AT528080A1 - Switching device for traction drive - Google Patents
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- AT528080A1 AT528080A1 ATA50199/2024A AT501992024A AT528080A1 AT 528080 A1 AT528080 A1 AT 528080A1 AT 501992024 A AT501992024 A AT 501992024A AT 528080 A1 AT528080 A1 AT 528080A1
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Abstract
Die Erfindung betrifft Umschaltvorrichtung (1) für ein Traktionssystem eines Schienenfahrzeugs (19), umfassend - ein erstes Schaltmodul (2) mit Leistungseingängen (6) zur Anschaltung an einen Stromrichter (15), mit Leistungsausgängen 7, 7a, 7b zur Anschaltung an mindestens einen Traktionsmotor (8a, 8b) und mit Schaltelementen zur Durchführung einer von einem vorgegebenen Betriebsbereich des Traktionsmotors (8a, 8b) abhängigen Gruppenumschaltung zwischen den Leistungseingängen (6) und den Leistungsausgängen (7, 7a, 7b), - ein Kommunikationsmodul zur Übermittlung von Traktionsmotorparametern {Ln, Rn, p} an den Stromrichter (15) in Abhängigkeit des vorgegebenen Betriebsbereichs.The invention relates to a switching device (1) for a traction system of a rail vehicle (19), comprising - a first switching module (2) with power inputs (6) for connection to a power converter (15), with power outputs 7, 7a, 7b for connection to at least one traction motor (8a, 8b) and with switching elements for carrying out a group switching between the power inputs (6) and the power outputs (7, 7a, 7b) dependent on a predetermined operating range of the traction motor (8a, 8b), - a communication module for transmitting traction motor parameters {Ln, Rn, p} to the power converter (15) depending on the predetermined operating range.
Description
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Umschaltvorrichtung für Traktionsantrieb Switching device for traction drive
Die Erfindung betrifft eine Umschaltvorrichtung für The invention relates to a switching device for
mindestens einen Traktionsantrieb eines Schienenfahrzeugs. at least one traction drive of a rail vehicle.
Die Erfindung betrifft weiters ein Traktionssystem für ein Schienenfahrzeug mit mindestens einem Traktionsantrieb, umfassend mindestens einen Stromrichter, mindestens eine The invention further relates to a traction system for a rail vehicle with at least one traction drive, comprising at least one power converter, at least one
Umschaltvorrichtung und mindestens einen Traktionsmotor. Switching device and at least one traction motor.
Erfindungsgegenstand ist auch ein Schienenfahrzeug mit Arbeitsaggregaten und mit einem drehzahlverstellbaren Traktionsantrieb, der mindestens einen Stromrichter enthält, vorgesehen zur Ansteuerung von Traktionsmotoren, die eingerichtet sind zum Antrieb von Achsen des Schienenfahrzeugs, wobei der genutzte Drehzahlbereich der Traktionsmotoren charakterisiert ist durch einen ersten Betriebsbereich, in dem das Schienenfahrzeug vorgesehen ist, einen Schienenfahrweg mit seinen Arbeitsaggregaten zu bearbeiten, und einen zweiten Betriebsbereich, in dem das Schienenfahrzeug vorgesehen ist, den Schienenfahrweg zu befahren, ohne dass dieser durch die Arbeitsaggregate The subject of the invention is also a rail vehicle with working units and with a speed-adjustable traction drive, which contains at least one power converter, provided for controlling traction motors which are designed to drive axles of the rail vehicle, wherein the used speed range of the traction motors is characterized by a first operating range in which the rail vehicle is provided to work a rail track with its working units, and a second operating range in which the rail vehicle is provided to travel on the rail track without this being driven by the working units
bearbeitet wird. is being processed.
Für die Errichtung und Instandhaltung von Schienenfahrwegen der Eisenbahninfrastruktur in Ländern und Regionen werden spezialisierte Schienenfahrzeuge eingesetzt, die beispielsweise die Schotterschicht des Fahrwegoberbaus herstellen oder erneuern, die Schwellen und Schienen auf diese Schotterschicht auflegen, montieren, ausrichten und eine fehlerhafte Gleislage korrigieren, die eine bestehende Gleislage vermessen, die Module einer festen Fahrbahn verlegen, montieren und erneuern oder eine For the construction and maintenance of railway tracks of the railway infrastructure in countries and regions, specialised rail vehicles are used, which, for example, produce or renew the ballast layer of the track superstructure, lay the sleepers and rails on this ballast layer, assemble and align them and correct a faulty track position, measure an existing track position, lay, assemble and renew the modules of a slab track or
Oberleitungsanlage errichten oder erneuern. Construct or renew overhead line systems.
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Diese spezialisierten Schienenfahrzeuge werden als Gleisbauoder Gleisinstandhaltungsmaschinen bezeichnet und sind charakterisiert durch mindestens ein Arbeitsaggregat wie beispielsweise ein Stopfaggregat, ein Hebe- und Richtaggregat, einen Schotterpflug, mindestens eine mechanische oder optische Bezugsachse, eine Gleislagevermessungsvorrichtung, ein oder mehrere Aggregate zur Herstellung oder Erneuerung der Oberbaumaterialschichten, mindestens ein Schweiß- und/oder Schleifaggregat für die Schienen des Schienenfahrwegs und/oder ein Arbeitsaggregat für Bau und Instandhaltung der These specialised rail vehicles are referred to as track construction or track maintenance machines and are characterised by at least one working unit such as a tamping unit, a lifting and straightening unit, a ballast plough, at least one mechanical or optical reference axis, a track position measuring device, one or more units for the production or renewal of the superstructure material layers, at least one welding and/or grinding unit for the rails of the railway track and/or a working unit for the construction and maintenance of the
Oberleitung. Overhead line.
Zwei oder mehrere dieser spezialisierten Schienenfahrzeuge können auch zu Schienenfahrzeugverbänden verkoppelt werden und stellen durch die Anordnung von einer Teilmenge der oben genannten Arbeitsaggregate einen spezifischen Funktionsumfang für die Herstellung oder Instandhaltung Two or more of these specialised rail vehicles can also be coupled to form rail vehicle units and, by arranging a subset of the above-mentioned work units, provide a specific range of functions for the production or maintenance
eines Schienenfahrwegs zur Verfügung. a railway track is available.
Der Betrieb der Schienenfahrzeuge für den Gleisbau umfasst nach dem Stand der Technik zwei unterschiedliche Geschwindigkeitsbereiche, der sich für The operation of rail vehicles for track construction includes, according to the state of the art, two different speed ranges, which are suitable for
(1) Überstellfahrten oder Vermessungsfahrten typischerweise von 20km/h bis über 100km/h erstreckt und der bei (1) Transfer journeys or survey journeys typically range from 20km/h to over 100km/h and which
(2) Bearbeitung des Schienenfahrwegs mittels der Arbeitsaggregate typischerweise zwischen 0,2km/h bis 3km/h liegt. (2) Processing of the rail track by means of the working units is typically between 0.2 km/h and 3 km/h.
Die genannten Schienenfahrzeuge sind entweder mit eigenen Traktionsantrieben ausgestattet oder werden im Schienenfahrzeugverband von mit Traktionsantrieben The rail vehicles mentioned are either equipped with their own traction drives or are used in the rail vehicle group by
ausgestatten Schienenfahrzeugen bewegt. equipped rail vehicles.
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Neben Traktionsantrieben, die nach dem Prinzip von thermodynamischen Verbrennungskraftmaschinen arbeiten, d.h. die chemische Bindungsenergie eines Kraftstoffs durch exotherme chemische Reaktionen in eine für die Traktion des Schienenfahrzeugs ausreichende rotatorische oder lineare mechanische Bewegung umwandeln, werden aufgrund von technischen, Äkonomischen, gesellschaftlichen und ökologischen Erwägungen mehr und mehr auch elektrodynamische In addition to traction drives that operate on the principle of thermodynamic combustion engines, i.e. convert the chemical binding energy of a fuel through exothermic chemical reactions into a rotary or linear mechanical movement sufficient for the traction of the rail vehicle, electrodynamic drives are increasingly being used due to technical, economic, social and ecological considerations.
Traktionsantriebe eingesetzt. Traction drives are used.
Nach dem Stand der Technik wird, um einen Dauerbetrieb in den beiden weiter oben angegebenen Betriebspunkten bzw. Betriebsbereichen der Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs zu ermöglichen, die Ansteuerung der elektrischen Traktionsmotoren dieser Traktionsantriebe mit Frequenzen zwischen weniger als 2Hz und mehreren hundert Hertz bei hohen Motorströmen betrieben, wodurch aufgrund der weiten Spreizung dieser Betriebspunkte bzw. Betriebsbereiche die According to the state of the art, in order to enable continuous operation in the two operating points or operating ranges of the rail vehicle speed specified above, the control of the electric traction motors of these traction drives is operated at frequencies between less than 2 Hz and several hundred Hertz at high motor currents, which, due to the wide spread of these operating points or operating ranges,
Effizienz des Traktionsantriebs vermindert ist. Efficiency of the traction drive is reduced.
Der Aufwand für Steuerung und Regelung des Traktionsantriebs The effort for controlling and regulating the traction drive
ist in diesem Fall ebenfalls hoch. is also high in this case.
So ist die Steuerbarkeit und Regelbarkeit von gängigen drehzahlverstellbaren Traktionsantrieben, die eine Kombination von Stromrichtern und Traktionsmotoren umfassen, wegen prinzipbedingten Einschränkungen des Modulationsverfahrens bei sehr kleinen Ansteuerfrequenzen For example, the controllability and regulation of common variable-speed traction drives, which comprise a combination of power converters and traction motors, is limited due to inherent limitations of the modulation process at very low control frequencies.
beeinträchtigt. impaired.
Wird der Drehzahlbereich erweitert oder gespreizt, ohne dass If the speed range is extended or spread without
eine Umschaltung vorgesehen ist, sind aufgrund notwendiger a switchover is planned, due to necessary
Kompromisse bei der Auslegung und Konstruktion hohe Werte Compromises in design and construction high values
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für die Eingangsströme der Maschine nötig, um die for the input currents of the machine necessary to
geforderten Drehmomente und Zugkräfte zu erreichen. to achieve the required torques and tensile forces.
