EP2252478A1 - Fahrzeug, insbesondere schienenfahrzeug, mit einer wandlereinheit und verfahren zum umwandeln einer spannung - Google Patents

Fahrzeug, insbesondere schienenfahrzeug, mit einer wandlereinheit und verfahren zum umwandeln einer spannung

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EP2252478A1
EP2252478A1 EP09719623A EP09719623A EP2252478A1 EP 2252478 A1 EP2252478 A1 EP 2252478A1 EP 09719623 A EP09719623 A EP 09719623A EP 09719623 A EP09719623 A EP 09719623A EP 2252478 A1 EP2252478 A1 EP 2252478A1
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EP
European Patent Office
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inverter
voltage
capacitor
vehicle
converter
Prior art date
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EP09719623A
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English (en)
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Inventor
Bernhard HÖSCHELER
Jürgen SCHURR
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Siemens Mobility GmbH
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
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Publication date
Application filed by Siemens AG, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
Publication of EP2252478A1 publication Critical patent/EP2252478A1/de
Ceased legal-status Critical Current

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    • B60L9/00—Electric propulsion with power supply external to the vehicle
    • B60L9/005—Interference suppression
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H—ELECTRICITY
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    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/64—Electric machine technologies in electromobility

Definitions

  • Vehicle in particular rail vehicle, with a converter ⁇ unit and method for converting a voltage
  • the invention relates to a vehicle having the features according to the preamble of claim 1.
  • Vehicles of this type are, for example, ⁇ BB Rh2016, ME26 and ER20 diesel locomotives.
  • ⁇ BB Rh2016 ⁇ BB Rh2016
  • ME26 ⁇ BB Rh2016
  • ER20 diesel locomotives
  • FIG. 1 and 7 such a marked with the Be ⁇ reference numbers 5 vehicle may include a DC ⁇ supply 6, a track voltage intermediate circuit 10, a device connected to the DC voltage intermediate circuit converter unit 15, and a device connected to the transducer unit 15 collecting ⁇ rail 20th
  • the busbar 20 may be, for example, a Werner-on-semiconductor (S-T) with the electrical load of the vehicle 5 or electrical consumers on vehicles that are connected via the Switzerlandsammeischiene with the vehicle 5, are supplied with electric power.
  • the transducer unit 15 comprises two Wandlerein ⁇ gear terminals 25 and 30 and two transducer output terminals 35 and 40 and is for converting an input side anlie ⁇ constricting DC voltage Udc into alternating voltage Uac suited.
  • the converter unit 15 includes an inverter 45 equipped with two inverter input terminals 50 and 55 and two inverter output terminals 60 and 65.
  • the two inverter input terminals 50 and 55 bil ⁇ the converter input terminals 25 and 30 of the converter unit 15.
  • a low-pass device 70 is present, the input side indirectly with the two inverter output ⁇ outlets 60 and 65 is in communication and the output side, the two converter output terminals 35th and 40 of the wall lergnac 15 forms.
  • the invention has the object of specifying a vehicle at ⁇ having a lower weight and lower herstel ⁇ development costs than the prior art vehicles as described above.
  • the invention provides that the Wegpassfil ⁇ ter realized at least one capacitor, which is presence closed with its one capacitor connected to the one of the two inverter input terminals and with its other Kondensa ⁇ gate terminal of one of the two converter output terminals.
  • a significant advantage of the vehicle according to the invention is the fact that in this the transformer in the Converter unit can be omitted.
  • a transformer is relatively large in the field of rail vehicle technology in general and difficult, because the operating frequencies are in railways quite small ( ⁇ 100 Hz), so that the transformer increases the manufacturing cost of the vehicle and the weight of collected ⁇ Lich.
  • the vehicle according to the invention can be omitted in the converter unit - due to the present invention provided feedback by the inventively provided capacitor - in contrast to the vehicles according to the prior art on a transformer; because the task of preventing a jump of the potential is fulfilled by the inventive feedback without a transformer.
  • the low-pass filter device comprises two capacitors, one of which is connected to one of the two inverter input terminals with its one capacitor terminal and to one of the two converter output terminals with its other capacitor terminal, and from de ⁇ NEN another with its one capacitor terminal connected to one or the other of the two inverter input terminals and with its other capacitor terminal connected to the other of the two converter output terminals.
  • the low-pass filter device preferably has two filter throttles, one of which is connected with its one throttle connection to one inverter output terminal and with its other throttle connection to the one converter output terminal, and of which the other with ih ⁇ rem a throttle connection to the other Inverter output port and with its other throttle port connected to the other converter output port.
  • the capacitors have two functions: on the one hand, they prevent the potential from jumping, and on the other hand they filter interference frequencies together with the filter inductors so that they can not reach the output of the converter unit.
  • the limit frequency of the two low-pass filters is preferably in each case RESIZE ⁇ SSER than the fundamental frequency of the output voltage of the inverter and / or in each case smaller than a whilrtaktfre- frequency at which the inverter is operated.
  • the cutoff frequency of both low passes can be the same, for example.
  • the converter unit may also have at least one additional converter output terminal in addition to the two converter output terminals mentioned.
  • spreader ⁇ accordingly comprises in this case also, the inverter preferably at least one additional inverter output terminal.
