DE202011101643U1

DE202011101643U1 - Umrichterschaltsystem

Info

Publication number: DE202011101643U1
Application number: DE202011101643U
Authority: DE
Original assignee: ABB Technology AG
Current assignee: ABB Schweiz AG
Priority date: 2011-06-01
Filing date: 2011-06-01
Publication date: 2011-10-19
Anticipated expiration: 2021-06-02

Abstract

Umrichterschaltsystem mit mindestens zwei Schaltungszweigen (1), bei welchem jeder Schaltungszweig (1) einen Transformator (3), eine erste Umrichterschalteinheit (2) und eine zweite Umrichterschalteinheit (4) aufweist, wobei Eingangsseiten der ersten Umrichterschalteinheiten (2) jeweils benachbarter Schaltungszweige (1) seriell miteinander verbunden sind, bezüglich eines jeden Schaltungszweiges die Ausgangsseite der ersten Umrichterschalteinheit (2) mit der Primärseite des Transformators (3) verbunden ist und die Eingangsseite der zweiten Umrichterschalteinheit (2) mit der Sekundärseite des Transformators (3) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Transformatoren (3) der Schaltungszweige (1) zu einer Transformatoranordnung räumlich gruppiert angeordnet sind, dass die ersten Umrichterschalteinheiten (2) der Schaltungszweige (1) zu einer ersten Umrichterschalteinheitenanordnung räumlich gruppiert angeordnet sind, und dass die zweiten Umrichterschalteinheiten (4) der Schaltungszweige (1) zu einer zweiten Umrichterschalteinheitenanordnung räumlich gruppiert angeordnet sind.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Leistungselektronik. Sie geht aus von einem Umrichterschaltsystem gemäss dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs.
Stand der Technik
Heute werden in vielen Anwendungen vor allem in der Industrie und in Traktionsanwendungen, beispielsweise im Bahnbereich, Umrichterschaltsysteme eingesetzt. Ein solches Umrichterschaltsystem ist beispielsweise in der EP 0 992 390 A2 angegeben. Das Umrichterschaltsystem der EP 0 992 390 A2 umfasst mindestens zwei Schaltungszweige, wobei jeder Schaltungszweig in einem Zweigmodul (siehe EP 0 992 390 A2, 2, M₁, ... M_n) integriert. Jeder Schaltungszweig weist einen Transformator, eine erste Umrichterschalteinheit und eine zweite Umrichterschalteinheit auf, wobei die Eingangsseiten der ersten Umrichterschalteinheiten jeweils benachbarter Schaltungszweige seriell miteinander verbunden sind. Bezüglich eines jeden Schaltungszweiges ist die Ausgangsseite der ersten Umrichterschalteinheit mit der Primärseite des Transformators verbunden und die Eingangsseite der zweiten Umrichterschalteinheit ist mit der Sekundärseite des Transformators verbunden.
Problematisch bei einem vorstehend genannten Umrichterschaltsystem ist, dass jeder Schaltungszweig in besagtem Zweigmodul integriert ist. Dadurch sind aber der Transformator und die erste und zweite Umrichterschalteinheit schwer zugänglich und deshalb aufwendig zu montieren und zu warten. Desweiteren sind durch die Integration des Transformators und der ersten und zweiten Umrichterschalteinheit in einem Zweigmodul die Isolationsanforderungen, insbesondere für die zweite Umrichtereinheit, sehr hoch.
Darstellung der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein verbessertes Umrichterschaltsystem anzugeben, welches einfach aufgebaut ist, geringen Montage- und Wartungsaufwand und geringe Isolationsanforderungen aufweist. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung angegeben.
Das erfindungsgemässe Umrichterschaltsystem umfasst mindestens zwei Schaltungszweige, wobei jeder Schaltungszweig einen Transformator, eine erste Umrichterschalteinheit und eine zweite Umrichterschalteinheit aufweist. Die Eingangsseiten der ersten Umrichterschalteinheiten jeweils benachbarter Schaltungszweige sind seriell miteinander verbunden. Bezüglich eines jeden Schaltungszweiges ist die Ausgangsseite der ersten Umrichterschalteinheit mit der Primärseite des Transformators verbunden. Ferner ist Eingangsseite der zweiten Umrichterschalteinheit mit der Sekundärseite des Transformators verbunden. Nach der Erfindung sind nun die Transformatoren der Schaltungszweige zu einer Transformatoranordnung räumlich