Drossel L _d gelegt. Der andere Pol der Gleichspannungsquelle liegt an dem der Verbindung der beiden Brückenschaltungen abgewandten Pol der (vormals) zweiten Brückenschaltung, an den auch der eine Belag des Zwischenkreiskondensators C _d geschaltet ist. Der andere Pol des Zwi schenkreiskondensators C _d ist an den der Verbindung der beiden Brüc kenschaltungen abgewandten Pol der (vormals) ersten Brückenschal tung angeschlossen.

Diese Schaltungsanordnung arbeitet als Hochsetzsteller. Dadurch kann auch bei der 1,5 kV-Gleichspannungseinspeisung die geregelte Zwischen kreisspannung von 2,2 kV verwendet werden.

Claims

1. Schaltungsanordnung für einen wahlweise an ein Wechselspannungs netz oder an eines von zwei Gleichspannungsnetzen unterschiedli cher Spannungshöhe anschließbaren Netzstromrichter eines Gleich spannungszwischenkreis-Umrichters auf einem elektrischen Trieb fahrzeug, bei dem der Netzstromrichter beim Anschluß an das Wech selspannungsnetz durch eine als Vierquadrantensteller arbeitende Brückenschaltung von abschaltbaren Halbleiterschaltern mit ihnen antiparallel geschalteten Freilaufdioden je Brückenstrang gebil det ist und beim Anschluß an eines der Gleichstromnetze die abschaltbaren Halbleiterschalter zu einem Gleichstromsteller geschaltet sind, dadurch gekennzeichnet,
daß beim Anschluß des Netzstromrichters an das Wechselspannungs netz ein zweiter ebenfalls in Brückenschaltung aus abschaltbaren Halbleiterschaltern (T 11 bis T 14) mit ihnen antiparallel geschal teten Freilaufdioden (D 11 bis D 14) je Brückenstrang gebildeter Vier quadrantensteller dem ersten Vierquadrantensteller parallelge schaltet ist,
daß beim Anschluß des Netzstromrichters an das Gleichspannungsnetz der höheren Spannung, diese Netzgleichspannung (U _{G 1}) an die Rei henschaltung der beiden von ihren Wechselspannungsanschlüssen ge lösten Brückenschaltungen des ersten und zweiten Vierquadranten stellers gelegt ist,
daß beim Anschluß des Netzstromrichters an das Gleichspannungs netz mit der geringeren Spannung beide Brückenschaltungen wei terhin unter Abtrennung ihrer Wechselspannungsanschlüsse in Reihe geschaltet sind und an die Zwischenkreisspannung gelegt sind.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Anschluß des Netzstromrichters an das Gleichspannungs netz der höheren Spannung dem Netzstromrichter eine Glättungs drossel nachgeschaltet ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Anschluß des Netzstromrichters an das Gleichspannungs netz mit der geringeren Spannung dem Netzstromrichter eine Drossel vorgeschaltet ist.