WO2015117921A1 - Bordnetzeinheit für ein schienenfahrzeug - Google Patents

Bordnetzeinheit für ein schienenfahrzeug Download PDF

Info

Publication number
WO2015117921A1
WO2015117921A1 PCT/EP2015/052071 EP2015052071W WO2015117921A1 WO 2015117921 A1 WO2015117921 A1 WO 2015117921A1 EP 2015052071 W EP2015052071 W EP 2015052071W WO 2015117921 A1 WO2015117921 A1 WO 2015117921A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
unit
medium
voltage
frequency
frequency transformer
Prior art date
Application number
PCT/EP2015/052071
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Martin Glinka
Jens Konstantin Schwarzer
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Aktiengesellschaft filed Critical Siemens Aktiengesellschaft
Priority to CN201590000263.0U priority Critical patent/CN206528351U/zh
Priority to EP15704732.5A priority patent/EP3077243A1/de
Publication of WO2015117921A1 publication Critical patent/WO2015117921A1/de

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L3/00—Electric devices on electrically-propelled vehicles for safety purposes; Monitoring operating variables, e.g. speed, deceleration or energy consumption
    • B60L3/0092—Electric devices on electrically-propelled vehicles for safety purposes; Monitoring operating variables, e.g. speed, deceleration or energy consumption with use of redundant elements for safety purposes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2200/00—Type of vehicles
    • B60L2200/26—Rail vehicles

