DE4022086A1 - Parallel capacitor circuit for AC=DC inverter drive - has capacitors arranged in pairs with coupling via plates to coaxial cable - Google Patents

Parallel capacitor circuit for AC=DC inverter drive - has capacitors arranged in pairs with coupling via plates to coaxial cable

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Abstract

The a.c. supply network of a train system has a coupling to a vehicle mounted transformer that connects with a rectifier that is coupled via an intermediate circuit with 3 a.c. inverters delivery the supply to the d.c. drive motors. The intermediate circuit has at least a pair of capacitors (C1,C2) in parallel. Each capacitor has a pair of terminals that have threaded connections to metal plate strips. The ends of the plates are coupled to a coaxial cable. A number of such capacitor pairs can be used. ADVANTAGE - Requires limited space.

Description

Technisches GebietTechnical field

Bei der Erfindung wird ausgegangen von einer Kondensator- Parallelschaltung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Die Erfindung betrifft auch eine Verwendung der Kondensator-Parallelschaltung.The invention is based on a capacitor Parallel connection according to the preamble of the claim 1. The invention also relates to the use of Parallel capacitor connection.

Stand der TechnikState of the art

Mit dem Oberbegriff nimmt die Erfindung auf einen Stand der Technik Bezug, wie er aus der EP-A1-01 85 181 bekannt ist. Bei der dort angegebenen induktionsarmen Anoden-Kathoden- Beschaltung eines tablettenförmigen, abschaltbaren GTO- Leistungsthyristors läßt sich durch Vermeidung der Streuinduktivitäten von Schaltungsdioden, -kondensatoren und Leitungsanschlüssen des Abschaltentlastungskreises dessen Abschaltstrom erhöhen und die Impulszackenspannung am Leistungsthyristor bei dessen Ausschalten verringern. Diese Kondensatoren und Thyristoren weisen gleiche Bauelement-Achsrichtung auf; sie sind mittels im wesentlichen parallel zueinander verlaufenden, elektrisch leitenden Platten und symmetrischen, glockenförmigen Kappen oder Drahtanschlüssen zwischen den Platten und den An­ schlußklemmen der Bauelemente verbunden. Unmittelbar hintereinandergeschaltete Dioden und Kondensatoren können über ein Koaxialkabel mit dem Leistungsthyristor verbunden sein. Bei dieser Ausführung ist keine Parallelschaltung von Kondensatoren möglich. With the preamble, the invention takes on a state of the Technique reference as it is known from EP-A1-01 85 181. In the case of the low-induction anode-cathode Wiring a tablet-shaped, switchable GTO Power thyristors can be avoided by avoiding the Stray inductances of circuit diodes and capacitors and line connections of the shutdown relief circuit increase its cut-off current and the pulse wave voltage on the power thyristor when switching it off. These capacitors and thyristors have the same Component axis direction on; they are by means of essentially parallel, electrical conductive plates and symmetrical, bell-shaped caps or wire connections between the plates and the connectors final clamps of the components connected. Right away cascaded diodes and capacitors can connected to the power thyristor via a coaxial cable be. In this version there is no parallel connection of Capacitors possible.  

Für große Leistungen, wie sie in der Traktion benötigt werden, sind Parallelschaltungen von z.B. 24 Kondensatoren, insbesondere im Zwischenkreis des Umrichters, erforderlich. Werden alle Kondensatoren parallel nebeneinander angeordnet, so wird viel Platz in der Breite benötigt, der in Fahrzeugen knapp ist.For great performance as required in traction parallel connections of e.g. 24 capacitors, especially in the intermediate circuit of the converter. All capacitors are parallel next to each other arranged, a lot of space is needed in the width of the is scarce in vehicles.