  • the low-pass filter means comprises at least one additional capacitor with one of its capacitor terminal at any of the two inverter input terminals and a converter output terminal and with its other capacitor terminal to the at least ei ⁇ NEN additional transformer output terminal connected.
  • the Tiefpassfil ⁇ ter comprises in addition to the two filter chokes an additional filter inductor, the at least terausgangsan gleich with its one throttle connection to an additional Nerich- and connected with its other throttle connection to the at least one additional transducer output terminal ,
  • one of the two converter input terminals can be soft grounded.
  • the two converter input terminals can be soft grounded.
  • Transducer input terminals indirectly or directly connected to a DC voltage source the output side is soft grounded.
  • the DC voltage source may for example comprise a Burn ⁇ voltage motor (for. Example, diesel engine), a related with the engine generator and a downstream of the generator converter.
  • the vehicle may also be an AC-powered vehicle, in which the DC voltage source comprises a power converter, which is connected upstream of the converter unit.
  • a method for converting a DC voltage applied on the input side into an alternating voltage is considered, in which the DC voltage with a
  • Inverter is then reversed and then filtered and the reversed and filtered voltage is output to the converter output terminals.
  • the voltage potential at at least one of the converter output ⁇ outlets is fed back with a capacitor to a soft grounded inverter input terminal.
  • the voltage potential of each of the converter ⁇ output terminals is fed back with a capacitor to an indirectly or directly soft grounded inverter input terminal.
  • FIG. 2 shows a first embodiment of an inventive vehicle in which a rear Kopp ⁇ development of a converter output terminal is carried to a converter input terminal by a single capacitor
  • FIG. 3 shows a second embodiment of a manure vehicle according OF INVENTION ⁇ , wherein the Wandlerein ⁇ unit comprises two converter output terminals which are coupled back to different transducer input terminals,
  • Figure 4 shows a third embodiment of a manure vehicle according OF INVENTION ⁇ , in which the two wall ⁇ lerausgangsan usually are fed back to a single inverter input terminal and to a single transformer input port,
  • Figure 5 shows a fourth embodiment of a manure vehicle according OF INVENTION ⁇ , wherein the Wandlerein- has three converter output terminals, of which a single is fed back to the converter input, and
  • Figure 6 shows a fifth embodiment of a manure vehicle according OF INVENTION ⁇ , each having all converter output terminals are fed back to the input side of the converter unit.
  • the vehicle 5 - which may be, for example, a locomotive, for example, a diesel locomotive - a DC intermediate circuit 10 which is connected via two resistors Rl and R2 high impedance to ground and thus soft grounded.
  • the DC voltage intermediate circuit 10 nor a DC link capacitor Czk.
  • the DC voltage intermediate circuit 10 is connected to two Wandlerein ⁇ -out terminals 25 and 30 of a converter unit 15, the input side having an inverter 45th
  • the two inverter input terminals 50 and 55 are connected to the two converter input terminals 25 and 30.
  • the inverter 45 On the output side, the inverter 45 with its two inverter output terminals 60 and 65 is connected to a low-pass filter device 70.
  • the low-pass filter device 70 is formed by two filter inductors Ll and L2 and a capacitor Cl, with its one capacitor terminal 80 to one of the two Inverter input terminals 55 and thus to one of the two converter input terminals 25 and and connected with its other capacitor terminal 85 to one of the two Wandleraus ⁇ gangsan say 35.
  • the other input terminal 40 is in Wandleraus- Verbin ⁇ dung to the inductor L2.
  • the function of the capacitor Cl is a jumping the potential of the DC voltage intermediate circuit 10, which during operation of the converter unit 15 - as already mentioned it ⁇ - is soft grounded to prevent. Due to the Ia- dung storage or charge-buffering effect of the capacitor Cl, the potential can jump on the DC voltage intermediate circuit 10 to either of the two transformer connections 25 or 30 directly applicable to ground potential, even if one of the transducer output terminals would the be set to ground potential 35 or 40 at ⁇ ; because by the capacitor Cl is an appropriate Potentialpuff réelle, means preventing cracking ⁇ changed ensured.
  • FIG. 3 shows a second exemplary embodiment of a vehicle.
  • the low pass filter device 70 comprises two capacitors, namely the capacitor Cl and a capacitor C2.
  • the capacitor C2 is connected with its one capacitor terminal 90 to the walls ⁇ ren inverter input terminal 50 and at the other capacitor terminal 95 to the converter output terminal 40th
  • FIG. 4 shows a third exemplary embodiment of a vehicle.
  • the second capacitor C2 with its one capacitor terminal 90 is not connected to the other inverter input terminal 50 or the second capacitor C2
  • FIG. 5 shows an exemplary embodiment of a vehicle in which the busbar 20 is designed for three-phase or three-pole operation.
  • the filter device 70 a total of three filter chokes or inductors Ll, L2, L3, which are associated with the three Wandleraus ⁇ -out terminals 35, 40 to 100.
  • the capacitor Cl By the capacitor Cl, in turn, jumping of the potential of the DC voltage intermediate circuit 10 is avoided to ground when the inverter 45 is put into operation.
  • FIG. 6 shows a fifth exemplary embodiment of a vehicle.
