用于車輛的電的驅(qū)動的變換系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于車輛的電的驅(qū)動的變換系統(tǒng)(Umrichtersystem)的領(lǐng)域，尤其涉及根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分的變換系統(tǒng)。另外本發(fā)明涉及帶有根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分的變換系統(tǒng)的電的車輛。
【背景技術(shù)】
[0002]這樣的變換系統(tǒng)為本領(lǐng)域技術(shù)人員最好地所已知并且尤其具有電網(wǎng)側(cè)的變換器(Umrichter)、直流電壓中間回路和發(fā)動機側(cè)的變換器，其中電網(wǎng)側(cè)的變換器與供給電網(wǎng)連接并且發(fā)動機側(cè)的變換器與用于驅(qū)動車輛的電的機器連接。為了實現(xiàn)能量高效地驅(qū)動車輛，這種能量系統(tǒng)典型地允許雙向的能量通流，由此在車輛的電的制動時產(chǎn)生的能量能夠輸送返回到供給電網(wǎng)中，該過程為技術(shù)人員作為制動能量的回收所已知。由于到供給電網(wǎng)中的回收可行性使得制動能量不必在制動電阻或類似的器件中無意義地轉(zhuǎn)換成熱量。這種回收可行性對變換系統(tǒng)提出了專門的要求。這些要求特別尤其在拓撲結(jié)構(gòu)(topologisch，有時稱為布局技術(shù))上高要求的變換系統(tǒng)(如例如多電平變換系統(tǒng))的情況下導致了變換系統(tǒng)的高消耗的且因此昂貴的實施方式。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]因此本發(fā)明的任務在于給出一種變換系統(tǒng)，該變換系統(tǒng)實現(xiàn)了制動能量的回收并且是一種相對于現(xiàn)有的解決方案的備選方案。
[0004]根據(jù)本發(fā)明該任務由根據(jù)權(quán)利要求1的變換系統(tǒng)以及由根據(jù)權(quán)利要求13的電的車輛解決。
[0005]根據(jù)本發(fā)明用于車輛的電的驅(qū)動的變換系統(tǒng)具有:電網(wǎng)側(cè)的變換器；直流電壓中間回路，其帶有在第一電的勢位上的第一勢位導體和在不同于第一電的勢位的第二電的勢位上的第二勢位導體；以及發(fā)動機側(cè)的變換器，其中發(fā)動機側(cè)的變換器允許雙向的能量通流，其中電網(wǎng)側(cè)的變換器在輸入側(cè)上為單相的并且可至少與供給電網(wǎng)連接，在輸出側(cè)上與直流電壓中間回路連接并且在運行期間從供給電網(wǎng)中取得能量，其中直流電壓中間回路將電網(wǎng)側(cè)的變換器與發(fā)動機側(cè)的變換器連接，其中直流電壓中間回路在第一勢位導體和第二勢位導體之間具有第一電的能量存儲器，其中通過電的連結(jié)線路將另一電的能量存儲器與直流電壓中間回路連接，并且其中到該另一電的能量存儲器中的能量通流是可調(diào)節(jié)的，其中電網(wǎng)側(cè)的變換器為單向的變換器并且允許從供給電網(wǎng)到直流電壓中間回路中的能量通流并且從該另一電的能量存儲器中到直流電壓中間回路中的能量通流是可調(diào)節(jié)的。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的變換系統(tǒng)因此具有另一能量存儲器，例如能夠?qū)⒃陔姷闹苿訒r回收的能量存儲在該另一能量存儲器中并且在下次加速過程時能夠從該另一能量存儲器中取得能量。變換系統(tǒng)的這種優(yōu)選的實施方式實現(xiàn)了例如在駛越分隔路段(Trennstrecke)時或在短暫地中斷受電弓到觸線(Fahrleitung，有時也稱為架空導線)的連接期間通過從該另一能量存儲器中取得能量來驅(qū)動車輛，并且由此允許更平穩(wěn)地發(fā)生這樣的到供給電網(wǎng)的中斷。同樣該優(yōu)選的實施方式實現(xiàn)了更簡單地構(gòu)造電網(wǎng)側(cè)的變換器，而不必在此放棄使用回收的能量。
[0007]根據(jù)變換系統(tǒng)的一種優(yōu)選的實施方式，該另一電的能量存儲器的電的連結(jié)線路具有另一雙向的變換器，該變換器一方面聯(lián)接到直流電壓中間回路處并且另一方面聯(lián)接到該另一能量存儲器處。
[0008]變換系統(tǒng)的這種優(yōu)選的實施方式實現(xiàn)了特別簡單地調(diào)節(jié)到該另一電的能量存儲器中和從該另一電的能量存儲器出來的能量通流。