Definitions

  • the invention relates to a vehicle electrical system for supplying power consumers to an electrical system of an electrically powered railway vehicle with energy, with a voltage input ⁇ and multiple voltage outputs by a
  • Separating unit are each electrically isolated from the voltage input.
  • Rail vehicles are equipped for technical reasons and green ⁇ the passenger comfort with a variety of AC consumers, such as air conditioning systems - which are often the largest consumers -, heating equipment, etc. equipped.
  • the energy supply for these AC consumers is provided by a so-called on-board network.
  • the electrical system is thereby indirectly - and usually across a galvanic separation away - fed by the main energy supply device of the rail vehicle.
  • the fed into the electrical system of energy must meet certain requirements Anfor ⁇ . This applies in particular with regard to the boundary conditions of the electromagnetic compatibility and the voltage quality. There is also the requirement that board power supply energy-saving as possible, cost-effectively and with the expenditure of as little mass ⁇ be riding determine.
  • on-board power units are known as power supply devices which derive, convert or process energy from the main energy supply device of the rail vehicle and feed it into the vehicle electrical system.
  • conventional vehicle electrical units comprise a potential separation, for example in the form of a transformer.
  • This object is achieved by a vehicle electrical unit of the type mentioned, in which according to the invention between the voltage input and the voltage outputs a medium-frequency inverter is arranged and the separation unit has a Mittelfrequenztransformatorhow connected to the center frequency inverter primary side and a secondary side with a plurality of secondary windings and each of the secondary windings connected to one of the voltage outputs.
  • the invention is based on the consideration that a particularly advantageous energy supply of the vehicle electrical system can take place via an on-board power unit, which is prepared for operation under medium- frequency voltage and has a separation unit for galvanic isolation of a plurality of voltage outputs.
  • a medium-frequency voltage in this context may be an AC voltage between 500 Hz and 100 kHz, in particular an AC voltage of 2 kHz to 20, in particular up to 50 kHz.
  • the on-board unit has a medium-frequency inverter and a separation unit with a medium-frequency transformer unit, wherein both units are structurally prepared for operation under medium-frequency alternating voltage.
  • the medium - frequency architecture of the Bordnetzcher achieve, among other things, an advantageous saving in mass.
  • the saving in weight can be especially since ⁇ achieved by that the medium-frequency transformer unit of the separation unit having a relatively low mass value, especially when compared to conventional transformers which are operated, for example under 50 Hz AC voltages.
  • the on-board unit has a separation unit with a medium-frequency transformer unit for galvanic isolation of
  • the separation unit is prepared for galvanic isolation of the primary side of the secondary side and ideally insomniaßi ⁇ gamba also for galvanic isolation of the voltage outputs from each other. Due to the electrical isolation of the voltage outputs of the on-board power unit, a particularly advantageous decoupling of power consumers, which are connected to the voltage outputs, can take place from the primary side of the on-board power unit. Due to the galvanic separation of the voltage outputs of the vehicle electrical system from one another, an advantageous freedom from feedback of the power consumers, in particular ⁇ in the case of a defect in one and / or more of the power consumers, can be achieved.
  • the onboard unit is a unit for the power supply of electricity consumers, which are arranged in particular on the electrical system of a rail vehicle.
  • the vehicle electrical system, the electrical cabling and various current consumers rather, for example, include an air conditioner or a Schueinrich ⁇ tung, the rail vehicle.
  • the onboard unit is in particular for the energy supply of AC consumers, in particular of consumers who are operated with three-phase AC voltage prepared.
  • a voltage input of the onboard power supply unit may be a terminal for electrical conductors, particularly Ka ⁇ bel having who are prepared to supply the on-board network unit operating power.
  • Connecting means in the present context, an at least indirect connection that can be conductive to the special ⁇ produce.
  • the verbs connect and connect or connected and connected can be used synonymously in the given context.
  • a voltage output of the onboard power unit can have a connection element for electrical conductors, in particular cables, which are prepared to initiate operating energy from the onboard power supply unit into the vehicle electrical system.
  • a voltage output may in particular be a
  • the medium frequency inverter of the on-board unit may be an inverter prepared to convert a given DC voltage to a medium frequency AC voltage.
  • the medium-frequency transformer unit of the vehicle electrical system ⁇ unit can be a transformer unit ⁇ rides to Rail under medium-frequency AC voltages operated ben to be.
  • the medium-frequency transformer unit under ⁇ separates structurally of a conventional transformer unit, which is prepared, for example, to operate under 50 Hz AC clamping ⁇ voltage, by an advantageously masseär ⁇ mers transformer core and less massive transformer core parts with comparable transmissible power.
  • the medium-frequency transformer unit advantageously has a reduced mass-to-power ratio compared to conventional transformers, in particular compared to main transformers of rail vehicles, which are operated for example below 16 2/3 Hz.
  • Each of the voltage outputs of the on-board unit is connected to a secondary winding.
  • Each is particularly advantageous the secondary windings of the vehicle electrical unit connected to a single one of the voltage outputs.
  • Advantageously, can be dispensed in a conventional equipment of the voltage outputs, insbeson ⁇ particular the upstream electrical and / or electronic components with DC reactors so, which affects cost and weight-reducing effect.
  • the medium-frequency inverter of the on-board unit is a
  • the traction inverter may be an inverter that is prepared for supplying power to at least one drive motor of a rail vehicle.
  • the traction inverter may include a four-quadrant, an intermediate circuit and a pulse inverter, for supplying a variable in its speed drive motor.
  • a structural arrangement may be made such that a traction phase of the traction inverter is connected to a primary winding of the medium-frequency transformer unit.
  • the medium-frequency transformer unit is connected to at least two of ⁇ telfrequenz Cartrichtern.
  • the medium frequency inverters are preferably connected to the primary side of the ⁇ With telfrequenztransformatorhow.
  • the medium-frequency transformer unit has at least two primary windings which are each provided with a medium-frequency inverter. are bound. Instead of one or more medium frequency inverters, one or more traction inverters can be connected to the primary winding or the primary windings. More than one mid-frequency inverter can be connected to each of the primary windings.
  • the medium-frequency transformer unit having a plurality of primary side parallel-connected medium frequency ⁇ transformers, which are connected to a medium-frequency inverter . Easily can be done ge as a full secondary-side decoupling of the voltage outputs to achieve enhanced electromagnetic compatibility ⁇ friendliness of energy supply.
  • the medium-frequency transformers may each have at least two primary windings, wherein in each case a primary winding of a medium-frequency transformer is connected in parallel to each of a single one of the primary windings of each other medium-frequency transformer and connected to a medium-frequency inverter.
  • each of the primary circuits configured in this way is preferably connected to a single medium-frequency inverter.
  • a decoupling reactor can be connected to each of the secondary windings of the medium-frequency transformer unit.
  • the Entkopplungsdros ⁇ sel is an electrical or electronic component with predominantly inductive mode of action, which is prepared to attenuate secondary side power flows between the individual secondary-side voltage outputs or bring to compensate. Especially easy it is to the negative developments unwanted secondary-side voltage fluctuations ⁇ limit.
  • a rectifier is connected to each of the secondary windings of the medium-frequency transformer unit.
  • a plurality of rectifiers are connected to the secondary windings, in particular such that each rectifier is connected to a single one of the secondary windings.
  • a rectifier is connected to a parallel circuit of a plurality of secondary windings.
  • an alternating voltage varying in its frequency as is commonly provided, for example, by the traction inverters, can be equalized in a particularly simple manner. ⁇ advantageous enough, the energy supply of electricity consumers thus remains unaffected by the current frequency of
  • the rectifier may be a regulated half-bridge rectifier.
  • the design as a regulated semiconductor switches based rectifier.
  • a supply of the voltage outputs at the jeweili ⁇ gen operational optimum point of the load situation as an independently controllable power transmission can be achieved to the voltage outputs, in particular a power transmission.
  • the possibility of energy recovery of individual voltage outputs to the primary side of the medium-frequency transformer or to one and / or more voltage outputs of the vehicle electrical unit can be achieved in an advantageous manner, for example during braking ei ⁇ nes fan for stabilizing the electrical system and / or for feeding into a traction intermediate circuit .
  • several of the secondary windings of the medium-frequency transformer unit are each connected to a separate consumer intermediate circuit.
  • a consumer link can be an intermediate circle, which is arranged between other electrical and / or electronic components of the vehicle electrical system. In a simple way, so galvanic isolation of several consumers intermediate circuits, so multiple voltage outputs ⁇ the on-board unit can be achieved.
  • a combination of rectifier and inverter is arranged between at least one of the secondary windings and the voltage output associated therewith.
  • a consumer intermediate circuit may be arranged Zvi ⁇ rule the rectifier and the inverter.
  • a combination, that is to say in particular a series connection, of a rectifier and an inverter is arranged on each of the secondary windings.
  • the inverter which may be in particular a pulse-controlled inverter, is prepared for feeding a power consumer.
  • a structural arrangement may be such that a roller ⁇ selrichter is arranged for supplying a single current consumer, and is thus connected to a single power consumers.
  • An inverter may also be prepared to power a consumer group.
  • a Stromverbrau ⁇ cherou can be a lot of electricity consumers that provide at least similar demands on their energy supply.
  • a current consumer group can also be an amount of electricity consumers which are arranged in a structural proximity to each other within a particular construction phase ei ⁇ nes rail vehicle. So can be achieved in a particularly simple manner an advantageous adapted power supply different types of power consumers.
  • a matrix converter and / or a modular direct converter is / are arranged between at least one of the secondary windings and the voltage output associated therewith.
  • the matrix converter may be an electronic actuator which is prepared to generate an AC voltage of a different amplitude and frequency from an AC voltage of given amplitude and given frequency. Also, the phase number of the output voltage can be changed. In a simple way, a particularly demand-adapted on-board power supply can thus be achieved.
  • the modular direct converter can also be used to generate an AC voltage with a different amplitude and frequency from an AC voltage with a given amplitude and given frequency. Also, the phase number of the output voltage can be changed.
  • a switching means which is arranged between at least one of the primary windings of the primary side and the voltage input.
  • the switching means is for separating and / or connecting the primary winding of or with the primary side of the middle frequency transformer unitlitis ⁇ riding.
  • Sun can be achieved in an advantageous manner that an unwanted ground and / or short circuit impact free at one of the primary windings remains on the secondary side of the board ⁇ network entity.
  • a defective phase for example a
  • Tratechnischsstromrichters be separated from the medium-frequency transformer unit.
  • This switching means can be carried out both bipolar and unipolar.
  • further comprising at least one switching means, the interim ⁇ rule at least one of the secondary windings of the secondary side, and the voltage output is arranged.
  • the switching means is for separating and / or connecting the secondary winding of or prepared with the secondary side of the medium frequency transformer unit.
  • the switching means can be arranged so that each of the voltage outputs can be separated individually from the secondary side of the medium-frequency transformer unit.
  • the onboard power supply unit is a firmly connected component of a slide ⁇ nenhuss, in particular such that the rail vehicle comprises the vehicle electrical system unit.
  • the on-board unit can be expediently a component of a rail vehicle drive.
  • the invention is directed to a method for supplying power to an electrical system of an electrically powered railway vehicle with energy, is introduced in the energy in a voltage input and dissipated at a plurality of voltage outputs, the voltage ⁇ outputs are electrically isolated by a separation unit from the voltage input ,
  • An advantageous method for supplying power consumers in a vehicle electrical system of an electrically powered rail vehicle may be achieved when a connected to the voltage input means frequency inverter generates a co- telfrequenz AC voltage, supplied to it to a medium-frequency transformer unit of the separation unit, transformed to Meh ⁇ reren secondary windings of the medium-frequency transformer unit and the transformed Medium frequency AC voltage is passed to the voltage outputs.
  • the description of advantageous embodiments of the invention given hitherto contains numerous features which are reproduced in some detail in the individual subclaims. However, these features may be are advantageously also be considered individually and summarized into meaningful wide ⁇ ren combinations. In particular, these features can be combined individually and in any suitable combination with the method according to the invention and the device according to the invention in accordance with the independent claims.
  • FIG. 2 shows the on-board unit from FIG. 1 with a medium-frequency transformer having a primary winding and two galvanically isolated voltage outputs
  • FIG 3 shows a further board power unit with several primary windings and voltage ⁇ filter units
  • FIG 4 is a further board network unit having a plurality of primary windings ⁇ or medium frequency transformers in parallel
  • 5 shows a more-board power supply unit with a plurality of means ⁇ -frequency transformer with two primary windings
  • FIG. 6 shows a further board network unit with a plurality of means ⁇ -frequency transformer with the secondary side lelsctreu,
  • the rail vehicle 2 comprises a main energy supply device 8, which is equipped with a current collector 10, a main transformer 12 and two input rectifiers 14 designed as rectifiers.
  • the main transformer 12 is designed in particular for the conversion of alternating voltage with a frequency in the range of 16 2/3 Hz and an amplitude of 15 kV in AC voltage with a frequency in the range of 16 2/3 Hz and an amplitude of 1 kV to 3 kV ⁇ equips.
