WO2005028242A1 - Power converter assembly - Google Patents

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WO2005028242A1
WO2005028242A1 PCT/EP2004/009116 EP2004009116W WO2005028242A1 WO 2005028242 A1 WO2005028242 A1 WO 2005028242A1 EP 2004009116 W EP2004009116 W EP 2004009116W WO 2005028242 A1 WO2005028242 A1 WO 2005028242A1
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WO
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valves
converter arrangement
storage device
electrical energy
converter
Prior art date
Application number
PCT/EP2004/009116
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German (de)
French (fr)
Inventor
Johannes Scholten
Original Assignee
Bombardier Transportation Gmbh
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.)
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Publication date
Application filed by Bombardier Transportation Gmbh filed Critical Bombardier Transportation Gmbh
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/2089—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating for power electronics, e.g. for inverters for controlling motor
    • H05K7/209—Heat transfer by conduction from internal heat source to heat radiating structure
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/003—Constructional details, e.g. physical layout, assembly, wiring or busbar connections
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • 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 converter arrangement for high-performance applications with a plurality of electronic valves that can be switched on and off.
  • the converter arrangement serves in particular to supply electrical energy to a drive motor of a rail vehicle or a road vehicle connected to an electrical supply network (e.g. so-called O-bus).
  • the converter arrangement can obtain electrical energy from a DC voltage network or an AC voltage network.
  • Such converter arrangements are also used in vehicles with a diesel-electric drive system or in vehicles in which a fuel cell device generates electrical energy.
  • the converter arrangement of a vehicle is connected to an electrical supply network, electrical energy can be fed back into the supply network during braking or in overrun mode.
  • the drive motor of the vehicle generates electrical energy, which is rectified via the converter arrangement.
  • the supply network may not be able to absorb electrical energy. If the converter arrangement is not connected to a supply network, there is no possibility of energy recovery.
  • the electrical energy can then be converted into heat via an electrical resistor and dissipated to the environment. It is desirable to minimize the energy losses caused by converting electrical energy into heat.
  • the electrical energy generated by the drive motor can be stored reversibly or non-reversibly.
  • Double-layer capacitors are understood to mean capacitors in which, in the charged state, an electrical double layer is formed on at least one electrode from the electrode and deposited particles which are charged in the opposite direction.
  • an electrically insulating membrane which is permeable to ions, however, between the electrodes.
  • a large number of capacitors connected in parallel and / or in series with one another are required in order to be able to absorb large amounts of energy, in particular for use in rail vehicles and buses.
  • Such an energy store for a tram has, for example, a weight of 450 kilograms and a volume of 0.8 cubic meters.
  • Corresponding actuating and control devices for charging and discharging the energy store are also required. Due to the space requirements of the individual system components (energy storage, power converters, electrical connections as well as control and control devices) and due to the majority of the system components involved, electrical losses occur on the one hand during operation and, on the other hand, electromagnetic vibrations can be excited in the system. It must also be taken into account that the electrical loss energy converted into heat must be dissipated to the surroundings in a sufficient manner.
  • a converter arrangement for high-performance applications which has a plurality of electronic valves which can be switched on and off, a cooling device for cooling the valves and connecting means for electrically connecting the valves.
  • a first part of the valves is electrically connected such that converter operation is possible and a second part of the valves is electrically connected such that electrical energy present in the converter arrangement can be supplied to an energy storage device and energy stored in the storage device as electrical energy the converter arrangement can be provided and / or used.
  • the cooling device is a common cooling device for cooling the first and the second part of the valves.
  • the connecting means are designed as electrical power busbars and the Stxomrichteranordnuiig is designed as a power converter unit in which the valves, the cooling device and the power busbar are mechanically connected to one another.
  • the converter unit can in particular be designed as described in DE 198 13 365 AI, but some of the semiconductor valves mentioned in the document are designed as the second part of the valves and can therefore be used for charging and discharging the energy store.
  • the mechanical and electrical connection of the individual assemblies and components of the converter described in the document reference is made to the statements made there, which are hereby incorporated in full in the present description.
  • other configurations of the converter unit are also possible within the scope of the invention.
  • the first part of the valves is designed as a module for the converter operation of an asynchronous motor.
  • the storage device can be configured as already described in connection with the reversible storage of electrical energy.
  • one-piece modules are used, each of which has at least one of the valves.
  • other electronic components can also be provided in the modules, for example a diode connected antiparallel to one of the valves. It is now proposed to connect two electronic valves of the second part of the valves in series and to connect a first and a second DC voltage line of a DC voltage circuit to one another via the series connection.
  • the series connection (with possibly further electronic components) can be designed as a one-piece module.
  • the series circuit has three electrical connections, one at a first end of the series circuit that is connected to the first DC voltage line, a second at the other end of the series circuit that is connected to the second DC voltage line, and a third between the valves.
  • the third connection is connected to the storage device for charging and discharging, in particular via a choke (inductance).
  • Power converters can be converted in a simple manner by replacing another module, which is designed for decoupling electrical energy and supplying the electrical energy to an electrical resistor (braking resistor), with the module with the series connection.
  • the converter can therefore only be made suitable for reversible energy storage by replacing the module.
  • the existing converter can also be easily manufactured from the outset as described. This saves development costs for the development of a new compact converter unit or for the development of a separate structural unit with the second part of the valves. In view of the high converter development costs in practice for rail vehicles, this enables an economically worthwhile entry into the recovery of braking energy.
  • valves of the series connection mentioned are preferably combined with a control device of the converter unit, the control device being designed to supply electrical energy to and / or from the storage device by controlling a charging and discharging operation of the series connection
  • Control device connected to the valves of the series connection via optical fibers for the transmission of switching signals.
  • Series connections of electrical energy can be supplied to the storage device and can be fed from the storage device into the DC voltage circuit.
  • the same storage device can be operated via two series circuits with double charging and / or discharging power.
  • two separate storage devices can be operated.
  • a further module designed for the operation of a braking resistor can be exchanged for a module with the series connection.
  • Converter arrangement is electrically connected and operable such that electrical energy of the converter arrangement can be converted into heat via a resistor.
  • the compact construction according to the invention of the current meter arrangement as a converter unit with common cooling and power railing minimizes the space requirement and enables a particularly ederinductive electrical connection of all valves.
  • the power busbar can have a plurality of electrically conductive, mutually insulated layers, via which the respectively required electrical connections are made.
  • a more cost-effective and also low-inductance splinting can be achieved, so that disturbing electromagnetic vibrations between the through the first and the second part of the valves formed circuit units can be avoided.
  • EMC electromagnetic compatibility
  • the power rail is designed in particular in one piece.
  • the cooling device has a heat sink, on the surface of which the valves are attached.
  • the cooling device (such as a water cooler or air cooler) can be designed such that it bears the weight of at least the valves and the power rail.
  • a particularly stable and in particular self-supporting converter unit can be achieved by the mechanical connection of these assemblies of the converter arrangement. The converter unit can therefore first be fully assembled and then only has to be connected to the other structural units at the place of use, for example the storage device, a current collector and a drive motor.
  • valves of the first part are designed differently than the valves of the second part.
  • the actual converter valves (the first part) are designed to be larger and / or designed for larger current intensities and / or for higher switching frequencies, particularly in the case of motor converters.
  • the converter unit also preferably has a control device which is designed and connected to the second part of the valves in terms of signal technology in such a way that the second part of the valves can be used for charging and discharging the storage device. If a system controller for controlling the operation of the converter and the charging and discharging function is integrated in the converter unit, the system controller preferably takes over all functions, including those outside the converter, in connection with charging and discharging the storage device.
  • the converter arrangement according to the invention allows in particular the following
  • Conductor rail in the floor area on which the rail vehicle supplies the electricity required Operation of the drive motor can decrease, high. It is therefore proposed to charge a storage device for reversibly storing electrical energy before the start of a section of the route in which there is no possibility of drawing current from an electrical supply network via the converter arrangement and to at least partially charge the electrical energy required for travel in the section of the route by discharging the storage device and feeding electrical energy into the converter arrangement.
  • Fig. 2 is an electrical circuit diagram of a system with the converter unit of FIG. 1 and with an energy storage device and
  • FIG. 3 shows an electrical partial circuit diagram of a variant of the system according to FIG. 2.
  • the converter unit 1 shown in FIG. 1 has from bottom to top: one
  • Air cooler 3 with a heat sink 2 a group of a total of eight one-piece semiconductor modules 4, a power rail 6, a capacitor module 8, a valve control module 12 and a system controller 13.
  • the hollow heat sink 2 enables heat to be transported away via a gaseous heat transfer medium (in particular air) which flows through the heat sink 2.
  • a gaseous heat transfer medium in particular air
  • the undersides of the eight semiconductor modules 4 are fastened over their entire surface on the flat surface of the heat sink 2. There is thus good heat transfer between the semiconductor modules 4 and the heat sink 2.
  • a liquid cooler suitable for a liquid cooling medium can be used, for example.
  • the fact that the eight semiconductor modules 4 are arranged close to one another, preferably without a distance from one another, means that the converter unit 1 can be of compact overall construction. In particular, this arrangement enables short paths of electrical connections between the semiconductor modules 4
  • Semiconductor modules 4 form two rows, each with four semiconductor modules of equal size arranged along the longitudinal side.
  • Six of the semiconductor modules 4 each have an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) 21d to 21i and an anti-parallel freewheeling diode.
  • One of the semiconductor modules 4 represents a brake actuator 16, which has a parallel connection of an IGBT 21a and an antiparallel freewheeling diode 19b in series with a further diode 19b.
  • the forward conduction directions of the IGBT 21a and the diode 19b are directed in the opposite direction to a center connection between the IGBT 21a and the diode 19b.