[0009]根據(jù)變換系統(tǒng)的另一優(yōu)選的實施方式，該另一雙向的變換器的額定功率相應于發(fā)動機側(cè)的變換器的額定功率的至少50%，優(yōu)選地相應于額定功率的至少80%并且特別優(yōu)選地相應于額定功率的至少90%。
[0010]變換系統(tǒng)的這種優(yōu)選的實施方式實現(xiàn)了，回收的能量能夠多數(shù)地傳送到該另一能量存儲器。另外這種優(yōu)選的實施方式還實現(xiàn)了快速地提供存儲在該另一能量存儲器中的能量。
[0011]根據(jù)變換系統(tǒng)的另一優(yōu)選的實施方式，該另一能量存儲器的最大的能量含量如此確定大小，即使得該另一能量存儲器能夠至少在I秒期間，優(yōu)選地在至少5秒期間并且特別優(yōu)選地在至少10秒期間接收發(fā)動機側(cè)的變換器的額定功率。
[0012]變換系統(tǒng)的這種優(yōu)選的實施方式實現(xiàn)了即使在更長的制動路段的情況下也多數(shù)地存儲回收的制動能量，由此特別高效地驅(qū)動車輛是可行的。
[0013]根據(jù)變換系統(tǒng)的另一優(yōu)選的實施方式，該另一能量存儲器能夠存儲至少5倍的第一能量存儲器的能量。
[0014]變換系統(tǒng)的這種優(yōu)選的實施方式實現(xiàn)了即使在更長的制動路段的情況下也多數(shù)地存儲回收的制動能量，由此特別高效地驅(qū)動車輛是可行的。
[0015]根據(jù)變換系統(tǒng)的另一優(yōu)選的實施方式，電網(wǎng)側(cè)的變換器在電網(wǎng)側(cè)上可至少聯(lián)接到交流電壓電網(wǎng)處并且優(yōu)選地還可聯(lián)接到直流電壓電網(wǎng)處。
[0016]變換系統(tǒng)的這種優(yōu)選的實施方式實現(xiàn)了將變換系統(tǒng)使用在不同的供給電網(wǎng)中，如例如當配備有該變換系統(tǒng)的車輛從AC供給電網(wǎng)中行駛到DC供給電網(wǎng)中以及在相反的方向上行駛時。
[0017]根據(jù)變換系統(tǒng)的另一優(yōu)選的實施方式，電網(wǎng)側(cè)的變換器具有至少一個AC到DC變換器、DC中間回路、DC到AC變換器、電的(galvanisch)分隔件和無源的(passive)AC至IjDC變換器，它們彼此布置在串級連接電路中。
[0018]變換系統(tǒng)的這種上文提及的拓撲結(jié)構(gòu)與該另一能量存儲器組合實現(xiàn)了極其成本適宜地構(gòu)造單向的電網(wǎng)側(cè)的變換器，其中回收的能量能夠暫時存儲在該另一能量存儲器中。此外構(gòu)造成無源的AC到DC變換器實現(xiàn)了簡單地調(diào)節(jié)電網(wǎng)側(cè)的變換器。
[0019]根據(jù)變換系統(tǒng)的另一優(yōu)選的實施方式，電網(wǎng)側(cè)的變換器為模塊化的變換器，該變換器具有至少兩個變換器單元，其中每個變換器單元具有至少一個AC到DC變換器、DC中間回路、DC到AC變換器、電的分隔件以及無源的AC到DC變換器，在輸入側(cè)上彼此串聯(lián)地進行聯(lián)接并且在輸出側(cè)上彼此并聯(lián)地進行聯(lián)接。
[0020]變換系統(tǒng)的這種優(yōu)選的實施方式通過充足數(shù)量的單元在供給電網(wǎng)側(cè)上的串聯(lián)連接實現(xiàn)了變換器連接到高壓供給電網(wǎng)處，而不必在此依賴傳統(tǒng)的鐵道變壓器。另外這種實施方式實現(xiàn)了簡單地將冗余構(gòu)造在電網(wǎng)側(cè)的變換器中。這種實施方式的另一優(yōu)點在于，每個模塊能夠獨立地進行切換。這實現(xiàn)了特別有利地調(diào)節(jié)電網(wǎng)電流。
[0021]此外變換系統(tǒng)的這種拓撲結(jié)構(gòu)與該另一能量存儲器組合實現(xiàn)了極其成本適宜地構(gòu)造單向的電網(wǎng)側(cè)的變換器，其中回收的能量能夠暫時存儲在該另一能量存儲器中。此外構(gòu)造成無源的AC到DC變換器實現(xiàn)了簡單地調(diào)節(jié)電網(wǎng)側(cè)的變換器。
[0022]根據(jù)變換系統(tǒng)的另一優(yōu)選的實施方式，DC到AC變換器以串聯(lián)諧振的方式進行工作。
[0023]根據(jù)變換系統(tǒng)的另一優(yōu)選的實施方式，電網(wǎng)側(cè)的變換器為無源的二極管整流器。
[0024]變換系統(tǒng)的這種優(yōu)選的實施方式實現(xiàn)了極其成本適宜地且簡單地構(gòu)造電網(wǎng)側(cè)的變換器。
[0025]本發(fā)明的另外的優(yōu)選的實施方式在另外的從屬專利權(quán)利要求中給出并且從優(yōu)選的實施方式或?qū)嵤├拿枋鲋械弥?br>【附圖說明】