  • the converter unit 15 is the output side of a three-phase drive Be ⁇ and designed to be connected to a three-phase busbar 20th
  • the filter inlet ⁇ direction 70 with a total of three capacitors Cl, C2, C3 permitted from ⁇ , each having a feedback of the three Wandleraus- gangsan whatever 35, 40 and 100 on one or more of the converter input terminals 25 and 30 or one or more of the inverter input terminals 50 and 55 effect.
  • the function of the three capacitors Cl, C2 and C3 is to avoid jumping of the potential of the intermediate circuit currency ⁇ rend the operation of the inverter 45th
  • the described circuit topology of the filter device 70 ensures that the potential of the DC voltage intermediate circuit 70 to ground during operation of the
  • Inverter 45 does not jump, but at most only oscillates.
  • the oscillation essentially contains the frequency of the voltage on the busbar 20 in the case of a single-phase busbar or three times this frequency in the case of a three-phase busbar and in both cases still a relatively small voltage component with the clock frequency of the inverter 45.
  • the filter throttles L1, L2, L3 provided in the low-pass filter device 70 can be made smaller and lighter than those associated with the prior art
  • the filter chokes Ll, L2 enable in the case of a single-phase busbar 20 in addition, to allow order ⁇ switching option of alternating voltage to direct current (AC / DC) without additional hardware, in which the frequency on the busbar (eg Switzerlandsam-. melschiene) is changed by a corresponding control of the Wech ⁇ selrichters 45 to 0 Hz.
  • the weight of the vehicle or rail vehicle is less than the weight of the vehicle or rail vehicle according to figure 1 with the same functionality as possible to dispense with the re ⁇ tively heavy transformer 75 miles.
  • the weight reduction is, for example, at a Be ⁇ measurement performance of the converter unit of 400 kVA in the range between 500 kg and 1000 kg.
  • the omission of the transformer 75 shown in Figure 1 can also be used to reduce the length of the vehicle 5 or otherwise use the unused installation space, for example, for an enlargement of the fuel tank, if it is the vehicle 5, for example, a diesel locomotive han ⁇ delt.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Fahrzeug (5), insbesondere Schienenfahrzeug, mit einem Gleichspannungszwischenkreis (10) und einer an den Gleichspannungszwischenkreis angeschlossenen Wandlereinheit (15) zur Energieversorgung des Fahrzeugs oder zur Energieversorgung anderer Fahrzeuge, die mit dem Fahrzeug über eine elektrische Sammelschiene verbunden sind, wobei die Wandlereinheit zum Umwandeln einer eingangsseitig anliegenden Gleichspannung (Udc) in eine Wechselspannung (Uac) geeignet ist und umfasst: einen Wechselrichter (45) mit zwei Wechselrichtereingangsanschlüssen (50, 55) und zwei Wechselrichterausgangsanschlüssen (60, 65) und eine Tiefpassfiltereinrichtung (70), die eingangsseitig mittelbar oder unmittelbar an die zwei Wechselrichterausgangsanschlüsse angeschlossen ist und ausgangsseitig die zwei Wandlerausgangsanschlüsse der Wandlereinheit bildet, an denen die Wechselspannung abfällt. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Tiefpassfiltereinrichtung zumindest einen Kondensator (C1) aufweist, der mit seinem einen Kondensatoranschluss (80) an den einen der zwei Wechselrichtereingangsanschlüsse (55) und mit seinem anderen Kondensatoranschluss (85) an einen der zwei Wandlerausgangsanschlüsse (35) angeschlossen ist.

Description

Beschreibung
Fahrzeug, insbesondere Schienenfahrzeug, mit einer Wandler¬ einheit und Verfahren zum Umwandeln einer Spannung
Die Erfindung bezieht sich auf ein Fahrzeug mit den Merkmalen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Fahrzeuge dieser Art sind beispielsweise Diesellokomotiven des Typs ÖBB Rh2016, ME26 und ER20. Wie beispielhaft in den
Figuren 1 und 7 dargestellt ist, kann ein solches mit dem Be¬ zugszeichen 5 gekennzeichnetes Fahrzeug eine Gleichspannungs¬ quelle 6, einen Gleisspannungszwischenkreis 10, eine an den Gleichspannungszwischenkreis angeschlossene Wandlereinheit 15 sowie eine an die Wandlereinheit 15 angeschlossene Sammel¬ schiene 20 aufweisen. Bei der Sammelschiene 20 kann es sich beispielsweise um eine Zugsammeischiene handeln, mit der elektrische Verbraucher des Fahrzeugs 5 oder elektrische Verbraucher auf Fahrzeugen, die über die Zugsammeischiene mit dem Fahrzeug 5 verbunden sind, mit elektrischem Strom versorgt werden. Die Wandlereinheit 15 umfasst zwei Wandlerein¬ gangsanschlüsse 25 und 30 und zwei Wandlerausgangsanschlüsse 35 und 40 und ist zum Umwandeln einer eingangsseitig anlie¬ genden Gleichspannung Udc in eine Wechselspannung Uac geeig- net . Die Wandlereinheit 15 umfasst einen Wechselrichter 45, der