  • the eighth of the semiconductor modules 4 represents a charging unit 18 and has two parallel connections of an IGBT 2 lb, 21 c and an antiparallel freewheeling diode 19c, 19d, the parallel connections being connected in series with one another.
  • the current transmission directions of the IGBT 21b, 21c are rectified, the charging plate having a central connection between the IGBT 21b, 21c.
  • the power busbar 6 is arranged directly on the top of the eight semiconductor modules 4 and electrically connects the semiconductor modules 4 and further components of the converter, as shown in FIG. 2.
  • the capacitor module 8 has on its end faces vertically downwardly protruding sheets 7, which are mechanically connected to the air cooler 3 in order to dissipate heat generated during the operation of the capacitors 9 to the air cooler 3.
  • control unit 10 carried by a carrier 11.
  • the control unit 10 is used to control switching operations (switching on and off) of the IGBT 21b, 21c of the charging unit 18.
  • the control unit 10 is arranged there because the one shown in FIG. 1
  • Power converter unit 1 was not originally designed for the reversible storage of electrical energy, but was converted accordingly. For the conversion, a second brake actuator was replaced by the charging actuator 18 and the control unit 10 was added. When a functionally identical converter unit is newly manufactured, the control unit 10 can be integrated into the valve control module 12.
  • the valve control module 12 arranged directly above the capacitor module 8 has control units designed for the control of switching operations of the IGBT 21a and 21d to 21i.
  • the system control 13 is arranged directly above the valve control module 12 and has control electronics operated by software for controlling the converter operation and optionally for controlling external functions (such as evaluating a charge status of an energy storage module 20).
  • the capacitor module 8, the valve control module 12 and the system control 13 are fastened to one another and, like the eight semiconductor modules 4 and the busbar 6, are carried by the heat sink 2.
  • the entire converter unit 1 is self-supporting, i. H. does not require any additional means to hold or carry its components and modules.
  • a DC voltage intermediate circuit 28 via which the converter unit 1 can be electrically connected to a power supply network (for example directly or via a further converter), has a first 29 and a second 30 DC voltage line. During operation, the second DC voltage line 30 is at a higher electrical potential than the first DC voltage line 29.
  • an input inductance 33 is connected to the second DC voltage line 30 in the illustrated case, via which the converter unit 1 is connected to a 750 volt DC voltage network for the Operation of trams can be connected.
  • the capacitors 9 are connected between the first 29 and the second 30 direct voltage lines, one of which is shown as a representative in FIG. 2.
  • a discharge resistor 34 is connected in parallel with the capacitors nine.
  • the brake actuator 16, the charge actuator 18 and three series connections, each with two of the IGBT 21d to 21i, are also connected between the first 29 and the second 30 DC voltage line.
  • a motor 36 which is, in particular, an asynchronous motor for driving the movement of a rail vehicle (e.g. tram).
  • the external module 38 has a braking resistor 31, which is connected on one side to the center connection of the brake actuator 16 and on the other side to the first DC voltage line 29 and to the storage module 20 with a first connecting line 39. Furthermore, the external module 38 has a charging choke 24 which is connected on one side to the central connection of the charging plate 18 and on the other side via a current sensor 25 to a second connecting line 40 to the storage module 20. The current sensor 25 is used to control the charging and discharging operation of the memory module 20, which is a variety of
  • a voltage sensor 26 is also connected between the first 39 and the second 40 connecting line for controlling the charging and discharging operation of the memory module 20.
  • An electrical connection 27 connects the first connection line 39 to the first DC voltage line 29.
  • the motor 36 feeds electrical energy into the DC voltage intermediate circuit 28 in the generator mode. At least part of the generated energy (braking energy) is used to charge the storage capacitors 23. However, this presupposes that the storage capacitors 23 can still absorb energy or that the voltage applied to the capacitors does not become greater than the voltage between the first 29 and the second 30 DC voltage line. Otherwise, in the circuit arrangement shown, an uncontrolled discharge of the storage capacitors 23 would take place via the diode 19c into the intermediate circuit. It is also possible to charge the storage capacitors 23 with electrical energy from the supply network.
  • the IGBT 21b is repeatedly switched on and off for storage.
  • a current flows from the second DC voltage line 30 via the IGBT 21b, the charging inductor 24 and the second connecting line 40 into the Storage capacitors 23 and back from the opposite poles of the storage capacitors 23 via the first connection line 39 and via the electrical connection 27 to the first DC voltage line 29.
  • the IGBT 21b is switched off, a current flows from the first DC voltage line 29 via the diode 19d, the charging inductor 24 and the second connecting line 40 in the
  • the IGBT 21c is switched on and off repeatedly to feed electrical energy into the intermediate circuit.
  • a current flows from the storage capacitors 23 via the second connection line 40, the charging inductor 24 and the IGBT 21c into the first DC voltage line 29 and back via the electrical connection 27 and via the first connection line 39 to the opposite poles of FIG Storage Capacitors 23.
  • the IGBT 21c is turned off, a current flows from the storage capacitors 23 via the second connection line 40, the charging inductor 24 and the diode 19c into the second DC voltage line 30 and a current flows from the first DC voltage line 29 via the electrical connection 27 and over the first connecting line 39 to the opposite poles of the storage capacitors.
  • Supply network can be fed back, can still be stored in the storage capacitors 23, the electrical energy is converted into heat via the braking resistor 31.
  • the IGBT 21a is repeatedly switched on and off, so that a current flow from the second DC voltage line 30 via the IGBT 21a to the braking resistor 31 takes place when the IGBT 21a is switched on, and so that a current flow from the first DC voltage line 29 via the diode 19b the braking resistor 31 takes place when the IGBT 21a is turned off.
  • the variant of the system according to FIG. 2 shown in FIG. 3 has two of the charging plates, which are designated by the reference symbols 18a, 18b.
  • Both charging plates 18a, 18b are configured like charging plate 18 according to FIG. 2 and are connected between first 29 and second 30 DC voltage lines. They each have a middle connection on, which is connected to a charging choke 24a or 24b.
  • the charging chokes 24a, 24b are electrically connected to one another on the other side, so that the storage capacitors 23 can be charged and discharged individually or simultaneously via the charging actuators 18a, 18b. A larger charge current or discharge current can therefore flow.
  • the corresponding modified converter unit is designated in FIG. 3 with the reference symbol la, the modified external module with the reference symbol 38a.
  • the converter unit is designed as described with reference to FIG. 3, but different storage devices can be charged and discharged via the two charging actuators 18a, 18b.
  • the brake actuator 16 and the brake resistor 31 can also be omitted in the system shown in FIG. 2, or the two charge actuators 18a, 18b in FIG. 3 can be connected to a common charging throttle.
  • An advantage of the possibility of storing the electrical energy is that the braking resistor can be reduced in size compared to conventional converters or can be designed for lower electrical outputs or can be omitted entirely.

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Abstract

The invention relates to a power converter assembly for high-performance applications, especially for a drive motor of a rail-bound vehicle. The assembly comprises a plurality of electronic valves (21) that can be switched on and off, a cooling device for cooling the valves (3) and connecting means for electronically connecting the valves (21). A first part of the valves (21) is electrically connected in such a manner as to allow for a power converter operation and a second part of the valves (21) is electrically connected in such a manner that electric energy present in the power converter assembly can be supplied to a power accumulator (20). Energy stored in said power accumulator (20) is provided and/or used as electric energy in the power converter assembly. The cooling device is a common cooling device for cooling the first and the second part of the valves (21). The connecting means are configured as a power rail system (6) and the power converter assembly is configured as a power converter unit (1) in which the valves (21), the cooling device and the power rail system (6) are mechanically interlinked.

Description

Stromrichteranordnung Converter arrangement
Beschreibungdescription
Die Erfindung betrifft eine Stromrichteranordnung für Hochleistungsanwendungen mit einer Mehrzahl von ein- und ausschaltbaren elektronischen Ventilen. Die Stromrichteranordnung dient insbesondere der Versorgung eines Antriebsmotors eines Schienenfahrzeuges oder eines an ein elektrisches Versorgungsnetz angeschlossenen Straßenfahrzeuges (z.B. sogenannter O-Bus) mit elektrischer Energie. Beispielsweise kann die Stromrichteranordnung elektrische Energie aus einem Gleichspannungsnetz oder einem Wechselspannungsnetz beziehen. Derartige Stromrichteranordnung werden aber auch bei Fahrzeugen mit dieselelektrischem Antriebssystem eingesetzt oder bei Fahrzeugen, in denen eine Brennstoffzelleneinrichtung elektrische Energie generiert.The invention relates to a converter arrangement for high-performance applications with a plurality of electronic valves that can be switched on and off. The converter arrangement serves in particular to supply electrical energy to a drive motor of a rail vehicle or a road vehicle connected to an electrical supply network (e.g. so-called O-bus). For example, the converter arrangement can obtain electrical energy from a DC voltage network or an AC voltage network. Such converter arrangements are also used in vehicles with a diesel-electric drive system or in vehicles in which a fuel cell device generates electrical energy.
