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Traktionsstromrichter mit Zweipunkt- oder Dreipunktstellglied? Eine Gegenüberstellung

Traction converter with two levels or three levels? A comparison

Zusammenfassung

Dieser Beitrag stellt eine Gegenüberstellung von Zweipunkt- und Dreipunktstellgliedern in Traktionsantriebssystemen für Bahnanwendungen vor. Dabei werden Aspekte wie das Gesamtsystemverhalten, Spannungsausnutzung, Verluste im Umrichter und Fahrmotor sowie die Bereiche Zuverlässigkeit, Verfügbarkeit, Wartbarkeit und Wirtschaftlichkeit beleuchtet. Die Gegenüberstellung der beiden Stellglieder wird am Beispiel eines EMU-Antriebssystems (Electrical Multiple Unit) mit dem zugehörigen Streckenprofil und daraus resultierenden Arbeitspunkten diskutiert.

Abstract

This paper shows a comparison of the utilization of two-level converters and three-level converters in traction systems for railway applications. For this comparison, aspects, such as the overall system behavior, voltage utilization, power losses in the converter and traction motor, as well as reliability, availability, maintainability, and economic facts are examined. The comparison of the two converters is discussed by using an EMU traction drive (Electrical Multiple Unit) as an example. The operation points, which are based on the track topology, form the basis for the comparison.

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Notes

  1. 1.

    Die Minimierung des Verzerrungsstromeffektivwerts wird als ein Optimierungskriterium zu Berechnung der synchronen Pulsmuster in diesem Beitrag verwendet.

  2. 2.

    \(R_{S}\) kann wegen der hohen Grundschwingungsfrequenz der synchronen Pulsmuster vernachlässigt werden.

  3. 3.

    Für die weiteren Betrachtungen wird für \(U_{\mathit{LL}}\) die Spannung \(U_{\mathit{ab}}\) zwischen der Phase \(a\) und Phase \(b\) als Repräsentant verwendet.

  4. 4.

    Mit oberen IGBTs und Dioden werden die Halbleiter zwischen dem Phasenanschlusspunkt und dem positiven Potential der Zwischenkreisspannung bezeichnet.

  5. 5.

    In der Regel sind jeweils 2 Wechselrichter inkl. der anderen Stromrichterkomponenten in einem Stromrichtergerät verbaut, d.h. am Fahrzeug gibt es 2 Doppel-Traktionsstromrichter.

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Die Autoren bedanken sich herzlich bei der Traktionssystem Austria GmbH für die freundliche Unterstützung bei der rechnerischen Bestimmung der Motorverluste.

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Hausberger, T., Kotzent, T., Glasl, M. et al. Traktionsstromrichter mit Zweipunkt- oder Dreipunktstellglied? Eine Gegenüberstellung. Elektrotech. Inftech. 138, 357–370 (2021). https://doi.org/10.1007/s00502-021-00913-1

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Schlüsselwörter

  • Traktion
  • Zweipunktstellglied
  • Dreipunktstellglied
  • Gesamtsystembetrachtung
  • Pulsmuster
  • Schienenfahrzeuge

Keywords

  • traction
  • two-level converter
  • three-level converter
  • overall system view
  • pulse pattern
  • railway applications