mit zwei Wechselrichtereingangsanschlüssen 50 und 55 und zwei Wechselrichterausgangsanschlüssen 60 und 65 ausgestattet ist. Die zwei Wechselrichtereingangsanschlüsse 50 und 55 bil¬ den die Wandlereingangsanschlüsse 25 und 30 der Wandlerein- heit 15. Außerdem ist eine Tiefpasseinrichtung 70 vorhanden, die eingangsseitig mittelbar mit den zwei Wechselrichteraus¬ gangsanschlüssen 60 und 65 in Verbindung steht und ausgangs- seitig die zwei Wandlerausgangsanschlüsse 35 und 40 der Wand- lereinheit 15 bildet. Es lässt sich in der Figur 1 erkennen, dass bei vorbekannten Fahrzeugen, wie beispielsweise jenen des Typs ÖBB Rh2016, ME26 und ER20, zwischen der Tiefpassfil¬ tereinrichtung 70 und dem Wechselrichter 45 ein Transformator 75, dessen Trafostreuinduktivität Lt einen Bestandteil der Tiefpassfiltereinrichtung 70 bildet, geschaltet ist. Der Transformator erlaubt zwar eine Umsetzung der Spannungshöhe, jedoch spielt diese für die Wandlereinheit 15 keine entschei¬ dende Rolle, vielmehr hat der Transformator 15 im Falle eines weich geerdeten Gleichspannungszwischenkreises 10 eine andere Hauptfunktion, nämlich ein Springen des Potentials des Gleichspannungszwischenkreises 10 gegen Erde während des Be¬ triebs des Wechselrichters 45 zu verhindern.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Fahrzeug an¬ zugeben, das ein geringeres Gewicht und niedrigere Herstel¬ lungskosten aufweist als die oben beschriebenen vorbekannten Fahrzeuge .
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Fahrzeug, insbe¬ sondere ein Schienenfahrzeug, mit den Merkmalen gemäß Patent¬ anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Fahrzeuges sind in Unteransprüchen angegeben.
Danach ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Tiefpassfil¬ tereinrichtung zumindest einen Kondensator aufweist, der mit seinem einen Kondensatoranschluss an den einen der zwei Wechselrichtereingangsanschlüsse und mit seinem anderen Kondensa¬ toranschluss an einen der zwei Wandlerausgangsanschlüsse an- geschlossen ist.
Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Fahrzeugs ist darin zu sehen, dass bei diesem der Transformator in der Wandlereinheit weggelassen werden kann. Ein Transformator ist im Bereich der Schienenfahrzeugtechnik im Allgemeinen relativ groß und schwer, weil die Betriebsfrequenzen bei Eisenbahnen recht klein (< 100 Hz) sind, so dass der Transformator die Herstellungskosten des Fahrzeugs sowie dessen Gewicht erheb¬ lich erhöht. Bei dem erfindungsgemäßen Fahrzeug kann in der Wandlereinheit - aufgrund der erfindungsgemäß vorgesehenen Rückkopplung durch den erfindungsgemäß vorgesehenen Kondensator - im Unterschied zu den Fahrzeugen nach dem Stand der Technik auf einen Transformator verzichtet werden; denn die Aufgabe des Verhinderns eines Springens des Potentials wird durch die erfindungsgemäße Rückkopplung auch ohne einen Transformator erfüllt.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Tiefpassfiltereinrichtung zwei Kondensatoren aufweist, von denen einer mit seinem einen Kondensatoran- schluss an den einen der zwei Wechselrichtereingangsanschlüs¬ se und mit seinem anderen Kondensatoranschluss an einen der zwei Wandlerausgangsanschlüsse angeschlossen ist und von de¬ nen der andere mit seinem einen Kondensatoranschluss an den einen oder den anderen der zwei Wechselrichtereingangsanschlüsse und mit seinem anderen Kondensatoranschluss an den anderen der zwei Wandlerausgangsanschlüsse angeschlossen ist.
Die Tiefpassfiltereinrichtung weist vorzugsweise zwei Filterdrosseln auf, von denen die eine mit ihrem einen Drosselan- schluss an den einen Wechselrichterausgangsanschluss und mit ihrem anderen Drosselanschluss an den einen Wandlerausgangs- anschluss angeschlossen ist, und von denen die andere mit ih¬ rem einen Drosselanschluss an den anderen Wechselrichteraus- gangsanschluss und mit ihrem anderen Drosselanschluss an den anderen Wandlerausgangsanschluss angeschlossen ist. Um eine Doppelnutzung der Kondensatoren zu erreichen, wird es als vorteilhaft angesehen, wenn der eine Kondensator und die eine Filterdrossel einen ersten Tiefpass mit einer ersten Grenzfrequenz und der andere Kondensator und die andere FiI- terdrossel einen zweiten Tiefpass mit einer zweiten Grenzfre¬ quenz bilden. Die Kondensatoren üben bei dieser Ausgestaltung zwei Funktionen auf: Zum einen verhindern sie ein Springen des Potentials, und zum anderen filtern sie gemeinsam mit den Filterdrosseln Störfrequenzen, damit diese nicht zu dem Aus- gang der Wandlereinheit gelangen können.
Bevorzugt ist die Grenzfrequenz beider Tiefpässe jeweils grö¬ ßer ist als die Grundfrequenz der Ausgangspannung des Wechselrichters und/oder jeweils kleiner als eine Stellertaktfre- quenz, mit der der Wechselrichter betrieben wird. Die Grenzfrequenz beider Tiefpässe kann beispielsweise gleich sein.
