EP3631967A1 - Modular dc link circuit of a converter, converter circuit, energy converter, and vehicle - Google Patents

Modular dc link circuit of a converter, converter circuit, energy converter, and vehicle

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EP3631967A1
EP3631967A1 EP18729097.8A EP18729097A EP3631967A1 EP 3631967 A1 EP3631967 A1 EP 3631967A1 EP 18729097 A EP18729097 A EP 18729097A EP 3631967 A1 EP3631967 A1 EP 3631967A1
Authority
EP
European Patent Office
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inductance
low
link
resistance
impedance
Prior art date
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Pending
Application number
EP18729097.8A
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German (de)
French (fr)
Inventor
Roland Manser
Dominik Reinhard
Reinhard Reichelt
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Alstom Holdings SA
Original Assignee
Bombardier Transportation GmbH
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Filing date
Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/66—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal
    • H02M7/68—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal by static converters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/003—Constructional details, e.g. physical layout, assembly, wiring or busbar connections
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61C—LOCOMOTIVES; MOTOR RAILCARS
    • B61C3/00—Electric locomotives or railcars
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G4/00—Fixed capacitors; Processes of their manufacture
    • H01G4/38—Multiple capacitors, i.e. structural combinations of fixed capacitors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G4/00—Fixed capacitors; Processes of their manufacture
    • H01G4/40—Structural combinations of fixed capacitors with other electric elements, the structure mainly consisting of a capacitor, e.g. RC combinations
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/53—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/537—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T30/00—Transportation of goods or passengers via railways, e.g. energy recovery or reducing air resistance

Definitions

  • the invention is in the field of power electronics, in particular the power converter, and relates to the structure of a phase module for power converter and a converter. Furthermore, the invention relates to a vehicle with an inverter.
  • Converters are used to convert alternating voltage and alternating current, the characteristic properties such as voltage amplitude and frequency are adjusted.
  • An inverter can have an intermediate circuit. It serves as a buffer and as an electrical buffer. Voltage and current are converted equally in power converters.
  • Converters are used for example for drives of variable-speed electric motors. These occur in vehicles, especially in rail vehicles, such as trams, electric locomotives or high-speed trains.
  • the vehicle picks up the voltage via, for example, a catenary or a busbar. This is then adapted in the inverter for the electric drive.
  • Electric motors are also used as a dynamo for generating electric current from kinetic energy, for example during braking of an electric vehicle.
  • the inverter typically acts in both directions.
  • Inverters may comprise phase modules with controllable semiconductor components, for example IGBTs (insulated-gate bipolar transistor).
  • IGBTs insulated-gate bipolar transistor
  • a frequented control generates a phase current in the phase module. This can then drive, for example, an electric motor.
  • Converter modules consist of large arrangements of converter units, each converter unit is connected to the DC link. Long connections to the DC link generate high inductance and associated power loss.
  • the object is to improve the structure of the inverter.
  • This object is achieved by a modular DC link circuit for a power converter. Furthermore, this object is achieved by a converter circuit, an energy converter and a vehicle, in particular a rail vehicle.
  • each DC link capacitor module having a first terminal, a second terminal and at least a first DC link capacitor connected to the first terminal and the second terminal is electrically connected, the first terminals of each in the chain directly successive DC link capacitor modules respectively via a first low-impedance, high-inductance connection and a first parallel high-impedance, low-inductance connection are connected, and the second terminals of each in the chain directly successive DC link capacitor modules via a second low-impedance, high-inductance connection and a second high-impedance, low-inductance connection connected in parallel thereto are connected.
  • the first low-impedance, high-inductance compound and the second low-resistance, high-inductance compound each have a smaller ohmic resistance and a greater inductance than in each case the first high-impedance, low-inductance compound and the second high-impedance, low-inductance compound.
  • Modular in this context means that the DC link circuit of the power converter has a plurality of individual components, wherein the components are, in particular, intermediate circuit capacitors, intermediate circuit capacitor modules and corresponding connections, which are combined to form a common DC link.
  • a low-resistance connection is understood, in particular, to mean a connection which, in contrast to a high-resistance connection, has a smaller resistance value.
  • the low-resistance connection preferably has a resistance value between 10 ⁇ and 1 ⁇
  • the high-resistance connection preferably has a resistance value between 100 ⁇ and 10 ⁇ .
  • a low-inductive compound is understood in particular to mean a compound which, unlike a highly inductive compound, has a smaller inductance value.
  • the low-inductance compound has an inductance value between InH and ⁇
  • the high-inductance compound preferably has an inductance value between 10mH and 10H.
  • the modular DC link circuit can be designed for large currents of several hundred to over a thousand amperes, arise inductances in the electrical conductors, which depend on the magnetic permeability of the conductor material, the line cross-section and the size of the conductor loop. These inductors are parasitic and advantageously minimized. In particular, the inductors are not intentionally incorporated by, for example, a coil or the like in the DC link circuit.
  • a switching device is connected in parallel to the DC link capacitor module or connectable to this.
  • the switching devices are each assigned to a DC link capacitor module and connected in parallel with this directly. Switching devices can have at least a first and a second DC connection, so that they can be connected in parallel to the first and second connection of the intermediate circuit capacitor module.
  • the switching device has at least one or more AC connections.
  • the switching device is operated to generate a DC voltage between its DC terminals into an AC voltage at its or their AC terminals.
  • the switching device can be operated in both directions according to an embodiment, that is, that also an AC voltage can be converted into a DC voltage.
  • Each DC link capacitor module has at least one capacitor.
  • the capacitor acts as a DC link capacitor to a switching device. During a switching operation of the switching device, the current in the capacitor changes. He is therefore part of the Kommut réellesnikes.
  • the DC link capacitor is also called a commutation capacitor.
  • a DC voltage can be applied between the first low-impedance, high-inductance connection and the second low-impedance, high-inductance connection, which feeds each of the switching devices.
  • the switching devices have an AC output, wherein an AC voltage is generated by a corresponding control of the switching devices from the DC voltage at the AC output.
  • a DC voltage can be generated between the first low-impedance, high-inductance connection and the second low-impedance, high-inductance connection by the switching devices having an AC input and by a corresponding control of the switching devices of the AC voltage at the AC input DC voltage is generated.
  • the DC link circuit which is assigned to the respective switching device, acts as an electrical buffer and in particular the DC link capacitor as an electrical buffer.
  • the capacitance and the voltage class of the intermediate circuit capacitor module or the intermediate circuit capacitor must therefore be adapted to the possible voltages and currents in an operating state of the power converter.
  • the voltage between the first terminal of a DC link capacitor module and the second terminal of a DC link capacitor module in an operating state at least lkV or at least 3kV.
  • the DC link circuit is therefore designed for voltages between the first terminal of a DC link capacitor module and the second terminal of a DC link capacitor module of at least lkV or at least 3kV.
  • Each DC link capacitor module has at least one DC link capacitor.
  • the intermediate circuit capacitor module can have further capacitors, which are typically connected in parallel with the first intermediate circuit capacitor.
  • Typical capacities of the DC link capacitor module are in the range of a few hundred microfarads to more than 1000 microfarads and can be selected depending on the voltage in the DC link.
  • the capacitance at 400 ⁇ can be 3.6kV, 700 ⁇ 2.8kV, 1600 ⁇ 1.8kV or 9000 ⁇ 750V. These discrete values are given only by the typical target values in the manufacture of the capacitors and not limited thereto.
  • the total capacity is given by one or more parallel connected capacitors in the DC link capacitor module.
  • At least one of the DC link capacitor modules in addition to a second DC link capacitor, which is connected in parallel to the first DC link capacitor.
  • several or all intermediate circuit capacitor modules may additionally have a second intermediate circuit capacitor. Different DC link capacitors can be used and combined in the circuit.
  • the DC link capacitor module has a self-inductance (ESL) of less than 100nH or less than 50nH.
  • ESL self-inductance
  • the inductances of the respective first terminals and second terminals of the DC link capacitor modules, which are provided to be connected in parallel to a respective switching device, are determined inter alia by the lengths of the electrical lines or the sizes of the resulting conductor loops. The larger the conductor loops, the larger the inductances.
  • the DC link capacitor modules should therefore be connected spatially as close as possible to the respective switching device.
  • At least one switching device is provided for each DC link capacitor module, which can be connected in parallel with the terminals of the respective DC link capacitor module.
  • groups of switching devices connected in parallel can also be connected in parallel with the terminals of the respective intermediate circuit capacitor module.
  • the groups of switching devices can be connected, for example, as a full bridge or as a half bridge.
  • the groups of switching devices are arranged in a power phase module.
  • the power phase module can be used in a modular inverter to convert DC to AC or from AC to DC.
  • the inverter several power phase modules can be operated in parallel, independently or dependent on each other.
  • the power phase modules have a compact design and can be arranged next to one another in the modular converter to save space.
  • the power phase module is interchangeable.
  • each power phase module is associated with exactly one DC link capacitor module and vice versa. This also means that each switching device is assigned to exactly one DC link capacitor module.
  • the switching device comprises at least one of the following electronic components: diode, power MOSFET, and IGBT.
  • groups of switching devices may have multiple diode or IGBT half bridges or full bridges.
  • the switching device In the conversion from DC voltage to AC voltage, the switching device according to one embodiment generates a frequency or sets a frequency, with which the direct current is converted into an alternating current with just this frequency.
  • the switching device may for this purpose have a controller, in particular a gate controller, or be connected to a controller.
  • the power phase module in particular the switching device, has one or more terminals of a controller for controlling the one or more switching devices.
  • the control can take place via electrical signals, for example via copper lines, or via optical signals, for example via optical waveguides.
  • the low-resistance, high-inductance compound have a higher inductance than the high-impedance, low-inductance compound.
  • the inductance is essentially determined by the size of the conductor loop at high voltages and currents and by the conductivity and the cross section of the conductor. The size of the conductor loop is predetermined by the mechanical implementation of the modular DC link circuit.
  • the first low-resistance, high-inductance compounds and the second low-resistance, high-inductance compounds have at least a factor of 2 or at least a factor of 5 higher inductance than the first high-impedance, low-inductance compounds and the second high-resistance, low-inductive compounds.
  • the inductances and ohmic resistances of the first high-resistance, low-inductance compounds and the second high-resistance, low-inductance compounds are substantially identical.
  • the inductances and ohmic resistances of the first low-resistance, high-inductance compounds and the second low-resistance, high-inductance compounds are substantially identical.
  • the modular DC link circuit therefore advantageously has a symmetry.
  • the modular DC link circuit comprises three DC link capacitor modules and the three DC link capacitor modules are connected in parallel and in a chain.
  • the modular DC link circuit can be additionally expandable to other DC link capacitor modules.
  • the modular DC link circuit forms a chain conductor.
  • the chain conductor composed of identical quadrupoles connected in a chain and a quadrupole corresponds to a module of the DC link circuit.
  • a possible equivalent circuit diagram of the quadrupole is formed by a low-impedance, high-inductance R-L element connected in series with a high-impedance, low-inductance R-L element connected in parallel, and a C-element connected in parallel with the quadrupole.
  • the C-element is formed by the DC link capacitor module.
  • the low-resistance, high-inductance R-L member is defined by the first and second low-resistance, high-inductance compounds; and the high-resistance, low-inductance R-L member is formed by the first and second high-resistance, low-inductance compounds.
  • modules may be identical in structure, the individual components may have different respective impedances.
  • the equivalent circuit of the quadrupole can also be used as a passive low-pass 2nd order from a first to quadrupole in series switched RL-member and a quadrupole parallel-connected C-member with an additional second RL member, parallel to the first RL member is switched to be described.
  • Direct current and the low-frequency current components flow via the low-impedance, high-inductance R-L element and high-frequency current components flow through the high-impedance, low-inductance R-L element. Due to the ohmic resistance, the high-frequency current components are advantageously damped.
  • the resistance of the low-resistance, high-inductance compound can be neglected.
  • the equivalent circuit of the quadrupole then corresponds to an LC resonant circuit with an additional RL element connected in parallel with the L element. Due to the impressed currents of the switching devices, which are connected in parallel to the C-member (ie the DC link capacitor module), oscillating currents are excited. These oscillating currents increase the rms value of the current in the DC link capacitors.
  • the first high-impedance, low-inductance compound and the second high-resistance, low-inductance compound is an RL element with increased ohmic resistance additionally connected in parallel to the L element of the LC resonant circuit. The vibration is dampened by this.
  • a module of the DC link circuit provides an LC resonant circuit with a parallel-connected RL element to the L-element, when the ohmic resistance of the low-impedance, high-inductance connection is negligible.
  • an LC resonant circuit with an R-element parallel to the L-element would be attenuated. This is not possible in practice, because each R-link in reality also has a non-negligible inductance L because of the mechanical distances and the associated conductor loop at high currents.
  • the arrangement without the second R-L element would represent a very weakly damped C-L-C-L chain conductor from L-C resonant circuits. Due to the impressed currents of the switching devices, oscillating currents are excited and the rms value of the current in the intermediate circuit capacitors increases. By connecting the second R-L element in parallel, high-frequency oscillating currents are damped. The attenuation is frequency-dependent and results from the values of the inductance and the capacitance of the L-C resonant circuit.
  • the optimum of the ohmic resistance R opt at 5mQ for optimal damping can then advantageously be in the range of 0.5mQ to 50mQ.
  • the frequencies to be damped are approximately in the range between 5 kHz and 25 kHz.
  • the capacitor or capacitors of the associated DC link capacitor module is discharged very quickly.
  • the other capacitors surrounding the DC link capacitor modules feed in the short circuit via the low-resistance, high-inductance connections and the low-impedance, high-resistance connections.
  • the low-inductance, high-resistance connections between the DC link capacitor modules cause by their ohmic resistance a rapid decay of the vibrations caused by the short circuit.
  • a large part of the short-circuit energy is converted into heat in the low-inductance, high-resistance connections and thereby rendered harmless.
  • the other power phase modules, in particular the other switching devices, and intermediate circuit capacitor modules can thereby be protected against destruction.
  • the modular DC link circuit is therefore shock current resistant.
  • the first terminals of adjacent DC link capacitor modules are connected via in each case a third low-resistance, high-inductance connection, and the second terminals of adjacent DC link capacitor modules connected via in each case a fourth low-impedance, high-inductance connection.
  • the current then flows in the same direction in the first and third low-resistance, high-inductance connections.
  • the current in the second and the fourth low-resistance, high-inductance connection flows in the same direction.
  • two opposite current directions must be brought close to each other.
  • the modular DC link circuit can be designed so that each associated low-impedance, high-inductance compounds is guided in opposite current direction to each low-impedance, high-inductance compound.
  • the first and the second low-resistance, high-inductance compound, as well as the third and the fourth low-resistance, high-inductance compound are spatially close and partially guided in parallel.
  • the first and the fourth low-resistance, high-inductance connection as well as the second and the third low-resistance, highly-inductive connection can be guided spatially close and partially parallel.
  • spatially close and partially parallel means that no further current-carrying conductor is arranged between the conductors.
  • the first terminals of adjacent DC link capacitor modules are connected via a third high-impedance, low-inductance connection, and the second terminals of adjacent DC link capacitor modules are connected via a fourth high-impedance, low-inductance connection.
  • two of the high-resistance, low-inductive compounds may be designed as a common compound. In this case, they then have the double ohmic resistance of the other two high-impedance, low-inductance compounds.
  • the high-resistance, low-inductance connections are arranged in sections parallel and with alternating current direction; or the joint connection is spatially arranged between the other two.
  • no further current-carrying conductor is arranged between the conductors.
  • the DC link capacitor module has a third terminal and a fourth terminal.
  • the intermediate circuit capacitor module may also have further connections, for example as blade contacts. Multiple connections can reduce the connection inductance.
  • the terminals are designed such that they have substantially identical impedances, so that a symmetrical current flow in the DC link capacitor module is made possible from all terminals. The capacitors in the intermediate circuit capacitor module are then connected, for example, parallel to the terminal pairs.
  • each DC link capacitor module in addition to a third terminal and a fourth terminal, and the third terminals of each in the chain directly successive DC link capacitor modules are each a third low-impedance, high-inductance compound and the fourth terminals in the chain each directly successive DC link capacitor modules are each connected via a fourth low-impedance, high-inductance connection.
  • each intermediate circuit capacitor module in addition to a third terminal and a fourth terminal, and the third terminals of the immediately consecutive in the chain DC link capacitor modules are each a third high-impedance, low-inductance connection and the fourth terminals of the chain in each case immediately consecutive DC link capacitor modules are each connected via a fourth high-impedance, low-inductance connection.
  • the third terminals and the fourth terminals of each in the chain directly successive DC link capacitor modules connected via two parallel circuits namely third high-impedance, low-inductance compounds are connected in parallel to the third low-impedance, high-inductance compounds; and the fourth high-impedance, low-inductance compounds are connected in parallel with the fourth low-resistance, high-inductance compounds.
  • the chain conductor described above is double and so spatially pronounced that a symmetry arises so that current-carrying conductors of opposite current directions are immediately adjacent to each other.
  • the converter circuit has at least two or more switching devices, with at least one respective DC connection pair and at least one first AC connection, wherein each switching device is assigned exactly to a DC link capacitor module and the DC connection pair of each switching device is connected in parallel to the associated DC link capacitor module.
  • the converter circuit may comprise one or more groups of switching devices. The groups of switching devices have at least one AC output and each group of switching devices is assigned to exactly one DC link capacitor module and connected in parallel to this. The DC connections of the switching devices are then combined, for example, to form a common DC connection.
  • the inverter circuit is configured such that an electric current can flow from a DC terminal pair to an AC terminal of a switching device in an operating state of the inverter circuit of at least 500A or at least 1000A.
  • the alternating current generated by the inverter for example, an electric motor for driving the vehicle can be driven.
  • the board electronics can be supplied with power.
  • the frequency and voltage at the AC output (s) can be adjusted to use in the vehicle.
  • an energy converter in particular an electric motor or a dynamo, connected to a converter circuit is proposed, wherein at least one AC terminal of a switching device is connected to the energy converter.
  • An energy converter can act as a dynamo, for example during a braking process with a regenerative brake.
  • the electrical energy is then generated by the dynamo of mechanical energy and passed to the inverter. This converts the alternating current into a direct current.
  • a vehicle in particular a rail vehicle, with an energy converter, in particular a traction motor, proposed for converting electrical energy into kinetic energy or vice versa.
  • an energy converter in particular a traction motor
  • a regenerative brake can be used as a dynamo.
  • the energy converter is connected in the converter circuit such that the energy converter is connected to at least one of the first AC connections of one of the switching devices.
  • the modular DC link circuit can be realized by each at least one switching device is integrated in a power phase module.
  • a power phase module is proposed, in which these embodiments can be realized.
  • FIG. 1 shows a power phase module according to an embodiment.
  • Figure 2 shows the power phase module according to the embodiment of Figure 1, wherein a cross-bridge is removed.
  • FIG. 3 shows the power phase module according to the embodiment of FIG. 1 with a connected DC link capacitor module.
  • FIG. 4 shows a converter according to an embodiment.
  • FIG. 5 shows a detailed view of busbars according to one embodiment.
  • FIG. 6 shows a schematic representation of the arrangement of the converter.
  • FIG. 7 shows a modular intermediate circuit according to one embodiment.
  • FIG. 8 shows a simplified modular intermediate circuit according to one embodiment.
  • FIG. 9 shows a modular DC link circuit for a converter with 8 modules.
  • FIG. 10 shows a rail vehicle according to an embodiment. embodiments
  • FIG. 1 shows an embodiment of a power phase module 10.
  • the power phase module 10 has approximately the shape of a flattened cuboid with two large-area sides and four small-area sides. The small-area sides may be end faces of the power phase module 10.
  • a first AC terminal 13 is arranged on another side, in this case the opposite end face 11 of the power phase module 10.
  • a second AC terminal 22 is also disposed on the opposite end face 11.
  • a first switching device 16 is connected to the first DC terminal pair 14 and to the first AC terminal 13.
  • the switching device 16 is arranged on a cooling device 17, so that the cooling device 17 can remove heat arising from the switching device 16 and from the power phase module 10.
  • the power phase module 10 further comprises a second switching device 23, which is connected to the first DC connection pair 14 and to a second AC connection 22. It is arranged next to the first switching device 16 on the cooling device 17.
  • the two switching devices 16, 23 are arranged in a plane perpendicular to the end face.
  • the DC capacitor connection pairs 15, 21 are arranged next to one another and between the two DC connection pairs 14, 20.
  • the DC capacitor terminal pairs 15, 21 and the DC terminal pairs 14, 20 are arranged in a plane and in a row.
  • the DC capacitor terminal pairs 15, 21 and the DC terminal pairs 14, 20 each have a first terminal 14a, 15a, 20a, 21a and a second terminal 14b, 15b, 20b, 21b. Connection elements are arranged on in or at the terminals.
  • the first terminals 14a, 15a, 20a, 21a are connected to one another via a first transverse bridge 18.
  • the second terminals 14b, 15b, 20b, 21b are connected to one another via a second transverse bridge 19. Details of the second transverse bridge 19 are shown in FIG. 1 covered. These are illustrated in Figure 2, which shows an embodiment of the power phase module 10, in which no second cross-bridge 19 is shown.
  • the first terminals 14a, 15a, 20a, 21a are formed integrally with the first transverse bridge 18.
  • the first transverse bridge 18 has a metal sheet. Angled portions of the metal sheets form the first terminals 14a, 15a, 20a, 21a for connection to bus bars.
  • the connecting elements are designed as boreholes for, for example, a screw connection.
  • the first terminals 14a, 15a, 20a, 21a may also be multi-piece, i. be composed of several parts. Analogous but not necessarily identical in one embodiment, this applies to the second transverse bridge 19 and the second terminals 14b, 15b, 20b, 21b.
  • the first transverse bridge 18 and the second transverse bridge 19 may be designed differently and differ for example by a one-piece, by different materials or coatings.
  • the first cross-bridge 18 connects the first terminal 14a of the first DC terminal pair 14 with the first switching device 16.
  • the second cross-bridge 19 connects the second terminal 14b of the first DC terminal pair 14 with the first switching device 16.
  • the direct current flows from first DC terminal pair 14 via the cross bridges 18, 19 in the switching device 16 and is converted there.