Eine mögliche Alternative ist ein mechanisches Getriebe nach dem Traktionsmotor anzuordnen, um zwischen den beiden A possible alternative is to arrange a mechanical gearbox after the traction motor in order to switch between the two
Geschwindigkeitsbereichen umzuschalten. to switch between speed ranges.
Aus AT 521 386 Al ist auch eine Schnittstellenvorrichtung zwischen Energiewandlern zur Energiebereitstellung, Energiespeichern und anderen Energiewandlern wie AT 521 386 A1 also discloses an interface device between energy converters for energy supply, energy storage devices and other energy converters such as
Antriebsaggregaten für eine Gleisbaumaschine bekannt. Drive units for a track construction machine are known.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik für eine Umschaltvorrichtung The invention is based on the object of improving the prior art for a switching device
der oben genannten Art anzugeben. of the type mentioned above.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Traktionssystem anzugeben, das zum Betrieb mit der erfindungsgemäßen Umschaltvorrichtung in einem gegenüber dem Stand der Technik verbesserten Traktionsantrieb eingerichtet A further object of the invention is to provide a traction system which is designed for operation with the switching device according to the invention in a traction drive which is improved compared to the prior art.
ist. is.
Schließlich ist es auch Aufgabe der Erfindung ein Schienenfahrzeug mit Arbeitsaggregaten mit dem gegenüber dem Stand der Technik verbesserten drehzahlverstellbaren Finally, it is also the object of the invention to provide a rail vehicle with working units with the speed-adjustable drive system which is improved compared to the prior art.
Traktionsantrieb anzugeben. Traction drive must be specified.
Erfindungsgemäß werden diese Aufgaben gelöst durch die Umschaltschaltvorrichtung aus Anspruch 1, dem Traktionssystem aus Anspruch 7 und dem Schienenfahrzeug aus According to the invention, these objects are achieved by the switching device of claim 1, the traction system of claim 7 and the rail vehicle of
Anspruch 9. Claim 9.
Abhängige Ansprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungen der Dependent claims provide advantageous embodiments of the
Erfindung an. invention.
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Die Erfindung betrifft eine Umschaltvorrichtung The invention relates to a switching device
für ein Traktionssystem eines Schienenfahrzeugs, umfassend ein erstes Schaltmodul mit Leistungseingängen zur Anschaltung an einen Stromrichter, mit Leistungsausgängen zur Anschaltung an mindestens einen Traktionsmotor, und mit Schaltelementen zur Durchführung einer von einem vorgegebenen Betriebsbereich des Traktionsmotors abhängigen Gruppenumschaltung zwischen den Leistungseingängen und den Leistungsausgängen sowie ein Kommunikationsmodul zur Übermittlung von Traktionsmotorparametern an den Stromrichter in Abhängigkeit des vorgegebenen for a traction system of a rail vehicle, comprising a first switching module with power inputs for connection to a power converter, with power outputs for connection to at least one traction motor, and with switching elements for carrying out a group switching between the power inputs and the power outputs depending on a predetermined operating range of the traction motor, as well as a communication module for transmitting traction motor parameters to the power converter depending on the predetermined
Betriebsbereichs. operating area.
Eine bevorzugte Variante der erfindungsgemäßen Umschaltvorrichtung umfasst weiters ein Steuerungsmodul, das vorgesehen ist, die vom Betriebsbereich abhängige Gruppenumschaltung auszulösen und/oder zu überwachen und/oder mittels des Kommunikationsmoduls die vom Betriebsbereich abhängigen Traktionsmotorparameter an den A preferred variant of the switching device according to the invention further comprises a control module which is provided to trigger and/or monitor the group switching dependent on the operating range and/or to transmit the traction motor parameters dependent on the operating range to the
Stromrichter zu übermitteln. power converter.
Traktionsmotorparameter sind beispielsweise die Werte der vom Stromrichter angesteuerten Traktionsmotorimpedanzen Z,, die näherungsweise als Reihenschaltung einer Induktivität Ln mit von der Wechselstromfrequenz abhängigem Widerstandswert Xp=20£f ' L2, der auch als Reaktanz bezeichnet wird, und eines frequenzunabhängigen ohmschen Widerstandswertes Rı Traction motor parameters are, for example, the values of the traction motor impedances Z, controlled by the power converter, which can be approximately described as a series connection of an inductance Ln with a resistance value Xp=20£f ' L2 that depends on the alternating current frequency and is also called reactance, and a frequency-independent ohmic resistance value Rı
angenommen werden kann. can be accepted.
Wesentliche Parameter sind aber auch die Zahl der Pole 2p Important parameters are also the number of poles 2p
und/oder die Polpaarzahl p des Traktionsmotors. and/or the number of pole pairs p of the traction motor.
In einer weiteren günstigen Variante der Umschaltvorrichtung In another inexpensive variant of the switching device
ist ein zweites Schaltmodul vorgesehen für eine Safe-Torque-A second switching module is provided for a safe torque
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Off-Abschaltung des Traktionsantriebs und/oder zur galvanischen Trennung der Leistungseingänge vom ersten Off-switching off the traction drive and/or for galvanic isolation of the power inputs from the first
Schaltmodul und/oder von den Leistungsausgängen. Switching module and/or from the power outputs.
Dieses zusätzliche sicherheitsrelevante „sicher abgeschaltete Moment“ (engl. safe torque off STO) nach IEC 61800-5-2:2016 RLV stellt durch Trennung der Leistungseingänge von den Leistungsausgängen mittels eines Hauptschaltelements einen zusätzlich zum Stromrichter redundanten Abschaltpfad zur Verfügung, wodurch ein höheres This additional safety-relevant “safe torque off” (STO) according to IEC 61800-5-2:2016 RLV provides a redundant shutdown path in addition to the power converter by separating the power inputs from the power outputs using a main switching element, which enables a higher
Sicherheitsniveau erreicht ist. Security level is reached.
Beispielsweise ist mit dieser STO-Abschaltung der performance level d bzw. e nach Kategorie 3 oder 4 aus EN ISO 13849-1 erreicht und es sind weitere bahnspezifische sicherheitstechnische Anforderungen wie „gefährdendes For example, with this STO shutdown, performance level d or e according to category 3 or 4 from EN ISO 13849-1 is achieved and further railway-specific safety requirements such as “dangerous
Ereignis durch Einzelfehler nicht zu akzeptieren“ erfüllt. Event due to single error is not acceptable”.
Die Anforderung „Verhinderung unerwünschter Bewegung“ in EN 14033-2:2017, Abschnitt 5.15 Tabelle 1 ist gleichfalls erfüllt, aber auch die Sicherheitsanforderungen für das Bremssystem in Absatz 4.2.4.2.2 Tabelle 3 der Technischen Spezifikation für die Interoperabilität TSI des Teilsystems „Fahrzeuge - Lokomotiven und Personenwagen“ des Eisenbahnsystems in der Europäischen Union aus Verordnung The requirement “Prevention of unwanted movement” in EN 14033-2:2017, Section 5.15 Table 1 is also met, but also the safety requirements for the braking system in paragraph 4.2.4.2.2 Table 3 of the Technical Specification for Interoperability TSI of the subsystem “Rolling stock - Locomotives and Passenger Rolling Stock” of the rail system in the European Union from Regulation
(EU) Nr. 1302/2014. (EU) No. 1302/2014.
Eine vorteilhafte Variante sieht vor, dass ein Überspannungsmodul als Teil der Umschaltvorrichtung eingerichtet ist Überspannungen zwischen den Traktionsmotoren und dem Stromrichter zu reduzieren oder zu An advantageous variant provides that an overvoltage module is set up as part of the switching device to reduce or eliminate overvoltages between the traction motors and the power converter.
vermeiden. avoid.
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Überspannungen können beispielsweise bei Schaltvorgängen auftreten, die die Wicklungsstränge der Traktionsmotoren von Overvoltages can occur, for example, during switching operations that affect the winding phases of traction motors of
den Phasen der Versorgungleitungen trennen. separate the phases of the supply lines.
Beispiel für einen solchen Schaltvorgang ist insbesondere die Gruppenumschaltung zwischen einem ersten und einem An example of such a switching process is the group switching between a first and a
zweiten Betriebsbereich des Schienenfahrzeugs. second operating area of the rail vehicle.
In einer günstigen Variante der Umschaltvorrichtung ist das erste Schaltmodul vorgesehen eine Gruppenumschaltung zwischen den Phasen der Leistungseingänge und den Wicklungsstranggruppen des Traktionsmotors, die mit den Leistungsausgängen verbunden sind, derart vorzunehmen, dass die Wicklungsstranggruppen untereinander und mit den Leistungseingängen eine Doppelsternkonfiguration für einen ersten Betriebsbereich und einer Sternkonfiguration für In a favorable variant of the switching device, the first switching module is provided to carry out a group switching between the phases of the power inputs and the winding phase groups of the traction motor, which are connected to the power outputs, in such a way that the winding phase groups form a double star configuration for a first operating range and a star configuration for
einen zweiten Betriebsbereich bilden. form a second operating area.
Diese unterschiedlichen Konfigurationen der Wicklungsstranggruppen entsprechen unterschiedlichen These different configurations of the winding phase groups correspond to different
Polzahlen 2p oder Polpaarzahlen p des Traktionsmotors. Number of poles 2p or number of pole pairs p of the traction motor.
Im allgemeinen Fall kann eine Umschaltung der Wicklungsstranggruppen zu einer Erhöhung oder Verminderung der Polpaarzahl im Verhältnis 1:n führen, wobei n eine In general, switching the winding phase groups can lead to an increase or decrease in the number of pole pairs in the ratio 1:n, where n is a
natürliche Zahl ist. natural number.
