WO2023111368A1 - Nucleo de potencia modular para vehiculos ferroviarios - Google Patents

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WO2023111368A1
WO2023111368A1 PCT/ES2022/070762 ES2022070762W WO2023111368A1 WO 2023111368 A1 WO2023111368 A1 WO 2023111368A1 ES 2022070762 W ES2022070762 W ES 2022070762W WO 2023111368 A1 WO2023111368 A1 WO 2023111368A1
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module
power core
power
modular
modular power
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English (en)
French (fr)
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Ion Onandia Jove
Uxue LARRAÑAGA OREGUI
Txomin Nieva Fatela
Aritz ARRIZABALAGA CANELLADA
Adur Alberdi Ugarte
Mikel AIARZAGUENA ALTUNA
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Caf Power & Automation, S.L.U.
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    • 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

Definitions

  • the present invention is related to the area of railway vehicles, dealing more specifically with a power core to adapt the input electrical energy (including, as such, input energy, to that coming from energy storage equipment). ), to a magnitude capable of being converted into mechanical energy, to feed the traction system of said rail vehicles.
  • rail vehicles have a series of electronic systems that provide said vehicles with different functionalities.
  • the traction system is one of the most important, since it is in charge of moving and stopping the vehicle, for which it must transform the input electrical energy into output mechanical energy.
  • This traction system comprises a series of boxes that feed various electric motors and other passive elements, such as resistances and inductances, and whose characteristics vary according to the type of vehicle in which it is integrated (train, metro, tram, etc. ).
  • the input electrical energy must be previously adapted so that it can be transformed into mechanical energy.
  • high-power circuits have currently been developed that take advantage of the excess energy generated both in traction and during braking, normally, deriving it to one or more energy accumulator vapors, for a later situation of need.
  • These high power circuits include inverters, rectifiers, dc-dc and choppers, implemented in different configurations and typologies.
  • IGBT semiconductors accompanied by passive elements, such as capacitors, inductors and/or resistors, and an efficient cooling system, whether forced, natural or liquid, which evacuates all the heat generated in and by the traction system.
  • the present invention proposes an embodiment modular power core, which is a reusable solution without losing the customization that each case requires, while it does not require such a high number of engineering hours for its design, which allows access to economies of scale, thanks to the use of the same elements, also providing greater reliability, due to the use of common elements.
  • the modular power core comprises at least two modules of the following modules:
  • Power semiconductor module made up of a series of power semiconductors, some connection plates, a heatsink and, if necessary, some temperature sensors and a connector for visualization.
  • a power core to be a completely modular variant, should have a Power Semiconductor Module; a busbar module; a Capacitor Module and a Control Module. But according to a practical implementation variant, a "hybrid" power core could be designed maintaining the modular concept and consisting of two or three Modules of the previously mentioned ones; while the remaining Module or Modules would be replaced by conventional elements.
  • a power core could be made made up of a Power Semiconductor Module, but without the Capacitor Module as such, since, although the capacitors are modular, they would not be a Capacitor Module properly, because they would not have a frame. of the latter in which the capacitors are mounted. It would also carry a control module and a busbar module, although the latter should be specially designed for this "hybrid" implementation.
  • the modular power core is made up of at least two of the following Modules: - a Power Semiconductor Module;
  • a modular power core made up of all four Modules will only carry one of each of the four Modules. This means that the same power core will not have two or more power semiconductor modules, or two or more busbar modules, or two or more capacitor modules, or two or more control modules.
  • the modular design allows, through the simple use of different variants of the aforementioned Modules, to generate power cores with different functionalities.
  • the power core may have inverter + chopper functionality.
  • the variant of the Control Module and the Power Semiconductor Module a power core can be obtained, which would have the functionality of a single-phase rectifier, as will be seen later.
  • this modular conception of the power core enables different connections between two or more power cores, which translates into the possibility of obtaining different architectures.
  • this modular embodiment makes it possible to join a power core to another power core on either side, left or right, in series, in parallel or in a mixed assembly.
  • An additional feature offered by the design proposed by the present invention is that, in addition to the power core being modular, the type of cooling can be changed, going from forced to liquid, maintaining all the flexibility and configurability conditions of the design, simply substituting the heat sink by a cold plate or "coldplate".
  • Another characteristic of the design of the modular power core that is the object of the invention is that it allows different Power cores to be connected, either in series or in parallel, and even both options combined, in a mixed assembly with the single use of a only external fan, for cooling.
  • An advantage provided by the fact that the fan is not part of the modular power core, is that the fan can be selected according to the need for air flow required by each project, in such a way that the overall design of the converter can be optimized.
  • the special arrangement of the elements of the modular power core object of the invention solves the problem of space and cost that arises with current solutions, being able to carry out competitive designs and, on the other hand, reduces the commutation path, presenting a parasitic inductance small, which supposes, in turn, the advantages of:
  • busbar module can be simplified, reducing both its size and its cost, which translates into the possibility of making competitive designs.
  • Figure 1 shows an exploded view of the different Modules indicated with the numerical references (1, 2, 3 and 4) that can integrate, according to an example of practical embodiment, the power core object of the invention.
  • Figures 2 and 3 represent two non-limiting examples of variants of Capacitor Modules (3) compatible with the same power core, allowing the adjustment of the capacitive value. It can be seen that the capacitor module (3) of figure 2 has four capacitors (3.1) and that of figure 3, two capacitors (3.1).
  • Figure 4 shows a non-limiting example of practical implementation of a frame (3.2) of the Capacitor module (3), in which the assembly and mooring of a series of capacitors (3.1) is carried out.
  • FIG. 5 shows the frame (3.2) with four groups of fixing points (3.2.4), for the capacitors (3.1).
  • Figures 6 and 7 show in detail how the anchoring is carried out, according to a practical example, of a capacitor (3.1) to the frame (3.2) of the capacitor module (3).
  • Figure 8 shows the assembly of the busbar module (2), according to a practical embodiment, in the capacitor module (3), by means of a base plate (2.1).
  • Figure 9 shows said base plate (2.1) in detail, which is seen pierced by screws (10) at different points on it.
  • Figure 10 represents a practical embodiment of an arrangement of a power semiconductor module (1), a capacitor module (3) and a busbar module (2), included in a power core.
  • Figure 11 is a detail of the connection between the busbar module (2) and the power semiconductor module (1), according to a practical embodiment.
  • Figures 12 and 13 show the distances, identified as L1 and L2 respectively, between the connections of the capacitors (3.1), on the connection and output plates (1.2), and the semiconductors of the Module (1), which in this case are case some IGBTs (1.1).
  • Figure 14 shows the frontal position of a control module (driver) (4) to the frame (3.2) of the capacitor module (3), in a power core that has inverter + chopper functionality.
  • Figure 15 shows the lateral fastening of a control module (driver) (4) to the frame (3.2) of the capacitor module (3).
  • Figures 16 and 17 show an example of a practical implementation of a Control Module (4) in its assembly phase, in front and side views respectively.
  • Figure 18 shows a power core in which the heatsink of the power semiconductor module (1) has been replaced by a cold plate or "coldplate” (1.4), to carry out liquid cooling.