  • the generated alternating current can be tapped at the first AC terminal 13. Conversely, an alternating current can be converted into a direct current.
  • the first and second transverse bridge 18, 19 run directly next to each other and partially in parallel. They are spatially close to each other and electrically isolated from each other and designed for high voltages of over 500V, in particular voltage between about 600V and 4500V, and high currents of more than 100A, in particular for currents of 100A to 1000A.
  • the current may be 500A for a dual switching module and 800A for a single switching module. Maximum power in one operating state allows the applied voltage to limit current flow.
  • a transverse bridge 18, 19 in this embodiment has a large area sheet metal area and at least two angled portions thereof.
  • Cross bridges 18, 19 flows in an operating state, a high current of several hundred amperes.
  • the material and the thickness of the cross bridges 18, 19 must therefore be adapted according to this current load.
  • the large-area sheet metal area of the transverse bridges 18, 19 can in
  • Transverse bridges 18, 19 can therefore be arranged transversely, that is to say substantially perpendicular to the course of connected busbars.
  • the cooling device 17 can be arranged on or along one of the large-area sides of the power phase module or form.
  • the switching device 16 may be arranged on the cooling device 17.
  • the cooling device 17 may be arranged on one side of the switching device 16 and the transverse bridges 18, 19 on an opposite side of the switching device 16.
  • the switching devices 16, 23 have in this embodiment, a dual-switching module and are therefore connected to both the first transverse bridge 18 and the second transverse bridge 19. Dual switching modules are electrically constructed as a two-way rectifier and can convert both potentials of the two cross-bridges 18, 19 for the AC phase.
  • each switching device 16, 23 can be operated independently of one another by a controller 24, in particular a gate controller, as a two-way rectifier and generate an alternating current at the respective AC connection 13, 22.
  • the switching devices have in particular controllable semiconductor elements. These can be semiconductor elements with controllable gate electrodes.
  • the controller 24 then controls the gate voltages on the gate electrodes and thereby the current flow through the semiconductor elements, or the switching device 16, 23.
  • the semiconductor elements may be IGBTs and the controller comprises the gate controller 24 of the gates of the IGBTs.
  • the controller 24 may, according to one embodiment, be arranged on an opposite side to the terminal pairs of the power phase module, which may also be referred to as the second or rear end side.
  • the controller 24 may be mechanically supported by the cooling device 17 or the switching devices 16, 23 or both.
  • the power phase module 10 in FIG. 1 has two DC capacitor connection pairs 15, 21.
  • the connections 15a, 15b, 21a, 21b are thus in a row arranged that in an operating state, the two second terminals 15b, 21b are at a potential and are externally surrounded by the first terminals 15a, 21a at a different potential.
  • the result is a mirror symmetry of the connections and thus the potentials.
  • the terminals of the two DC terminal pairs 14, 20 also receive the mirror symmetry.
  • the first terminals 14a, 15a, 20a, 21a and second terminals 14b, 15b, 20b, 21b may also be interchanged respectively with the associated terminal of the respective pair.
  • the mirror symmetry is retained.
  • the symmetry has the advantage that the impedance at the terminals for both current directions is identical or nearly identical. This allows a uniform flow of current.
  • the DC terminals 14a, 15a, 20a, 21a, 14b, 15b, 20b, 21b may have connection elements for electrical connection and / or a fastening device for mechanical fastening for connection to busbars or to a DC link capacitor module.
  • connection elements for electrical connection and / or a fastening device for mechanical fastening for connection to busbars or to a DC link capacitor module In this embodiment, holes for inserting a corresponding contact element and / or a fastening means are provided.
  • the connecting elements of the DC capacitor terminals 21, 15 may be formed differently than the connecting elements of the DC terminal pairs 14, 20. For example, well sizes may vary or completely different fasteners may be used.
  • the spacing of the first terminal 14a, 15a, 20a, 21a from the second terminal 14b, 15b, 20b, 21b may also be different in the DC capacitor terminal pairs 15, 21 than in the one or more DC terminal pairs 14, 20
  • the DC capacitor terminal pairs 15, 21 are connected to connectors and DC link capacitor modules and the DC terminal pairs 14, 20 are connected to bus bars.
  • the power phase module 10 has a gate controller 24 in FIG.
  • the gate controller 24 is connected to the switching devices 16, 23. It controls the switching devices 16, 23 in such a way that an applied DC voltage at the switching device 16, 23 is converted into an AC voltage or vice versa.
  • the switching device may in particular have IGBTs with a controllable gate.
  • the gate controller 24 specifies a frequency at which the switching devices 16, 23 are controlled to generate an AC voltage having the corresponding frequency at the respective AC outputs 13, 22.
  • the frequencies and / or the voltage curve of the AC outputs can be different.
  • the alternating voltages can be matched to each other, so that different phase inputs of an electric motor with different AC outputs 13, 22 can be fed.
  • the cooling device 17 may have hydraulic ports for guiding coolant into and out of the cooling device 17.
  • the hydraulic connections are advantageously arranged on the end face 12, so that when the power phase module 10 is plugged onto the busbar pairs and the intermediate circuit capacitor module, the cooling device with its hydraulic connections is likewise connected to a coolant guidance system.
  • FIG. 2 shows the embodiment of the power phase module 10 of FIG. 1 without the second cross-bridge 19 and the first connections 14b, 15b, 20b, 21b, the DC capacitor connection pairs 15 ', 21' and the DC connection pairs 14 ', 20 '.
  • the second transverse bridge 19 conceals that the switching device 16 is connected to the first transverse bridge 18. Similarly, the switching device 16 is connected to its associated AC terminal 13.
  • the DC link capacitor module 30 has four terminals and is therefore connected both to the first DC capacitor terminal pair 15 and also to the second DC capacitor terminal pair 21.
  • the switching devices 16, 23 are contacted with two contact points with the transverse bridges 18, 19.
  • Each switching device is designed as a dual-switching module and has two half-bridges, each half-bridge is contacted with a contact point with the cross-bridges.
  • the DC link capacitor module 30 has at least one capacitor which is suitable as a DC link capacitor.
  • the transverse bridges 18, 19 are, together with the capacitor of the intermediate circuit capacitor module 30, part of the intermediate circuit in an operating state of the power phase module 10 or of the converter.
  • the intermediate circuit capacitor is part of the commutation circuit, ie the circuit in which the current changes during a switching operation of the switching device 16, 23.
  • the DC link capacitor of the DC link capacitor module 30 is also called commutation capacitor.
  • the electrical connection between switching devices 16, 23 and DC link capacitor module 30 is low inductance. This is achieved by the compact construction of the power phase module 10.
  • the DC link capacitor module 30 is spatially close and thus low inductively connected to the switching devices 16, 23.
  • the transverse bridges 18, 19 are arranged one above the other or one above the other. As a result, the current paths in the transverse bridges 18, 19 between switching device 16, 23, intermediate circuit capacitor module 30 and DC connection pairs 14, 20 overlap optimally and the inductance of the power phase module 10 is reduced.
  • FIG. 4 shows a converter according to an embodiment with two power phase modules 10, 10 *. For reasons of clarity, only two power phase modules 10, 10 * are shown. There may be further power phase modules arranged according to the orientation of the two shown next to the others. The power phase modules 10, 10 * are arranged side by side so that their end faces point in the same direction.
  • the DC connection pairs are each connected to pairs of busbars 31, 32, which run behind the end faces of the power phase modules 10, 10 *.
  • the busbar pairs 31, 32 have a first busbar 31a, a second busbar 31b, a third busbar 32a, and a fourth busbar 32a.
  • a detailed view of a busbar pair 32 is shown in FIG.
  • Each power phase module 10, 10 * is associated with an intermediate circuit capacitor module 30, 30 * and each power phase module 10, 10 * is connected at its DC capacitor terminal pairs with the associated DC link capacitor module 30, 30 *.
  • the second DC link capacitor module 30 * is not visible since it is arranged behind the power phase module 10 * on its front side.
  • the connection is made electrically and mechanically via connecting elements.
  • the connecting elements with the corresponding contact elements are holes or nuts and screws.
  • the busbar pairs 31, 32 are substantially parallel to one another and spaced from each other so that the intermediate circuit capacitor module 30 can be placed between the busbar pairs 31, 32.
  • the connections of the busbar pairs 31, 32 and the connections of the intermediate circuit capacitor module 30 are then arranged in a plane and in a row, so that the power phase module can be pushed with its front side to this level and can be connected.
  • the inverter has connector pairs 33, 34.
  • the first connector 33a, the second connector 33b, the third connector 34a, and the fourth connector 34b electrically connect the DC link capacitor modules 30 with each other.
  • the number of connectors 33a, 33b, 34a, 34b may vary.
  • the number of connectors 33a, 33b, 34a, 34b is identical to the number of terminals of the DC capacitor terminal pairs, so that all the terminals can be connected.
  • the connectors 33a, 33b, 34a, 34b connect the DC link capacitor modules 30 so that they are connected in parallel.
  • both the DC link capacitor modules 30, 30 * and the switching devices 16, 16 * in the power phase modules 10, 10 * are parallel mara LET.
  • the switching devices 16, 16 * and the intermediate circuit capacitor modules 30, 30 * are provided by the busbars 31a, 31b, 32a, 32b and the transverse bridges 18, 19, 18 *, 19 * connected in parallel.
  • This second parallel connection has a higher inductance and a lower ohmic resistance than those of the connectors 33a, 33b, 34a, 34b.
  • the intermediate circuit capacitor modules 30, 30 * are therefore electrically connected in parallel via two low-inductance, high-resistance connections on the one hand and via two high-inductance, low-resistance connections on the other hand.
  • the material of the connectors 33a, 33b, 34a, 34b has a greater resistivity than the material of the busbars 31a, 31b, 32a, 32b.
  • the connectors 33a, 33b, 34a, 34b are substantially formed of a steel, and the bus bars 31a, 31b, 32a, 32b are formed substantially of copper or aluminum.
  • the connectors 33a, 33b, 34a, 34b are formed of a metal sheet, for example. It may be composed in sections, so that in an expansion of a DC link capacitor module 30, 30 *, the connector 33a, 33b, 34a, 34b need only be removed at the connection points to the DC link capacitor module 30, 30 *.
  • FIG. 5 shows a detailed view of a busbar pair 32 with a first busbar 32a and a second busbar 32b.
  • the busbars are mechanically connected to each other by an insulation 35 and electrically isolated from each other.
  • the insulation may consist of a solid material, for example of a plastic material.
  • Bus bars may have a corresponding contact element 36 for attachment to the connection element of a DC connection pair.
  • the corresponding contact element is a pin with or without thread for attaching, for example, a nut or a terminal to a DC connection pair 14, 20.
  • FIG. 6 shows a simplified, schematic illustration of the removal of a modular converter. For clarity, only two power phase modules 10, 10 * are shown. Each power phase module 10, 10 * has a switching device 16, 16 * and a cooling device 17, 17 *. AC terminals or control devices are not shown in this illustration.
  • the power phase module has at least one controller 24 for controlling the switching device 16, 23.
  • the controller is advantageously arranged on the other end face 11.
  • the controller may be a gate controller 24 and the control of the switching device 16, 23 may be implemented via gates in the semiconductor components.
  • the power phase modules 10, 10 * are connected to busbar pairs 31, 32. Between the busbar pairs 31, 32 intermediate circuit capacitor modules (30), 30 * are arranged. Each power phase module 10, 10 * is assigned an intermediate circuit capacitor module (30), 30 *, but only one of the two intermediate circuit capacitor modules (30), 30 * can be seen in this illustration. Another DC link capacitor module 30 ** is arranged so that another Power phase module with the same orientation of the other two power phase modules 10, 10 * could be placed over it.
  • the DC link capacitor modules are connected in parallel via connectors 33a, 33b, 34a, 34b.
  • the DC link capacitor modules are connected in parallel via the transverse bridges 18, 19, 18 *, 19 * and the busbar pairs 31, 32.
  • FIG. 7 shows an embodiment of the modular DC link circuit.
  • Three DC link capacitor modules 30 are outlined.
  • the switching devices 16 are connected in parallel to each one DC link capacitor module 30. For clarity, only one of the switching devices 16 and only one of the DC link capacitor modules 30 is provided with reference symbols.
  • the three switching devices 16 shown and the three DC link capacitor modules 30 are identical in this embodiment.
  • the DC link capacitor modules 30 each have a first terminal and a second terminal, wherein the first terminals are connected in the chain directly successive DC link capacitor modules 30 via a first low-impedance, high-inductance compound VL1 and a first high-impedance, low-inductance connection VRl, the second terminals two in the chain, in each case directly successive DC link capacitor modules 30 are connected via a second low-impedance, high-inductance connection VL2 and a second high-impedance, low-inductance connection VR2, the first high-impedance, low-inductance connection VR1 is connected in parallel to the second high-resistance, low-inductance connection VR2, and the first low-resistance , high-inductance compound VL1 is connected in parallel with the second low-resistance, high-inductance compound VL2.
  • the two directly successive in the chain intermediate circuit capacitor modules 30 low-impedance and high-inductance are connected in parallel.
  • the two high-impedance, low-inductance connection VR1 and the second high-resistance, low-inductance connection VR2 connect the two intermediate circuit capacitor modules 30, each directly following one another in the chain, in a high-impedance and low-inductance manner in parallel.
  • the impedances of the first low-resistance, high-inductance connection VL1 and the second low-resistance, high-inductance connection VL2 are identical, and the impedances of the first high-resistance, low-inductance connection VR1 and the second high-resistance, low-inductance connection VR2 are identical.
  • the modular DC link circuit therefore has a symmetry which enables a symmetrical current flow in both current directions.
  • the DC link capacitor modules 30 each have an intermediate circuit capacitor.
  • the illustrated capacitors therefore each form an intermediate circuit capacitor module 30.
  • Each DC link capacitor has a first terminal and a second terminal and the first terminal and the second terminal of the DC link capacitor simultaneously form the first terminal and the second terminal of the DC link capacitor module.
  • several DC link capacitors may form the DC link capacitor module 30.
  • the low-resistance, high-inductance connections VL1, VL2 can be implemented, for example, by parallel busbars 30a, 30b and transverse bridges 18.
  • a DC voltage U DC is applied between the upper busbar 30a and the lower busbar 30b.
  • This Gleichspa voltage U DC feeds the switching devices 16, which generate an AC voltage by a control device.
  • the associated DC link capacitors in the DC link capacitor modules 30 serve as electrical buffer and buffer. Between the first terminal and the second terminal of the intermediate circuit capacitor modules 30 is applied to a voltage U ⁇ c .
  • the circuit of the DC link capacitor modules 30 is parallel and in a chain relative to the applied between the first terminal and the second terminal of the DC link capacitor module 30 DC voltage U ⁇ c .
  • the low-resistance, high-inductance compounds VL1, VL2 are shown by dotted lines and each contain three inductances and an ohmic resistance.
  • the high-resistance, low-inductance connections VR1, VR2 are shown by dashed lines and each contain an inductance and an ohmic resistance.
  • the ohmic resistance in the high-impedance, low-inductance Compounds VR1, VR2 are each greater than the ohmic resistance in the low-resistance, high-inductance compounds VL1, VL2.
  • the illustrated inductances and the ohmic resistances in FIG. 7 are essentially determined by the sizes of the conductor loops, the conductivity of the conductors and the cross-section of the conductor. Since the inverter is designed as a power converter with high currents, the conductors must be adapted accordingly.
  • the conductors forming the low-resistance, high-inductance compounds VL1, VL2 have a material of high conductivity, in particular copper or aluminum
  • the conductors forming the high-resistance, low-inductance compounds VR1, VR2 have a material of lower conductivity, in particular Steel, up.
  • FIG. 8 shows a simplified representation of the circuit of FIG. 7.
  • the ohmic resistances of the low-resistance, high-inductance connections VL1, VL2 and the inductances of the high-resistance, low-inductance connections VR1, VR2 are no longer shown.
  • conductors without ohmic resistance or without inductance per se are not possible.
  • the circuit is therefore to be understood by those skilled in the art that the conductors are substantially excellent either by their inductive characteristics or their ohmic characteristics.
  • the modular DC link circuit forms an LC chain conductor with an additional R element parallel to the L element.
  • the inductance of the high-resistance, low-inductance compounds VR1, VR2 and the ohmic resistance of the low-resistance, high-inductance compounds VL1, VL2 is neglected.
  • the L-element is formed by the inductance L of the first low-resistance, high-inductance connections VL1 and the second low-resistance, high-inductance connections VL2 and the C-section through the capacitance C of the intermediate circuit capacitor module 30, wherein the L-element and the C-element one Form LC resonant circuit and the R-element is also connected in parallel to the L-element.
  • the R-element is formed by the first high-resistance, low-inductance compound VR1 and the second high-resistance, low-inductance compound VR2.
  • the ohmic resistance of the high-resistance, low-inductance compounds VR1, VR2 is switched so as to attenuate the oscillation of the LC oscillation circuit.
  • parasitic AC components are generated by the switching device and the LC resonant circuit in the system. These alternating current components reduce the efficiency of the converter and should be damped.
  • the modular DC link circuit of Figures 7 and 8 can be extended by more DC link capacitor modules with corresponding circuit in parallel and in a chain with the other DC link capacitor modules 30.
  • a modular DC link circuit can have, for example, 1 to 6 or 1 to 8 DC link capacitor modules 30. All DC link capacitor modules 30 within the chain are identical to their neighboring DC link capacitor modules 30 connected to each other. Excluded are the two DC link capacitor modules 30 at the edges of the chain, since they have only one immediate neighbor.
  • FIG. 8 shows the part of the circuit which corresponds to a power phase module 10.
  • the high-impedance, low-inductance compounds VR1, VR2 are not part of the power phase module.
  • the power phase module 10 is also placed on the busbars 30a, 30b and thus forms the low-resistance, high-inductance connections VL1, VL2 with these and arranged in the power phase module 10 cross bridges 18.
  • the modular DC link circuit is thereby generated in this embodiment only with the power phase module 10.
  • FIG. 9 shows an embodiment of the modular DC link circuit.
  • Each module of the DC link circuit has identical components. 9, ohmic resistances of the low-resistance, high-inductance compounds VL1, VL2, VL3, VL4 as well as inductances of the high-resistance, low-inductive connections VR1, VR2, VR3, VR4 are not shown in FIG.
  • each DC link capacitor module 30 has two DC link capacitors each.
  • the DC link capacitors are connected between a first terminal and a second terminal and between a third terminal and a fourth terminal of the DC link capacitor module 30.
  • the second and third ports are at the same potential and the first and fourth ports are at the same potential.
  • a DC voltage U DC is present between the first and the second connection, or between the third and the fourth connection, in a mode of operation.
  • the two DC link capacitors are connected in parallel.
  • the four connections of the intermediate circuit capacitor modules are each connected via one of the low-resistance, high-inductance connections VL1, VL2, VL3, VL4 and one of the high-resistance, low-inductance connections VR1, VR2, VR3, VR4.
  • the first high-impedance, low-inductance connection VR1 are connected in parallel to the second high-resistance, low-inductance connection VR2, the first low-resistance, high-inductance connection VL1 is connected in parallel to the second low-resistance, high-inductance connection VL2, the third high-resistance, low-inductance connections VR3 parallel to the fourth high-resistance , low-inductance connections VR4, and the third low-resistance, high-inductance connections VL3 connected in parallel with the fourth low-resistance, high-inductance connections VL4.
  • the four low-resistance, high-inductance connections VL1, VL2, VL3, VL4 are separate from one another and essentially disjoint from one another, namely from the components which dominate their electrical properties.
  • the high-impedance, low-inductance compounds VR1, VR2, VR3, VR4 VL4 can be separated from each other separately and essentially independently of one another, ie, based on the components which dominate their electrical properties.
  • a DC voltage U DC is applied in each case between one of the busbars 31a, 31b of the first busbar pair 31 and one of the busbars 32a, 32b of the second busbar pair 32.
  • the DC voltage U DC feeds in an operating state at the modular DC link circuit is used in a converter circuit for generating an AC voltage, not shown switching devices. At an AC output of the switching device, an AC voltage can be tapped. In another operating state, the converter circuit can also conversely generate a DC voltage from an AC voltage.
  • the modular DC link circuit in Figure 9 is constructed such that spatially next to each current-carrying conductor another current-carrying conductor is arranged, whose current direction is opposite to the first conductor. This minimizes the size of conductor loops and reduces inductance.
  • the converter circuit can therefore also be implemented geometrically in a converter as well. The part of the circuit that would correspond to a power phase module 10 of an inverter is also sketched in FIG. 9, wherein the switching device is not shown.
  • FIG. 10 shows a rail vehicle 100 according to one embodiment.
  • the converter circuit may be connected to an energy converter, in particular a traction motor, for converting electrical energy into kinetic energy or vice versa, such that the energy converter is connected to at least one of the first AC terminals of one of the switching devices.
  • the on-board electronics or a regenerative brake can also be connected to the converter circuit via an AC connection of an associated switching device.
  • the DC link capacitor modules 30 of FIGS. 7 and 8 may also include a plurality of DC link capacitors.

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Abstract

The invention relates to a modular DC link circuit for a power converter, comprising at least two or more DC link capacitor modules connected in parallel in a chain, each DC link capacitor module having a first connection point, a second connection point and at least one first DC link capacitor, which is electrically connected to the first connection point and the second connection point, the first connection points of the DC link capacitor modules immediately following each other in the chain being connected in each case by means of a first low-resistance, high-inductance connection and a first high-resistance, low-inductance connection connected in parallel therewith, and the second connection points of the DC link capacitor modules immediately following each other in the chain being connected in each case by means of a second low-resistance, high-inductance connection and a second high-resistance, low-inductance connection connected in parallel therewith. The invention further relates to a converter circuit, to an energy converter, and to a vehicle.

Description

Beschreibung  description
Modulare Zwischenkreisschaltung eines Umrichters, Umrichterschaltung, Energiewandler und Fahrzeug Modular DC link circuit of an inverter, converter circuit, energy converter and vehicle
Technisches Gebiet Technical area
[0001] Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Leistungselektronik, insbesondere der Leistungsumrichter, und betrifft den Aufbau eines Phasenmoduls für Leistungsumrichter und einen Umrichter. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit einem Umrichter. The invention is in the field of power electronics, in particular the power converter, and relates to the structure of a phase module for power converter and a converter. Furthermore, the invention relates to a vehicle with an inverter.