[0026]本發(fā)明的優(yōu)選的實施方式以示例性的方式參考附圖進行描述。本發(fā)明的這些優(yōu)選的實施方式是本發(fā)明的不起限制作用的示例。
[0027]在附圖中以純示意性的方式:
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的軌道車輛以及根據(jù)本發(fā)明的變換系統(tǒng)的第一實施例；
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的軌道車輛以及根據(jù)本發(fā)明的變換系統(tǒng)的第二實施例；以及圖3示出了用于這些實施例中任一個的電網(wǎng)側(cè)的變換器的一種實施例。
【具體實施方式】
[0028]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的電的軌道車輛10的以及根據(jù)本發(fā)明的變換系統(tǒng)20的一種實施例。軌道車輛為軌跡引導的車輛，如帶有傳統(tǒng)的金屬的車輪的以及填充有空氣或類似物的輪胎的火車、機車以及地鐵。另外的車輛類型是為本領(lǐng)域技術(shù)人員所已知的。根據(jù)本發(fā)明的變換系統(tǒng)還能夠為非軌跡引導的電的車輛使用，如例如無軌電車。
[0029]規(guī)定成用于軌道車輛10的電的驅(qū)動的變換系統(tǒng)20具有電網(wǎng)側(cè)的變換器22和帶有第一勢位導體26和第二勢位導體28的直流電壓中間回路24。此外變換系統(tǒng)20具有發(fā)動機側(cè)的變換器30，其中發(fā)動機側(cè)的變換器30允許雙向的能量通流并且與一個電的機器31或多個電的機器31連接。這個電的機器31或這些電的機器31規(guī)定成，驅(qū)動軌道車輛10的行駛車輪。
[0030]另外有利的是，發(fā)動機側(cè)的變換器30的額定功率與聯(lián)接到發(fā)動機側(cè)的變換器30處的一個電的機器31的額定功率或與聯(lián)接到發(fā)動機側(cè)的變換器30處的多個電的機器31的額定功率相協(xié)調(diào)。
[0031]代替直流電壓中間回路24的所描述的實施方式，直流電壓中間回路還能夠具有多于兩個的勢位，其中直流電壓中間回路的構(gòu)造與電網(wǎng)側(cè)的變換器以及發(fā)動機側(cè)的變換器的拓撲結(jié)構(gòu)相匹配。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言已知這種多電平變換器拓撲結(jié)構(gòu)。
[0032]“雙向的能量通流”這一概念表示，可發(fā)生從直流電壓中間回路24中經(jīng)過發(fā)動機側(cè)的變換器30到電的機器31中的能量通流，以及還可發(fā)生在相反的方向上的能量通流，即從電的機器31經(jīng)過發(fā)動機側(cè)的變換器30到直流電壓中間回路24中的能量通流。
[0033]這種雙向的能量通流例如由在一種優(yōu)選的實施方式中三相的發(fā)動機側(cè)的變換器30實現(xiàn)，該變換器具有三個相同的相位模塊并且為本領(lǐng)域技術(shù)人員作為有源的(aktiv)逆變器(Wechselrichter)所已知。一個相位模塊具有至少兩個串聯(lián)連通的雙向的帶有受控制的單向的電流引導方向的半導體開關(guān)。這些雙向的半導體開關(guān)在一種優(yōu)選的實施方式中具有IGBT和相對于IGBT反并聯(lián)的二極管，其中該反并聯(lián)的二極管在一種優(yōu)選的實施方式中集成在IGBT中。每個相位模塊在輸入側(cè)上與直流電壓中間回路24連接并且在輸出側(cè)上與通向電的機器31的相位導體連接。通向電的機器31的每個相位導體因此能夠可切換地至少與第一勢位導體26或第二勢位導體28連接。發(fā)動機側(cè)的變換器30能夠與上文所描述的優(yōu)選的實施方式相類似地還構(gòu)造成兩相的或多于三相的。
[0034]電網(wǎng)側(cè)的變換器22構(gòu)造成在輸入側(cè)上單相的并且可與供給電網(wǎng)32連接。在輸出側(cè)上使變換器22與直流電壓中間回路24連接。
[0035]變換系統(tǒng)20在運行期間或在行駛期間多數(shù)地從供給電網(wǎng)32中取得能量，該變換系統(tǒng)在一種優(yōu)選的實施方式中經(jīng)過受電弓34和架空線35以及也經(jīng)過軌道39與該供給電網(wǎng)32連接。這種連接能夠例如由于受電弓34從架空線35上跳開或由于駛越分隔路段短暫地被中斷，另外的中斷原因為本領(lǐng)域技術(shù)人員所已知。但是除了這些中斷之外在其它情況下在軌道車輛1