本實(shí)用新型涉及一種用于向在電驅(qū)動(dòng)的軌道車輛的車載電網(wǎng)上的耗電器供電的車載電網(wǎng)單元，具有電壓輸入端和多個(gè)電壓輸出端，這些電壓輸出端通過隔離單元分別與電壓輸入端電氣隔離。

背景技術(shù)：

軌道車輛由于技術(shù)原因以及由于乘客舒適度原因構(gòu)造大量交流耗電器，例如空氣調(diào)節(jié)裝置(其通常是最大的耗電器)、加熱裝置等。該交流耗電器的供電由所謂的車載電網(wǎng)進(jìn)行。車載電網(wǎng)在此間接地(以及通常越過電氣隔離地)由軌道車輛的主供電裝置饋電。

饋入車載電網(wǎng)中的能量必須滿足一定要求。這尤其關(guān)于電磁兼容性和電壓質(zhì)量的邊界條件適用。此外要求，盡可能省能量地、低成本地以及盡可能小開銷地提供車載電網(wǎng)供電。

為了解決該問題，車載電網(wǎng)單元作為供電裝置公知的是，能量從軌道車輛的主供電裝置導(dǎo)出、轉(zhuǎn)換或構(gòu)造為并且饋入車載電網(wǎng)中。為了給主供電裝置屏蔽在車載電網(wǎng)中的可能的缺陷，通常的車載電網(wǎng)單元包括電位隔離，例如以變壓器的形式

在特殊情況下，從軌道車輛的牽引中間電路或通過所謂的抽頭利用在主變壓器上的輔助運(yùn)行繞組獲得用于車載電網(wǎng)的能量。在此，車載電網(wǎng)的多個(gè)三相電路可以通過多個(gè)逆變器與僅一個(gè)耗電器中間電路連接。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的要解決的技術(shù)問題是，提供一種用于軌道車輛的耗電器的優(yōu)選的車載電網(wǎng)單元。

上述技術(shù)問題通過開頭提到的車載電網(wǎng)單元來解決，其中按照本實(shí)用新型在電壓輸入端與電壓輸出端之間布置中頻逆變器，并且隔離單元具有中頻變壓器單元，其具有連接到中頻逆變器的初級(jí)側(cè)和帶有多個(gè)次級(jí)繞組的次級(jí)側(cè)，并且每個(gè)次級(jí)繞組與電壓輸出端中的一個(gè)連接。

本實(shí)用新型基于如下考慮，即，車載電網(wǎng)通過車載電網(wǎng)單元進(jìn)行特別有利的供電，該車載電網(wǎng)單元構(gòu)造為用于在中頻電壓下運(yùn)行并且具有用于電氣隔離多個(gè)電壓輸出端的隔離單元。

中頻電壓在此可以是在500Hz和100kHz之間的交流電壓，特別是從2kHz至20kHz，特別是至50kHz的交流電壓。為了在中頻電壓下運(yùn)行，車載電網(wǎng)單元具有中頻逆變器和帶有中頻變壓器單元的隔離單元，其中兩個(gè)單元在結(jié)構(gòu)上構(gòu)造為用于在中頻的交流電壓下運(yùn)行。

與構(gòu)造為用于在低頻交流電壓下，特別是在直至幾百赫茲的交流電壓下運(yùn)行的車載電網(wǎng)單元相比，通過車載電網(wǎng)單元的中頻架構(gòu)除了別的之外可以實(shí)現(xiàn)有利地削減質(zhì)量。削減質(zhì)量尤其可以通過如下實(shí)現(xiàn)，即，隔離單元的中頻變壓器單元具有相對(duì)低的質(zhì)量功率比，特別是相對(duì)于通常的、例如在50Hz交流電壓下運(yùn)行的變壓器。

車載電網(wǎng)單元具有帶有用于電氣隔離電壓輸出端的中頻變壓器單元的隔離單元。隔離單元構(gòu)造為用于電氣隔離初級(jí)側(cè)與次級(jí)側(cè)以及合適地也用于電壓輸出端彼此電氣隔離。通過電氣隔離車載電網(wǎng)單元的電壓輸出端，連接到電壓輸出端的耗電器可以從車載電網(wǎng)單元的初級(jí)側(cè)特別有利地退耦。通過車載電網(wǎng)單元的電壓輸出端彼此電氣隔離，特別是在一個(gè)和/或多個(gè)耗電器有缺陷的情況下可以實(shí)現(xiàn)有利地不反作用到耗電器。

此外優(yōu)點(diǎn)在于，通過結(jié)合中頻逆變器和中頻變壓器單元來電氣隔離車載電網(wǎng)單元的電壓輸出端可以實(shí)現(xiàn)關(guān)于車載電網(wǎng)供電的電壓品質(zhì)和電磁兼容性的特別高的要求。

車載電網(wǎng)單元是用于向特別是布置在軌道車輛的車載電網(wǎng)上的耗電器供電的單元。車載電網(wǎng)可以包括軌道車輛的電纜和不同類型的耗電器，例如空氣調(diào)節(jié)裝置或加熱裝置。