Vorbekannter Stand der Technik Prior art
[0002] Umrichter dienen zur Umwandlung von Wechselspannung und Wechselstrom, wobei die charakteristischen Eigenschaften wie Spannungsamplitude und Frequenz dabei angepasst werden. Ein Umrichter kann einen Zwischenkreis aufweisen. Er dient als Zwischenspeicher und als elektrischer Puffer. Spannung und Strom werden bei Leistungsumrichtern gleichermaßen umgewandelt. Converters are used to convert alternating voltage and alternating current, the characteristic properties such as voltage amplitude and frequency are adjusted. An inverter can have an intermediate circuit. It serves as a buffer and as an electrical buffer. Voltage and current are converted equally in power converters.
[0003] Verwendet werden Umrichter beispielsweise für Antriebe von drehzahlveränderlichen Elektromotoren. Diese kommen in Fahrzeugen, insbesondere in Schienenfahrzeugen, wie Straßenbahnen, elektrischen Lokomotiven oder Hochgeschwindigkeitszügen vor. Das Fahrzeug greift die Spannung über beispielsweise eine Oberleitung oder eine Stromschiene ab. Diese wird dann im Umrichter für den elektrischen Antrieb angepasst. Converters are used for example for drives of variable-speed electric motors. These occur in vehicles, especially in rail vehicles, such as trams, electric locomotives or high-speed trains. The vehicle picks up the voltage via, for example, a catenary or a busbar. This is then adapted in the inverter for the electric drive.
[0004] Elektromotoren werden ebenso als Dynamo zur Erzeugung von elektrischem Strom aus Bewegungsenergie, beispielsweise beim Bremsvorgang eines Elektrofahrzeuges, genutzt. Der Umrichter wirkt typischerweise in beide Richtungen. Electric motors are also used as a dynamo for generating electric current from kinetic energy, for example during braking of an electric vehicle. The inverter typically acts in both directions.
[0005] Umrichter können Phasenmodule mit steuerbaren Halbleiterbauelementen, zum Beispiel IGBTs (insulated-gate bipolar transistor) aufweisen. Durch eine frequentierte Steuerung wird in dem Phasenmodul ein Phasenstrom generiert. Dieser kann dann beispielsweise einen Elektromotor antreiben. Nachteile des Standes der Technik Inverters may comprise phase modules with controllable semiconductor components, for example IGBTs (insulated-gate bipolar transistor). A frequented control generates a phase current in the phase module. This can then drive, for example, an electric motor. Disadvantages of the prior art
[0006] Stromrichtermodule bestehen aus großen Anordnungen von Stromrichtereinheiten, wobei jede Stromrichtereinheit an den Zwischenkreis angeschlossen ist. Lange Verbindungen zum Zwischenkreis erzeugen eine hohe Induktivität und einen damit verbundenen Leistungsverlust. Converter modules consist of large arrangements of converter units, each converter unit is connected to the DC link. Long connections to the DC link generate high inductance and associated power loss.
Problemstellung problem
[0007] Die Aufgabe besteht darin, den Aufbau des Umrichters zu verbessern. Erfindungsgemäße Lösung The object is to improve the structure of the inverter. Inventive solution
[0008] Diese Aufgabe wird durch eine modulare Zwischenkreisschaltung für einen Leistungsumrichter gelöst. Weiterhin wird diese Aufgabe durch eine Umrichterschaltung, einen Energiewandler und ein Fahrzeug, insbesondere ein Schienenfahrzeug, gelöst. This object is achieved by a modular DC link circuit for a power converter. Furthermore, this object is achieved by a converter circuit, an energy converter and a vehicle, in particular a rail vehicle.
[0009] Es wird eine modulare Zwischenkreisschaltung für einen Leistungsumrichter vorgeschlagen mit mindestens zwei oder mehreren parallel in einer Kette geschalteten Zwischenkreiskondensatormodulen, wobei jedes Zwischenkreiskondensatormodul einen ersten Anschluss, einen zweiten Anschluss und mindestens einen ersten Zwischenkreiskondensator aufweist, der mit dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss elektrisch verbunden ist, die ersten Anschlüsse der in der Kette jeweils unmittelbar aufeinanderfolgenden Zwischenkreiskondensatormodule jeweils über eine erste niederohmige, hochinduktive Verbindung und eine dazu parallel geschaltete erste hochohmige, niederinduktive Verbindung verbunden sind, und die zweiten Anschlüsse der in der Kette jeweils unmittelbar aufeinanderfolgenden Zwischenkreiskondensatormodule jeweils über eine zweite niederohmige, hochinduktive Verbindung und eine dazu parallel geschaltete zweite hochohmige, niederinduktive Verbindung verbunden sind. Dabei weisen die erste niederohmige, hochinduktive Verbindung und die zweite niederohmige, hochinduktive Verbindung jeweils einen kleineren Ohm'schen Widerstand und eine größere Induktivität als jeweils die erste hochohmige, niederinduktive Verbindung und die zweite hochohmige, niederinduktive Verbindung auf. [0010] Modular bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die Zwischenkreisschaltung des Leistungsumrichters mehrerer einzelne Komponenten aufweist, wobei es sich bei den Komponenten insbesondere um Zwischenkreiskondensatoren, Zwischenkreiskondensator- module und entsprechende Verbindungen handelt, die zu einem gemeinsamen Zwischenkreis zusammengeführt werden. It is proposed a modular DC link circuit for a power converter with at least two or more connected in parallel in a chain DC link capacitor modules, each DC link capacitor module having a first terminal, a second terminal and at least a first DC link capacitor connected to the first terminal and the second terminal is electrically connected, the first terminals of each in the chain directly successive DC link capacitor modules respectively via a first low-impedance, high-inductance connection and a first parallel high-impedance, low-inductance connection are connected, and the second terminals of each in the chain directly successive DC link capacitor modules via a second low-impedance, high-inductance connection and a second high-impedance, low-inductance connection connected in parallel thereto are connected. In this case, the first low-impedance, high-inductance compound and the second low-resistance, high-inductance compound each have a smaller ohmic resistance and a greater inductance than in each case the first high-impedance, low-inductance compound and the second high-impedance, low-inductance compound. Modular in this context means that the DC link circuit of the power converter has a plurality of individual components, wherein the components are, in particular, intermediate circuit capacitors, intermediate circuit capacitor modules and corresponding connections, which are combined to form a common DC link.
[0011] Unter einer niederohmigen Verbindung wird insbesondere eine Verbindung verstanden, die im Gegensatz zu einer hochohmigen Verbindung einen kleineren Widerstandwert aufweist. Vorzugsweise weist die niederohmige Verbindung jedoch einen Widerstandswert zwischen 10μΩ und 1Ω auf, wohingegen die hochohmigen Verbindung vorzugsweise einen Widerstandswert zwischen 100Ω und 10ΜΩ aufweist. A low-resistance connection is understood, in particular, to mean a connection which, in contrast to a high-resistance connection, has a smaller resistance value. However, the low-resistance connection preferably has a resistance value between 10 μΩ and 1Ω, whereas the high-resistance connection preferably has a resistance value between 100Ω and 10Ω.
[0012] Unter einer niederinduktiven Verbindung wird insbesondere eine Verbindung verstanden, die im Gegensatz zu einer hochinduktiven Verbindung einen kleineren Induktivitätswert aufweist. Vorzugsweise weist die niederinduktive Verbindung jedoch einen Induktivitätswert zwischen InH und ΙΟΟμΗ auf, wohingegen die hochinduktive Verbindung vorzugsweise einen Induktivitätswert zwischen 10mH und 10H aufweist. A low-inductive compound is understood in particular to mean a compound which, unlike a highly inductive compound, has a smaller inductance value. Preferably, however, the low-inductance compound has an inductance value between InH and ΙΟΟμΗ, whereas the high-inductance compound preferably has an inductance value between 10mH and 10H.
[0013] In Zwischenkreisen von Umrichtern werden üblicherweise elektrische Kondensatoren verbaut. Bei hohen Strömen bzw. hoher Leistungsdichte des Umrichters kann eine hohe Strombelastbarkeit bei gleichzeitiger geringer Eigeninduktivität des Zwischenkreiskondensators vorteilhaft für die Effizienz sein. Ein geringer effektiver Serienwiderstand (ESR) und eine geringe effektive Serieninduktivität (ESL) sind Anforderungen für einen guten Wirkungsgrad. Ein niederinduktiver Anschluss des Zwischenkreiskondensators an die Schaltvorrichtung kann ebenso zu einer Erhöhung der Effizienz führen. In intermediate circuits of converters usually electrical capacitors are installed. At high currents or high power density of the inverter, a high current carrying capacity with simultaneous low self-inductance of the DC link capacitor can be advantageous for the efficiency. Low effective series resistance (ESR) and low effective series inductance (ESL) are requirements for good efficiency. A low-inductance connection of the DC link capacitor to the switching device can also lead to an increase in efficiency.
[0014] Da die modulare Zwischenkreisschaltung für große Ströme von mehreren hundert bis über ein tausend Ampere ausgelegt sein kann, entstehen Induktivitäten in den elektrischen Leitern, die von der magnetischen Permeabilität des Leitermaterials, dem Leitungsquerschnitt und der Größe der Leiterschleife abhängen. Diese Induktivitäten sind parasitär und vorteilhaft minimiert. Insbesondere sind die Induktivitäten nicht gewollt durch zum Beispiel eine Spule oder ähnlichem in die Zwischenkreisschaltung eingebaut. [0015] Gemäß einer Ausführungsform ist jeweils eine Schaltvorrichtung parallel zum Zwischenkreiskondensatormodul geschaltet oder mit diesem verbindbar. Vorteilhaft sind die Schaltvorrichtungen jeweils einem Zwischenkreiskondensatormodul zugeordnet und unmittelbar mit diesem parallel geschaltet. Schaltvorrichtungen können mindestens einen ersten und einen zweiten DC-Anschluss aufweisen, sodass diese parallel zum ersten und zweiten Anschluss des Zwischenkreiskondensatormodules geschaltet werden können. Since the modular DC link circuit can be designed for large currents of several hundred to over a thousand amperes, arise inductances in the electrical conductors, which depend on the magnetic permeability of the conductor material, the line cross-section and the size of the conductor loop. These inductors are parasitic and advantageously minimized. In particular, the inductors are not intentionally incorporated by, for example, a coil or the like in the DC link circuit. According to one embodiment, in each case a switching device is connected in parallel to the DC link capacitor module or connectable to this. Advantageously, the switching devices are each assigned to a DC link capacitor module and connected in parallel with this directly. Switching devices can have at least a first and a second DC connection, so that they can be connected in parallel to the first and second connection of the intermediate circuit capacitor module.
[0016] Gemäß einer Ausführungsform weist die Schaltvorrichtung mindestens einen oder mehrere AC-Anschlüsse auf. Die Schaltvorrichtung wird derart betrieben, dass eine Gleichspannung zwischen ihren DC-Anschlüssen in eine Wechselspannung an ihrem oder ihren AC-Schlüssen erzeugt wird. Die Schaltvorrichtung kann gemäß einer Ausführungsform in beide Richtungen betrieben werden, das heißt, dass auch eine Wechselspannung in eine Gleichspannung umgewandelt werden kann. According to one embodiment, the switching device has at least one or more AC connections. The switching device is operated to generate a DC voltage between its DC terminals into an AC voltage at its or their AC terminals. The switching device can be operated in both directions according to an embodiment, that is, that also an AC voltage can be converted into a DC voltage.
[0017] Jedes Zwischenkreiskondensatormodul weist mindestens einen Kondensator auf. Der Kondensator wirkt als Zwischenkreiskondensator zu einer Schaltvorrichtung. Während eines Schaltvorganges der Schaltvorrichtung ändert sich der Strom in dem Kondensator. Er ist daher Teil des Kommutierungskreises. Der Zwischenkreiskondensator wird auch Kommutierungskondensator genannt. Each DC link capacitor module has at least one capacitor. The capacitor acts as a DC link capacitor to a switching device. During a switching operation of the switching device, the current in the capacitor changes. He is therefore part of the Kommutierungskreises. The DC link capacitor is also called a commutation capacitor.
[0018] In einem Betriebszustand eines Leistungsumrichters mit einer modularen Zwischenkreisschaltung kann zwischen der ersten niederohmigen, hochinduktiven Verbindung und der zweiten niederohmigen, hochinduktiven Verbindung eine Gleichspannung anliegen, die jeweils die Schaltvorrichtungen speist. Typischerweise weisen die Schaltvorrichtungen einen AC-Ausgang auf, wobei durch eine entsprechende Steuerung der Schaltvorrichtungen aus der Gleichspannung am AC-Ausgang eine Wechselspannung erzeugt wird. In an operating state of a power converter with a modular DC link circuit, a DC voltage can be applied between the first low-impedance, high-inductance connection and the second low-impedance, high-inductance connection, which feeds each of the switching devices. Typically, the switching devices have an AC output, wherein an AC voltage is generated by a corresponding control of the switching devices from the DC voltage at the AC output.
[0019] In einem anderen Betriebszustand eines Leistungsumrichters mit einer modularen Zwischenkreisschaltung kann zwischen der ersten niederohmigen, hochinduktiven Verbindung und der zweiten niederohmigen, hochinduktiven Verbindung eine Gleichspannung erzeugt werden, indem die Schaltvorrichtungen einen AC-Eingang aufweist und durch eine entsprechende Steuerung der Schaltvorrichtungen aus der Wechselspannung am AC-Eingang die Gleichspannung erzeugt wird. [0020] In einem dieser Betriebszustände wirkt die Zwischenkreisschaltung, die der jeweiligen Schaltvorrichtung zugeordnet ist, als elektrischer Puffer und insbesondere der Zwischenkreiskondensator als elektrischer Zwischenspeicher. Die Kapazität und die Spannungsklasse des Zwischenkreiskondensatormodules, beziehungsweise des Zwischenkreiskondensators müssen daher an die möglichen Spannungen und Ströme in einem Betriebszustand des Leistungsrichters angepasst sein. In another operating condition of a power converter with a modular DC link circuit, a DC voltage can be generated between the first low-impedance, high-inductance connection and the second low-impedance, high-inductance connection by the switching devices having an AC input and by a corresponding control of the switching devices of the AC voltage at the AC input DC voltage is generated. In one of these operating states, the DC link circuit, which is assigned to the respective switching device, acts as an electrical buffer and in particular the DC link capacitor as an electrical buffer. The capacitance and the voltage class of the intermediate circuit capacitor module or the intermediate circuit capacitor must therefore be adapted to the possible voltages and currents in an operating state of the power converter.
[0021] Gemäß einer Ausführungsform beträgt die Spannung zwischen dem ersten Anschluss eines Zwischenkreiskondensatormoduls und dem zweiten Anschluss eines Zwischenkreiskondensatormoduls in einem Betriebszustand mindestens lkV oder mindestens 3kV. Die Zwischenkreisschaltung ist daher für Spannungen zwischen dem ersten Anschluss eines Zwischenkreiskondensatormoduls und dem zweiten Anschluss eines Zwischenkreiskondensatormoduls von mindestens lkV oder mindestens 3kV ausgelegt. According to one embodiment, the voltage between the first terminal of a DC link capacitor module and the second terminal of a DC link capacitor module in an operating state at least lkV or at least 3kV. The DC link circuit is therefore designed for voltages between the first terminal of a DC link capacitor module and the second terminal of a DC link capacitor module of at least lkV or at least 3kV.
[0022] Jedes Zwischenkreiskondensatormodul weist mindestens einen Zwischenkreiskondensator auf. Zusätzlich kann das Zwischenkreiskondensatormodul weitere, typischerweise zum ersten Zwischenkreiskondensator parallel geschaltete, Kondensatoren aufweisen. Typische Kapazitäten des Zwischenkreiskondensatormoduls liegen im Bereich von einigen hundert Mikrofarad bis mehr als 1000 Mikrofarad und können abhängig von der Spannung im Zwischenkreis gewählt werden. Beispielsweise kann die Kapazität bei 400μΡ für 3,6kV, bei 700μΡ für 2.8kV, bei 1600μΡ für 1.8kV oder bei 9000μΡ bei 750V liegen. Diese diskreten Werte sind lediglich durch die typischen Zielwerte bei der Herstellung der Kondensatoren gegeben und nicht darauf beschränkt. Die Gesamtkapazität ist durch einen oder mehrere parallel geschaltete Kondensatoren im Zwischenkreiskondensatormodul gegeben. Each DC link capacitor module has at least one DC link capacitor. In addition, the intermediate circuit capacitor module can have further capacitors, which are typically connected in parallel with the first intermediate circuit capacitor. Typical capacities of the DC link capacitor module are in the range of a few hundred microfarads to more than 1000 microfarads and can be selected depending on the voltage in the DC link. For example, the capacitance at 400μΡ can be 3.6kV, 700μΡ 2.8kV, 1600μΡ 1.8kV or 9000μΡ 750V. These discrete values are given only by the typical target values in the manufacture of the capacitors and not limited thereto. The total capacity is given by one or more parallel connected capacitors in the DC link capacitor module.
[0023] Gemäß einer Ausführungsform weist mindestens eines der Zwischenkreiskondensatormodule zusätzlich einen zweiten Zwischenkreiskondensator auf, der parallel zum ersten Zwischenkreiskondensator geschaltet ist. Insbesondere können mehrere oder alle Zwischenkreiskondensatormodule zusätzlich einen zweiten Zwischenkreiskondensator aufweisen. Unterschiedliche Zwischenkreiskondensatoren können verwendet und in der Schaltung kombiniert werden. According to one embodiment, at least one of the DC link capacitor modules in addition to a second DC link capacitor, which is connected in parallel to the first DC link capacitor. In particular, several or all intermediate circuit capacitor modules may additionally have a second intermediate circuit capacitor. Different DC link capacitors can be used and combined in the circuit.
[0024] Gemäß einer Ausführungsform besitzt das Zwischenkreiskondensatormodul eine Eigeninduktivität (ESL) von weniger als 100nH oder weniger als 50nH. [0025] Die Induktivitäten der jeweils ersten Anschlüsse und zweiten Anschlüsse der Zwischenkreiskondensatormodule, die vorgesehen sind, parallel zu jeweils einer Schaltvorrichtung geschaltet zu werden, werden unter anderem durch die Längen der elektrischen Leitungen bzw. die Größen der entstehenden Leiterschleifen bestimmt. Je größer die Leiterschleifen, desto größer die Induktivitäten. Die Zwischenkreiskondensatormodule sollte daher räumlich möglichst nah an die jeweilige Schaltvorrichtung angeschlossen werden. According to one embodiment, the DC link capacitor module has a self-inductance (ESL) of less than 100nH or less than 50nH. The inductances of the respective first terminals and second terminals of the DC link capacitor modules, which are provided to be connected in parallel to a respective switching device, are determined inter alia by the lengths of the electrical lines or the sizes of the resulting conductor loops. The larger the conductor loops, the larger the inductances. The DC link capacitor modules should therefore be connected spatially as close as possible to the respective switching device.
[0026] Gemäß einer Ausführungsform ist für jedes Zwischenkreiskondensatormodul mindestens eine Schaltvorrichtung vorgesehen, die parallel zu den Anschlüssen des jeweiligen Zwischenkreiskondensatormoduls geschaltet werden kann. Insbesondere können auch Gruppen von parallel geschalteten Schaltvorrichtungen parallel zu den Anschlüssen des jeweiligen Zwischenkreiskondensatormoduls geschaltet werden. Die Gruppen von Schaltvorrichtungen können beispielsweise als Vollbrücke oder als Halbbrücke geschaltet sein. According to one embodiment, at least one switching device is provided for each DC link capacitor module, which can be connected in parallel with the terminals of the respective DC link capacitor module. In particular, groups of switching devices connected in parallel can also be connected in parallel with the terminals of the respective intermediate circuit capacitor module. The groups of switching devices can be connected, for example, as a full bridge or as a half bridge.
[0027] Gemäß einer Ausführungsform sind die Gruppen von Schaltvorrichtungen in einem Leistungsphasenmodul angeordnet. Das Leistungsphasenmodul kann in einem modular aufgebauten Umrichter zum Umrichten von Gleichstrom in Wechselstrom oder von Wechselstrom in Gleichstrom genutzt werden. In dem Umrichter können mehrere Leistungsphasenmodule parallel, unabhängig oder abhängig voneinander betrieben werden. Die Leistungsphasenmodule sind kompakt aufgebaut und können im modularen Umrichter platzsparend nebeneinander angeordnet sein. Vorteilhaft ist das Leistungsphasenmodul austauschbar. According to one embodiment, the groups of switching devices are arranged in a power phase module. The power phase module can be used in a modular inverter to convert DC to AC or from AC to DC. In the inverter several power phase modules can be operated in parallel, independently or dependent on each other. The power phase modules have a compact design and can be arranged next to one another in the modular converter to save space. Advantageously, the power phase module is interchangeable.
[0028] Gemäß einer Ausführungsform ist jedes Leistungsphasenmodul genau einem Zwischenkreiskondensatormodul zugeordnet und umgekehrt. Das heißt auch, dass jede Schaltvorrichtung genau einem Zwischenkreiskondensatormodul zugeordnet ist. According to one embodiment, each power phase module is associated with exactly one DC link capacitor module and vice versa. This also means that each switching device is assigned to exactly one DC link capacitor module.
[0029] Gemäß einer Ausführungsform weist die Schaltvorrichtung mindestens eines der folgenden elektronischen Bauteile auf: Diode, Leistungs-MOSFET, und IGBT. Insbesondere können Gruppen von Schaltvorrichtungen mehrere Dioden- oder IGBT-Halbbrücken oder -Vollbrücken aufweisen. According to one embodiment, the switching device comprises at least one of the following electronic components: diode, power MOSFET, and IGBT. In particular, groups of switching devices may have multiple diode or IGBT half bridges or full bridges.