Die Erhöhung der Polpaarzahl p um den Faktor n hat eine Verminderung der Drehzahl nu des Traktionsmotors um denselben Faktor n bei gleichbleibender Wechselstromfrequenz f in den Phasen der Drehstromversorgung zur Folge, da das Verhältnis zwischen Drehzahl nu und Polpaarzahl p umgekehrt Increasing the number of pole pairs p by a factor of n results in a reduction of the speed nu of the traction motor by the same factor n while maintaining the alternating current frequency f in the phases of the three-phase power supply, since the relationship between speed nu and number of pole pairs p is inversely
proportional ist. is proportional.
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Für die obige Gruppenumschaltung zwischen Doppelstern und Stern ist das Verhältnis zwischen den Polpaarzahlen 2:1 und demzufolge das Verhältnis zwischen der Drehzahl ny,ı des Traktionsmotors in der ersten Konfiguration und jener nyv,2 in der zweiten Konfiguration 1:2 unter der Bedingung gleichbleibender Wechselstromfrequenz bzw. Drehstromfrequenz For the above group switching between double star and star, the ratio between the number of pole pairs is 2:1 and consequently the ratio between the speed ny,ı of the traction motor in the first configuration and that nyv,2 in the second configuration is 1:2 under the condition of constant AC frequency or three-phase frequency
f. f.
Wird bei einer bestimmten Drehzahl nu des Traktionsmotors zwischen der ersten und der zweiten Konfiguration umgeschaltet, so ist diese Drehstromfrequenz £f jedoch entsprechend dem Verhältnis der Polpaarzahlen p dieser beiden Konfigurationen anzupassen, um Sprünge der Drehzahl nu und/oder eine hohe Belastung des Traktionsmotors zu If switching between the first and the second configuration takes place at a certain speed nu of the traction motor, this three-phase frequency £f must be adjusted according to the ratio of the number of pole pairs p of these two configurations in order to avoid jumps in the speed nu and/or a high load on the traction motor.
vermeiden. avoid.
In einer alternativen Ausführungsform ist die Umschaltvorrichtung dazu eingerichtet zwischen einer Dreieckskonfiguration der Wicklungsstranggruppen des Traktionsmotors und einer Doppelsternkonfiguration In an alternative embodiment, the switching device is designed to switch between a delta configuration of the winding phase groups of the traction motor and a double star configuration
umzuschalten. to switch.
Bei diesen beiden alternativen Konfigurationen der Wicklungsstranggruppen ergibt sich gleichermaßen ein Verhältnis der Polpaarzahlen p von 2:1 dem ein Drehzahlverhältnis Nnyv,ı: MNyu,2 von 1:2 unter der Bedingung For these two alternative configurations of the winding phase groups, a ratio of the number of pole pairs p of 2:1 results, which corresponds to a speed ratio Nnyv,ı: MNyu,2 of 1:2 under the condition
gleichbleibender Drehstromfrequenz £f entspricht. constant three-phase frequency £f.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Umschaltvorrichtung vorgesehen einen Stromrichter mit mindestens zwei Traktionsmotoren eines Drehgestells des In an advantageous embodiment, the switching device is provided with a power converter with at least two traction motors of a bogie of the
Schienenfahrzeugs zu verbinden. rail vehicle.
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Aufgrund dieser Art der Ansteuerung verringert sich die Anzahl der benötigten Umschaltvorrichtungen und Due to this type of control, the number of switching devices required is reduced and
Stromrichter. Power converter.
Somit ergibt sich einerseits ein geringerer Platzbedarf für den Traktionsantrieb und das Traktionssystem und andererseits eine nennenswerte Verminderung der This results in a smaller space requirement for the traction drive and the traction system and a significant reduction in the
Herstellungskosten. manufacturing costs.
Der Antrieb beider Achsen eines Drehgestells ermöglicht das Erreichen höherer Antriebskräfte des Schienenfahrzeugs bei The drive of both axles of a bogie enables the achievement of higher driving forces of the rail vehicle at
optimaler Ausnutzung gegebenen Achslasten. optimal utilization of given axle loads.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des Traktionssystems für ein Schienenfahrzeug mit einem Stromrichter ist der Stromrichter an eine Umschaltvorrichtung in einer der oben beschriebenen Varianten angeschaltet und umfasst ein Steuerungsmodul, das vorgesehen ist, die vom Betriebsbereich abhängige Gruppenumschaltung auszulösen und/oder zu überwachen und/oder mittels eines Kommunikationsmoduls die vom Betriebsbereich abhängigen Traktionsmotorparameter von In an advantageous embodiment of the traction system for a rail vehicle with a power converter, the power converter is connected to a switching device in one of the variants described above and comprises a control module which is provided to trigger and/or monitor the group switching dependent on the operating range and/or to transmit the traction motor parameters dependent on the operating range from
der Umschaltvorrichtung zu empfangen. the switching device.
Der Stromrichter muss zu jedem Zeitpunkt Kenntnis von der aktuellen Konfiguration der Wicklungsstranggruppen des Traktionsantriebs haben, die durch die vom Betriebsbereich abhängigen Traktionsparameter {Ln, Ra, P} abgebildet werden, um ein Drehstromsystem passender Amplitude Ü und Frequenz f für den mittels der Umschaltvorrichtung angeschalteten The converter must at all times have knowledge of the current configuration of the winding phase groups of the traction drive, which are represented by the traction parameters {Ln, Ra, P} depending on the operating range, in order to generate a three-phase system of suitable amplitude Ü and frequency f for the drive connected by means of the switching device.
mindestens einen Traktionsmotor zur Verfügung zu stellen. In einer alternativen Ausführungsform ist das to provide at least one traction motor. In an alternative embodiment, the
Steuerungsmodul des Stromrichters oder einer übergeordneten Control module of the power converter or a higher-level
Steuerungseinheit wie der Maschinensteuerung statt jenem der Control unit such as the machine control instead of that of the
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Umschaltvorrichtung dazu vorgesehen, die vom Betriebsbereich abhängige Gruppenumschaltung auszulösen und/oder zu Switching device intended to trigger the group switching depending on the operating range and/or
überwachen. monitor.
Vorzugsweise ist in einer Ausführungsform des Traktionssystems eine Kommunikationsverbindung zwischen den Kommunikationsmodulen des Stromrichters und der Umschaltvorrichtung eingerichtet und vorgesehen für eine Übertragung von Daten und Signalen, die analog und/oder Preferably, in one embodiment of the traction system, a communication connection is set up between the communication modules of the power converter and the switching device and is provided for the transmission of data and signals which are analogue and/or
digital insbesondere binär kodiert erfolgt. digitally, especially binary encoded.
Solche Daten sind insbesondere die vom gewählten Such data are in particular the data collected by the selected
Betriebsbereich abhängigen Traktionsmotorparameter {Ln, Rıys Operating range dependent traction motor parameters {Ln, Rıys
pP}. pP}.
Eine bevorzugte Ausführungsform des Erfindungsgegenstands umfasst ein Schienenfahrzeug mit Arbeitsaggregaten und mit einem drehzahlverstellbaren Traktionsantrieb, der mindestens einen Stromrichter enthält, vorgesehen zur Ansteuerung von Traktionsmotoren, die eingerichtet sind zum Antrieb von Achsen des Schienenfahrzeugs, wobei der genutzte Drehzahlbereich der Traktionsmotoren charakterisiert ist durch einen ersten Betriebsbereich, in dem das Schienenfahrzeug vorgesehen ist, einen Schienenfahrweg mit seinen Arbeitsaggregaten zu bearbeiten, und einen zweiten Betriebsbereich, in dem das Schienenfahrzeug vorgesehen ist, den Schienenfahrweg zu befahren, ohne dass dieser durch die Arbeitsaggregate bearbeitet wird, wobei zwischen dem Stromrichter und mindestens einem Traktionsmotor eine A preferred embodiment of the subject matter of the invention comprises a rail vehicle with working units and with a speed-adjustable traction drive, which contains at least one power converter, provided for controlling traction motors, which are designed to drive axles of the rail vehicle, wherein the used speed range of the traction motors is characterized by a first operating range, in which the rail vehicle is provided to work a rail track with its working units, and a second operating range, in which the rail vehicle is provided to travel on the rail track without this being worked by the working units, wherein between the power converter and at least one traction motor a
erfindungsgemäße Umschaltvorrichtung angeordnet ist. switching device according to the invention is arranged.
Der zweite Betriebsbereich kann in einer weiteren The second operating area can be in a further
Ausführungsform vorgesehen sein, den Schienenfahrweg mittels In this embodiment, the rail track can be
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spezialisierter Messvorrichtungen, die auf dem specialized measuring devices based on the
Schienenfahrzeug angeordnet sind, zu vermessen. Rail vehicle are to be measured.
In einer alternativen Variante des Schienenfahrzeugs sind alle Stromrichter der Traktionsantriebe in einem Gehäuse In an alternative variant of the rail vehicle, all power converters of the traction drives are in one housing
angeordnet. arranged.
Eine solche Anordnung in einem Gehäuse ermöglicht beispielsweise für Bahnstrom zugelassene Vorrichtungen für die Ansteuerung der Traktionsmotoren mittels der Such an arrangement in a housing enables, for example, devices approved for railway current for controlling the traction motors by means of the
erfindungsgemäßen Umschaltvorrichtungen zu verwenden. to use switching devices according to the invention.
In einer günstigen alternativen Ausführungsform sind die Traktionsantriebe teilweise oder gänzlich in der Umgebung In a favorable alternative embodiment, the traction drives are partially or entirely in the environment
der Antriebsachsen des Schienenfahrzeugs angeordnet. the drive axles of the rail vehicle.
Diese Ausführungsform ermöglicht den Einsatz von Industriestromrichtern oder Industrieumrichtern mit This design allows the use of industrial power converters or industrial inverters with
gegenüber Bahnstromrichtern verminderten Ausgangsströmen. reduced output currents compared to traction converters.
Für diese Stromrichter ist gegebenenfalls eine eigene Zulassung für den Einsatz in einem Schienenfahrzeug For these converters, a separate approval for use in a rail vehicle may be required
erforderlich. necessary.
In einer bevorzugten Ausführungsvariante sind die in der Umgebung der Antriebsachsen angeordnete Traktionsantriebe dazu vorgesehen, mittels einer im Schienenfahrzeug In a preferred embodiment, the traction drives arranged in the vicinity of the drive axles are provided to be able to drive the vehicle by means of a
angeordneten Gleichstromleitung versorgt zu sein. arranged DC line.