Darstellung der ErfindungPresentation of the invention

Die Erfindung, wie sie im Patentanspruch 1 definiert ist, löst die Aufgabe, eine Kondensator-Parallelschaltung der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, daß mehrere parallelgeschaltete Kondensatoren mit einem geringeren Platzbedarf in der Breite induktionsarm untergebracht werden können.The invention as defined in claim 1 solves the task of connecting the capacitor in parallel to develop in such a way that several capacitors connected in parallel with one less space required in terms of width, low induction can be accommodated.

Ein Vorteil der Erfindung liegt darin, daß sich mehrere Kondensatoren auf engem Raum besser unterbringen lassen, wobei ein in der Höhe vorhandener Platz für die Unterbringung der Kondensatoren benutzt werden kann. Besonders eignet sich die erfindungsgemäße Anordnung für elektrische Fahrzeugantriebe mit geringem Platz für die Unterbringung von Antriebsbauelementen.An advantage of the invention is that there are several Better place capacitors in a small space, with a space available for the Capacitors can be used. The arrangement according to the invention is particularly suitable for electric vehicle drives with little space for the Housing drive components.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigen:The invention is described below with reference to Exemplary embodiments explained. Show it:

Fig. 1 ein typisches Anwendungsbeispiel für eine Kondensator-Parallelschaltung im Gleichspannungszwischenkreis eines Umrichters für einen Fahrzeugantrieb, Fig. 1 shows a typical application example of a capacitor connected in parallel in the DC intermediate circuit of a converter for a vehicle drive,

Fig. 2 eine Anordnung zweier parallelgeschalteter Kondensatoren im Gleichspannungszwischenkreis gemäß Fig. 1 und Fig. 2 shows an arrangement of two capacitors connected in parallel in the DC link according to FIG. 1 and

Fig. 3 eine Kondensator-Parallelschaltung von 8 Kondensatoren. Fig. 3 shows a capacitor parallel connection of 8 capacitors.

Wege zur Ausführung der ErfindungWays of Carrying Out the Invention

In Fig. 1 ist mit (1) eine Wechselstromleitung eines Bahnnetzes mit einer Wechselspannung von 15 kV und einer Netzfrequenz von 16 2/3 Hz bezeichnet. Ein über Räder eines Triebfahrzeuges geerdeter Stromrichtertransformator (2) steht primärseitig über einen Schalter mit einem Überspannungsableiter, einem Erdungsschalter und der Wechselstromleitung (1) in Verbindung und sekundärseitig, ausgehend von 2 Sekundärwicklungen, über einen Widerstand und 3 Schalter mit 4 Gleichrichtern (3) eines Umrichters (3-7).In Fig. 1, ( 1 ) denotes an AC line of a rail network with an AC voltage of 15 kV and a network frequency of 16 2/3 Hz. A converter transformer ( 2 ) grounded via wheels of a traction vehicle is connected on the primary side via a switch to a surge arrester, an earthing switch and the AC line ( 1 ) and on the secondary side, starting from 2 secondary windings, via a resistor and 3 switches with 4 rectifiers ( 3 ) Converter ( 3-7 ).

Der Umrichter, der aus den 4 Gleichrichtern (3), einem Gleichspannungszwischenkreis (4) und 3 Wech­ selrichtern (7) besteht, ist ausgangsseitig an 4 parallelgeschaltete Drehstrommaschinen (8) zum Antrieb des Triebfahrzeuges angeschlossen.The converter, which consists of the 4 rectifiers ( 3 ), a DC link ( 4 ) and 3 inverters ( 7 ), is connected on the output side to 4 parallel three-phase machines ( 8 ) for driving the locomotive.