  • Figure 19 shows a parallel assembly of two power cores, each of which integrates two capacitors (3.1) in the Capacitor Module (3).
  • Figure 20 represents an assembly of two power cores, the first with three capacitors (3.1) and the second with two, connected together in series, according to another possible assembly variant.
  • Figure 21 represents an assembly in a mixed arrangement, according to which, it starts with two pairs of power cores, in which the two power cores are mounted in series in each pair, as shown in figure 20 and the two pairs are connected in parallel to each other.
  • Figures 22 and 23 show respective views in a vertical and horizontal position, respectively, of two power cores, according to other variants of possible assemblies, in which it can be seen that the fins of the heat sinks (1.3) face each other.
  • Figure 24 represents two power cores of different sizes, observing that the Control Modules (4) or "drivers” occupy a front arrangement; while the power semiconductor modules (1) are arranged in parallel, both being in the longitudinal direction, which allows a simpler and smaller design of the busbar module (2).
  • Figure 26 represents a practical implementation variant in which the horizontal mounting of the Capacitor Module (3) is foreseen.
  • Figure 27 is a perspective view of a practical embodiment variant of a core. according to which this would have the functionality of a single-phase rectifier, as an alternative with a different functionality to the inverter + chopper shown in figure 14.
  • the object of the present invention is a power core for railway vehicles, such as trains, subways or trams, which has the novelty of presenting a modular embodiment.
  • the modular power core comprises at least two Modules of the four Modules detailed below:
  • - Power semiconductor module (1) which in turn integrates semiconductor vapors (1.1), connection and output plates (1.2), heat sinks (1.3), or a cold plate (1.4) in case of cooling liquid.
  • Busbar module (2) which makes the connection between the semiconductors (1.1) and some capacitors (3.1) and which allows the connection of the High Voltage input/output.
  • Capacitor module (3) in which the capacitors (3.1) to be connected to the semiconductors (1.1) and a frame (3.2) are mounted, where a control module or "driver” (4) of the semiconductors (1.1)
  • Control module or "driver” (4) which contains all the control electronics of the semiconductors (1.1)
  • a power core For a power core to be a fully modular variant, it must have a power semiconductor module (1), a busbar module (2), a capacitor module (3) and a control module (4). But according to a practical implementation variant, a "hybrid" power core could be designed, maintaining the modular concept that is the object of this invention, but that is made up of two or three of the four aforementioned Modules (1, 2, 3 and 4) , and, in such a case, these two or three Modules would be complemented with conventional elements.
  • a power core made up of a power semiconductor module (1) could be made, but without the capacitor module (3) as such, since, although the capacitors (3.1) are modular, they would not properly be a Capacitor module (3) because it would not carry the frame (3.2) of the latter. It would have a Control Module (4) and a Busbar Module (2) specially designed for this implementation.
  • the purely modular power core is made up of the four Modules (1, 2, 3 and 4), but that, maintaining the essence of the modularity that is the object of the present invention, it can present a "hybrid" concept. , combining the modularity, with parts that follow a non-modular conventional realization. In this case, it would be formed by at least two of the four Modules (1, 2, 3 and 4), that is, by two or three of these Modules (1, 2, 3 and 4).
  • a modular power core that is made up of the four Modules (1 , 2, 3 and 4) will only carry one of each of the four Modules (1 , 2, 3 and 4). This means that the same power core cannot carry two or more power semiconductor modules (1), or two or more busbar modules (2), or two or more capacitor modules (3), or two or more control modules ( 4).
  • Said condensers (3.1) are mounted on a frame (3.2) which, as can be seen in figure 4, comprises some lateral structures (3.2.1) joined together by a plate (3.2.2) and a spar. (3.2.3).
  • Said plate (3.2.2) presents, on the one hand, some perforations in the form of windows (5) to facilitate access to the elements and lighten the structure, which is stiffened by means of profiles (6) and, on the other hand, presents some perforations that give rise to four groups of mooring points (3.2.4), shown in figures 4 and 5.
  • the busbar Module (2) is mounted on the Capacitor Module (3), by means of a square base plate (2.1) that forms part of the Module busbar (2), as can be seen in figure 8.
  • Figure 10 shows how the square base plate (2.1) defines a larger wing (2.1.1) and a smaller wing (2.1.2)
  • the mentioned base plate (2.1) has a series of perforations (2.1.3) which, as shown in figure 9, are crossed by some screws (10), which, together with some washers (11) and some nuts (12 ), give rise to the anchor points between both Modules (2 and 3).
  • the nuts (12) are integrated into some turned tabs of some plates that are arranged on the sides of the capacitors (3.1), so that the nuts (12) are arranged behind the rear part. of the casings (3.1.1) of the capacitors (3.1).
  • the base plate (2.1) of the busbar module (2) which is preferably configured square, as can be seen in figures 10 and 11, is thus tied by its larger wing (2.1.1) to the capacitor module ( 3), while its smaller wing (2.1.2) is fixed to the Power Semiconductor Module (1).
  • the base plate (2.1) has some side tabs (2.2) that have been designed to facilitate the union of another power core on any of the sides, left or right, in series or in parallel. .
  • these side tabs (2.2) have holes (2.2.1) of different diametrical dimensions, specifically, and at least two dimensions; so that the smaller ones are used for low current connections, such as voltage sensors, indicator lights, permanent discharge resistors, etc.; while the larger ones are used for high current connections such as bus voltage, connection to another core, etc.
  • the fixing between the power semiconductor module (1) and the busbar module (2) is carried out by means of a series of screws (13) accompanied by some washers (14), see figure 11.
  • the screws (13) go through the perforations (2.1.3) of the base plate (2.1) and are screwed into some nuts (15) integrated in the power semiconductor module (1).
  • the power semiconductors (1,1) can be IGBTs, which are based on silicon (Si) technology, but this cannot be understood in a limiting sense, because the same modular power core can be achieved as the one that is the object of this invention by changing technology (Si) and using, for example, MOSFET semiconductors based on silicon carbide (SiC) technology or any other conventional component that exists now or may arise in the future and fulfills the functions of a power semiconductor.
  • the power semiconductors (1.1) are IGBTs.
  • the IGBTs (1.1) have a 100 x 140 encapsulation that are designed to be able to be parallelized, allowing the scalability of the cores in the longitudinal direction.
  • the solution is to put vapors of these IGBTs (1.1) in parallel. With this it is possible to reduce the references of IGBTs (1.1) being able to have access to economies of scale. As the availability of semiconductors in general in the market is very low, having few references facilitates stock and ultimately reduces response time.
  • the Control Module (4) has multiple holes (4.2) on a mooring plate (4.1), reciprocal with others present on the frame (3.2), in order to be able to fix them at the most suitable points for each practical implementation.
  • the fixing of the Control Module (4) in the frame (3.2) of the Capacitor Module (3) is carried out through fixing means that pass through the holes (4.2) of the tie plate (4.1) of the Control module (4) and which are screwed into some nuts embedded in the frame (3.2).
  • Control Module (4) can be mounted in the frontal position, as shown in figure 14, or in the lateral position, as seen in figure 15.