Wenn die Stromrichteranordnung eines Fahrzeugs an ein elektrisches Versorgungsnetz angeschlossenen ist, kann beim Bremsen bzw. im Schubbetrieb elektrische Energie in das Versorgungsnetz zurück gespeist werden. In diesem Fall generiert der Antriebsmotor des Fahrzeugs elektrische Energie, die über die Stromrichteranordnung gleichgerichtet wird. Abhängig von dem momentanen Betriebszustand ist das Versorgungsnetz aber unter Umständen nicht in der Lage, elektrische Energie aufzunehmen. Ist die Stromrichteranordnung nicht an ein Versorgungsnetz angeschlossen, besteht keine Möglichkeit der Rückspeisung. Die elektrische Energie kann dann über einen elektrischen Widerstand in Wärme umgewandelt werden und an die Umgebung abgeführt werden. Es ist wünschenswert, die durch Umwandlung der elektrischen Energie in Wärme entstehenden Energieverluste zu minimieren. Hierzu kann die von dem Antriebsmotor generierte elektrische Energie reversibel oder nicht reversibel gespeichert werden. Als reversible Speicher können insbesondere Systeme mit schnell rotierenden Massen und/oder Systeme zur kurzzeitigen Speicherung elektrischer und/oder elektrochemischer Energie eingesetzt werden. In den letzten Jahren wurden Kondensatoren mit hoher Speicherkapazität entwickelt, insbesondere Doppelschichtkondensatoren. Unter Doppelschicht-Kondensatoren werden Kondensatoren verstanden, bei denen im geladenen Zustand an zumindest einer Elektrode eine elektrische Doppelschicht aus der Elektrode und elektrisch entgegengesetzt geladenen angelagerten Teilchen ausgebildet ist. Bei einer bevorzugten Art von Doppelschicht-Kondensatoren mit besonders hoher erreichbarer Kapazität pro Volumeneinheit, auch Superkondensatoren genannt, befindet sich zwischen den Elektroden eine elektrisch isolierende, jedoch für Ionen durchlässige Membran.If the converter arrangement of a vehicle is connected to an electrical supply network, electrical energy can be fed back into the supply network during braking or in overrun mode. In this case, the drive motor of the vehicle generates electrical energy, which is rectified via the converter arrangement. Depending on the current operating state, the supply network may not be able to absorb electrical energy. If the converter arrangement is not connected to a supply network, there is no possibility of energy recovery. The electrical energy can then be converted into heat via an electrical resistor and dissipated to the environment. It is desirable to minimize the energy losses caused by converting electrical energy into heat. For this purpose, the electrical energy generated by the drive motor can be stored reversibly or non-reversibly. In particular, systems with rapidly rotating masses and / or systems for the short-term storage of electrical and / or electrochemical energy can be used as reversible memories. In recent years, capacitors with a high storage capacity have been developed, in particular double-layer capacitors. Double-layer capacitors are understood to mean capacitors in which, in the charged state, an electrical double layer is formed on at least one electrode from the electrode and deposited particles which are charged in the opposite direction. In a preferred type of double-layer capacitors with a particularly high achievable capacity per unit volume, also called supercapacitors, there is an electrically insulating membrane which is permeable to ions, however, between the electrodes.
Um insbesondere für den Einsatz in Schienenfahrzeugen und Bussen ausreichend große Energiemengen aufnehmen zu können, sind eine Vielzahl parallel und/oder in Serie zueinander geschaltete Kondensatoren erforderlich. Ein derartiger Energiespeicher für eine Straßenbahn hat beispielsweise ein Gewicht von 450 Kilogramm und ein Volumen von 0,8 Kubikmeter. Weiterhin sind entsprechende Stell- und Steuereinrichtungen zum Aufladen und Entladen des Energiespeichers erforderlich. Auf Grund des Platzbedarfs der einzelnen Systemkomponenten (Energiespeicher, Stromrichter, elektrische Verbindungen sowie Stell- und Steuereinrichtungen) und auf Grund der Mehrzahl der beteiligten Systemkomponenten treten einerseits während des Betriebes elektrische Verluste auf und können andererseits elelctromagnetische Schwingungen in dem System angeregt werden. Auch ist zu berücksichtigen, dass die in Wärme umgewandelte elektrische Verlustenergie in ausreichender Weise an die Umgebung abgeführt werden muss. Insbesondere entstehen beim Betrieb der Kondensatoren (sowohl der Speicherkondensatoren als auch der Kondensatoren des Stromrichters) und beim Betrieb der ein- und ausschaltbaren Ventile erhebliche Wärmemengen. Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Stromrichteranordnung der eingangs genannten Art anzugeben, die zum reversiblen Speichern elektrischer Energie geeignet ist, wobei bei möglichst geringen Kosten und Platzbedarf ein effektiver störungsfreier Stro richterbetrieb gewährleistet sein soll. Es wird eine Stromrichteranordnung für Hochleistungsanwendungen vorgeschlagen, die eine Mehrzahl von ein- und ausschaltbaren elektronischen Ventilen, eine Kühleinrichtung zum Kühlen der Ventile und Verbindungsmittel zum elektrischen Verbinden der Ventile aufweist. Ein erster Teil der Ventile ist derart elektrisch verbunden, dass ein Stromrichterbetrieb möglich ist und ein zweiter Teil der Ventile ist derart elektrisch verbunden, dass in der Stromrichteranordnung vorhandene elektrische Energie zu einer Energie-Speichereinrichtung zuführbar ist und in der Speichereinrichtung gespeicherte Energie als elektrische Energie in der Stromrichteranordnung bereitgestellt und/oder genutzt werden kann. Die Kühleinrichtung ist eine für eine Kühlung des ersten und des zweiten Teils der Ventile gemeinsame Kühleinrichtung. Die Verbindungsmittel sind als elektrische Leistungsverschienung ausgestaltet und die Stxomrichteranordnuiig ist als Stromrichtereinheit ausgestaltet, in der die Ventile, die Kühleinrichtung und die Leistungsverschienung mechanisch miteinander verbunden sind.A large number of capacitors connected in parallel and / or in series with one another are required in order to be able to absorb large amounts of energy, in particular for use in rail vehicles and buses. Such an energy store for a tram has, for example, a weight of 450 kilograms and a volume of 0.8 cubic meters. Corresponding actuating and control devices for charging and discharging the energy store are also required. Due to the space requirements of the individual system components (energy storage, power converters, electrical connections as well as control and control devices) and due to the majority of the system components involved, electrical losses occur on the one hand during operation and, on the other hand, electromagnetic vibrations can be excited in the system. It must also be taken into account that the electrical loss energy converted into heat must be dissipated to the surroundings in a sufficient manner. In particular, considerable amounts of heat are generated during the operation of the capacitors (both the storage capacitors and the capacitors of the converter) and during the operation of the valves which can be switched on and off. It is an object of the present invention to provide a converter arrangement of the type mentioned at the outset which is suitable for the reversible storage of electrical energy, an effective, trouble-free converter operation being to be ensured with the lowest possible costs and space requirements. A converter arrangement for high-performance applications is proposed which has a plurality of electronic valves which can be switched on and off, a cooling device for cooling the valves and connecting means for electrically connecting the valves. A first part of the valves is electrically connected such that converter operation is possible and a second part of the valves is electrically connected such that electrical energy present in the converter arrangement can be supplied to an energy storage device and energy stored in the storage device as electrical energy the converter arrangement can be provided and / or used. The cooling device is a common cooling device for cooling the first and the second part of the valves. The connecting means are designed as electrical power busbars and the Stxomrichteranordnuiig is designed as a power converter unit in which the valves, the cooling device and the power busbar are mechanically connected to one another.
Die Stromrichtereinheit kann insbesondere wie in der DE 198 13 365 AI beschrieben ausgeführt sein, wobei jedoch ein Teil der in der Schrift genannten Halbleiterventile als der zweite Teil der Ventile ausgestaltet ist und somit für die Beladung und Entladung des Energiespeichers eingesetzt werden kann. Bezüglich der mechanischen und elektrischen Verbindung der einzelnen Baugruppen und Bauteile des in der Schrift beschriebenen Stromrichters wird auf die dort gemachten Ausführungen Bezug genommen, die hiermit vollinhaltlich in die vorliegende Beschreibung aufgenommen werden. Jedoch sind im Rahmen der Erfindung auch andere Ausgestaltungen der Stromrichtereinheit möglich.The converter unit can in particular be designed as described in DE 198 13 365 AI, but some of the semiconductor valves mentioned in the document are designed as the second part of the valves and can therefore be used for charging and discharging the energy store. With regard to the mechanical and electrical connection of the individual assemblies and components of the converter described in the document, reference is made to the statements made there, which are hereby incorporated in full in the present description. However, other configurations of the converter unit are also possible within the scope of the invention.
Insbesondere ist der erste Teil der Ventile als Baugruppe für den Umrichterbetrieb eines Asynchronmotors ausgestaltet. Die Speichereinrichtung kann wie bereits im Zusammenhang mit der reversiblen Speicherung von elektrischer Energie beschrieben ausgestaltet sein. Insbesondere bei der in der DE 198 13 365 AI beschriebenen Konstruktion einer Strornrichtereinheit werden einstückige Module verwendet, die jeweils zumindest eines der Ventile aufweisen. Außer den Ventilen können noch weitere elektronische Bauteile in den Modulen vorgesehen sein, beispielsweise jeweils eine antiparallel zu einem der Ventile geschaltete Diode. Es wird nun vorgeschlagen, zwei elektronische Ventile des zweiten Teils der Ventile in Reihe zu schalten und über die Reihenschaltung eine erste und eine zweite Gleichspannungsleitung eines Gleichspannungskreises miteinander zu verbinden. Die Reihenschaltung (mit ggf. weiteren elektronischen Bauteilen) kann als einstückiges Modul ausgestaltet sein. Insbesondere hat die Reihenschaltung drei elektrische Anschlüsse, einen an einem ersten Ende der Reihenschaltung, der mit der ersten Gleichspannungsleitung verbunden ist, einen zweiten an dem anderen Ende der Reihenschaltung, der mit der zweiten Gleichspannungsleitung verbunden ist, und einen dritten zwischen den Ventilen. Der dritte Anschhiss wird zum Aufladen und Entladen mit der Speichereinrichtung verbunden, insbesondere über eine Drossel (Induktivität).In particular, the first part of the valves is designed as a module for the converter operation of an asynchronous motor. The storage device can be configured as already described in connection with the reversible storage of electrical energy. In particular in the construction of a power converter unit described in DE 198 13 365 AI, one-piece modules are used, each of which has at least one of the valves. In addition to the valves, other electronic components can also be provided in the modules, for example a diode connected antiparallel to one of the valves. It is now proposed to connect two electronic valves of the second part of the valves in series and to connect a first and a second DC voltage line of a DC voltage circuit to one another via the series connection. The series connection (with possibly further electronic components) can be designed as a one-piece module. In particular, the series circuit has three electrical connections, one at a first end of the series circuit that is connected to the first DC voltage line, a second at the other end of the series circuit that is connected to the second DC voltage line, and a third between the valves. The third connection is connected to the storage device for charging and discharging, in particular via a choke (inductance).