Eine solche Gleichstromversorgung findet sich beispielsweise Such a DC power supply can be found, for example,
in AT 521 386 AL. in AT 521 386 AL.
Die Verbindung des Stromrichterausgangs, der ein The connection of the converter output, which is a
frequenzvariables Drehstromsystem zur Verfügung stellt, mit frequency-variable three-phase system, with
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den Leistungseingängen der Umschaltvorrichtung mittels eines Verbindungskabels, dessen Länge nur einen Bruchteil der Größenordnung des Schienenfahrzeuglänge oder der Länge des Schienenfahrzeugverbandes beträgt, ist auch günstig im Hinblick auf die Erhöhung der elektromagnetischen Verträglichkeit EMV aufgrund einer Verringerung von the power inputs of the switching device by means of a connecting cable whose length is only a fraction of the length of the rail vehicle or the length of the rail vehicle combination, is also advantageous in terms of increasing electromagnetic compatibility (EMC) due to a reduction of
störenden elektromagnetischen Abstrahlungen. disruptive electromagnetic radiation.
Die Erfindung wird nachfolgend in beispielhafter Weise unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert. Es zeigen The invention is explained below by way of example with reference to the accompanying figures.
in schematischer Darstellung: in schematic representation:
Fig. 1 Eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Fig. 1 An embodiment of the inventive
Umschaltvorrichtung mit ihren Funktionsmodulen, Switching device with its functional modules,
Fig. 2a Eine erste Ausführungsform der Umschaltvorrichtung nach Figur 1 als Stromlaufplan mit zwei angesteuerten Fig. 2a A first embodiment of the switching device according to Figure 1 as a circuit diagram with two controlled
Traktionsmotoren, traction motors,
Fig. 2b Eine weitere Ausführungsform der Umschaltvorrichtung nach Figur 1 als Fig. 2b Another embodiment of the switching device according to Figure 1 as
Stromlaufplan, circuit diagram,
Fig. 3a Eine erste Anordnung von insgesamt sechs Gruppen von Wicklungssträngen eines Traktionsmotors als Doppelstern und ihre Ansteuerung mit drei Phasen Fig. 3a A first arrangement of a total of six groups of winding phases of a traction motor as a double star and their control with three phases
eines Drehstromsvystems, a three-phase system,
Fig. 3b Eine zweite Anordnung der Wicklungsstranggruppen Fig. 3b A second arrangement of the winding phase groups
aus Figur 3a als Sternschaltung, from Figure 3a as a star connection,
Fig. 4a Verlauf von Spannung, Strom und Moment/Kraft Fig. 4a Course of voltage, current and moment/force
eines Traktionsmotors über die Geschwindigkeit v of a traction motor over the speed v
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eines Schienenfahrzeugs, der in der ersten Schaltstellung der Umschaltvorrichtung of a rail vehicle which is in the first switching position of the switching device
angesteuert wird, is controlled,
Fig. 4b Verlauf von Spannung, Strom und Moment/Kraft eines Traktionsmotors über die Geschwindigkeit v eines Schienenfahrzeugs, der in der zweiten Schaltstellung der Umschaltvorrichtung Fig. 4b Course of voltage, current and torque/power of a traction motor over the speed v of a rail vehicle, which is in the second switching position of the switching device
angesteuert wird, is controlled,
Fig. 4c Gemeinsame Darstellung der Kennlinienfelder aus Fig. 4c Joint representation of the characteristic curve fields from
den Figuren 4a und 4b, Figures 4a and 4b,
Fig. 5 Schematische Darstellung eines Traktionssystems aus drei Traktionsantrieben bestehend aus Jeweils einem Stromrichter, einer zugeordneten Umschaltvorrichtung und jeweils zwei angesteuerten Traktionsmotoren mit einem Fig. 5 Schematic representation of a traction system consisting of three traction drives, each consisting of a power converter, an associated switching device and two controlled traction motors with a
gemeinsamen optionalen Steuerungsmodul, common optional control module,
Fig. 6 Schienenfahrzeug mit dem erfindungsgemäßen Traktionssystem für den Antrieb von vier Fig. 6 Rail vehicle with the traction system according to the invention for driving four
Drehgestellen mit jeweils zwei Achsen. bogies with two axles each.
In Figur 1 ist die erfindungsgemäße Umschaltvorrichtung 1, die Leistungseingänge 6 mit Leistungsausgängen 7a, 7b verbindet, mit ihren Funktionsmodulen 2, 3, 4 und 5 In Figure 1, the switching device 1 according to the invention, which connects power inputs 6 with power outputs 7a, 7b, with its functional modules 2, 3, 4 and 5
schematisch dargestellt. shown schematically.
So ist ein Überspannungsmodul 5 als Überspannungsschutz der Leistungseingänge 6 vorgesehen, um Überspannungen, die insbesondere beim Ein-, Aus- und Umschalten der An overvoltage module 5 is provided as overvoltage protection for the power inputs 6 in order to prevent overvoltages that occur particularly when switching on, off and changing over the
Wicklungsstranggruppen 1lla, 11b, 11c, 11d, 11l1e, 11£ des Winding phase groups 111a, 11b, 11c, 11d, 11l1e, 11£ of the
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Wicklungssystems von mindestens einem Traktionsmotor 8a, 8b Winding system of at least one traction motor 8a, 8b
auftreten können, zu vermindern oder zu vermeiden. to reduce or avoid risks that may occur.
Ein Überspannungsmodul 5 nach dem Stand der Technik umfasst beispielsweise eine für den gegebenen Leistungsbereich geeignete Zenerdiode oder ein anderes als Überspannungsschutz geeignetes elektromechanisches, An overvoltage module 5 according to the prior art comprises, for example, a Zener diode suitable for the given power range or another electromechanical device suitable as overvoltage protection,
elektrisches und/oder leistungselektronisches Bauelement. electrical and/or power electronic component.
Dieses Überspannungsmodul 5 schützt die verbundenen Geräte am Leistungseingang 6 vor Rückwirkungen durch hohe This overvoltage module 5 protects the connected devices at the power input 6 from interference caused by high
Schaltspannungen. Switching voltages.
Es wirkt auch sowohl innerhalb der Umschaltvorrichtung 1 als auch an den Leistungsausgängen 7a, 7b begrenzend gegen It also acts both within the switching device 1 and at the power outputs 7a, 7b to limit
solche hohen Schaltspannungen. such high switching voltages.
Die Leistungseingänge 6 sind mittels eines zweiten Schaltmoduls 4, das einen Hauptschalter umfasst, mit dem ersten Schaltmodul 2 verbunden, dessen wesentliche Komponenten die Schaltelemente eines Gruppenumschalters The power inputs 6 are connected to the first switching module 2 by means of a second switching module 4, which comprises a main switch, the essential components of which are the switching elements of a group switch
sind. are.
Das zweite Schaltmodul 4 dient dazu, die Leistungseingänge 6 vom ersten Schaltmodul 2 zu trennen oder sie mit diesem The second switching module 4 is used to separate the power inputs 6 from the first switching module 2 or to connect them with this
wieder zu verbinden. to reconnect.
Um hohen Schaltspannungen im System vorzubeugen erfolgt günstiger Weise eine gesteuerte Entmagnetisierung des Wicklungssystems 1l1la, 11b, 11c, 11d, 11e, 11£, insbesondere der magnetisierbaren Teile, des mindestens einen Traktionsmotors 8a, 8b bevorzugt mittels des Stromrichters 15 vor dem Trennen der Verbindungen zwischen den In order to prevent high switching voltages in the system, a controlled demagnetization of the winding system 111a, 11b, 11c, 11d, 11e, 11£, in particular of the magnetizable parts, of the at least one traction motor 8a, 8b is advantageously carried out, preferably by means of the power converter 15, before the connections between the
Wicklungsstranggruppen 1lla, 11b, 11c, 11d, 11l1e, 11£,. Winding phase groups 111a, 11b, 11c, 11d, 11l1e, 11£,.
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Der Vorgang des Trennens der Leistungseingänge 6 vom ersten Schaltmodul 2 und des darauffolgenden Wiederanschaltens wird The process of disconnecting the power inputs 6 from the first switching module 2 and then reconnecting them is
betriebsmäßig im Rahmen der Gruppenumschaltung durchgeführt. carried out operationally as part of the group switching.
Das erste Schaltmodul 2 dient zum Umschalten voneinander verschiedener Verbindungsvarianten zwischen den The first switching module 2 is used to switch between different connection variants between the
Leistungseingängen 6 und den Leistungsausgängen 7a, 7b. Power inputs 6 and power outputs 7a, 7b.
Insbesondere wird zwischen einer Verbindungsvariante umgeschaltet, die die Wicklungsstranggruppen 1l1la, 11b, 11c, 11ld, 1le, 11£ in zwei zueinander parallelen Sternen an das speisende Drehstromsystem der Leistungseingänge 6 anschaltet, und einer zweiten Verbindungsvariante, bei der Jeweils zwei Wicklungsstranggruppen 1l1la, 11b, 11c, 11d, 11e, 11£ pro Drehstromphase der Leistungseingänge 6 in Reihe geschaltet werden und die derartig gespeisten Reihenschaltungen an ihren von der jeweiligen Drehstromphase U, V, W abgewandten Seite miteinander in einem Sternpunkt In particular, switching is carried out between a connection variant which connects the winding phase groups 1l1la, 11b, 11c, 11ld, 1le, 11£ in two mutually parallel stars to the feeding three-phase system of the power inputs 6, and a second connection variant in which two winding phase groups 1l1la, 11b, 11c, 11d, 11e, 11£ per three-phase phase of the power inputs 6 are connected in series and the series circuits fed in this way are connected to one another at their side facing away from the respective three-phase phase U, V, W in a star point
SP1l verbunden sind. SP1l are connected.
Die ersten Verbindungsvariante ist unter der Bezeichnung Doppelsternschaltung und die zweite Verbindungsvariante als The first connection variant is known as double star connection and the second connection variant as
Sternschaltung bekannt. Star connection known.