[0030] Bei der Umwandlung von Gleichspannung in Wechselspannung erzeugt die Schaltvorrichtung gemäß einer Ausführungsform eine Frequenz oder gibt eine Frequenz vor, mit der der Gleichstrom in einen Wechselstrom mit eben dieser Frequenz umgewandelt wird. Die Schaltvorrichtung kann dazu eine Steuerung, insbesondere eine Gatesteuerung, aufweisen oder mit einer Steuerung verbunden sein. Gemäß einer Ausführungsform weist das Leistungsphasenmodul, insbesondere die Schaltvorrichtung, ein oder mehrere Anschlüsse einer Steuerung zum Steuern der einen oder mehreren Schaltvorrichtungen auf. Die Steuerung kann über elektrische Signale, zum Beispiel über Kupferleitungen, oder über optische Signale, zum Beispiel über Lichtwellenleiter, erfolgen. In the conversion from DC voltage to AC voltage, the switching device according to one embodiment generates a frequency or sets a frequency, with which the direct current is converted into an alternating current with just this frequency. The switching device may for this purpose have a controller, in particular a gate controller, or be connected to a controller. According to one embodiment, the power phase module, in particular the switching device, has one or more terminals of a controller for controlling the one or more switching devices. The control can take place via electrical signals, for example via copper lines, or via optical signals, for example via optical waveguides.
[0031] Die niederohmige, hochinduktive Verbindung, weisen eine höhere Induktivität auf als die hochohmige, niederinduktive Verbindung. Gemäß einer Ausführungsform ist die Induktivität im Wesentlichen durch die Größe der Leiterschleife bei hohen Spannungen und Strömen und durch die Leitfähigkeit und den Querschnitt des Leiters bestimmt. Die Größe der Leiterschleife ist durch die mechanische Umsetzung der modularen Zwischenkreisschaltung vorgegeben. The low-resistance, high-inductance compound, have a higher inductance than the high-impedance, low-inductance compound. According to one embodiment, the inductance is essentially determined by the size of the conductor loop at high voltages and currents and by the conductivity and the cross section of the conductor. The size of the conductor loop is predetermined by the mechanical implementation of the modular DC link circuit.
[0032] Gemäß einer Ausführungsform weisen die ersten niederohmigen, hochinduktiven Verbindungen und die zweiten niederohmigen, hochinduktiven Verbindungen eine mindestens um den Faktor 2 oder mindestens um den Faktor 5 höhere Induktivität auf als die ersten hochohmigen, niederinduktiven Verbindungen und die zweiten hochohmigen, niederinduktiven Verbindungen. According to one embodiment, the first low-resistance, high-inductance compounds and the second low-resistance, high-inductance compounds have at least a factor of 2 or at least a factor of 5 higher inductance than the first high-impedance, low-inductance compounds and the second high-resistance, low-inductive compounds.
[0033] Gemäß einer Ausführungsform sind die Induktivitäten und Ohm'schen Widerstände der ersten hochohmigen, niederinduktiven Verbindungen und der die zweiten hochohmigen, niederinduktiven Verbindungen im Wesentlichen identisch. Ebenso sind die Induktivitäten und Ohm'schen Widerstände der ersten niederohmigen, hochinduktiven Verbindungen und der zweiten niederohmigen, hochinduktiven Verbindungen im Wesentlichen identisch. Vorteilhaft weist die modulare Zwischenkreisschaltung daher eine Symmetrie auf. According to one embodiment, the inductances and ohmic resistances of the first high-resistance, low-inductance compounds and the second high-resistance, low-inductance compounds are substantially identical. Likewise, the inductances and ohmic resistances of the first low-resistance, high-inductance compounds and the second low-resistance, high-inductance compounds are substantially identical. The modular DC link circuit therefore advantageously has a symmetry.
[0034] Durch den modularen Aufbau der modularen Zwischenkreisschaltung sind weitere identische oder nahezu identische Zwischenkreiskondensatormodule, parallel und zueinander in einer Kette geschaltet, anschließbar. Gemäß einer Ausführungsform weist die modulare Zwischenkreisschaltung drei Zwischenkreiskondensatormodule auf und die drei Zwischenkreiskondensatormodule sind parallel und in einer Kette geschaltet sind. Die modulare Zwischenkreisschaltung kann zusätzlich um weitere Zwischenkreiskondensatormodule erweiterbar sein. Due to the modular design of the modular DC link circuit more identical or nearly identical DC link capacitor modules, connected in parallel and to each other in a chain, connectable. According to one embodiment, the modular DC link circuit comprises three DC link capacitor modules and the three DC link capacitor modules are connected in parallel and in a chain. The modular DC link circuit can be additionally expandable to other DC link capacitor modules.
[0035] Gemäß einer Ausführungsform bildet die modulare Zwischenkreisschaltung einen Kettenleiter. Dabei ist der Kettenleiter aus in einer Kette geschalteten identischen Vierpolen zusammengesetzt und ein Vierpol entspricht einem Modul der Zwischenkreisschaltung. Ein mögliches Ersatzschaltbild des Vierpoles wird durch ein zum Vierpol in Reihe geschaltetes niederohmiges, hochinduktives R-L-Glied und ein dazu parallel geschaltetes hochohmiges, niederinduktives R-L-Glied, sowie ein zum Vierpol parallel geschaltetes C-Glied gebildet. Das C-Glied wird durch das Zwischenkreiskondensatormodul gebildet. Das niederohmige, hochinduktive R-L-Glied wird durch die erste und die zweite niederohmige, hochinduktive Verbindung; und das hochohmige, niederinduktive R-L-Glied wird durch die erste und die zweite hochohmige, niederinduktive Verbindungen gebildet. According to one embodiment, the modular DC link circuit forms a chain conductor. In this case, the chain conductor composed of identical quadrupoles connected in a chain and a quadrupole corresponds to a module of the DC link circuit. A possible equivalent circuit diagram of the quadrupole is formed by a low-impedance, high-inductance R-L element connected in series with a high-impedance, low-inductance R-L element connected in parallel, and a C-element connected in parallel with the quadrupole. The C-element is formed by the DC link capacitor module. The low-resistance, high-inductance R-L member is defined by the first and second low-resistance, high-inductance compounds; and the high-resistance, low-inductance R-L member is formed by the first and second high-resistance, low-inductance compounds.
[0036] Alternativ können die Module zwar im Ihrer Struktur identisch sein aber die einzelnen Bestandteile können unterschiedliche jeweilige Impedanzen aufweisen. Alternatively, while the modules may be identical in structure, the individual components may have different respective impedances.
[0037] Das Ersatzschaltbild des Vierpoles kann auch als passiver Tiefpass 2. Ordnung aus einem ersten zum Vierpol in Reihe geschaltetem R-L-Glied und einem zum Vierpol parallel geschaltetem C-Glied mit einem zusätzlichen zweiten R-L-Glied, das parallel zum ersten R-L- Glied geschaltet ist, beschrieben werden. Gleichstrom und der niederfrequente Stromanteile fließen über das niederohmige, hochinduktive R-L-Glied und hochfrequente Stromanteile fließen über das hochohmige, niederinduktive R-L-Glied. Durch den Ohm'schen Widerstand werden die hochfrequenten Stromanteile vorteilhaft gedämpft. The equivalent circuit of the quadrupole can also be used as a passive low-pass 2nd order from a first to quadrupole in series switched RL-member and a quadrupole parallel-connected C-member with an additional second RL member, parallel to the first RL member is switched to be described. Direct current and the low-frequency current components flow via the low-impedance, high-inductance R-L element and high-frequency current components flow through the high-impedance, low-inductance R-L element. Due to the ohmic resistance, the high-frequency current components are advantageously damped.
[0038] Gemäß einer Ausführungsform kann der Widerstand der niederohmigen, hochinduktiven Verbindung vernachlässigt werden. Das Ersatzschaltbild des Vierpols entspricht dann einem L-C-Schwingkreis mit einem zum L-Glied parallel geschalteten zusätzlichen R-L-Glied. Durch die eingeprägten Ströme der Schaltvorrichtungen, die parallel zum C-Glied (also zum Zwischenkreiskondensatormodul) geschaltet sind, werden Schwingströme angeregt. Durch diese Schwingströme erhöht sich der Effektivwert des Stroms in den Zwischenkreiskondensatoren. Durch ein Parallelschalten der ersten hochohmigen, niederinduktiven Verbindung und der zweiten hochohmigen, niederinduktiven Verbindung ist ein R-L-Glied mit erhöhtem Ohm'schen Widerstand zusätzlich parallel zum L-Glied des L-C-Schwingkreises geschaltet. Die Schwingung wird dadurch gedämpft. According to one embodiment, the resistance of the low-resistance, high-inductance compound can be neglected. The equivalent circuit of the quadrupole then corresponds to an LC resonant circuit with an additional RL element connected in parallel with the L element. Due to the impressed currents of the switching devices, which are connected in parallel to the C-member (ie the DC link capacitor module), oscillating currents are excited. These oscillating currents increase the rms value of the current in the DC link capacitors. By a parallel connection of the first high-impedance, low-inductance compound and the second high-resistance, low-inductance compound is an RL element with increased ohmic resistance additionally connected in parallel to the L element of the LC resonant circuit. The vibration is dampened by this.
[0039] Ein Modul der Zwischenkreisschaltung stellt einen L-C-Schwingkreis mit einem parallel geschalteten R-L-Glied zum L-Glied da, wenn der Ohm'sche Widerstand der niederohmigen, hochinduktiven Verbindung vernachlässigbar ist. Optimal würde ein L-C- Schwingkreis mit einem R-Glied parallel zum L-Glied gedämpft werden. Dies ist in der Praxis nicht möglich, weil jedes R-Glied in der Realität auch noch eine nicht zu vernachlässigende Induktivität L wegen der mechanischen Abstände und der damit verbundenen Leiterschleife bei hohen Strömen aufweist. Die Dämpfung eines L-C-Schwingkreises mit einem zusätzlichen Ohm'schen Widerstand parallel zum L-Glied hat ein flaches Optimum bei Ropt = jL/C. A module of the DC link circuit provides an LC resonant circuit with a parallel-connected RL element to the L-element, when the ohmic resistance of the low-impedance, high-inductance connection is negligible. Optimally, an LC resonant circuit with an R-element parallel to the L-element would be attenuated. This is not possible in practice, because each R-link in reality also has a non-negligible inductance L because of the mechanical distances and the associated conductor loop at high currents. The attenuation of an LC resonant circuit with an additional ohmic resistance parallel to the L element has a flat optimum at R opt = jL / C.
[0040] Während Gleichstrom und der niederfrequentierte AC-Anteil durch die niederohmigen, hochinduktiven Verbindungen fließen, werden höher frequentierte AC- Anteile durch die mit weniger Induktivität aber mit höheren Ohm'schen Widerstand behafteten niederinduktiven, hochohmigen Verbindungen zwischen den Zwischenkreiskondensatormodulen geleitet und dabei gedämpft. Dadurch verringern sich vorteilhaft die ungenutzten Effektivströme in den niederohmigen, hochinduktiven Verbindungen und in den Zwischenkreiskondensatoren. While direct current and the low-frequency AC component flow through the low-impedance, high-inductance compounds, higher-frequented AC components are conducted through the low inductance but higher ohmic resistance low-inductance, high-resistance connections between the DC link capacitor modules and attenuated. This advantageously reduces the unused RMS currents in the low-resistance, high-inductance compounds and in the DC link capacitors.
[0041] Da die Zwischenkreisschaltung für sehr hohe Ströme ausgelegt ist, würde die Anordnung ohne das zweite R-L-Glied einen sehr schwach gedämpften C-L-C-L-Kettenleiter aus L-C-Schwingkreisen darstellen. Durch die eingeprägten Ströme der Schaltvorrichtungen werden Schwingströme angeregt und der Effektivwert des Stroms in den Zwischenkreiskondensatoren erhöht sich. Durch ein Parallelschalten des zweiten R-L-Gliedes werden hochfrequente Schwingströme gedämpft. Die Dämpfung ist frequenzabhängig und ergibt sich aus den Werten der Induktivität und der Kapazität des L-C-Schwingkreises. Since the DC link circuit is designed for very high currents, the arrangement without the second R-L element would represent a very weakly damped C-L-C-L chain conductor from L-C resonant circuits. Due to the impressed currents of the switching devices, oscillating currents are excited and the rms value of the current in the intermediate circuit capacitors increases. By connecting the second R-L element in parallel, high-frequency oscillating currents are damped. The attenuation is frequency-dependent and results from the values of the inductance and the capacitance of the L-C resonant circuit.
[0042] Gemäß einer Ausführungsform ist der Ohm'sche Widerstand der niederinduktiven, hochohmigen Verbindung auf das Optimum der Dämpfung, also bei Ropt = ^L/C mit der Induktivität L der niederohmigen, hochinduktiven Verbindung und der Kapazität C des Zwischenkreiskondensatormodules angepasst, insbesondere liegt der Ohm'sche Widerstand der niederinduktiven, hochohmigen Verbindung im Bereich von 0,1■ Rovt bis 10 ■ Rovt. [0043] Beispielsweise liegt bei einer Kapazität des Zwischenkreiskondensatormodules von 1000μΡ und einer Induktivität der niederohmigen, hochinduktiven Verbindungen von 25nH das Optimum des Ohm'schen Widerstandes Ropt bei 5mQ für eine optimale Dämpfung. Der gewählte Ohm'sche Widerstand kann dann vorteilhaft im Bereich von 0,5mQ bis 50mQ liegen. Bei diesen Kapazitäten liegen die zu dämpfenden Frequenzen etwa im Bereich zwischen 5 kHz und 25 kHz. According to one embodiment, the ohmic resistance of the low-inductance, high-impedance connection to the optimum of the attenuation, ie at Ropt = ^ L / C with the inductance L of the low-impedance, high-inductance compound and the capacitance C of the DC link capacitor module adapted, in particular the ohmic resistance of the low-inductance, high-resistance connection in the range of 0.1 ■ R ovt to 10 ■ R ovt . For example, with a capacitance of the DC link capacitor module of 1000μΡ and an inductance of the low-impedance, high-inductance compounds of 25nH, the optimum of the ohmic resistance R opt at 5mQ for optimal damping. The selected ohmic resistance can then advantageously be in the range of 0.5mQ to 50mQ. At these capacities, the frequencies to be damped are approximately in the range between 5 kHz and 25 kHz.
[0044] Im Falle eines Kurzschlusses in einem Leistungsphasenmodul, insbesondere in einer der Schaltvorrichtungen, wird der oder werden die Kondensatoren des dazugehörigen Zwischenkreiskondensatormodules sehr schnell entladen. Die anderen Kondensatoren umliegender Zwischenkreiskondensatormodule speisen über die niederohmigen, hochinduktiven Verbindungen und die niederinduktiven, hochohmigen Verbindungen auf den Kurzschluss ein. Die niederinduktiven, hochohmigen Verbindungen zwischen den Zwischenkreiskondensatormodulen bewirken durch ihren Ohm'schen Widerstand ein rasches Abklingen der durch den Kurzschluss verursachten Schwingungen. Ein Großteil der Kurzschlussenergie wird in den niederinduktiven, hochohmigen Verbindungen in Wärme umgesetzt und dadurch unschädlich gemacht. Die anderen Leistungsphasenmodule, insbesondere die anderen Schaltvorrichtungen, und Zwischenkreiskondensatormodule können dadurch vor Zerstörung geschützt werden. Vorteilhaft ist die modulare Zwischenkreisschaltung daher stoßstromfest. In the case of a short circuit in a power phase module, in particular in one of the switching devices, the capacitor or capacitors of the associated DC link capacitor module is discharged very quickly. The other capacitors surrounding the DC link capacitor modules feed in the short circuit via the low-resistance, high-inductance connections and the low-impedance, high-resistance connections. The low-inductance, high-resistance connections between the DC link capacitor modules cause by their ohmic resistance a rapid decay of the vibrations caused by the short circuit. A large part of the short-circuit energy is converted into heat in the low-inductance, high-resistance connections and thereby rendered harmless. The other power phase modules, in particular the other switching devices, and intermediate circuit capacitor modules can thereby be protected against destruction. Advantageously, the modular DC link circuit is therefore shock current resistant.
[0045] Gemäß einer Ausführungsform der modularen Zwischenkreisschaltung sind die ersten Anschlüsse benachbarter Zwischenkreiskondensatormodule über jeweils eine dritte niederohmige, hochinduktive Verbindung verbunden, und die zweiten Anschlüsse benachbarter Zwischenkreiskondensatormodule über jeweils eine vierte niederohmige, hochinduktive Verbindung verbunden. Der Strom fließt dann in der ersten und der dritten niederohmige, hochinduktive Verbindung in dieselbe Richtung. Analog fließt der Strom in der zweiten und der vierten niederohmige, hochinduktive Verbindung in dieselbe Richtung. Damit die Induktivität der Leiterschleife verringert werden kann, müssen zwei entgegengesetzte Stromrichtungen nah aneinander geführt werden. According to one embodiment of the modular DC link circuit, the first terminals of adjacent DC link capacitor modules are connected via in each case a third low-resistance, high-inductance connection, and the second terminals of adjacent DC link capacitor modules connected via in each case a fourth low-impedance, high-inductance connection. The current then flows in the same direction in the first and third low-resistance, high-inductance connections. Analogously, the current in the second and the fourth low-resistance, high-inductance connection flows in the same direction. In order to reduce the inductance of the conductor loop, two opposite current directions must be brought close to each other.
[0046] Gemäß einer Ausführungsform kann die modulare Zwischenkreisschaltung so ausgeführt sein, dass jeweils zu jeder niederohmigen, hochinduktiven Verbindung eine andere dazugehörige niederohmigen, hochinduktiven Verbindungen mit entgegengesetzter Stromrichtung geführt wird. Durch das räumlich nahe aneinander Führen der beiden Stromrichtungen werden effektiv dir Größe der Leiterschleifen minimiert. Dadurch nimmt die Induktivität ab und der Umrichter wird effizienter. According to one embodiment, the modular DC link circuit can be designed so that each associated low-impedance, high-inductance compounds is guided in opposite current direction to each low-impedance, high-inductance compound. By the spatially close to each other leading the two Current directions are effectively minimized by the size of the conductor loops. This reduces the inductance and makes the inverter more efficient.
[0047] Gemäß einer Ausführungsform sind die erste und die zweite niederohmige, hochinduktive Verbindung, sowie die dritte und die vierte niederohmige, hochinduktive Verbindung räumlich nah und streckenweise parallel geführt. Synonym dazu können die erste und die vierte niederohmige, hochinduktive Verbindung sowie die zweite und die dritte niederohmige, hochinduktive Verbindung räumlich nah und streckenweise parallel geführt werden. Insbesondere bedeutet räumlich nah und streckenweise parallel, dass zwischen den Leitern kein weiterer stromdurchflossener Leiter angeordnet ist. According to one embodiment, the first and the second low-resistance, high-inductance compound, as well as the third and the fourth low-resistance, high-inductance compound are spatially close and partially guided in parallel. Synonymous with this, the first and the fourth low-resistance, high-inductance connection as well as the second and the third low-resistance, highly-inductive connection can be guided spatially close and partially parallel. In particular, spatially close and partially parallel means that no further current-carrying conductor is arranged between the conductors.
[0048] Gemäß einer Ausführungsform der modularen Zwischenkreisschaltung sind die die ersten Anschlüsse benachbarter Zwischenkreiskondensatormodule über eine dritte hochohmige, niederinduktive Verbindung sind, und die zweiten Anschlüsse benachbarter Zwischenkreiskondensatormodule über eine vierte hochohmige, niederinduktive Verbindung verbunden. Alternativ können zwei der hochohmigen, niederinduktiven Verbindungen als gemeinsame Verbindung ausgeführt sein. Dabei weisen sie dann den doppelten Ohm'schen Widerstand der beiden anderen hochohmigen, niederinduktiven Verbindungen auf. According to one embodiment of the modular DC link circuit, the first terminals of adjacent DC link capacitor modules are connected via a third high-impedance, low-inductance connection, and the second terminals of adjacent DC link capacitor modules are connected via a fourth high-impedance, low-inductance connection. Alternatively, two of the high-resistance, low-inductive compounds may be designed as a common compound. In this case, they then have the double ohmic resistance of the other two high-impedance, low-inductance compounds.
[0049] Damit die Induktivität der Leiter verringert werden kann, müssen zwei entgegengesetzte Stromrichtungen nah aneinander geführt werden. Vorzugsweise sind die hochohmigen, niederinduktiven Verbindungen streckenweise parallel und mit abwechselnder Stromrichtung angeordnet; beziehungsweise die gemeinsam ausgeführte Verbindung ist räumlich zwischen den beiden anderen angeordnet. Insbesondere ist zwischen den Leitern kein weiterer stromdurchflossener Leiter angeordnet. In order that the inductance of the conductors can be reduced, two opposite current directions must be performed close to each other. Preferably, the high-resistance, low-inductance connections are arranged in sections parallel and with alternating current direction; or the joint connection is spatially arranged between the other two. In particular, no further current-carrying conductor is arranged between the conductors.
[0050] Gemäß einer Ausführungsform weist das Zwischenkreiskondensatormodul einen dritten Anschluss und einen vierten Anschluss auf. Das Zwischenkreiskondensatormodul kann auch weitere Anschlüsse, beispielsweise als Messerkontakte, aufweisen. Mehrere Anschlüsse können die Anschlussinduktivität verringern. Vorteilhaft sind die Anschlüsse derart ausgebildet, dass sie im Wesentlichen identische Impedanzen aufweisen, sodass ein symmetrischer Stromfluss in das Zwischenkreiskondensatormodul aus allen Anschlüssen ermöglicht wird. Die Kondensatoren im Zwischenkreiskondensatormodul sind dann beispielsweise parallel zu den Anschlusspaaren geschaltet. [0051] Gemäß einer Ausführungsform weist jedes Zwischenkreiskondensatormodul zusätzlich einem dritten Anschluss und einen vierten Anschluss auf, und die dritten Anschlüsse der in der Kette jeweils unmittelbar aufeinanderfolgenden Zwischenkreiskondensatormodule sind über jeweils eine dritte niederohmige, hochinduktive Verbindung und die vierten Anschlüsse der in der Kette jeweils unmittelbar aufeinanderfolgenden Zwischenkreiskondensatormodule sind über jeweils eine vierte niederohmige, hochinduktive Verbindung verbunden. According to one embodiment, the DC link capacitor module has a third terminal and a fourth terminal. The intermediate circuit capacitor module may also have further connections, for example as blade contacts. Multiple connections can reduce the connection inductance. Advantageously, the terminals are designed such that they have substantially identical impedances, so that a symmetrical current flow in the DC link capacitor module is made possible from all terminals. The capacitors in the intermediate circuit capacitor module are then connected, for example, parallel to the terminal pairs. According to one embodiment, each DC link capacitor module in addition to a third terminal and a fourth terminal, and the third terminals of each in the chain directly successive DC link capacitor modules are each a third low-impedance, high-inductance compound and the fourth terminals in the chain each directly successive DC link capacitor modules are each connected via a fourth low-impedance, high-inductance connection.
