用于变流器的电路布置制造技术

本发明专利技术涉及一种用于变流器的电路布置，其中电路布置具有：至少一个半桥，其分别具有两个串联连接的功率半导体开关，其中半桥具有至少一个模块，其分别具有至少一个功率半导体开关，并且其中半桥具有第一直流电压接头、第二直流电压接头和交流电压接头；电容器，其与半桥并联连接并且具有第一和第二电容器接头；以及至少一个第一接触轨和至少一个第二接触轨，该第一接触轨将第一直流电压接头与第一电容器接头连接，该第二接触轨将第二直流电压接头与第二电容器接头连接，其中第一和第二接触轨在空间上平行地被引导并且彼此电绝缘。该电路布置的特征在于，其还具有与电容器串联连接的至少一个电阻，其中至少一个电阻布置在第一和/或第二接触轨中。和/或第二接触轨中。和/或第二接触轨中。

【技术实现步骤摘要】
用于变流器的电路布置


[0001]本专利技术涉及一种用于变流器的电路布置、一种具有这种电路布置的变流 器以及一种具有这种变流器的轨道车辆。

技术介绍

[0002]尤其在轨道车辆中，变流器用于将通过架空线或供电网络的第三轨道馈 送的电能转换成与轨道车辆的耗电器(包括电牵引电动机和电运行的辅助驱 动器)适配的交流电压和直流电压。在通过架空线(具有在欧洲典型地为在 16.7Hz下15kV或在50Hz下25kV的交流电压)给轨道车辆供电时，通常首 先借助变压器将电压转换到较低的电压水平上。在此，变压器的初级侧通过 受电弓与供电网络、例如架空线连接，并且变压器的次级侧与电网侧的变流 器连接。该电网侧的变流器例如被设计为所谓的四象限变流器(4QS)，其将 经变换的电网侧的交流电压转换为输出侧的直流电压。电网侧的变流器在输 出侧给中间电路馈电，在该中间电路中，与尤其是电网侧的电压水平波动无 关地寻求恒定的直流电压。此外，直流电压中间电路与负载侧的变流器连接。 该负载侧的变流器例如被设计为脉冲逆变器(PWR)，该脉冲逆变器将中间 电路侧的直流电压转换成具有可变频率和可变电压水平的三相交流电压，借 助该三相交流电压给轨道车辆的一个或多个牵引电动机供电。替换地或补充 地，与直流电压中间电路连接的负载侧的变流器同样可以提供具有恒定频率 和恒定电压水平的交流电压，用于例如为轨道车辆的辅助驱动器供电。
[0003]在通过架空线或第三轨道(同样地，具有在欧洲典型地为750V、1.5kV 或3kV的直流电压)给轨道车辆供电时，负载侧的变流器也可以直接通过由 电容器和扼流圈或者组成的滤波电路被馈电，或者尤其在所谓的多系统轨道 车辆中，直流电压中间电路依据其所选择的电压水平直接地或通过直流电压 转换器或调节器被馈电。同样地，直流电压中间电路可以由布置在轨道车辆 中的电能量源、例如牵引电池和/或燃料电池馈电，该电能量源又直接地或通 过直流电压转换器或调节器与直流电压中间电路连接。
[0004]为了进行电压转换，在变流器中通常应用可控的功率半导体开关、例如 IGBT(Insulated
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Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)或MOSFET (Metal
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Oxide
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Semiconductor Field
‑
Effect Transistor，金属氧化物半导体场效 应晶体管)，其基于硅或越来越多基于碳化硅(SiC)或氮化镓(GaN)。它们 例如以相应的半桥的形式布置在模块(以下称为半桥模块)中，该半桥由两 个串联连接的功率半导体开关组成，如果需要的话，这些功率半导体开关具 有分别反并联连接的、用于反向导电的续流二极管。这种半桥模块具有封闭 的模块壳体，该模块壳体尤其保护功率半导体开关免受环境影响以及提供接 触保护。作为这种半桥模块的替代方案，半桥同样可以通过两个单个开关模 块通过两个单个开关模块的接头的合适的连接来实现，这些单个开关模块分 别在相应的模块壳体中具有功率半导体开关以及必要时具有反并联连接的 续流二极管。
[0005]尤其在变流器、例如用于给轨道车辆的一个或多个三相牵引电动机供电 的脉冲逆变器的牵引应用中，使用具有截止电压为1.7kV或3.3kV的功率半 导体开关的所谓的IHM
模块(IGBT High
‑
Power Module，IGBT高功率模块) 以及具有截止电压为6.5kV的功率半导体开关的IHV模块(IGBT High
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Voltage Module，IGBT高压模块)。模块或模块壳体具有多个电接头，这些电 接头例如借助螺纹连接或圆头螺栓与接触轨或线路连接，并且具有一个或多 个控制接头，该控制接头与用于控制功率半导体开关的控制线路连接。此外， 模块壳体具有与一个或多个功率半导体开关电绝缘但导热连接的底板，其例 如由AlSiC材料制成。该底板与冷却体热连接，以便将在变流器的运行期间 产生的损耗热量从模块壳体中导出。通常，这种冷却体由铝材料制成，在其 平坦的上侧上布置有变流器的多个模块以及可能的另外的要冷却的部件。而 在冷却体的下侧上，冷却体可以具有多个冷却肋片，为了散热冷却空气可以 绕流这些冷却肋片。然而，作为空气冷却的替代方案，冷却体也可以被实施 为液冷的，其中冷却体于是具有由冷却液穿流的冷却通道。
[0006]半桥模块或者相应连接的单个开关模块一方面具有直流电压接头，该直 流电压接头通过直流接触轨与直流电压中间电路连接，从而在变流器运行时 在其上施加正的以及负的电压电势或地电势。此外，半桥模块具有交流电压 接头，该交流电压接头与两个功率半导体开关的共同节点连接，并且该交流 电压接头通过交流接触轨或交流线路与负载、例如与牵引电动机的定子绕组 的相连接。为了给三相的定子绕组馈电，在示例性的脉冲逆变器中，例如三 个半桥模块并联连接在直流电压中间电路上，其中定子绕组的三个相中的每 个相与半桥模块的相应的交流电压接头连接。为了提高变流器的功率，也可 以为定子绕组的每个相并联连接多个半桥模块。为此，例如从欧洲专利文献 EP3404818B1中已知的，多个在空间上间隔开的半桥模块的相同的直流电压 接头通过相应的直流电压轨道连接。在此，用于直流电压中间电路的正电压 电势和负电压电势的轨道上下相叠地布置，由此这些轨道低电感地起作用或 者仅具有小的寄生电感。以相同的方式，一相的多个半桥模块的交流电压接 头也通过交流电压轨道相互连接。
[0007]具有直流电压中间电路的变流器通常具有一个或多个布置在中间电路 中的电容器作为能量存储器，该电容器尤其用于平滑中间电路中的电压纹波。 在此，可以设置多个分布地布置的电容器，如其例如在上述欧洲专利文献 EP3404818B1中所公开的那样。为每个半桥模块分配电容器，其中，电容器 相应于多个半桥模块通过直流电压轨道并联连接。
[0008]在考虑半桥或半桥模块以及与该半桥模块在直流电压侧连接的电容器 的情况下，换向电路，即在功率半导体开关的开关过程中电流改变的电路， 由半桥的两个功率半导体开关、电容器以及直流电压轨道构成。在此，对于 功率半导体开关的开关特性，换向回路中的寄生电感是重要的。直流电压轨 道具有漏感，该漏感可以通过大面积的设计方案和小间隔的平行引导来减小。 小的漏感有利地引起在切换功率半导体开关时电压过高的降低，然而导致在 完成换向之后流入电容器中的换向电流的更高份额。如果变流器具有多个半 桥或半桥模块，其在直流电压侧与相应的电容器和共同的直流电压中间电路 连接以及在交流电压侧例如分别馈送牵引电动机的相，则功率半导体开关的 相移的时钟尤其引起平衡过程，在该平衡过程中，平衡电流在多个电容器之 间流动，该平衡电流在电容器上引起不利谐振的电压过高。

