EP3289680A1 - Elektrische schaltung und elektrisches fahrzeug - Google Patents

Elektrische schaltung und elektrisches fahrzeug

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EP3289680A1
EP3289680A1 EP16729518.7A EP16729518A EP3289680A1 EP 3289680 A1 EP3289680 A1 EP 3289680A1 EP 16729518 A EP16729518 A EP 16729518A EP 3289680 A1 EP3289680 A1 EP 3289680A1
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EP
European Patent Office
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current
current path
electrical
intermediate circuit
electrical circuit
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP16729518.7A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Martin Glinka
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Siemens Mobility GmbH
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R1/00—Details of instruments or arrangements of the types included in groups G01R5/00 - G01R13/00 and G01R31/00
    • G01R1/20—Modifications of basic electric elements for use in electric measuring instruments; Structural combinations of such elements with such instruments
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    • H02M5/453—Conversion of AC power input into AC power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into DC by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate DC into AC using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal

Definitions

  • the invention relates to an electric circuit with a first power converter unit, at least one second power converter unit, an intermediate circuit, which connects the power Rich ⁇ territten each other technically efficient, and at least one detection unit for detecting at least one electrical characteristic of the intermediate circuit.
  • Processing chains in which electrical energy is transferred from a power source to a working machine via a Zvi ⁇ intermediate circuit, for determining the data transmitted via the DC link power is a fast, efficient and accurate detection of the DC current advantage.
  • the determination of the transmitted power is advantageously used to control power converters connected to the intermediate circuit, in particular to a coordinated control of the same.
  • Hall-effect current transformers or shunt resistors are used to determine the DC link current in the transport and industrial sectors.
  • the invention has for its object to provide a generic circuit in which a fast and accurate detection of an electrical characteristic of the Swisskrei ⁇ ses can be done, which can be dispensed with costly protective elements to protect against a fault current.
  • the intermediate circuit comprises a ers ⁇ th current path and a second paral ⁇ lel-connected to the first current path current path, electrical properties ⁇ properties of the current paths are chosen such that in the fault- ⁇ free operation, at least a major part of a commercial stream through which an active power between the unit converters is transferred, flows through the first current path and in faulty operation of at least a predominant part of a fault current through the second current path ge ⁇ leads is, and the detecting unit is switched through in the first current path.
  • a "power technical compound" of the unit converters each other via the intermediate circuit is to be understood to be a connection over which is an active power from the first power converter unit to the second inverter unit, or vice versa transferable, said active Leis ⁇ tung connected for a working mode of an electric to the scarf ⁇ tung
  • the work machine typically serves to perform mechanical work on the transmitted active power, and active power may be reversed between the power converter units when the work machine is operated in a regenerative mode which it is an electric power from a movement ⁇ he witnesses.
  • the active power is transmitted by means of an electric current, which is conducted in the DC link. This one
  • the useful current is proportional to the transmitted active power
  • a fault current is decoupled from an active power transmitted between the converter units and typically arises within the intermediate circuit, in particular when a faulty connection is made ,
  • a current path may be a physical electrical path or an electrical path of an equivalent circuit.
  • An electrical property of a current path is at least one in this at least one electrical property
  • a unit can be a single physical component or a replacement circuit diagram for several physical components.
  • An electrical characteristic is in particular an electrical parameter, such as a resistance value, a capacitance value, an inductance value, etc.
  • a "predominant part" of a current is to be understood in particular to be a part which is at least 70-6, preferably at least 80%, and preferably at least 90 represents% of TOTAL ⁇ th stream.
  • the proposed electric circuit is suitable in particular ⁇ sondere for an arrangement of the power converter units in which they are arranged spatially separated from each other. This arrangement is given in particular in an embodiment of the electrical circuit in which the converter units are arranged in different structural units, in particular different contiguous structural units such as, for example, different containers.
  • this electrical connection is expediently implemented by at least one rail, which leads the electrical potential of the intermediate circuit from a first structural unit to a second structural unit which is spaced therefrom.
  • a distance between the units can be one meter to several tens of meters.
  • the rail can be used to distribute the electrical potential of the intermediate circuit in spatially diverging ⁇ subranged portions of a parent unit.
  • Such a unit may advantageously correspond to an industrial plant or a vehicle, in particular a rail vehicle.
  • the detection unit is designed as a current detection unit. It is proposed that this comprises a Hall compensation current transformer and / or a shunt resistor, whereby a fast and accurate current detection by means of cost-effective and conventional current transformer, which have a high dynamic and time resolution, can be achieved.
  • the electrical properties are chosen such that the time constant for setting up an electric current through the first current path RESIZE ⁇ SSER as a necessary for the construction of a fault current time.
  • time constant should be understood to mean, in particular, the time required to build up approximately 60 ⁇ 6, in particular 63.2%, of the maximum current.
  • ⁇ br/> ⁇ br/> A structurally simple design of the electrical circuit can be achieved if the first current path is constructed as an inductive, low resistance path and the second current path as a low-inductance, high-impedance path.
  • the first, opposite the second current path "inductive" current path expediently has a Induktivi ⁇ ty, which is at least ten times greater than the Induktivi ⁇ ty of the second current path.
  • the first, opposite the second current path "low-impedance" path usefully has an electrical resistance which is five times, at least klei ⁇ ner than the electrical resistance of the second current ⁇ path.
  • the line piece may have a length of at least one meter.
  • the inductive line piece in a particular embodiment may have at least one turn.
  • the second current path can be formed by a short, straight and high-resistance cable with respect to the line segment forming the first current path.
  • the second current path can also be realized by electrical resistors, which are combined in a compact arrangement, eg, water-cooled resistors with low inductance.
  • the invention is further in particular for execution of the intermediate circuit with at least two Operazwi rule circuits ⁇ . "Subcircuits" are to be understood as meaning parts of the intermediate circuit whose summation form the intermediate circuit and which each have at least one intermediate circuit capacitor, in which case an intermediate circuit capacitor is a capacitor which is directly connected to the positive and negative busbar of the intermediate circuit.
  • the electrical properties are chosen such that the time constant for the establishment of an electrical current through the first current path is greater than a time necessary for the construction of a compensation current between the subcircuit capacitors.
  • the intermediate circuit is formed in this vehicle as a traction intermediate circuit.
  • Traction intermediate circuit is part of a drive chain via which electrical energy is conducted from an energy source in the vehicle or outside it, for example a mains supply, to at least one working machine designed as a drive unit, which drives at least one of them
  • a drive unit has at least one electric drive motor, in particular a three-phase motor, and a power converter unit, which serves to supply the drive motor with electrical power.
  • the vehicle has a set of distributed in the vehicle drive units, the the traction link are connected.
  • the vehicle has a set of distributed in the vehicle drive units, the the traction link are connected.
  • this configuration exist due to the spatial distribution of the drive units in the vehicle large, especially over several ⁇ re meters and / or several tens of meters amount spacings between the drive units, which at the
  • Tratechnisches screw Vietnamese are connected.
  • a drive unit connected to the traction intermediate circuit has at least one power converter unit which, in a traction mode of the vehicle, draws electrical energy from the traction intermediate circuit and is expediently assigned spatially to the associated drive motor.
  • the electric Po ⁇ tential of the intermediate circuit between spaced-ge ⁇ separated, distributed in the vehicle unit converters performs overall is.