[0052] Gemäß einer Ausführungsform weist jedes Zwischenkreiskondensatormodul zusätzlich einem dritten Anschluss und einen vierten Anschluss auf, und die dritten Anschlüsse der in der Kette jeweils unmittelbar aufeinanderfolgenden Zwischenkreiskondensatormodule sind über jeweils dritte hochohmige, niederinduktive Verbindung und die vierten Anschlüsse der in der Kette jeweils unmittelbar aufeinanderfolgenden Zwischenkreiskondensatormodule sind über jeweils eine vierte hochohmige, niederinduktive Verbindung verbunden. According to one embodiment, each intermediate circuit capacitor module in addition to a third terminal and a fourth terminal, and the third terminals of the immediately consecutive in the chain DC link capacitor modules are each a third high-impedance, low-inductance connection and the fourth terminals of the chain in each case immediately consecutive DC link capacitor modules are each connected via a fourth high-impedance, low-inductance connection.
[0053] Gemäß einer Ausführungsform sind die dritten Anschlüsse und die vierten Anschlüsse der in der Kette jeweils unmittelbar aufeinanderfolgenden Zwischenkreiskondensatormodule über zwei Parallelschaltungen verbunden, dabei sind nämlich dritten hochohmigen, niederinduktiven Verbindungen parallel zu den dritten niederohmigen, hochinduktiven Verbindungen geschaltet; und die vierten hochohmigen, niederinduktiven Verbindungen sind parallel zu den vierten niederohmigen, hochinduktiven Verbindungen geschaltet. According to one embodiment, the third terminals and the fourth terminals of each in the chain directly successive DC link capacitor modules connected via two parallel circuits, namely third high-impedance, low-inductance compounds are connected in parallel to the third low-impedance, high-inductance compounds; and the fourth high-impedance, low-inductance compounds are connected in parallel with the fourth low-resistance, high-inductance compounds.
[0054] Gemäß einer Ausführungsform ist der oben beschriebene Kettenleiter doppelt und derart räumlich ausgeprägt, dass eine Symmetrie so entsteht, dass stromdurchflossene Leiter entgegengesetzter Stromrichtungen unmittelbar nebeneinander verlaufen. According to one embodiment, the chain conductor described above is double and so spatially pronounced that a symmetry arises so that current-carrying conductors of opposite current directions are immediately adjacent to each other.
[0055] Es wird weiterhin eine Umrichterschaltung mit einer modularen Zwischenkreisschaltung nach den oben beschriebenen Ausführungsformen vorgeschlagen. Die Umrichterschaltung weist mindestens zwei oder mehrere Schaltvorrichtungen, mit mindestens jeweils einem DC-Anschlusspaar und mindestens jeweils einem ersten AC- Anschluss auf, wobei jeder Schaltvorrichtung genau einem Zwischenkreiskondensatormodul zugeordnet ist und das DC-Anschluss-Paar jeder Schaltvorrichtung parallel zum zugeordneten Zwischenkreiskondensatormodul geschaltet ist. [0056] Die Umrichterschaltung kann eine oder mehrere Gruppen von Schaltvorrichtungen aufweisen. Die Gruppen von Schaltvorrichtungen weisen mindestens einen AC-Ausgang auf und jede Gruppe von Schaltvorrichtungen ist genau einem Zwischenkreiskondensatormodul zugeordnet und zu diesem parallel schaltbar. Die DC- Anschlüsse der Schaltvorrichtungen sind dann beispielsweise zu einem gemeinsamen DC- Anschluss zusammengefasst. It is further proposed a converter circuit with a modular DC link circuit according to the embodiments described above. The converter circuit has at least two or more switching devices, with at least one respective DC connection pair and at least one first AC connection, wherein each switching device is assigned exactly to a DC link capacitor module and the DC connection pair of each switching device is connected in parallel to the associated DC link capacitor module. The converter circuit may comprise one or more groups of switching devices. The groups of switching devices have at least one AC output and each group of switching devices is assigned to exactly one DC link capacitor module and connected in parallel to this. The DC connections of the switching devices are then combined, for example, to form a common DC connection.
[0057] Gemäß einer Ausführungsform ist die Umrichterschaltung derart ausgelegt, dass ein elektrischer Strom von einem DC-Anschlusspaar zu einem AC-Anschluss einer Schaltvorrichtung in einem Betriebszustand der Umrichterschaltung von mindestens 500A oder mindestens 1000A fließen kann. According to an embodiment, the inverter circuit is configured such that an electric current can flow from a DC terminal pair to an AC terminal of a switching device in an operating state of the inverter circuit of at least 500A or at least 1000A.
[0058] Mit dem vom Umrichter erzeugten Wechselstrom kann beispielsweise ein Elektromotor zum Antrieb des Fahrzeuges angetrieben werden. Ebenso kann die Boardelektronik mit Strom versorgt werden. Die Frequenz und Spannung an dem oder den AC-Ausgängen kann an die Nutzung im Fahrzeug angepasst werden. With the alternating current generated by the inverter, for example, an electric motor for driving the vehicle can be driven. Likewise, the board electronics can be supplied with power. The frequency and voltage at the AC output (s) can be adjusted to use in the vehicle.
[0059] Weiterhin wird ein Energiewandler, insbesondere ein elektrischer Motor oder ein Dynamo, verbunden mit einer Umrichterschaltung vorgeschlagen, wobei mindestens ein AC- Schluss einer Schaltvorrichtung mit dem Energiewandler verbunden ist. Furthermore, an energy converter, in particular an electric motor or a dynamo, connected to a converter circuit is proposed, wherein at least one AC terminal of a switching device is connected to the energy converter.
[0060] Ein Energiewandler kann als Dynamo wirken, beispielsweise bei einem Bremsvorgang mit einer Nutzbremse. Die elektrische Energie wird dann vom Dynamo aus mechanischer Energie erzeugt und an den Umrichter geleitet. Dieser wandelt den Wechselstrom in einen Gleichstrom. An energy converter can act as a dynamo, for example during a braking process with a regenerative brake. The electrical energy is then generated by the dynamo of mechanical energy and passed to the inverter. This converts the alternating current into a direct current.
[0061] Weiterhin wird ein Fahrzeug, insbesondere ein Schienenfahrzeug, mit einem Energiewandler, insbesondere einem Traktionsmotor, zum Umwandeln von elektrischer Energie in Bewegungsenergie oder umgekehrt vorgeschlagen. Neben dem Traktionsmotor kann beispielsweise auch eine Nutzbremse als Dynamo verwendet werden. Der Energiewandler ist dabei derart in die Umrichterschaltung geschaltet, dass der Energiewandler mit mindestens einem der ersten AC-Anschlüsse einer der Schaltvorrichtungen verbunden ist. Furthermore, a vehicle, in particular a rail vehicle, with an energy converter, in particular a traction motor, proposed for converting electrical energy into kinetic energy or vice versa. In addition to the traction motor, for example, a regenerative brake can be used as a dynamo. In this case, the energy converter is connected in the converter circuit such that the energy converter is connected to at least one of the first AC connections of one of the switching devices.
[0062] Als Schienenfahrzeuge werden insbesondere Züge, U-Bahnen, Metros, Straßenbahnen, Hochgeschwindigkeitszüge oder ähnliche angesehen. [0063] Die modulare Zwischenkreisschaltung kann realisiert werden, indem jeweils mindestens eine Schaltvorrichtung in einem Leistungsphasenmodul integriert ist. As rail vehicles in particular trains, subways, metros, trams, high speed trains or the like are considered. The modular DC link circuit can be realized by each at least one switching device is integrated in a power phase module.
[0064] Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Leistungsphasenmodul vorgeschlagen, in dem diese Ausführungsformen realisiert werden können. According to a further aspect, a power phase module is proposed, in which these embodiments can be realized.
Figuren characters
[0065] Die beiliegenden Zeichnungen veranschaulichen Ausführungsformen und dienen zusammen mit der Beschreibung der Erläuterung der Prinzipien der Erfindung. Die Elemente der Zeichnungen sind relativ zueinander und nicht notwendigerweise maßstabsgetreu. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen ähnliche Teile. The accompanying drawings illustrate embodiments and, together with the description, serve to explain the principles of the invention. The elements of the drawings are relative to one another and not necessarily to scale. Like reference numerals designate like parts.
[0066] Figur 1 zeigt ein Leistungsphasenmodul gemäß einer Ausführungsform. FIG. 1 shows a power phase module according to an embodiment.
[0067] Figur 2 zeigt das Leistungsphasenmodul gemäß nach der Ausführungsform der Figur 1, wobei eine Querbrücke entfernt ist. Figure 2 shows the power phase module according to the embodiment of Figure 1, wherein a cross-bridge is removed.
[0068] Figur 3 zeigt das Leistungsphasenmodul gemäß nach der Ausführungsform der Figur 1 mit angeschlossenem Zwischenkreiskondensatormodul. FIG. 3 shows the power phase module according to the embodiment of FIG. 1 with a connected DC link capacitor module.
[0069] Figur 4 zeigt einen Umrichter gemäß einer Ausführungsform. FIG. 4 shows a converter according to an embodiment.
[0070] Figur 5 zeigt eine Detailansicht von Stromschienen gemäß einer Ausführungsform. FIG. 5 shows a detailed view of busbars according to one embodiment.
[0071] Figur 6 zeigt eine schematische Darstellung der Anordnung des Umrichters. FIG. 6 shows a schematic representation of the arrangement of the converter.
[0072] Figur 7 zeigt eine modulare Zwischenkreisschaltung gemäß einer Ausführungsform. FIG. 7 shows a modular intermediate circuit according to one embodiment.
[0073] Figur 8 zeigt eine vereinfachte modulare Zwischenkreisschaltung gemäß einer Ausführungsform. FIG. 8 shows a simplified modular intermediate circuit according to one embodiment.
[0074] Figur 9 zeigt eine modulare Zwischenkreisschaltung für einen Umrichter mit 8 Modulen. FIG. 9 shows a modular DC link circuit for a converter with 8 modules.
[0075] Figur 10 zeigt ein Schienenfahrzeug gemäß einer Ausführungsform. Ausführungsbeispiele FIG. 10 shows a rail vehicle according to an embodiment. embodiments
[0076] In Figur 1 ist eine Ausführungsform eines Leistungsphasenmoduls 10 dargestellt. Das Leistungsphasenmodul 10 hat in etwa die Form eines abgeflachten Quaders mit zwei großflächigen Seiten und vier kleinflächigen Seiten. Die kleinflächigen Seiten können Stirnseiten des Leistungsphasenmoduls 10 sein. An einer Stirnseite 12 des Leistungsphasenmoduls 10 sind ein erstes DC-Anschlusspaar 14 und ein zweites DC- Anschlusspaar 20 angeordnet. Weiterhin sind ein erstes DC-Kondensator-Anschlusspaar 15 und ein zweites DC-Kondensator-Anschlusspaar 21 an der Stirnseite 12 angeordnet. FIG. 1 shows an embodiment of a power phase module 10. The power phase module 10 has approximately the shape of a flattened cuboid with two large-area sides and four small-area sides. The small-area sides may be end faces of the power phase module 10. On a front side 12 of the power phase module 10, a first DC terminal pair 14 and a second DC terminal pair 20 are arranged. Furthermore, a first DC capacitor terminal pair 15 and a second DC capacitor terminal pair 21 are arranged on the front side 12.
[0077] An einer anderen Seite, in diesem Fall der gegenüberliegenden Stirnseite 11 des Leistungsphasenmoduls 10 ist ein erster AC-Anschluss 13 angeordnet. Ein zweiter AC- Anschluss 22 ist ebenfalls an der gegenüberliegenden Stirnseite 11 angeordnet. On another side, in this case the opposite end face 11 of the power phase module 10, a first AC terminal 13 is arranged. A second AC terminal 22 is also disposed on the opposite end face 11.
[0078] Eine erste Schaltvorrichtung 16 ist mit dem ersten DC-Anschlusspaar 14 und mit dem ersten AC-Anschluss 13 verbunden. Die Schaltvorrichtung 16 ist auf einer Kühlvorrichtung 17 angeordnet, sodass die Kühlvorrichtung 17 entstehende Wärme aus der Schaltvorrichtung 16 und aus dem Leistungsphasenmodul 10 abführen kann. A first switching device 16 is connected to the first DC terminal pair 14 and to the first AC terminal 13. The switching device 16 is arranged on a cooling device 17, so that the cooling device 17 can remove heat arising from the switching device 16 and from the power phase module 10.
[0079] Das Leistungsphasenmodul 10 weist weiterhin eine zweite Schaltvorrichtung 23 auf, die mit dem ersten DC-Anschlusspaar 14 und mit einem zweiten AC-Anschluss 22 verbunden ist. Sie ist neben der ersten Schaltvorrichtung 16 auf der Kühlvorrichtung 17 angeordnet. Die beiden Schaltvorrichtungen 16, 23 sind in einer Ebene senkrecht zur Stirnseite angeordnet. The power phase module 10 further comprises a second switching device 23, which is connected to the first DC connection pair 14 and to a second AC connection 22. It is arranged next to the first switching device 16 on the cooling device 17. The two switching devices 16, 23 are arranged in a plane perpendicular to the end face.
[0080] Die DC-Kondensator-Anschlusspaare 15, 21 sind nebeneinander und zwischen den beiden DC-Anschlusspaaren 14, 20 angeordnet. Die DC-Kondensator-Anschlusspaare 15, 21 und die DC-Anschlusspaare 14, 20 sind in einer Ebene und in einer Reihe angeordnet. The DC capacitor connection pairs 15, 21 are arranged next to one another and between the two DC connection pairs 14, 20. The DC capacitor terminal pairs 15, 21 and the DC terminal pairs 14, 20 are arranged in a plane and in a row.
[0081] Die DC-Kondensator-Anschlusspaare 15, 21 und die DC-Anschlusspaare 14, 20 weisen jeweils einen ersten Anschluss 14a, 15a, 20a, 21a und einen zweiten Anschluss 14b, 15b, 20b, 21b auf. Verbindungelemente sind an in beziehungsweise an den Anschlüssen angeordnet. Die ersten Anschlüsse 14a, 15a, 20a, 21a sind über eine erste Querbrücke 18 miteinander verbunden. Die zweiten Anschlüsse 14b, 15b, 20b, 21b sind über eine zweite Querbrücke 19 miteinander verbunden. Details der zweiten Querbrücke 19 werden in Figur 1 verdeckt. Diese sind in Figur 2 illustriert, die eine Ausführungsform des Leistungsphasenmoduls 10 zeigt, bei der keine zweite Querbrücke 19 dargestellt ist. The DC capacitor terminal pairs 15, 21 and the DC terminal pairs 14, 20 each have a first terminal 14a, 15a, 20a, 21a and a second terminal 14b, 15b, 20b, 21b. Connection elements are arranged on in or at the terminals. The first terminals 14a, 15a, 20a, 21a are connected to one another via a first transverse bridge 18. The second terminals 14b, 15b, 20b, 21b are connected to one another via a second transverse bridge 19. Details of the second transverse bridge 19 are shown in FIG. 1 covered. These are illustrated in Figure 2, which shows an embodiment of the power phase module 10, in which no second cross-bridge 19 is shown.
[0082] Die ersten Anschlüsse 14a, 15a, 20a, 21a sind einstückig mit der ersten Querbrücke 18 geformt. Die erste Querbrücke 18 weist ein Metallblech auf. Abgewinkelte Bereiche der Metallbleche bilden die ersten Anschlüssen 14a, 15a, 20a, 21a zum Anschließen an Stromschienen. Die Verbindungselemente sind als Bohrlöcher für beispielsweise eine Schraubverbindung ausgeführt. Die ersten Anschlüsse 14a, 15a, 20a, 21a können auch mehrstückig, d.h. aus mehreren Teilen zusammengesetzt sein. Analog aber nicht zwangsweise identisch in einer Ausführungsform gilt das für die zweite Querbrücke 19 und die zweiten Anschlüsse 14b, 15b, 20b, 21b. Die erste Querbrücke 18 und die zweite Querbrücke 19 können unterschiedlich ausgebildet sein und sich beispielsweise durch eine Einstückigkeit, durch unterschiedliche Materialien oder Beschichtungen unterscheiden. The first terminals 14a, 15a, 20a, 21a are formed integrally with the first transverse bridge 18. The first transverse bridge 18 has a metal sheet. Angled portions of the metal sheets form the first terminals 14a, 15a, 20a, 21a for connection to bus bars. The connecting elements are designed as boreholes for, for example, a screw connection. The first terminals 14a, 15a, 20a, 21a may also be multi-piece, i. be composed of several parts. Analogous but not necessarily identical in one embodiment, this applies to the second transverse bridge 19 and the second terminals 14b, 15b, 20b, 21b. The first transverse bridge 18 and the second transverse bridge 19 may be designed differently and differ for example by a one-piece, by different materials or coatings.
[0083] Die erste Querbrücke 18 verbindet den ersten Anschluss 14a des ersten DC- Anschlusspaares 14 mit der ersten Schaltvorrichtung 16. Die zweite Querbrücke 19 verbindet den zweiten Anschluss 14b des ersten DC-Anschlusspaares 14 mit der ersten Schaltvorrichtung 16. Dadurch fließt der Gleichstrom vom ersten DC-Anschlusspaar 14 über die Querbrücken 18, 19 in die Schaltvorrichtung 16 und wird dort umgewandelt. Der erzeugte Wechselstrom kann am ersten AC-Anschluss 13 abgegriffen werden. Umgekehrt kann auch ein Wechselstrom in einen Gleichstrom umgewandelt werden. The first cross-bridge 18 connects the first terminal 14a of the first DC terminal pair 14 with the first switching device 16. The second cross-bridge 19 connects the second terminal 14b of the first DC terminal pair 14 with the first switching device 16. Thus, the direct current flows from first DC terminal pair 14 via the cross bridges 18, 19 in the switching device 16 and is converted there. The generated alternating current can be tapped at the first AC terminal 13. Conversely, an alternating current can be converted into a direct current.
[0084] Die erste und zweite Querbrücke 18, 19 verlaufen unmittelbar nebeneinander und abschnittsweise parallel. Sie sind räumlich nah aneinander und elektrisch voneinander isoliert und für hohe Spannungen von über 500V, insbesondere Spannung zwischen etwa 600V und 4500V, und hohe Ströme von mehr als 100A, insbesondere für Ströme von 100A bis 1000A, ausgelegt. Beispielsweise kann der Strom bei einem Dual-Schaltmodul bei 500A und bei einem Einzel-Schaltmodul bei 800A liegen. Durch eine maximale Leistung in einem Betriebszustand kann die angelegte Spannung den Stromfluss begrenzen. The first and second transverse bridge 18, 19 run directly next to each other and partially in parallel. They are spatially close to each other and electrically isolated from each other and designed for high voltages of over 500V, in particular voltage between about 600V and 4500V, and high currents of more than 100A, in particular for currents of 100A to 1000A. For example, the current may be 500A for a dual switching module and 800A for a single switching module. Maximum power in one operating state allows the applied voltage to limit current flow.
[0085] Eine Querbrücke 18, 19 in dieser Ausführungsform hat eine großflächigen Metallblechbereich und mindestens zwei davon abgewinkelte Bereiche. Über die A transverse bridge 18, 19 in this embodiment has a large area sheet metal area and at least two angled portions thereof. About the
Querbrücken 18, 19 fließt in einem Betriebszustand ein hoher Strom von mehreren hundert Ampere. Das Material und die Dicke der Querbrücken 18, 19 müssen daher entsprechend dieser Strombelastung angepasst sein. [0086] Der großflächige Metallblechbereich der Querbrücken 18, 19 kann im Cross bridges 18, 19 flows in an operating state, a high current of several hundred amperes. The material and the thickness of the cross bridges 18, 19 must therefore be adapted according to this current load. The large-area sheet metal area of the transverse bridges 18, 19 can in
Wesentlichen parallel zu den großflächigen Seiten des Leistungsphasenmoduls. Die Essentially parallel to the large-scale sides of the power phase module. The
Querbrücken 18, 19 können daher quer, also im Wesentlichen senkrecht, zu dem Verlauf angeschlossener Stromschienen angeordnet sein. Transverse bridges 18, 19 can therefore be arranged transversely, that is to say substantially perpendicular to the course of connected busbars.
[0087] Beispielsweise kann die Kühlvorrichtung 17 an oder entlang einer der großflächigen Seiten des Leistungsphasenmoduls angeordnet sein oder diese bilden. Die Schaltvorrichtung 16 kann auf der Kühlvorrichtung 17 angeordnet sein. Die Kühlvorrichtung 17 kann auf einer Seite der Schaltvorrichtung 16 und die Querbrücken 18, 19 auf einer dazu gegenüberliegenden Seite der Schaltvorrichtung 16 angeordnet sein. For example, the cooling device 17 can be arranged on or along one of the large-area sides of the power phase module or form. The switching device 16 may be arranged on the cooling device 17. The cooling device 17 may be arranged on one side of the switching device 16 and the transverse bridges 18, 19 on an opposite side of the switching device 16.
[0088] Die Schaltvorrichtungen 16, 23 weisen in dieser Ausführungsform ein Dual- Schaltmodul auf und sind daher sowohl mit der ersten Querbrücke 18 als auch mit der zweiten Querbrücke 19 verbunden. Dual-Schaltmodule sind elektrisch als Zweiweg- Gleichrichter aufgebaut und können beide Potentiale der beiden Querbrücken 18, 19 für die Wechselstromphase umwandeln. The switching devices 16, 23 have in this embodiment, a dual-switching module and are therefore connected to both the first transverse bridge 18 and the second transverse bridge 19. Dual switching modules are electrically constructed as a two-way rectifier and can convert both potentials of the two cross-bridges 18, 19 for the AC phase.