  • the input power converters 14 of the main power supply device 8 feed a traction intermediate circuit 16.
  • Traction intermediate circuit 16 is in particular a DC ⁇ circle, which is prepared for carrying a DC voltage in the range of 1 kV to 3 kV.
  • At traction intermediate circuit 16 a plurality of medium frequency inverters 18 are arranged.
  • Several of the medium frequency inverters 18 are arranged in the form of traction pulse inverters which are each connected to a drive motor 20.
  • the medium frequency Inverter 18 are designed in particular as a half-bridge circuit or as a parallel connection of a plurality of alternately clocking half-bridge circuits.
  • the medium-frequency inverters can also be embodied as three-phase pulse inverters or n-phase inverters.
  • the drive motors 20 are in particular continuously re ⁇ gelable asynchronous machines, which are prepared for the operation under AC voltages up to 2 kV with a frequency of up to 200 Hz.
  • the rail vehicle 2 includes a vehicle assembly unit 22 having a separation unit 24, a middle frequency phase 26 of one of the medium frequency inverters 18 and multiple voltage outputs 28.
  • the on-board unit 22 is arranged in the driven carriage 4, which does not necessarily have to be the case in general.
  • the board ⁇ network unit 22 does not necessarily have only one Mittelfre ⁇ quenzphase 26 and not necessarily comprise only one of the means ⁇ frequency inverter 18th
  • the power consumers 30 are arranged in at least one of the non-driven carriages 6 of the rail vehicle 2. Generally, the
  • Power consumers 30 may additionally be arranged in at least one of the driven carriages 4 of the rail vehicle 2.
  • the power consumers 30 are electrical consumers, such as an air conditioner, a heater, a Pum ⁇ PE, a compressed air generator, etc.
  • the power consumers 30 are in particular AC consumers, especially those consumers who are prepared to receive three-phase alternating current.
  • the main energy supply unit 8 of the rail vehicle 2 supplies inter alia the drive motors 20 of the drive ⁇ nen carriage 4 with operating energy.
  • the operating energy is tapped with the pantograph 10 usually in the form of an AC voltage on a catenary and to the main Transformer 12 passed.
  • the transposed by the main transformer 12 AC voltage is applied to the
  • Input converter 14 directed, directed by this in a DC voltage and fed into the traction intermediate circuit 16.
  • the voltage applied to the traction intermediate circuit 16 DC voltage is directed by the medium frequency inverters 18 in the form of traction pulse inverters such that it is suitable for operating the drive motors 20.
  • the control of the drive motors 20 with operating energy by the medium-frequency inverter 18 is steplessly with AC voltages with amplitudes of up to 3 kV and fundamental frequencies of up to 200 Hz.
  • the on-board unit 22 applies the indirectly for operating the Stromver ⁇ consumers 30 necessary operating power 2. from the main power supply means 8 of the rail vehicle A voltage input of the onboard power supply unit 22 is supplied by the traction intermediate circuit 16, but generally also a plurality of voltage inputs can be present.
  • the medium-frequency inverter 18, which is part of the on-board unit 22, directs the DC voltage of the traction intermediate circuit 16 in egg ⁇ ne AC voltage and passes them via the middle frequency phase 26 to the separation unit 24 on.
  • the separation unit 24 separates the voltage input of the vehicle electrical system unit 22 of the voltage outputs 28 of the onboard power supply unit 22.
  • the power consumers 30 are supplied via the voltage outputs 28 with Be ⁇ drive energy and galvanically separated by the separation unit 24, both the voltage input of the onboard power supply unit 22 as well as from each other.
  • the on-board unit 22 is designated by the reference numeral 22a in FIG.
  • the on-board unit 22 comprises among other things a means ⁇ frequency inverter 18a, which may alternatively also fed from a source other than the traction intermediate circuit, a separation unit 24a, a plurality of voltage outputs 28a and a voltage input terminal 32a.
  • the separation unit 24a has a medium-frequency transformer unit 34a with a primary side 36a, a secondary side 38a and a transformer core 40a.
  • a primary is arranged 42a märwicklung to which in turn a Mittelfre ⁇ quenzphase 26a of the medium-frequency inverter 18a is connected elekt ⁇ driven.
  • Rectifier 46a can be designed as controlled based on semi ⁇ conductor switches rectifier particular. Connected in series with each of the two rectifiers 46a is an inverter 48a in each case, to each of the inverters 48a a number of voltage outputs 28a of the on-board unit 22a are connected. In the embodiment shown here, the voltage outputs are three-phase 28a, which are conceivable in the General also n-phaseistsaus ⁇ gears, n is an element of the set of N natuer ⁇ union numbers. Between each one of the rectifier 46a and one of the inverters 48a, a load intermediate circuit 50a is arranged. The load intermediate circuits 50a are thus prepared for carrying direct current.
  • the feeding of the on-board power unit 22a with operating energy takes place at the voltage input 32a, in particular starting from an nem traction intermediate circuit 16 (see FIG 1) of the rail driving ⁇ zeugs 2.
  • the medium-frequency inverter 18a converts the voltage present at voltage input 32 a DC voltage into an AC voltage and feeds this into the primary winding 42a of the medium-frequency transformer unit 34a.
  • the medium-frequency transformer unit 34a provides a galvanic separation between the primary African ⁇ -side voltage input 32a and secondary-side voltage outputs 28a of the onboard power supply unit 22a forth. Further, the medium-frequency transformer unit 34a uses a primary side lying at ⁇ alternating voltage having a given amplitude and frequency into an alternating voltage of the same frequency, and - not necessarily - of different amplitude to.
  • the supply of the voltage outputs 28a takes place indirectly from the alternating voltage applied to the secondary windings 44a, via which they are interposed in series
  • Rectifier 46a and inverter 48a are fed from a plurality of consumer intermediate circuits 50a.
  • the arrangement shown of several secondary windings 44a establishes a galvanic isolation of the voltage outputs 28a, which ensures in the case of an unwanted earth and / or short circuit at one of the voltage outputs 28a ei ⁇ ne feedback freedom to the other voltage outputs 28a.
  • FIG. 22b Another embodiment of a vehicle electrical unit 22b is shown in FIG.
  • the descriptions of subsequent embodiments are limited in general Wesentli ⁇ chen to the differences from the embodiment of FIG 2, the remain the same features and func ⁇ nen is referenced.
  • Substantially identical components are in principle numbered with the same reference numerals and features not mentioned are described in the following explanations. example, without being described again.
  • the on-board unit 22b in FIG. 3 comprises, inter alia, two medium-frequency inverters 18, a separation unit 24b, a plurality of voltage outputs 28b, 28c and two voltage inputs 32b.
  • the number of voltage inputs 32b and the middle frequency inverter 18b need not be limited to only two, of course.
  • the separation unit 24b has a Mittelfrequenztransformator ⁇ unit 34b with a primary side 36b and a secondary side 38b and a transformer core 40b.
  • the middle frequency phases 26b are each equipped with a switching means 52 which is prepared for connecting and / or disconnecting the respective medium frequency inverter 18b from the respective primary winding 42b.
  • the arrangement of the switching means 52 results in four operation-relevant switching states:
  • Switching means 52 and the upper switching means 52 closed ⁇ sen, such that both medium-frequency inverters 18b are connected to the primary side 36b of the medium-frequency transformer unit 34b, for their common feed with primary energy.
  • Switching means 52 and the upper switching means 52 are opened such that both middle frequency inverters 18b are separated from the primary side 36b of the middle frequency transformer unit 34b.
  • the secondary-side power consumers 30 can exchange energy with one another independently of the primary side 36b. This can e.g. in the case of external supply via one of the rectifiers 46b.
  • the arrangement of the switching means 52 results in particular advantages in the case of a defect of one of the medium-frequency inverter 18b. Ie negative effects of unwanted soil and / or short-circuit in one of the Mittelfre ⁇ quenz Pizzarichter 18b on the function of the medium-frequency transformer unit 34b can be advantageously limited.
  • Rectifier 46b each equipped with a switching means 54 ⁇ .
  • the switching means 54 is prepared for connecting and / or disconnecting the rectifier 46b and an AC inverter 62 from the respective secondary windings 44b and 45, respectively.
  • the switching means 54 are usually in the closed position, so that all the voltage outputs 28b, 28c are connected to the medium-frequency transformer unit 34b.
  • the switching means 54 in the on-board unit 22b can in the case of ei ⁇ nes unwanted defect on one of the secondary side the Switching means 54 downstream electrical and / or electronic components and / or power consumers 30 a feedback on the secondary side 38b, ie on the entire medium-frequency transformer unit 34b, can be achieved.
  • an LC filter unit 56 with an inductance unit 58 and a capacitor unit 60 is arranged on the secondary side in series connection to the respective inverters 48b.
  • the LC filter units 56 are prepared to filter the output voltages of the respective inverters 48b and the AC inverter 62, respectively.
  • the voltage quality, especially the power smoothness, the on-board power supply can advantageously be regulated in particular ⁇ DERS easily.
  • Actuator symbol shown which is to be understood as a placeholder for insbe ⁇ special either a matrix converter or a modular direct converter.
  • the generic AC inverter 62 is prepared to convert single-phase AC, as shown, to three-phase AC, generally also to N-phase AC.
  • the generic Kirstromumrichter 62 is also prepared to change the amplitude, the frequency and if necessary - in the embodiment in Figure 3, but not shown - and the number of phases of the output voltage.
  • the generic AC inverter 62 in the On-board unit 22 b a particularly variable and space-economical energy supply of the power consumers 30 via the voltage outputs 28 d can be achieved.
  • Another embodiment of a vehicle electrical unit 22c is shown in FIG.
  • the on-board unit 22c comprises 32c un ⁇ ter alia, a medium-frequency inverter 18c, a separation unit 24c, a plurality of voltage outputs 28d and a voltage input.
  • the separation unit 24c has a multipart transformer core 40c.
  • the transformer core is a multi-part 40c being ⁇ leads, so that a plurality of parts which are in themselves prepared for radio ⁇ tion as a transformer core, the transformer core 40c of the medium-frequency transformer unit 34c bil ⁇ .
  • the complete secondary-side decoupling of the individual voltage outputs 28f increased electromagnetic compatibility of Bordnetzein ⁇ unit 22c can be achieved.
  • the medium-frequency transformer unit in this connexion to ⁇ be composed of several units or means frequency transformers 35a-c or assembled as understood.
  • On the primary side 36c of the middle frequency transformer unit 34c a plurality of primary windings 42c are arranged.
  • the primary windings 42 c are arranged in a parallel ⁇ circuit and prepared for feeding by the medium-frequency inverter 18 c and connected to this electrically conductive.
  • the on-board unit 22c may have more than one medium-frequency inverter 18c for feeding the parallel-connected primary windings 42c.
  • the remaining components and features of the on-board unit 22c which are not fundamentally ⁇ addition of those of the previous embodiments
  • the separation unit 24d has a Mittelfrequenztransformator ⁇ unit 34d with three medium-frequency transformers 35d-f.
  • Each of the three medium-frequency transformers 35d-f is on the primary side each equipped with two primary windings 42d and on the secondary side, each with a secondary winding 44d.
  • Each of the primary windings 42d of each of the medium frequency transformers 35d-f is connected in parallel with each one of the primary windings 42d of each other medium frequency transformer 35d-f and connected to one of the center frequency inverters 18d.
  • a high primary-side redundancy of the supply of the medium-frequency transformers 35d-f can be achieved in a particularly simple manner.
  • FIG 6 another embodiment of a vehicle electrical system ⁇ unit 22e is shown.
  • the on-board unit 22e has inter alia two medium-frequency inverters 18e, a separation unit 24e, a plurality of voltage outputs 28f and two voltage inputs 32e.
  • the separation unit 24e has a medium frequency transformer unit 34e with two medium frequency transformers 35g and 35h on.
  • Each of the two medium-frequency transformers and 35g 35f 42e is on the primary side and the secondary side 44e, each having two secondary windings being ⁇ equipped with a respective primary winding.
  • Each of the secondary windings 44e of each of the medium-frequency transformers 35g and 35h is connected in parallel with each one of the secondary windings 44e of the other medium-frequency transformer 35g or 35h and connected to a single one of the rectifiers 46e.
  • a high degree of redundancy of the feed of the rectifier 46e and thus of the current consumer 30 can be achieved in a particularly simple manner.
  • Another embodiment of a vehicle electrical unit 22f is shown in FIG.
  • the on-board unit 22f is designed in Tei ⁇ len according to the embodiment of FIG 2 and has as an extension secondary-side decoupling chokes 64.
  • the decoupling inductors 64 are ⁇ arranged in series with the secondary windings 44f of the medium-frequency transformer unit 34f on. In each case one of the decoupling chokes 64 is arranged at each one of the alternating current phases of the rectifier 46f.
  • FIG. 8 another embodiment of a vehicle electrical system ⁇ 22g is shown.
  • the on-board unit 22g has a three-phase design 66 of the medium-frequency phase 26g or the medium-frequency inverter 18g, the separation unit 24g or the medium-frequency transformer unit 34g and the Consumer intermediate circuits 50g.
  • the on-board unit 22g has a three-phase design 66 of the medium-frequency phase 26g or the medium-frequency inverter 18g, the separation unit 24g or the medium-frequency transformer unit 34g and the Consumer intermediate circuits 50g.
  • the on-board unit 22g has a three-phase design 66 of the medium-frequency phase 26g or the medium-frequency inverter 18g, the separation unit 24g or the medium-frequency transformer unit 34g and the Consumer intermediate circuits 50g.
  • only a subset of said electrical or electronic elements of the on-board unit 22g is designed in three phases, wherein other elements of the on-board unit 22h can be designed in one, two or n phases.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Bordnetzeinheit (22) zum Versorgen von Stromverbrauchern (30) an einem Bordnetz eines elektrisch angetriebenen Schienenfahrzeugs (2) mit Energie, mit einem Spannungseingang (32) und mehreren Spannungsausgängen (28), die durch eine Trenneinheit (24) jeweils vom Spannungseingang (32) galvanisch getrennt sind. Um eine vorteilhafte Bordnetzeinheit für Stromverbraucher eines Schienenfahrzeugs anzugeben wird vorgeschlagen, dass zwischen dem Spannungseingang (32) und den Spannungsausgängen (28) ein Mittelfrequenzwechselrichter (18) angeordnet ist und die Trenneinheit (24) einer Mittelfrequenztransformatoreinheit (34) mit einer an den Mittelfrequenzwechselrichter (18) angeschlossenen Primärseite (36) und einer Sekundärseite (38) mit mehreren Sekundärwicklungen (44) aufweist und jede der Sekundärwicklungen (44) mit einem der Spannungsausgänge (28) verbunden ist.