  • at least one busbar can be provided.
  • the vehicle is designed as a rail vehicle.
  • a busbar ⁇ ne for distributing the electrical potential of the intermediate circuit is called in particular "Zugsammeischiene”.
  • Figure 2 a physical design of the current paths
  • Figure 3 a rail vehicle with a
  • FIG. 1 shows an electrical circuit 10 with a first power converter unit 12, a second power converter unit 14 and an intermediate circuit 16, which connects the power converter units 12, 14 to each other in terms of power.
  • the intermediate circuit 16 is designed in particular as a DC voltage intermediate ⁇ circle. It has at least one rail 18 which carries a DC voltage. This rail 18 is also called “positive rail”.
  • the intermediate circuit 16 is Inventory ⁇ part of a work string, along which an electric power is supplied from a power source 20 to a work machine 22, and has in particular the function of an energy reservoir from which a to a inverter unit, for example, 14 connected working ⁇ machine 22 supplied with electric power, the power converter unit.
  • the power source 20 and the working machine 22, as well as their Ver ⁇ connection with the electrical circuit 10 are shown highly schematically in the figure.
  • the power source 20, which in particular provides an alternating voltage can be ⁇ bar or directly connected to the electrical circuit 10.
  • the work machine 22 can - especially in an embodiment as an electric motor - directly or indirectly, for example via an electrical network, with the electrical circuit see 10 be connected
  • the power source 20 may be a Mains supply or a transformer device, which transforms a mains voltage.
  • an electrical energy from the intermediate circuit 16 is bezo ⁇ gene and provided by the power converter unit 14 in a form suitable for jewei ⁇ term application form.
  • the Stromrich ⁇ territt 14 may have the function of a tripodversor- supply unit for the working machine 22.
  • the power converter unit 14 is operated here as an inverter, wel ⁇ cher generates an AC voltage.
  • the power converter unit 14 can be designed, for example, as a pulse-controlled inverter (or PWR).
  • the generated AC voltage can be single-phase or be multi-phase, such as in the form of a three-phase voltage.
  • the intermediate circuit 16 is fed via the power converter unit 12 with electrical energy.
  • the power converter unit 12 is operated as a rectifier which rectifies the AC voltage provided by the energy source 20.
  • the power converter unit 12 as
  • this example produced from a mechanical movement of an electric energy, which is fed by means of the inverter unit 14 in the interim ⁇ intermediate circuit 16 and fed back from this in energy storage and / or by means of the inverter unit 12 in the energy ⁇ source 20 ,
  • the power converter units 12, 14 each have switching elements (not shown in greater detail) of power electronics, in particular in the form of power transistors, such as power transistors.
  • IGBTs IGBTs. These switching elements are conventionally arranged in bridge circuits, which belong to the prior art and are therefore not explained in detail.
  • the electrical circuit 10 also has a detection unit 24 which serves to detect an electrical parameter of the intermediate circuit 16.
  • the detection unit 24 is formed as a current detection unit ⁇ , which is provided for detecting a current characteristic.
  • the detection unit 24 is designed as a Hall compensation current transformer. Other versions, such as shunt resistance are also possible.
  • the intermediate circuit 16 conventionally has DC link capacitors 26, 28, which are each assigned to a different converter unit 12 or 14, and suction circuits 30, 32, each having an inductance and a capacitance.
  • the considered embodiment of the intermediate circuit 16 with two absorption circuits is exemplary. In another version tion can be seen in the intermediate circuit 16, only a suction circuit pre ⁇ .
  • the partial areas of the intermediate circuit 16 arranged on both sides of the suction circuits 30, 32 form partial intermediate circuits 34, 36, which each have an intermediate capacitor 26 or 28.
  • the intermediate circuit 16 has a first current path 38 and egg ⁇ nen parallel to this second current path 40 on.
  • the parallel circuit of the current paths 38, 40 is arranged in a main current path of the intermediate circuit 16, via wel ⁇ Chen the DC link current i ZK in error-free operation between the power converter unit 12 and the power converter unit 14 flows.
  • the current paths 38, 40 are arranged in the positive rail 18.
  • current paths 38, 40 may be arranged in the negative rail.
  • the electrical properties of the current paths 38, 40 are determined by the choice of electrical units 42, 44 which are connected in these current paths 38, 40.
  • the first ⁇ A standardized 42 is arranged in the first current path 38, while the unit 44 is arranged in the second current path 40th
  • the units 42 and 44 shown in the figure may each be formed by a single physical component or by a plurality of physical components. In the latter case the units 42, 44 shown in the figure are each an equivalent circuit diagram of the relevant current path maral ⁇ ended components.
  • the intermediate circuit current i ZK contains a useful current, by means of which an active power is transmitted from the first power converter unit 12 to the second power converter unit 14 or vice versa.
  • the electrical Eigenschaf- th of the current paths 38, 40 are that a guide of the useful flow is promoted through the first current path 38 in the FEH ⁇ lerelle exchange operation of the circuit 10 is selected in such a manner. At least a predominant part, in particular At least 90%, the Nutzstrom over the first current path 38 are performed. For this purpose, the first current path 38 with respect to the second current path 40 to a much lower ohmic resistance. Opposite the first current path 38, the second current path 40 is formed as a high-impedance path.
  • the unit 44 in the form of an ohmic resistor.
  • the detection unit 24 is connected in the first current path 38.
  • the current parameter detected by the detection unit 24 is therefore representative of fault-free operation for the electrical current flowing between the converter units 12 and 14 and conducted by the rail 18.
  • a particularly accurate determination of the DC component of the DC link current I CC, and therefore the useful flow, the foundedsver- ratio of the current paths 38 and 40 as a correction factor taken into ⁇ be taken into.
  • the active power transmitted via the intermediate circuit 16 between the converter units 12, 14 can be determined during fault-free operation of the electrical circuit 10. This is for the Steue ⁇ tion of the converter units 12, 14 of advantage.
  • the power generated by the power converter unit 14 (PWR) may be taken into account by the control of the power converter unit 12 (4QS).
  • this information can quickly - particularly within a few milliseconds - be it ⁇ averages, thereby enabling an efficient tuning the control information model of the power converter units 12, can be achieved 14th
  • a residual current caused by a DC link short circuit - also called a short-circuit current - can have an amplitude in the range from 50 kA to more than 500 kA.
  • the electrical properties of the current paths 38, 40 are selected such that in faulty operation, the guidance of a nes caused by the error fault current is promoted via the second current path 40. In this case, at least a predominant part, in particular at least 90%, of a fault current caused by the fault is to be routed via the second current path 40.
  • the second current path 40 the second
  • the first current path 38 compared to the first current path 40 a significantly lower inductance.
  • the first current path 38 is also manufactured ⁇ det as inductive path. This is illustrated in the figure by the unit 42 in the form of an inductance.
  • the first current path 38 is therefore designed as an inductive, low-impedance path, while the second current path 40 is formed as a low-inductance, high-impedance path.
  • the ratio of the inductance of the first current path 38 and the ohmic resistance of the second current path 40 corresponds to the time constant, which is the structure of an electrical
  • the detection of the current characteristic by the detection unit 24 takes place with this time constant. This can be chosen sufficiently small to optimize the control dynamics of
  • the time constant is selected such that it is greater than a time necessary for the establishment of a compensation current between the subcircuit capacitors 26 and 28.