車載電網(wǎng)單元尤其構(gòu)造為用于向交流電壓耗電器，特別是以三相交流電壓運(yùn)行的耗電器供電。車載電網(wǎng)單元的電壓輸入端可以具有用于電導(dǎo)線，特別是電纜的連接元件，其構(gòu)造為用于向車載電網(wǎng)單元傳導(dǎo)運(yùn)行能量。在給出的關(guān)聯(lián)中，連接到意味著建立至少間接的、尤其能夠?qū)щ姷倪B接。動(dòng)詞連接和連接到或被連接于和被連接到在給出的關(guān)聯(lián)中同義地使用。車載電網(wǎng)單元的電壓輸出端可以具有對(duì)于電導(dǎo)線，特別是電纜的連接元件，其構(gòu)造為用于將運(yùn)行能量從車載電網(wǎng)單元導(dǎo)入車載電網(wǎng)。電壓輸出端尤其可以是轉(zhuǎn)速可變的三相電壓輸出端。

車載電網(wǎng)單元的中頻逆變器可以是逆變器，其構(gòu)造為用于將給出的直流電壓轉(zhuǎn)換為中頻交流電壓。車載電網(wǎng)單元的中頻變壓器單元可以是變壓器單元，其構(gòu)造為用于在中頻交流電壓下運(yùn)行。通過具有優(yōu)勢(shì)的質(zhì)量較小的變壓器鐵芯或質(zhì)量較小的變壓器鐵芯部分在類似的可傳輸?shù)墓β实那闆r下，中頻變壓器單元在結(jié)構(gòu)上與通常的、例如構(gòu)造為用于在50Hz交流電壓下運(yùn)行的變壓器單元不同。中頻變壓器單元相對(duì)于通常的變壓器，特別是相對(duì)于軌道車輛的、例如在16 2/3Hz下運(yùn)行的主變壓器，優(yōu)選地具有減小的質(zhì)量功率比。

車載電網(wǎng)單元的每個(gè)電壓輸出端與次級(jí)繞組連接。特別有利地，車載電網(wǎng)單元的每個(gè)次級(jí)繞組與電壓輸出端中的僅一個(gè)連接。優(yōu)選地由此可以棄用具有直流扼流圈的電壓輸出端的、特別是在前連接的電的和/或電子的部件的通常的構(gòu)造，這產(chǎn)生成本和質(zhì)量減小的影響。

在本實(shí)用新型的優(yōu)選的實(shí)施方式中，車載電網(wǎng)單元的中頻逆變器是牽引逆變器。牽引逆變器可以是構(gòu)造為用于向軌道車輛的至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)供電的逆變器。牽引逆變器可以包括四象限調(diào)節(jié)器、中間電路和脈沖逆變器，用于向在其轉(zhuǎn)速方面可無級(jí)控制的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)供電。

結(jié)構(gòu)上的布置可以這樣進(jìn)行，即，將牽引逆變器的牽引相連接到中頻變壓器單元的初級(jí)繞組。由此可以以簡(jiǎn)單的方式實(shí)現(xiàn)低成本的車載電網(wǎng)單元，因?yàn)榘凑沼欣姆绞酵ǔＴ谲囕d電網(wǎng)上存在的軌道車輛驅(qū)動(dòng)的組件能夠被集成在車載電網(wǎng)單元中。

按照本實(shí)用新型的另外的優(yōu)選的構(gòu)造，將中頻變壓器單元連接到至少兩個(gè)中頻逆變器。優(yōu)選地，將中頻逆變器連接到中頻變壓器單元的初級(jí)側(cè)。由此可以特別有利地實(shí)現(xiàn)，車載電網(wǎng)單元在中頻逆變器中的一個(gè)故障的情況下也可以另外被提供電壓。

在優(yōu)選的實(shí)施方式中，中頻變壓器單元具有至少兩個(gè)初級(jí)繞組，其分別與中頻逆變器連接。替代一個(gè)或多個(gè)中頻逆變器可以將一個(gè)或多個(gè)牽引逆變器連接到一個(gè)初級(jí)繞組或多個(gè)初級(jí)繞組。在每個(gè)初級(jí)繞組上可以連接多于一個(gè)中頻逆變器。由此可以以特別有利的方式實(shí)現(xiàn)，車載電網(wǎng)單元在初級(jí)繞組中的一個(gè)故障的情況下也可以繼續(xù)被提供電壓。

合適地，中頻變壓器單元可以具有多個(gè)在初級(jí)側(cè)并聯(lián)連接的中頻變壓器，其與中頻逆變器連接。通過簡(jiǎn)單的方式可以進(jìn)行電壓輸出端的在次級(jí)側(cè)的完全退耦，從而實(shí)現(xiàn)能量供應(yīng)的提高的電磁兼容性。