Description

Bordnetzeinheit für ein Schienenfahrzeug
Die Erfindung betrifft eine Bordnetzeinheit zum Versorgen von Stromverbrauchern an einem Bordnetz eines elektrisch ange- triebenen Schienenfahrzeugs mit Energie, mit einem Spannungs¬ eingang und mehreren Spannungsausgängen, die durch eine
Trenneinheit jeweils vom Spannungseingang galvanisch getrennt sind . Schienenfahrzeuge sind aus technischen Gründen und aus Grün¬ den des Fahrgastkomforts mit einer Vielzahl von Wechselstromverbrauchern, beispielsweise Klimatisierungsanlagen - die oftmals die größten Verbraucher sind -, Heizungseinrichtungen etc., ausgestattet. Die Energieversorgung dieser Wechsel- stromverbraucher erfolgt aus einem sogenannten Bordnetz. Das Bordnetz wird dabei mittelbar - und üblicherweise über eine galvanische Trennung hinweg - von der Hauptenergieversorgungseinrichtung des Schienenfahrzeugs gespeist. Die in das Bordnetz eingespeiste Energie muss gewissen Anfor¬ derungen genügen. Dies gilt insbesondere hinsichtlich der Randbedingungen der elektromagnetischen Verträglichkeit und der Spannungsqualität. Außerdem besteht die Anforderung, die Bordnetzenergieversorgung möglichst energiesparend, kosten- günstig und unter Aufwendung von möglichst wenig Masse be¬ reitzustellen.
Zur Lösung dieses Problems sind Bordnetzeinheiten als Energieversorgungseinrichtungen bekannt, die Energie von der Hauptenergieversorgungseinrichtung des Schienenfahrzeugs ableiten, wandeln bzw. aufbereiten und in das Bordnetz einspeisen. Um die Hauptenergieversorgungseinrichtung von einem möglichen Defekt im Bordnetz abzuschirmen, umfassen übliche Bordnetzeinheiten eine Potentialtrennung, beispielsweise in Form eines Transformators.
Im Speziellen wird die Energie für das Bordnetz vom
Traktionszwischenkreis des Schienenfahrzeugs oder über eine sog. Anzapfung mit einer Hilfsbetriebewicklung am Haupttransformator entnommen. Dabei können mehrere Drehstromkreise des Bordnetzes über mehrere Wechselrichter mit einem einzigen Verbraucherzwischenkreis verbunden sein.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine vorteil¬ hafte Bordnetzeinheit für Stromverbraucher eines Schienenfahrzeugs anzugeben. Diese Aufgabe wird durch eine Bordnetzeinheit der eingangs genannten Art gelöst, bei der erfindungsgemäß zwischen dem Spannungseingang und den Spannungsausgängen ein Mittelfrequenzwechselrichter angeordnet ist und die Trenneinheit eine Mittelfrequenztransformatoreinheit mit einer an den Mittel- frequenzwechselrichter angeschlossenen Primärseite und einer Sekundärseite mit mehreren Sekundärwicklungen aufweist und jede der Sekundärwicklungen mit einem der Spannungsausgänge verbunden ist. Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass eine besonders vorteilhafte Energieversorgung des Bordnetzes über eine Bordnetzeinheit, die zum Betrieb unter mittelfrequenter Span¬ nung vorbereitet ist und eine Trenneinheit zur galvanischen Trennung mehrerer Spannungsausgänge aufweist, erfolgen kann.
Eine mittelfrequente Spannung kann in diesem Zusammenhang eine Wechselspannung zwischen 500 Hz und 100 kHz sein, insbesondere eine Wechselspannung von 2 kHz bis 20, insbesondere bis 50 kHz. Zum Betrieb unter mittelfrequenter Spannung weist die Bordnetzeinheit einem Mittelfrequenzwechselrichter und eine Trenneinheit mit einer Mittelfrequenztransformatoreinheit auf, wobei beide Einheiten baulich zum Betrieb unter mittelfrequenter Wechselspannung vorbereitet sind. Im Vergleich zu Bordnetzeinheiten, die zum Betrieb unter niederfrequenter Wechselspannung, insbesondere unter einer Wechselspannung von bis zu wenigen Hundert Hertz, vorbereitet sind, lässt sich durch die mittelfrequente Architektur der Bordnetzeinheit unter anderem eine vorteilhafte Einsparung an Masse erzielen. Die Einsparung an Masse kann insbesondere da¬ durch erzielt werden, dass die Mittelfrequenztransformatoreinheit der Trenneinheit ein vergleichsweise niedriges Masse- Leistungs-Verhältnis aufweist, insbesondere im Vergleich zu üblichen Transformatoren, die beispielsweise unter 50 Hz Wechselspannungen betrieben werden.
Die Bordnetzeinheit weist eine Trenneinheit mit einer Mittel- frequenztransformatoreinheit zur galvanischen Trennung der
Spannungsausgänge auf. Die Trenneinheit ist zur galvanischen Trennung der Primärseite von der Sekundärseite und zweckmäßi¬ gerweise auch zur galvanischen Trennung der Spannungsausgänge voneinander vorbereitet. Durch die galvanische Trennung der Spannungsausgänge der Bordnetzeinheit kann eine besonders vorteilhafte Entkopplung von Stromverbrauchern, die an die Spannungsausgänge angeschlossen sind, von der Primärseite der Bordnetzeinheit erfolgen. Durch die galvanische Trennung der Spannungsausgänge der Bordnetzeinheit voneinander kann eine vorteilhafte Rückwirkungsfreiheit der Stromverbraucher, ins¬ besondere im Falle eines Defektes an einem und/oder mehreren der Stromverbraucher, erreicht werden.
Außerdem von Vorteil, können durch die galvanische Trennung der Spannungsausgänge der Bordnetzeinheit in Verbindung mit dem Mittelfrequenzwechselrichter und der Mittelfrequenztransformatoreinheit besonders hohe Anforderungen hinsichtlich der Spannungsgüte und der elektromagnetischen Verträglichkeit der Bordnetzenergieversorgung erreicht werden.
Die Bordnetzeinheit ist eine Einheit zur Energieversorgung von Stromverbrauchern, die insbesondere am Bordnetz eines Schienenfahrzeugs angeordnet sind. Das Bordnetz kann die elektrische Verkabelung und verschiedenartige Stromverbrau- eher, beispielsweise eine Klimaanlage oder eine Heizeinrich¬ tung, des Schienenfahrzeugs umfassen. Die Bordnetzeinheit ist insbesondere zur Energieversorgung von Wechselspannungsverbrauchern, insbesondere von Verbrauchern, die mit Dreiphasen-Wechselspannung betrieben werden, vorbereitet. Ein Spannungseingang der Bordnetzeinheit kann ein Anschlusselement für elektrische Leiter, insbesondere Ka¬ bel, aufweisen, die dazu vorbereitet sind der Bordnetzeinheit Betriebsenergie zuzuführen. Anschließen bedeutet im gegebenen Zusammenhang, eine zumindest mittelbare Verbindung, die ins¬ besondere leitfähig sein kann, herzustellen. Die Verben ver- binden und anschließen bzw. verbunden und angeschlossen können im gegebenen Zusammenhang synonym benutzt werden. Ein Spannungsausgang der Bordnetzeinheit kann ein Anschlussele¬ ment für elektrische Leiter, insbesondere Kabel, aufweisen, die dazu vorbereitet sind, Betriebsenergie von der Bordnetz- einheit in das Bordnetz einzuleiten. Ein Spannungsausgang kann insbesondere ein drehzahlvariabler Drehspannungsausgang sein .
Der Mittelfrequenzwechselrichter der Bordnetzeinheit kann ein Wechselrichter sein, der dazu vorbereitet ist, eine gegebene Gleichspannung in eine Mittelfrequenz-Wechselspannung umzusetzen. Die Mittelfrequenztransformatoreinheit der Bordnetz¬ einheit kann eine Transformatoreinheit sein, die dazu vorbe¬ reitet ist, unter mittelfrequenten Wechselspannungen betrie- ben zu werden. Die Mittelfrequenztransformatoreinheit unter¬ scheidet sich baulich von einer üblichen Transformatoreinheit, die beispielsweise zum Betrieb unter 50 Hz Wechselspan¬ nung vorbereitet ist, durch einen vorteilhafterweise masseär¬ meren Transformatorkern bzw. masseärmere Transformatorkern- teile bei vergleichbarer übertragbarer Leistung. Die Mittelfrequenztransformatoreinheit verfügt vorteilhafterweise über ein verringertes Masse-Leistungs-Verhältnis im Vergleich zu üblichen Transformatoren, insbesondere im Vergleich zu Haupttransformatoren von Schienenfahrzeugen, die beispielsweise unter 16 2/3 Hz betrieben werden.
Jeder der Spannungsausgänge der Bordnetzeinheit ist mit einer Sekundärwicklung verbunden. Besonders vorteilhaft ist jede der Sekundärwicklungen der Bordnetzeinheit mit einem einzigen der Spannungsausgänge verbunden. Vorteilhafterweise kann so auf eine übliche Ausstattung der Spannungsausgänge, insbeson¬ dere der vorgeschalteten elektrischen und/oder elektronischen Bauelemente, mit Gleichstromdrosseln verzichtet werden, was sich kosten- und massereduzierend auswirkt.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Mittelfrequenzwechselrichter der Bordnetzeinheit ein
Traktionswechselrichter. Der Traktionswechselrichter kann ein Wechselrichter sein, der zur Energieversorgung zumindest eines Antriebsmotors eines Schienenfahrzeugs vorbereitet ist. Der Traktionswechselrichter kann einen Vierquadrantensteller, einen Zwischenkreis und einen Pulswechselrichter umfassen, zur Versorgung von einem in seiner Drehzahl stufenlos steuerbaren Antriebsmotor.
Eine bauliche Anordnung kann so vorgenommen sein, dass eine Traktionsphase des Traktionswechselrichters an eine Primär- wicklung der Mittelfrequenztransformatoreinheit angeschlossen ist. So kann auf besonders einfache Weise eine kostengünstige Bordnetzeinheit realisiert werden, da in vorteilhafter Weise üblicherweise am Bordnetz vorhandene Komponenten eines Schie¬ nenfahrzeugantriebs, in die Bordnetzeinheit integriert werden können.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausbildung der Erfindung ist die Mittelfrequenztransformatoreinheit an zumindest zwei Mit¬ telfrequenzwechselrichtern angeschlossen. Die Mittelfrequenz- Wechselrichter sind vorzugsweise an der Primärseite der Mit¬ telfrequenztransformatoreinheit angeschlossen. So kann beson¬ ders vorteilhaft erreicht werden, dass die Bordnetzeinheit auch bei einem Ausfall eines der Mittelfrequenzwechselrichter weiterhin mit Spannung versorgt werden kann.
In einer vorteilhaften Ausführungsform weist die Mittelfrequenztransformatoreinheit zumindest zwei Primärwicklungen auf, die jeweils mit einem Mittelfrequenzwechselrichter ver- bunden sind. Anstelle eines oder mehrerer Mittelfrequenzwechselrichter kann ein bzw. mehrere Traktionswechselrichter an die Primärwicklung bzw. die Primärwicklungen angeschlossen sein. An jeder der Primärwicklungen können mehr als ein Mit- telfrequenzwechselrichter angeschlossen sein. So kann in besonders vorteilhafter Art und Weise erreicht werden, dass die Bordnetzeinheit auch bei Ausfall einer der Primärwicklungen weiterhin mit Spannung versorgt werden kann. Zweckmäßigerweise kann die Mittelfrequenztransformatoreinheit mehrere primärseitig parallel geschaltete Mittelfrequenz¬ transformatoren aufweisen, die mit einem Mittelfrequenzwechselrichter verbunden sind. Auf einfache Weise kann so eine vollständige sekundärseitige Entkopplung der Spannungsausgän- ge erfolgen, um eine gesteigerte elektromagnetische Verträg¬ lichkeit der Energieversorgung zu erreichen.