Der Gleichspannungszwischenkreis (4) weist in Reihe geschaltete Erdungsschalter für eine positive (+) und negative (-) Spannungsschiene, einen Oberschwingungs- Saugkreis, bestehend aus einer Saugkreisdrossel (5) in Reihe mit einem Saugkreiskondensator (6), 2 parallelgeschaltete Zwischenkreiskondensatoren (C1, C2) und eine Überspannungsschutzschaltung, bestehend aus einem GTO- Thyristor in Reihe mit einem Widerstand, zwischen der positiven und negativen Spannungsschiene auf. Die Zwischenkreisspannung beträgt 3 kV.The DC voltage intermediate circuit ( 4 ) has earthing switches connected in series for a positive (+) and negative (-) voltage rail, a harmonic suction circuit, consisting of a suction circuit choke ( 5 ) in series with a suction circuit capacitor ( 6 ), 2 parallel DC link capacitors (C 1 , C 2 ) and an overvoltage protection circuit, consisting of a GTO thyristor in series with a resistor, between the positive and negative voltage rails. The DC link voltage is 3 kV.

Fig. 2 zeigt die Anordnung der parallelgeschalteten Zwischenkreiskondensatoren (C1, C2) von Fig. 1, welche Metall-Papier-Kondensatoren mit einer Kapazität im Bereich von je 1 mF-25 mF sind. Jeder der Zwischenkreiskondensatoren (C1, C2) weist 2 Leistungsanschlüsse bzw. Kondensatoranschlußelemente (9) und (10) von ca. 10 cm Länge auf, welche senkrecht aus einem auf Erdpotential befindlichen Abschlußdeckel (12) der Zwischenkreiskondensatoren (Cl, C2) hervorragen und Schraubanschlüsse für Verbindungsbleche (13, 14) aufweisen. Die beiden Zwischenkreiskondensatoren (C1, C2) stehen sich mit ihren Kondensatoranschlußelementen (9, 10) gegenüber. Die beiden Kondensatoranschlußelemente (9) sind über das an ihnen angeschraubte Verbindungsblech (13) mit einem Innenleiter (16) mit 14 mm Durchmesser eines Koaxialkabels (16-18) elektrisch verbunden bzw. daran mittels einer Schraubenmutter (15) befestigt. Die beiden Kondensatoranschlußelemente (10) sind über das an ihnen angeschraubte Verbindungsblech (14) mit einem Außenleiter (18) des Koaxialkabels (16-18) elektrisch verbunden, das zwischen Innen- und Außenleiter (16, 18) eine Kabelisolation (17) aufweist. Fig. 2 shows the arrangement of the parallel-connected DC link capacitors (C 1 , C 2 ) of Fig. 1, which are metal-paper capacitors with a capacitance in the range of 1 mF-25 mF. Each of the DC link capacitors (C 1 , C 2 ) has 2 power connections or capacitor connection elements ( 9 ) and ( 10 ) of approx. 10 cm in length, which are perpendicular to an end cover ( 12 ) of the DC link capacitors (Cl, C 2 ) which is at ground potential. protrude and have screw connections for connecting plates ( 13 , 14 ). The two intermediate circuit capacitors (C 1 , C 2 ) face each other with their capacitor connection elements ( 9 , 10 ). The two capacitor connecting elements ( 9 ) are electrically connected via the connecting plate ( 13 ) screwed to them with an inner conductor ( 16 ) with a 14 mm diameter of a coaxial cable ( 16-18 ) or fastened to it by means of a screw nut ( 15 ). The two capacitor connection elements ( 10 ) are electrically connected via the connecting plate ( 14 ) screwed to them to an outer conductor ( 18 ) of the coaxial cable ( 16-18 ), which has a cable insulation ( 17 ) between the inner and outer conductors ( 16 , 18 ).