  • a compensating current which is excited by the clock frequencies of the converter units 12, 14 and therefore does not contribute to the transmission of an active power between the two converter units 12, 14, is therefore predominantly passed through the second current path 40.
  • Such compensation processes are therefore not or at least not significantly detected as active power changes between the converter units 12, 14.
  • FIG. 2 shows an exemplary physical device for realizing the first and second current paths 38, 40.
  • This has an arrangement with two plate-shaped bodies 46.1, 46.2, which are aligned parallel to one another.
  • a first body 46. 1 is arranged in the positive rail 18, while the second body 46. 2 is connected in the negative rail of the intermediate circuit 16.
  • the bodies 46 are accordingly designed as rail pieces. They are each made of stainless steel.
  • the distance d - viewed in the direction perpendicular to the main body surfaces direction - between the bodies 46 determines the inductance value of the second current ⁇ path 40th
  • a line piece 48 is connected in parallel, which has a line of low resistance value ⁇ .
  • the line piece 48 may have a copper ⁇ line.
  • the line piece 48 takes the form of an electrical cable, which is at least twice as long as the body 46.
  • the electrical cable has a length of at least one meter. It may also, as shown, have a plurality of turns and in particular form an air-core coil. In a further embodiment, however, the cable can be formed without windings.
  • the second current path 40 which - compared to the wound line piece 48 of highly conductive material - is formed as a high-impedance and low-inductance current path.
  • the first current path 38 formed by the line segment 48 is a low-resistance, inductive current path.
  • FIG. 3 shows a vehicle designed as a rail vehicle 50 in a highly schematic side view. It is as
  • the drive shaft 54 is driven by an electric drive motor 56.
  • the drive axle 54 and drive motor 56 are components ei ⁇ nes motor bogie 58th
  • the drive motors 56 are components of a drive device 60 of the rail vehicle 50, which in operation a
  • Energy from an external power supply 62 refers.
  • the connection takes place, in particular, via an overhead line 64 and a current collector 66 contacting the same.
  • An embodiment of the rail vehicle 50 with a current collector which is provided for drawing an electric current from an electrical rail arranged near the floor is likewise conceivable.
  • the drive device 60 also has a transformer device 68, which comprises the mains voltage, which is related to the mains supply 62 and is designed as an alternating voltage
  • the transformed mains voltage is rectified by a converter unit 70, which is formed in particular as a four-quadrant ⁇ sondere.
  • the current ⁇ judge unit 70 is connected to a traction intermediate circuit 72, which carries the rectified voltage.
  • This DC link voltage is provided by means of a Switzerlandsammeischiene 74 for operation of the drive motors 56 available.
  • the drive motors 56 of a drive rotary Stells 58 are supplied by means of an associated power converter unit 76 with electrical power.
  • These converter units 76 are spatially assigned to the corresponding drive motors 56. In particular, they are each arranged in the region of the corresponding drive bogie 58.
  • Power converter units 76 are each connected to the Switzerlandsammeischiene 74 and therefore to the traction intermediate circuit 72.
  • the rail vehicle 50 therefore has a set of drive units 78, the spatially distributed in the rail vehicle 50, in particular in different carriage, arranged and connected to the traction intermediate circuit 72 are.
  • the inverter unit 70 and the power converter units 76 are spatially separated from each other and in particular arranged in at ⁇ different union containers, which are arranged distributed in the rail vehicle 50th
  • the traction intermediate circuit 72 is as for the electrical
  • Circuit 10 described above is provided at appropriate locations with a pair of parallel current paths 38, 40 (not shown) with a current sensing detection unit 24 disposed in an inductive and low resistance current path 38, respectively.

Landscapes

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrische Schaltung mit einer ersten Stromrichtereinheit (12; 70), zumindest einer zweiten Stromrichtereinheit (14; 76), einem Zwischenkreis (16; 72), welcher die Stromrichtereinheiten (12, 14; 70, 76) miteinander leistungstechnisch verbindet, und zumindest einer Erfassungseinheit (24) zur Erfassung wenigstens einer elektrischen Kenngröße des Zwischenkreises (16; 72). Um eine gattungsgemäße Schaltung bereitzustellen, bei welcher eine schnelle und genaue Erfassung einer elektrischen Kenngröße des Zwischenkreises erfolgen kann, wobei auf aufwendige Schutzelemente zum Schutz gegen einen Fehlerstrom verzichtet werden kann, wird vorgeschlagen, dass der Zwischenkreis (16; 72) einen ersten Strompfad (38) und einen zweiten, zum ersten Strompfad (38) parallel geschalteten Strompfad (40) aufweist, wobei - elektrische Eigenschaften der Strompfade (38, 40) derart gewählt sind, dass im fehlerfreien Betrieb zumindest ein überwiegender Teil eines Nutzstroms, durch welchen eine Wirkleistung zwischen den Stromrichtereinheiten (12, 14; 70, 76) übertragen wird, über den ersten Strompfad (38) fließt und im fehlerhaften Betrieb zumindest ein überwiegender Teil eines Fehlerstroms über den zweiten Strompfad (40) geführt wird, und - die Erfassungseinheit (24) im ersten Strompfad (38) geschaltet ist.

Description

Elektrische Schaltung und elektrisches Fahrzeug
Die Erfindung betrifft eine elektrische Schaltung mit einer ersten Stromrichtereinheit, zumindest einer zweiten Strom- richtereinheit , einem Zwischenkreis, welcher die Stromrich¬ tereinheiten miteinander leistungstechnisch verbindet, und zumindest einer Erfassungseinheit zur Erfassung wenigstens einer elektrischen Kenngröße des Zwischenkreises. In Arbeitsketten, bei welchen eine elektrische Energie von einer Energiequelle zu einer Arbeitsmaschine über einen Zwi¬ schenkreis übertragen wird, ist zur Ermittlung der über den Zwischenkreis übertragenen Leistung eine schnelle, effiziente und genaue Erfassung des Zwischenkreisstroms von Vorteil. Die Ermittlung der übertragenen Leistung dient vorteilhaft zu einer Steuerung von an den Zwischenkreis angeschlossenen Stromrichtern, insbesondere zu einer aufeinander abgestimmten Regelung derselben. Zum Ermitteln des Zwischenkreisstroms werden im Transport- und Industriebereich herkömmlicherweise Hallkompensations- stromwandler oder Shuntwiderstände eingesetzt. Würde man sol¬ che Stromwandler und die zugeordnete Auswerteelektronik direkt in einem Hauptstrompfad des Zwischenkreises einbauen, würden diese in einem Fehlbetrieb, beispielsweise bei einem Zwischenkreiskurzschluss , innerhalb des Zwischenkreises ent¬ stehenden Fehlerströmen ausgesetzt werden. Solche Fehlerströme können bei niederinduktivem Aufbau des Zwischenkreises ei¬ ne erhebliche Amplitude aufweisen, für welche die Stromwand- 1er sowie ihre Auswerteelektronik nicht ausgelegt sind. Damit würde ohne Schutzmaßnahmen eine Zerstörung der Stromwandler oder eine erhebliche Beeinträchtigung ihrer Messgenauigkeit einhergehen . Eine bekannte Schutzmaßnahme besteht im Einbau von Entkopp¬ lungsdrosseln, die eine Begrenzung der Amplitude von Kurzschlussströmen auf wenige Kiloampere bewirken. Diese nehmen einen großen Bauraum in Anspruch, haben ein hohes Gewicht und beeinträchtigen eine unverzögerte Energieübertragung zwischen den Stromrichtern.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Schaltung bereitzustellen, bei welcher eine schnelle und genaue Erfassung einer elektrischen Kenngröße des Zwischenkrei¬ ses erfolgen kann, wobei auf aufwendige Schutzelemente zum Schutz gegen einen Fehlerstrom verzichtet werden kann. Hierzu wird vorgeschlagen, dass der Zwischenkreis einen ers¬ ten Strompfad und einen zweiten, zum ersten Strompfad paral¬ lel geschalteten Strompfad aufweist, wobei elektrische Eigen¬ schaften der Strompfade derart gewählt sind, dass im fehler¬ freien Betrieb zumindest ein überwiegender Teil eines Nutz- Stroms, durch welchen eine Wirkleistung zwischen den Stromrichtereinheiten übertragen wird, über den ersten Strompfad fließt und im fehlerhaften Betrieb zumindest ein überwiegender Teil eines Fehlerstroms über den zweiten Strompfad ge¬ führt wird, und die Erfassungseinheit im ersten Strompfad ge- schaltet ist. Hierdurch können für die Erfassungseinheit Mit¬ tel eingesetzt werden, die eine schnelle Erfassung mit hoher Messgenauigkeit ermöglichen und typischerweise für Stromamp¬ lituden bis wenige kA ausgelegt sind, wobei auf den Einbau von schweren und voluminösen Entkopplungsdrosseln vorteilhaft verzichtet werden kann.