  • tie plate (4.1) in the front assembly of the Control Module (4) its tie plate (4.1) has a series of tie and fixing elements (16) aligned with each other that are fixed in a sign. of points. Through these fastening and fixing elements (16) pass some flanges, not shown, with which the wiring of the Control Module (4) is fastened.
  • the frame (3.2) For mounting the Control Module (4) in a lateral position, as can be seen in figure 15, the frame (3.2) has four lines of fastening and fixing elements (16) located at different heights.
  • figure 19 it can be seen how two power cores are mounted parallel to each other, while figure 20 represents, according to another possible assembly, two power cores in sign to each other.
  • two pairs of power cores can also be connected in parallel, in which the two power cores of each pair are connected to each other in sign, giving rise to a mixed configuration that is represented in figure 21.
  • the assembly of the power cores can face the fins of the heat sinks (1.3) in a vertical or horizontal arrangement, as shown respectively in figures 22 and 23.
  • Another feature of the design of the modular power core object of the invention is that it allows you to connect different power cores, either in series or in parallel, and even both options combined, with the only use of a single external fan, not represented, for cooling.
  • Figure 24 represents two power cores of different sizes, observing that the Control Modules (4) or "drivers” occupy a front arrangement; while the power semiconductor modules (1) are arranged in parallel, both being in the longitudinal direction, which allows a simpler and smaller design of the busbar module (2).
  • the mounting of the capacitor module (3) has been provided horizontally, which only requires a change in the design of the base plate (2.1) of the busbar module (2 ), so that the frame (3.2) of the capacitor module (3) can be supported in a horizontal position.
  • the design of the power core object of the present invention is designed so that, regardless of the number of capacitors (3.1) that it integrates, a minimum parasitic inductance in the commutation loop is always ensured.
  • the modular design allows, through the simple use of different types of Modules (1,2,3 and/or 4), to generate power cores with different functionalities.
  • the power core represented has the functionality of inverter + chopper.
  • the variant of the Control Module (4) and the Power Semiconductor Module (1) we can obtain a power core, which would have the functionality of a single-phase rectifier, as shown in figure 27.
  • the only thing that has been changed are the connection and output plates (1.2) of the Power Semiconductor Module (1) and the number of cards in the Control Module. (4), but nevertheless, the mechanical envelope remains the same, and the electrical and mechanical connection points as well, so the essence of the invention is maintained.
  • the functionality of the power core has been changed, going from being an inverter + chopper (figure 14) to a single-phase rectifier (figure 27), just by changing the four connection and output plates (1.2) of the IGBTs of the figure 14, to go to two connection and output plates (1.2) of figure 27, parallelizing two to two these four connection and output plates (1.2) and, logically, going from the four control cards (drivers) from the Control Module (4) that requires the realization of figure 14, to only two cards required by the solution of figure 27.
  • this modular conception of the power core enables different connections between two or more Power Cores, which translates into the possibility of obtaining different architectures.
  • the side tabs (2.2) have been designed to facilitate the connection to a power core, of another power core on either side, left or right, in series or in parallel. .
  • Figure 19 shows how the connection of two power cores would be carried out in parallel, using a plate (17) that is attached to the side tabs (2.2) of the busbar modules (2) of both power cores.
  • this plate (17) allows the connection of high current cables.
  • Figure 20 shows the connection of two power cores in series, again using the side tabs (2.2) and some plates (17) adapted in their configuration, for this series connection.
  • Figure 21 shows the connection of four power cores in a mixed, serial and parallel assembly.

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Abstract

Núcleo de potencia modular para vehículos ferroviarios, para adecuar la energía eléctrica de entrada, de tal modo que pueda transformarse en mecánica para alimentar el sistema de tracción de tales vehículos ferroviarios, incorporando el núcleo de potencia los siguientes elementos: - semiconductores de potencia; - drivers de los semiconductores de potencia; - disipadores; - sensores de temperatura, corriente y/o tensión; - barras de potencia o "busbar" para la conexión, y - condensadores y/o condensadores de desacoplo, De acuerdo con la invención, el núcleo de potencia presenta una realización modular, según la cual, todos o parte de estos elementos van integrados en distintos módulos, comprendiendo el núcleo de potencia modular, al menos, dos de los siguientes Módulos: - un Módulo de semiconductores de potencia (1); - un Módulo busbar (2); - un Módulo de condensadores (3) y - un Módulo de control (4). Lo que además de la modularidad permite obtener núcleos de potencia con diferentes funcionalidades y montar dos o más núcleos de potencia en un montaje en serie, paralelo o mixto en un mismo cofre, obteniéndose diferentes arquitecturas

Description

DESCRIPCIÓN
NÚCLEO DE POTENCIA MODULAR PARA VEHÍCULOS FERROVIARIOS
Sector de la técnica
La presente invención está relacionada con el área de los vehículos ferroviarios tratándose, más concretamente, de un núcleo de potencia para adecuar la energía eléctrica de entrada (incluyendo tan bien, como tal energía de entrada, a la proveniente de los equipos de almacenamiento de energía), a una magnitud susceptible de ser convertida en energía mecánica, para alimentar el sistema de tracción de dichos vehículos ferroviarios.
Estado de la técnica
Gracias al desarrollo tecnológico, los vehículos ferroviarios cuentan con una serie de sistemas electrónicos que proveen a dichos vehículos de diferentes funcionalidades. De entre todos estos sistemas, el sistema de tracción es uno de los más importantes, ya que se encarga de mover y detener el vehículo, para lo cual debe transformar la energía eléctrica de entrada en energía mecánica de salida.
Este sistema de tracción comprende una serie de cofres que alimentan a diversos motores eléctricos y otros elementos pasivos, como pueden ser resistencias e inductancias, y cuyas características varían según el tipo de vehículo en el que está integrado (tren, metro, tranvía, etc.).
Asimismo, y debido a la existencia de diferentes electrificaciones y formas de alimentar a los vehículos (sistema de acumulación, diésel, alterna o continua), se debe adecuar previamente la energía eléctrica de entrada para que pueda ser transformada en energía mecánica.
Por otro lado, en la actualidad se han desarrollado circuitos de alta potencia que aprovechan el exceso de energía generada tanto en la tracción como durante el frenado, normalmente, derivándola a uno o vahos acumuladores de energía, para una posterior situación de necesidad. Estos circuitos de alta potencia comprenden inversores, rectificadores, dc-dc y choppers, implementados en diferentes configuraciones y tipologías. Pero, fundamentalmente, dichos circuitos hacen uso de semiconductores IGBT de alta potencia, acompañados de elementos pasivos, tales como condensadores, inductancias y/o resistencias, y de un sistema de refrigeración eficiente, ya sea forzado, natural o líquido, que evacúe todo el calor generado en y por el sistema de tracción.
Hasta la fecha, los circuitos de potencia mencionados se desarrollan de manera personalizada, ya que es la mejor manera de obtener resultados óptimos en los diferentes proyectos. Sin embargo, esta personalización supone una serie de aspectos negativos, tales como son:
- un elevado número de horas de ingeniería para la realización del diseño y validación de cada solución;
- problemas de fiabilidad, ya que se trata de soluciones personalizadas;
- costes de materiales elevados, al no poder acceder a economías de escala por tratarse de diseños personalizados;
- elevado tiempo de espera para la recepción de los suministros customizados.