[0089] In einem Betriebszustand kann jede Schaltvorrichtung 16, 23 unabhängig voneinander durch eine Steuerung 24, insbesondere einer Gatesteuerung, als Zweiweg- Gleichrichter betrieben werden und einen Wechselstrom am jeweiligen AC-Anschluss 13, 22 erzeugen. Die Schaltvorrichtungen weisen insbesondere steuerbare Halbleiterelemente auf. Das können Halbleiterelemente mit steuerbaren Gate-Elektroden sein. Die Steuerung 24 steuert dann die Gatespannungen an den Gateelektroden und dadurch den Stromfluss durch die Halbleiterelemente, bzw. die Schaltvorrichtung 16, 23. Insbesondere können die Halbleiterelemente IGBTs sein und die Steuerung umfasst die Gatesteuerung 24 der Gates der IGBTs. In an operating state, each switching device 16, 23 can be operated independently of one another by a controller 24, in particular a gate controller, as a two-way rectifier and generate an alternating current at the respective AC connection 13, 22. The switching devices have in particular controllable semiconductor elements. These can be semiconductor elements with controllable gate electrodes. The controller 24 then controls the gate voltages on the gate electrodes and thereby the current flow through the semiconductor elements, or the switching device 16, 23. In particular, the semiconductor elements may be IGBTs and the controller comprises the gate controller 24 of the gates of the IGBTs.
[0090] Die Steuerung 24 kann, gemäß einer Ausführungsform, an einer zu den Anschlusspaaren des Leistungsphasenmoduls gegenüberliegenden Stirnseite angeordnet sein, die auch als zweite oder hintere Stirnseite bezeichnet werden kann. The controller 24 may, according to one embodiment, be arranged on an opposite side to the terminal pairs of the power phase module, which may also be referred to as the second or rear end side.
[0091] Gemäß einer Ausführungsform kann die Steuerung 24 mechanisch von der Kühlvorrichtung 17 oder den Schaltvorrichtungen 16, 23 oder beiden getragen werden. In one embodiment, the controller 24 may be mechanically supported by the cooling device 17 or the switching devices 16, 23 or both.
[0092] Das Leistungsphasenmodul 10 in Figur 1 weist zwei DC-Kondensator- Anschlusspaare 15, 21 auf. Dabei sind die Anschlüsse 15a, 15b, 21a, 21b so in einer Reihe angeordnet, dass in einem Betriebszustand die beiden zweiten Anschlüsse 15b, 21b auf einem Potential liegen und von außen von den ersten Anschlüssen 15a, 21a auf einem anderen Potential umschlossen sind. Es entsteht eine Spiegelsymmetrie der Anschlüsse und damit der Potentiale. In dieser Ausführungsform erhalten die Anschlüsse der beiden DC- Anschlusspaare 14, 20 die Spiegelsymmetrie ebenso. Die ersten Anschlüsse 14a, 15a, 20a, 21a und zweiten Anschlüsse 14b, 15b, 20b, 21b können auch jeweils mit dem dazugehörigen Anschluss des jeweiligen Paares vertauscht sein. Die Spiegelsymmetrie bleibt dabei erhalten. Die Symmetrie hat den Vorteil, dass die Impedanz an den Anschlüssen für beide Stromrichtungen jeweils identisch oder nahezu identisch ist. Dadurch wird ein gleichmäßiger Stromfluss möglich. The power phase module 10 in FIG. 1 has two DC capacitor connection pairs 15, 21. The connections 15a, 15b, 21a, 21b are thus in a row arranged that in an operating state, the two second terminals 15b, 21b are at a potential and are externally surrounded by the first terminals 15a, 21a at a different potential. The result is a mirror symmetry of the connections and thus the potentials. In this embodiment, the terminals of the two DC terminal pairs 14, 20 also receive the mirror symmetry. The first terminals 14a, 15a, 20a, 21a and second terminals 14b, 15b, 20b, 21b may also be interchanged respectively with the associated terminal of the respective pair. The mirror symmetry is retained. The symmetry has the advantage that the impedance at the terminals for both current directions is identical or nearly identical. This allows a uniform flow of current.
[0093] Die DC-Anschlüsse 14a, 15a, 20a, 21a, 14b, 15b, 20b, 21b können zum Anschließen an Stromschienen oder an ein Zwischenkreiskondensatormodul Verbindungselemente zum elektrischen Verbinden und/oder ein Befestigungsmittel zum mechanischen Befestigen aufweisen. In diesem Ausführungsbeispiel sind Löcher zum Einführen eines korrespondierenden Kontaktelementes und/oder eines Befestigungsmittels vorgesehen. The DC terminals 14a, 15a, 20a, 21a, 14b, 15b, 20b, 21b may have connection elements for electrical connection and / or a fastening device for mechanical fastening for connection to busbars or to a DC link capacitor module. In this embodiment, holes for inserting a corresponding contact element and / or a fastening means are provided.
[0094] Die Verbindungselemente der DC-Kondensatoranschlüsse 21, 15 können anders als die Verbindungselemente der DC-Anschlusspaare 14, 20 ausgebildet sein. Beispielsweise können Bohrlochgrößen variieren oder es können komplett unterschiedliche Verbindungselemente verwendet werden. Der Abstand des ersten Anschlusses 14a, 15a, 20a, 21a zum zweiten Anschluss 14b, 15b, 20b, 21b kann bei dem oder den DC-Kondensator- Anschlusspaaren 15, 21 ebenso unterschiedlich groß sein als bei dem oder den DC- Anschlusspaaren 14, 20. Die DC-Kondensator-Anschlusspaaren 15, 21 werden an Verbinder und Zwischenkreiskondensatormodule und die DC-Anschlusspaaren 14, 20 an Stromschienen angeschlossen. The connecting elements of the DC capacitor terminals 21, 15 may be formed differently than the connecting elements of the DC terminal pairs 14, 20. For example, well sizes may vary or completely different fasteners may be used. The spacing of the first terminal 14a, 15a, 20a, 21a from the second terminal 14b, 15b, 20b, 21b may also be different in the DC capacitor terminal pairs 15, 21 than in the one or more DC terminal pairs 14, 20 The DC capacitor terminal pairs 15, 21 are connected to connectors and DC link capacitor modules and the DC terminal pairs 14, 20 are connected to bus bars.
[0095] Das Leistungsphasenmodul 10 weißt in Figur 1 eine Gatesteuerung 24 auf. Die Gatesteuerung 24 ist mit den Schaltvorrichtungen 16, 23 verbunden. Sie steuert die Schaltvorrichtungen 16, 23 in derart, dass eine anliegende Gleichspannung an der Schaltvorrichtung 16, 23 in eine Wechselspannung oder umgekehrt umgewandelt wird. Die Schaltvorrichtung kann dabei insbesondere IGBTs mit einem steuerbaren Gate aufweisen. [0096] Die Gatesteuerung 24 gibt eine Frequenz vor, in der die Schaltvorrichtungen 16, 23 so gesteuert werden, dass eine Wechselspannung mit der korrespondierenden Frequenz an den jeweiligen AC-Ausgängen 13, 22 erzeugt wird. Die Frequenzen und/oder der Spannungsverlauf der AC-Ausgänge kann unterschiedlich sein. I nsbesondere können die Wechselspannungen aufeinander abgestimmt sein, sodass unterschiedliche Phaseneingänge eines Elektromotors mit unterschiedlichen AC-Ausgängen 13, 22 gespeist werden können. The power phase module 10 has a gate controller 24 in FIG. The gate controller 24 is connected to the switching devices 16, 23. It controls the switching devices 16, 23 in such a way that an applied DC voltage at the switching device 16, 23 is converted into an AC voltage or vice versa. The switching device may in particular have IGBTs with a controllable gate. The gate controller 24 specifies a frequency at which the switching devices 16, 23 are controlled to generate an AC voltage having the corresponding frequency at the respective AC outputs 13, 22. The frequencies and / or the voltage curve of the AC outputs can be different. In particular, the alternating voltages can be matched to each other, so that different phase inputs of an electric motor with different AC outputs 13, 22 can be fed.
[0097] Die Kühlvorrichtung 17 kann Hydraulikanschlüsse zum Führen von Kühlmittel in die und aus der Kühlvorrichtung 17 aufweisen. Die Hydraulikanschlüsse sind vorteilhaft a n der Stirnseite 12 angeordnet, sodass bei einem Anschließen durch ein Aufschieben des Leistungsphasenmodules 10 auf die Stromschienenpaare und das Zwischenkreiskondensatormodul ebenfalls die Kühlvorrichtung mit ihren Hydraulikanschlüssen an ein Kühlmittelführungssystem angeschlossen wird. The cooling device 17 may have hydraulic ports for guiding coolant into and out of the cooling device 17. The hydraulic connections are advantageously arranged on the end face 12, so that when the power phase module 10 is plugged onto the busbar pairs and the intermediate circuit capacitor module, the cooling device with its hydraulic connections is likewise connected to a coolant guidance system.
[0098] Figur 2 zeigt die Ausführungsform des Leistungsphasenmodules 10 der Figur 1 ohne die zweite Querbrücke 19 und die ersten Anschlüsse 14b, 15b, 20b, 21b, der DC- Kondensator-Anschlusspaare 15', 21' und der DC-Anschlusspaare 14', 20'. FIG. 2 shows the embodiment of the power phase module 10 of FIG. 1 without the second cross-bridge 19 and the first connections 14b, 15b, 20b, 21b, the DC capacitor connection pairs 15 ', 21' and the DC connection pairs 14 ', 20 '.
[0099] I n Figur 1 verdeckte die zweite Querbrücke 19, dass die Schaltvorrichtung 16 mit der ersten Querbrücke 18 verbunden ist. Ebenso ist die Schaltvorrichtung 16 mit ihrem dazugehörigen AC-Anschluss 13 verbunden. In FIG. 1, the second transverse bridge 19 conceals that the switching device 16 is connected to the first transverse bridge 18. Similarly, the switching device 16 is connected to its associated AC terminal 13.
[00100] Figur 3 zeigt ein Leistungsphasenmodul 10 mit angeschlossenem Zwischenkreiskondensatormodul 30. Das Zwischenkreiskondensatormodul 30 weist vier Anschlüsse auf und ist daher sowohl an das erste DC-Kondensator-Anschlusspaar 15 also auch an das zweite DC-Kondensator-Anschlusspaar 21 angeschlossen. 3 shows a power phase module 10 with connected DC link capacitor module 30. The DC link capacitor module 30 has four terminals and is therefore connected both to the first DC capacitor terminal pair 15 and also to the second DC capacitor terminal pair 21.
[00101] Die Schaltvorrichtungen 16, 23 sind mit jeweils zwei Kontaktpunkten mit den Querbrücken 18, 19 kontaktiert. Jede Schaltvorrichtung ist als Dual-Schaltmodul ausgebildet und weist zwei Halbbrücken auf, wobei jede Halbbrücke mit einem Kontaktpunkt mit den Querbrücken kontaktiert ist. The switching devices 16, 23 are contacted with two contact points with the transverse bridges 18, 19. Each switching device is designed as a dual-switching module and has two half-bridges, each half-bridge is contacted with a contact point with the cross-bridges.
[00102] Das Zwischenkreiskondensatormodul 30 weist mindestens einen Kondensator auf, der als Zwischenkreiskondensator geeignet ist. Die Querbrücken 18, 19 sind zusammen mit dem Kondensator des Zwischenkreiskondensatormodules 30 Teil des Zwischenkreis in einem Betriebszustand des Leistungsphasenmoduls 10 beziehungsweise des Umrichters. Dabei ist der Zwischenkreiskondensator Teil des Kommutierungskreises, also dem Stromkreis, bei dem sich bei einem Schaltvorgang der Schaltvorrichtung 16, 23 der Strom ändert. Der Zwischenkreiskondensator des Zwischenkreiskondensatormoduls 30 wird da her auch Kommutierungskondensator genannt. The DC link capacitor module 30 has at least one capacitor which is suitable as a DC link capacitor. The transverse bridges 18, 19 are, together with the capacitor of the intermediate circuit capacitor module 30, part of the intermediate circuit in an operating state of the power phase module 10 or of the converter. In this case, the intermediate circuit capacitor is part of the commutation circuit, ie the circuit in which the current changes during a switching operation of the switching device 16, 23. The DC link capacitor of the DC link capacitor module 30 is also called commutation capacitor.
[00103] Die elektrische Verbindung zwischen Schaltvorrichtungen 16, 23 und Zwischenkreiskondensatormodul 30 ist niederinduktiv. Dies wird durch den kompakten Aufbau des Leistungsphasenmoduls 10 erreicht. Das Zwischenkreiskondensatormodul 30 ist räumlich nah und damit niederinduktiv an die Schaltvorrichtungen 16, 23 angebunden. Zusätzlich sind die Querbrücken 18, 19 na h aneinander beziehungsweise übereinander angeordnet. Dadurch überlappen sich die Strompfade in den Querbrücken 18, 19 zwischen Schaltvorrichtung 16, 23, Zwischenkreiskondensatormodul 30 und DC-Anschlusspaaren 14, 20 optimal und die I nduktivität des Leistungsphasenmoduls 10 wird verringert. The electrical connection between switching devices 16, 23 and DC link capacitor module 30 is low inductance. This is achieved by the compact construction of the power phase module 10. The DC link capacitor module 30 is spatially close and thus low inductively connected to the switching devices 16, 23. In addition, the transverse bridges 18, 19 are arranged one above the other or one above the other. As a result, the current paths in the transverse bridges 18, 19 between switching device 16, 23, intermediate circuit capacitor module 30 and DC connection pairs 14, 20 overlap optimally and the inductance of the power phase module 10 is reduced.
[00104] Die Figur 4 zeigt einen Umrichter nach einer Ausführungsform mit zwei Leistungsphasenmodulen 10, 10*. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind nur zwei Leistungsphasenmodule 10, 10* dargestellt. Es können noch weitere Leistungsphasenmodule entsprechend der Ausrichtung der beiden gezeigten neben den anderen angeordnet werden. Die Leistungsphasenmodule 10, 10* sind nebeneinander so angeordnet, dass ihre Stirnseiten in dieselbe Richtung zeigen. FIG. 4 shows a converter according to an embodiment with two power phase modules 10, 10 *. For reasons of clarity, only two power phase modules 10, 10 * are shown. There may be further power phase modules arranged according to the orientation of the two shown next to the others. The power phase modules 10, 10 * are arranged side by side so that their end faces point in the same direction.
[00105] Die DC-Anschlusspaare sind jeweils an Stromschienenpaare 31, 32 angeschlossen, die hinter den Stirnseiten der Leistungsphasenmodule 10, 10* verlaufen. Die Stromschienenpaare 31, 32 weisen eine erste Stromschiene 31a eine zweite Stromschiene 31b, eine dritte Stromschiene 32a, und eine vierte Stromschiene 32a auf. Eine Detailansicht eines Stromschienepaares 32 ist in Figur 5 gezeigt. The DC connection pairs are each connected to pairs of busbars 31, 32, which run behind the end faces of the power phase modules 10, 10 *. The busbar pairs 31, 32 have a first busbar 31a, a second busbar 31b, a third busbar 32a, and a fourth busbar 32a. A detailed view of a busbar pair 32 is shown in FIG.
[00106] Jedem Leistungsphasenmodul 10, 10* ist ein Zwischenkreiskondensatormodul 30, 30* zugeordnet und jedes Leistungsphasenmodul 10, 10* ist an seinen DC-Kondensator- Anschlusspaaren mit dem zugeordnetem Zwischenkreiskondensatormodul 30, 30* verbunden. I n der Darstellung der Figur 4 ist das zweite Zwischenkreiskondensatormodul 30* nicht sichtbar, da es hinter dem Leistungsphasenmodul 10* an deren Stirnseite angeordnet ist. Die Verbindung wird über Verbindungselemente elektrisch und mechanisch hergestellt. Die Verbindungselemente mit den korrespondierenden Kontaktelementen sind Löcher beziehungsweise Muttern und Schrauben. [00107] Die Stromschienenpaare 31, 32 verlaufen im Wesentlichen parallel zueinande r und so voneinander beabstandet, dass das Zwischenkreiskondensatormodul 30 zwischen den Stromschienenpaaren 31, 32 platziert werden kann. Die Anschlüsse der Stromschienenpaare 31, 32 und die Anschlüsse des Zwischenkreiskondensatormoduls 30 sind dann in einer Ebene und in einer Reihe angeordnet, sodass das Leistungsphasenmodul mit seiner Stirnseite voran an diese Ebene geschoben werden und angeschlossen werden kann. Each power phase module 10, 10 * is associated with an intermediate circuit capacitor module 30, 30 * and each power phase module 10, 10 * is connected at its DC capacitor terminal pairs with the associated DC link capacitor module 30, 30 *. In the representation of FIG. 4, the second DC link capacitor module 30 * is not visible since it is arranged behind the power phase module 10 * on its front side. The connection is made electrically and mechanically via connecting elements. The connecting elements with the corresponding contact elements are holes or nuts and screws. The busbar pairs 31, 32 are substantially parallel to one another and spaced from each other so that the intermediate circuit capacitor module 30 can be placed between the busbar pairs 31, 32. The connections of the busbar pairs 31, 32 and the connections of the intermediate circuit capacitor module 30 are then arranged in a plane and in a row, so that the power phase module can be pushed with its front side to this level and can be connected.
[00108] Der Umrichter weist Verbinderpaare 33, 34 auf. Der erste Verbinder 33a, der zweite Verbinder 33b, der dritte Verbinder 34a, und der vierte Verbinder 34b verbinden die Zwischenkreiskondensatormodule 30 mit einander elektrisch. Abhängig von der Anzahl der Anschlüsse der Zwischenkreiskondensatormodule 30 beziehungsweise der Anzahl der DC- Kondensator-Anschlusspaare der Leistungsphasenmodule 10, 10* kann die Anzahl der Verbinder 33a, 33b, 34a, 34b variieren. Vorteilhaft ist die Anzahl der Verbinder 33a, 33b, 34a, 34b identisch mit der Anzahl der Anschlüsse der DC-Kondensator-Anschlusspaare, sodass alle Anschlüsse verbunden werden können. Die Verbinder 33a, 33b, 34a, 34b verbinden die Zwischenkreiskondensatormodule 30, sodass diese parallel geschaltet sind. The inverter has connector pairs 33, 34. The first connector 33a, the second connector 33b, the third connector 34a, and the fourth connector 34b electrically connect the DC link capacitor modules 30 with each other. Depending on the number of connections of the intermediate circuit capacitor modules 30 or the number of DC capacitor connection pairs of the power phase modules 10, 10 *, the number of connectors 33a, 33b, 34a, 34b may vary. Advantageously, the number of connectors 33a, 33b, 34a, 34b is identical to the number of terminals of the DC capacitor terminal pairs, so that all the terminals can be connected. The connectors 33a, 33b, 34a, 34b connect the DC link capacitor modules 30 so that they are connected in parallel.
[00109] Bei einem Umrichter mit Verbindern 33a, 33b, 34a, 34b sind gemäß einer Ausführungsform sowohl die Zwischenkreiskondensatormodule 30, 30* als auch die Schaltvorrichtungen 16, 16* in den Leistungsphasenmodulen 10, 10* parallel gescha ltet. Zusätzlich zu der Parallelschaltung durch die Verbinder 33a, 33b, 34a, 34b sind die Schaltvorrichtungen 16, 16* und die Zwischenkreiskondensatormodule 30, 30* durch die Stromschienen 31a, 31b, 32a, 32b und die Querbrücken 18, 19, 18*, 19* parallel geschaltet. Diese zweite Parallelscha ltung weist eine höhere I nduktivität und einen geringen Ohm'schen Widerstand auf als die der Verbinder 33a, 33b, 34a, 34b. Elektrisch sind die Zwischenkreiskondensatormodule 30, 30* daher über einerseits zwei niederinduktive, hochohmige Verbindungen und anderseits über zwei hochinduktive, niederohmige Verbindungen parallel geschaltet sind. In an inverter with connectors 33a, 33b, 34a, 34b, according to one embodiment, both the DC link capacitor modules 30, 30 * and the switching devices 16, 16 * in the power phase modules 10, 10 * are parallel gescha LET. In addition to the parallel connection through the connectors 33a, 33b, 34a, 34b, the switching devices 16, 16 * and the intermediate circuit capacitor modules 30, 30 * are provided by the busbars 31a, 31b, 32a, 32b and the transverse bridges 18, 19, 18 *, 19 * connected in parallel. This second parallel connection has a higher inductance and a lower ohmic resistance than those of the connectors 33a, 33b, 34a, 34b. The intermediate circuit capacitor modules 30, 30 * are therefore electrically connected in parallel via two low-inductance, high-resistance connections on the one hand and via two high-inductance, low-resistance connections on the other hand.
[00110] Gemäß einer Ausführungsform weist das Material der Verbinder 33a, 33b, 34a, 34b einen größeren spezifischen Widerstand als das Material der Stromschienen 31a, 31b, 32a, 32b auf. Beispielsweise sind die Verbinder 33a, 33b, 34a, 34b im Wesentlichen aus einem Stahl geformt und die Stromschienen 31a, 31b, 32a, 32b sind im Wesentlichen aus Kupfer oder Aluminium geformt. [00111] Die Verbinder 33a, 33b, 34a, 34b sind beispielsweise aus einem Metallblech geformt. Es kann abschnittsweise zusammengesetzt sein, sodass bei einem Ausbau eines Zwischenkreiskondensatormodules 30, 30* die Verbinder 33a, 33b, 34a, 34b nur an den Verbindungsstellen zum Zwischenkreiskondensatormodul 30, 30* ausgebaut werden müssen. According to one embodiment, the material of the connectors 33a, 33b, 34a, 34b has a greater resistivity than the material of the busbars 31a, 31b, 32a, 32b. For example, the connectors 33a, 33b, 34a, 34b are substantially formed of a steel, and the bus bars 31a, 31b, 32a, 32b are formed substantially of copper or aluminum. The connectors 33a, 33b, 34a, 34b are formed of a metal sheet, for example. It may be composed in sections, so that in an expansion of a DC link capacitor module 30, 30 *, the connector 33a, 33b, 34a, 34b need only be removed at the connection points to the DC link capacitor module 30, 30 *.