優(yōu)選地，中頻變壓器可以分別具有至少兩個(gè)初級(jí)繞組，其中中頻變壓器的每一個(gè)初級(jí)繞組分別與每另一個(gè)的中頻變壓器的僅一個(gè)初級(jí)繞組并聯(lián)連接并且與中頻逆變器連接。在此，每個(gè)這樣在初級(jí)側(cè)構(gòu)造的并聯(lián)電路優(yōu)選地與僅一個(gè)中頻逆變器連接。由此可以以簡(jiǎn)單的方式實(shí)現(xiàn)能量供應(yīng)的提高的冗余。

在優(yōu)選的實(shí)施方式中，可以在中頻變壓器單元的每個(gè)次級(jí)繞組上連接退耦扼流圈。退耦扼流圈是主要具有電感性作用方式的、電的或電子的部件，其構(gòu)造為用于衰減在各個(gè)次級(jí)側(cè)的電壓輸出端之間的次級(jí)側(cè)的電力通量或使之平衡。由此可以特別簡(jiǎn)單地限制對(duì)不期望的在次級(jí)側(cè)的電壓波動(dòng)這一可能的負(fù)面影響。

在本實(shí)用新型的優(yōu)選的擴(kuò)展中，在中頻變壓器單元的每個(gè)次級(jí)繞組上連接整流器。合適地，將多個(gè)整流器連接到次級(jí)繞組，特別是，使得將每個(gè)整流器連接到僅一個(gè)次級(jí)繞組。替換地也可以將整流器連接到多個(gè)次級(jí)繞組的并聯(lián)電路。優(yōu)選地，由此可以以特別簡(jiǎn)單的方式均衡在其頻率下變化的交流電壓，如其例如通常由牽引逆變器所提供的那樣。優(yōu)選地，耗電器的能量供應(yīng)由此不受牽引逆變器輸出電壓的瞬時(shí)頻率的影響。

按照本實(shí)用新型的另外的優(yōu)選的構(gòu)造，整流器可以是受調(diào)節(jié)的半橋整流器。同樣可以實(shí)施為受調(diào)節(jié)的基于半導(dǎo)體開關(guān)的整流器。按照優(yōu)選的方式，特別是與通常使用的二極管整流橋相比，由此可以實(shí)現(xiàn)至電壓輸出端的可獨(dú)立控制的功率傳輸，特別是實(shí)現(xiàn)了在負(fù)載情況的各自的運(yùn)行最優(yōu)的點(diǎn)處向電壓輸出端供電的功率傳輸。此外，以優(yōu)選的方式實(shí)現(xiàn)從各個(gè)電壓輸出端至中頻變壓器的初級(jí)側(cè)或至車載電網(wǎng)單元的一個(gè)和/或多個(gè)電壓輸出端的能量反饋的可能性，例如在通風(fēng)裝置的制動(dòng)過程期間用于穩(wěn)定車載電網(wǎng)和/或用于饋入牽引中間電路中。

在另外的優(yōu)選的實(shí)施方案中，中頻變壓器單元的多個(gè)次級(jí)繞組分別與單獨(dú)的耗電器中間電路連接。耗電器中間電路可以是布置在車載電網(wǎng)單元的另外上的電的和/或電子的部件之間的中間電路。由此可以以簡(jiǎn)單的方式實(shí)現(xiàn)多個(gè)耗電器中間電路，也就是車載電網(wǎng)單元的多個(gè)電壓輸出端，的電氣隔離。通過電氣隔離尤其可以在不期望的接地和/或短路的情況下在一個(gè)和/或多個(gè)電壓輸出端上建立有利的電退耦和無反作用。此外可以通過各自的耗電器中間電路獨(dú)立于彼此地在最優(yōu)運(yùn)行的額定電壓范圍內(nèi)分別調(diào)節(jié)耗電器中間電路的中間電路電壓。

在優(yōu)選的實(shí)施方式中，在至少一個(gè)次級(jí)繞組與對(duì)應(yīng)于該次級(jí)繞組的電壓輸出端之間布置由整流器和逆變器組成的組合。耗電器中間電路可以布置在整流器與逆變器之間。合適地，在每個(gè)次級(jí)繞組上布置由整流器和逆變器組成的(特別是串聯(lián)電路的)組合。尤其可以是脈沖逆變器的逆變器構(gòu)造為用于向耗電器饋電。

結(jié)構(gòu)上的布置可以這樣進(jìn)行，即，布置用于向唯一的耗電器饋電的逆變器，也就是僅與一個(gè)耗電器連接。逆變器也可以構(gòu)造為用于向耗電器組饋電。耗電器組可以是對(duì)其能量供應(yīng)具有至少類似的要求的耗電器的集合。耗電器組也可以是在結(jié)構(gòu)上靠近彼此布置(特別是在軌道車輛的結(jié)構(gòu)片段內(nèi)布置)的耗電器的組。由此可以以特別簡(jiǎn)單的方式實(shí)現(xiàn)不同類型的耗電器的有利匹配的能量供應(yīng)。