In der Umschaltvorrichtung 1 ist weiters ein Steuerungsmodul 3 vorgesehen den Umschaltvorgang einzuleiten, zu überwachen und abzuschließen und die jeweiligen Parameter, die jeweils einer der beiden Verbindungsvarianten zugeordnet sind, über ein Kommunikationsmodul an einen Stromrichter 15 zu In the switching device 1, a control module 3 is also provided to initiate, monitor and complete the switching process and to transmit the respective parameters, which are each assigned to one of the two connection variants, to a power converter 15 via a communication module.
übermitteln. transmit.
Dieser Stromrichter 15 generiert das an die This converter 15 generates the
Leistungseingänge 6 angeschaltete Drehstromsystem mit Power inputs 6 connected three-phase system with
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verstellbarer Wechselstromfrequenz f und gleichfalls adjustable alternating current frequency f and also
verstellbarer Phasenspannung Ü. adjustable phase voltage Ü.
In Figur 2a ist eine erste Ausführungsform der Umschaltvorrichtung 1 als Stromlaufplan dargestellt, mit der In Figure 2a, a first embodiment of the switching device 1 is shown as a circuit diagram, with which
zwei Traktionsmotoren 8a, 8b angesteuert werden. two traction motors 8a, 8b are controlled.
Diese Anordnung eignet sich beispielsweise zum Einsatz in einem Drehgestell 22 eines Schienenfahrzeugs 19 oder Schienenfahrzeugverbandes mit zwei angetriebenen Achsen wie This arrangement is suitable, for example, for use in a bogie 22 of a rail vehicle 19 or rail vehicle combination with two driven axles such as
beispielhaft in Figur 6 dargestellt. shown as an example in Figure 6.
Der Stromlaufplan der Figur 2a zeigt die Leistungseingänge 6 und ihre Verbindung mit den Leistungsausgängen 7 mittels des The circuit diagram in Figure 2a shows the power inputs 6 and their connection to the power outputs 7 by means of the
ersten Schaltmoduls 2. first switching module 2.
Dieses erste Schaltmodul 2 hat zwei Schaltstellungen, die zwei verschiedenen Schaltkonfigurationen der Leistungsausgänge 7 untereinander und mit den This first switching module 2 has two switching positions, which allow two different switching configurations of the power outputs 7 with each other and with the
Leistungseingängen 6 entsprechen. Power inputs 6 correspond.
Das erste Schaltmodul 2 ist dabei ein elektrisch oder elektromagnetisch betätigter Schalter, der über einen Schalteingang „SHIFT“ angesteuert wird und in der dargestellten Ausführungsvariante insgesamt acht Schaltkontakte zwischen einer ersten Schaltstellung und einer zweiten Schaltstellung umschaltet. Diese Schaltkontakte sind sowohl mit den drei Leitungen U, V, W der Leistungseingänge 6 als auch mit den neun Leitungen UL1, V1, W1, U2, V2, W2 und U3, V3, W3 der Leistungsausgänge 7 The first switching module 2 is an electrically or electromagnetically operated switch that is controlled via a "SHIFT" switching input and, in the illustrated embodiment, switches a total of eight switching contacts between a first switching position and a second switching position. These switching contacts are connected to the three lines U, V, and W of the power inputs 6 as well as to the nine lines UL1, V1, W1, U2, V2, W2, and U3, V3, W3 of the power outputs 7.
verbunden. tied together.
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Beispielsweise ist der erste Schaltkontakt in der ersten Schaltstellung geöffnet, wodurch die Verbindung zwischen U For example, the first switching contact is open in the first switching position, which creates the connection between U
und U3 unterbrochen ist. and U3 is interrupted.
Es besteht jedoch eine permanente Verbindung zwischen U vom Leistungseingang 6 zu U1 vom Leistungsausgang 7, genauso However, there is a permanent connection between U from power input 6 to U1 from power output 7, just as
zwischen V und V1 sowie zwischen W und WL1. between V and V1 and between W and WL1.
Der dritte Schaltkontakt ist in der ersten Schaltstellung hingegen geschlossen und verbindet somit die Leitungen U2 The third switching contact, however, is closed in the first switching position and thus connects the lines U2
und U3 des Leistungsausgangs 7. and U3 of the power output 7.
Der zweite Schaltkontakt ist so wie der erste Schaltkontakt in der ersten Schaltstellung geöffnet und die Verbindung The second switching contact is open in the first switching position like the first switching contact and the connection
zwischen U2 und W2 ist daher unterbrochen. between U2 and W2 is therefore interrupted.
Die vierten, fünften und sechsten Schaltkontakte dienen in gleicher Weise dazu in der ersten Schaltstellung V2 mit V3 zu verbinden und in der zweiten aktiven Schaltstellung die Verbindung zwischen V2 und V3 zu trennen und V1 mit V3 sowie The fourth, fifth and sixth switching contacts serve in the same way to connect V2 with V3 in the first switching position and to separate the connection between V2 and V3 in the second active switching position and to connect V1 with V3 and
V2 mit W2 zu verbinden. To connect V2 with W2.
Der achte Schaltkontakt verbindet in der ersten Schaltstellung W2 mit W3 und trennt diese Verbindung in der zweiten Schaltstellung, während der siebte Schaltkontakt in dieser Schaltstellung die in der ersten Schaltstellung The eighth switching contact connects W2 with W3 in the first switching position and separates this connection in the second switching position, while the seventh switching contact in this switching position
getrennten Leistungsausgänge W1 und W3 verbindet. separate power outputs W1 and W3.
Die Figur 2a zeigt weiters auch das schon beschriebene zweite Schaltmodul 4, das als elektromagnetischer Schalter ausgeführt ist, der über einen Schalteingang „STO“ Figure 2a also shows the second switching module 4 already described, which is designed as an electromagnetic switch, which has a switching input “STO”
angesteuert wird. is controlled.
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Schließlich umfasst die Umschaltvorrichtung 1 in der in Figur 2a auch ein Überspannungsmodul 5, das vorgesehen ist, Finally, the switching device 1 in Figure 2a also comprises an overvoltage module 5, which is provided
Überspannungen zu begrenzen. To limit overvoltages.
Die Leistungsausgänge U1, V1, W1, U2, V2, W2 und U3, V3, W3 sind parallel mit den Jeweils neun Eingängen der The power outputs U1, V1, W1, U2, V2, W2 and U3, V3, W3 are connected in parallel with the nine inputs of the
Traktionsmotoren 8a und 8b verbunden. Traction motors 8a and 8b connected.
In Figur 2b ist eine weitere Ausführungsform der Umschaltvorrichtung 1 dargestellt, die sich von der oben beschriebenen Ausführungsform aus Figur 2a insbesondere Figure 2b shows a further embodiment of the switching device 1, which differs from the above-described embodiment of Figure 2a in particular
durch eine Variante des ersten Schaltmoduls 2 unterscheidet. by a variant of the first switching module 2.
Dabei sind alle acht Schaltkontakte als Schließer ausgeführt, d. h., dass sie in der ersten inaktiven Schaltstellung die mit ihnen verbundenen Leitungen unterbrechen und in der zweiten aktiven Schaltstellung eine All eight switching contacts are designed as normally open contacts, i.e. in the first inactive switching position they interrupt the lines connected to them and in the second active switching position they
Verbindung zwischen diesen Leitungen herstellen. Establish a connection between these lines.
Die acht Schaltkontakte sind unterteilt in eine erste Teilmenge von fünf Schaltkontakten, die von einem ersten Schalteingang „SHIFT-A“ aktiviert werden, und eine zweite Teilmenge von drei Schaltkontakten, die von einem weiteren The eight switching contacts are divided into a first subset of five switching contacts, which are activated by a first switching input “SHIFT-A”, and a second subset of three switching contacts, which are activated by another
Schalteingang „SHIFT-B“ angesteuert sind. Switching input “SHIFT-B” is controlled.
Der erste, dritte und fünfte Schaltkontakt trennt bzw. verbindet jeweils U1 und U3, V1 und V3 sowie W1 und W3. The first, third and fifth switching contacts separate or connect U1 and U3, V1 and V3 and W1 and W3 respectively.
Der zweite Schaltkontakt trennt bzw. verbindet U2 und W2, der vierte V2 und W2. The second switching contact separates or connects U2 and W2, the fourth V2 and W2.
Der sechste Schaltkontakt trennt bzw. verbindet U2 und U3, der siebente V2 und V3 und der achte W2 und W3. The sixth switching contact separates or connects U2 and U3, the seventh V2 and V3 and the eighth W2 and W3.
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In den Figuren 3a und 3b ist dargestellt wie die beiden Schaltstellungen des ersten Schaltmoduls 2 der Umschaltvorrichtung 1 die zwei unterschiedlichen Konfigurationen einer Doppelsternschaltung oder einer Sternschaltung der Wicklungsstranggruppen 1l1la, 11b, 11c, 11d, 1le und 11f£f der Traktionsmotoren 7a, 7b ergeben. Figures 3a and 3b show how the two switching positions of the first switching module 2 of the switching device 1 result in the two different configurations of a double star connection or a star connection of the winding phase groups 111a, 11b, 11c, 11d, 11e and 11fff of the traction motors 7a, 7b.
Dabei liegt die Wicklungsstranggruppe 1l1la zwischen den Schaltanschlüssen U1 und U2 eines Traktionsmotors 8a, 8b und die Wicklungsstranggruppe 11b zwischen dem Schaltanschluss The winding phase group 1l1la is located between the switching terminals U1 and U2 of a traction motor 8a, 8b and the winding phase group 11b is located between the switching terminal
U3 und dem unveränderbaren ersten Sternpunkt SPL1. U3 and the unchangeable first star point SPL1.
In gleicher Weise befindet sich die Wicklungsstranggruppe 1lc zwischen V1 und V2, die Wicklungsstranggruppe 11d zwischen V3 und dem ersten Sternpunkt SP1 sowie Wicklungsstranggruppe lle zwischen W1 und W2 während die Wicklungsstranggruppe 11£ zwischen W3 und dem gemeinsamen In the same way, the winding phase group 1lc is located between V1 and V2, the winding phase group 11d between V3 and the first star point SP1 and the winding phase group lle between W1 and W2 while the winding phase group 11£ is located between W3 and the common
ersten Sternpunkt SP1l angeordnet ist. first star point SP1l.
