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DE102004030228B4 - Circuit of pulse inverters in railway vehicles - Google Patents

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DE102004030228B4
DE102004030228B4 DE102004030228A DE102004030228A DE102004030228B4 DE 102004030228 B4 DE102004030228 B4 DE 102004030228B4 DE 102004030228 A DE102004030228 A DE 102004030228A DE 102004030228 A DE102004030228 A DE 102004030228A DE 102004030228 B4 DE102004030228 B4 DE 102004030228B4
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pulse
circuit
inverters
pulse inverters
supply
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Sibylle Dr. Dieckerhoff
Dietmar Dr. Kulka
Markus Schilling
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    • H02M7/48—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/493—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode the static converters being arranged for operation in parallel

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Abstract

Schaltung von mehreren, parallel geschalteten, dreiphasigen Pulswechselrichtern bei Bahnfahrzeugen, die aus einer DC-Eingangsspannung eine dreiphasige Ausgangsspannung erzeugen, zur Versorgung von 3AC-Verbrauchern, dadurch gekennzeichnet, dass für die Pulswechselrichter über eine in Hard- oder Software realisierte Regel- oder Steuerstruktur jeweils einzeln eine selbständige Synchronisation der Pulswechselrichter auf die Ausgangspannung und die anteilige Versorgung der Verbraucher erfolgt,
wobei jeder Pulswechselrichter mit einer geeigneten Sensorik und einem Ausgangsfilter ausgestattet ist.Circuit of a plurality of parallel-connected, three-phase pulse inverters in railway vehicles, which generate a three-phase output voltage from a DC input voltage, for the supply of 3AC consumers, characterized in that for the pulse inverters via a realized in hardware or software control or control structure respectively individually an independent synchronization of the pulse-controlled inverter takes place on the output voltage and the proportionate supply of the consumer,
each pulse inverter is equipped with a suitable sensor and an output filter.

Figure 00000001
Figure 00000001

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltung von dreiphasigen Pulswechselrichtern bei Bahnfahrzeugen, die aus einer DC-Eingangsspannung eine dreiphasige Ausgangsspannung erzeugen, zur Versorgung von 3AC-Verbrauchern.The The invention relates to a circuit of three-phase pulse inverters for railway vehicles, the three-phase output voltage from a DC input voltage generate to supply 3AC consumers.

Eine solche Schaltung ist beispielsweise aus der DE 196 14 627 A1 , aber auch aus der DE 196 30 284 A1 bekannt. Zum zugehörigen Stand der Technik gehört außerdem die DE 195 46 495 A1 , die eine Schaltungsanordnung für eine gleichmäßige Aufteilung elektrischer Leistung mit mehreren parallel betriebenen Stromrichtern für Bahnfahrzeuge zeigt. Bei dieser Schaltung wird allerdings von dem später eingehender diskutierten Master-Slave-Prinzip Gebrauch gemacht.Such a circuit is for example from the DE 196 14 627 A1 , but also from the DE 196 30 284 A1 known. The related art also includes the DE 195 46 495 A1 , which shows a circuit arrangement for a uniform distribution of electrical power with a plurality of parallel-operated power converters for railway vehicles. In this circuit, however, use is made of the master-slave principle discussed in more detail later.

Bei Bahnfahrzeugen ist es derzeit üblich, mehr Umrichterleistung als für die angeschlossenen Leistungen erforderlich zu installieren, um auch bei Ausfall eines Pulswechselrichters (PWR) einen möglichst großen Teil der Last durch einen zweiten redundanten Pulswechselrichter zu versorgen. Zugleich ist für die Zuschaltung der Redundanz ein Koppelschütz notwendig, wie aus 1 ersichtlich ist.In the case of railway vehicles, it is currently customary to install more inverter power than required for the connected power, in order to supply as much of the load as possible to a second redundant pulse inverter even in the event of failure of a pulse-controlled inverter (PWR). At the same time a coupling contactor is necessary for the connection of the redundancy, as from 1 is apparent.

Es ist weiter bekannt, für das Versorgen von Verbrauchern entweder größere Pulswechselrichter und somit mehr PWR-Leistung zu installieren oder eine Parallelschaltung von Pulswechselrichtern mittels zusätzlicher Daten-Kommunikationsleitung und Master-Slave-Funktionsweise zu realisieren, wodurch letztlich bei Ausfall eines Pulswechselrichters die Verbraucher weiterversorgt werden.It is still known for supplying consumers either larger pulse inverters and thus more PWR performance to install or a parallel connection of pulse inverters by means of additional Data communication line and master-slave operation, ultimately in case of failure of a pulse inverter consumers continue to be supplied become.

Bei Ausfall eines zweiten Pulswechselrichters kommt es häufig bereits zu einem Komplettausfall.at Failure of a second pulse inverter is often already to a complete failure.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltung von Pulswechselrichtern aufzuzeigen, bei der die Verfügbarkeit der Versorgung von Verbrauchern erhöht ist, eine größere momentane Leistung zur Verfügung steht und die insgesamt installierte Pulswechselrichterleistung verringert werden kann.Of the Invention is based on the object, a circuit of pulse inverters show the availability the supply of consumers is increased, a greater instantaneous performance to disposal stands and the total installed pulse inverter power can be reduced.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass für die Pulswechselrichter über eine in Hard- oder Software realisierte Regel- oder Steuerstruktur jeweils einzeln eine selbständige Synchronisation der Pulswechselrichter auf die Ausgangspannung und die anteilige Versorgung der Verbraucher erfolgt,
wobei jeder Pulswechselrichter mit einer geeigneten Sensorik und einem Ausgangsfilter ausgestattet ist.This object is achieved according to the invention in that, for the pulse inverters, a separate synchronization of the pulse inverters to the output voltage and the proportionate supply of the loads takes place individually via a control or control structure implemented in hardware or software.
each pulse inverter is equipped with a suitable sensor and an output filter.