Im Übrigen kann die Wandlereinheit zusätzlich zu den beiden genannten Wandlerausgangsanschlüssen auch zumindest einen zu- sätzlichen Wandlerausgangsanschluss aufweisen. Dementspre¬ chend weist in diesem Falle auch der Wechselrichter bevorzugt zumindest einen zusätzlichen Wechselrichterausgangsanschluss auf .
Für den letztgenannten Fall wird es als vorteilhaft angese¬ hen, wenn die Tiefpassfiltereinrichtung zumindest einen zusätzlichen Kondensator aufweist, der mit seinem einen Konden- satoranschluss an einen beliebigen der zwei Wechselrichtereingangsanschlüsse oder einen Wandlerausgangsanschluss und mit seinem anderen Kondensatoranschluss an den zumindest ei¬ nen zusätzlichen Wandlerausgangsanschluss angeschlossen ist. Auch wird es als vorteilhaft angesehen, wenn die Tiefpassfil¬ tereinrichtung zusätzlich zu den zwei Filterdrosseln eine zusätzliche Filterdrossel aufweist, die mit ihrem einen Dros- selanschluss an den zumindest einen zusätzlichen Wechselrich- terausgangsanschluss und mit ihrem anderen Drosselanschluss an den zumindest einen zusätzlichen Wandlerausgangsanschluss angeschlossen ist.
Wie bereits oben ausgeführt, kann einer der zwei Wandlerein- gangsanschlüsse weich geerdet sein. Beispielsweise sind die
Wandlereingangsanschlüssen mittelbar oder unmittelbar mit einer Gleichspannungsquelle verbunden, die ausgangsseitig weich geerdet ist.
Die Gleichspannungsquelle kann beispielsweise einen Verbren¬ nungsmotor (z. B. Dieselmotor), einen mit dem Verbrennungsmotor in Verbindung stehenden Generator und einen dem Generator nachgeordneten Stromrichter umfassen. Alternativ kann es sich bei dem Fahrzeug auch um ein wechselstrombetriebenes Fahrzeug handeln, bei dem die Gleichspannungsquelle einen Stromrichter umfasst, der der Wandlereinheit vorgeschaltet ist.
Als Erfindung wird außerdem ein Verfahren zum Umwandeln einer eingangsseitig anliegenden Gleichspannung in eine Wechsel- Spannung angesehen, bei dem die Gleichspannung mit einem
Wechselrichter wechselgerichtet und anschließend gefiltert wird und die wechselgerichtete und gefilterte Spannung an Wandlerausgangsanschlüsse ausgegeben wird.
Erfindungsgemäß ist bei einem solchen Verfahren vorgesehen, dass das Spannungspotential an zumindest einem der Wandler¬ ausgangsanschlüsse mit einem Kondensator an einen weich geerdeten Wechselrichtereingangsanschluss rückgekoppelt wird. Bezüglich der Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens sei auf die obigen Ausführungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Fahrzeug verwiesen.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass das Spannungspotential eines jeden der Wandler¬ ausgangsanschlüsse mit einem Kondensator an einen mittelbar oder unmittelbar weich geerdeten Wechselrichtereingangsan- schluss rückgekoppelt wird.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispie¬ len näher erläutert; dabei zeigen beispielhaft
Figur 2 ein erstes Ausführungsbeispiel für ein erfin- dungsgemäßes Fahrzeug, bei dem eine Rückkopp¬ lung eines Wandlerausgangsanschlusses zu einem Wandlereingangsanschluss durch einen einzigen Kondensator erfolgt,
Figur 3 ein zweites Ausführungsbeispiel für ein erfin¬ dungsgemäßes Fahrzeug, bei dem die Wandlerein¬ heit zwei Wandlerausgangsanschlüsse aufweist, die an unterschiedliche Wandlereingangsanschlüsse rückgekoppelt sind,
Figur 4 ein drittes Ausführungsbeispiel für ein erfin¬ dungsgemäßes Fahrzeug, bei dem die zwei Wand¬ lerausgangsanschlüsse an ein und denselben Wechselrichtereingangsanschluss und damit an ein und denselben Wandlereingangsanschluss rückgekoppelt sind,
Figur 5 ein viertes Ausführungsbeispiel für ein erfin¬ dungsgemäßes Fahrzeug, bei dem die Wandlerein- heit drei Wandlerausgangsanschlüsse aufweist, von denen ein einziger an den Wandlereingang rückgekoppelt ist, und
Figur 6 ein fünftes Ausführungsbeispiel für ein erfin¬ dungsgemäßes Fahrzeug, bei dem jeweils alle Wandlerausgangsanschlüsse an die Eingangsseite der Wandlereinheit rückgekoppelt sind.
In den Figuren werden der Übersicht halber für identische oder vergleichbare Komponenten stets dieselben Bezugszeichen verwendet .
In der Figur 2 erkennt man von dem Fahrzeug 5 - bei dem es sich beispielsweise um eine Lokomotive, zum Beispiel eine Diesellokomotive handeln kann - einen Gleichspannungszwischenkreis 10, der über zwei Widerstände Rl und R2 hochohmig mit Erde verbunden und somit weich geerdet ist. Außerdem er¬ kennt man von dem Gleichspannungszwischenkreis 10 noch einen Zwischenkreiskondensator Czk.