Vorteilhafterweise können die Mittelfrequenztransformatoren jeweils zumindest zwei Primärwicklungen aufweisen, wobei je- weils eine Primärwicklung eines Mittelfrequenztransformators mit jeweils einer einzigen der Primärwicklungen eines jeden anderen Mittelfrequenztransformators parallel geschaltet und mit einem Mittelfrequenzwechselrichter verbunden ist. Dabei ist jede der derart primärseitig eingerichteten Parallel- Schaltungen vorzugweise mit einem einzigen Mittelfrequenzwechselrichter verbunden. Dadurch kann in einfacher Weise eine erhöhte Redundanz der Energieversorgung erzielt werden.
In einer vorteilhaften Ausführungsform kann an jeder der Se- kundärwicklungen der Mittelfrequenztransformatoreinheit eine Entkopplungsdrossel angeschlossen sein. Die Entkopplungsdros¬ sel ist ein elektrisches bzw. elektronisches Bauelement mit vornehmlich induktiver Wirkweise, das dazu vorbereitet ist, sekundärseitige Leistungsflüsse zwischen den einzelnen sekun- därseitigen Spannungsausgängen zu bedämpfen bzw. zum Ausgleich zu bringen. Besonders einfach lassen sich so mögliche negative Auswirkungen ungewolltes sekundärseitiger Spannungs¬ schwankungen beschränken. In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist an jeder der Sekundärwicklungen der Mittelfrequenztransformatoreinheit ein Gleichrichter angeschlossen. Zweckmäßigerweise sind mehrere Gleichrichter an die Sekundärwicklungen ange- schlössen, insbesondere derart, dass jeder Gleichrichter an einer einzigen der Sekundärwicklungen angeschlossen ist. Alternativ ist es auch möglich, dass ein Gleichrichter an eine Parallelschaltung von mehreren Sekundärwicklungen angeschlossen ist. Vorteilhafterweise kann so eine in ihrer Frequenz variierende Wechselspannung, wie sie beispielweise von den Traktionswechselrichtern üblicherweise bereitgestellt wird, in besonders einfacher Weise egalisiert werden. Vorteilhaft¬ erweise bleibt die Energieversorgung der Stromverbraucher damit unbeeinflusst von der momentanen Frequenz der
Traktionswechselrichterausgangspannung .
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausbildung der Erfindung kann der Gleichrichter ein geregelter Halbbrückengleichrichter sein. Ebenfalls möglich ist die Ausführung als ein geregelter auf Halbleiterschaltern basierender Gleichrichter. In vorteilhafter Weise - insbesondere im Vergleich zu üblicherweise eingesetzten Diodengleichrichtbrücken - kann so eine unabhängig steuerbare Leistungsübertragung zu den Spannungsausgängen erreicht werden, insbesondere eine Leistungsübertragung die eine Versorgung der Spannungsausgänge am jeweili¬ gen betriebsoptimalen Punkt der Lastsituation erzielt. Außerdem kann so in vorteilhafter Weise die Möglichkeit einer Energierückspeisung von einzelnen Spannungsausgängen zur Primärseite des Mittelfrequenztransformators oder zu einem und/oder mehreren Spannungsausgängen der Bordnetzeinheit erreicht werden, beispielsweise während eines Bremsvorgangs ei¬ nes Lüfters zur Stabilisierung des Bordnetzes und/oder zur Einspeisung in einen Traktionszwischenkreis. In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante sind mehrere der Sekundärwicklungen der Mittelfrequenztransformatoreinheit mit jeweils einem eigenen Verbraucherzwischenkreis verbunden. Ein Verbraucherzwischenkreis kann ein Zwischen- kreis sein, der zwischen weiteren elektrischen und/oder elektronischen Bauelementen der Bordnetzeinheit angeordnet ist. In einfacher Weise kann so eine galvanische Trennung mehrerer Verbraucherzwischenkreise, also mehrerer Spannungs¬ ausgänge der Bordnetzeinheit, erreicht werden. Durch die gal¬ vanische Trennung kann insbesondere eine vorteilhafte elekt¬ rische Entkopplung und Rückwirkungsfreiheit im Falle unge¬ wollter Erd- und/oder Kurzschlüsse an einem und/oder an mehreren der Spannungsausgänge hergestellt werden. Außerdem kön¬ nen durch die eigenen Verbraucherzwischenkreise die jeweili¬ gen Zwischenkreisspannungen der Verbraucherzwischenkreise unabhängig voneinander im betriebsoptimalen Nennspannungsbereich geregelt werden.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist zwischen zumindest einer der Sekundärwicklungen und dem dieser zugeordneten Spannungsausgang eine Kombination aus Gleichrichter und Wechselrichter angeordnet. Ein Verbraucherzwischenkreis kann zwi¬ schen dem Gleichrichter und dem Wechselrichter angeordnet sein. Zweckmäßigerweise ist an jeder der Sekundärwicklungen eine Kombination, also insbesondere eine Reihenschaltung, aus einem Gleichrichter und einem Wechselrichter angeordnet. Der Wechselrichter, der insbesondere ein Pulswechselrichter sein kann, ist zur Speisung eines Stromverbrauchers vorbereitet.
Eine bauliche Anordnung kann dergestalt sein, dass ein Wech¬ selrichter zur Speisung eines einzigen Stromverbrauchers angeordnet ist, also mit einem einzigen Stromverbraucher verbunden ist. Ein Wechselrichter kann auch zur Speisung einer Stromverbrauchergruppe vorbereitet sein. Eine Stromverbrau¬ chergruppe kann eine Menge von Stromverbrauchern sein, die zumindest ähnliche Anforderungen an ihre Energieversorgung stellen. Eine Stromverbrauchergruppe kann auch eine Menge von Stromverbrauchern sein, die in baulicher Nähe zueinander angeordnet sind, insbesondere innerhalb eines Bauabschnitts ei¬ nes Schienenfahrzeugs. So kann in besonders einfacher Weise eine vorteilhaft angepasste Energieversorgung verschiedenartiger Stromverbraucher erreicht werden. In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist bzw. sind zwischen zumindest einer der Sekundärwicklungen und dem dieser zugeordneten Spannungsausgang ein Matrix-Umrichter und/oder ein modularer Direkt-Umrichter angeordnet. Der Mat- rix-Umrichter kann ein elektronisches Stellglied sein, das dazu vorbereitet ist, aus einer Wechselspannung mit gegebener Amplitude und gegebener Frequenz eine Wechselspannung mit veränderter Amplitude und veränderter Frequenz zu erzeugen. Auch kann die Phasenzahl der Ausgangsspannung verändert wer- den. In einfacher Weise kann so eine besonders bedarfsange- passte Bordnetzenergieversorgung erreicht werden.
Abgesehen von zum Matrix-Umrichter unterschiedlichen elektronischen Baugruppen kann der modulare Direkt-Umrichter eben- falls dazu dienen, aus einer Wechselspannung mit gegebener Amplitude und gegebener Frequenz eine Wechselspannung mit veränderter Amplitude und veränderter Frequenz zu erzeugen. Auch kann die Phasenzahl der Ausgangsspannung verändert werden .
Vorteilhaft ist des Weiteren ein Schaltmittel, das zwischen zumindest einer der Primärwicklungen der Primärseite und dem Spannungseingang angeordnet ist. Das Schaltmittel ist zum Trennen und/oder Verbinden der Primärwicklung von bzw. mit der Primärseite der Mittelfrequenztransformatoreinheit vorbe¬ reitet. So kann in vorteilhafter Weise erreicht werden, dass ein ungewollter Erd- und/oder Kurzschluss an einer der Primärwicklungen auswirkungsfrei auf die Sekundärseite der Bord¬ netzeinheit bleibt. Zweckmäßigerweise kann durch das Schalt- mittel eine defekte Phase, beispielsweise eines
Traktionsstromrichters, von der Mittelfrequenztransformatoreinheit getrennt werden. Dieses Schaltmittel kann sowohl zweipolig als auch einpolig ausgeführt werden. Zweckmäßig ist ferner zumindest ein Schaltmittel, das zwi¬ schen zumindest einer der Sekundärwicklungen der Sekundärseite und dem Spannungsausgang angeordnet ist. Das Schaltmittel ist zum Trennen und/oder Verbinden der Sekundärwicklung von bzw. mit der Sekundärseite der Mittelfrequenztransformatoreinheit vorbereitet. Insbesondere kann das Schaltmittel so angeordnet sein, dass jeder der Spannungsausgänge einzeln von der Sekundärseite der Mittelfrequenztransformatoreinheit ge- trennt werden kann. So kann in vorteilhafter Weise erreicht werden, dass ein ungewollter Erd- und/oder Kurzschluss an einer der Sekundärwicklungen und/oder einen der Stromverbraucher auswirkungsfrei auf die Primärseite und/oder die defekt¬ freien Spannungsausgänge der Bordnetzeinheit bleibt.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Bordnetzeinheit ein fest verbundener Bestandteil eines Schie¬ nenfahrzeugs, insbesondere derart, dass das Schienenfahrzeug die Bordnetzeinheit umfasst. Die Bordnetzeinheit kann zweck- mäßigerweise ein Bestandteil eines Schienenfahrzeugantriebs sein .
Außerdem ist die Erfindung gerichtet auf ein Verfahren zum Versorgen von Stromverbrauchern an einem Bordnetz eines elektrisch angetriebenen Schienenfahrzeugs mit Energie, bei dem Energie in einen Spannungseingang eingeführt und an mehreren Spannungsausgängen abgeführt wird, wobei die Spannungs¬ ausgänge durch eine Trenneinheit jeweils vom Spannungseingang galvanisch getrennt werden.
Ein vorteilhaftes Verfahren zum Versorgen von Stromverbrauchern an einem Bordnetz eines elektrisch angetriebenen Schienenfahrzeugs kann erreicht werden, wenn ein am Spannungseingang angeschlossener Mittelfrequenzwechselrichter eine Mit- telfrequenz-Wechselspannung erzeugt, diese einer Mittelfrequenztransformatoreinheit der Trenneinheit zugeführt, an meh¬ reren Sekundärwicklungen der Mittelfrequenztransformatoreinheit transformiert und die transformierte Mittelfrequenz- Wechselspannung an die Spannungsausgänge weitergegeben wird. Die bisher gegebene Beschreibung vorteilhafter Ausgestaltungen der Erfindung enthält zahlreiche Merkmale, die in den einzelnen Unteransprüchen teilweise zu mehreren zusammenge- fasst wiedergegeben sind. Diese Merkmale können jedoch zweck- mäßigerweise auch einzeln betrachtet und zu sinnvollen weite¬ ren Kombinationen zusammenfasst werden. Insbesondere sind diese Merkmale jeweils einzeln und in beliebiger geeigneter Kombination mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der er- findungsgemäßen Vorrichtung gemäß den unabhängigen Ansprüchen kombinierbar .
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung, sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Die Ausführungsbeispiele dienen der Erläuterung der Erfindung und beschränken die Erfindung nicht auf die da- rin angegebene Kombination von Merkmalen, auch nicht in Bezug auf funktionale Merkmale. Außerdem können dazu geeignete Merkmale eines jeden Ausführungsbeispiels auch explizit iso¬ liert betrachtet, aus einem Ausführungsbeispiel entfernt, in ein anderes Ausführungsbeispiel zu dessen Ergänzung einge- bracht und/oder mit einem beliebigen der Ansprüche kombiniert werden .
Es zeigen: FIG 1 einen angetriebenen und einen nicht angetriebenen
Wagen eines Schienenfahrzeugs mit einer Bordnetz¬ einheit,
FIG 2 die Bordnetzeinheit aus FIG 1 mit einem Mittelfre- quenztransformator mit einer Primärwicklung und zwei galvanisch getrennten Spannungsausgängen,