Die Parallelschaltung von Pulswechselrichtern (PWR) zum Aufbau eines 3AC-Inselnetzes ohne Master-Slave-Funktion und damit ohne Daten-Kommunikation zwischen den Steuereinheiten der Pulswechselrichter löst ein bisher in der Bahnindustrie offenes Problem.The Parallel connection of pulse inverters (PWR) for setting up a 3AC island network without master-slave function and thus without data communication between the control units of the pulse inverter triggers a so far in the railway industry open problem.

Aus der erfindungsgemäßen Parallelschaltung von Pulswechselrichtern ohne gegenseitige datentechnische Kommunikation ergeben sich insbesondere folgende Vorteile:

  • • Es steht eine größere momentane Leistung, beispielsweise für einen Kompressoranlauf, zur Verfügung.
  • • Die Verfügbarkeit der Versorgung von 3AC-Verbrauchern erhöht sich, da ein Ausfall von Pulswechselrichtern stufenweise zu einer Begrenzung der Energieversorgung führt.
  • • Die insgesamt installierte Leistung an Pulswechselrichtern kann verringert werden, und zwar von beispielsweise 800kVA bei der bisherigen Lösung nach 1 auf 533kVA bei den erfindungsgemäßen Ausführungen nach 2 und 3.
  • • Koppelschütze zur Konfiguration der Redundanz können entfallen.
  • • Steuer- bzw. Datenleitungen für die Kommunikation der Pulswechselrichter – etwa zur Synchronisation oder zur Sicherstellung eines Master-Slave-Betriebes können entfallen.
  • • Aufgrund des Strombegrenzungsmodes des Pulswechselrichter-Systems und der höheren verfügbaren momentanen Leistung können durch Schutzelemente (z. B. Motorschutzschalter) separierbare Verbraucher im Fehlerfall problemlos und schnell von der 3AC-Verteilung getrennt werden.
The following advantages in particular result from the parallel connection of pulse inverters according to the invention without mutual data communication.
  • • There is a greater instantaneous power available, for example for a compressor startup.
  • • The availability of the supply of 3AC consumers increases because a failure of pulse-controlled inverters gradually leads to a limitation of the energy supply.
  • • The total installed power of pulse inverters can be reduced, for example, from 800kVA in the previous solution 1 to 533kVA in the embodiments according to the invention 2 and 3 ,
  • • Coupling contactors for configuring the redundancy can be omitted.
  • • Control or data lines for the communication of the pulse inverters - for example, for synchronization or to ensure a master-slave operation can be omitted.
  • • Due to the current-limiting mode of the pulse-inverter system and the higher instantaneous power available, protective devices (eg motor-protective circuit-breakers) allow separate separable loads to be easily and quickly disconnected from the 3AC distribution in the event of a fault.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.advantageous Embodiments of the invention are specified in the subclaims.

In den Zeichnungen sind eine zum Stand der Technik gehörende Schaltung sowie zwei Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Schaltung jeweils prinzipartig dargestellt.In The drawings are a belonging to the prior art circuit as well as two embodiments a circuit according to the invention respectively represented in principle.

1 zeigt eine übliche Schaltung von Pulswechselrichtern. 1 shows a conventional circuit of pulse inverters.

In 2 ist eine Parallelschaltung von Pulswechselrichtern gemäß der Erfindung mit potentialgetrennten DC-Einspeisungen dargestellt.In 2 is a parallel connection of pulse inverters according to the invention shown with isolated DC feeds.

3 veranschaulicht eine Parallelschaltung von Pulswechselrichtern gemäß der Erfindung mit gemeinsamer DC-Einspeisung. 3 illustrates a parallel connection of pulse inverters according to the invention with common DC feed.

Claims (3)

Schaltung von mehreren, parallel geschalteten, dreiphasigen Pulswechselrichtern bei Bahnfahrzeugen, die aus einer DC-Eingangsspannung eine dreiphasige Ausgangsspannung erzeugen, zur Versorgung von 3AC-Verbrauchern, dadurch gekennzeichnet, dass für die Pulswechselrichter über eine in Hard- oder Software realisierte Regel- oder Steuerstruktur jeweils einzeln eine selbständige Synchronisation der Pulswechselrichter auf die Ausgangspannung und die anteilige Versorgung der Verbraucher erfolgt, wobei jeder Pulswechselrichter mit einer geeigneten Sensorik und einem Ausgangsfilter ausgestattet ist.Circuit of several, parallel-connected, three-phase pulse inverters in railway vehicles, which consists of a DC input voltage Generate three-phase output voltage, for the supply of 3AC consumers, characterized in that for the pulse inverters via a realized in hardware or software control or control structure each individually a separate synchronization of the pulse inverter on the output voltage and the proportionate supply of consumers takes place, each Pulse inverter is equipped with a suitable sensor and an output filter. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Pulswechselrichter über Ausgangsschütze auf die AC-Verteilung beliebig zuschaltbar sind.Circuit according to Claim 1, characterized that the pulse inverters over output contactors on the AC distribution are freely switchable. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangsfilter eine Potentialtrennung durch einen Trafo einschließt.Circuit according to Claim 1 or 2, characterized that the output filter is a potential separation by a transformer includes.
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