Un aspecto importante a tener en cuenta en el diseño de los circuitos de potencia es el diseño y solución de los núcleos de potencia, que suponen una gran parte del coste del sistema, exigiendo un gran esfuerzo de ingeniería, ya que son una de las partes más sensibles de dichos circuitos de potencia. Cada núcleo de potencia integra los siguientes elementos:
- semiconductores de potencia;
- drivers de los semiconductores de potencia;
- disipadores;
- sensores de diversas magnitudes (temperatura, tensión y/o corriente, etc.);
- busbars o barras de potencia para conexión;
- condensadores y/o condensadores de desacoplo.
Con todo ello y dado que las necesidades del mercado actual exigen soluciones personalizadas y compactas a costes moderados y con tiempos de entrega mínimos, surge el inconveniente de que tanto la forma de trabajo como los diseños actuales no son competitivos.
Objeto de la invención
Para solventar los inconvenientes anteriores, la presente invención propone una realización modular del núcleo de potencia, que supone una solución reutilizable sin que ello suponga perder la personalización que requiere cada caso, a la vez que no exige tan elevado número de horas de ingeniería para su diseño, lo que permite el acceso a economías de escala, gracias al uso de los mismos elementos, aportando también mayor fiabilidad, debido a la utilización de elementos comunes.
De acuerdo con la invención, el núcleo de potencia modular comprende, al menos, dos módulos de los siguientes módulos:
- Módulo de semiconductores de potencia, constituido por una serie de semiconductores de potencia, unas pletinas de conexión, un disipador y, si fuera necesario, unos sensores de temperatura y un conector para su visualization.
- Módulo de condensadores, que comprende unos condensadores del “DC-Link” y una estructura donde se coloca un driver para los semiconductores de potencia;
- Módulo busbar, encargado de conectar los semiconductores de potencia con los condensadores anteriores y permitir la conexión de entrada/salida de alta tensión;
- Módulo de control, que comprende toda la electrónica encargada de controlar los semiconductores de potencia.
Un núcleo de potencia, para que sea una vahante completamente modular, debería llevar un Módulo de semiconductores de potencia; un Módulo busbar; un Módulo de condensadores y un Módulo de Control. Pero según una vanante de realización práctica se podría diseñar un núcleo de potencia "híbrido" manteniendo el concepto modular y que esté compuesto por dos o tres Módulos de los anteriormente citados; mientras que el Módulo o Módulos restantes serían sustituidos por elementos convencionales.
Por ejemplo, se podría realizar un núcleo de potencia formado por un Módulo de semiconductores de potencia, pero sin el Módulo de condensadores como tal, ya que, aunque los condensadores sean modulares, no serían propiamente un Módulo de condensadores, porque no llevaría un bastidor de este último en el que se montan los condensadores. Llevaría también un Módulo de control y un Módulo busbar si bien este último debería estar especialmente diseñado para esta realización “híbrida”.
Por ello se dice que el núcleo de potencia modular se compone por al menos, dos de los siguientes Módulos: - un Módulo de semiconductores de potencia;
- un Módulo busbar;
- un Módulo de condensadores y
- un Módulo de control.
Siendo puramente modular cuando se compone de los cuatro Módulos que es la realización principal y más habitual, pero pudiendo constituirse por dos o tres de esos cuatro Módulos y el resto de los elementos ser convencionales.
Es importante tener en cuenta que un núcleo de potencia modular que se constituya por los cuatro Módulos solo llevará uno de cada uno de los cuatro Módulos. Es decir que un mismo núcleo de potencia no llevará dos o más Módulos de semiconductores de potencia, o dos o más Módulos busbar o dos o más Módulos de condensadores o dos o más Módulos de control.
Con esta realización modular del núcleo de potencia se consiguen diferentes funcionalidades para un núcleo de potencia y diferentes arquitecturas en la unión de vahos núcleos de potencia.
En cuanto a las diferentes funcionalidades, el diseño modular permite, mediante la simple utilización de diferentes vahantes de los precitados Módulos, generar núcleos de potencia con diferentes funcionalidades.
Por ejemplo, el núcleo de potencia puede tener la funcionalidad de inversor + chopper. Pues bien, modificando la vahante del Módulo de control y del Módulo de semiconductores de potencia, se puede obtener un núcleo de potencia, que tendría la funcionalidad de rectificador monofásico, como se verá más adelante.
Es más, lo único que es necesario vahar para obtener estas dos funcionalidades son las pletinas de conexión y salida del Módulo de semiconductores de potencia y el número de tarjetas en el Módulo de control, pero, sin embargo, la envolvente mecánica de todo el núcleo de potencia sigue siendo la misma, y los puntos de conexión eléctrica y mecánica también, por lo que se mantiene la esencia de la invención.
En efecto en la versión de inversor + chopper, hay cuatro pletinas de conexión y salida en el Módulo de semiconductores de potencia y para pasar a la funcionalidad de rectificador monofásico, solo es necesario paralelizar dos a dos esas cuatro pletinas de conexión y salida y, lógicamente, pasar de las cuatro tarjetas de control (drivers) del Módulo de control que requiere la realización de inversor + chopper, a solo dos tarjetas requeridas por la solución de rectificador monofásico.
Por otro lado, esta concepción modular del núcleo de potencia posibilita diferentes uniones entre dos o más núcleos de potencia lo que se traduce en la posibilidad de obtener diferentes arquitecturas.
En efecto, esta realización modular posibilita la unión a un núcleo de potencia, de otro núcleo de potencia en cualquiera de los lados, izquierdo o derecho, en serie, en paralelo o en un montaje mixto.
De esta manera, si se unen dos núcleos de potencia en paralelo se obtiene una arquitectura, si se unen en serie se consigue una arquitectura diferente y si se montan en mixto de nuevo la arquitectura es diferente, lo que se traduce en la posibilidad de montar dos o más núcleos de potencia en un montaje en serie, paralelo o mixto en un mismo cofre, obteniéndose así diferentes arquitecturas, como pueden ser un Rectificador más un Inversor, o un Inversor más un Chopper.
Una característica adicional que ofrece el diseño propuesto por la presente invención es que además de ser modular el núcleo de potencia, se puede cambiar el tipo de refrigeración, pasando de forzada a líquida, manteniendo todas las condiciones de flexibilidad y configurabilidad del diseño, sustituyendo simplemente el disipador de calor por una plancha fría o “coldplate”.
Otra característica que posee el diseño del núcleo de potencia modular objeto de la invención es que permite conectar diferentes núcleos de Potencia, ya sea en serie, ya sea en paralelo, e incluso ambas opciones combinadas, en un montaje mixto con el solo uso de un único ventilador externo, para su refrigeración.