Figur 3a zeigt die zweite aktive Schaltstellung des ersten Schaltmoduls 2 der Umschaltvorrichtung 1 bei dem pro Phase zwei Wicklungsstranggruppen 1l1la und 11b, 11c und 11d sowie lle und 11f£f zueinander parallel angeordnet sind und die beiden den Phasen U, V und W abgewandten Seiten der Wicklungsstranggruppen 1lla, 11c und 1le sind zu einem zweiten Sternpunkt SP2 zusätzlich zum fix bestehenden ersten Sternpunkt SP1l der Wicklungsstranggruppen 11b, 11d und 11£ Figure 3a shows the second active switching position of the first switching module 2 of the switching device 1, in which two winding phase groups 111a and 11b, 11c and 11d as well as 11e and 11f£f are arranged parallel to each other per phase and the two sides of the winding phase groups 11a, 11c and 11e facing away from the phases U, V and W are connected to a second star point SP2 in addition to the fixed first star point SP1l of the winding phase groups 11b, 11d and 11£
verschaltet. interconnected.
In Figur 3b sind die Wicklungsstranggruppen 1l1la, 11b, 11c, In Figure 3b, the winding phase groups 111la, 11b, 11c,
11ld, 1le und 11f£ zu einer Sternschaltung mit dem ersten 11ld, 1le and 11f£ to a star connection with the first
unveränderbaren Sternpunkt SP1l angeordnet. fixed star point SP1l.
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Dabei sind pro Phase U, V, W des Drehstromsystems, das von einem Stromrichter 15 mit verstellbarer Spannung und Frequenz f erzeugt wird, jeweils zwei Wicklungsstranggruppen 1la und 11b, 11c und 11d sowie 1le und 11f in Reihe For each phase U, V, W of the three-phase system, which is generated by a converter 15 with adjustable voltage and frequency f, two winding phase groups 11a and 11b, 11c and 11d as well as 1le and 11f are connected in series
geschaltet. switched on.
Diese Anordnung wird durch Verbindung von U2 und U3 bei gleichzeitiger Trennung der Verbindung zwischen U1 und U3 ermöglicht. Die Phase U ist dabei wie schon in Figur 3a mit This arrangement is made possible by connecting U2 and U3 while simultaneously separating the connection between U1 and U3. Phase U is connected as in Figure 3a with
dem Anschluss U1 der Wicklungsstranggruppe 1l1la verbunden. connected to terminal U1 of winding phase group 1l1la.
In gleicher Weise ist die Phase V mit V1 der Wicklungsstranggruppe 1l1c verbunden und deren zweiter Anschluss V2 ist mit V3 der Wicklungsstranggruppe 11d verbunden, dessen zweiter Anschluss gemeinsam mit Anschlüssen der Wicklungsstranggruppen 11b und 11£ den Sternpunkt bilden. In the same way, phase V is connected to V1 of the winding phase group 111c and its second terminal V2 is connected to V3 of the winding phase group 11d, whose second terminal together with terminals of the winding phase groups 11b and 11£ form the star point.
Dies gilt auch für Phase W, die mit W1 der Wicklungsgruppe 1lle verbunden ist, wobei W2 dieser Wicklungsstranggruppe 1lle This also applies to phase W, which is connected to W1 of winding group 1lle, where W2 of this winding phase group 1lle
mit W3 der Wicklungsstranggruppe 11£ verbunden ist. is connected to W3 of the winding phase group 11£.
In den Figuren 4a und 4b wird exemplarisch und vereinfacht der Verlauf der Spannungen 12a, 12b, Ströme 13a, 13b, und der resultierenden Traktionskraft 14a, 14b des Traktionsmotors 8a, 8b über der Geschwindigkeit v des Schienenfahrzeugs 19 für beide Schaltstellungen der Umschaltvorrichtung 1 und die ihnen entsprechenden Verbindungsvarianten der Wicklungsstranggruppen 1lla, 11b, Figures 4a and 4b show, by way of example and in a simplified manner, the course of the voltages 12a, 12b, currents 13a, 13b, and the resulting traction force 14a, 14b of the traction motor 8a, 8b over the speed v of the rail vehicle 19 for both switching positions of the switching device 1 and the corresponding connection variants of the winding phase groups 111a, 11b,
1l1c, 11d, 1l1e und 11£f dargestellt. 1l1c, 11d, 1l1e and 11£f.
Figur 4a zeigt dabei die zweite aktive Schaltstellung, der Figure 4a shows the second active switching position, the
die Doppelsternschaltung der Wicklungsstranggruppen l1la, 1lb, 1lc, 11d, 1le und 11f£ aus Figur 3a entspricht. the double star connection of the winding phase groups l1la, 1lb, 1lc, 11d, 1le and 11f£ from Figure 3a.
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Im Abschnitt des linearen Anstiegs der Spannung 12a bis zur Geschwindigkeit va bleiben Strom 13a und Traktionskraft 14a In the section of the linear increase of the voltage 12a up to the speed va, current 13a and traction force 14a remain
konstant. constant.
Va liegt beispielsweise zwischen 3km/h und 7km/h und Va, for example, is between 3km/h and 7km/h and
vorzugsweise zwischen 4km/h und 6km/h. preferably between 4km/h and 6km/h.
Im folgenden Abschnitt mit konstanter Spannung 12a und degressiv abnehmender Traktionskraft 14a bleibt der Strom bis zu einer nicht bezeichneten Geschwindigkeit konstant, bevor er im letzten Abschnitt bei weiterer Erhöhung der Geschwindigkeit bis zur vorgesehenen Maximalgeschwindigkeit In the following section with constant voltage 12a and degressively decreasing traction force 14a, the current remains constant up to an unspecified speed, before it increases in the last section with further increase of the speed up to the intended maximum speed
Vmax abnimmt. Vmax decreases.
Vmax liegt dabei beispielsweise zwischen 50km/h und 150km/h Vmax is, for example, between 50km/h and 150km/h
und vorzugsweise zwischen 80km/h und 120km/h. and preferably between 80km/h and 120km/h.
Die Stromstärke 13a hat in den ersten beiden Geschwindigkeitsabschnitten den höchsten Wert Imax,z2 der The current intensity 13a has the highest value Imax,z2 in the first two speed sections of the
gemäß Figur 4a beispielsweise Imax,27200A beträgt. according to Figure 4a, for example, Imax,27200A.
Wird ab der Geschwindigkeit va die Stromstärke 13a” weiter erhöht, so kann die Traktionskraft 14a” noch für Geschwindigkeiten v>vs auf ihrem maximalen Wert konstant If the current intensity 13a” is further increased from the speed va, the traction force 14a” can still be kept constant at its maximum value for speeds v>vs
gehalten werden. be kept.
Gemäß Figur 4a erreicht die Stromstärke 13a” beispielsweise einen maximalen Wert von Imax,2>300A bei einer maximalen According to Figure 4a, the current 13a” reaches, for example, a maximum value of Imax,2>300A at a maximum
Traktionskraft von 40KkN. Demgegenüber zeigt Figur 4b den Verlauf von Spannung 12b, Traction force of 40KkN. In contrast, Figure 4b shows the course of stress 12b,
Strom 13b und Traktionskraft 14b über der Geschwindigkeit v Current 13b and traction force 14b over speed v
des Schienenfahrzeugs 19 für die erste passive of the rail vehicle 19 for the first passive
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Schaltstellung der Umschaltvorrichtung 1, die der Sternschaltung der Wicklungsstranggruppen 1l1la, 11b, 11c, 11d, 1le und 11f aus Figur 3b entspricht. Switching position of the switching device 1, which corresponds to the star connection of the winding phase groups 111la, 11b, 11c, 11d, 1le and 11f from Figure 3b.
In diesem Fall bleiben Strom 13b und Traktionskraft 14b in einem ersten Abschnitt bis zu einer nicht bezeichneten Geschwindigkeit zwischen vs und einer Geschwindigkeit va konstant, während die Spannung 12b linear mit der In this case, current 13b and traction force 14b remain constant in a first section up to an unspecified speed between vs and a speed va, while the voltage 12b varies linearly with the
Geschwindigkeit v ansteigt. speed v increases.
Der Wert der Stromstärke 13b beträgt in diesem Abschnitt mehr als 400A und liegt damit deutlich über den Werten der Stromstärken 13a und 13a” aus Figur 4a in diesem The value of current 13b in this section is more than 400A and is therefore significantly higher than the values of currents 13a and 13a” from Figure 4a in this
Geschwindigkeitsbereich. Speed range.
In einem zweiten Abschnitt, der dem Geschwindigkeitsbereich zwischen va und Vmax entspricht, ist der Spannungswert 12b konstant, die Traktionskraft 14b nimmt degressiv bis zu In a second section, which corresponds to the speed range between va and Vmax, the tension value 12b is constant, the traction force 14b decreases degressively up to
einer Restzugkraft ab, die bei Vmax auftritt. a residual tensile force that occurs at Vmax.
Diese Restzugkraft liegt dabei zwischen 5kN und 15kN und This residual tensile force is between 5kN and 15kN and
vorzugsweise zwischen 8kN und 12kN. preferably between 8kN and 12kN.
Die Stromstärke 13b nimmt zunächst degressiv bis zu einer nicht näher bezeichneten Geschwindigkeit ab und steigt The current intensity 13b initially decreases gradually to an unspecified speed and then increases
danach bis zu Vmax wieder an. then up to Vmax again.
Der Wert der Stromstärke 13b bei Vma Liegt beispielsweise zwischen 250A und 350A und vorzugsweise zwischen 280A und The value of the current 13b at Vma is for example between 250A and 350A and preferably between 280A and
320A. 320A.