Die Verwendung eines derartigen Moduls hat den Vorteil, dass existierendeThe use of such a module has the advantage that existing ones
Stromrichter auf einfache Weise umgerüstet werden können, indem ein anderes Modul, das für die Auskopplung elektrischer Energie und die Zuführung der elektrischen Energie zu einem elektrischen Widerstand (Bremswiderstand) ausgestaltet ist, durch das Modul mit der Reihenschaltung ersetzt wird. Der Stromrichter kann daher lediglich durch die Ersetzung des Moduls für die reversible Energiespeicherung tauglich gemacht werden. Auch kann der vorhandene Stromrichter leicht von vornherein wie beschrieben hergestellt werden. Somit werden Entwicklungskosten für die Entwicklung einer neuen kompakten Stromrichtereinheit oder für die Entwicklung einer separaten bautechnischen Einheit mit dem zweiten Teil der Ventile gespart. Angesichts der in der Praxis für Schienenfahrzeuge hohen Stromrichter-Entwicklungskosten ermöglicht dies einen wirtschaftlich lohnenden Einstieg in die Rückgewinnung von Bremsenergie.Power converters can be converted in a simple manner by replacing another module, which is designed for decoupling electrical energy and supplying the electrical energy to an electrical resistor (braking resistor), with the module with the series connection. The converter can therefore only be made suitable for reversible energy storage by replacing the module. The existing converter can also be easily manufactured from the outset as described. This saves development costs for the development of a new compact converter unit or for the development of a separate structural unit with the second part of the valves. In view of the high converter development costs in practice for rail vehicles, this enables an economically worthwhile entry into the recovery of braking energy.
Die Ventile der genannten Reihenschaltung sind vorzugsweise mit einer Steuereinrichtung der Stromrichtereinheit kombiniert, wobei die Steuereinrichtung ausgestaltet ist, durch Steuern eines Lade- und Entladebetriebes der Reihenschaltung elektrische Energie der Speichereinrichtung zuzuführen und/oder aus derThe valves of the series connection mentioned are preferably combined with a control device of the converter unit, the control device being designed to supply electrical energy to and / or from the storage device by controlling a charging and discharging operation of the series connection
Speichereinrichtung in den Gleichspannungskreis einzuspeisen. Insbesondere ist die Steuereinrichtung über Lichtleiter zur Übertragung von Schaltsignalen mit den Ventilen der Reihenschaltung verbunden.Feed the storage device into the DC circuit. In particular, the Control device connected to the valves of the series connection via optical fibers for the transmission of switching signals.
Bei einer Weiterbildung der Stromrichteranordnung sind zwei der Reihenschaltungen vorgesehen, wobei jede der Reihenschaltungen mit einer Steuereinrichtung kombiniert ist, sodass durch Steuern eines Lade- und Entladebetriebes der Ventile derIn a development of the converter arrangement, two of the series connections are provided, each of the series connections being combined with a control device, so that by controlling a charging and discharging operation of the valves, the
Reihenschaltungen elektrische Energie zu der Speichereinrichtung zuführbar und aus der Speichereinrichtung in den Gleichspannungskreis einspeisbar ist. In diesem Fall kann z. B. die selbe Speichereinrichtung über beide Reihenschaltungen bei der doppelten Lade- und/oder Entladeleistung betrieben werden. Alternativ können zwei separate Speichereinrichtungen betrieben werden. Insbesondere kann bei einer vorhandenen Stromrichtereinheit ein weiteres für den Betrieb eines Bremswiderstandes ausgelegtes Modul gegen ein Modul mit der Reihenschaltung ausgetauscht werden.Series connections of electrical energy can be supplied to the storage device and can be fed from the storage device into the DC voltage circuit. In this case, e.g. B. the same storage device can be operated via two series circuits with double charging and / or discharging power. Alternatively, two separate storage devices can be operated. In particular, in the case of an existing converter unit, a further module designed for the operation of a braking resistor can be exchanged for a module with the series connection.
Es ist jedoch auch möglich, sowohl einen Bremswiderstand als auch einen reversiblen Energiespeicher gleichzeitig an dem selben Stromrichtern zu betreiben. Insbesondere für diesen Fall wird vorgeschlagen, dass zumindest eines der Ventile derHowever, it is also possible to operate both a braking resistor and a reversible energy store simultaneously on the same converter. In this case in particular, it is proposed that at least one of the valves of the
Stromrichteranordnung derart elektrisch verbunden und betreibbar ist, dass elektrische Energie der Stromrichteranordnung über einen Widerstand in Wärme umwandelbar ist.Converter arrangement is electrically connected and operable such that electrical energy of the converter arrangement can be converted into heat via a resistor.
Der erfindungsgemäße kompakte Aufbau der Strormichteranordnung als Stromrichtereinheit mit gemeinsamer Kühlung und Leistungsverschienung minimiert den Platzbedarf und ermöglicht eine besonders ederinduktive elektrische Verbindung aller Ventile. Die Leistungsverschienung kann eine Mehrzahl von elektrisch leitenden, gegeneinander isolierten Schichten aufweisen, über die die jeweils erforderlichen elektrischen Verbindungen hergestellt sind. Gegenüber einer Stronrrichteranordnung, in der der erste Teil der Ventile und der zweite Teil der Ventile in getrennten bautechnischen Einheiten angeordnet sind, kann somit eine kostengünstigere und auch niederinduktivere Verschienung erzielt werden, sodass störende elektromagnetische Schwingungen zwischen den durch den ersten und den zweiten Teil der Ventile gebildeten Schaltungseinheiten vermieden werden. Abgesehen davon, dass derartige Schwingungen den Betrieb des Stromrichters selbst stören können, werden auch die Vorschriften hinsichtlich der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) und ggf. hinsichtlich des Betriebs von Stromrichtern an elektrischen Versorgungsnetzen sicher eingehalten. Die Leistungsverschienung ist insbesondere einstückig ausgestaltet.The compact construction according to the invention of the current meter arrangement as a converter unit with common cooling and power railing minimizes the space requirement and enables a particularly ederinductive electrical connection of all valves. The power busbar can have a plurality of electrically conductive, mutually insulated layers, via which the respectively required electrical connections are made. Compared to a power converter arrangement, in which the first part of the valves and the second part of the valves are arranged in separate structural units, a more cost-effective and also low-inductance splinting can be achieved, so that disturbing electromagnetic vibrations between the through the first and the second part of the valves formed circuit units can be avoided. In addition to the fact that such vibrations can disrupt the operation of the converter itself, the regulations regarding electromagnetic compatibility (EMC) and possibly with regard to the operation of power converters on electrical supply networks. The power rail is designed in particular in one piece.
Auch ist der Aufwand für die Kühlung sämtlicher Ventile auf Grund der Verwendung einer gemeinsamen Kühleinrichtung minimiert. Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Kühleinrichtung einen Kühlkörper auf, an dessen Oberfläche die Ventile befestigt sind. Z. B. kann die Kühleinrichtung (etwa ein Wasserkühler oder Luftkühler) derart ausgestaltet sein, dass sie das Gewicht zumindest der Ventile und der Leistungsverschienung trägt. Durch den mechanischen Verbund dieser Baugruppen der Stromrichteranordnung kann eine besonders stabile und insbesondere selbst tragende Stromrichtereinheit erreicht werden. Die Stromrichtereinheit kann daher zunächst vollständig montiert werden und muss dann am Einsatzort lediglich noch mit den anderen bautechnischen Einheiten verbunden werden, etwa mit der Speichereinrichtung, einem Stromabnehmer und einem Antriebsmotor.The effort for cooling all valves is minimized due to the use of a common cooling device. In an advantageous embodiment, the cooling device has a heat sink, on the surface of which the valves are attached. For example, the cooling device (such as a water cooler or air cooler) can be designed such that it bears the weight of at least the valves and the power rail. A particularly stable and in particular self-supporting converter unit can be achieved by the mechanical connection of these assemblies of the converter arrangement. The converter unit can therefore first be fully assembled and then only has to be connected to the other structural units at the place of use, for example the storage device, a current collector and a drive motor.
Insbesondere sind die Ventile des ersten Teils anders ausgestaltet als die Ventile des zweiten Teils. Z. B. sind die eigentlichen Stromrichterventile (der erste Teil) insbesondere bei Motorstromrichtern größer und/oder für größere Stromstärken und/oder für höhere Schaltfrequenzen ausgelegt. Auch weist die Stromrichtereinheit vorzugsweise eine Steuereinrichtung auf, die derart ausgestaltet und signaltechnisch mit dem zweiten Teil der Ventile verbunden ist, dass der zweite Teil der Ventile für die Auf- und Entladung der Speichereinrichtung einsetzbar ist. Wenn eine Systemsteuerung zur Steuerung des Betriebs des Stromrichters und der Auf- und Entladefunktion in die Stromrichtereinheit integriert ist, übernimmt die Systemsteuerung vorzugsweise sämtliche, auch stromrichterexterne Funktionen im Zusammenhang mit der Aufladung und Entladung der Speichereinrichtung.In particular, the valves of the first part are designed differently than the valves of the second part. For example, the actual converter valves (the first part) are designed to be larger and / or designed for larger current intensities and / or for higher switching frequencies, particularly in the case of motor converters. The converter unit also preferably has a control device which is designed and connected to the second part of the valves in terms of signal technology in such a way that the second part of the valves can be used for charging and discharging the storage device. If a system controller for controlling the operation of the converter and the charging and discharging function is integrated in the converter unit, the system controller preferably takes over all functions, including those outside the converter, in connection with charging and discharging the storage device.