FIG 3 eine weitere Bordnetzeinheit mit mehreren Primär¬ wicklungen und Spannungsfiltereinheiten, FIG 4 eine weitere Bordnetzeinheit mit mehreren Primär¬ wicklungen bzw. Mittelfrequenztransformatoren in Parallelschaltung, FIG 5 eine weitere Bordnetzeinheit mit mehreren Mittel¬ frequenztransformator mit jeweils zwei Primärwicklungen,
FIG 6 eine weitere Bordnetzeinheit mit mehreren Mittel¬ frequenztransformator mit sekundärseitiger lelschaltung,
FIG 7 eine weitere Bordnetzeinheit mit sekundärseitigen
Entkopplungsdrosseln und
FIG 8 eine weitere Bordnetzeinheit in dreiphasiger Aus¬ führung . FIG 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Schienenfahr¬ zeugs 2, das mindestens einen angetriebenen Wagen 4 und mindestens einen nicht angetriebene Wagen 6 umfasst. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind lediglich ein angetriebener Wagen 4 und ein nicht angetriebener Wagen 6 dargestellt. Das Schie- nenfahrzeug 2 umfasst eine Hauptenergieversorgungseinrichtung 8, die mit einem Stromabnehmer 10, einem Haupttransformator 12 und zwei als Gleichrichter ausgeführten Eingangsstromrichtern 14 ausgestattet ist. Der Haupttransformator 12 ist konstruktiv insbesondere zur Umspannung von Wechselspannung mit einer Frequenz im Bereich von 16 2/3 Hz und einer Amplitude von 15 kV in Wechselspannung mit einer Frequenz im Bereich von 16 2/3 Hz und einer Amplitude von 1 kV bis 3 kV ausge¬ stattet . Die Eingangsstromrichter 14 der Hauptenergieversorgungseinrichtung 8 speisen einen Traktionszwischenkreis 16. Der
Traktionszwischenkreis 16 ist insbesondere ein Gleichstrom¬ kreis, der zum Führen einer Gleichspannung im Bereich von 1 kV bis 3 kV vorbereitet ist. Am Traktionszwischenkreis 16 sind mehrere Mittelfrequenzwechselrichter 18 angeordnet. Mehrere der Mittelfrequenzwechselrichter 18 sind in Form von Traktionspulswechselrichtern angeordnet, die jeweils mit einem Antriebsmotor 20 verbunden sind. Die Mittelfrequenzwech- selrichter 18 sind insbesondere als Halbbrückenschaltung oder als Parallelschaltung von mehreren alternierend taktenden Halbbrückenschaltungen ausgeführt. In einer weiteren Variante können die Mittelfrequenzwechselrichter auch als dreiphasige Pulswechselrichter oder n-phasige Wechselrichter ausgeführt sein. Die Antriebsmotoren 20 sind insbesondere stufenlos re¬ gelbare Asynchronmaschinen, die zum Betrieb unter Wechselspannungen von bis zu 2 kV mit einer Frequenz von bis zu 200 Hz vorbereitet sind.
Ferner enthält das Schienenfahrzeug 2 eine Bordnetzeinheit 22 mit einer Trenneinheit 24, einer Mittelfrequenzphase 26 einem der Mittelfrequenzwechselrichter 18 und mehreren Spannungsausgängen 28. Im hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Bordnetzeinheit 22 im angetriebenen Wagen 4 angeordnet, was im Generellen nicht zwingend der Fall sein muss. Die Bord¬ netzeinheit 22 muss nicht zwingend lediglich eine Mittelfre¬ quenzphase 26 und nicht zwingend lediglich einen der Mittel¬ frequenzwechselrichter 18 umfassen.
An die Spannungsausgänge 28 der Bordnetzeinheit 22 sind meh¬ rere Stromverbraucher 30 angeschlossen. Die Stromverbraucher 30 sind in mindestens einem der nicht angetriebenen Wagen 6 des Schienenfahrzeugs 2 angeordnet. Generell können die
Stromverbraucher 30 zusätzlich auch in zumindest einem der angetriebenen Wagen 4 des Schienenfahrzeugs 2 angeordnet sein. Die Stromverbraucher 30 sind elektrische Verbraucher, wie beispielsweise eine Klimaanlage, ein Heizgerät, eine Pum¬ pe, ein Druckluftgenerator etc. Die Stromverbraucher 30 sind insbesondere Wechselstromverbraucher, im Speziellen solche Verbraucher, die zur Aufnahme von Dreiphasen-Wechselstrom vorbereitet sind.
Die Hauptenergieversorgungseinheit 8 des Schienenfahrzeugs 2 versorgt unter anderem die Antriebsmotoren 20 des angetriebe¬ nen Wagens 4 mit Betriebsenergie. Die Betriebsenergie wird mit dem Stromabnehmer 10 üblicherweise in Form einer Wechselspannung an einer Oberleitung abgegriffen und an den Haupt- transformator 12 geleitet. Die durch den Haupttransformator 12 umgespannte Wechselspannung wird an die
Eingangstromrichter 14 geleitet, durch diese in eine Gleichspannung gerichtet und in den Traktionszwischenkreis 16 ein- gespeist.
Die am Traktionszwischenkreis 16 anliegende Gleichspannung wird von den Mittelfrequenzwechselrichtern 18 in Form von Traktionspulswechselrichtern derart gerichtet, dass sie zum Betreiben der Antriebsmotoren 20 geeignet ist. Üblicherweise erfolgt die Ansteuerung der Antriebsmotoren 20 mit Betriebsenergie durch die Mittelfrequenzwechselrichter 18 stufenlos mit Wechselspannungen mit Amplituden von bis zu 3 kV und mit Grundschwingungsfrequenzen von bis zu 200 Hz.
Die Bordnetzeinheit 22 bezieht die zum Betrieb der Stromver¬ braucher 30 notwendige Betriebsenergie mittelbar von der Hauptenergieversorgungseinrichtung 8 des Schienenfahrzeugs 2. Ein Spannungseingang der Bordnetzeinheit 22 wird durch den Traktionszwischenkreis 16 gespeist, generell können aber auch mehrere Spannungseingänge vorhanden sein. Der Mittelfrequenzwechselrichter 18, der Teil der Bordnetzeinheit 22 ist, richtet die Gleichspannung des Traktionszwischenkreises 16 in ei¬ ne Wechselspannung und leitet diese über die Mittelfrequenz- phase 26 an die Trenneinheit 24 weiter. Die Trenneinheit 24 trennt den Spannungseingang der Bordnetzeinheit 22 von den Spannungsausgängen 28 der Bordnetzeinheit 22. Die Stromverbraucher 30 werden über die Spannungsausgänge 28 mit Be¬ triebsenergie versorgt und durch die Trenneinheit 24 galva- nisch getrennt, sowohl vom Spannungseingang der Bordnetzeinheit 22 als auch voneinander.
Eine detailliertere Darstellung der Bordnetzeinheit 22 ist in FIG 2 dargestellt. Die Bordnetzeinheit 22 ist in FIG 2 mit dem Bezugszeichen 22a bezeichnet. In den Figuren sind an sich gleiche Bauteile, die jedoch geringfügige Unterschiede auf¬ weisen, z.B. in Abmessung, Position und/oder Funktion, mit der gleichen Bezugsziffer und anderen Bezugsbuchstaben ge- kennzeichnet. Wird die Bezugsziffer alleine ohne einen Be¬ zugsbuchstaben erwähnt, so sind die entsprechenden Bauteile aller Ausführungsbeispiele angesprochen. Die Bordnetzeinheit 22a umfasst unter anderem einen Mittel¬ frequenzwechselrichter 18a, der alternativ auch aus einer anderen Quelle als dem Traktionszwischenkreis gespeist werden kann, eine Trenneinheit 24a, mehrere Spannungsausgänge 28a und einen Spannungseingang 32a.
Die Trenneinheit 24a weist eine Mittelfrequenztransformatoreinheit 34a mit einer Primärseite 36a, einer Sekundärseite 38a und einem Transformatorkern 40a auf. An der Primärseite 36a der Mittelfrequenztransformatoreinheit 34a ist eine Pri- märwicklung 42a angeordnet, an die wiederum eine Mittelfre¬ quenzphase 26a des Mittelfrequenzwechselrichters 18a elekt¬ risch angeschlossen ist.
An der Sekundärseite 38a der Mittelfrequenztransformatorein- heit 34a sind zwei Sekundärwicklungen 44a angeordnet. An je¬ der der Sekundärwicklungen 44a ist jeweils die Wechselspannungsphase eines Gleichrichters 46a angeschlossen. Die
Gleichrichter 46a können insbesondere als geregelte auf Halb¬ leiterschaltern basierende Gleichrichter ausgeführt sein. In Reihenschaltung zu jedem der beiden Gleichrichter 46a ist jeweils ein Wechselrichter 48a angeordnet, wobei an jeden der Wechselrichter 48a eine Anzahl von Spannungsausgängen 28a der Bordnetzeinheit 22a angeschlossen ist. Im hier gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Spannungsausgänge 28a dreiphasig ausgeführt, wobei im Generellen auch n-phasige Spannungsaus¬ gänge denkbar sind, mit n als Element der Menge N der natür¬ lichen Zahlen. Zwischen jeweils einem der Gleichrichter 46a und jeweils einem der Wechselrichter 48a ist ein Verbraucherzwischenkreis 50a angeordnet. Die Verbraucherzwischenkreise 50a sind folglich zum Führen von Gleichstrom vorbereitet.
Die Speisung der Bordnetzeinheit 22a mit Betriebsenergie er¬ folgt am Spannungseingang 32a, insbesondere ausgehend von ei- nem Traktionszwischenkreis 16 (siehe FIG 1) des Schienenfahr¬ zeugs 2. Der Mittelfrequenzwechselrichter 18a wandelt die am Spannungseingang 32a anliegende Gleichspannung in eine Wechselspannung und speist diese in die Primärwicklung 42a der Mittelfrequenztransformatoreinheit 34a ein.
Die Mittelfrequenztransformatoreinheit 34a stellt eine galva¬ nische Trennung zwischen dem primärseitig angeordneten Spannungseingang 32a und sekundärseitig angeordneten Spannungs- ausgängen 28a der Bordnetzeinheit 22a her. Ferner setzt die Mittelfrequenztransformatoreinheit 34a eine primärseitig an¬ liegende Wechselspannung mit gegebener Amplitude und Frequenz in eine Wechselspannung gleicher Frequenz und - nicht notwendigerweise - verschiedener Amplitude um.
Sekundärseitig erfolgt die Speisung der Spannungsausgänge 28a mittelbar aus der an den Sekundärwicklungen 44a anliegenden Wechselspannung, über die in Reihe zwischengeschalteten
Gleichrichter 46a und Wechselrichter 48a. Von besonderem Vor- teil, insbesondere hinsichtlich der Anforderungen an die elektromagnetischen Verträglichkeit und die Spannungsqualität der Bordnetzenergieversorgung, ist, dass die Spannungsausgänge 28a aus mehreren Verbraucherzwischenkreisen 50a gespeist werden. Außerdem etabliert die gezeigte Anordnung mehrerer Sekundärwicklungen 44a eine galvanische Trennung der Spannungsausgänge 28a, die im Falle eines ungewollten Erd- und/oder Kurzschlusses an einem der Spannungsausgänge 28a ei¬ ne Rückwirkungsfreiheit auf die weiteren Spannungsausgänge 28a sicherstellt.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Bordnetzeinheit 22b ist in FIG 3 dargestellt. Die Beschreibungen nachfolgender Ausführungsbeispiele beschränken sich generell im Wesentli¬ chen auf die Unterschiede zu dem Ausführungsbeispiel aus FIG 2, auf das bezüglich gleich bleibender Merkmale und Funktio¬ nen verwiesen wird. Im Wesentlichen gleich bleibende Bauteile sind grundsätzlich mit den gleichen Bezugszeichen beziffert und nicht erwähnte Merkmale sind in den folgenden Ausfüh- rungsbeispielen übernommen, ohne dass sie erneut beschrieben sind .
Die Bordnetzeinheit 22b in FIG 3 umfasst unter anderem zwei Mittelfrequenzwechselrichter 18, eine Trenneinheit 24b, mehrere Spannungsausgänge 28b, 28c und zwei Spannungseingänge 32b. Generell muss die Anzahl der Spannungseingänge 32b und der Mittelfrequenzwechselrichter 18b selbstverständlich nicht auf lediglich jeweils zwei beschränkt sein. Durch die primär- seitige Anordnung von mehr als einem Mittelfrequenzwechsel¬ richter 18b wird vorteilhafterweise eine gesteigerte Verfüg¬ barkeit der Energieversorgung der Stromverbraucher 30 erreicht . Die Trenneinheit 24b weist eine Mittelfrequenztransformator¬ einheit 34b mit einer Primärseite 36b und einer Sekundärseite 38b und einen Transformatorkern 40b auf.