In Figur 4c sind Kennlinienfelder 12a, 13a bzw. 13a” und 14a In Figure 4c, characteristic curve fields 12a, 13a or 13a” and 14a
bzw. 14a” aus Figur 4a sowie 12b, 13b und 14b aus Figur 4b or 14a” from Figure 4a and 12b, 13b and 14b from Figure 4b
gemeinsam dargestellt. presented together.
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Eine optimale Umschaltbedingung im Betriebsbereich B zwischen der Schaltstellung, die der Doppelsternschaltung gemäß Figur 3a entspricht, und jener Schaltstellung der Umschaltvorrichtung 1, die der Sternschaltung aus Figur 3b entspricht, ist ein Wert der Stromstärke 13b etwa gleich dem Wert der Stromstärke 13a, wobei die Traktionskraft 14b An optimal switching condition in the operating range B between the switching position corresponding to the double star connection according to Figure 3a and the switching position of the switching device 1 corresponding to the star connection from Figure 3b is a value of the current intensity 13b approximately equal to the value of the current intensity 13a, whereby the traction force 14b
annähernd gleich der Traktionskraft 14a ist. is approximately equal to the traction force 14a.
Im dargestellten Fall der Figur 4c liegt eine solche In the case shown in Figure 4c, such a
optimale Umschaltbedingung nicht vor. optimal switching condition does not exist.
Wird gemäß den Kennlinienfeldern 12a, 13a bzw. 13a” und 14a bzw. 14a” sowie 12b, 13b und 14b im Betriebsumschaltbereich B aus Figur 4c zwischen einem ersten Betriebsbereich „Überstellfahrt“, der durch den Geschwindigkeitsbereich zwischen va und Vmax Charakterisiert ist, und den zweiten Betriebsbereich „Arbeitsbetrieb“ mit Geschwindigkeiten kleiner oder gleich va umgeschaltet, so ist die dabei auftretende Reduktion der Traktionskraft bei der in Figur 4c nicht bezeichneten Umschaltgeschwindigkeit vu akzeptabel, weil das Schienenfahrzeug 19 relativ zur gesamten If, according to the characteristic curve fields 12a, 13a or 13a” and 14a or 14a” as well as 12b, 13b and 14b in the operating switching range B from Figure 4c, a switch is made between a first operating range “transfer travel”, which is characterized by the speed range between va and Vmax, and the second operating range “working operation” with speeds less than or equal to va, the resulting reduction in the traction force at the switching speed vu not shown in Figure 4c is acceptable because the rail vehicle 19 relative to the entire
Betriebsdauer nur kurz im Betriebsbereich B verbleibt. Operating time only remains in operating range B for a short time.
Eine Optimierung kann durch Verschieben der Kennlinienfelder Optimization can be achieved by shifting the characteristic curve fields
in Richtung höherer Geschwindigkeiten v erzielt werden. Beispielsweise kann die Stromstärke 13a entsprechend der Stromstärke 13a” aus Figur 4a auf einen Wert von bis zu 300A towards higher speeds v For example, the current 13a can be increased to a value of up to 300A according to the current 13a” in Figure 4a
erhöht werden. be increased.
Es kann die Stromstärkenkennlinie 13b aber auch so weit However, the current characteristic curve 13b can also be extended
verschoben werden, dass ihr neuerlicher Anstieg erst bei be postponed so that their renewed increase will only occur at
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Geschwindigkeiten vV>Vmax und damit außerhalb des genutzten Speeds vV>Vmax and thus outside the used
Geschwindigkeitsbereichs erfolgt. speed range.
Figur 5 zeigt ein Traktionssystem 18 mit drei Traktionsantrieben, die jeweils einen Stromrichter 15, eine Umschaltvorrichtung 1 und zwei Traktionsmotoren 8a und 8b Figure 5 shows a traction system 18 with three traction drives, each comprising a power converter 15, a switching device 1 and two traction motors 8a and 8b
umfassen. include.
Eine Steuerungsmodul 16 beinhaltet dabei ein Kommunikationsmodul, das mittels einer Kommunikationsverbindung 17 sowohl mit den Umschaltvorrichtungen 1 als auch mit den Stromrichtern 15 verbunden ist und die Traktionsmotorparameter {L, Ra, PP} A control module 16 includes a communication module which is connected to both the switching devices 1 and the power converters 15 by means of a communication connection 17 and which controls the traction motor parameters {L, Ra, PP}
ermittelt und überträgt. determined and transmitted.
In Figur 6 ist ein Schienenfahrzeug 19 mit einem als Pantograph ausgebildeten Stromabnehmer 20 auf einem schematischen Teilstück eines Schienenfahrwegs 21 In Figure 6, a rail vehicle 19 with a pantograph 20 is shown on a schematic section of a rail track 21
dargestellt. shown.
Das Schienenfahrzeug 19 ist zweiteilig, wobei der erste Teil den Stromabnehmer 20 und ein Drehgestell 22 umfasst und auf dem zweiten Teil mit insgesamt drei Drehgestellen 22 zwischen dem zweiten und dem letzten Drehgestell 22 in der Regel mindestens eines der weiter oben beschriebene The rail vehicle 19 is in two parts, the first part comprising the pantograph 20 and a bogie 22 and on the second part with a total of three bogies 22 between the second and the last bogie 22, as a rule at least one of the above-described
Arbeitsaggregate angeordnet ist. Working units are arranged.
Die Darstellung dieser Arbeitsaggregate unterbleibt The representation of these working units is omitted
zugunsten einer besseren Lesbarkeit der Figur 6. for the sake of better readability of Figure 6.
Die Traktionsmotoren 8a und 8b sind vorgesehen, jeweils eine The traction motors 8a and 8b are intended to each have a
der beiden Antriebsachsen eines Drehgestells 22 in Figur 6 of the two drive axles of a bogie 22 in Figure 6
in rotatorische Bewegung zu versetzen. to set in rotational motion.
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Diesen Traktionsmotorpaaren 8a, 8b ist eine Umschaltvorrichtung 1 mit einem Steuerungsmodul 3 These traction motor pairs 8a, 8b are provided with a switching device 1 with a control module 3
zugeordnet. assigned.
Eine Kommunikationsverbindung 25 verbindet die Steuerungsmodule 3 der Umschaltvorrichtungen 1 mit mindestens einer zentralen Steuerungsvorrichtung 23 des Schienenfahrzeugs 19 sowie mindestens einem Steuerungsmodul 16, das einer Anordnung aus mindestens einem Stromrichter 18 A communication connection 25 connects the control modules 3 of the switching devices 1 to at least one central control device 23 of the rail vehicle 19 and at least one control module 16, which is part of an arrangement comprising at least one power converter 18
zugeordnet ist. is assigned.
Diese Stromrichteranordnung 18 ist vorgesehen aus dem mittels Leitung 26 vom Stromabnehmer 20 abgegriffenen Strom der nicht dargestellten elektrischen Oberleitung des Schienenfahrwegs 21 durch Umwandlung von Stromart und/oder Frequenz ein Drehstromsystem U, V, W einstellbarer Spannung This converter arrangement 18 is intended to convert the current from the not shown overhead line of the rail track 21, which is tapped by means of line 26 from the current collector 20, into a three-phase system U, V, W with adjustable voltage by converting the current type and/or frequency
und Frequenz f zu erzeugen. and frequency f.
Eine Verbindungsleitung 24 ist vorgesehen dieses Drehstromsystem U, V, W mittels Umschaltvorrichtung 1 den A connecting line 24 is provided to connect this three-phase system U, V, W by means of switching device 1 to
Traktionsmotorpaaren 8a, 8b der Drehgestelle 22 zuzuführen. Traction motor pairs 8a, 8b of the bogies 22.
Beim Umschalten zwischen den verschiedenen Konfigurationen der Wicklungsstranggruppen lla, 11b, 11c, 11d, 11e und 11£ wird zur Entmagnetisierung wie weiter oben beschrieben das Wicklungssystem für eine gewisse Zeitdauer vom When switching between the different configurations of the winding phase groups 11a, 11b, 11c, 11d, 11e and 11£, the winding system is demagnetized for a certain period of time as described above.
Drehstromsystem getrennt. Three-phase system separated.
Es ist vorteilhaft, wenn die den verschiedenen Drehgestellen 22 zugeordneten Umschaltvorrichtungen 1 diese Umschaltungen an den ihnen zugeordneten Traktionsmotoren 8a, 8b It is advantageous if the switching devices 1 assigned to the various bogies 22 carry out these switching operations on the traction motors 8a, 8b assigned to them.
untereinander ebenfalls zeitlich gestaffelt vornehmen. also staggered between each other.
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Mit einer alternativen Ausführungsform der Umschaltvorrichtung 1 gegenüber den in den Figuren 2a und 2b dargestellten Varianten, die die beiden Traktionsmotoren 8a, 8b eines Drehgestells 22 des Schienenfahrzeugs 19 getrennt ansteuert, erfolgt die Umschaltung dieser Traktionsmotoren 8a, 8b mittels der Umschaltvorrichtung 1 ebenfalls zeitlich gestaffelt. With an alternative embodiment of the switching device 1 compared to the variants shown in Figures 2a and 2b, which controls the two traction motors 8a, 8b of a bogie 22 of the rail vehicle 19 separately, the switching of these traction motors 8a, 8b by means of the switching device 1 also takes place in a staggered manner.
Bei solchen alternativen Umschaltvorrichtungen 1 geht allerdings der Vorteil des geringeren Aufwands einer parallelen Ansteuerung von zwei Traktionsmotoren 8a, 8b, wie sie in den Varianten von Figur 2a und Figur 2b dargestellt However, with such alternative switching devices 1, the advantage of the lower effort of a parallel control of two traction motors 8a, 8b, as shown in the variants of Figure 2a and Figure 2b
sind, verloren. are lost.
Alternativ können die Stromrichter 15 gemeinsam mit den Umschaltvorrichtungen 1 direkt oberhalb der Drehgestelle 22 Alternatively, the converters 15 together with the switching devices 1 can be installed directly above the bogies 22
angeordnet sein. be arranged.
In einer solchen Ausführungsform ist die Verbindungsleitung 24 beispielsweise eine Gleichstromleitung mit einer In such an embodiment, the connecting line 24 is, for example, a direct current line with a
Gleichspannung zwischen 500V und 1,5KkV. DC voltage between 500V and 1.5kV.