在本實(shí)用新型的優(yōu)選的擴(kuò)展中，在至少一個(gè)次級(jí)繞組與對(duì)應(yīng)于該次級(jí)繞組的電壓輸出端之間布置矩陣變換器和/或模塊化的直接變換器。矩陣變換器可以是電子調(diào)節(jié)元件，其構(gòu)造為用于從具有給出的振幅和給出的頻率的交流電壓中產(chǎn)生具有改變的振幅和改變的頻率的交流電壓。也可以改變輸出電壓的相數(shù)量。由此可以以簡(jiǎn)單的方式實(shí)現(xiàn)特別匹配于需求的車載電網(wǎng)供電。

除了與矩陣變換器不同的電子組件之外，模塊化的直接變換器同樣可以用于從具有給出的振幅和給出的頻率的交流電壓中產(chǎn)生具有改變的振幅和改變的頻率的交流電壓。也可以改變輸出電壓的相數(shù)量。

此外優(yōu)選的是在初級(jí)側(cè)的至少一個(gè)初級(jí)繞組與電壓輸入端之間布置的開關(guān)部件。開關(guān)部件構(gòu)造為用于將初級(jí)繞組與中頻變壓器單元的初級(jí)側(cè)分離和/或連接。由此以優(yōu)選的方式可以實(shí)現(xiàn)，初級(jí)繞組中的一個(gè)的不期望的接地和/或短路不會(huì)對(duì)車載電網(wǎng)單元的次級(jí)側(cè)產(chǎn)生影響。合適地，可以通過開關(guān)部件將有缺陷的相(例如牽引變流器)與中頻變壓器單元分離。該開關(guān)部件可以雙極地以及單極地實(shí)施。

此外合適的是在次級(jí)側(cè)的至少一個(gè)次級(jí)繞組與電壓輸出端之間布置的至少一個(gè)開關(guān)部件。開關(guān)部件構(gòu)造為用于將次級(jí)繞組與中頻變壓器單元的次級(jí)側(cè)分離和/或連接。特別地，開關(guān)部件可以布置為，使得每個(gè)電壓輸出端可以單獨(dú)地與中頻變壓器單元的次級(jí)側(cè)分離。由此可以以優(yōu)選的方式實(shí)現(xiàn)，次級(jí)繞組中的一個(gè)和/或耗電器中的一個(gè)的不期望的接地和/或短路不會(huì)對(duì)車載電網(wǎng)單元的初級(jí)側(cè)和/或無缺陷的電壓輸出端產(chǎn)生影響。

在本實(shí)用新型的優(yōu)選的擴(kuò)展中，車載電網(wǎng)單元是軌道車輛的固定連接的部件，特別是這樣，即，軌道車輛包括車載電網(wǎng)單元。合適地，車載電網(wǎng)單元可以是軌道車輛驅(qū)動(dòng)的部件。

此外，本實(shí)用新型涉及一種用于向在電驅(qū)動(dòng)的軌道車輛的車載電網(wǎng)上的耗電器供電的方法，其中向電壓輸入端輸入能量并且在多個(gè)電壓輸出端輸出能量，其中電壓輸出端通過隔離單元分別與電壓輸入端電氣隔離。

當(dāng)連接到電壓輸入端的中頻逆變器產(chǎn)生中頻交流電壓，該中頻交流電壓被輸送到隔離單元的中頻變壓器單元，在中頻變壓器單元的多個(gè)次級(jí)繞組上變換并且將變換后的中頻交流電壓進(jìn)一步傳輸?shù)诫妷狠敵龆藭r(shí)，可以實(shí)現(xiàn)用于向在電驅(qū)動(dòng)的軌道車輛的車載電網(wǎng)上的耗電器供電的優(yōu)選的方法。本實(shí)用新型的優(yōu)選的實(shí)施的迄今給出的描述包括在各個(gè)從屬權(quán)利要求中部分綜合地反映的眾多特征。但是這些特征合適地也可以單獨(dú)地考慮并且綜合為合理的另外的組合。特別地，這些特征可以分別單獨(dú)地或以任意合適地組合與按照獨(dú)立權(quán)利要求的按照本實(shí)用新型的方法和按照本實(shí)用新型的裝置組合。

附圖說明

上面描述的本實(shí)用新型的特性、特征和優(yōu)點(diǎn)以及怎樣實(shí)現(xiàn)其的方式更清楚且更明確地結(jié)合下面對(duì)根據(jù)附圖詳細(xì)解釋的實(shí)施例的描述來理解。采用實(shí)施例來解釋本實(shí)用新型，但是本實(shí)用新型不限于在其中給出的、特征的組合，也不涉及功能特征。此外，每個(gè)實(shí)施例的對(duì)此適用的特征還可以明確分離地考慮、從一個(gè)實(shí)施例中去除、在另外一實(shí)施例中引入其補(bǔ)充和/或與任意權(quán)利要求組合。