Die erfindungsgemäße Stromrichteranordnung erlaubt insbesondere folgendeThe converter arrangement according to the invention allows in particular the following
Verfahrensweise beim Betrieb eines Schienenfahrzeuges, z. B. einer Straßenbahn. Diesem Verfahren liegt das Problem zugrunde, dass es an bestimmten Orten, beispielsweise städtischen Plätzen mit denlαnalgeschützten Gebäuden und/oder Sehenswürdigkeiten, unerwünscht ist, eine Oberleitung für Schienenfahrzeuge zu installieren oder zu betreiben. Andererseits ist der Aufwand für die Verlegung einerProcedure when operating a rail vehicle, e.g. B. a tram. This method is based on the problem that it is undesirable to install or operate an overhead line for rail vehicles in certain locations, for example urban places with the protected buildings and / or sights. On the other hand, the effort for laying one
Stromschiene im Bodenbereich, an der das Schienenfahrzeug den benötigten Strom zum Betrieb des Antriebsmotors abnehmen kann, hoch. Es wird daher vorgeschlagen, eine Speichereinrichtung zum reversiblen Speichern elektrischer Energie vor einem Beginn eines Streckenabschnitts, in dem keine Möglichkeit einer Stromentnahme aus einem elektrischen Versorgungsnetz besteht, über die Stromrichteranordnung mit elektrischer Energie aufzuladen und die für die Fahrt in dem Streckenabschnitt benötigte elektrische Energie zumindest teilweise durch Entladen der Speichereinrichtung und Einspeisen elektrischer Energie in die Stromrichteranordnung bereitzustellen.Conductor rail in the floor area on which the rail vehicle supplies the electricity required Operation of the drive motor can decrease, high. It is therefore proposed to charge a storage device for reversibly storing electrical energy before the start of a section of the route in which there is no possibility of drawing current from an electrical supply network via the converter arrangement and to at least partially charge the electrical energy required for travel in the section of the route by discharging the storage device and feeding electrical energy into the converter arrangement.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausfuhrungsbeispielen näher erläutert, die in den Figuren schematisch dargestellt sind. Gleiche Bezugsziffern in den einzelnen Figuren bezeichnen dabei gleiche Elemente. Im Einzelnen zeigt:The invention is explained in more detail below on the basis of exemplary embodiments, which are shown schematically in the figures. The same reference numbers in the individual figures denote the same elements. In detail shows:
Fig. 1 eine Stromrichtereinheit in perspektivischer Explosionsdarstellung,1 shows a converter unit in a perspective exploded view,
Fig. 2 ein elektrisches Schaltbild eines Systems mit der Stromrichtereinheit nach Fig. 1 und mit einer Energie-Speichereinrichtung undFig. 2 is an electrical circuit diagram of a system with the converter unit of FIG. 1 and with an energy storage device and
Fig. 3 ein elektrisches Teil-Schaltbild einer Variante des Systems nach Fig. 2.3 shows an electrical partial circuit diagram of a variant of the system according to FIG. 2.
Die Fig. 1 gezeigte Stromrichtereinheit 1 weist von unten nach oben auf: einenThe converter unit 1 shown in FIG. 1 has from bottom to top: one
Luftkühler 3 mit einem Kühlkörper 2, eine Gruppe von insgesamt acht einstückigen Halbleitermodulen 4, eine Leistungsverschienung 6, ein Kondensatormodul 8, ein Ventil-Steuerungsmodul 12 und eine Systemsteuerung 13.Air cooler 3 with a heat sink 2, a group of a total of eight one-piece semiconductor modules 4, a power rail 6, a capacitor module 8, a valve control module 12 and a system controller 13.
Der hohle Kühlkörper 2 ermöglicht den Abtransport von Wärme über ein gasförmiges Wärmeträgermedium (insbesondere Luft), das den Kühlkörper 2 durchströmt. Die acht Halbleitermodule 4 sind mit ihren Unterseiten vollflächig auf der ebenen Oberfläche des Kühlkörpers 2 befestigt. Somit besteht ein guter Wärmeübergang zwischen den Halbleitermodulen 4 und dem Kühlkörper 2. Alternativ zu dem Luftkühler 3 kann beispielsweise ein für ein flüssiges Kühlmedium geeigneter Flüssigkeitskühler verwendet werden. Dadurch dass die acht Halbleitermodule 4 dicht nebeneinander angeordnet sind, vorzugsweise ohne Abstand zueinander, kann die Stromrichtereinheit 1 insgesamt kompakte aufgebaut sein. Insbesondere ermöglicht diese Anordnung kurze Wege der elektrischen Verbindungen zwischen den Halbleitermodulen 4. Die Halbleitermodule 4 bilden zwei Reihen mit jeweils vier längsseitig in Reihe angeordneten gleich großen Halbleitermodulen.The hollow heat sink 2 enables heat to be transported away via a gaseous heat transfer medium (in particular air) which flows through the heat sink 2. The undersides of the eight semiconductor modules 4 are fastened over their entire surface on the flat surface of the heat sink 2. There is thus good heat transfer between the semiconductor modules 4 and the heat sink 2. As an alternative to the air cooler 3, a liquid cooler suitable for a liquid cooling medium can be used, for example. The fact that the eight semiconductor modules 4 are arranged close to one another, preferably without a distance from one another, means that the converter unit 1 can be of compact overall construction. In particular, this arrangement enables short paths of electrical connections between the semiconductor modules 4 Semiconductor modules 4 form two rows, each with four semiconductor modules of equal size arranged along the longitudinal side.
Sechs der Halbleitermodule 4 weisen jeweils einen IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) 21dbis 21i und eine antiparallel geschaltete Freilaufdiode auf. Eines der Halbleitermodule 4 stellt einen Bremssteller 16 dar, der eine Parallelschaltung eines IGBT 21a und einer antiparallelen Freilaufdiode 19b in Reihe zu einer weiteren Diode 19b aufweist. Dabei sind die Strom-Durchlassrichtungen des IGBT 21a und der Diode 19b entgegengesetzt auf einen Mittelanschluss zwischen dem IGBT 21a und der Diode 19b gerichtet. Das achte der Halbleitermodule 4 stellt einen Ladesteller 18 dar und weist zwei Parallelschaltungen eines IGBT 2 lb, 21 c und einer antiparallelen Freilaufdiode 19c, 19d auf, wobei die Parallelschaltungen in Reihe zueinander geschaltet sind. Die Strom-Durchlassrichtungen der IGBT 21b, 21c sind gleichgerichtet, wobei der Ladesteller einen Mittelanschluss zwischen den IGBT 21b, 21c aufweist.Six of the semiconductor modules 4 each have an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) 21d to 21i and an anti-parallel freewheeling diode. One of the semiconductor modules 4 represents a brake actuator 16, which has a parallel connection of an IGBT 21a and an antiparallel freewheeling diode 19b in series with a further diode 19b. The forward conduction directions of the IGBT 21a and the diode 19b are directed in the opposite direction to a center connection between the IGBT 21a and the diode 19b. The eighth of the semiconductor modules 4 represents a charging unit 18 and has two parallel connections of an IGBT 2 lb, 21 c and an antiparallel freewheeling diode 19c, 19d, the parallel connections being connected in series with one another. The current transmission directions of the IGBT 21b, 21c are rectified, the charging plate having a central connection between the IGBT 21b, 21c.
Die Leistungsverschienung 6 ist unmittelbar an der Oberseite der acht Halbleitermodule 4 angeordnet und verbindet die Halbleitermodule 4 sowie weitere Bauteile des Stromrichters elektrisch wie in Fig. 2 dargestellt. Unmittelbar über der Leistungsverschienung 6 ist das Kondensatormodul 8 angeordnet, das sechs Kondensatoren 9 aufweist, die in Reihe nebeneinander angeordnet sind. Das Kondensatormodul 8 weist an seinen Stirnseiten senkrecht nach unten ragende Bleche 7 auf, die mechanisch mit dem Luftkühler 3 verbunden sind, um beim Betrieb der Kondensatoren 9 entstehende Wärme zum Luftkühler 3 abzuleiten.The power busbar 6 is arranged directly on the top of the eight semiconductor modules 4 and electrically connects the semiconductor modules 4 and further components of the converter, as shown in FIG. 2. The capacitor module 8, which has six capacitors 9, which are arranged in a row next to one another, is arranged directly above the power rail 6. The capacitor module 8 has on its end faces vertically downwardly protruding sheets 7, which are mechanically connected to the air cooler 3 in order to dissipate heat generated during the operation of the capacitors 9 to the air cooler 3.