Die Verbindungsbleche (13, 14) haben eine Dicke von 1,5 mm; sie bestehen aus Kupfer oder vorzugsweise aus Edelstahl, insbesondere aus Chromstahl. Im Bereich zwischen den Kondensatoranschlußelementen (9, 10) sind sie U-förmig gebogen und in der Mitte dazwischen sandwichartig bzw. schichtenförmig zum Koaxialkabel (16-18) geführt, beabstandet durch einen T-förmigen Isolator (11) aus einem Duroplast. Im U-förmigen Bereich haben die Verbindungsbleche (13, 14) einen Mindestabstand (d) von 5 mm zu den benachbarten Kondensatoranschlußelementen (9, 10). Zwischen den Enden der U-förmigen Abschnitte eines Verbindungsbleches (13, 14) besteht ein Abstand (A) von 20 cm. Diese Enden sind durch den T-Querbalken (11a) des T- förmigen Isolators (11), der sich parallel zum Abschlußdeckel (12) erstreckt, von diesem elektrisch isoliert. Im Bereich des Anschlußes an das Koaxialkabel (16-18) weist der Isolator (11) einen isolierenden Rohrstutzen (11b) auf, der den Innenleiter (16) des Koaxialkabels von einem Rohrstutzen (14b) des Verbindungsbleches (14), der den Innenleiter im Anschlußbereich umgibt, mit Abstand elektrisch isoliert.The connecting plates ( 13 , 14 ) have a thickness of 1.5 mm; they consist of copper or preferably stainless steel, in particular chrome steel. In the area between the capacitor connection elements ( 9 , 10 ) they are bent in a U-shape and in the middle between them in a sandwich-like or layered manner to the coaxial cable ( 16-18 ), spaced apart by a T-shaped insulator ( 11 ) made of a thermosetting plastic. In the U-shaped area, the connecting plates ( 13 , 14 ) have a minimum distance (d) of 5 mm from the adjacent capacitor connection elements ( 9 , 10 ). There is a distance (A) of 20 cm between the ends of the U-shaped sections of a connecting plate ( 13 , 14 ). These ends are electrically insulated from the latter by the T-crossbar ( 11 a) of the T-shaped insulator ( 11 ), which extends parallel to the end cover ( 12 ). In the area of connection to the coaxial cable (16-18) of the insulator (11) has an insulative pipe socket on (11 b) of the inner conductor (16) of the coaxial cable of a pipe socket (14 b) of the connecting plate (14) of the Surrounds inner conductor in the connection area, electrically insulated at a distance.

Fig. 3 zeigt 8 parallelgeschaltete Zwischenkreiskondensatoren (C11-C14, C21-C24), von welchen sich je 2 mit ihren Kondensatoranschlußelementen (9) gegenüberstehen, in einer bezüglich Fig. 4 senkrechten Ansicht, d.h. mit Blickrichtung von links. Dabei sieht man im Anschlußbereich der Kondensatoranschlußelemente (9) das Verbindungsblech (13) und den dieses überragenden T- förmigen Isolators (11), welche beiden sich über die ganze Länge der jeweils 4 nebeneinander angeordneten Zwischenkreiskondensatoren (C11-C14, C21-C24) erstrecken. Mit (19) sind Bohrungen für den Anschluß zweier Koaxialkabel bezeichnet. Fig. 3 shows 8 DC link capacitors (C 11- C 14 , C 21- C 24 ) connected in parallel, of which 2 each face each other with their capacitor connection elements ( 9 ), in a view perpendicular to FIG. 4, ie with a view from the left. In the connection area of the capacitor connection elements ( 9 ), one can see the connecting plate ( 13 ) and the T-shaped insulator ( 11 ) projecting above it, which two extend over the entire length of the 4 intermediate circuit capacitors (C 11- C 14 , C 21- C 24 ). With ( 19 ) holes for the connection of two coaxial cables are designated.

Es versteht sich, daß statt 2 oder 8 Zwischenkreiskondensatoren (C1, C2; C11-C14, C21-C24) auch andere Vielfache von 2 in gleicher Weise verbunden sein können. Die Zwischenkreiskondensatoren können auch sternförmig (nicht dargestellt) um eine Mittelachse, z.B. die Anschlußstelle des Koaxialkabels, angeordnet werden, wobei sich je 2 mit ihren Kondensatoranschlußelementen gegenüber liegen.It goes without saying that instead of 2 or 8 intermediate circuit capacitors (C 1 , C 2 ; C 11- C 14 , C 21- C 24 ), other multiples of 2 can also be connected in the same way. The intermediate circuit capacitors can also be arranged in a star shape (not shown) around a central axis, for example the connection point of the coaxial cable, two of them lying opposite each other with their capacitor connection elements.