附圖中：

圖1示出了具有車載電網(wǎng)單元的軌道車輛的驅(qū)動(dòng)和非驅(qū)動(dòng)的車廂，

圖2示出了根據(jù)圖1的具有帶有一個(gè)初級(jí)繞組和兩個(gè)電氣隔離的電壓輸出端的中頻變壓器的車載電網(wǎng)單元，

圖3示出了具有多個(gè)初級(jí)繞組和電壓濾波器單元的另外的車載電網(wǎng)單元，

圖4示出了具有在并聯(lián)電路中的多個(gè)初級(jí)繞組或中頻變壓器的另外的車載電網(wǎng)單元，

圖5示出了具有分別帶有兩個(gè)初級(jí)繞組的多個(gè)中頻變壓器的另外的車載電網(wǎng)單元，

圖6示出了具有帶有次級(jí)側(cè)的并聯(lián)電路的多個(gè)中頻變壓器的另外的車載電網(wǎng)單元，

圖7示出了具有次級(jí)側(cè)的退耦扼流圈的另外的車載電網(wǎng)單元，和

圖8示出了在三相的實(shí)施中的另外的車載電網(wǎng)單元。

具體實(shí)施方式

圖1示出了軌道車輛2的示意圖，其包括至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)車廂4和至少一個(gè)非驅(qū)動(dòng)車廂6。為清楚起見僅示出了一個(gè)驅(qū)動(dòng)車廂4和一個(gè)非驅(qū)動(dòng)車廂6。軌道車輛2包括主供電裝置8，其裝備有集電器10、主變壓器12和兩個(gè)實(shí)施為整流器的輸入變流器14構(gòu)造。主變壓器12在結(jié)構(gòu)上特別是被構(gòu)造為用于將具有在16 2/3Hz范圍內(nèi)的頻率和15kV的振幅的交流電壓變換為具有在16 2/3Hz范圍內(nèi)的頻率和1kV至3kV的振幅的交流電壓。

主供電裝置8的輸入變流器14向牽引中間電路16饋電。牽引中間電路16特別是構(gòu)造為用于傳導(dǎo)在1kV至3kV范圍內(nèi)的直流電壓的直流電路。在牽引中間電路16上布置多個(gè)中頻逆變器18。多個(gè)中頻逆變器18以牽引脈沖逆變器的形式布置，其分別與驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)20連接。中頻逆變器18尤其被實(shí)施為半橋電路或多個(gè)節(jié)拍交替的半橋電路的并聯(lián)電路。在另外的方案中，中頻逆變器也可以被實(shí)施為三相的脈沖逆變器或n相的逆變器。驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)20尤其是可無級(jí)調(diào)節(jié)的異步電機(jī)，其構(gòu)造為在直至2kV的交流電壓的條件下以直至200Hz的頻率運(yùn)行。

此外，軌道車輛2包括車載電網(wǎng)單元22，其具有隔離單元24、中頻相26、中頻逆變器18中的一個(gè)和多個(gè)電壓輸出端28。在此處示出的實(shí)施例中，車載電網(wǎng)單元22布置在驅(qū)動(dòng)車廂4中，這一般不是強(qiáng)制必須的。車載電網(wǎng)單元22不必強(qiáng)制地僅包括一個(gè)中頻相26并且不強(qiáng)制地僅包括中頻逆變器18中的一個(gè)。

在車載電網(wǎng)單元22的電壓輸出端28上連接多個(gè)耗電器30。耗電器30布置在軌道車輛2的至少一個(gè)非驅(qū)動(dòng)車廂6中。一般地，耗電器30附加地還可以布置在軌道車輛2的至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)車廂4中。耗電器30是電的耗電器，諸如空氣調(diào)節(jié)器、加熱設(shè)備、泵、壓縮空氣生成器等。耗電器30特別是交流耗電器，在特殊情況下是構(gòu)造為用于消耗三相交流電流的耗電器。

軌道車輛2的主供電裝置8除了別的之外向驅(qū)動(dòng)車廂4的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)20提供運(yùn)行能量。通常利用集電器10以交流電壓的形式在高架線上量取運(yùn)行能量并且將其傳輸?shù)街髯儔浩?2。通過主變壓器12變換的交流電壓被傳輸?shù)捷斎胱兞髌?4，通過其變流為直流電壓并且饋入牽引中間電路16。

施加在牽引中間電路16上的直流電壓由以牽引脈沖逆變器形式的中頻逆變器18變流為，使得其適合用于運(yùn)行驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)20。通常地，利用運(yùn)行能量通過中頻逆變器18無級(jí)地以具有直至3kV的振幅的交流電壓以及以直至200Hz的基波振蕩頻率來控制驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)20。

車載電網(wǎng)單元22涉及對(duì)于運(yùn)行耗電器30所需的運(yùn)行能量間接地來自于軌道車輛2的主供電裝置8。車載電網(wǎng)單元22的電壓輸入端通過牽引中間電路16被饋電，但是一般地也可以存在多個(gè)電壓輸入端。是車載電網(wǎng)單元22的部件的中頻逆變器18將牽引中間電路16的直流電壓變流為交流電壓并且將其經(jīng)由中頻相26傳輸?shù)礁綦x單元24。隔離單元24將車載電網(wǎng)單元22的電壓輸入端與車載電網(wǎng)單元22的電壓輸出端28隔離。通過電壓輸出端28向耗電器30提供運(yùn)行能量并且通過隔離單元24與車載電網(wǎng)單元22的電壓輸入端以及與彼此電氣隔離。