gruppiert angeordnet, die ersten Umrichterschalteinheiten der Schaltungszweige zu einer ersten Umrichterschalteinheitenanordnung räumlich gruppiert angeordnet und die zweiten Umrichterschalteinheiten der Schaltungszweige zu einer zweiten Umrichterschalteinheitenanordnung räumlich gruppiert angeordnet. Im Gegensatz zum eingangs erwähnten Stand der Technik sind nun die Baugruppen über sämtliche Schaltungszweige zu den entsprechenden Anordnungen räumlich gruppiert. Dadurch lässt sich das Umrichterschaltsystem sehr einfach montieren und warten, da jedes der einzelnen Elemente der zugehörigen Anordnung bzw. Baugruppe nun sehr einfach zugänglich ist. Darüber hinaus sind die Isolationsanforderungen gering, da diese lediglich für die einzelnen Anordnungen festgelegt werden müssen.
Diese und weitere Aufgaben, Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung offensichtlich.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Es zeigen:
1 eine Ausführung einer Schaltung eines erfindungsgemässen Umrichterschaltsystems,
2 eine erste Ausführungsform des erfindungsgemässen Umrichterschaltsystems,
3 eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemässen Umrichterschaltsystems,
4 eine dritte Ausführungsform des erfindungsgemässen Umrichterschaltsystems,
5 eine vierte Ausführungsform des erfindungsgemässen Umrichterschaltsystems,
6 eine fünfte Ausführungsform des erfindungsgemässen Umrichterschaltsystems und
7 eine schematische räumliche Darstellung der fünften Ausführungsform des erfindungsgemässen Umrichterschaltsystems gemäss 6.
Die in der Zeichnung verwendeten Bezugszeichen und deren Bedeutung sind in der Bezugszeichenliste zusammengefasst aufgelistet. Grundsätzlich sind in den Figuren gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die beschriebenen Ausführungsformen stehen beispielhaft für den Erfindungsgegenstand und haben keine beschränkende Wirkung.
Wege zur Ausführung der Erfindung
In 1 ist eine Ausführung einer Schaltung eines erfindungsgemässen Umrichterschaltsystems. Das erfindungsgemässe Umrichterschaltsystem umfasst mindestens zwei Schaltungszweige 1, wobei jeder Schaltungszweig 1 einen Transformator 3, eine erste Umrichterschalteinheit 2 und eine zweite Umrichterschalteinheit 4 aufweist. Die Ausbildung der ersten Umrichtereinheit 2 und der zweiten Umrichtereinheit 4 sowie die zugehörigen Verbindungen zu dem Transformator 3 sind in 1 lediglich als Beispiel zu verstehen, da dem Fachmann eine Fülle von Ausführungen der ersten Umrichtereinheit 2 und der zweiten Umrichtereinheit 4 sowie die zugehörigen Verbindungen zu dem Transformator 3 bekannt sind. Die Eingangsseiten der ersten Umrichterschalteinheiten 2 jeweils benachbarter Schaltungszweige 1 sind gemäss 1 seriell miteinander verbunden. Bezüglich eines jeden Schaltungszweiges 1 ist die Ausgangsseite der ersten Umrichterschalteinheit 2 darüber hinaus mit der Primärseite des Transformators 3 verbunden. Ferner ist Eingangsseite der zweiten Umrichterschalteinheit 4 mit der Sekundärseite des Transformators 3 verbunden. Erfindungsgemäss sind nun die Transformatoren 3 der Schaltungszweige 1 zu einer Transformatoranordnung räumlich gruppiert angeordnet, die ersten Umrichterschalteinheiten 2 der Schaltungszweige 1 zu einer ersten Umrichterschalteinheitenanordnung räumlich gruppiert angeordnet und die zweiten Umrichterschalteinheiten 4 der Schaltungszweige zu einer zweiten Umrichterschalteinheitenanordnung räumlich gruppiert angeordnet. Somit sind die Baugruppen, wie erste und zweite Umrichtereinheiten 2, 4 und Transformatoren 3, über alle Schaltungszweige 1 zu den entsprechenden Anordnungen räumlich gruppiert. Dadurch lässt sich das Umrichterschaltsystem sehr einfach montieren und warten, da jedes der einzelnen Elemente der zugehörigen Anordnung bzw. Baugruppe nun sehr einfach zugänglich ist. Darüber hinaus sind die Isolationsanforderungen gering, da diese lediglich für die einzelnen Anordnungen festgelegt werden müssen und beispielsweise für die zweite Umrichterschalteinheitenanordnung geringere Anforderungen als für die erste Umrichterschalteinheitenanordnung festgelegt werden können.