技术实现思路

[0009]因此，本专利技术要解决的技术问题是，提供一种电路布置，借助该电路布 置减小在
分布地布置的电容器上的这种谐振的过电压。
[0010]上述技术问题通过本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于变流器(WR)的电路布置(SA)，其中，所述电路布置(SA)具有：
‑
至少一个半桥(HB)，所述半桥分别具有两个串联连接的功率半导体开关，其中所述半桥(HB)具有至少一个模块(HBM)，所述模块分别具有至少一个功率半导体开关，并且其中所述半桥(HB)具有第一直流电压接头(DCA+)、第二直流电压接头(DCA
‑
)和交流电压接头(ACA)，
‑
电容器(C)，所述电容器与所述半桥(HB)并联连接并且具有第一电容器接头(CA+)和第二电容器接头(CA
‑
)，以及
‑
至少一个第一接触轨(DCS+)和至少一个第二接触轨(DCS
‑
)，所述第一接触轨(DCS+)将所述第一直流电压接头(DCA+)与所述第一电容器接头(CA+)连接，所述第二接触轨(DCS
‑
)将所述第二直流电压接头(DCA
‑
)与所述第二电容器接头(CA
‑
)连接，其中，所述第一接触轨和所述第二接触轨(DCS+，DCS
‑
)在空间上平行地被引导并且彼此电绝缘，其特征在于，所述电路布置(SA)还具有与所述电容器(C)串联连接的至少一个电阻(R)，其中所述至少一个电阻(R，RB，RS)布置在所述第一接触轨(DCS+)和/或所述第二接触轨(DCS
‑
)中。2.根据权利要求1所述的电路布置(SA)，其特征在于，相对于在其中布置有所述至少一个电阻的接触轨，所述至少一个电阻(R，RB，RS)：
‑
由不同的材料制成，和/或
‑
在至少一个子区域中具有不同的宽度和/或厚度，和/或
‑
具有不同的形状。3.根据权利要求1或2所述的电路布置(SA)，其特征在于，在其中布置有电阻(R，RB，RS)的接触轨(DCS+)被分成第一和第二长度区段，其中，第一接触轨区段在第一端部区域中与半桥...

【专利技术属性】
技术研发人员：J贝默，EU克拉夫特，A马兹，A纳格尔，J维格尔，
申请(专利权)人：西门子交通有限公司，
类型：发明
国别省市：