在圖2中示出了車載電網(wǎng)單元22的詳細(xì)示圖。車載電網(wǎng)單元22在圖2中以附圖標(biāo)記22a表示。在附圖中相同的部件，但是其例如在尺寸、位置和/或功能上具有細(xì)微區(qū)別，以相同的附圖數(shù)字和不同的附圖字母標(biāo)記。如果僅在沒有附圖字母的情況下提到附圖數(shù)字，則反映所有實(shí)施例的相應(yīng)部件。

車載電網(wǎng)單元22a除了別的之外包括中頻逆變器18a(其也可以替換地由與牽引中間電路不同的源來饋電)、隔離單元24a、多個(gè)電壓輸出端28a和電壓輸入端32a。

隔離單元24a具有中頻變壓器單元34a，其具有初級(jí)側(cè)36a、次級(jí)側(cè)38a和變壓器鐵芯40a。在中頻變壓器單元34a的初級(jí)側(cè)36a上布置初級(jí)繞組42a，在其上又電連接中頻逆變器18a的中頻相26a。

在中頻變壓器單元34a的次級(jí)側(cè)38a上布置兩個(gè)次級(jí)繞組44a。在每個(gè)次級(jí)繞組44a上分別連接整流器46a的交流電壓相。整流器46a尤其可以實(shí)施為受調(diào)節(jié)的基于半導(dǎo)體開關(guān)的整流器。在與兩個(gè)整流器46a的每一個(gè)的串聯(lián)電路中分別布置逆變器48a，其中在每個(gè)逆變器48a上連接車載電網(wǎng)單元22a的多個(gè)電壓輸出端28a。在此處示出的實(shí)施例中，電壓輸出端28a三相地實(shí)施，其中一般地也可以考慮n相的電壓輸出端，其中n是自然數(shù)的集合N的元素。分別在整流器46a中的一個(gè)與逆變器48a中的一個(gè)之間布置耗電器中間電路50a。耗電器中間電路50a因此構(gòu)造為用于傳導(dǎo)直流電流。

在電壓輸入端32a上，特別是從軌道車輛2的牽引中間電路16(參見圖1)出發(fā)向車載電網(wǎng)單元22a饋送運(yùn)行能量。中頻逆變器18a將施加在電壓輸入端32a上的直流電壓轉(zhuǎn)換為交流電壓并且將其饋入中頻變壓器單元34a的初級(jí)繞組42a。

中頻變壓器單元34a在車載電網(wǎng)單元22a的在初級(jí)側(cè)布置的電壓輸入端32a與在次級(jí)側(cè)布置的電壓輸出端28a之間建立電氣隔離。此外，中頻變壓器單元34a將在初級(jí)側(cè)施加的、具有給出的振幅和頻率的交流電壓轉(zhuǎn)換為相同頻率和(不是必然的)不同振幅的交流電壓。

在次級(jí)側(cè)，間接地從施加在次級(jí)繞組44a上的交流電壓，經(jīng)由串聯(lián)中間連接的整流器46a和逆變器48a，向電壓輸出端28a饋電。特別的優(yōu)點(diǎn)是，特別是關(guān)于對(duì)車載電網(wǎng)供電的電磁兼容性和電壓質(zhì)量的要求是，使得從多個(gè)耗電器中間電路50a向電壓輸出端28a饋電。此外，所示的多個(gè)次級(jí)繞組44a的布置建立電壓輸出端28a的電氣隔離，其在電壓輸出端28a中的一個(gè)不期望的接地和/或短路的情況下確保了不會(huì)反作用到另外的電壓輸出端28a。

圖3示出了車載電網(wǎng)單元22b的另外的實(shí)施例。對(duì)以下實(shí)施例的描述一般基本上限于與按照?qǐng)D2的實(shí)施例的區(qū)別，參考保持不變的特征和功能。基本上保持相同的部件原則上以相同的附圖標(biāo)記標(biāo)出并且在以下實(shí)施例中引入未提到的特征，而無需重新對(duì)其進(jìn)行描述。

在圖3中車載電網(wǎng)單元22b除了別的之外包括兩個(gè)中頻逆變器18、隔離單元24b、多個(gè)電壓輸出端28b、28c和兩個(gè)電壓輸入端32b。一般地，電壓輸入端32b和中頻逆變器18b的數(shù)量當(dāng)然不必限于僅各兩個(gè)。通過在初級(jí)側(cè)的多于一個(gè)中頻逆變器18b的布置優(yōu)選地實(shí)現(xiàn)耗電器30的供電的提高的可用性。