Statt des T-förmigen Duroplast-Isolators (11) kann auch eine Isolierfolie verwendet werden. Die Verbindungsbleche (13, 14) könnten auch mit einer Isolierschicht überzogen sein.Instead of the T-shaped thermoset insulator ( 11 ), an insulating film can also be used. The connecting plates ( 13 , 14 ) could also be covered with an insulating layer.

Anstatt zwischen den Kondensatoranschlußelementen (9, 10) U-förmig ausgebildet zu sein, könnten die Verbindungsbleche (13, 14) auch, wie gestrichelt mit (13a) bzw. (14a) angedeutet, direkt von diesen Kondensatoranschlußelementen zur Mitte zwischen ihnen verlaufen bzw. direkt gebogen zum Koaxialkabel (16-18). Instead of being U-shaped between the capacitor connection elements ( 9 , 10 ), the connecting plates ( 13 , 14 ) could also, as indicated by dashed lines with ( 13 a) and ( 14 a), run directly from these capacitor connection elements to the center between them or directly bent to the coaxial cable ( 16-18 ).

Ferner versteht es sich, daß die Koaxialkabel (16-18) zusätzlich auch außen mit einer Isolierhülle oder -Schicht überzogen sein können. Wichtig ist, daß die Anschlußverbindung von den Zwischenkreiskondensatoren zum Koaxialkabel oder zu den Koaxialkabeln induktionsarm ausgeführt ist, um ein sicheres Abschalten von GTO- Thyristoren in den Gleichrichtern (3) und/oder Wechselrichtern (7) zu gewährleisten. Diese (nicht dargestellten) GTO-Thyristoren sind über das Koaxialkabel (16-18) an den Zwischenkreiskondensatoren (C1, C2; C11- C14, C21-C24) angeschlossen.Furthermore, it goes without saying that the coaxial cables ( 16-18 ) can also be coated on the outside with an insulating sleeve or layer. It is important that the connection connection from the intermediate circuit capacitors to the coaxial cable or to the coaxial cables is made with little induction in order to ensure a safe disconnection of GTO thyristors in the rectifiers ( 3 ) and / or inverters ( 7 ). These (not shown) GTO thyristors are connected via the coaxial cable ( 16-18 ) to the intermediate circuit capacitors (C 1 , C 2 ; C 11- C 14, C 21- C 24 ).

Wichtig ist, daß die Kondensatoranschlußelemente mindestens 2er Kondensatoren in einander gegenüberstehenden Anschlußflächen oder -ebenen angeordnet sind. Die Kondensatoranschlußelemente müssen sich nicht notwendig gegenüberstehen; sie können auch bezüglich der gegenüberliegenden Anschlußelemente seitlich versetzt sein (nicht dargestellt). Die Anzahl parallelgeschalteter Kondensatoren kann auch ungeradzahlig sein.It is important that the capacitor connection elements at least 2 capacitors in opposing one another Pads or planes are arranged. The Capacitor connection elements need not be necessary face each other; you can also regarding the opposite connection elements may be laterally offset (not shown). The number of parallel Capacitors can also be odd.

Claims (9)