In Höhe der Kondensatoren 9 liegt ein Freiraum, in dem sich jedoch eine von einem Träger 11 getragene Steuereinheit 10 befindet. Die Steuereinheit 10 dient der Steuerung von Schalthandlungen (ein- und ausschalten) der IGBT 21b, 21c des Ladestellers 18. Die Steuereinheit 10 ist dort angeordnet, weil die in Fig. 1 dargestellteThere is a free space at the level of the capacitors 9, but in which there is a control unit 10 carried by a carrier 11. The control unit 10 is used to control switching operations (switching on and off) of the IGBT 21b, 21c of the charging unit 18. The control unit 10 is arranged there because the one shown in FIG. 1
Stromrichtereinheit 1 ursprünglich nicht für die reversible Speicherung elektrischer Energie ausgestaltet war, jedoch entsprechend umgerüstet wurde. Für die Umrüstung wurde ein zweiter Bremssteller durch den Ladesteller 18 ersetzt und die Steuereinheit 10 hinzugefügt. Bei der Neu-Herstellung einer funktionsgleichen Stromrichtereinheit kann die Steuereinheit 10 in das Ventil-Steuerungsmodul 12 integriert werden. Das unmittelbar über dem Kondensatormodul 8 angeordnete Ventil-Steuerungsmodul 12 weist für die Steuerung von Schalthandlungen der IGBT 21a und 21d bis 21i ausgestaltete Steuerungseinheiten auf. Unmittelbar über dem Ventil-Steuerungsmodul 12 ist die Systemsteuerung 13 angeordnet, die durch Software betriebene Steuerungselektronik zur Steuerung des Stromrichterbetriebs und optional zur Steuerung externer Funktionen (wie z. B. Auswertung eines Ladezustandes eines Energie-Speichermoduls 20) aufweist.Power converter unit 1 was not originally designed for the reversible storage of electrical energy, but was converted accordingly. For the conversion, a second brake actuator was replaced by the charging actuator 18 and the control unit 10 was added. When a functionally identical converter unit is newly manufactured, the control unit 10 can be integrated into the valve control module 12. The valve control module 12 arranged directly above the capacitor module 8 has control units designed for the control of switching operations of the IGBT 21a and 21d to 21i. The system control 13 is arranged directly above the valve control module 12 and has control electronics operated by software for controlling the converter operation and optionally for controlling external functions (such as evaluating a charge status of an energy storage module 20).
Das Kondensatormodul 8, das Ventil-Steuerungsmodul 12 und die Systemsteuerung 13 sind aneinander befestigt und werden - wie auch die acht Halbleitermodule 4 und die Verschienung 6 - von dem Kühlkörper 2 getragen. Die gesamte Stromrichtereinheit 1 ist selbsttragend, d. h. benötigt keine zusätzlichen Mittel zum Halten oder Tragen ihrer Bauteile und Module.The capacitor module 8, the valve control module 12 and the system control 13 are fastened to one another and, like the eight semiconductor modules 4 and the busbar 6, are carried by the heat sink 2. The entire converter unit 1 is self-supporting, i. H. does not require any additional means to hold or carry its components and modules.
Fig. 2 zeigt das elektrische Schaltbild der Stromrichtereinheit 1, eines externen Moduls 38 und des Speichermoduls 20. Weitere, nicht dargestellte Bauteile und Elemente können vorgesehen sein. Ein Gleichspannungszwischenkreis 28, über dem die Stromrichtereinheit 1 elektrisch an ein Stromversorgungsnetz angeschlossen werden kann (z. B. direkt oder über einen weiteren Stromrichter) weist eine erste 29 und eine zweite 30 Gleichspannungsleitung auf. Während des Betriebes befindet sich die zweite Gleichspannungsleitung 30 auf höherem elektrischen Potenzial als die erste Gleichspannungsleitung 29. Außerhalb der Stromrichtereinheit 1 ist in dem dargestellten Fall mit der zweiten Gleichspannungsleitung 30 verbunden eine Eingangsinduktivität 33, über die die Stromrichtereinheit 1 an ein 750 Volt Gleichspannungsnetz für den Betrieb von Straßenbahnen angeschlossen werden kann.2 shows the electrical circuit diagram of the converter unit 1, an external module 38 and the memory module 20. Further components and elements, not shown, can be provided. A DC voltage intermediate circuit 28, via which the converter unit 1 can be electrically connected to a power supply network (for example directly or via a further converter), has a first 29 and a second 30 DC voltage line. During operation, the second DC voltage line 30 is at a higher electrical potential than the first DC voltage line 29. Outside the converter unit 1, an input inductance 33 is connected to the second DC voltage line 30 in the illustrated case, via which the converter unit 1 is connected to a 750 volt DC voltage network for the Operation of trams can be connected.
Zwischen die erste 29 und die zweite 30 Gleichspannungsleitung sind die Kondensatoren 9 geschaltet, von denen in Fig. 2 einer stellvertretend dargestellt ist. Parallel zu den Kondensatoren neun ist ein Entladewiderstand 34 geschaltet.The capacitors 9 are connected between the first 29 and the second 30 direct voltage lines, one of which is shown as a representative in FIG. 2. A discharge resistor 34 is connected in parallel with the capacitors nine.
Ebenfalls zwischen die erste 29 und die zweite 30 Gleichspannungsleitung sind der Bremssteller 16, der Ladesteller 18 und drei Reihenschaltungen mit jeweils zwei der IGBT 21dbis 21i geschaltet. An jeweils einem Mittelanschluss der drei Reihenschaltungen zweigen drei Phasen einer Drehstromleitung zu einem Motor 36 ab, der insbesondere ein Asynchronmotor zum Antreiben der Bewegung eines Schienenfahrzeuges (z. B. Straßenbahn) ist.The brake actuator 16, the charge actuator 18 and three series connections, each with two of the IGBT 21d to 21i, are also connected between the first 29 and the second 30 DC voltage line. At each center connection of the three series connections, three phases of a three-phase line branch off to a motor 36, which is, in particular, an asynchronous motor for driving the movement of a rail vehicle (e.g. tram).
Das externe Modul 38 weist einen Bremswiderstand 31 auf, der an einer Seite mit dem Mittelanschluss des Bremssteller 16 und an der anderen Seite mit der ersten Gleichspannungsleitung 29 sowie mit einer ersten Verbindungsleitung 39 zu dem Speichermodul 20 verbunden ist. Weiterhin weist das externe Modul 38 eine Ladedrossel 24 auf, die an einer Seite mit dem Mittelanschluss des Ladestellers 18 und an der anderen Seite über einen Stromsensor 25 mit einer zweiten Verbindungsleitung 40 zu dem Speichermodul 20 verbunden ist. Der Stromsensor 25 dient der Steuerung des Lade- und Entladebetriebs des Speichermoduls 20, das eine Vielzahl vonThe external module 38 has a braking resistor 31, which is connected on one side to the center connection of the brake actuator 16 and on the other side to the first DC voltage line 29 and to the storage module 20 with a first connecting line 39. Furthermore, the external module 38 has a charging choke 24 which is connected on one side to the central connection of the charging plate 18 and on the other side via a current sensor 25 to a second connecting line 40 to the storage module 20. The current sensor 25 is used to control the charging and discharging operation of the memory module 20, which is a variety of
Speicherkondensatoren, insbesondere Doppelschichtkondensatoren, aufweist, von denen einer stellvertretend dargestellt und mit dem Bezugszeichen 23 bezeichnet ist. Zwischen die erste 39 und die zweite 40 Verbindungsleitung ist ein Spannungssensor 26 ebenfalls zur Steuerung des Lade- und Entladebetriebs des Speichermoduls 20 geschaltet. Eine elektrische Verbindung 27 verbindet die erste Verbindungsleitung 39 mit der ersten Gleichspannungsleitung 29.Storage capacitors, in particular double-layer capacitors, one of which is depicted and designated by reference numeral 23. A voltage sensor 26 is also connected between the first 39 and the second 40 connecting line for controlling the charging and discharging operation of the memory module 20. An electrical connection 27 connects the first connection line 39 to the first DC voltage line 29.
Während des Betriebes der Strornrichtereinheit 1 kann es vorkommen, dass der Motor 36 im generatorischen Betrieb elektrische Energie in den Gleichspannungszwischenkreis 28 einspeist. Mindestens ein Teil der generierten Energie (Bremsenergie) wird dazu verwendet, die Speicherkondensatoren 23 aufzuladen. Dies setzt allerdings voraus, dass die Speicherkondensatoren 23 noch Energie aufnehmen können bzw. dass die an den Kondensatoren anliegende Spannung nicht größer als die Spannung zwischen der ersten 29 und der zweiten 30 Gleichspannungsleitung wird. Andernfalls würde jedenfalls bei der gezeigten Schaltungsanordnung eine unkontrollierte Entladung der Speicherkondensatoren 23 über die Diode 19c in den Zwischenkreis stattfinden. Auch ist es möglich, die Speicherkondensatoren 23 mit elektrischer Energie aus dem Versorgungsnetz aufzuladen.During the operation of the current converter unit 1, it can happen that the motor 36 feeds electrical energy into the DC voltage intermediate circuit 28 in the generator mode. At least part of the generated energy (braking energy) is used to charge the storage capacitors 23. However, this presupposes that the storage capacitors 23 can still absorb energy or that the voltage applied to the capacitors does not become greater than the voltage between the first 29 and the second 30 DC voltage line. Otherwise, in the circuit arrangement shown, an uncontrolled discharge of the storage capacitors 23 would take place via the diode 19c into the intermediate circuit. It is also possible to charge the storage capacitors 23 with electrical energy from the supply network.