Una ventaja que aporta el hecho de que el ventilador no forme parte del núcleo de potencia modular, es que el ventilador puede ser seleccionado según la necesidad de flujo de aire que requiera cada proyecto, de tal forma que se puede optimizar el diseño global del convertidor. La especial disposición de los elementos del núcleo de potencia modular objeto de la invención solventa el problema de espacio y coste que se plantea con las soluciones actuales, pudiendo realizar diseños competitivos y, por otro lado, reduce el camino de conmutación, presentando una inductancia parásita pequeña, lo que supone, a su vez, las ventajas de:
-evitar el uso de condensadores de desacoplo, reduciendo aún más el espacio y el coste;
-reducir las sobretensiones debidas a las conmutaciones, de tal modo que se puede eliminar la protección de sistemas de apriete “clamp” de los “drivers” del Módulo de control.
Otra ventaja que surge de la flexibilidad de diseño que ofrece la invención, por su condición de modular, es que se puede simplificar el diseño del Módulo busbar, reduciendo tanto su tamaño como su coste, lo que se traduce en la posibilidad de realizar diseños competitivos.
Por otro lado, con esta solución modular, se posibilita el disponer dos o más núcleos de Potencia modulares dentro de un mismo cofre, conectados entre sí en señe, paralelo o mixta, para conseguir diferentes arquitecturas, tales como puede ser Rectificador + Inversor, o un Inversor + Chopper.
Descripción de las figuras
Para facilitar la comprensión de la invención, se acompaña el presente documento de una señe de figuras cuyo carácter es meramente ilustrativo, pero no limitativo, describiéndose a continuación:
La figura 1 muestra una vista explosionada de los distintos Módulos señalados con las referencias numéricas (1 , 2, 3 y 4) que pueden integrar, según un ejemplo de realización práctica, el núcleo de potencia objeto de la invención.
Las figuras 2 y 3 representan dos ejemplos no limitativos de variantes de Módulos de condensadores (3) compatibles con un mismo núcleo de potencia, permitiendo el ajuste del valor capacitivo. Se puede observar que el Módulo de condensadores (3) de la figura 2 tiene cuatro condensadores (3.1) y el de la figura 3, dos condensadores (3.1).
La figura 4 muestra un ejemplo no limitativo de realización práctica de un bastidor (3.2) del Módulo de condensadores (3), en el que se realiza el montaje y amarre de una serie de condensadores (3.1).
La figura 5 muestra el bastidor (3.2) con cuatro grupos de puntos de amarre (3.2.4), para los condensadores (3.1).
Las figuras 6 y 7 muestran en detalle cómo se realiza el anclaje, según un ejemplo de realización práctica, de un condensador (3.1) al bastidor (3.2) del Módulo de condensadores (3).
La figura 8 muestra el montaje del Módulo busbar (2), según una realización práctica, en el Módulo de condensadores (3), mediante una placa base (2.1).
La figura 9 muestra en detalle dicha placa base (2.1), la cual se ve atravesada por unos tornillos (10) en diferentes puntos de esta.
La figura 10 representa una realización práctica de una disposición de un Módulo de semiconductores de potencia (1), un Módulo de condensadores (3) y de un Módulo busbar, (2), comprendidos en un núcleo de potencia.
La figura 11 es un detalle de la realización del amarre entre el Módulo busbar (2) y el Módulo de semiconductores de potencia (1), según una realización práctica.
Las figuras 12 y 13 muestran las distancias, identificadas como L1 y L2 respectivamente, entre las conexiones de los condensadores (3.1), en las pletinas de conexión y salida (1.2), y los semiconductores del Módulo (1) los cuales son en este caso unos IGBTs (1.1).
La figura 14 muestra la posición frontal del amarre de un Módulo de control (driver) (4) al bastidor (3.2) del Módulo de condensadores (3), en un núcleo de potencia que tiene la funcionalidad de inversor + chopper.
La figura 15 muestra el amarre lateral de un Módulo de control (driver) (4) al bastidor (3.2) del Módulo de condensadores (3).
Las figuras 16 y 17 muestran un ejemplo de realización práctica de un Módulo de control (4) en su fase de montaje, en vistas frontal y lateral respectivamente.
La figura 18 muestra un núcleo de potencia en el que el disipador del Módulo de semiconductores de potencia (1) ha sido sustituido por una plancha fría o “coldplate” (1.4), para realizar una refrigeración líquida.
La figura 19 muestra un montaje en paralelo de dos núcleos de potencia, cada uno de los cuales integra dos condensadores (3.1) en el Módulo de condensadores (3).
La figura 20 representa un montaje de dos núcleos de potencia, el primero con tres condensadores (3.1) y el segundo con dos, conectados entre sí en serie, según otra posible vahante de montaje.
La figura 21 representa, un montaje en disposición mixta, según el cual, se parte de dos pares de núcleos de potencia, en los que en cada par van montados en serie los dos núcleos de potencia, como se representa en la figura 20 y los dos pares van conectados en paralelo entre sí.
Las figuras 22 y 23 muestran sendas vistas en posición vertical y horizontal respectivamente de dos núcleos de potencia, según otras vahantes de posibles montajes, en las que se observa que las aletas de los disipadores de calor (1.3) quedan enfrentadas entre sí.
La figura 24 representa dos núcleos de potencia de diferente tamaño, observándose que los Módulos de control (4) o “drivers” ocupan una disposición frontal; mientras que los Módulos de semiconductores de potencia (1) se disponen en paralelo, estando ambos en sentido longitudinal, lo que permite un diseño del Módulo busbar (2) más sencillo y reducido.
En la figura 25 se ha suprimido el bastidor (3.2) del Módulo de condensadores (3), para permitir visualizar la disposición del Módulo busbar (2) respecto del Módulo de semiconductores de potencia (1).
La figura 26 representa una vahante de realización práctica en la que se prevé el montaje horizontal del Módulo de condensadores (3).
La figura 27 es una vista en perspectiva de una vahante de realización práctica de un núcleo de potencia según la cual este tendría la funcionalidad de rectificador monofásico, como alternativa de diferente funcionalidad a la de inversor + chopper mostrada en la figura 14.
Descripción detallada de la invención
El objeto de la presente invención es un núcleo de potencia para vehículos ferroviarios, tales como trenes, metros o tranvías que tiene la novedad de presentar una realización modular. El núcleo de potencia modular comprende, al menos, dos Módulos de los cuatro Módulos que se detallan seguidamente:
- Módulo de semiconductores de potencia (1), que a su vez integra vahos semiconductores (1.1), unas pletinas de conexión y salida (1.2), unos disipadores de calor (1.3), o una plancha fría (1.4) en caso de refrigeración líquida.
- Módulo busbar (2), que realiza la conexión entre los semiconductores (1.1) y unos condensadores (3.1) y que permite la conexión de la entrada/salida de Alta Tensión.