Unter einer „leistungstechnischen Verbindung" der Stromrichtereinheiten miteinander über den Zwischenkreis soll eine Verbindung verstanden werden, über welche eine Wirkleistung von der ersten Stromrichtereinheit zur zweiten Stromrichtereinheit oder umgekehrt übertragbar ist, wobei diese Wirkleis¬ tung für einen Arbeitsmodus einer an die elektrische Schal¬ tung angeschlossenen Arbeitsmaschine nutzbar ist. Im Arbeitsmodus dient die Arbeitsmaschine typischerweise dazu, aus der übertragenen Wirkleistung eine mechanische Arbeit durchzuführen. Eine Wirkleistung kann ferner zwischen den Stromrichtereinheiten in umgekehrter Richtung erfolgen, wenn die Arbeitsmaschine in einem generatorischen Modus betrieben wird, in welchem sie aus einer Bewegung eine elektrische Energie er¬ zeugt .
Die Wirkleistung wird mittels eines elektrischen Stroms über- tragen, welcher im Zwischenkreis geführt wird. Dieser eine
Wirkleistung übertragende Strom wird „Nutzstrom" genannt. Bei einer konstanten Zwischenkreisspannung ist der Nutzstrom proportional zur übertragenen Wirkleistung. Im Gegensatz zu einem Nutzstrom ist ein Fehlerstrom von einer zwischen den Stromrichtereinheiten übertragenen Wirkleistung entkoppelt und entsteht typischerweise innerhalb des Zwischenkreises, insbesondere bei der Herstellung einer Fehlverbindung.
Ein Strompfad kann ein physikalischer elektrischer Pfad oder ein elektrischer Pfad eines Ersatzschaltbilds sein. Eine elektrische Eigenschaft eines Strompfades ist durch zumindest eine elektrische Eigenschaft wenigstens einer in diesem
Strompfad geschalteten Einheit bestimmt. Eine Einheit kann dabei eine einzelne physikalische Komponente oder ein Ersatz- Schaltbild für mehrere physikalische Komponenten sein. Eine elektrische Eigenschaft ist insbesondere eine elektrische Kenngröße, wie ein Widerstandswert, ein Kapazitätswert, ein Induktivitätswert usw. Unter einem „überwiegenden Teil" eines Stroms soll insbesondere ein Teil verstanden werden, welcher zumindest 70 ~6 , vor teilhaft zumindest 80% und bevorzugt zumindest 90% des gesam¬ ten Stroms darstellt. Die vorgeschlagene elektrische Schaltung eignet sich insbe¬ sondere für eine Anordnung der Stromrichtereinheiten, bei welcher diese räumlich voneinander getrennt angeordnet sind. Diese Anordnung liegt insbesondere in einer Ausbildung der elektrischen Schaltung vor, bei welcher die Stromrichterein- heiten in unterschiedlichen Baueinheiten, insbesondere unterschiedlichen zusammenhängenden Baueinheiten wie z.B. unterschiedlichen Containern, angeordnet sind. Die Baueinheiten sind sinnvollerweise durch eine elektrische Verbindung mitei- nander verbunden, welche das elektrische Potential des Zwi¬ schenkreises führt. Diese elektrische Verbindung ist hierbei zweckmäßigerweise durch zumindest eine Schiene realisiert, welche das elektrische Potential des Zwischenkreises von ei- ner ersten Baueinheit zu einer von dieser beabstandeten zweiten Baueinheit führt. Ein Abstand zwischen den Baueinheiten kann einen Meter bis zu mehreren Zehnern Meter betragen. Bei einer Ausführung der elektrischen Schaltung mit mehr als zwei Stromrichtereinheiten kann die Schiene dazu dienen, das elektrische Potential des Zwischenkreises in räumlich vonei¬ nander entfernten Teilbereichen einer übergeordneten Einheit zu verteilen. Eine derartige Einheit kann vorteilhaft einer industriellen Anlage oder einem Fahrzeug, insbesondere einem Schienenfahrzeug entsprechen.
Außerdem wird vorgeschlagen, dass elektrische Eigenschaften der Strompfade derart gewählt sind, dass im fehlerhaften Be¬ trieb zumindest ein überwiegender Teil eines durch einen Zwi- schenkreiskurzschluss hervorgerufenen Fehlerstroms über den zweiten Strompfad geführt wird. Ein Zwischenkreiskurzschluss kann Fehlerströme hervorrufen, die eine Amplitude bis über 500 kA aufweisen, sodass durch die vorgeschlagene Maßnahme ein besonders hoher Schutz erreicht werden kann. Gemäß einer bevorzugten Ausbildung der Erfindung ist die Erfassungseinheit als Stromerfassungseinheit ausgebildet. Dabei wird vorgeschlagen, dass diese einen Hallkompensationsstrom- wandler und/oder einen Shuntwiderstand umfasst, wodurch eine schnelle und genaue Stromerfassung mittels kostengünstiger und gängiger Stromwandler, die eine hohe Dynamik und Zeitauflösung aufweisen, erzielt werden kann.
