DE102004030228B4 - Schaltung von Pulswechselrichtern bei Bahnfahrzeugen - Google Patents

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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.

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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Bei Ausfall eines zweiten Pulswechselrichters kommt es häufig bereits zu einem Komplettausfall.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • In den Zeichnungen sind eine zum Stand der Technik gehörende Schaltung sowie zwei Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Schaltung jeweils prinzipartig dargestellt.
  • 1 zeigt eine übliche Schaltung von Pulswechselrichtern.
  • In 2 ist eine Parallelschaltung von Pulswechselrichtern gemäß der Erfindung mit potentialgetrennten DC-Einspeisungen dargestellt.
  • 3 veranschaulicht eine Parallelschaltung von Pulswechselrichtern gemäß der Erfindung mit gemeinsamer DC-Einspeisung.

Claims (3)

  1. 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.
  2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Pulswechselrichter über Ausgangsschütze auf die AC-Verteilung beliebig zuschaltbar sind.
  3. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangsfilter eine Potentialtrennung durch einen Trafo einschließt.
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