1. Kondensator-Parallelschaltung
  • a) mit mindestens 2 Kondensatoren (C1, C2; C11-C14, C21- C24) , die je mindestens 2 elektrische Kondensatoran­ schlußelemente (9, 10) aufweisen, über welche die Kondensatoren elektrisch parallelgeschaltet sind, dadurch gekennzeichnet,
  • b) daß die Kondensatoranschlußelemente mindestens 2 der Kondensatoren in zueinander gegenüberliegenden Anschlußflächen oder -ebenen angeordnet sind, wobei sich die Kondensatoranschlußelemente in unterschiedlichen Anschlußflächen oder -ebenen direkt oder mit einer seitlichen Versetzung gegenüberstehen.
1. capacitor parallel connection
  • a) with at least 2 capacitors (C 1 , C 2 ; C 11- C 14 , C 21- C24), each having at least 2 electrical capacitor connecting elements ( 9 , 10 ), via which the capacitors are electrically connected in parallel, characterized in that
  • b) that the capacitor connection elements are arranged in at least 2 of the capacitors in mutually opposite connection areas or planes, the capacitor connection elements in different connection areas or planes being directly or with a lateral offset.
2. Kondensator-Parallelschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
  • a) daß die Kondensatoranschlußelemente (9, 10) über Verbindungsbleche (13, 14) mit mindestens einem Koaxialkabel (16-18) elektrisch verbunden sind und
  • b) daß die Verbindungsbleche abschnittsweise parallel zueinander verlaufen.
2. capacitor parallel circuit according to claim 1, characterized in
  • a) that the capacitor connection elements ( 9 , 10 ) via connecting plates ( 13 , 14 ) with at least one coaxial cable ( 16-18 ) are electrically connected and
  • b) that the connecting plates run parallel to each other in sections.
3. Kondensator-Parallelschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsbleche (13, 14) zwischen den Kondensatoranschlußelementen (9, 10) eines Kondensators (C1, C2) U-förmig ausgebildet sind.3. capacitor parallel circuit according to claim 2, characterized in that the connecting plates ( 13 , 14 ) between the capacitor connecting elements ( 9 , 10 ) of a capacitor (C 1 , C 2 ) are U-shaped. 4. Kondensator-Parallelschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß n×2 Kondensatoren sternförmig zueinander angeordnet sind, n 2.4. capacitor parallel circuit according to one of the claims 1 to 3, characterized in that n × 2 Capacitors are arranged in a star shape, n 2. 5. Kondensator-Parallelschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsbleche (13, 14) Edelstahl aufweisen. 5. capacitor parallel circuit according to one of claims 1 to 4, characterized in that the connecting plates ( 13 , 14 ) have stainless steel. 6. Kondensator-Parallelschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsbleche (13, 14) abschnittsweise schichtartig mit zwischenliegendem Isolator (11) ausgebildet sind.6. parallel capacitor circuit according to one of claims 1 to 5, characterized in that the connecting plates ( 13 , 14 ) are formed in sections in layers with an intermediate insulator ( 11 ). 7. Kondensator-Parallelschaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolator (11, 11a) zwischen den Kondensatoranschlußelementen (9, 10) eines Kondensators (C1, C2) T-förmig ausgebildet ist zur Isolation der Verbindungsbleche (13, 14) untereinander und gegen Erdpotential.7. capacitor parallel circuit according to claim 6, characterized in that the insulator ( 11 , 11 a) between the capacitor connection elements ( 9 , 10 ) of a capacitor (C 1 , C 2 ) is T-shaped for insulation of the connecting plates ( 13 , 14 ) with each other and against earth potential. 8. Kondensator-Parallelschaltung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Koaxialkabel (16-18) zumindest im Bereich seines Anschlußes an die Verbindungsbleche (13, 14) senkrecht zur Anordnung der einander gegenüberliegenden Kondensatoren (Cl, C2; C11-C14, C21-C24) verläuft.8. capacitor parallel circuit according to one of claims 2 to 7, characterized in that the coaxial cable ( 16-18 ) at least in the region of its connection to the connecting plates ( 13 , 14 ) perpendicular to the arrangement of the opposing capacitors (Cl, C2; C 11 -C 14, C 21 -C 24 ) runs. 9. Verwendung der Kondensator-Parallelschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 für Zwischenkreiskondensatoren eines Gleichspannungszwischenkreises (4) eines Umrichters (3- 9).9. Use of the capacitor parallel circuit according to one of claims 1 to 8 for DC link capacitors of a DC voltage intermediate circuit ( 4 ) of a converter ( 3- 9 ).
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