- Módulo de condensadores (3), en el que se montan los condensadores (3.1) a conectar con los semiconductores (1.1) y un bastidor (3.2), en donde se coloca un Módulo de control o “driver” (4) de los semiconductores (1.1)
- Módulo de control o “driver” (4), que contiene toda la electrónica de control de los semiconductores (1.1)
Un núcleo de potencia, para que sea una vahante completamente modular, deberá llevar un Módulo de semiconductores de potencia (1), un Módulo busbar (2), un Módulo de condensadores (3) y un Módulo de control (4). Pero según una vahante de realización práctica se podría diseñar un núcleo de potencia "híbrido", manteniendo el concepto modular objeto de esta invención, pero que esté compuesto por dos o tres de los cuatro Módulos anteriormente citados (1 , 2, 3 y 4), y, en tal caso esos dos o tres Módulos, se complementarían con elementos convencionales.
Por ejemplo, se podría realizar un núcleo de potencia formado por un Módulo de semiconductores de potencia (1), pero sin el Módulo de condensadores (3) como tal, ya que, aunque los condensadores (3.1) sean modulares, no serían propiamente un Módulo de condensadores (3) porque no llevaría el bastidor (3.2) de este último. Sí llevaría un Módulo de Control (4) y un Módulo busbar (2) especialmente diseñado para esta realización. Por ello se dice que el núcleo de potencia puramente modular, se compone por los cuatro Módulos (1 , 2, 3 y 4), pero que, manteniendo la esencia de la medularidad objeto de la presente invención, puede presentar un concepto “híbrido”, combinando la medularidad, con partes que sigan una realización convencional no modular. En este caso estaría formado por al menos, dos de los cuatro Módulos (1 , 2, 3 y 4), es decir, por dos o por tres de estos Módulos (1 , 2, 3 y 4).
Es importante tener en cuenta que un núcleo de potencia modular que se constituya por los cuatro Módulos (1 , 2, 3 y 4) solo llevará uno de cada uno de los cuatro Módulos (1 , 2, 3 y 4). Es decir que un mismo núcleo de potencia no puede llevar dos o más Módulos de semiconductores de potencia (1), o dos o más Módulos busbar (2) o dos o más Módulos de condensadores (3) o dos o más Módulos de control (4).
Tomando el ejemplo de montaje más sencillo, en el que sólo se necesita un núcleo de potencia y se conoce el valor capacitivo necesario, se realiza el ensamblaje de un Módulo de semiconductores de potencia (1), un Módulo busbar (2), un Módulo de condensadores (3) y un Módulo de control (4), fijándolos mecánicamente entre sí y con el conexionado eléctrico de sus respectivos componentes.
Para ello se toma un número de condensadores (3.1) suficiente para dicha realización práctica, ya que este número puede variar dependiendo del valor capacitivo que sea necesario, aspecto que se puede apreciar en las figuras 2 y 3, en las que aparece un Módulo de condensadores (3) con cuatro condensadores (3.1) y otro Módulo de condensadores (3) con dos condensadores (3.1) respectivamente.
Dichos condensadores (3.1), se montan en un bastidor (3.2) que, tal y como se puede ver en la figura 4, comprende unas estructuras laterales (3.2.1) unidas entre sí mediante una placa (3.2.2) y un larguero (3.2.3). Dicha placa (3.2.2) presenta, por un lado, unas perforaciones a modo de ventanas (5) para facilitar el acceso a los elementos y aligerar la estructura, que se rigidiza mediante unos perfiles (6) y, por otro lado, presenta unas perforaciones que dan lugar a cuatro grupos de puntos de amarre (3.2.4), mostrados en las figuras 4 y 5.
Para realizar dicho amarre entre los condensadores (3.1) y el bastidor (3.2) se utilizan tornillos (7) y arandelas (8), ver figuras 6 y 7, atravesando los primeros por unos orificios de unas orejetas (3.1.2) situadas en cada esquina de la carcasa exterior (3.1.1) de cada condensador (3.1). Acto seguido se rosca cada tornillo (7) en su correspondiente tuerca (9), la cual está integrada en la placa (3.2.2) del bastidor (3.2).
Es de tener en cuenta que, si el número necesario de condensadores (3.1) es par, estos condensadores (3.1) se montan en simetría.
Tras el montaje del Módulo de condensadores (3) y siguiendo el mismo ejemplo de realización práctica, el Módulo busbar (2) se monta en el Módulo de condensadores (3), mediante una placa base (2.1) en escuadra que forma parte del Módulo busbar (2), tal y como se puede apreciar en la figura 8. En la figura 10 se aprecia como la placa base en escuadra (2.1), define un ala mayor (2.1.1) y un ala menor (2.1.2)
La mencionada placa base (2.1) dispone de una serie de perforaciones (2.1.3) que, como muestra la figura 9, son atravesadas por unos tornillos (10), los cuales, junto con unas arandelas (11) y unas tuercas (12), dan lugar a los puntos de anclaje entre ambos Módulos (2 y 3). Como se aprecia en la figura 2 las tuercas (12) van integradas en unas pestañas vueltas de unas chapas que van dispuestas en los laterales de los condensadores (3.1), de manera que las tuercas (12) quedan dispuestas por detrás de la parte trasera de las carcasas (3.1.1) de los condensadores (3.1).
La placa base (2.1) del Módulo busbar (2) que está configurada, preferentemente, en escuadra, tal como se puede observar en las figuras 10 y 11 , queda así amarrada por su ala mayor (2.1.1) al Módulo de condensadores (3), mientras que por su ala menor (2.1.2) se fija al Módulo de semiconductores de potencia (1).
Tal y como se aprecia en la figura 8 la placa base (2.1) presenta unas pestañas laterales (2.2) que han sido diseñadas para facilitar la unión de otro núcleo de potencia en cualquiera de los lados, izquierdo o derecho, en serie o en paralelo.
Es más, estas pestañas laterales (2.2) tienen unos orificios (2.2.1) de diferentes dimensiones diametrales, en concreto y, al menos, de dos dimensiones; de manera que los de menor tamaño se utilizan para conexiones de baja corriente, como sensores de tensión, indicador luminoso, resistencias de descarga permanente, etc.; mientras que los de mayor tamaño, se utilizan para conexiones de alta corriente como pueden ser la tensión de bus, conexión a otro núcleo, etc. La fijación entre el Módulo de semiconductores de potencia (1) y el Módulo busbar (2) se lleva a cabo mediante una serie de tornillos (13) acompañados de unas arandelas (14), ver figura 11. Los tornillos (13) atraviesan las perforaciones (2.1.3) de la placa base (2.1) y se roscan en unas tuercas (15) integradas en el Módulo de semiconductores de potencia (1).
Los semiconductores de potencia (1 ,1) pueden ser IGBTs, que están basados en la tecnología de silicio (Si), pero ello no puede entenderse en sentido limitativo, porque puede conseguirse un mismo núcleo de potencia modular como el que constituye el objeto de esta invención cambiando de tecnología (Si) y utilizando por ejemplo semiconductores MOSFET basados en la tecnología de carburo de silicio (SiC) o cualquier otro componente convencional que exista ahora o pueda surgir en un futuro y cumpla las funciones de un semiconductor de potencia. Según el ejemplo de realización práctica no limitativo representado en las figuras adjuntas los semiconductores de potencia (1.1) son IGBTs.