Ferner wird vorgeschlagen, dass die elektrischen Eigenschaften derart gewählt sind, dass die Zeitkonstante für den Auf- bau eines elektrischen Stroms durch den ersten Strompfad grö¬ ßer als eine für den Aufbau eines Fehlerstroms notwendige Zeit ist. Dadurch kann eine Maßnahme getroffen werden, welche dem Aufbau eines Fehlerstroms im ersten Strompfad effizient entgegenwirkt. Unter der „Zeitkonstante" soll insbesondere die Zeit verstanden werden, die zum Aufbau von ca. 60 ~6 , ins besondere 63,2 % des maximalen Stroms notwendig ist. Es kann eine konstruktiv einfache Ausführung der elektrischen Schaltung erreicht werden, wenn der erste Strompfad als induktiver, niederohmiger Pfad und der zweite Strompfad als niederinduktiver, hochohmiger Pfad ausgebildet ist. Durch die niederohmige Ausführung des ersten Strompfads kann insbeson- dere eine beinahe verlustfreie Führung eines Nutzstroms er¬ reicht werden. Der erste, gegenüber dem zweiten Strompfad „induktive" Strompfad weist zweckmäßigerweise eine Induktivi¬ tät auf, die zumindest zehn Mal größer ist als die Induktivi¬ tät des zweiten Strompfads. Der erste, gegenüber dem zweiten Strompfad „niederohmige" Pfad weist sinnvollerweise einen elektrischen Widerstand auf, welcher zumindest fünf Mal klei¬ ner ist als der elektrische Widerstand des zweiten Strom¬ pfads . In einer vorteilhaften, aufwandarmen Ausbildung sind der zweite Strompfad über zumindest einen plattenförmigen Körper und der erste Strompfad über zumindest ein Leitungsstück hergestellt, welches länger als der Körper ausgebildet ist. Ein gegenüber dem Körper induktives Leitungsstück kann mit- tels einer windungslosen elektrischen Leitung, insbesondere
Kabelverbindung, bereitgestellt werden, die zumindest doppelt so lang wie der plattenförmige Körper ist. Beispielsweise kann das Leitungsstück eine Länge von zumindest einem Meter aufweisen. Zur Bereitstellung einer geeigneten Induktivität kann das induktive Leitungsstück in einer besonderen Ausführung zumindest eine Windung aufweisen.
Alternativ kann der zweite Strompfad durch ein gegenüber dem den ersten Strompfad bildenden Leitungsstück kurzes, gerades und hochohmiges Kabel gebildet sein. Der zweite Strompfad kann ferner auch durch elektrische Widerstände, die in einer kompakten Anordnung zusammengefasst sind, z.B. wassergekühlte Widerstände mit geringer Induktivität, realisiert sein. Die Erfindung eignet sich des Weiteren insbesondere für eine Ausführung des Zwischenkreises mit zumindest zwei Teilzwi¬ schenkreisen. Unter „Teilzwischenkreisen" sollen Teile des Zwischenkreises verstanden werden, deren Zusammenfassung den Zwischenkreis bilden und die jeweils zumindest einen Zwi- schenkreiskondensator aufweisen. Ein Zwischenkreiskondensator ist dabei ein Kondensator, welcher mit der positiven und negativen Schiene des Zwischenkreises direkt verbunden ist.
In diesem Zusammenhang ist vorteilhaft, wenn die elektrischen Eigenschaften derart gewählt sind, dass die Zeitkonstante für den Aufbau eines elektrischen Stroms durch den ersten Strompfad größer als eine für den Aufbau eines Kompensationsstroms zwischen den Teilzwischenkreiskondensatoren notwendige Zeit ist. Dadurch kann ein Einfluss eines derartigen Kompensati¬ onsstroms auf die Ermittlung der übertragenen Wirkleistung vorteilhaft vermindert, insbesondere verhindert werden. Die Erfindung betrifft ferner ein elektrisches Fahrzeug, wel¬ ches mit einer erfindungsgemäßen elektrischen Schaltung ausgestattet ist.
Vorteilhafterweise ist der Zwischenkreis bei diesem Fahrzeug als Traktionszwischenkreis ausgebildet. Ein
„Traktionszwischenkreis" ist Bestandteil einer Antriebskette, über welche eine elektrische Energie von einer Energiequelle im Fahrzeug oder außerhalb dieses, z.B. einer Netzversorgung, zu zumindest einer als Antriebseinheit ausgebildeten Arbeits- maschine geführt wird, welche zum Antreiben zumindest einer
Triebachse des Fahrzeugs vorgesehen ist. Eine Antriebseinheit weist hierzu zumindest einen elektrischen Antriebsmotor, insbesondere Drehstrommotor, und eine Stromrichtereinheit auf, die zur Versorgung des Antriebsmotors mit elektrischer Leis- tung dient.
Insbesondere wird vorgeschlagen, dass das Fahrzeug einen Satz von im Fahrzeug verteilten Antriebseinheiten aufweist, die an den Traktionszwischenkreis angeschlossen sind. In dieser Konfiguration bestehen aufgrund der räumlichen Verteilung der Antriebseinheiten im Fahrzeug große, insbesondere über mehre¬ re Meter und/oder mehrere Zehner Meter betragende Abstände zwischen den Antriebseinheiten, die an den
Traktionszwischenkreis angeschlossen sind. Der Abstand be¬ zieht sich dabei auf die Längsrichtung, insbesondere die Fahrtrichtung, des Fahrzeugs. Ist das Fahrzeug als Verband von Wagen ausgebildet, können die Antriebseinheiten in unter- schiedlichen Wagen angeordnet sein.
Eine an den Traktionszwischenkreis angeschlossene Antriebs¬ einheit weist zumindest eine Stromrichtereinheit auf, die in einem Traktionsmodus des Fahrzeugs elektrische Energie aus dem Traktionszwischenkreis bezieht und zweckmäßigerweise dem zugeordneten Antriebsmotor räumlich zugeordnet ist. Hierdurch liegt eine Konfiguration vor, in welcher das elektrische Po¬ tential des Zwischenkreises zwischen räumlich voneinander ge¬ trennten, im Fahrzeug verteilten Stromrichtereinheiten ge- führt wird. Zur Führung des elektrischen Potentials, insbe¬ sondere zur Verteilung dieses im Fahrzeug, kann insbesondere zumindest eine Sammelschiene vorgesehen sein.
In einer besonders vorteilhaften Ausführung ist das Fahrzeug als Schienenfahrzeug ausgebildet. Dabei ist eine Sammelschie¬ ne zur Verteilung des elektrischen Potentials des Zwischenkreises insbesondere „Zugsammeischiene" genannt.
Es werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der
Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
Figur 1: eine elektrische Schaltung mit zwei Stromrichtern und einem Zwischenkreis, welcher parallele Strom¬ pfade aufweist,
Figur 2 : eine physikalische Ausbildung der Strompfade und Figur 3 : ein Schienenfahrzeug mit einem
Traktionszwischenkreis und Antriebsmotoren. Figur 1 zeigt eine elektrische Schaltung 10 mit einer ersten Stromrichtereinheit 12, einer zweiten Stromrichtereinheit 14 und einem Zwischenkreis 16, welcher die Stromrichtereinheiten 12, 14 miteinander leistungstechnisch verbindet. Der Zwischenkreis 16 ist insbesondere als Gleichspannungszwischen¬ kreis ausgebildet. Er weist zumindest eine Schiene 18 auf, welche eine Gleichspannung führt. Diese Schiene 18 ist auch „positive Schiene" genannt. Der Zwischenkreis 16 ist Bestand¬ teil einer Arbeitskette, entlang welcher eine elektrische Energie von einer Energiequelle 20 zu einer Arbeitsmaschine 22 geführt wird, und hat insbesondere die Funktion eines Energiereservoirs, aus welchem eine an eine Stromrichterein- heit, z.B. die Stromrichtereinheit 14 angeschlossene Arbeits¬ maschine 22 mit elektrischer Leistung versorgt wird. Die Energiequelle 20 und die Arbeitsmaschine 22 sowie ihre Ver¬ bindung mit der elektrischen Schaltung 10 sind in der Figur stark schematisiert dargestellt. Die Energiequelle 20, welche insbesondere eine Wechselspannung bereitstellt, kann mittel¬ bar oder unmittelbar an die elektrische Schaltung 10 angeschlossen sein. Die Arbeitsmaschine 22 kann - insbesondere in einer Ausführung als elektrischer Motor - unmittelbar oder mittelbar, z.B. über ein elektrisches Netz, mit der elektri- sehen Schaltung 10 verbunden sein. Die Energiequelle 20 kann eine Netzversorgung oder eine Transformatoreinrichtung sein, welche eine Netzspannung transformiert.