[00112] Die Figur 5 zeigt eine Detailansicht eines Stromschienenpaares 32 mit einer ersten Stromschiene 32a und einer zweiten Stromschiene 32b. Die Stromschienen sind durch eine Isolation 35 miteinander mechanisch verbunden und elektrisch voneinander isoliert. Die Isolation kann aus einem festen Material bestehen, beispielsweise aus einem Kunststoff. FIG. 5 shows a detailed view of a busbar pair 32 with a first busbar 32a and a second busbar 32b. The busbars are mechanically connected to each other by an insulation 35 and electrically isolated from each other. The insulation may consist of a solid material, for example of a plastic material.
[00113] Stromschienen können ein korrespondierendes Kontaktelement 36 zum Befestigen an dem Verbindungselement eines DC-Anschlusspaares aufweisen. In diesem Ausführungsbeispiel ist das korrespondierendes Kontaktelement ein Stift mit oder ohne Gewinde zum Befestigen von beispielsweise einer Mutter oder einer Klemme an einem DC- Anschlusspaar 14, 20. Bus bars may have a corresponding contact element 36 for attachment to the connection element of a DC connection pair. In this embodiment, the corresponding contact element is a pin with or without thread for attaching, for example, a nut or a terminal to a DC connection pair 14, 20.
[00114] Die Figur 6 zeigt eine vereinfachte, schematische Darstellung des Ausbaus eines modularen Umrichters. Für die Übersichtlichkeit sind nur zwei Leistungsphasenmodule 10, 10* eingezeichnet. Jedes Leistungsphasenmodul 10, 10* weist eine Schaltvorrichtung 16, 16* und eine Kühlvorrichtung 17, 17* auf. AC-Anschlüsse oder Steuervorrichtungen sind in dieser Darstellung nicht gezeigt. FIG. 6 shows a simplified, schematic illustration of the removal of a modular converter. For clarity, only two power phase modules 10, 10 * are shown. Each power phase module 10, 10 * has a switching device 16, 16 * and a cooling device 17, 17 *. AC terminals or control devices are not shown in this illustration.
[00115] Gemäß einer Ausführungsform weist das Leistungsphasenmodul mindestens eine Steuerung 24 zum Steuern der Schaltvorrichtung 16, 23 auf. Die Steuerung ist vorteilhaft an der anderen Stirnseite 11 angeordnet. Insbesondere kann die Steuerung eine Gatesteuerung 24 sein und das Steuern der Schaltvorrichtung 16, 23 über Gates in den Halbleiterkomponenten ausgeführt sein. According to one embodiment, the power phase module has at least one controller 24 for controlling the switching device 16, 23. The controller is advantageously arranged on the other end face 11. In particular, the controller may be a gate controller 24 and the control of the switching device 16, 23 may be implemented via gates in the semiconductor components.
[00116] Die Leistungsphasenmodule 10, 10* sind an Stromschienenpaare 31, 32 angeschlossen. Zwischen den Stromschienenpaaren 31, 32 sind Zwischenkreiskondensatormodule (30), 30* angeordnet. Jedem Leistungsphasenmodul 10, 10* ist ein Zwischenkreiskondensatormodul (30), 30* zugeordnet aber in dieser Darstellung ist nur eines der beiden Zwischenkreiskondensatormodule (30), 30* erkennbar. Ein weiteres Zwischenkreiskondensatormodul 30** ist so angeordnet, dass ein weiteres Leistungsphasenmodul mit der gleichen Ausrichtung der beiden anderen Leistungsphasenmodule 10, 10* über ihm platziert werden könnte. [00116] The power phase modules 10, 10 * are connected to busbar pairs 31, 32. Between the busbar pairs 31, 32 intermediate circuit capacitor modules (30), 30 * are arranged. Each power phase module 10, 10 * is assigned an intermediate circuit capacitor module (30), 30 *, but only one of the two intermediate circuit capacitor modules (30), 30 * can be seen in this illustration. Another DC link capacitor module 30 ** is arranged so that another Power phase module with the same orientation of the other two power phase modules 10, 10 * could be placed over it.
[00117] Die Zwischenkreiskondensatormodule sind über Verbinder 33a, 33b, 34a, 34b parallel geschaltet. Zusätzlich sind die Zwischenkreiskondensatormodule über die Querbrücken 18, 19, 18*, 19* und die Stromschienenpaare 31, 32 parallel geschaltet. [00117] The DC link capacitor modules are connected in parallel via connectors 33a, 33b, 34a, 34b. In addition, the DC link capacitor modules are connected in parallel via the transverse bridges 18, 19, 18 *, 19 * and the busbar pairs 31, 32.
[00118] Die Figur 7 zeigt eine Ausführungsform der modularen Zwischenkreisschaltung. Es sind drei Zwischenkreiskondensatormodule 30 skizziert. Die Schaltvorrichtungen 16 sind parallel zu jeweils einem Zwischenkreiskondensatormodul 30 geschaltet. Zur Übersicht ist nur eine der Schaltvorrichtungen 16 und nur eines der Zwischenkreiskondensatormodule 30 mit Referenzzeichen versehen. Die drei gezeigten Schaltvorrichtungen 16 und die drei Zwischenkreiskondensatormodule 30 sind in dieser Ausführungsform identisch. Die Zwischenkreiskondensatormodule 30 weisen jeweils einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss auf, wobei die ersten Anschlüsse zwei in der Kette jeweils unmittelbar aufeinanderfolgenden Zwischenkreiskondensatormodule 30 über eine erste niederohmige, hochinduktive Verbindung VL1 und eine erste hochohmige, niederinduktive Verbindung VRl verbunden sind, die zweiten Anschlüsse zwei in der Kette jeweils unmittelbar aufeinanderfolgenden Zwischenkreiskondensatormodule 30 über eine zweite niederohmige, hochinduktive Verbindung VL2 und eine zweite hochohmige, niederinduktive Verbindung VR2 verbunden sind, die erste hochohmige, niederinduktive Verbindung VRl parallel zu der zweiten hochohmigen, niederinduktiven Verbindung VR2 geschaltet ist, und die erste niederohmige, hochinduktive Verbindung VL1 parallel zu der zweiten niederohmigen, hochinduktiven Verbindung VL2 geschaltet ist. FIG. 7 shows an embodiment of the modular DC link circuit. Three DC link capacitor modules 30 are outlined. The switching devices 16 are connected in parallel to each one DC link capacitor module 30. For clarity, only one of the switching devices 16 and only one of the DC link capacitor modules 30 is provided with reference symbols. The three switching devices 16 shown and the three DC link capacitor modules 30 are identical in this embodiment. The DC link capacitor modules 30 each have a first terminal and a second terminal, wherein the first terminals are connected in the chain directly successive DC link capacitor modules 30 via a first low-impedance, high-inductance compound VL1 and a first high-impedance, low-inductance connection VRl, the second terminals two in the chain, in each case directly successive DC link capacitor modules 30 are connected via a second low-impedance, high-inductance connection VL2 and a second high-impedance, low-inductance connection VR2, the first high-impedance, low-inductance connection VR1 is connected in parallel to the second high-resistance, low-inductance connection VR2, and the first low-resistance , high-inductance compound VL1 is connected in parallel with the second low-resistance, high-inductance compound VL2.
[00119] Durch die erste niederohmige, hochinduktive Verbindung VL1 und die zweite niederohmige, hochinduktive Verbindung VL2 sind die zwei in der Kette jeweils unmittelbar aufeinanderfolgenden Zwischenkreiskondensatormodule 30 niederohmig und hochinduktiv parallelgeschaltet. Zusätzlich sind durch die erste hochohmige, niederinduktive Verbindung VRl und die zweite hochohmige, niederinduktive Verbindung VR2 die zwei in der Kette jeweils unmittelbar aufeinanderfolgenden Zwischenkreiskondensatormodule 30 hochohmig und niederinduktiv parallel geschaltet. [00120] Die I mpedanzen der ersten niederohmigen, hochinduktiven Verbindung VL1 und der zweiten niederohmigen, hochinduktiven Verbindung VL2 sind identisch und die I mpedanzen der ersten hochohmigen, niederinduktiven Verbindung VR1 und der zweiten hochohmigen, niederinduktiven Verbindung VR2 sind identisch. Die modulare Zwischenkreisschaltung weist daher eine Symmetrie auf, die einen symmetrischen Stromfluss in beide Stromrichtungen ermöglicht. By the first low-impedance, high-inductance connection VL1 and the second low-resistance, high-inductance connection VL2, the two directly successive in the chain intermediate circuit capacitor modules 30 low-impedance and high-inductance are connected in parallel. In addition, the two high-impedance, low-inductance connection VR1 and the second high-resistance, low-inductance connection VR2 connect the two intermediate circuit capacitor modules 30, each directly following one another in the chain, in a high-impedance and low-inductance manner in parallel. The impedances of the first low-resistance, high-inductance connection VL1 and the second low-resistance, high-inductance connection VL2 are identical, and the impedances of the first high-resistance, low-inductance connection VR1 and the second high-resistance, low-inductance connection VR2 are identical. The modular DC link circuit therefore has a symmetry which enables a symmetrical current flow in both current directions.
[00121] Die Zwischenkreiskondensatormodule 30 weisen in der Ausführungsform der Figur 7 jeweils einen Zwischenkreiskondensator auf. Die dargestellten Kondensatoren in der bilden daher jeweils ein Zwischenkreiskondensatormodul 30. Jeder Zwischenkreiskondensator weist einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss auf und der erste Anschluss und der zweite Anschluss des Zwischenkreiskondensators bildet gleichzeitig den ersten Anschluss und den zweiten Anschluss des Zwischenkreiskondensatormodules. Alternativ können auch mehrere Zwischenkreiskondensatoren das Zwischenkreiskondensatormodul 30 bilden. In the embodiment of FIG. 7, the DC link capacitor modules 30 each have an intermediate circuit capacitor. The illustrated capacitors therefore each form an intermediate circuit capacitor module 30. Each DC link capacitor has a first terminal and a second terminal and the first terminal and the second terminal of the DC link capacitor simultaneously form the first terminal and the second terminal of the DC link capacitor module. Alternatively, several DC link capacitors may form the DC link capacitor module 30.
[00122] Realisiert werden kann können die niederohmigen, hochinduktiven Verbindungen VL1, VL2 beispielsweise durch parallele Stromschienen 30a, 30b und Querbrücken 18. I n einem Betriebszustand liegt eine Gleichspannung UDC zwischen der oberen Stromschiene 30a und der unteren Stromschiene 30b an. Diese Gleichspa nnung UDC speist die Schaltvorrichtungen 16, die durch eine Steuervorrichtung eine Wechselspannung generieren. Die dazugehörigen Zwischenkreiskondensatoren in den Zwischenkreiskondensatormodulen 30 dienen als elektrischen Zwischenspeicher und Puffer. Zwischen dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss der Zwischenkreiskondensatormodule 30 liegt eine Spannung U^c an. Die Schaltung der Zwischenkreiskondensatormodule 30 ist parallel und in einer Kette bezogen auf die zwischen dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss des Zwischenkreiskondensatormodules 30 anliegende Gleichspannung U^c . The low-resistance, high-inductance connections VL1, VL2 can be implemented, for example, by parallel busbars 30a, 30b and transverse bridges 18. In an operating state, a DC voltage U DC is applied between the upper busbar 30a and the lower busbar 30b. This Gleichspa voltage U DC feeds the switching devices 16, which generate an AC voltage by a control device. The associated DC link capacitors in the DC link capacitor modules 30 serve as electrical buffer and buffer. Between the first terminal and the second terminal of the intermediate circuit capacitor modules 30 is applied to a voltage U ^ c . The circuit of the DC link capacitor modules 30 is parallel and in a chain relative to the applied between the first terminal and the second terminal of the DC link capacitor module 30 DC voltage U ^ c .
[00123] Die niederohmigen, hochinduktiven Verbindungen VL1, VL2 sind durch gepunktete Linien dargestellt und enthalten jeweils drei Induktivitäten und einen Ohm'schen Widerstand. Die hochohmigen, niederinduktiven Verbindungen VR1, VR2 sind durch gestrichene Linien dargestellt und enthalten jeweils eine I nduktivität und einen Ohm'schen Widerstand. Der Ohm'sche Widerstand in den hochohmigen, niederinduktiven Verbindungen VRl, VR2 ist dabei jeweils größer als der Ohm'sche Widerstand in den niederohmigen, hochinduktiven Verbindungen VL1, VL2. The low-resistance, high-inductance compounds VL1, VL2 are shown by dotted lines and each contain three inductances and an ohmic resistance. The high-resistance, low-inductance connections VR1, VR2 are shown by dashed lines and each contain an inductance and an ohmic resistance. The ohmic resistance in the high-impedance, low-inductance Compounds VR1, VR2 are each greater than the ohmic resistance in the low-resistance, high-inductance compounds VL1, VL2.
[00124] Die eingezeichneten I nduktivitäten und die Ohm'schen Widerstände in der Figur 7 sind wesentlich durch die Größen der Leiterschleifen, der Leitfähigkeit der Leiter und den Querschnitt des Leiters bestimmt. Da der Umrichter als Leistungsumrichter mit hohen Strömen ausgebildet ist, m üssen die Leiter dementsprechend angepasst sein. Beispielsweise weisen die Leiter, die die niederohmigen, hochinduktiven Verbindungen VL1, VL2 bilden, ein Material mit hoher Leitfähigkeit, insbesondere Kupfer oder Aluminium, auf und die Leiter, die die hochohmigen, niederinduktiven Verbindungen VRl, VR2 bilden, weisen ein Material geringerer Leitfähigkeit, insbesondere Stahl, auf. The illustrated inductances and the ohmic resistances in FIG. 7 are essentially determined by the sizes of the conductor loops, the conductivity of the conductors and the cross-section of the conductor. Since the inverter is designed as a power converter with high currents, the conductors must be adapted accordingly. For example, the conductors forming the low-resistance, high-inductance compounds VL1, VL2 have a material of high conductivity, in particular copper or aluminum, and the conductors forming the high-resistance, low-inductance compounds VR1, VR2 have a material of lower conductivity, in particular Steel, up.
[00125] Die Figur 8 zeigt eine vereinfachte Darstellung der Schaltung von Figur 7. Die Ohm'schen Widerstände der niederohmigen, hochinduktiven Verbindungen VL1, VL2 und die I nduktivitäten der hochohmigen, niederinduktiven Verbindungen VRl, VR2 sind nicht mehr eingezeichnet. I n der Praxis sind Leiter ohne Ohm'schen Widerstand oder ohne I nduktivität per se nicht möglich. Die Schaltung ist daher für den Fachmann so zu verstehen, dass die Leiter entweder durch ihre induktiven Eigenschaften oder ihre Ohm'schen Eigenschaften im Wesentlichen ausgezeichnet sind. FIG. 8 shows a simplified representation of the circuit of FIG. 7. The ohmic resistances of the low-resistance, high-inductance connections VL1, VL2 and the inductances of the high-resistance, low-inductance connections VR1, VR2 are no longer shown. In practice, conductors without ohmic resistance or without inductance per se are not possible. The circuit is therefore to be understood by those skilled in the art that the conductors are substantially excellent either by their inductive characteristics or their ohmic characteristics.
[00126] Da die Zwischenkreisschaltung für sehr hohe Ströme ausgelegt ist, würde die Anordnung ohne die hochohmigen, niederinduktiven Verbindungen VRl, VR2 einen sehr schwach gedämpften L-C-Kettenleiter darstellen. I n der Darstellung der Figur 8 bildet die modulare Zwischenkreisschaltung einen L-C-Kettenleiter mit einem zusätzlichen R-Glied parallel zum L-Glied. Dabei ist die I nduktivität der hochohmigen, niederinduktiven Verbindungen VRl, VR2 sowie der Ohm'sche Widerstand der niederohmigen, hochinduktiven Verbindungen VL1, VL2 vernachlässigt. Das L-Glied wird durch die I nduktivität L der ersten niederohmigen, hochinduktiven Verbindungen VL1 und der zweiten niederohmigen, hochinduktiven Verbindungen VL2 und das C-Glied durch die Kapazität C des Zwischenkreiskondensatormodules 30 gebildet, wobei das L-Glied und das C-Glied einen L-C- Schwingkreis bilden und das R-Glied zusätzlich parallel zum L-Glied geschaltet ist. Das R-Glied wird durch die erste hochohmige, niederinduktive Verbindung VRl und die zweite hochohmige, niederinduktive Verbindung VR2 gebildet. Daher ist der Ohm'sche Widerstand der hochohmigen, niederinduktiven Verbindungen VRl, VR2 derart geschaltet, dass er die Schwingung des L-C-Schwingkreises dämpft. [00127] Zusätzlich zu den Gleichspannungen UDC und Gleichspannung U^c werden parasitäre Wechselspannungsanteile durch die Schaltvorrichtung und den L-C-Schwingkreis in dem System erzeugt. Diese Wechselstromanteile verringern die Effizienz des Umrichters und sollen gedämpft werden. Für eine optimale Dämpfung des L-C-Schwingkreises liegt der Ohm'sche Widerstand der ersten hochohmigen, niederinduktiven Verbindungen VR1 und der zweiten hochohmigen, niederinduktiven Verbindungen VR2 im Bereich von 0,1· Ropt bis 10 · Ropt und Ropt = jl/C mit der I nduktivität L der niederohmigen, hochinduktiven Verbindungen VL1, VL2 und der Kapazität C des Zwischenkreiskondensatormodules 30. Since the DC link circuit is designed for very high currents, the arrangement without the high-resistance, low-inductance compounds VR1, VR2 would represent a very weakly damped LC chain conductor. In the illustration of FIG. 8, the modular DC link circuit forms an LC chain conductor with an additional R element parallel to the L element. In this case, the inductance of the high-resistance, low-inductance compounds VR1, VR2 and the ohmic resistance of the low-resistance, high-inductance compounds VL1, VL2 is neglected. The L-element is formed by the inductance L of the first low-resistance, high-inductance connections VL1 and the second low-resistance, high-inductance connections VL2 and the C-section through the capacitance C of the intermediate circuit capacitor module 30, wherein the L-element and the C-element one Form LC resonant circuit and the R-element is also connected in parallel to the L-element. The R-element is formed by the first high-resistance, low-inductance compound VR1 and the second high-resistance, low-inductance compound VR2. Therefore, the ohmic resistance of the high-resistance, low-inductance compounds VR1, VR2 is switched so as to attenuate the oscillation of the LC oscillation circuit. In addition to the DC voltages U DC and DC voltage U c , parasitic AC components are generated by the switching device and the LC resonant circuit in the system. These alternating current components reduce the efficiency of the converter and should be damped. For optimum damping of the LC resonant circuit, the ohmic resistance of the first high-resistance, low-inductance compounds VR1 and the second high-resistance, low-inductance compounds VR2 is in the range from 0.1 · R opt to 10 · R opt and R opt = jl / C with the inductance L of the low-resistance, high-inductance connections VL1, VL2 and the capacitance C of the intermediate circuit capacitor module 30.
[00128] Die modulare Zwischenkreisschaltung der Figuren 7 und 8 können um weitere Zwischenkreiskondensatormodule mit entsprechender Schaltung parallel und in einer Kette mit den anderen Zwischenkreiskondensatormodulen 30 erweitert werden. I nsbesondere kann eine modulare Zwischenkreisschaltung beispielsweise 1 bis 6 oder 1 bis 8 Zwischenkreiskondensatormodule 30 aufweisen. Alle Zwischenkreiskondensatormodule 30 innerhalb der Kette sind identisch zu ihren benachbarten Zwischenkreiskondensatormodulen 30 untereinander geschaltet. Davon ausgenommen sind die beiden Zwischenkreiskondensatormodule 30 an den Rändern der Kette, da diese nur einen unmittelbaren Nachbarn haben. The modular DC link circuit of Figures 7 and 8 can be extended by more DC link capacitor modules with corresponding circuit in parallel and in a chain with the other DC link capacitor modules 30. In particular, a modular DC link circuit can have, for example, 1 to 6 or 1 to 8 DC link capacitor modules 30. All DC link capacitor modules 30 within the chain are identical to their neighboring DC link capacitor modules 30 connected to each other. Excluded are the two DC link capacitor modules 30 at the edges of the chain, since they have only one immediate neighbor.
[00129] I n Figur 8 ist der Teil der Schaltung eingezeichnet, der einem Leistungsphasenmodul 10 entspricht. Dabei sind die Schaltvorrichtung 16 und ein Teil der niederohmigen, hochinduktiven Verbindungen VL1, VL2, nämlich die Querbrücken 18, Teil des Leistungsphasenmodules 10. Die hochohmigen, niederinduktiven Verbindungen VR1, VR2 sind nicht Teil des Leistungsphasenmoduls. Das Leistungsphasenmodul 10 wird auch die Stromschienen 30a, 30b aufgesetzt und bildet so die niederohmigen, hochinduktiven Verbindungen VL1, VL2 mit diesen und den im Leistungsphasenmodul 10 angeordneten Querbrücken 18. Die modulare Zwischenkreisschaltung wird in dieser Ausführungsform dadurch erst mit dem Leistungsphasenmodul 10 erzeugt. FIG. 8 shows the part of the circuit which corresponds to a power phase module 10. In this case, the switching device 16 and a part of the low-resistance, high-inductance connections VL1, VL2, namely the cross-bridges 18, part of the power phase module 10. The high-impedance, low-inductance compounds VR1, VR2 are not part of the power phase module. The power phase module 10 is also placed on the busbars 30a, 30b and thus forms the low-resistance, high-inductance connections VL1, VL2 with these and arranged in the power phase module 10 cross bridges 18. The modular DC link circuit is thereby generated in this embodiment only with the power phase module 10.