Vorzugsweise sind die Ausgangsseiten der zweiten Umrichterschalteinheiten 2 parallel miteinander verbunden, wie in 1 beispielhaft gezeigt, wodurch ein erhöhter Ausgangsstrom des Umrichterschaltsystems erreicht werden kann. Alternativ ist es auch denkbar, dass die Ausgangsseiten der zweiten Umrichterschalteinheiten 2 seriell miteinander verbunden sind wodurch eine erhöhte Ausgangsspannung des Umrichterschaltsystems erreicht werden kann.
Vorzugsweise bilden die Transformatoren 3 der Transformatoranordnung einen Stapel. zudem bilden die ersten Umrichterschalteinheiten 2 der ersten Umrichterschalteinheitenanordnung einen Stapel. Ferner bilden die zweiten Umrichterschalteinheiten 4 der zweiten Umrichterschalteinheitenanordnung ebenfalls einen Stapel. Die jeweiligen Stapel erlauben einen kompakten Aufbau der zugehörigen Anordnung. Gemäss 2 sind die Stapel der Transformatoranordnung, der ersten Umrichterschalteinheitenanordnung und der zweiten Umrichterschalteinheitenanordnung nebeneinander in einer Reihe angeordnet. Die Reihenfolge der Anordnungen kann beliebig gewählt werden. Die Ausführungsform nach 2 ermöglicht einen kompakten Aufbau des Umrichterschaltsystems mit einer geringen Bauhöhe. Nach der Ausführungsform gemäss 3 ist es auch denkbar, dass zumindest ein Teil der zweiten Umrichterschalteinheiten 4 zusätzlich in zumindest einem Umrichtermodul 6 integriert sind. Dies ist zum Beispiel für die Vormontage und für die Montage der zweiten Umrichterschalteinheitenanordnung von Vorteil. Denkbar ist es auch, ebenfalls zumindest ein Teil der ersten Umrichterschalteinheiten 2 zusätzlich in zumindest einem Umrichtermodul zu integrieren.
Wie in der Ausführungsform gemäss 4 gezeigt, ist der Stapel der ersten Umrichterschalteinheitenanordnung senkrecht zu dem Stapel der Transformatoranordnung und an einer Seite des Stapels der Stapel der Transformatoranordnung angeordnet. Desweiteren ist der Stapel der zweiten Umrichterschalteinheitenanordnung ebenfalls senkrecht zu dem Stapel der Transformatoranordnung und an einer weiteren Seite des Stapels der Stapel der Transformatoranordnung angeordnet. Das Umrichterschaltsystem nach 4 zeichnet sich somit durch eine sehr geringe Bauhöhe aus und eignet sich beispielsweise besonders gut für Bahnanwendungen, insbesondere zum Unterflur- oder Dacheinbau.
In der vierten Ausführungsform des erfindungsgemässen Umrichterschaltsystems nach 5 sind der Stapel der ersten Umrichterschalteinheitenanordnung und der Stapel der zweiten Umrichterschalteinheitenanordnung an einer Seite des Stapels der Transformatoranordnung angeordnet. Weiterhin ist gemäss 5 der Stapel der ersten Umrichterschalteinheitenanordnung senkrecht zu dem Stapel der Transformatoranordnung angeordnet und dass der Stapel der zweiten Umrichterschalteinheitenanordnung senkrecht zu dem Stapel der Transformatoranordnung angeordnet. Das Umrichterschaltsystem nach 5 eignet sich beispielsweise besonders gut für Anwendungen, bei denen die Transformatoren als Trockentransformatoren ausgebildet sind.
In der fünften Ausführungsform des erfindungsgemässen Umrichterschaltsystems nach 6 sowie in der zugehörigen schematischen räumlichen Darstellung nach 7 sind die Transformatoren 3 der Transformatoranordnung in einem Transformatormodul 5 integriert, wobei die ersten Umrichterschalteinheiten 2 der ersten Umrichterschalteinheitenanordnung einen Stapel bilden und die zweiten Umrichterschalteinheiten 4 der zweiten Umrichterschalteinheitenanordnung einen Stapel bilden. Der Stapel der ersten Umrichterschalteinheitenanordnung und der Stapel der zweiten Umrichterschalteinheitenanordnung sind an einer Seite des Transformatormoduls 5 der Transformatoranordnung angeordnet. Ferner ist der Stapel der ersten Umrichterschalteinheitenanordnung senkrecht zu dem Stapel der Transformatoranordnung und der Stapel der zweiten Umrichterschalteinheitenanordnung ebenfalls senkrecht zu dem Stapel der Transformatoranordnung angeordnet. Das Umrichterschaltsystem nach 6 und 7 eignet sich beispielsweise besonders gut für Anwendungen, bei denen ölgekühlte Transformatoren eingesetzt werden.
Bezugszeichenliste