Der Gleichspannungszwischenkreis 10 ist mit zwei Wandlerein¬ gangsanschlüssen 25 und 30 einer Wandlereinheit 15 verbunden, die eingangsseitig einen Wechselrichter 45 aufweist. Die bei- den Wechselrichtereingangsanschlüsse 50 und 55 sind dabei mit den beiden Wandlereingangsanschlüssen 25 und 30 verbunden.
Ausgangsseitig steht der Wechselrichter 45 mit seinen beiden Wechselrichterausgangsanschlüssen 60 und 65 mit einer Tief- passfiltereinrichtung 70 in Verbindung. Die Tiefpassfiltereinrichtung 70 wird durch zwei Filterdrosseln bzw. Induktivitäten Ll und L2 sowie einen Kondensator Cl gebildet, der mit seinem einen Kondensatoranschluss 80 an den einen der zwei Wechselrichtereingangsanschlüsse 55 und damit an den einen der zwei Wandlereingangsanschlüsse 25 sowie und mit seinem anderen Kondensatoranschluss 85 an einen der zwei Wandleraus¬ gangsanschlüsse 35 angeschlossen ist. Der andere Wandleraus- gangsanschluss 40 steht mit der Induktivität L2 in Verbin¬ dung.
Die Funktion des Kondensators Cl besteht darin, während des Betriebs der Wandlereinheit 15 ein Springen des Potentials des Gleichspannungszwischenkreises 10, der - wie bereits er¬ wähnt - weich geerdet ist, zu verhindern. Aufgrund der Ia- dungsspeichernden bzw. ladungspuffernden Wirkung des Kondensators Cl kann das Potential am Gleichspannungszwischenkreis 10 an keinem der beiden Wandleranschlüsse 25 oder 30 unmit- telbar auf Erdpotential springen, selbst wenn einer der bei¬ den Wandlerausgangsanschlüsse 35 oder 40 auf Massepotential gesetzt werden würde; denn durch den Kondensator Cl wird eine entsprechende Potentialpufferung, die ein Springen verhin¬ dert, sichergestellt.
In der Figur 3 ist ein zweites Ausführungsbeispiel für ein Fahrzeug gezeigt. Bei diesem Ausführungsbeispiel weist die Tiefpassfiltereinrichtung 70 zwei Kondensatoren auf, nämlich den Kondensator Cl und einen Kondensator C2. Der Kondensator C2 ist mit seinem einen Kondensatoranschluss 90 an den ande¬ ren Wechselrichtereingangsanschluss 50 und mit seinem anderen Kondensatoranschluss 95 an den Wandlerausgangsanschluss 40 angeschlossen .
Bei der Schaltung gemäß der Figur 3 sind beide Wandleraus¬ gangsanschlüsse 35 und 40 über die Kondensatoren Cl und C2 gepuffert, so dass ein Springen des Potentials des Gleich¬ spannungszwischenkreises 10 gegen Masse nicht auftreten kann. In der Figur 4 ist ein drittes Ausführungsbeispiel für ein Fahrzeug gezeigt. Im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3 ist bei diesem Ausführungsbeispiel der zweite Kondensator C2 mit seinem einen Kondensatoranschluss 90 nicht an den anderen Wechselrichtereingangsanschluss 50 bzw. den
Wandlereingangsanschluss 30 angeschlossen, sondern statt des¬ sen an den Wechselrichtereingangsanschluss 55 sowie damit an den Wandlereingangsanschluss 25. Ansonsten entspricht das Ausführungsbeispiel gemäß der Figur 4 dem Ausführungsbeispiel gemäß der Figur 3.
In der Figur 5 ist ein Ausführungsbeispiel für ein Fahrzeug gezeigt, bei dem die Sammelschiene 20 für einen dreiphasigen bzw. dreipoligen Betrieb ausgelegt ist. Demgemäß weist die Filtereinrichtung 70 insgesamt drei Filterdrosseln bzw. Induktivitäten Ll, L2, L3 auf, die mit den drei Wandleraus¬ gangsanschlüssen 35, 40 und 100 in Verbindung stehen. Einer der drei Wandlerausgangsanschlüsse, hier der Wandlerausgangs- anschluss 35 ist über einen Kondensator Cl an den Wechsel- richtereingangsanschluss 55 und somit an den Wandlereingangs¬ anschluss 25 rückgekoppelt. Durch den Kondensator Cl wird wiederum ein Springen des Potentials des Gleichspannungszwischenkreises 10 gegen Erde vermieden, wenn der Wechselrichter 45 in Betrieb genommen wird.
In der Figur 6 ist ein fünftes Ausführungsbeispiel für ein Fahrzeug gezeigt. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Wandlereinheit 15 ausgangsseitig für einen dreiphasigen Be¬ trieb und den Anschluss an eine dreiphasige Sammelschiene 20 ausgelegt. Im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel gemäß der Figur 5 ist bei diesem Ausführungsbeispiel die Filterein¬ richtung 70 mit insgesamt drei Kondensatoren Cl, C2, C3 aus¬ gestattet, die jeweils eine Rückkopplung der drei Wandleraus- gangsanschlüsse 35, 40 und 100 auf einen oder mehrere der Wandlereingangsanschlüsse 25 und 30 bzw. einen oder mehrere der Wechselrichtereingangsanschlüsse 50 und 55 bewirken. Wie¬ derum besteht die Funktion der drei Kapazitäten Cl, C2 und C3 darin, ein Springen des Potentials des Zwischenkreises wäh¬ rend des Betriebs des Wechselrichters 45 zu vermeiden.