[00130] Figur 9 zeigt eine Ausführungsform der modularen Zwischenkreisschaltung. Es sind acht Module dargestellt. Zur Übersicht sind keine Schaltvorrichtungen eingezeichnet. Diese sind jeweils parallel zu den Zwischenkreiskondensatormodulen 30 schaltbar. Alle Zwischenkreiskondensatormodule 30 sind parallel und in einer Kette geschaltet. Sie weisen vier Anschlüsse auf. Zur besseren Übersicht sind weiterhin Bezugszeichen nur einmal eingezeichnet. Jedes Modul der Zwischenkreisschaltung weist identische Bestandteile auf. [00131] Analog zur Figur 8 sind in der Figur 9 Ohm'sche Widerstände der niederohmigen, hochinduktiven Verbindungen VL1, VL2, VL3, VL4 sowie I nduktivitäten der hochohmigen, niederinduktiven Verbindungen VRl, VR2, VR3, VR4 nicht eingezeichnet. FIG. 9 shows an embodiment of the modular DC link circuit. There are eight modules shown. For clarity, no switching devices are shown. These are in each case switchable in parallel to the DC link capacitor modules 30. All DC link capacitor modules 30 are connected in parallel and in a chain. They have four connections. For a better overview, further reference numbers are drawn only once. Each module of the DC link circuit has identical components. 9, ohmic resistances of the low-resistance, high-inductance compounds VL1, VL2, VL3, VL4 as well as inductances of the high-resistance, low-inductive connections VR1, VR2, VR3, VR4 are not shown in FIG.
[00132] I n der Ausführungsform der Figur 9 weist jedes Zwischenkreiskondensatormodul 30 jeweils zwei Zwischenkreiskondensatoren auf. Die Zwischenkreiskondensatoren sind zwischen einem ersten Anschluss und einem zweiten Anschluss sowie zwischen einem dritten Anschluss und einem vierten Anschluss des Zwischenkreiskondensatormoduls 30 geschaltet. Der zweite und der dritte Anschluss liegen auf demselben Potentia l und der erste und der vierte Anschluss liegen auf demselben Potential. Zwischen dem ersten und dem zweiten Anschluss, beziehungsweise zwischen den dritten und dem vierten Anschluss, liegt in einem Betriebszustand eine Gleichspannung UDC an. Gegenüber dieser Gleichspannung sind die beiden Zwischenkreiskondensatoren parallel geschaltet. In the embodiment of FIG. 9, each DC link capacitor module 30 has two DC link capacitors each. The DC link capacitors are connected between a first terminal and a second terminal and between a third terminal and a fourth terminal of the DC link capacitor module 30. The second and third ports are at the same potential and the first and fourth ports are at the same potential. Between the first and the second connection, or between the third and the fourth connection, in a mode of operation, a DC voltage U DC is present . Compared to this DC voltage, the two DC link capacitors are connected in parallel.
[00133] Die vier Anschlüsse der Zwischenkreiskondensatormodule sind jeweils über eine der niederohmigen, hochinduktiven Verbindungen VL1, VL2, VL3, VL4 und eine der hochohmigen, niederinduktiven Verbindungen VRl, VR2, VR3, VR4 verbunden. Dabei sind die erste hochohmige, niederinduktive Verbindung VRl parallel zu der zweiten hochohmigen, niederinduktiven Verbindung VR2 geschaltet, die erste niederohmige, hochinduktive Verbindung VL1 parallel zu der zweiten niederohmigen, hochinduktiven Verbindung VL2 geschaltet, die dritten hochohmigen, niederinduktiven Verbindungen VR3 parallel zu den vierten hochohmigen, niederinduktiven Verbindungen VR4 geschaltet, und die dritten niederohmigen, hochinduktiven Verbindungen VL3 parallel zu den vierten niederohmigen, hochinduktiven Verbindungen VL4 geschaltet. The four connections of the intermediate circuit capacitor modules are each connected via one of the low-resistance, high-inductance connections VL1, VL2, VL3, VL4 and one of the high-resistance, low-inductance connections VR1, VR2, VR3, VR4. In this case, the first high-impedance, low-inductance connection VR1 are connected in parallel to the second high-resistance, low-inductance connection VR2, the first low-resistance, high-inductance connection VL1 is connected in parallel to the second low-resistance, high-inductance connection VL2, the third high-resistance, low-inductance connections VR3 parallel to the fourth high-resistance , low-inductance connections VR4, and the third low-resistance, high-inductance connections VL3 connected in parallel with the fourth low-resistance, high-inductance connections VL4.
[00134] I nsbesondere sind die vier niederohmigen, hochinduktiven Verbindungen VL1, VL2, VL3, VL4 voneinander separat und im Wesentlichen, nämlich anhand der Bauteile, die ihre elektrischen Eigenschaften dominieren, voneinander disjunkt. Ebenso können analog jedoch davon unabhängig die hochohmigen, niederinduktiven Verbindungen VRl, VR2, VR3, VR4 VL4 voneinander separat und im Wesentlichen, nämlich anhand der Bauteile, die ihre elektrischen Eigenschaften dominieren, voneinander disjunkt sein. In particular, the four low-resistance, high-inductance connections VL1, VL2, VL3, VL4 are separate from one another and essentially disjoint from one another, namely from the components which dominate their electrical properties. Likewise, however, the high-impedance, low-inductance compounds VR1, VR2, VR3, VR4 VL4 can be separated from each other separately and essentially independently of one another, ie, based on the components which dominate their electrical properties.
[00135] Eine Gleichspannung UDC liegt jeweils zwischen einer der Stromschienen 31a, 31b des ersten Stromschienenpaares 31 und einer der Stromschienen 32a, 32b des zweiten Stromschienenpaares 32 an. Die Gleichspannung UDC speist in einem Betriebszustand, bei dem die modulare Zwischenkreisschaltung in einer Umrichterschaltung zur Erzeugung einer Wechselspannung genutzt wird, die nicht eingezeichneten Schaltvorrichtungen. An einem AC-Ausgang der Schaltvorrichtung kann eine Wechselspannung abgegriffen werden. I n einem anderen Betriebszustand kann die Umrichterschaltung auch umgekehrt eine Gleichspannung aus einer Wechselspannung erzeugen. A DC voltage U DC is applied in each case between one of the busbars 31a, 31b of the first busbar pair 31 and one of the busbars 32a, 32b of the second busbar pair 32. The DC voltage U DC feeds in an operating state at the modular DC link circuit is used in a converter circuit for generating an AC voltage, not shown switching devices. At an AC output of the switching device, an AC voltage can be tapped. In another operating state, the converter circuit can also conversely generate a DC voltage from an AC voltage.
[00136] Die modulare Zwischenkreisschaltung in der Figur 9 ist derart aufgebaut, dass räumlich neben jedem stromdurchflossenen Leiter ein anderer stromdurchflossener Leiter angeordnet ist, dessen Stromrichtung entgegengesetzt zum ersten Leiter ist. Dadurch wird die Größe von Leiterschleifen minimiert und die I nduktivität verringert. Die Umrichterschaltung kann daher auch in einem Umrichter genauso geometrisch umgesetzt werden. Der Teil der Schaltung, der einem Leistungsphasenmodul 10 eines Umrichters entsprechen würde, ist in Figur 9 ebenso skizziert, wobei die Schaltvorrichtung nicht eingezeichnet ist. The modular DC link circuit in Figure 9 is constructed such that spatially next to each current-carrying conductor another current-carrying conductor is arranged, whose current direction is opposite to the first conductor. This minimizes the size of conductor loops and reduces inductance. The converter circuit can therefore also be implemented geometrically in a converter as well. The part of the circuit that would correspond to a power phase module 10 of an inverter is also sketched in FIG. 9, wherein the switching device is not shown.
[00137] Figur 10 zeigt ein Schienenfahrzeug 100 gemäß einer Ausführungsform. Die Umrichterschaltung kann dabei mit einem Energiewandler, insbesondere einem Traktionsmotor, zum Umwandeln von elektrischer Energie in Bewegungsenergie oder umgekehrt, derart verbunden sein, dass der Energiewandler mit mindestens einem der ersten AC-Anschlüsse einer der Schaltvorrichtungen verbunden ist. Neben den Traktionsmotor kann beispielsweise auch die Bordelektronik oder eine Nutzbremse mit der Umrichterschaltung über einen AC-Anschluss einer damit verbundenen Schaltvorrichtung angeschlossen sein. FIG. 10 shows a rail vehicle 100 according to one embodiment. The converter circuit may be connected to an energy converter, in particular a traction motor, for converting electrical energy into kinetic energy or vice versa, such that the energy converter is connected to at least one of the first AC terminals of one of the switching devices. In addition to the traction motor, for example, the on-board electronics or a regenerative brake can also be connected to the converter circuit via an AC connection of an associated switching device.
[00138] Die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen können beliebig miteinander kombiniert werden, beispielsweise können die Zwischenkreiskondensatormodule 30 der Figuren 7 und 8 ebenso mehrere Zwischenkreiskondensatoren aufweisen. The above-described embodiments may be arbitrarily combined with each other, for example, the DC link capacitor modules 30 of FIGS. 7 and 8 may also include a plurality of DC link capacitors.
[00139] Wenngleich hierin spezifische Ausführungsformen dargestellt und beschrieben worden sind, liegt es im Rahmen der vorliegenden Erfindung, die gezeigten Ausführungsformen geeignet zu modifizieren, ohne vom Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die nachfolgenden Ansprüche stellen einen ersten, nicht bindenden Versuch dar, die Erfindung allgemein zu definieren. Although specific embodiments have been illustrated and described herein, it is within the scope of the present invention to suitably modify the embodiments shown without departing from the scope of the present invention. The following claims are a first, non-binding attempt to broadly define the invention.

Claims

Patentansprüche claims
1. Modulare Zwischenkreisschaltung für einen Leistungsumrichter mit mindestens zwei oder mehreren parallel in einer Kette geschalteten 1. Modular DC link circuit for a power converter with at least two or more connected in parallel in a chain
Zwischenkreiskondensatormodulen (30), wobei jedes  Link circuit capacitor modules (30), each one
Zwischenkreiskondensatormodul (30) einen ersten Anschluss, einen zweiten  DC link capacitor module (30) has a first terminal, a second terminal
Anschluss und mindestens einen ersten Zwischenkreiskondensator aufweist, der mit dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss elektrisch verbunden ist, wobei:  Terminal and at least one first link capacitor, which is electrically connected to the first terminal and the second terminal, wherein:
- die ersten Anschlüsse der in der Kette jeweils unmittelbar aufeinanderfolgenden Zwischenkreiskondensatormodule (30) jeweils über eine erste niederohmige, hochinduktive Verbindung (VL1) und eine dazu parallel geschaltete erste hochohmige, niederinduktive Verbindung (VR1) verbunden sind, und - The first terminals of each in the chain directly successive DC link capacitor modules (30) are each connected via a first low-impedance, high-inductance compound (VL1) and a parallel thereto connected first high-impedance, low-inductance compound (VR1), and
- die zweiten Anschlüsse der in der Kette jeweils unmittelbar aufeinanderfolgenden Zwischenkreiskondensatormodule (30) jeweils über eine zweite niederohmige, hochinduktive Verbindung (VL2) und eine dazu parallel geschaltete zweite hochohmige, niederinduktive Verbindung (VR2) verbunden sind. - The second terminals of each in the chain directly successive DC link capacitor modules (30) are each connected via a second low-impedance, high-inductance connection (VL2) and a second high-impedance, low-inductance connection (VR2) connected in parallel thereto.
2. Modulare Zwischenkreisschaltung nach Anspruch 1, wobei die modulare 2. Modular DC link circuit according to claim 1, wherein the modular
Zwischenkreisschaltung mindestens drei parallel und in einer Kette geschaltete Zwischenkreiskondensatormodule (30) aufweist.  Intermediate circuit has at least three parallel and connected in a chain intermediate circuit capacitor modules (30).
3. Modulare Zwischenkreisschaltung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die ersten niederohmigen, hochinduktiven Verbindungen (VL1) und die zweiten niederohmigen, hochinduktiven Verbindungen (VL2) eine mindestens um den Faktor 2, insbesondere um den Faktor 5, höhere Induktivität aufweisen als die ersten hochohmigen, niederinduktiven Verbindungen (VR1) und die zweiten hochohmigen, niederinduktiven Verbindungen (VR2). 3. Modular DC link circuit according to one of the preceding claims, wherein the first low-impedance, high-inductance compounds (VL1) and the second low-resistance, high-inductance compounds (VL2) have at least a factor of 2, in particular by a factor of 5, higher inductance than the first high-impedance , low-inductive compounds (VR1) and the second high-resistance, low-inductive compounds (VR2).
4. Modulare Zwischenkreisschaltung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei ein Modul der modularen Zwischenkreisschaltung in einem Ersatzschaltbild als Vierpol beschrieben werden kann, die Module als Kettenleiter geschaltet sind, und das Ersatzschaltbild des Vierpoles durch ein zum Vierpol in Reihe geschaltetes niederohmiges, hochinduktives R-L-Glied und ein dazu parallel geschaltetes hochohmiges, niederinduktives R-L-Glied, sowie ein zum Vierpol parallel geschaltetes C-Glied gebildet wird, wobei das C-Glied durch das Zwischenkreiskondensatormodul; das niederohmige, hochinduktive R-L-Glied durch die erste und die zweite niederohmige, hochinduktive Verbindung; und das hochohmige, niederinduktive R-L- Glied durch die erste und die zweite hochohmige, niederinduktive Verbindungen gebildet ist. 4. Modular DC link circuit according to one of the preceding claims, wherein a module of the modular DC link circuit can be described in an equivalent circuit diagram as a quadrupole, the modules are connected as a chain conductor, and the equivalent circuit of the quadrupole by a four-pole connected in series low-impedance, high-inductance RL element and a high-impedance, low-inductance RL element connected in parallel therewith, as well as a C-element connected in parallel with the quadrupole, the C-element being formed by the intermediate circuit capacitor module; the low-resistance, high-inductance RL member through the first and the second low-resistance, high-inductance compound; and the high-resistance, low-inductance RL member is formed by the first and second high-resistance, low-inductance compounds.
5. Modulare Zwischenkreisschaltung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Ohm'sche Widerstand der ersten hochohmigen, niederinduktiven Verbindung (VR1) und der zweiten hochohmigen, niederinduktiven Verbindung (VR2) im Bereich von 0,1■ Ropt bis 10 ■ Ropt liegt mit Ropt = jl/C mit der Induktivität L der ersten niederohmigen, hochinduktiven Verbindung (VL1) oder der zweiten niederohmigen, hochinduktiven Verbindung (VL2) und der Kapazität C des 5. Modular DC link circuit according to one of the preceding claims, wherein the ohmic resistance of the first high-impedance, low-inductance compound (VR1) and the second high-impedance, low-inductance compound (VR2) in the range of 0.1 ■ R opt to 10 ■ R opt with R opt = jl / C with the inductance L of the first low-resistance, high-inductance compound (VL1) or the second low-resistance, high-inductance compound (VL2) and the capacitance C of the
Zwischenkreiskondensatormodules.  Link capacitor module.
6. Modulare Zwischenkreisschaltung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Zwischenkreisschaltung für Spannungen zwischen dem ersten Anschluss eines Zwischenkreiskondensatormoduls (30) und dem zweiten Anschluss eines 6. Modular DC link circuit according to one of the preceding claims, wherein the intermediate circuit for voltages between the first terminal of a DC link capacitor module (30) and the second terminal of a
Zwischenkreiskondensatormoduls (30) von mindestens lkV oder mindestens 3kV ausgelegt ist.  DC link capacitor module (30) of at least lkV or at least 3kV is designed.
7. Modulare Zwischenkreisschaltung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei mindestens eines der Zwischenkreiskondensatormodule (30) zusätzlich einen zweiten Zwischenkreiskondensator aufweist, der parallel zum ersten 7. Modular DC link circuit according to one of the preceding claims, wherein at least one of the DC link capacitor modules (30) additionally comprises a second DC link capacitor, which is parallel to the first
Zwischenkreiskondensator geschaltet ist.  DC link capacitor is connected.
8. Modulare Zwischenkreisschaltung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei 8. Modular DC link circuit according to one of the preceding claims, wherein
- die ersten Anschlüsse der in der Kette jeweils unmittelbar aufeinanderfolgenden Zwischenkreiskondensatormodule (30) über jeweils eine dritte niederohmige, hochinduktive Verbindung (VL3) verbunden sind, - die zweiten Anschlüsse der in der Kette jeweils unmittelbar aufeinanderfolgenden Zwischenkreiskondensatormodule (30) über jeweils eine vierte niederohmige, hochinduktive Verbindung (VL4) verbunden sind. the first connections of the intermediate circuit capacitor modules (30), which in each case directly follow one another in the chain, are each connected via a third low-resistance, high-inductance connection (VL3), - The second terminals of each in the chain directly successive DC link capacitor modules (30) via a respective fourth low-impedance, high-inductance connection (VL4) are connected.
9. Modulare Zwischenkreisschaltung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei 9. Modular DC link circuit according to one of the preceding claims, wherein
- die ersten Anschlüsse der in der Kette jeweils unmittelbar aufeinanderfolgenden Zwischenkreiskondensatormodule (30) über eine dritte hochohmige, the first connections of the intermediate circuit capacitor modules (30), each directly following one another in the chain, via a third high-resistance,
niederinduktive Verbindung (VR3) verbunden sind, und  low-inductance compound (VR3) are connected, and
- die zweiten Anschlüsse der in der Kette jeweils unmittelbar aufeinanderfolgenden Zwischenkreiskondensatormodule (30) über eine vierte hochohmige, the second connections of the DC link capacitor modules (30) which in each case directly follow one another in the chain via a fourth high-impedance,
niederinduktive Verbindung (VR4) verbunden sind.  low-inductance compound (VR4) are connected.
10. Modulare Zwischenkreisschaltung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei jedes Zwischenkreiskondensatormodul (30) zusätzlich einem dritten Anschluss und einen vierten Anschluss aufweist, und wobei 10. Modular DC link circuit according to one of the preceding claims, wherein each DC link capacitor module (30) additionally has a third terminal and a fourth terminal, and wherein
- die dritten Anschlüsse der in der Kette jeweils unmittelbar aufeinanderfolgenden Zwischenkreiskondensatormodule (30) über eine dritte hochohmige, the third terminals of the DC link capacitor modules (30), which in each case directly follow one another in the chain, via a third high-impedance,
niederinduktive Verbindung (VR3) verbunden sind, und  low-inductance compound (VR3) are connected, and
- die vierten Anschlüsse der in der Kette jeweils unmittelbar aufeinanderfolgenden Zwischenkreiskondensatormodule (30) über eine vierte hochohmige, the fourth connections of the DC link capacitor modules (30) which in each case directly follow one another in the chain via a fourth high-impedance,
niederinduktive Verbindung (VR4) verbunden sind.  low-inductance compound (VR4) are connected.
11. Modulare Zwischenkreisschaltung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei jedes Zwischenkreiskondensatormodul (30) zusätzlich einem dritten Anschluss und einen vierten Anschluss aufweist, und wobei 11. Modular DC link circuit according to one of the preceding claims, wherein each DC link capacitor module (30) additionally has a third terminal and a fourth terminal, and wherein
- die dritten Anschlüsse der in der Kette jeweils unmittelbar aufeinanderfolgenden Zwischenkreiskondensatormodule (30) über jeweils eine dritte niederohmige, hochinduktive Verbindung (VL3) und eine dazu parallel geschaltete dritte hochohmige, niederinduktive Verbindung (VR3) verbunden sind, - die vierten Anschlüsse der in der Kette jeweils unmittelbar aufeinanderfolgenden Zwischenkreiskondensatormodule (30) über jeweils eine vierte niederohmige, hochinduktive Verbindung (VL4) und eine dazu parallel geschaltete vierte hochohmige, niederinduktive Verbindung (VR4) verbunden sind. the third connections of the intermediate circuit capacitor modules (30), which in each case follow each other directly in the chain, are each connected via a third low-resistance, high-inductance connection (VL3) and a third high-resistance, low-inductance connection (VR3) connected in parallel therewith, - The fourth terminals of each in the chain immediately successive DC link capacitor modules (30) via a respective fourth low-impedance, high-inductance compound (VL4) and connected in parallel fourth high-impedance, low-inductance connection (VR4) are connected.
12. Umrichterschaltung mit einer modularen Zwischenkreisschaltung nach einem der vorherigen Ansprüche, aufweisend mindestens zwei oder mehrere 12. converter circuit with a modular DC link circuit according to one of the preceding claims, comprising at least two or more
Schaltvorrichtungen (16), mit mindestens jeweils einem DC-Anschlusspaar und mindestens jeweils einem ersten AC-Anschluss, wobei jeder Schaltvorrichtung (16) genau einem Zwischenkreiskondensatormodul (30) zugeordnet ist und das DC- Anschluss-Paar jeder Schaltvorrichtung (16) parallel zum zugeordneten  Switching devices (16), each with at least one DC terminal pair and at least one first AC terminal, each switching device (16) is associated with exactly one DC link capacitor module (30) and the DC connection pair of each switching device (16) parallel to the associated
Zwischenkreiskondensatormodul (30) geschaltet ist.  DC link capacitor module (30) is connected.
13. Umrichterschaltung nach Anspruch 12, wobei die Umrichterschaltung derart The converter circuit of claim 12, wherein the inverter circuit is such
ausgelegt ist, dass ein elektrischer Strom von einem DC-Anschlusspaar zu einem AC- Anschluss einer Schaltvorrichtung (16) in einem Betriebszustand von mindestens 500A oder mindestens 1000A fließen kann.  is designed such that an electric current can flow from a DC terminal pair to an AC terminal of a switching device (16) in an operating state of at least 500A or at least 1000A.
14. Energiewandler verbunden mit einer Umrichterschaltung nach einem der Ansprüche 12 oder 13, wobei mindestens ein AC-Schluss einer Schaltvorrichtung (16) mit dem Energiewandler verbunden ist. 14. Energy converter connected to a converter circuit according to one of claims 12 or 13, wherein at least one AC end of a switching device (16) is connected to the energy converter.
15. Fahrzeug, insbesondere Schienenfahrzeug (100), mit einem Energiewandler, 15. vehicle, in particular rail vehicle (100), with an energy converter,
insbesondere einem Traktionsmotor, zum Umwandeln von elektrischer Energie in Bewegungsenergie oder umgekehrt, der in einer Umrichterschaltung nach einem der Ansprüche 12 oder 13 derart geschaltet ist, dass der Energiewandler mit mindestens einem der ersten AC-Anschlüsse einer der Schaltvorrichtungen (16) verbunden ist.  in particular a traction motor, for converting electrical energy into kinetic energy or vice versa, which is connected in a converter circuit according to one of claims 12 or 13 such that the energy converter is connected to at least one of the first AC terminals of one of the switching devices (16).
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