1: Schaltungszweig
2: erste Umrichterschalteinheit
3: Transformator
4: zweite Umrichterschalteinheit
5: Transformatormodul
6: Umrichtermodul

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 0992390 A2 [0002]

Claims

Umrichterschaltsystem mit mindestens zwei Schaltungszweigen (1), bei welchem jeder Schaltungszweig (1) einen Transformator (3), eine erste Umrichterschalteinheit (2) und eine zweite Umrichterschalteinheit (4) aufweist, wobei Eingangsseiten der ersten Umrichterschalteinheiten (2) jeweils benachbarter Schaltungszweige (1) seriell miteinander verbunden sind, bezüglich eines jeden Schaltungszweiges die Ausgangsseite der ersten Umrichterschalteinheit (2) mit der Primärseite des Transformators (3) verbunden ist und die Eingangsseite der zweiten Umrichterschalteinheit (2) mit der Sekundärseite des Transformators (3) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Transformatoren (3) der Schaltungszweige (1) zu einer Transformatoranordnung räumlich gruppiert angeordnet sind, dass die ersten Umrichterschalteinheiten (2) der Schaltungszweige (1) zu einer ersten Umrichterschalteinheitenanordnung räumlich gruppiert angeordnet sind, und dass die zweiten Umrichterschalteinheiten (4) der Schaltungszweige (1) zu einer zweiten Umrichterschalteinheitenanordnung räumlich gruppiert angeordnet sind.
Umrichterschaltsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Transformatoren (3) der Transformatoranordnung einen Stapel bilden, dass die ersten Umrichterschalteinheiten (2) der ersten Umrichterschalteinheitenanordnung einen Stapel bilden, und dass die zweiten Umrichterschalteinheiten (4) der zweiten Umrichterschalteinheitenanordnung einen Stapel bilden.
Umrichterschaltsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stapel der Transformatoranordnung, der ersten Umrichterschalteinheitenanordnung und der zweiten Umrichterschalteinheitenanordnung nebeneinander in einer Reihe angeordnet sind.
Umrichterschaltsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Stapel der der ersten Umrichterschalteinheitenanordnung senkrecht zu dem Stapel der Transformatoranordnung und an einer Seite des Stapels der Transformatoranordnung angeordnet ist, und dass der Stapel der zweiten Umrichterschalteinheitenanordnung senkrecht zu dem Stapel der Transformatoranordnung und an einer weiteren Seite des Stapels der Transformatoranordnung angeordnet ist.
Umrichterschaltsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Stapel der ersten Umrichterschalteinheitenanordnung und der Stapel der zweiten Umrichterschalteinheitenanordnung an einer Seite des Stapels der Transformatoranordnung angeordnet sind, dass der Stapel der ersten Umrichterschalteinheitenanordnung senkrecht zu dem Stapel der Transformatoranordnung angeordnet ist, und dass der Stapel der zweiten Umrichterschalteinheitenanordnung senkrecht zu dem Stapel der Transformatoranordnung angeordnet ist.
Umrichterschaltsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Transformatoren (3) der Transformatoranordnung in einem Transformatormodul (5) integriert sind, dass die ersten Umrichterschalteinheiten (2) der ersten Umrichterschalteinheitenanordnung einen Stapel bilden, dass die zweiten Umrichterschalteinheiten (4) der zweiten Umrichterschalteinheitenanordnung einen Stapel bilden, dass der Stapel der ersten Umrichterschalteinheitenanordnung und der Stapel der zweiten Umrichterschalteinheitenanordnung an einer Seite des Transformatormoduls (5) der Transformatoranordnung angeordnet sind, dass der Stapel der ersten Umrichterschalteinheitenanordnung senkrecht zu dem Stapel der Transformatoranordnung angeordnet ist, und dass der Stapel der zweiten Umrichterschalteinheitenanordnung senkrecht zu dem Stapel der Transformatoranordnung angeordnet ist.
Umrichterschaltsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass Ausgangsseiten der zweiten Umrichterschalteinheiten (2) parallel miteinander verbunden sind.
Umrichterschaltsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass Ausgangsseiten der zweiten Umrichterschalteinheiten (2) seriell miteinander verbunden sind.