隔離單元24b具有帶有初級(jí)側(cè)36b和次級(jí)側(cè)38b和變壓器鐵芯40b的中頻變壓器單元34b。

在中頻變壓器單元34b的初級(jí)側(cè)36b上構(gòu)造分別具有開關(guān)部件52的中頻相26b，該開關(guān)部件構(gòu)造為用于將各自的中頻逆變器18b與各自的初級(jí)繞組42b連接和/或分離。通過開關(guān)部件52的布置產(chǎn)生四個(gè)運(yùn)行相關(guān)的開關(guān)狀態(tài)：

在一種開關(guān)狀態(tài)下，閉合上方的開關(guān)部件52并且斷開下方的開關(guān)部件52。因此，兩個(gè)中頻逆變器18b中上方的那個(gè)與中頻變壓器單元34b的初級(jí)側(cè)36b連接，用于饋送初級(jí)能量。

在另外的開關(guān)狀態(tài)下，斷開上方的開關(guān)部件52并且閉合下方的開關(guān)部件52，從而兩個(gè)中頻逆變器18b中下方的那個(gè)與中頻變壓器單元34b的初級(jí)側(cè)36b連接，用于饋送初級(jí)能量。

在另外的開關(guān)狀態(tài)下，閉合下方的開關(guān)部件52以及上方的開關(guān)部件52，使得兩個(gè)中頻逆變器18b都與中頻變壓器單元34b的初級(jí)側(cè)36b連接，用于共同饋送初級(jí)能量。

在另外的開關(guān)狀態(tài)下，斷開下方的開關(guān)部件52以及上方的開關(guān)部件52，使得兩個(gè)中頻逆變器18b都與中頻變壓器單元34b的初級(jí)側(cè)36b分離。在該運(yùn)行狀態(tài)下，在次級(jí)側(cè)的耗電器30可以與初級(jí)側(cè)36b無關(guān)地彼此交換能量。這例如可以在通過整流器46b中的一個(gè)從外部饋電的情況下進(jìn)行。

通過開關(guān)部件52的布置，在中頻逆變器18b中的一個(gè)有缺陷的情況下得出特別的優(yōu)點(diǎn)。也就是，優(yōu)選地可以限制中頻逆變器18b中的一個(gè)的不期望的接地和/或短路對(duì)中頻變壓器單元34b的功能的負(fù)面影響。

在中頻變壓器單元34b的次級(jí)側(cè)38b上構(gòu)造各自的整流器46b的分別具有開關(guān)部件54的交流電壓相。開關(guān)部件54構(gòu)造為用于將整流器46b和交流變換器62與相應(yīng)的次級(jí)繞組44b或次級(jí)繞組45連接和/或分離。

在無干擾的運(yùn)行期間，開關(guān)部件54通常處于閉合位置，從而所有電壓輸出端28b、28c與中頻變壓器單元34b連接。通過在車載電網(wǎng)單元22b中這樣布置開關(guān)部件54，在次級(jí)側(cè)在開關(guān)部件54之后連接的電的和/或電子的部件和/或耗電器30中的一個(gè)處出現(xiàn)不期望的缺陷的情況下不會(huì)反作用到次級(jí)側(cè)38b，也就是不會(huì)反作用到總的中頻變壓器單元34b。

在次級(jí)側(cè)在與各自的逆變器48b的串聯(lián)電路中分別布置具有電感單元58和電容器單元60的LC濾波器單元56。LC濾波器單元56構(gòu)造為用于對(duì)各自的逆變器48b或交流變換器62的輸出電壓進(jìn)行濾波。由此可以以特別簡(jiǎn)單的方式調(diào)整車載電網(wǎng)供電的電壓質(zhì)量，特別是電壓平滑度。優(yōu)選地，通過電壓輸出端28的給出的電位隔離得到降低的濾波器開銷，從而可以相應(yīng)地開銷最優(yōu)地構(gòu)造LC濾波器單元56。

此外，在中頻變壓器單元34b的次級(jí)側(cè)38b上布置交流變換器62，其中交流變換器62的交流相經(jīng)由開關(guān)部件54中的一個(gè)連接到次級(jí)繞組45。交流變換器62在圖3中出于簡(jiǎn)化原因作為一般的調(diào)節(jié)元件符號(hào)示出，其可以理解為特別是用于矩陣變換器或者模塊化的直接變換器的占位符。一般的交流變換器62構(gòu)造為用于將單相的交流電流(如在此所示的那樣)轉(zhuǎn)換為三相的交流電流(一般也轉(zhuǎn)換為n相交流電流)。

此外，一般的交流變換器62構(gòu)造為用于改變振幅、頻率和在需要時(shí)(但在圖3的實(shí)施例中未示出)也改變輸出電壓的相數(shù)量。通過一般的交流變換器62在車載電網(wǎng)單元22b中的該布置可以通過電壓輸出端28d實(shí)現(xiàn)耗電器30的特別可變的且節(jié)約建造空間的能量供應(yīng)。

圖4示出了車載電網(wǎng)單元22c的另外的實(shí)施例。車載電網(wǎng)單元22c除了別的之外包括中頻逆變器18c、隔離單元24c、多個(gè)電壓輸出端28d和電壓輸入端32c。