Zur Speicherung wird der IGBT 21b wiederholt ein- und ausgeschaltet. Wenn der IGBT 2 lb eingeschaltet ist, fließt ein Strom von der zweiten Gleichspannungsleitung 30 über den IGBT 21b, die Ladedrossel 24 und die zweite Verbindungsleitung 40 in die Speicherkondensatoren 23 und zurück von den gegenüberliegenden Polen der Speicherkondensatoren 23 über die erste Verbindungsleitung 39 und über die elektrische Verbindung 27 zu der ersten Gleichspannungsleitung 29. Wenn der IGBT 21b ausgeschaltet ist, fließt ein Strom von der ersten Gleichspannungsleitung 29 über die Diode 19d, die Ladedrossel 24 und die zweite Verbindungsleitung 40 in dieThe IGBT 21b is repeatedly switched on and off for storage. When the IGBT 2 lb is turned on, a current flows from the second DC voltage line 30 via the IGBT 21b, the charging inductor 24 and the second connecting line 40 into the Storage capacitors 23 and back from the opposite poles of the storage capacitors 23 via the first connection line 39 and via the electrical connection 27 to the first DC voltage line 29. When the IGBT 21b is switched off, a current flows from the first DC voltage line 29 via the diode 19d, the charging inductor 24 and the second connecting line 40 in the
Speicherkondensatoren 23 und wiederum zurück von den gegenüberliegenden Polen der Speicherkondensatoren 23 über die erste Verbindungsleitung 39 und über die elektrische Verbindung 27 zu der ersten Gleichspannungsleitung 29.Storage capacitors 23 and back again from the opposite poles of the storage capacitors 23 via the first connection line 39 and via the electrical connection 27 to the first DC voltage line 29.
Zur Entladung der Speicherkondensatoren 23, d. h. zur Einspeisung elektrischer Energie in den Zwischenkreis wird der IGBT 21c wiederholt ein- und ausgeschaltet. Wenn der IGBT 21c eingeschaltet ist, fließt ein Strom von den Speicherkondensatoren 23 über die zweite Verbindungsleitung 40, die Ladedrossel 24 und den IGBT 21c in die erste Gleichspannungsleitung 29 und zurück über die elektrische Verbindung 27 und über die erste Verbindungsleitung 39 zu den gegenüberliegenden Polen der Speicherkondensatoren 23. Wenn der IGBT 21c ausgeschaltet ist, fließt ein Strom von den Speicherkondensatoren 23 über die zweite Verbindungsleitung 40, die Ladedrossel 24 und die Diode 19c in die zweite Gleichspannungsleitung 30 und ein Strom von der ersten Gleichspannungsleitung 29 über die elektrische Verbindung 27 und über die erste Verbindungsleitung 39 zu den gegenüberliegenden Polen der Speicherkondensatoren.To discharge the storage capacitors 23, i. H. The IGBT 21c is switched on and off repeatedly to feed electrical energy into the intermediate circuit. When the IGBT 21c is turned on, a current flows from the storage capacitors 23 via the second connection line 40, the charging inductor 24 and the IGBT 21c into the first DC voltage line 29 and back via the electrical connection 27 and via the first connection line 39 to the opposite poles of FIG Storage Capacitors 23. When the IGBT 21c is turned off, a current flows from the storage capacitors 23 via the second connection line 40, the charging inductor 24 and the diode 19c into the second DC voltage line 30 and a current flows from the first DC voltage line 29 via the electrical connection 27 and over the first connecting line 39 to the opposite poles of the storage capacitors.
Für den Fall, dass von dem Motor 36 erzeugte elektrische Energie weder in dasIn the event that electrical energy generated by the motor 36 neither in the
Versorgungsnetz zurückgespeist werden kann, noch in den Speicherkondensatoren 23 gespeichert werden kann, wird die elektrische Energie über den Bremswiderstand 31 in Wärme umgewandelt. Hierzu wird der IGBT 21a wiederholt ein- und ausgeschaltet, sodass ein Stromfluss von der zweiten Gleichspannungsleitung 30 über den IGBT 21a zu dem Bremswiderstand 31 stattfindet, wenn der IGBT 21a eingeschaltet ist, und sodass ein Stromfluss von der ersten Gleichspannungsleitung 29 über die Diode 19b zu dem Bremswiderstand 31 stattfindet, wenn der IGBT 21a ausgeschaltet ist.Supply network can be fed back, can still be stored in the storage capacitors 23, the electrical energy is converted into heat via the braking resistor 31. For this purpose, the IGBT 21a is repeatedly switched on and off, so that a current flow from the second DC voltage line 30 via the IGBT 21a to the braking resistor 31 takes place when the IGBT 21a is switched on, and so that a current flow from the first DC voltage line 29 via the diode 19b the braking resistor 31 takes place when the IGBT 21a is turned off.
Die in Fig. 3 dargestellte Variante des Systems nach Fig. 2 weist zwei der Ladesteller auf, die mit den Bezugszeichen 18a, 18b bezeichnet sind. Beide Ladesteller 18a, 18b sind wie der Ladesteller 18 gemäß Fig. 2 ausgestaltet und zwischen die erste 29 und die zweite 30 Gleichspannungsleitung geschaltet. Sie weisen jeweils einen Mittelanschluss auf, der mit einer Ladedrossel 24a bzw. 24b verbunden ist. Die Ladedrosseln 24a, 24b sind an der anderen Seite elektrisch miteinander verbunden, sodass über die Ladesteller 18a, 18b einzeln oder gleichzeitig eine Auf- und Entladung der Speicherkondensatoren 23 stattfinden kann. Es kann daher ein größerer Ladestrom oder Entladestrom fließen. Die entsprechende modifizierte Stromrichtereinheit ist in Fig. 3 mit dem Bezugszeichen la bezeichnet, das modifizierte externe Modul mit dem Bezugszeichen 38a.The variant of the system according to FIG. 2 shown in FIG. 3 has two of the charging plates, which are designated by the reference symbols 18a, 18b. Both charging plates 18a, 18b are configured like charging plate 18 according to FIG. 2 and are connected between first 29 and second 30 DC voltage lines. They each have a middle connection on, which is connected to a charging choke 24a or 24b. The charging chokes 24a, 24b are electrically connected to one another on the other side, so that the storage capacitors 23 can be charged and discharged individually or simultaneously via the charging actuators 18a, 18b. A larger charge current or discharge current can therefore flow. The corresponding modified converter unit is designated in FIG. 3 with the reference symbol la, the modified external module with the reference symbol 38a.
Bei einer weiteren Variante des Systems ist die Stromrichtereinheit wie anhand von Fig. 3 beschrieben ausgestaltet, können jedoch über die beiden Ladesteller 18a, 18b verschiedene Speichereinrichtungen auf- und entladen werden. Auch können der Bremssteller 16 und der Bremswiderstand 31 in dem in Fig. 2 dargestellten System weggelassen werden oder können die beiden Ladesteller 18a, 18b in Fig. 3 mit einer gemeinsamen Ladedrossel verbunden sein.In a further variant of the system, the converter unit is designed as described with reference to FIG. 3, but different storage devices can be charged and discharged via the two charging actuators 18a, 18b. The brake actuator 16 and the brake resistor 31 can also be omitted in the system shown in FIG. 2, or the two charge actuators 18a, 18b in FIG. 3 can be connected to a common charging throttle.
Ein Vorteil der Möglichkeit zur Speicherung der elektrischen Energie besteht darin, dass der Bremswiderstand gegenüber herkömmlichen Stromrichtern verkleinert bzw. für geringere elektrische Leistungen ausgelegt werden kann oder ganz entfallen kann. An advantage of the possibility of storing the electrical energy is that the braking resistor can be reduced in size compared to conventional converters or can be designed for lower electrical outputs or can be omitted entirely.

Claims

Patentansprüche claims
1. Stromrichteranordnung für Hochleistungsanwendungen, insbesondere für zumindest einen Antriebsmotor eines Schienenfahrzeugs, mit - einer Mehrzahl von ein- und ausschaltbaren elektronischen Ventilen (21), - einer Kühleinrichtung (3) zum Kühlen der Ventile (21) und - Verbindungsmitteln zum elektrischen Verbinden der Ventile (21), wobei ein erster Teil der Ventile (21) derart elektrisch verbunden ist, dass ein Stromrichterbetrieb möglich ist und wobei ein zweiter Teil der Ventile (21) derart elektrisch verbunden ist, dass in der Slrornrichteranordnung vorhandene elektrische Energie zu einer Energie-Speichereinrichtung (20) zuführbar ist und in der Speichereinrichtung (20) gespeicherte Energie als elektrische Energie in der Stromrichteranordnung bereitgestellt und/oder genutzt werden kann, wobei die Kühleinrichtung (3) eine für eine Kühlung des ersten und des zweiten Teils der Ventile (21) gemeinsame Kühleinrichtung ist, wobei die Verbindungsmittel als elektrische Leistungsverschienung (6) ausgestaltet sind und wobei die Stromrichteranordnung als Stromrichtereinheit (1) ausgestaltet ist, in der die Ventile (21), die Kühleinrichtung (3) und die Leistungsverschienung (6) mechanisch miteinander verbunden sind.1. converter arrangement for high-performance applications, in particular for at least one drive motor of a rail vehicle, with - a plurality of electronic valves (21) which can be switched on and off, - a cooling device (3) for cooling the valves (21) and - connecting means for electrically connecting the valves (21), a first part of the valves (21) being electrically connected in such a way that converter operation is possible and wherein a second part of the valves (21) being electrically connected in such a way that electrical energy present in the rotor converter arrangement is an energy storage device (20) can be supplied and energy stored in the storage device (20) can be made available and / or used as electrical energy in the converter arrangement, the cooling device (3) being common for cooling the first and the second part of the valves (21) Cooling device is, the connecting means as electrical power vers Chienung (6) are configured and wherein the converter arrangement is designed as a converter unit (1) in which the valves (21), the cooling device (3) and the power rail (6) are mechanically connected to each other.