In einem Arbeitsmodus der elektrischen Arbeitsmaschine 22 wird eine elektrische Energie aus dem Zwischenkreis 16 bezo¬ gen und von der Stromrichtereinheit 14 in eine für die jewei¬ lige Anwendung geeignete Form bereitgestellt. Die Stromrich¬ tereinheit 14 kann dabei die Funktion einer Leistungsversor- gungseinheit für die Arbeitsmaschine 22 haben. Die Stromrich- tereinheit 14 wird hierbei als Wechselrichter betrieben, wel¬ cher eine Wechselspannung erzeugt. Die Stromrichtereinheit 14 kann beispielsweise als Pulswechselrichter (oder PWR) ausgebildet sein. Die erzeugte Wechselspannung kann einphasig oder mehrphasig sein, wie z.B. in der Form einer Drehspannung. Der Zwischenkreis 16 wird über die Stromrichtereinheit 12 mit elektrischer Energie gespeist. Die Stromrichtereinheit 12 wird als Gleichrichter betrieben, welcher die von der Ener- giequelle 20 bereitgestellte Wechselspannung gleichrichtet. Beispielsweise kann die Stromrichtereinheit 12 als
Vierquadrantensteller (oder 4QS) ausgebildet sein.
In einem generatorischen Modus der Arbeitsmaschine 22 erzeugt diese z.B. aus einer mechanischen Bewegung eine elektrische Energie, die mittels der Stromrichtereinheit 14 in den Zwi¬ schenkreis 16 eingespeist und von diesem in Energiespeicher und/oder mittels der Stromrichtereinheit 12 in die Energie¬ quelle 20 zurückgespeist wird.
Die Stromrichtereinheiten 12, 14 weisen jeweils Schaltelemente (nicht näher gezeigt) einer Leistungselektronik auf, insbesondere in der Form von Leistungstransistoren wie z.B.
IGBTs. Diese Schaltelemente sind herkömmlicherweise in Brü- ckenschaltungen angeordnet, welche zum Stand der Technik gehören und daher nicht näher erläutert werden.
Die elektrische Schaltung 10 weist ferner eine Erfassungseinheit 24 auf, die zur Erfassung einer elektrischen Kenngröße des Zwischenkreises 16 dient. In der betrachteten Ausführung ist die Erfassungseinheit 24 als Stromerfassungseinheit aus¬ gebildet, die zur Erfassung einer Stromkenngröße vorgesehen ist. Beispielsweise ist die Erfassungseinheit 24 als Hallkom- pensationsstromwandler ausgebildet. Weitere Ausführungen, wie z.B. als Shuntwiderstand sind ebenfalls möglich.
Der Zwischenkreis 16 weist herkömmlicherweise Zwischenkreis- kondensatoren 26, 28, die jeweils einer unterschiedlichen Stromrichtereinheit 12 bzw. 14 zugeordnet sind, und Saugkrei- se 30, 32 mit jeweils einer Induktivität und einer Kapazität auf. Die betrachtete Ausführung des Zwischenkreises 16 mit zwei Saugkreisen ist beispielhaft. In einer weiteren Ausfüh- rung kann im Zwischenkreis 16 lediglich ein Saugkreis vorge¬ sehen sein.
Die beidseitig der Saugkreise 30, 32 angeordneten Teilberei- che des Zwischenkreises 16 bilden Teilzwischenkreise 34, 36, die jeweils einen Zwischenkondensator 26 bzw. 28 aufweisen.
Der Zwischenkreis 16 weist einen ersten Strompfad 38 und ei¬ nen zu diesem parallel geschalteten zweiten Strompfad 40 auf. Die parallele Schaltung der Strompfade 38, 40 ist in einem Hauptstrompfad des Zwischenkreises 16 angeordnet, über wel¬ chen der Zwischenkreisstrom iZK im fehlerfreien Betrieb zwischen der Stromrichtereinheit 12 und der Stromrichtereinheit 14 fließt. Insbesondere sind die Strompfade 38, 40 in der po- sitiven Schiene 18 angeordnet. Alternativ oder zusätzlich können Strompfade 38, 40 in der negativen Schiene angeordnet sein .
Die elektrischen Eigenschaften der Strompfade 38, 40 werden durch die Wahl elektrischer Einheiten 42, 44 festgelegt, die in diesen Strompfaden 38, 40 geschaltet sind. Die erste Ein¬ heit 42 ist im ersten Strompfad 38 angeordnet, während die Einheit 44 im zweiten Strompfad 40 angeordnet ist. Die in der Figur gezeigten Einheiten 42 und 44 können jeweils von einer einzelnen physikalischen Komponente oder von mehreren physikalischen Komponenten gebildet sein. Im letztgenannten Fall sind die in der Figur dargestellten Einheiten 42, 44 jeweils ein Ersatzschaltbild der im entsprechenden Strompfad geschal¬ teten Komponenten.
Im fehlerfreien Betrieb enthält der Zwischenkreisstrom iZK einen Nutzstrom, durch welchen eine Wirkleistung von der ersten Stromrichtereinheit 12 zur zweiten Stromrichtereinheit 14 oder umgekehrt übertragen wird. Die elektrischen Eigenschaf- ten der Strompfade 38, 40 werden derart gewählt, dass im feh¬ lerfreien Betrieb der Schaltung 10 eine Führung des Nutzstroms über den ersten Strompfad 38 begünstigt wird. Es soll dabei zumindest ein überwiegender Teil, insbesondere zumin- dest 90%, des Nutzstroms über den ersten Strompfad 38 geführt werden. Hierzu weist der erste Strompfad 38 gegenüber dem zweiten Strompfad 40 einen deutlich geringeren ohmschen Widerstand auf. Gegenüber dem ersten Strompfad 38 ist der zwei- te Strompfad 40 als hochohmiger Pfad ausgebildet. Dies ist in der Figur durch die Einheit 44 in der Form eines ohmschen Widerstands dargestellt. Zur Messung des Nutzstroms ist die Er¬ fassungseinheit 24 im ersten Strompfad 38 geschaltet. Die von der Erfassungseinheit 24 erfasste Stromkenngröße ist im feh- lerfreien Betrieb daher für den zwischen den Stromrichtereinheiten 12 und 14 fließenden, von der Schiene 18 geführten elektrischen Nutzstrom repräsentativ. Zu einer besonders genauen Ermittlung des Gleichstromanteils des Zwischenkreis- stroms iZK und daher des Nutzstroms, kann das Widerstandsver- hältnis der Strompfade 38 und 40 als Korrekturfaktor berück¬ sichtigt werden.