Zusammenfassend weisen die in den Figuren 2 bis 7 beschriebe¬ nen Wandlereinheiten 15 eine Vielzahl an Vorteilen auf, die hier noch einmal kurz stichpunktartig zusammengefasst werden sollen :
- Durch die beschriebene Schaltungstopologie der Filterein¬ richtung 70 wird erreicht, dass das Potential des Gleich- spannungszwischenkreises 70 gegen Erde bei Betrieb des
Wechselrichters 45 nicht springt, sondern allenfalls nur noch schwingt. Die Schwingung enthält im Wesentlichen die Frequenz der Spannung auf der Sammelschiene 20 im Falle einer einphasigen Sammelschiene bzw. das Dreifache dieser Frequenz im Falle einer dreiphasigen Sammelschiene sowie in beiden Fällen jeweils noch einen relativ kleinen Spannungsanteil mit der Taktfrequenz des Wechselrichters 45.
- Die in der Tiefpassfiltereinrichtung 70 vorgesehenen Filterdrosseln Ll, L2, L3 können kleiner und leichter ausge- führt werden als der im Zusammenhang mit dem Stand der
Technik in der Figur 1 gezeigte Transformator 75, so dass gegenüber dem Stand der Technik erheblich Gewicht eingespart wird.
- Die Filterdrosseln Ll, L2 ermöglichen es im Falle einer einphasigen Sammelschiene 20 darüber hinaus, eine Um¬ schaltmöglichkeit von Wechselspannung auf Gleichspannung (AC/DC) ohne zusätzlichen Hardwareaufwand zu ermöglichen, in dem die Frequenz auf der Sammelschiene (z. B. Zugsam- melschiene) durch eine entsprechende Ansteuerung des Wech¬ selrichters 45 auf 0 Hz umgestellt wird.
Das Gewicht des Fahrzeugs bzw. Schienenfahrzeugs ist bei gleicher Funktionalität geringer als das Gewicht des Fahr- zeugs bzw. Schienenfahrzeugs gemäß Figur 1, da auf den re¬ lativ schweren Transformator 75 verzichtet werden kann. Die Gewichtsreduktion liegt beispielsweise bei einer Be¬ messungsleistung der Wandlereinheit von 400 kVA im Bereich zwischen 500 kg und 1000 kg. Der Wegfall des in der Figur 1 dargestellten Transformators 75 lässt sich darüber hinaus nutzen, um die Länge des Fahrzeugs 5 zu reduzieren oder den nicht benötigten Einbauraum anderweitig zu nutzen, beispielsweise für eine Vergrößerung des Kraftstofftanks, wenn es sich bei dem Fahrzeug 5 beispielsweise um eine Diesellokomotive han¬ delt.
Be zugs z e i chenl i ste
5 Fahr z eug
10 GIeisspannungs zwischenkreis
15 Wandlereinheit
20 Sammelschiene
25, 30 Wandlereingangsanschlüsse
35, 40 Wandlerausgangsanschlüsse
45 Wechselrichter 5500,, 5555 Wechselrichtereingangsanschlüsse
60, 65 Wechselrichterausgangsanschlüsse
70 Tiefpasseinrichtung
75 Transformator
80 KondensatoransehIuss 8855 Kondensatoranschluss
90 KondensatoransehIuss
95 Kondensatoranschluss
100 WandlerausgangsansehIuss
C1,C2,C3 Kondensatoren
Czk Zwischenkreiskondensator
L1,L2,L3 Induktivitäten
Rl, R2 Widerstände
Udc Gleichspannung Uac Wechselspannung

Claims

Patentansprüche
1. Fahrzeug (5), insbesondere Schienenfahrzeug, mit einem Gleichspannungszwischenkreis (10) und einer an den Gleich- spannungszwischenkreis angeschlossenen Wandlereinheit (15) zur Energieversorgung des Fahrzeugs oder zur Energieversorgung anderer Fahrzeuge, die mit dem Fahrzeug über eine elekt¬ rische Sammelschiene verbunden sind, wobei die Wandlereinheit zum Umwandeln einer eingangsseitig anliegenden Gleichspannung (Udc) in eine Wechselspannung (Uac) geeignet ist und umfasst: einen Wechselrichter (45) mit zwei Wechselrichtereingangs¬ anschlüssen (50, 55) und zwei Wechselrichterausgangsanschlüssen (60, 65) und eine Tiefpassfiltereinrichtung (70), die eingangsseitig mittelbar oder unmittelbar an die zwei Wechselrichteraus¬ gangsanschlüsse angeschlossen ist und ausgangsseitig die zwei Wandlerausgangsanschlüsse der Wandlereinheit bildet, an denen die Wechselspannung abfällt, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass - die Tiefpassfiltereinrichtung zumindest einen Kondensator (Cl) aufweist, der mit seinem einen Kondensatoranschluss (80) an den einen der zwei Wechselrichtereingangsanschlüs¬ se (55) und mit seinem anderen Kondensatoranschluss (85) an einen der zwei Wandlerausgangsanschlüsse (35) ange- schlössen ist.