Auf der Primärseite 36b der Mittelfrequenztransformatorein- heit 34b sind die Mittelfrequenzphasen 26b jeweils mit einem Schaltmittel 52 ausgestattet, das zum Verbinden und/oder Trennen des jeweiligen Mittelfrequenzwechselrichters 18b von der jeweiligen Primärwicklung 42b vorbereitet ist. Durch die Anordnung der Schaltmittel 52 ergeben sich vier betriebsrele- vante Schaltzustände :
In einem Schaltzustand ist das obere der Schaltmittel 52 ge¬ schlossen und das untere der Schaltmittel 52 geöffnet. Folg¬ lich ist der obere der beiden Mittelfrequenzwechselrichter 18b mit der Primärseite 36b der Mittelfrequenztransformatoreinheit 34b verbunden, zu deren Speisung mit Primärenergie.
In einem weiteren Schaltzustand ist das obere der Schaltmit¬ tel 52 geöffnet und das untere der Schaltmittel 52 geschlos- sen, so dass der untere der beiden Mittelfrequenzwechselrichter 18b mit der Primärseite 36b der Mittelfrequenztransforma¬ toreinheit 34b verbunden ist, zu deren Speisung mit Primärenergie . In einem weiteren Schaltzustand sind sowohl das untere
Schaltmittel 52 als auch das obere Schaltmittel 52 geschlos¬ sen, derart, dass beide Mittelfrequenzwechselrichter 18b mit der Primärseite 36b der Mittelfrequenztransformatoreinheit 34b verbunden sind, zu deren gemeinsamer Speisung mit Primärenergie .
In einem weiteren Schaltzustand sind sowohl das untere
Schaltmittel 52 als auch das obere Schaltmittel 52 geöffnet, derart, dass beide Mittelfrequenzwechselrichter 18b von der Primärseite 36b der Mittelfrequenztransformatoreinheit 34b getrennt sind. In diesem Betriebszustand können die sekundär- seitigen Stromverbraucher 30 unabhängig von der Primärseite 36b untereinander Energie austauschen. Dies kann z.B. bei ei- ner Fremdeinspeisung über einen der Gleichrichter 46b erfolgen .
Durch die Anordnung der Schaltmittel 52 ergeben sich insbesondere Vorteile im Falle eines Defektes einer der Mittelfre- quenzwechselrichter 18b. D.h. negative Auswirkungen eines ungewollten Erd- und/oder Kurzschlusses in einem der Mittelfre¬ quenzwechselrichter 18b auf die Funktion der Mittelfrequenztransformatoreinheit 34b können vorteilhafterweise begrenzt werden .
Auf der Sekundärseite 38b der Mittelfrequenztransformatoreinheit 34b sind die Wechselspannungsphasen der jeweiligen
Gleichrichter 46b jeweils mit einem Schaltmittel 54 ausge¬ stattet. Das Schaltmittel 54 ist zum Verbinden und/oder Tren- nen des Gleichrichters 46b und eines Wechselstromumrichter 62 von der jeweiligen Sekundärwicklung 44b bzw. 45 vorbereitet.
Während des störungsfreien Betriebes sind die Schaltmittel 54 üblicherweise in geschlossener Stellung, so dass alle Span- nungsausgänge 28b, 28c mit der Mittelfrequenztransformatoreinheit 34b verbunden sind. Durch die derartige Anordnung der Schaltmittel 54 in der Bordnetzeinheit 22b kann im Falle ei¬ nes ungewollten Defektes an einem der sekundärseitig den Schaltmitteln 54 nachgeschalteten elektrischen und/oder elektronischen Bauelemente und/oder Stromverbraucher 30 eine Rückwirkungsfreiheit auf die Sekundärseite 38b, also auf die gesamten Mittelfrequenztransformatoreinheit 34b, erreicht werden.
Sekundärseitig in Reihenschaltung zu den jeweiligen Wechselrichtern 48b ist jeweils eine LC-Filtereinheit 56 mit einer Induktivitäteneinheit 58 und einer Kondensatoreinheit 60 an- geordnet. Die LC-Filtereinheiten 56 sind dazu vorbereitet, die Ausgangspannungen der jeweiligen Wechselrichter 48b bzw. des Wechselstromumrichters 62 zu filtern. So kann auf beson¬ ders einfache Weise die Spannungsqualität, insbesondere die Spannungsglattheit , der Bordnetzenergieversorgung vorteilhaft reguliert werden. Vorteilhafterweise resultiert durch die ge¬ gebene Potenzialtrennung der Spannungsausgänge 28 ein redu¬ zierter Filteraufwand, so dass die LC-Filtereinheiten 56 dementsprechend aufwandsoptimiert ausgestattet werden können. Weiterhin auf der Sekundärseite 38b der Mittelfrequenztrans¬ formatoreinheit 34b ist der Wechselstromumrichter 62 angeord¬ net, wobei eine der Wechselstromphasen des Wechselstromumrichters 62 über eines der Schaltmittel 54 an eine Sekundär¬ wicklung 45 angeschlossen ist. Der Wechselstromumrichter 62 ist in FIG 3 aus Gründen der Einfachheit als generisches
Stellgliedsymbol dargestellt, das als Platzhalter für insbe¬ sondere entweder einen Matrix-Umrichter oder einen modularen Direkt-Umrichter zu verstehen ist. Der generische Wechselstromumrichter 62 ist dazu vorbereitet Einphasen- Wechselstrom, wie hier dargestellt, in Dreiphasen- Wechselstrom - generell auch in n-Phasen-Wechselstrom - umzuwandeln .
Der generische Wechselstromumrichter 62 ist außerdem dazu vorbereitet, die Amplitude, die Frequenz und bei Bedarf - im Ausführungsbeispiel in FIG 3 jedoch nicht dargestellt - auch die Phasenanzahl der Ausgangspannung zu verändern. Durch diese Anordnung des generischen Wechselstromumrichters 62 in der Bordnetzeinheit 22b kann eine besonders variable und bauraum- ökonomische Energieversorgung der Stromverbraucher 30 über die Spannungsausgänge 28d erreicht werden. Ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Bordnetzeinheit 22c ist in FIG 4 dargestellt. Die Bordnetzeinheit 22c umfasst un¬ ter anderem einen Mittelfrequenzwechselrichter 18c, eine Trenneinheit 24c, mehrere Spannungsausgänge 28d und einen Spannungseingang 32c.
Die Trenneinheit 24c weist einem mehrteiligen Transformatorkern 40c auf. Der Transformatorkern 40c ist mehrteilig ausge¬ führt, so dass mehrere Teile, die für sich genommen zur Funk¬ tion als Transformatorkern vorbereitet sind, den Transforma- torkern 40c der Mittelfrequenztransformatoreinheit 34c bil¬ den. Vorteilhafterweise kann durch die vollständige sekundär- seitige Entkopplung der einzelnen Spannungsausgänge 28f eine erhöhte elektromagnetische Verträglichkeit der Bordnetzein¬ heit 22c erzielt werden.
Die Mittelfrequenztransformatoreinheit 34c kann in diesem Zu¬ sammenhang als aus mehreren Einheiten bzw. Mittelfrequenztransformatoren 35a-c zusammengesetzt bzw. zusammensetzbar verstanden werden. An der Primärseite 36c der Mittelfrequenz- transformatoreinheit 34c sind mehrere Primärwicklungen 42c angeordnet. Die Primärwicklungen 42c sind in einer Parallel¬ schaltung angeordnet und zur Speisung durch den Mittelfrequenzwechselrichter 18c vorbereitet und an diesen elektrisch leitend angeschlossen.
Alternativ ist es auch möglich, dass die Bordnetzeinheit 22c mehr als einen Mittelfrequenzwechselrichter 18c zur Speisung der parallel geschalteten Primärwicklungen 42c aufweist. Zur Erläuterung der verbleibenden Bauteile und Merkmale der Bordnetzeinheit 22c, die sich im Wesentlichen nicht grund¬ sätzlich von denen der vorangegangenen Ausführungsbeispiele unterscheiden, wird aus Gründen der Vollständigkeit auf die Beschreibungen der FIGen 2 und 3 verwiesen.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Bordnetzeinheit 22d ist in FIG 5 dargestellt. Unter anderem weist die Bordnetz¬ einheit 22d zwei Mittelfrequenzwechselrichter 18d, eine
Trenneinheit 24d, mehrere Spannungsausgänge 28e und zwei Spannungseingänge 32d. Die Trenneinheit 24d weist eine Mittelfrequenztransformator¬ einheit 34d mit drei Mittelfrequenztransformatoren 35d-f auf. Jeder der drei Mittelfrequenztransformatoren 35d-f ist pri- märseitig mit jeweils zwei Primärwicklungen 42d und sekundär- seitig mit jeweils einer Sekundärwicklung 44d ausgestattet.
Jede der Primärwicklungen 42d eines jeden der Mittelfrequenztransformatoren 35d-f ist mit jeweils einer einzigen der Primärwicklungen 42d eines jeden anderen Mittelfrequenztransformators 35d-f parallel geschaltet und mit einem der Mittelfre- quenzwechselrichter 18d verbunden. Durch diese Ausführungsvariante lässt sich auf besonders einfache Weise eine hohe pri- märseitige Redundanz der Speisung der Mittelfrequenztransformatoren 35d-f erreichen. Zur Erläuterung der verbleibenden Bauteile und Merkmale der Bordnetzeinheit 22d, die sich im Wesentlichen nicht grund¬ sätzlich von denen der vorangegangenen Ausführungsbeispiele unterscheiden, wird aus Gründen der Vollständigkeit auf die Beschreibungen der vorangegangenen FIGen verwiesen.
In FIG 6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Bordnetz¬ einheit 22e dargestellt. Die Bordnetzeinheit 22e weist unter anderem zwei Mittelfrequenzwechselrichter 18e, eine Trenneinheit 24e, mehrere Spannungsausgänge 28f und zwei Spannungs- eingänge 32e auf.
Die Trenneinheit 24e weist eine Mittelfrequenztransformatoreinheit 34e mit zwei Mittelfrequenztransformatoren 35g und 35h auf. Jeder der zwei Mittelfrequenztransformatoren 35g und 35f ist primärseitig mit jeweils einer Primärwicklung 42e und sekundärseitig mit jeweils zwei Sekundärwicklungen 44e ausge¬ stattet .
Jede der Sekundärwicklungen 44e eines jeden der Mittelfrequenztransformatoren 35g und 35h ist mit jeweils einer einzigen der Sekundärwicklungen 44e des anderen Mittelfrequenztransformators 35g oder 35h parallel geschaltet und mit einem einzigen der Gleichrichter 46e verbunden. Durch diese Ausführungsvariante lässt sich auf besonders einfache Weise eine hohe Redundanz der Speisung der Gleichrichter 46e und damit der Stromverbraucher 30 (siehe FIG 1) erreichen. Ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Bordnetzeinheit 22f ist in FIG 7 dargestellt. Die Bordnetzeinheit 22f ist in Tei¬ len gemäß dem Ausführungsbeispiel aus FIG 2 ausgeführt und weist als Erweiterung sekundärseitige Entkopplungsdrosseln 64 auf .
Die Entkopplungsdrosseln 64 sind in Reihe zu den Sekundärwicklungen 44f der Mittelfrequenztransformatoreinheit 34f an¬ geordnet. Jeweils eine der Entkopplungsdrosseln 64 ist an jeweils einer der Wechselstromphasen der Gleichrichter 46f angeordnet. Durch diese Anordnung der Entkopplungsdrosseln 64 können sekundärseitige Leistungsflüsse zwischen den einzelnen sekundärseitigen Spannungsausgängen 28g in besonders einfacher Weise bedämpft bzw. zum Ausgleich gebracht werden. Besonders einfach lassen sich so mögliche negative Auswirkungen ungewolltes sekundärseitiger Spannungsschwankungen beschränken .
In FIG 8 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Bordnetz¬ einheit 22g dargestellt. Die Bordnetzeinheit 22g weist als Erweiterung zu dem in FIG 2 dargestellten Ausführungsbeispiel eine dreiphasige Ausführung 66 der Mittelfrequenzphase 26g bzw. des Mittelfrequenzwechselrichter 18g, der Trenneinheit 24g bzw. der Mittelfrequenztransformatoreinheit 34g und der Verbraucherzwischenkreise 50g auf. Selbstverständlich ist es auch möglich, dass nur eine Untermenge der genannten elektrischen bzw. elektronischen Elemente der Bordnetzeinheit 22g dreiphasig ausgeführt ist, wobei andere Elemente der Bord- netzeinheit 22h ein-, zwei- oder n-phasig ausgeführt sein können .