Durch die Ermittlung des Nutzstroms kann im fehlerfreien Betrieb der elektrischen Schaltung 10 die über den Zwischen- kreis 16 zwischen den Stromrichtereinheiten 12, 14 übertragenen Wirkleistung ermittelt werden. Diese ist für die Steue¬ rung der Stromrichtereinheiten 12, 14 von Vorteil. Beispielsweise kann die von der Stromrichtereinheit 14 (PWR) erzeugte Leistung von der Regelung der Stromrichtereinheit 12 (4QS) berücksichtigt werden. Durch die auf dem Nutzstrom basierte Ermittlung der übertragenen Leistung kann diese Information schnell - insbesondere innerhalb weniger Millisekunden - er¬ mittelt werden, wodurch eine effiziente Abstimmung der Regel¬ verfahren der Stromrichtereinheiten 12, 14 erreicht werden kann.
Im Falle eines Zwischenkreisfehlers ist der Zwischenkreis 16, insbesondere in der Schiene 18, einem erheblichen Fehlerstrom ausgesetzt. Ein durch einen Zwischenkreiskurzschluss hervor- gerufener Fehlerstrom - auch Kurzschlussstrom genannt - kann eine Amplitude im Bereich von 50 kA bis über 500 kA haben. Die elektrischen Eigenschaften der Strompfade 38, 40 werden derart gewählt, dass im fehlerhaften Betrieb die Führung ei- nes durch den Fehler hervorgerufenen Fehlerstroms über den zweiten Strompfad 40 begünstigt wird. Es soll dabei zumindest ein überwiegender Teil, insbesondere zumindest 90 % , eines durch den Fehler hervorgerufenen Fehlerstroms über den zwei- ten Strompfad 40 geführt werden. Hierzu weist der zweite
Strompfad 40 gegenüber dem ersten Strompfad 40 eine deutlich geringere Induktivität auf. Gegenüber dem zweiten Strompfad 40 ist der erste Strompfad 38 als induktiver Pfad ausgebil¬ det. Dies ist in der Figur durch die Einheit 42 in der Form einer Induktivität dargestellt. Der erste Strompfad 38 ist demnach als induktiver, niederohmiger Pfad ausgebildet, während der zweite Strompfad 40 als niederinduktiver, hochohmi- ger Pfad ausgebildet ist. Das Verhältnis der Induktivität des ersten Strompfads 38 und des ohmschen Widerstands des zweiten Strompfads 40 entspricht der Zeitkonstante, welche den Aufbau eines elektrischen
Stroms im ersten Strompfad 38 charakterisiert. Diese Zeitkon¬ stante ist derart gewählt, dass sie größer als die typische, für den Aufbau eines Fehlerstroms, insbesondere eines Kurz¬ schlussstroms notwendige Zeit ist. Diese Zeitkonstante ist dabei deutlich größer als die Zeitkonstante, mit der der ma¬ ximale, durch die Schiene 18 fließende Fehlerstrom, insbeson¬ dere Kurzschlussstrom im Zwischenkreis 16 entsteht bzw. ab- klingt. Durch die Wahl der Zeitkonstante kann daher erreicht werden, dass durch die Erfassungseinheit 24 im Fehlerbetrieb nur ein Bruchteil der maximalen Fehlerstromamplitude fließt, wobei der überwiegende Teil des Fehlerstroms in den niederin¬ duktiven Strompfad 40 fließt.
Die Erfassung der Stromkenngröße durch die Erfassungseinheit 24 erfolgt mit dieser Zeitkonstante. Diese kann ausreichend klein gewählt werden, um eine optimale Regeldynamik der
Stromrichtereinheiten 12, 14 zu erreichen.
Bezüglich der Aufteilung des Zwischenkreises 16 mit zwei Teilzwischenkreisen 34, 36, die jeweils zumindest einen Zwi- schenkreiskondensator 26 bzw. 28 aufweisen, ist die Zeitkon- stante des Weiteren derart gewählt, dass sie größer ist als eine für den Aufbau eines Kompensationsstroms zwischen den Teilzwischenkreiskondensatoren 26 und 28 notwendige Zeit ist. Ein derartiger Kompensationsstrom, welcher durch die Taktfre- quenzen der Stromrichtereinheiten 12, 14 angeregt wird und daher zur Übertragung einer Wirkleistung zwischen beiden Stromrichtereinheiten 12, 14 nicht beiträgt, wird demnach überwiegend durch den zweiten Strompfad 40 geführt. Solche Ausgleichsvorgänge werden daher nicht bzw. zumindest nicht signifikativ als Wirkleistungsänderungen zwischen den Stromrichtereinheiten 12, 14 erfasst.
Figur 2 zeigt eine beispielhafte physikalische Einrichtung zur Realisierung der ersten und zweiten Strompfade 38, 40. Diese weist eine Anordnung mit zwei plattenförmigen Körpern 46.1, 46.2, die parallel zueinander ausgerichtet sind. Ein erster Körper 46.1 ist in der positiven Schiene 18 angeordnet, während der zweite Körper 46.2 in der negativen Schiene des Zwischenkreises 16 geschaltet ist. Die Körper 46 sind demnach als Schienenstücke ausgebildet. Sie sind jeweils aus Edelstahl hergestellt. Der Abstand d - in der zu den Körperhauptflächen senkrechten Richtung betrachtet - zwischen den Körpern 46 bestimmt den Induktivitätswert des zweiten Strom¬ pfades 40.
Zum ersten Körper 46.1 ist ein Leitungsstück 48 parallel geschaltet, welches eine Leitung geringen Widerstandwerts auf¬ weist. Beispielsweise kann das Leitungsstück 48 eine Kupfer¬ leitung aufweisen. Das Leitungsstück 48 nimmt die Form eines elektrischen Kabels an, welches zumindest doppelt so lang ist wie die Körper 46. Insbesondere weist das elektrische Kabel eine Länge von zumindest einem Meter auf. Es kann außerdem wie dargestellt mehrere Windungen aufweisen und insbesondere eine Luftspule bilden. In einer weiteren Ausführung kann das Kabel jedoch windungslos ausgebildet sein.
Die Anordnung der plattenförmigen Körper 46 aus Edelstahl bildet aufgrund der Ausgestaltung als großflächige, dicht beieinander angeordnete Leiter und des nicht gut leitenden Materials den zweiten Strompfad 40, welcher - gegenüber dem gewickelten Leitungsstück 48 aus gut leitendem Material - als hochohmiger und niederinduktiver Strompfad ausgebildet ist. Gegenüber dem zweiten Strompfad 40 ist der vom Leitungsstück 48 gebildete erste Strompfad 38 dagegen ein niederohmiger, induktiver Strompfad.