2. Fahrzeug nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Tiefpassfiltereinrichtung zwei Kondensatoren (Cl, C2) aufweist,
- von denen einer mit seinem einen Kondensatoranschluss (80) an den einen der zwei Wechselrichtereingangsanschlüsse (55) und mit seinem anderen Kondensatoranschluss (85) an einen der zwei Wandlerausgangsanschlüsse (35) angeschlos¬ sen ist und von denen der andere mit seinem einen Kondensatoranschluss (90) an den einen oder den anderen der zwei Wechselrich- tereingangsanschlüsse (50, 55) und mit seinem anderen Kon¬ densatoranschluss (95) an den anderen der zwei Wandleraus¬ gangsanschlüsse (40) angeschlossen ist.
3. Fahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Tiefpassfiltereinrichtung zwei Filterdrosseln (Ll, L2) aufweist,
- von denen die eine mit ihrem einen Drosselanschluss an den einen Wechselrichterausgangsanschluss (60) und mit ihrem anderen Drosselanschluss an den einen Wandlerausgangsan- schluss (35) angeschlossen ist, und
- von denen die andere mit ihrem einen Drosselanschluss an den anderen Wechselrichterausgangsanschluss (65) und mit ihrem anderen Drosselanschluss an den anderen Wandleraus- gangsanschluss (40) angeschlossen ist.
4. Fahrzeug nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der eine Kondensator und die eine Filterdrossel einen ersten Tiefpass mit einer ersten Grenzfrequenz und der andere Kondensator und die andere Filterdrossel einen zweiten Tiefpass mit einer zweiten Grenzfrequenz bilden.
5. Fahrzeug nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Grenzfrequenz beider Tiefpässe jeweils größer ist als die Grundfrequenz der Ausgangspannung des Wechselrichters.
6. Fahrzeug nach Anspruch 4 oder 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Grenzfrequenz beider Tiefpässe jeweils kleiner ist als eine Stellertaktfrequenz, mit der der Wechselrichter betrie- ben wird.
7. Fahrzeug nach einem der voranstehenden Ansprüche 4-6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Grenzfrequenz beider Tiefpässe gleich ist.
8. Fahrzeug nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass zumindest einer der zwei Wandlereingangsanschlüsse weich ge¬ erdet ist.
9. Fahrzeug nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Wandlereinheit zusätzlich zu den beiden genannten Wandlerausgangsanschlüssen zumindest einen zusätzlichen Wandlerausgangsanschluss (100) aufweist und
- der Wechselrichter zumindest einen zusätzlichen Wechsel- richterausgangsanschluss aufweist .
10. Fahrzeug nach Anspruch 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Tiefpassfiltereinrichtung zumindest einen zusätzlichen Kondensator (C3) aufweist, der mit seinem einen Kondensa- toranschluss an einen beliebigen der zwei Wechselrichtereingangsanschlüsse (50, 55) und mit seinem anderen Konden- satoranschluss an den zumindest einen zusätzlichen Wand¬ lerausgangsanschluss (100) angeschlossen ist.
11. Fahrzeug nach Anspruch 9 oder 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Tiefpassfiltereinrichtung zusätzlich zu den zwei Filterdrosseln eine zusätzliche Filterdrossel (L3) aufweist, die mit ihrem einen Drosselanschluss an den zumindest einen zu- sätzlichen Wechselrichterausgangsanschluss und mit ihrem an¬ deren Drosselanschluss an den zumindest einen zusätzlichen Wandlerausgangsanschluss (100) angeschlossen ist.
12. Fahrzeug nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Wandlereingangsanschlüsse mittelbar oder unmittelbar mit einer Gleichspannungsquelle verbunden sind, die ausgangssei- tig weich geerdet ist.
13. Fahrzeug nach Anspruch 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Gleichspannungsquelle (6) einen Verbrennungsmotor und ei¬ nen mit dem Verbrennungsmotor in Verbindung stehenden Generator umfasst.
14. Fahrzeug nach Anspruch 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Fahrzeug ein wechselstrombetriebenes Fahrzeug ist und die Gleichspannungsquelle einen Stromrichter umfasst, der der Wandlereinheit vorgeschaltet ist.
15. Verfahren zum Umwandeln einer eingangsseitig anliegenden Gleichspannung (Udc) in eine Wechselspannung (Uac) , wobei
- die Gleichspannung mit einem Wechselrichter (45) wechsel- gerichtet und anschließend gefiltert wird und
- die wechselgerichtete und gefilterte Spannung an Wandler¬ ausgangsanschlüsse (35, 40) ausgegeben wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Spannungspotential an zumindest einem der Wandleraus¬ gangsanschlüsse mit einem Kondensator an einen mittelbar oder unmittelbar weich geerdeten Wechselrichtereingangsan- schluss rückgekoppelt wird.
16. Verfahren nach Anspruch 15, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Spannungspotential jeder der Wandlerausgangsanschlüsse mit einem Kondensator an einen mittelbar oder unmittelbar weich geerdeten Wechselrichtereingangsanschluss rückgekop¬ pelt wird.
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