También y según el ejemplo de realización práctica no limitativo representado en las figuras adjuntas los IGBTs (1.1) son de encapsulado de 100 x 140 que están pensados para poder ser paralelizados, permitiendo la escalabilidad de los núcleo s en sentido longitudinal. En caso de que se requiera un núcleo de mayores prestaciones, en vez de cambiar los IGBTs (1.1) y poner unos de mayores prestaciones, la solución pasa por poner vahos de esos IGBTs (1.1) en paralelo. Con eso se consigue reducir las referencias de IGBTs (1.1) pudiendo tener acceso a las economías de escala. Como la disponibilidad de los semiconductores en general en el mercado es muy escasa, el tener pocas referencias facilita el stock y en definitiva permite reducir el tiempo de respuesta
Es de destacar que, en cualquier caso, la distancia entre las conexiones de los condensadores (3.1) en las pletinas de conexión y salida (1.2) y los semiconductores (1.1) es la máxima posible. Esto se refleja en las figuras 12 y 13, en las que en la primera se señala esa distancia con la referencia L1 y en la segunda con la referencia L2.
Para llevar a cabo diversos montajes, en los que se utilizan Módulos de control (4) de distintas dimensiones y en diferentes posiciones, el Módulo de control (4), como se aprecia en las figuras 16 y 17, presenta múltiples orificios (4.2) en una placa de amarre (4.1), recíprocos con otros presentes en el bastidor (3.2), para poder realizar la fijación en los puntos más adecuados para cada realización práctica. La fijación del Módulo de control (4) en el bastidor (3.2) del Módulo de condensadores (3) se lleva a cabo a través de unos medios de fijación que atraviesan por los orificios (4.2) de la placa de amarre (4.1) del Módulo de control (4) y que se roscan en unas tuercas embebidas en el bastidor (3.2).
Según distintas realizaciones prácticas, el Módulo de control (4) puede montarse en posición frontal, como muestra la figura 14 o en posición lateral, como se observa en la figura 15.
Tal y como se aprecia en la figura 14, en el montaje frontal del Módulo de control (4) su placa de amarre (4.1) lleva montados una señe de elementos de amarre y fijación (16) alineados entre sí que van fijados en una señe de puntos. Por estos elementos de amarre y fijación (16) pasan unas bridas, no representadas, con las que se amarra el cableado del Módulo de control (4).
Para el montaje en posición lateral del Módulo de control (4), según se aprecia en la figura 15, el bastidor (3.2) dispone de cuatro líneas de elementos de amarre y fijación (16) ubicados a diferentes alturas.
En una variante de realización práctica, representada en la figura 18, se puede apreciar que se ha sustituido el disipador (1.3) del Módulo de semiconductores de potencia (1) por una plancha fría (1.4) o “coldplate”.
Según un posible montaje que se muestra en la figura 19, se aprecia como dos núcleos de potencia van montados en paralelo entre sí, mientras que en la figura 20 se representa, según otro posible montaje, a dos núcleos de potencia en señe entre sí.
Es más, según otra posibilidad de montaje, también se pueden conectar en paralelo dos pares de núcleos de potencia, en los que los dos núcleos de potencia de cada par van conectados entre sí en señe, dando lugar a una configuración mixta que se representa en la figura 21.
En otras realizaciones prácticas, el montaje de los núcleos de potencia puede dejar enfrentadas las aletas de los disipadores de calor (1.3) en disposición vertical u horizontal, tal y como muestra respectivamente en las figuras 22 y 23.
Otra característica que posee el diseño del núcleo de potencia modular objeto de la invención es que permite conectar diferentes núcleos de potencia, ya sea en serie, ya sea en paralelo, e incluso ambas opciones combinadas, con el solo uso de un único ventilador externo, no representado, para su refrigeración.
La figura 24 representa dos núcleos de potencia de diferente tamaño, observándose que los Módulos de control (4) o “drivers” ocupan una disposición frontal; mientras que los Módulos de semiconductores de potencia (1) se disponen en paralelo, estando ambos en sentido longitudinal, lo que permite un diseño del Módulo busbar (2) más sencillo y reducido.
En la figura 25 se ha suprimido el bastidor (3.2) del Módulo de condensadores (3), para permitir visualizar la disposición del Módulo busbar (2) respecto del Módulo de semiconductores (1).
En una variante de realización práctica, representada en la figura 26, se ha previsto el montaje del Módulo de condensadores (3) de manera horizontal, lo que únicamente requiere un cambio en el diseño de la placa base (2.1) del Módulo busbar (2), de modo que el bastidor (3.2) del Módulo de condensadores (3) se puede apoyar en posición horizontal.
El diseño del núcleo de potencia objeto de la presente invención está pensado para que, independientemente del número de condensadores (3.1) que integre, se asegure siempre una mínima inductancia parásita en el lazo de conmutación.
Con esta realización modular del núcleo de potencia se consiguen diferentes funcionalidades para un núcleo de potencia y diferentes arquitecturas en la unión de vahos núcleos de potencia.
En cuanto a las diferentes funcionalidades, el diseño modular permite, mediante la simple utilización de diferentes vahantes de Módulos (1 ,2,3 y/o 4), generar núcleos de potencia con diferentes funcionalidades.
En efecto, en la figura 14 el núcleo de potencia representado tiene la funcionalidad de inversor + chopper. Pues bien, modificando la vahante del Módulo de control (4) y del Módulo de semiconductores de potencia (1), podemos obtener un núcleo de potencia, que tendría la funcionalidad de rectificador monofásico, como se muestra en la figura 27. Como se puede apreciar a la vista de estas dos figuras 14 y 27, lo único que se ha cambiado son las pletinas de conexión y salida (1.2) del Módulo de semiconductores de potencia (1) y el número de tarjetas en el Módulo de control (4), pero, sin embargo, la envolvente mecánica sigue siendo la misma, y los puntos de conexión eléctrica y mecánica también, por lo que se mantiene la esencia de la invención.
Es decir que se ha cambiado la funcionalidad del núcleo de potencia , pasando de ser inversor + chopper (figura 14) a rectificador monofásico (figura 27), con tan solo cambiar las cuatro pletinas de conexión y salida (1.2) de los IGBTs de la figura 14, para pasar a dos pletinas de conexión y salida (1.2) de la figura 27, paralelizando dos a dos esas cuatro pletinas de conexión y salida (1 .2) y, lógicamente, pasando de las cuatro tarjetas de control (drivers) del Módulo de control (4) que requiere la realización de la figura 14, a solo dos tarjetas requeridas por la solución de la figura 27.
Por otro lado, esta concepción modular del núcleo de potencia posibilita diferentes uniones entre dos o más Núcleo s de Potencia lo que se traduce en la posibilidad de obtener diferentes arquitecturas.
En efecto, tal y como ya se ha indicado, las pestañas laterales (2.2) han sido diseñadas para facilitar la unión a un núcleo de potencia, de otro núcleo de potencia en cualquiera de los lados, izquierdo o derecho, en serie o en paralelo.
En la figura 19 se aprecia como se llevaría a cabo la unión de dos núcleos de potencia en paralelo, utilizando una pletina (17) que se une a las pestañas laterales (2.2) de los Módulos busbar (2) de ambos núcleos de potencia. Además, esta pletina (17) permite la conexión de cables de alta corriente.