Eine solche alternative Anordnung und Versorgung der Stromrichter 15 ist besonders vorteilhaft, um eine unerwünschte Abstrahlung elektromagnetischer Felder weiter zu reduzieren oder zu unterbinden und die elektromagnetische Such an alternative arrangement and supply of the power converters 15 is particularly advantageous in order to further reduce or prevent unwanted radiation of electromagnetic fields and to increase the electromagnetic
Verträglichkeit EMV der Gesamtanordnung zu erhöhen. To increase EMC compatibility of the overall arrangement.
Die Erfindungsgegenstände sind nicht auf die beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen beschränkt. Weitere Schaltkonfigurationen der Umschaltvorrichtung 1 und ihre Anordnung mit Stromrichter 15 und Traktionsmotoren 8a, 8b in Schienenfahrzeugen 19 und Schienenfahrzeugverbänden sind The subject matter of the invention is not limited to the exemplary embodiments described. Further switching configurations of the switching device 1 and its arrangement with power converter 15 and traction motors 8a, 8b in rail vehicles 19 and rail vehicle combinations are
durch die Ansprüche mitumfasst. encompassed by the claims.
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Patentansprüche Patent claims
1. Umschaltvorrichtung (1) für ein Traktionssystem (18) eines Schienenfahrzeugs (19), umfassend: 1. Switching device (1) for a traction system (18) of a rail vehicle (19), comprising:
- ein erstes Schaltmodul (2) mit Leistungseingängen (6) Anschaltung an einen Stromrichter (15), mit Leistungsausgängen (7, 7a, 7b) zur Anschaltung an mindestens einen Traktionsmotor (8a, 8b) und mit Schaltelementen zur Durchführung einer von einem vorgegebenen Betriebsbereich des Traktionsmotors (8a, abhängigen Gruppenumschaltung zwischen den Leistungseingängen (6) und den Leistungsausgängen (7, 7b), - a first switching module (2) with power inputs (6) for connection to a power converter (15), with power outputs (7, 7a, 7b) for connection to at least one traction motor (8a, 8b) and with switching elements for carrying out a group switching between the power inputs (6) and the power outputs (7, 7b) dependent on a predetermined operating range of the traction motor (8a),
- ein Kommunikationsmodul zur Übermittlung von - a communication module for transmitting
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ZUL ZUL
8b) 8b)
7a, 7a,
Traktionsmotorparametern {Ln, Ra, P} an den Stromrichter Traction motor parameters {Ln, Ra, P} to the power converter
(15) in Abhängigkeit des vorgegebenen Betriebsbereichs. (15) depending on the specified operating range.
2. Umschaltvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch 2. Switching device (1) according to claim 1, characterized
gekennzeichnet, dass ein Steuerungsmodul (3) vorgesehen characterized in that a control module (3) is provided
ist, die vom Betriebsbereich abhängige Gruppenumschaltung is the operating range dependent group switching
auszulösen und/oder zu überwachen und/oder mittels des to trigger and/or monitor and/or by means of the
Kommunikationsmoduls die vom Betriebsbereich abhängigen Communication module which depends on the operating range
Traktionsmotorparameter {Ln, Rn, p} an den Stromrichter (15) Traction motor parameters {Ln, Rn, p} to the power converter (15)
zu übermitteln. to transmit.
3. Umschaltvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 3. Switching device (1) according to one of claims 1 or
2, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweites Schaltmodul 2, characterized in that a second switching module
(4) vorgesehen ist für eine Safe-Torque-Off-Abschaltung und/oder zur galvanischen Trennung des Leistungseingangs vom ersten Schaltmodul (2) und/oder von den (4) is provided for a safe torque-off shutdown and/or for the galvanic isolation of the power input from the first switching module (2) and/or from the
Leistungsausgängen (7, 7a, 7b). Power outputs (7, 7a, 7b).
(6) (6)
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4. Umschaltvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Überspannungsmodul (5) eingerichtet ist Überspannungen zwischen den Traktionsmotoren (8a, 8b) und dem Stromrichter (15) zu 4. Switching device (1) according to one of claims 1 to 3, characterized in that an overvoltage module (5) is designed to reduce overvoltages between the traction motors (8a, 8b) and the power converter (15).
reduzieren oder zu vermeiden. reduce or avoid.
5. Umschaltvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Schaltmodul (2) vorgesehen ist eine Gruppenumschaltung zwischen Phasen (U, V, W) der Leistungseingänge (6) und Wicklungsstranggruppen (1la, 11b, 11c, 11d, 11l1e, 11£) des Traktionsmotors (8a, 8b), die mit den Leistungsausgängen (7, 7a, 7b) verbunden sind, zwischen einer Doppelsternkonfiguration für einen ersten Betriebsbereich und einer Sternkonfiguration für einen zweiten 5. Switching device (1) according to one of claims 1 to 4, characterized in that the first switching module (2) is provided with a group switching between phases (U, V, W) of the power inputs (6) and winding phase groups (11a, 11b, 11c, 11d, 11l, 11e, 11£) of the traction motor (8a, 8b), which are connected to the power outputs (7, 7a, 7b), between a double star configuration for a first operating range and a star configuration for a second
Betriebsbereich vorzunehmen. operating area.
6. Umschaltvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass diese vorgesehen ist, 6. Switching device (1) according to one of claims 1 to 5, characterized in that it is provided,
den Stromrichter (15) mit mindestens zwei Traktionsmotoren (8a, 8b) eines Drehgestells (22) des Schienenfahrzeugs (19) the power converter (15) with at least two traction motors (8a, 8b) of a bogie (22) of the rail vehicle (19)
zu verbinden. to connect.
7. Traktionssystem (18) für ein Schienenfahrzeug (19) mit mindestens einem Stromrichter (15), dadurch gekennzeichnet, dass der Stromrichter (15) an eine Umschaltvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 angeschaltet ist und dass ein Steuerungsmodul (16) des mindestens einen Stromrichters (15) vorgesehen ist, die vom Betriebsbereich abhängige Gruppenumschaltung auszulösen und/oder zu überwachen und/oder mittels eines 7. Traction system (18) for a rail vehicle (19) with at least one power converter (15), characterized in that the power converter (15) is connected to a switching device (1) according to one of claims 1 to 6 and that a control module (16) of the at least one power converter (15) is provided to trigger and/or monitor the group switching dependent on the operating range and/or by means of a
Kommunikationsmoduls die vom Betriebsbereich abhängigen Communication module which depends on the operating range
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Traktionsmotorparameter {Ln, Rn, p} von der Traction motor parameters {Ln, Rn, p} from the
Umschaltvorrichtung (1) zu empfangen. Switching device (1) to receive.
8. Traktionssystem (18) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine drahtgebundene oder drahtlose Kommunikationsverbindung (25) zwischen den Kommunikationsmodulen des mindestens einen Stromrichters (15) und der Umschaltvorrichtung (1) eingerichtet ist und vorgesehen ist, dass die Übertragung von Daten und Signalen 8. Traction system (18) according to claim 7, characterized in that a wired or wireless communication connection (25) is set up between the communication modules of the at least one power converter (15) and the switching device (1) and it is provided that the transmission of data and signals
analog und/oder digital kodiert erfolgt. analog and/or digital encoded.
9. Schienenfahrzeug (19) mit Arbeitsaggregaten und mit einem drehzahlverstellbaren Traktionsantrieb, der mindestens einen Stromrichter (15) enthält, vorgesehen zur Ansteuerung von Traktionsmotoren (8a, 8b), die eingerichtet sind zum Antrieb von Achsen des Schienenfahrzeugs (19), wobei der genutzte Drehzahlbereich der Traktionsmotoren (8a, 8b) Charakterisiert ist durch einen ersten Betriebsbereich, in dem das Schienenfahrzeug (19) vorgesehen ist, einen Schienenfahrweg (21) mit seinen Arbeitsaggregaten zu bearbeiten, und einen zweiten Betriebsbereich, in dem das Schienenfahrzeug (19) vorgesehen ist, den Schienenfahrweg (21) zu befahren, ohne dass dieser durch die Arbeitsaggregate bearbeitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem mindestens einem Stromrichter (15) und mindestens einem Traktionsmotor (8a, 8b), eine Umschaltvorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 9. A rail vehicle (19) with working units and with a speed-adjustable traction drive, which contains at least one power converter (15), provided for controlling traction motors (8a, 8b) which are designed to drive axles of the rail vehicle (19), wherein the used speed range of the traction motors (8a, 8b) is characterized by a first operating range in which the rail vehicle (19) is provided to work a rail track (21) with its working units, and a second operating range in which the rail vehicle (19) is provided to travel on the rail track (21) without said track being worked by the working units, characterized in that between the at least one power converter (15) and at least one traction motor (8a, 8b), a switching device (1) according to one of claims 1 to 6
angeordnet ist. 10. Schienenfahrzeug (19) nach Anspruch 9, dadurch 10. Rail vehicle (19) according to claim 9, characterized
gekennzeichnet, dass alle Stromrichter (15) der characterized in that all power converters (15) of the
Traktionsantriebe in einem Gehäuse (18) angeordnet sind. Traction drives are arranged in a housing (18).
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11. Schienenfahrzeug (19) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Traktionsantriebe mit ihren Stromrichtern (15) teilweise oder gänzlich in der Umgebung der Antriebsachsen des Schienenfahrzeugs (19) angeordnet 11. Rail vehicle (19) according to claim 9, characterized in that the traction drives with their power converters (15) are arranged partially or entirely in the vicinity of the drive axles of the rail vehicle (19)
sind. are.
12. Schienenfahrzeug (19) nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Traktionsantriebe mit ihren Stromrichtern (15) dazu vorgesehen sind, mittels einer im Schienenfahrzeug (19) angeordneten Gleichstromleitung 12. Rail vehicle (19) according to one of claims 9 to 11, characterized in that the traction drives with their power converters (15) are provided to be connected to the rail vehicle (19) by means of a direct current line
(24) versorgt zu sein. (24) to be provided for.
Claims (12)
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