Figur 3 zeigt ein als Schienenfahrzeug 50 ausgebildetes Fahr- zeug in einer stark schematischen Seitenansicht. Es ist als
Verband von Wagen (nicht näher dargestellt) ausgebildet, die jeweils für den Transport von Passagieren dienen, wobei zumindest einer der Wagen als Triebwagen mit wenigstens einer angetriebenen Triebachse 54 ausgeführt ist. Die Triebachse 54 wird von einem elektrischen Antriebsmotor 56 angetrieben. Die Triebachse 54 und der Antriebsmotor 56 sind Bestandteile ei¬ nes Triebdrehgestells 58.
Die Antriebsmotoren 56 sind Bestandteile einer Antriebsein- richtung 60 des Schienenfahrzeugs 50, die im Betrieb eine
Energie aus einer externen Netzversorgung 62 bezieht. Der Bezug erfolgt insbesondere über eine Oberleitung 64 und einen diese kontaktierenden Stromabnehmer 66. Eine Ausführung des Schienenfahrzeugs 50 mit einem Stromabnehmer, der zum Bezug eines elektrischen Stroms von einer in Bodennähe angeordneten elektrischen Schiene vorgesehen ist, ist ebenfalls denkbar.
Die Antriebseinrichtung 60 weist außerdem eine Transformatoreinrichtung 68 auf, welche die von der Netzversorgung 62 be- zogene, als Wechselspannung ausgebildete Netzspannung
heruntertransformiert. Die transformierte Netzspannung wird von einer Stromrichtereinheit 70 gleichgerichtet, die insbe¬ sondere als Vierquadrantensteller ausgebildet ist. Die Strom¬ richtereinheit 70 ist an einen Traktionszwischenkreis 72 an- geschlossen, welcher die gleichgerichtete Spannung führt.
Diese Zwischenkreisgleichspannung wird mittels einer Zugsammeischiene 74 für einen Betrieb der Antriebsmotoren 56 zur Verfügung gestellt. Die Antriebsmotoren 56 eines Triebdrehge- stells 58 werden mittels einer zugeordneten Stromrichtereinheit 76 mit elektrischer Leistung versorgt. Diese Stromrichtereinheiten 76 sind den entsprechenden Antriebsmotoren 56 räumlich zugordnet. Insbesondere sind sie jeweils im Bereich des entsprechenden Triebdrehgestells 58 angeordnet. Die
Stromrichtereinheiten 76 sind jeweils an die Zugsammeischiene 74 und daher an den Traktionszwischenkreis 72 angeschlossen. Eine Stromrichtereiheit 76 ist zusammen mit den von ihr ver¬ sorgten Antriebsmotoren 56 Teil einer Antriebseinheit 78. Das Schienenfahrzeug 50 weist daher einen Satz von Antriebseinheiten 78 auf, die im Schienenfahrzeug 50 räumlich verteilt, insbesondere in unterschiedlichen Wagen , angeordnet und an den Traktionszwischenkreis 72 angeschlossen sind. Die Stromrichtereinheit 70 und die Stromrichtereinheiten 76 sind räumlich voneinander getrennt und insbesondere in unter¬ schiedlichen Containern angeordnet, die im Schienenfahrzeug 50 verteilt angeordnet sind. Der Traktionszwischenkreis 72 ist wie für die elektrische
Schaltung 10 oben beschrieben an geeigneten Stellen mit einem Paar von parallelen Strompfaden 38, 40 ausgestattet (nicht gezeigt) , wobei eine Erfassungseinheit 24 zur Strommessung jeweils in einem induktiven und niederohmigen Strompfad 38 angeordnet ist.

Claims

Patentansprüche
1. Elektrische Schaltung mit einer ersten Stromrichtereinheit (12; 70), zumindest einer zweiten Stromrichtereinheit (14; 76), einem Zwischenkreis (16; 72), welcher die Stromrichtereinheiten (12, 14; 70, 76) miteinander leistungstechnisch verbindet, und zumindest einer Erfassungseinheit (24) zur Erfassung wenigstens einer elektrischen Kenngröße des Zwischenkreises (16; 72),
dadurch gekennzeichnet, dass
der Zwischenkreis (16; 72) einen ersten Strompfad (38) und einen zweiten, zum ersten Strompfad (38) parallel geschalte¬ ten Strompfad (40) aufweist, wobei
- elektrische Eigenschaften der Strompfade (38, 40) derart gewählt sind, dass im fehlerfreien Betrieb zumindest ein überwiegender Teil eines Nutzstroms, durch welchen eine Wirkleistung zwischen den Stromrichtereinheiten (12, 14; 70, 76) übertragen wird, über den ersten Strompfad (38) fließt und im fehlerhaften Betrieb zumindest ein überwiegender Teil eines Fehlerstroms über den zweiten Strompfad (40) geführt wird, und
- die Erfassungseinheit (24) im ersten Strompfad (38) ge¬ schaltet ist.
2. Elektrische Schaltung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Stromrichtereinheiten (12, 14; 70, 76) räumlich voneinander getrennt angeordnet sind.
3. Elektrische Schaltung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
elektrische Eigenschaften der Strompfade (38, 40) derart ge¬ wählt sind, dass im fehlerhaften Betrieb zumindest ein über¬ wiegender Teil eines durch einen Zwischenkreiskurzschluss hervorgerufenen Fehlerstroms über den zweiten Strompfad (40) geführt wird.
4. Elektrische Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Erfassungseinheit (24) als Stromerfassungseinheit ausge- bildet ist.
5. Elektrische Schaltung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Stromerfassungseinheit einen Hallkompensationsstromwand- 1er und/oder einen Shuntwiderstand umfasst.
6. Elektrische Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die elektrischen Eigenschaften derart gewählt sind, dass die Zeitkonstante für den Aufbau eines elektrischen Stroms durch den ersten Strompfad (38) größer als eine für den Aufbau ei¬ nes Fehlerstroms notwendige Zeit ist.
7. Elektrische Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der erste Strompfad (38) als induktiver, niederohmiger Pfad und der zweite Strompfad (40) als niederinduktiver, hochohmi- ger Pfad ausgebildet ist.
8. Elektrische Schaltung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
der zweite Strompfad (40) über zumindest einen plattenförmi- gen Körper (46) und der erste Strompfad (38) über zumindest ein Leitungsstück (48) hergestellt sind, welches länger als der Körper (46) ausgebildet ist.
9. Elektrische Schaltung nach einem der vorhergehenden An- Sprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Zwischenkreis (16) zumindest zwei Teilzwischenkreise (34, 36) aufweist.
10. Elektrische Schaltung nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
die elektrischen Eigenschaften derart gewählt sind, dass die Zeitkonstante für den Aufbau eines elektrischen Stroms durch den ersten Strompfad (38) größer als eine für den Aufbau ei¬ nes Kompensationsstroms zwischen den Teilzwischenkreiskondensatoren (26, 28) notwendige Zeit ist.
11. Elektrisches Fahrzeug mit einer elektrischen Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
12. Elektrisches Fahrzeug nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Zwischenkreis (72) als Traktionszwischenkreis ausgebildet ist .
13. Elektrisches Fahrzeug nach Anspruch 12,
gekennzeichnet durch
einen Satz von räumlich verteilten Antriebseinheiten (78), die an den Traktionszwischenkreis (72) angeschlossen sind.
14. Elektrisches Fahrzeug nach einem der Ansprüche 11 bis 13,
gekennzeichnet durch
die Ausbildung als Schienenfahrzeug (50).
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