2. Stromrichteranordnung nach Anspruch 1, wobei die Leistungsverschienung (6) einen Gleichspannungskreis (28) mit einer ersten und einer zweiten Gleichspannungsleitung (29, 30) aufweist und wobei eine Reihenschaltung (18) mit zwei elektronischen Ventilen (21b, 21c) des zweiten Teils der Ventile (21) die erste und die zweite Gleichspannungsleitung (29, 30) elektrisch miteinander verbindet.2. Converter arrangement according to claim 1, wherein the power rail (6) has a DC voltage circuit (28) with a first and a second DC voltage line (29, 30) and wherein a series circuit (18) with two electronic valves (21b, 21c) of the second part the valves (21) electrically connect the first and second direct voltage lines (29, 30) to one another.
3. Stromrichteranordnung nach Anspruch 2, wobei die Reihenschaltung (18) als einstückiges Modul (4) ausgestaltet ist.3. Converter arrangement according to claim 2, wherein the series circuit (18) is designed as a one-piece module (4).
4. Stromrichteranordnung nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Ventile (21b, 21c) der Reihenschaltung (18) mit einer Steuereinrichtung kombiniert sind, sodass durch Steuern eines Lade- und Entladebetriebes der Reihenschaltung (18) elektrische Energie der Speichereinrichtung (20) zuführbar und aus der Speichereinrichtung (20) in den Gleichspannungskreis (28) einspeisbar ist.4. Converter arrangement according to claim 2 or 3, wherein the valves (21b, 21c) of the series circuit (18) are combined with a control device, so that by Controlling a charging and discharging operation of the series circuit (18), electrical energy can be supplied to the storage device (20) and can be fed from the storage device (20) into the DC voltage circuit (28).
5. Stromrichteranordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei zwei der Reihenschaltungen (18a, 18b) vorgesehen sind, wobei jede der Reihenschaltungen (18a, 18b) mit einer Steuereinrichtung kombiniert ist, sodass durch Steuern eines Lade- und Entladebetriebes der Ventile der Reihenschaltungen (18a, 18b) elektrische Energie zu der Speichereinrichtung zuführbar und aus der Speichereinrichtung in den Gleichspannungskreis (28a) einspeisbar ist.5. Converter arrangement according to one of claims 2 to 4, wherein two of the series circuits (18a, 18b) are provided, each of the series circuits (18a, 18b) being combined with a control device, so that by controlling a charging and discharging operation of the valves of the series circuits (18a, 18b) electrical energy can be supplied to the storage device and can be fed from the storage device into the direct voltage circuit (28a).
6. Stromrichteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Kühleinrichtung (3) einen Kühlkörper (2) aufweist und wobei die Ventile (21) an der Oberfläche des Kühlkörpers (2) befestigt sind.6. Converter arrangement according to one of claims 1 to 5, wherein the cooling device (3) has a heat sink (2) and wherein the valves (21) are attached to the surface of the heat sink (2).
7. Stromrichteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Kühleinrichtung (3) die Ventile (21) und die Leistungsverschienung (6) trägt.7. Converter arrangement according to one of claims 1 to 6, wherein the cooling device (3) carries the valves (21) and the power rail (6).
8. Stromrichteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei zumindest eines der Ventile (21 a) derart elektrisch verbunden und betreibbar ist, dass elektrische Energie der Stromrichteranordnung über einen Widerstand (31) in Wärme umwandelbar ist.8. Converter arrangement according to one of claims 1 to 7, wherein at least one of the valves (21 a) is electrically connected and operable in such a way that electrical energy of the converter arrangement can be converted into heat via a resistor (31).
9. System mit einer Stromrichteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 und mit der Speichereinrichtung (20), wobei die Speichereinrichtung (20) zumindest einen Speicherkondensator (23), insbesondere einen Doppelschichtkondensator, aufweist und wobei die Leistungsverschienung (6) elektrisch mit der Speichereinrichtung (20) verbunden ist.9. System with a converter arrangement according to one of claims 1 to 8 and with the storage device (20), wherein the storage device (20) has at least one storage capacitor (23), in particular a double-layer capacitor, and wherein the power busbar (6) electrically with the storage device (20) is connected.
10. Verfahren zum Betreiben eines Schienenfahrzeuges mit einer Stromrichteranordnung insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei eine Speichereinrichtung zum reversiblen Speichern elektrischer Energie vor einem Beginn eines Streckenabschnitts, in dem keine Möglichkeit einer Stromentnahme aus einem elektrischen Versorgungsnetz besteht, über die Stromrichteranordnung mit elektrischer Energie aufgeladen wird und wobei die für die Fahrt in dem Streckenabschnitt benötigte elektrische Energie zumindest teilweise durch Entladen der Speichereinrichtung und Einspeisen elektrischer Energie in die Stromrichteranordnung bereitgestellt wird. 10. A method for operating a rail vehicle with a converter arrangement, in particular according to one of claims 1 to 8, wherein a storage device for the reversible storage of electrical energy before the start of a route section in which there is no possibility of a current draw consists of an electrical supply network via which the converter arrangement is charged with electrical energy and the electrical energy required for travel in the section of the route is provided at least in part by discharging the storage device and feeding electrical energy into the converter arrangement.
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007036430A1 (en) * 2005-09-30 2007-04-05 Siemens Aktiengesellschaft Method and device for the inductive transfer of energy to super-conductive excitation coils of an electric machine
EP2076959A1 (en) * 2006-09-22 2009-07-08 LG Electronics Inc. Apparatus for controlling driving of air conditioner
EP2149902A1 (en) * 2007-05-18 2010-02-03 Sansha Electric Manufacturing Company, Limited Arc discharge device
CN106130363A (en) * 2015-05-07 2016-11-16 株式会社日立制作所 Power-converting device and rail truck
CN111630766A (en) * 2018-01-26 2020-09-04 株式会社日立制作所 Power converter and electric railway vehicle having the same
US11456678B2 (en) 2018-10-22 2022-09-27 Hitachi, Ltd. Power conversion device

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4931458B2 (en) * 2006-04-06 2012-05-16 日立オートモティブシステムズ株式会社 Power converter
DE102023201058A1 (en) 2023-02-09 2024-08-14 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung DC/DC converter for supplying power to a high-voltage vehicle electrical system

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5740015A (en) * 1996-05-02 1998-04-14 Chrysler Corporation Heat exchanger
DE19813365A1 (en) * 1997-05-07 1998-11-12 Abb Daimler Benz Transp Converter assembly for converter apparatus
US6294886B1 (en) * 1998-08-28 2001-09-25 Alstom France Sa Supply system for an electric traction vehicle
US20020174797A1 (en) * 2001-03-27 2002-11-28 General Electric Company Hybrid energy locomotive system and method
US6557476B2 (en) * 2001-01-24 2003-05-06 Alstom System for supplying power to electrically propelled vehicles
US20030133319A1 (en) * 2002-01-16 2003-07-17 Radosevich Lawrence D. Compact fluid cooled power converter supporting multiple circuit boards

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5740015A (en) * 1996-05-02 1998-04-14 Chrysler Corporation Heat exchanger
DE19813365A1 (en) * 1997-05-07 1998-11-12 Abb Daimler Benz Transp Converter assembly for converter apparatus
US6294886B1 (en) * 1998-08-28 2001-09-25 Alstom France Sa Supply system for an electric traction vehicle
US6557476B2 (en) * 2001-01-24 2003-05-06 Alstom System for supplying power to electrically propelled vehicles
US20020174797A1 (en) * 2001-03-27 2002-11-28 General Electric Company Hybrid energy locomotive system and method
US20030133319A1 (en) * 2002-01-16 2003-07-17 Radosevich Lawrence D. Compact fluid cooled power converter supporting multiple circuit boards

Cited By (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007036430A1 (en) * 2005-09-30 2007-04-05 Siemens Aktiengesellschaft Method and device for the inductive transfer of energy to super-conductive excitation coils of an electric machine
EP2076959A1 (en) * 2006-09-22 2009-07-08 LG Electronics Inc. Apparatus for controlling driving of air conditioner
EP2076959A4 (en) * 2006-09-22 2010-02-03 Lg Electronics Inc Apparatus for controlling driving of air conditioner
EP2149902A1 (en) * 2007-05-18 2010-02-03 Sansha Electric Manufacturing Company, Limited Arc discharge device
EP2149902A4 (en) * 2007-05-18 2011-11-09 Sansha Electric Mfg Company Ltd Arc discharge device
US8223496B2 (en) 2007-05-18 2012-07-17 Sansha Electric Manufacturing Co., Ltd. Arc discharge device
JP5240863B2 (en) * 2007-05-18 2013-07-17 株式会社三社電機製作所 Power semiconductor module and arc discharge device
GB2541966A (en) * 2015-05-07 2017-03-08 Hitachi Ltd Power converter and railway vehicle
CN106130363A (en) * 2015-05-07 2016-11-16 株式会社日立制作所 Power-converting device and rail truck
CN106130363B (en) * 2015-05-07 2019-05-21 株式会社日立制作所 Power-converting device and rail truck
GB2541966B (en) * 2015-05-07 2019-09-18 Hitachi Ltd Power converter and railway vehicle
CN111630766A (en) * 2018-01-26 2020-09-04 株式会社日立制作所 Power converter and electric railway vehicle having the same
EP3745579A4 (en) * 2018-01-26 2021-09-29 Hitachi, Ltd. Power conversion device and electric railroad vehicle equipped with power conversion device
US11211881B2 (en) 2018-01-26 2021-12-28 Hitachi, Ltd. Power conversion device and electric railroad vehicle equipped with power conversion device
CN111630766B (en) * 2018-01-26 2024-02-09 株式会社日立制作所 Power conversion device and electric railway vehicle equipped with same
US11456678B2 (en) 2018-10-22 2022-09-27 Hitachi, Ltd. Power conversion device

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