La figura 20 muestra la unión de dos núcleos de potencia en serie, utilizando de nuevo las pestañas laterales (2.2) y unas pletinas (17) adaptadas en su configuración, para esta conexión en serie.
En la figura 21 se representa la conexión de cuatro núcleos de potencia en un montaje mixto, serie y paralelo.
De esta manera, si se unen dos núcleos de potencia en paralelo se obtiene una arquitectura, si se unen en serie se consigue una arquitectura diferente y si se montan en mixto de nuevo la arquitectura es diferente, lo que se traduce en la posibilidad de montar dos o más núcleos de potencia en un montaje en serie, paralelo o mixto en un mismo cofre, obteniéndose así diferentes arquitecturas, como pueden ser un Rectificador más un Inversor, o un Inversor más un Chopper.

Claims

REIVINDICACIONES
1- Núcleo de potencia modular para vehículos ferroviarios, caracterizado por que se constituye por, al menos dos, de los siguientes Módulos:
- un Módulo de semiconductores de potencia (1),
- un Módulo de condensadores (3), a través del cual se puede regular el valor capacitivo de acuerdo con cada realización práctica, y
- un Módulo busbar (2), que realiza la conexión entre el Módulo de semiconductores de potencia (1) y el Módulo de condensadores (3), además de permitir la conexión de entrada/salida de alta tensión,
- un Módulo de control o “driver” (4), encargado de controlar unos semiconductores (1.1) dispuestos en el Módulo de semiconductores de potencia (1), y porque estos Módulos (1 , 2, 3 y 4) incorporan medios para unirse y fijarse mecánicamente entre sí, permitiendo la conexión eléctrica entre sus componentes, para dotar al núcleo de potencia de una concepción modular.
2- Núcleo de potencia modular para vehículos ferroviarios, según la anterior reivindicación, caracterizado por que el Módulo busbar (2) comprende una placa base (2.1) a través de la cual se monta este Módulo (2) en el Módulo de condensadores (3); y porque esta placa base (2.1) permite la unión de otro núcleo de potencia en cualquiera de los lados, izquierdo o derecho, en serie, en paralelo o en un montaje mixto, lo que permite montar dos o más núcleos de potencia en un montaje en serie, paralelo o mixto en un mismo cofre, obteniéndose así diferentes arquitecturas.
3- Núcleo de potencia modular para vehículos ferroviarios, según la primera y segunda reivindicación, caracterizado por que la placa base (2.1) del Módulo busbar (2) presenta unas pestañas laterales (2.2), para permitir, mediante una o unas pletinas (17), la unión de otro núcleo de potencia en cualquiera de los lados, izquierdo o derecho, en serie en paralelo o en montaje mixto.
4- Núcleo de potencia modular para vehículos ferroviarios, en todo de acuerdo con la primera reivindicación, caracterizado por que el Módulo de semiconductores de potencia (1) comprende unos semiconductores (1.1), unas pletinas de conexión y salida (1.2) y unos disipadores de calor (1.3).
5- Núcleo de potencia modular para vehículos ferroviarios, en todo de acuerdo con las reivindicaciones 1 y 4, caracterizado por que cada pletina de conexión y salida (1.2) de los semiconductores (1.1) del Módulo de semiconductores de potencia (1) va relacionada con un semiconductor (1.1) o con dos o más semiconductores (1.1) paralelizados.
6- Núcleo de potencia modular para vehículos ferroviarios, en todo de acuerdo con las reivindicaciones 1 , 4 y 5, caracterizado por que, vahando el número de pletinas de conexión y salida (1.2), según estén paralelizadas o no, y variando en consecuencia el número de las tarjetas de control (drivers) del Módulo de control (4) se obtienen diferentes funcionalidades del núcleo de potencia.
7- Núcleo de potencia modular para vehículos ferroviarios, en todo de acuerdo con la reivindicación primera, caracterizado por que el Módulo de condensadores (3) comprende, al menos, un condensador (3.1) y un bastidor (3.2) sobre el que se fija el al menos un condensador (3.1).
8- Núcleo de potencia modular para vehículos ferroviarios, según las reivindicaciones 1 y 7, caracterizado por que el bastidor (3.2) del Módulo de condensadores (3) comprende unas estructuras laterales (3.2.1) unidas entre sí a través de una placa (3.2.2) y de un larguero (3.2.3).
9- Núcleo de potencia modular para vehículos ferroviarios, según las reivindicaciones 1 , 7 y 8, caracterizado por que la placa (3.2.2) del bastidor (3.2) del Módulo de condensadores (3) comprende unas perforaciones, a modo de ventanas (5), para aligerar su peso y para facilitar la accesibilidad a los elementos montados en el bastidor (3.2), y unos perfiles (6) para hgidizar la placa (3.2.2).
10- Núcleo de potencia modular para vehículos ferroviarios, según las reivindicaciones 1 , 7, 8 y 9, caracterizado por que en el bastidor (3.2) del Módulo de condensadores (3) existen unos grupos de perforaciones (3.2.4) para fijar los condensadores (3.1).
11- Núcleo de potencia modular para vehículos ferroviarios, en todo de acuerdo con las reivindicaciones 1 , 7, 8, 9 y 10, caracterizado por que los condensadores (3.1) están - 19 - embebidos en una carcasa (3.1.1) que comprende unas orejetas (3.1.2), mediante las que se fijan los condensadores (3.1) al bastidor (3.2).
12- Núcleo de potencia modular para vehículos ferroviarios, de acuerdo con las reivindicaciones 1 , 7, 8, 9, 10 y 11 , caracterizado por que en el bastidor (3.2) se montan unas líneas de elementos de amarre y fijación (16), para amarrar el cableado.
13- Núcleo de potencia modular para vehículos ferroviarios, de acuerdo con las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado por que la placa base (2.1) del Módulo busbar (2) tiene configuración preferente en escuadra y queda definida por un ala mayor (2.1.1), que se fija al Módulo de condensadores (3), y por un ala menor (2.1.2) que se fija al Módulo de semiconductores de potencia (1).
14- Núcleo de potencia modular para vehículos ferroviarios, en todo de acuerdo con la primera reivindicación, caracterizado por que el Módulo de control (4) presenta una placa de amarre (4.1) con múltiples orificios (4.2) en correspondencia con otros orificios del bastidor (3.2) del Módulo de condensadores (3), permitiendo montar Módulos de control (4) de distintos tamaños y en diferentes posiciones.
15- Núcleo de potencia modular para vehículos ferroviarios, según las reivindicaciones 1 y 14, caracterizado por que los orificios (4.2) de la placa de amarre (4.1) del Módulo de control (4), en correspondencia con los orificios del bastidor (3.2) del Módulo de condensadores (3), permiten que el Módulo de control (4) pueda montarse en posición frontal o en posición lateral.
16- Núcleo de potencia modular para vehículos ferroviarios, en todo de acuerdo con las reivindicaciones 1 y 4, caracterizado por que el disipador de calor (1.3) puede ser sustituido por una plancha fría (1 .4) para establecer una refrigeración líquida.
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