隔離單元24c具有多部分的變壓器鐵芯40c。變壓器鐵芯40c多部分地構(gòu)造，從而構(gòu)造為用于作為變壓器鐵芯的功能的多個(gè)部分構(gòu)成了中頻變壓器單元34c的變壓器鐵芯40c。優(yōu)選地，可以通過各個(gè)電壓輸出端28f的在次級(jí)側(cè)的完全退耦來實(shí)現(xiàn)車載電網(wǎng)單元22c的提高的電磁兼容性。

中頻變壓器單元34c在此可以被理解為由多個(gè)單元或中頻變壓器35a-c組成或可以由其組成。在中頻變壓器單元34c的初級(jí)側(cè)36c布置多個(gè)初級(jí)繞組42c。初級(jí)繞組42c并聯(lián)地布置并且構(gòu)造為用于通過中頻逆變器18c向其饋電并且其導(dǎo)電地連接到該中頻逆變器。

替換地還可以，車載電網(wǎng)單元22c具有多于一個(gè)中頻逆變器18c，用于向并聯(lián)連接的初級(jí)繞組42c饋電。

為了解釋基本上與上述實(shí)施例中原則上沒有區(qū)別的、車載電網(wǎng)單元22c的其余的部件和特征，為了完整性起見參見圖2和圖3的描述。

圖5示出了車載電網(wǎng)單元22d的另外的實(shí)施例。車載電網(wǎng)單元22d除了別的之外具有兩個(gè)U中頻逆變器18d、隔離單元24d、多個(gè)電壓輸出端28e和兩個(gè)電壓輸入端32d。

隔離單元24d具有帶有三個(gè)中頻變壓器35d-f的中頻變壓器單元34d。三個(gè)中頻變壓器35d-f中的每個(gè)在初級(jí)側(cè)分別裝備有兩個(gè)初級(jí)繞組42d并且在次級(jí)側(cè)分別裝備有一個(gè)次級(jí)繞組44d。

每一個(gè)中頻變壓器35d-f的每個(gè)初級(jí)繞組42d分別與另外的中頻變壓器35d-f的僅一個(gè)初級(jí)繞組42d并聯(lián)連接并且與中頻逆變器18d中的一個(gè)連接。通過該實(shí)施方案可以以特別簡(jiǎn)單的方式實(shí)現(xiàn)中頻變壓器35d-f的饋電的在初級(jí)側(cè)的高的冗余。

為了解釋基本上與上述實(shí)施例中原則上沒有區(qū)別的、車載電網(wǎng)單元22d的其余的部件和特征，為了完整性起見參見上述附圖的描述。

圖6示出了車載電網(wǎng)單元22e的另外的實(shí)施例。車載電網(wǎng)單元22e除了別的之外具有兩個(gè)中頻逆變器18e、隔離單元24e、多個(gè)電壓輸出端28f和兩個(gè)電壓輸入端32e。

隔離單元24e具有帶有兩個(gè)中頻變壓器35g和35h的中頻變壓器單元34e。兩個(gè)中頻變壓器35g和35f中的每個(gè)在初級(jí)側(cè)分別裝備有初級(jí)繞組42e并且在次級(jí)側(cè)裝備有兩個(gè)次級(jí)繞組44e。

每一個(gè)中頻變壓器35g和35h的每個(gè)次級(jí)繞組44e分別與另外的中頻變壓器35g或35h的僅一個(gè)次級(jí)繞組44e并聯(lián)連接并且與僅一個(gè)整流器46e連接。通過該實(shí)施方案可以以特別簡(jiǎn)單的方式實(shí)現(xiàn)整流器46e和由此耗電器30的饋電的高的冗余(參見圖1)。

圖7示出了車載電網(wǎng)單元22f的另外的實(shí)施例。車載電網(wǎng)單元22f部分地按照根據(jù)圖2的實(shí)施例構(gòu)造并且具有在次級(jí)側(cè)的退耦扼流圈64作為擴(kuò)展。

退耦扼流圈64與中頻變壓器單元34f的次級(jí)繞組44f串聯(lián)地布置。每個(gè)退耦扼流圈64分別布置在整流器46f的每個(gè)交流相上。通過退耦扼流圈64的該布置可以以特別簡(jiǎn)單的方式衰減在次級(jí)側(cè)的各個(gè)電壓輸出端28g之間的次級(jí)側(cè)的功率通量或使之平衡。特別簡(jiǎn)單地限制了不期望的次級(jí)側(cè)的電壓波動(dòng)這一可能的負(fù)面影響。

圖8示出了車載電網(wǎng)單元22g的另外的實(shí)施例。車載電網(wǎng)單元22g作為對(duì)于圖2所示的實(shí)施例的擴(kuò)展具有中頻相26g或中頻逆變器18g、隔離單元24g或中頻變壓器單元34g以及耗電器中間電路50g的三相實(shí)施66。當(dāng)然還可以的是，僅車載電網(wǎng)單元22g的提到的電的或電子的元件的子集三相地實(shí)施，其中車載電網(wǎng)單元22h的另外的元件可以單相、兩相或n相地實(shí)施。