Claims

Patentansprüche
1. Bordnetzeinheit (22) zum Versorgen von Stromverbrauchern (30) an einem Bordnetz eines elektrisch angetriebenen Schie- nenfahrzeugs (2) mit Energie, mit einem Spannungseingang (32) und mehreren Spannungsausgängen (28), die durch eine Trenneinheit (24) jeweils vom Spannungseingang (32) galvanisch getrennt sind,
dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Spannungseingang (32) und den Spannungsausgängen (28) ein Mittelfrequenzwechselrichter (18) angeordnet ist und die Trenneinheit (24) eine Mittelfrequenztransformatoreinheit (34) mit einer an den Mit¬ telfrequenzwechselrichter (18) angeschlossenen Primärseite (36) und einer Sekundärseite (38) mit mehreren Sekundärwick- lungen (44) aufweist und jede der Sekundärwicklungen (44) mit einem der Spannungsausgänge (28) verbunden ist.
2. Bordnetzeinheit (22a) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass der Mittelfrequenzwechselrichter (18) ein Traktionswechselrichter (18a) ist.
3. Bordnetzeinheit (22b) nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass die Mittelfrequenztransformatoreinheit (34b) an zumindest zwei Mittelfrequenzwechselrichter (18b) angeschlossen ist.
4. Bordnetzeinheit (22b) nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass die Mittelfrequenztransformatoreinheit (34b) zumindest zwei Primärwicklungen (42b) aufweist, die jeweils mit einem Mittelfrequenzwechselrichter (18b) verbunden sind.
5. Bordnetzeinheit (22c, 22d) nach einem der vorherigen An¬ sprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Mittelfrequenztransformatoreinheit (34c, 34d) mehrere primärseitig parallel geschaltete Mittelfrequenztransformatoren (35a-f) aufweist, die mit einem Mittelfrequenzwechselrichter (18c, 18d) verbunden sind.
6. Bordnetzeinheit (22d) nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, dass die Mittelfrequenztransformato¬ ren (35d-f) jeweils zumindest zwei Primärwicklungen (42d) aufweisen, wobei jeweils eine Primärwicklung (42d) eines Mit- telfrequenztransformators (35d-f) mit jeweils einer einzigen der Primärwicklungen (42d) eines jeden anderen Mittelfrequenztransformators (35d-f) parallel geschaltet und mit einem Mittelfrequenzwechselrichter (18d) verbunden ist.
7. Bordnetzeinheit (22f) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an jeder der Sekundärwicklungen (44f) der Mittelfrequenztransformatoreinheit (34f) eine Ent¬ kopplungsdrossel (64) angeschlossen ist.
8. Bordnetzeinheit (22) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an jeder der Sekundärwicklungen (44) ein Gleichrichter (46) angeschlossen ist.
9. Bordnetzeinheit (22) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere der Sekundärwicklungen
(44) der Mittelfrequenztransformatoreinheit (34) jeweils mit einem eigenen Verbraucherzwischenkreis (50) verbunden sind.
10. Bordnetzeinheit (22) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen zumindest einer der Se¬ kundärwicklungen (44) und dem dieser zugeordneten Spannungsausgang (28) eine Kombination aus Gleichrichter (46) und Wechselrichter (48) angeordnet ist.
11. Bordnetzeinheit (22b) nach einem der vorherigen Ansprü¬ che,
dadurch gekennzeichnet, dass zwischen zumindest einer der Se¬ kundärwicklungen (45) und dem dieser zugeordneten Spannungsausgang (28c) ein Matrix-Umrichter und/oder ein modularer Di- rekt-Umrichter angeordnet ist bzw. sind.
12. Bordnetzeinheit (22b) nach einem der vorherigen Ansprü¬ che,
dadurch gekennzeichnet, dass zwischen zumindest einer Primär¬ wicklung (42b) der Primärseite (36b) der Mittelfrequenztrans- formatoreinheit (34b) und dem Spannungseingang (32b) ein
Schaltmittel (52) angeordnet ist zum Trennen der Primärwicklung (42b) vom Spannungseingang (32b) .
13. Bordnetzeinheit (22b) nach einem der vorherigen Ansprü- che,
dadurch gekennzeichnet, dass zwischen zumindest einer Sekun¬ därwicklungen (44b, 45) der Sekundärseite (38b) der Mittel¬ frequenztransformatoreinheit (34b) und dem Spannungsausgang (28b, 28c) ein Schaltmittel (54) angeordnet ist zum Trennen der Sekundärwicklung (44b, 45) vom Spannungsausgang (28b, 28c) .
14. Schienenfahrzeug (2) mit einer Bordnetzeinheit (22) nach einem der vorherigen Ansprüche.
15. Verfahren zum Versorgen von Stromverbrauchern (30) an einem Bordnetz eines elektrisch angetriebenen Schienenfahrzeugs (2) mit Energie, bei dem Energie in einen Spannungseingang (32) eingeführt und an mehreren Spannungsausgängen (28) abge- führt wird, wobei die Spannungsausgänge (28) durch eine
Trenneinheit (24) jeweils vom Spannungseingang (32) galvanisch getrennt werden,
dadurch gekennzeichnet, dass ein am Spannungseingang (32) angeschlossener Mittelfrequenzwechselrichter (18) eine Mittel- frequenz-Wechselspannung erzeugt, diese einer Mittelfrequenztransformatoreinheit (34) der Trenneinheit (24) zugeführt, an mehreren Sekundärwicklungen (44) der Mittelfrequenztransformatoreinheit (34) transformiert und die transformierte Mit¬ telfrequenz-Wechselspannung an die Spannungsausgänge (28) weitergegeben wird.
PCT/EP2015/052071 2014-02-04 2015-02-02 Bordnetzeinheit für ein schienenfahrzeug WO2015117921A1 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201590000263.0U CN206528351U (zh) 2014-02-04 2015-02-02 用于轨道车辆的车载电网单元
EP15704732.5A EP3077243A1 (de) 2014-02-04 2015-02-02 Bordnetzeinheit für ein schienenfahrzeug

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102014201955.9A DE102014201955A1 (de) 2014-02-04 2014-02-04 Bordnetzeinheit für ein Schienenfahrzeug
DE102014201955.9 2014-02-04

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2015117921A1 true WO2015117921A1 (de) 2015-08-13

Family

ID=52473880

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2015/052071 WO2015117921A1 (de) 2014-02-04 2015-02-02 Bordnetzeinheit für ein schienenfahrzeug

Country Status (4)

Country Link
EP (1) EP3077243A1 (de)
CN (1) CN206528351U (de)
DE (1) DE102014201955A1 (de)
WO (1) WO2015117921A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112751337A (zh) * 2020-12-29 2021-05-04 重庆中车长客轨道车辆有限公司 一种用于双流制车的吸能装置

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108819800B (zh) * 2018-06-26 2021-06-01 贾晶艳 多流制电力机车的网侧变流装置的处理方法及装置
CN111071041B (zh) * 2018-10-18 2023-05-23 中车株洲电力机车研究所有限公司 车载供电系统
EP3767653B1 (de) * 2019-07-16 2023-01-11 ABB Schweiz AG Transformatoranordnung mit mittelfrequenztransformatoren

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2713667A1 (de) * 1977-03-28 1978-10-05 Gez Ges Elekt Zugausruest Energieversorgungseinrichtung fuer eisenbahnfahrzeuge
WO2013001646A1 (ja) * 2011-06-30 2013-01-03 三菱電機株式会社 車両用補助電源装置

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10218258A1 (de) * 2002-04-24 2003-11-13 Dwa Deutsche Waggonbau Gmbh Energieversorgungseinrichtung für Reisezugwagen und/oder Triebwagen
DE102010039699A1 (de) * 2010-08-24 2012-03-01 Siemens Aktiengesellschaft Antriebssystem für ein Schienenfahrzeug

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2713667A1 (de) * 1977-03-28 1978-10-05 Gez Ges Elekt Zugausruest Energieversorgungseinrichtung fuer eisenbahnfahrzeuge
WO2013001646A1 (ja) * 2011-06-30 2013-01-03 三菱電機株式会社 車両用補助電源装置

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112751337A (zh) * 2020-12-29 2021-05-04 重庆中车长客轨道车辆有限公司 一种用于双流制车的吸能装置
CN112751337B (zh) * 2020-12-29 2022-04-26 重庆中车长客轨道车辆有限公司 一种用于双流制车的吸能装置

Also Published As

Publication number Publication date
DE102014201955A1 (de) 2015-08-06
CN206528351U (zh) 2017-09-29
EP3077243A1 (de) 2016-10-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3333005B1 (de) Modulare leistungselektronik zum laden eines elektrisch betriebenen fahrzeugs
DE102016218304B3 (de) Vorrichtung zur Spannungswandlung, Traktionsnetz und Verfahren zum Laden einer Batterie
EP3500473B1 (de) Energieversorgungssystem eines schienenfahrzeugs
WO1993001650A1 (de) Verfahren und vorrichtung zum betrieb eines wechselrichters eines drehstromantriebs eines elektroautos als bordladegerät
EP2609676B1 (de) Traktionsstromrichter
EP2822802B1 (de) Vorrichtung für ein elektrisch angetriebenes schienenfahrzeug
EP2885853B1 (de) Schaltbare energiespeichervorrichtung sowie verfahren zum betreiben einer schaltbaren energiespeichervorrichtung
WO2016131515A1 (de) Schaltungsanordnung zum betreiben einer elektrischen maschine in einem kraftfahrzaueg mit bereitstellung einer gleichspannung
EP3383692A1 (de) Stromrichter
WO2015117921A1 (de) Bordnetzeinheit für ein schienenfahrzeug
EP2608980B1 (de) Mehrsystem-traktionsstromrichter
WO2018041493A1 (de) Bidirektionaler bordnetzumrichter und verfahren zu dessen betrieb
EP0952030B1 (de) Elektrische Schaltungsanordnung zum Versorgen eines elektrischen Antriebssystems
DE102014223212A1 (de) Elektrische Schaltung und Schienenfahrzeug
DE19908495B4 (de) Von einem AC-Fahrdraht versorgte, tranformatorlose Einspeiseschaltung für eine Wechselstrommaschine eines Bahnfahrzeuges
DE102015205846B4 (de) Antriebssystem
DE102012206801A1 (de) Schaltung mit einer stromrichterschaltung und verfahren zur leistungsanpassung
EP4377135A1 (de) Elektrisches antriebssystem für ein fahrzeug und verfahren zum betreiben eines entsprechenden elektrischen antriebssystems
DE102020007869A1 (de) Elektrisches Bordnetzsystem für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug und dazugehöriges Verfahren
WO2020169361A1 (de) Antriebssystem, insbesondere für ein fahrzeug
WO2014090556A2 (de) Antriebseinrichtung für ein fahrzeug
DE102015224437B4 (de) Fahrzeugbordnetz-Spannungswandler, Fahrzeugbordnetz mit einem Fahrzeugbordnetz-Spannungswandler
AT406137B (de) Energieversorgungsanlage auf dieselelektrischen lokomotiven
DE102022002607B3 (de) Fahrzeug mit einer elektrischen Schaltungsanordnung und zwei elektrischen Antriebseinheiten und Verfahren zu dessen Betrieb
EP4309277A1 (de) Verfahren zum betrieb eines gleichstromstellers zur versorgung einer elektrolyseeinrichtung mit elektrischer betriebsenergie

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 15704732

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

REEP Request for entry into the european phase

Ref document number: 2015704732

Country of ref document: EP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2015704732

Country of ref document: EP

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE