WO2013186005A2

WO2013186005A2 - Energy supply system for supplying electrical loads in rail vehicles

Info

Publication number: WO2013186005A2
Application number: PCT/EP2013/060119
Authority: WO
Inventors: Ulrich Bolik; Martin LINNHÖFER
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Priority date: 2012-06-15
Filing date: 2013-05-16
Publication date: 2013-12-19
Anticipated expiration: 2014-12-15
Also published as: DE102012210138A1; WO2013186005A3

Description

Beschreibung description

Energieversorgungssystem zur Versorgung von elektrischen Verbrauchern in Schienenfahrzeugen Energy supply system for supplying electrical consumers in rail vehicles

Die Erfindung betrifft ein Energieversorgungssystem zur Versorgung von elektrischen Verbrauchern in Schienenfahrzeugen mit elektrischer Energie. Die Erfindung betrifft weiter ein Schienenfahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Energieversor- gungssystem sowie ein Verfahren zur Versorgung von elektrischen Verbrauchern in einem Schienenfahrzeug mit elektrischer Energie . The invention relates to a power supply system for supplying electrical consumers in rail vehicles with electrical energy. The invention further relates to a rail vehicle with a power supply system according to the invention and to a method for supplying electrical consumers in a rail vehicle with electrical energy.

Die Energieversorgung für elektrische Verbraucher in Schie- nenfahrzeugen wird häufig über einen oder mehrere Bordnetzumrichter sichergestellt. Je nach Anforderungen der elektrischen Verbraucher an die Energieversorgung unterscheidet man diese in ungeregelte elektrische Verbraucher und geregelte elektrische Verbraucher. Ungeregelte elektrische Verbraucher benötigen für die Energieversorgung eine festfrequente Wechselspannung mit konstanter Amplitude. Geregelte elektrische Verbraucher, wie beispielsweise Kompressoren oder Lüfter, benötigen eine variable Wechselspannung, die in Frequenz und/oder Amplitude variabel ist, um unter anderem hohe An- laufströme zu vermeiden. The power supply for electrical loads in rail vehicles is often ensured via one or more auxiliary power converters. Depending on the requirements of the electrical consumers to the power supply, a distinction between these in unregulated electrical loads and regulated electrical loads. Unregulated electrical loads require a fixed-frequency alternating voltage with a constant amplitude for the power supply. Regulated electrical consumers, such as compressors or fans, require a variable alternating voltage, which is variable in frequency and / or amplitude, in order, among other things, to avoid high starting currents.

Der Bordnetzumrichter wandelt in der Regel zunächst die Eingangsspannung in eine Gleichspannung um. Für den Fall, dass die Eingangsspannung bereits eine Gleichspannung ist, kann im ersten Schritt eine Anpassung der Spannungshöhe erfolgen. Aus dieser im sogenannten Zwischenkreis anliegenden Gleichspannung generiert der Bordnetzumrichter mit Hilfe eines Umrichters eine festfrequente Wechselspannung, mit der er ungere^¬ gelte elektrische Verbraucher speist sowie eine oder mehrere variable Wechselspannungen für die Speisung von geregelten elektrischen Verbrauchern. Bevorzugt werden die notwendigen Module für die oben beschriebenen Schritte in einer Einheit untergebracht. Die Energieübertragung zu den Verbrauchern ge- schieht über separate Verkabelungen für die unterschiedlichen Wechselspannungen. Aufgrund der teilweise vorhandenen räumlichen Entfernung wird oftmals für die Kommunikation zwischen Bordnetzumrichter und elektrischem Verbraucher auf eine zent- rale Steuerungsstruktur mit Bussystemen zurückgegriffen, um einen zuverlässigen Datenaustausch zu gewährleisten. The auxiliary power converter usually first converts the input voltage into a DC voltage. In the event that the input voltage is already a DC voltage, the voltage level can be adjusted in the first step. From this applied in the so-called intermediate-circuit DC voltage of the auxiliary power converter generates a fixed-frequency by means of a drive alternating voltage with which it ungere ^¬ applies electrical loads fed and one or more variable alternating voltage for the supply of controlled electrical loads. Preferably, the necessary modules for the steps described above are housed in one unit. The transmission of energy to consumers happens via separate cabling for the different AC voltages. Due to the partial spatial distance, a central control structure with bus systems is often used for the communication between the on-board converter and the electrical consumer in order to ensure reliable data exchange.

Zur Versorgung von Verbrauchern, insbesondere in Reisezugwagen wird häufig eine Zugsammeischiene verwendet. Dabei wird im Falle einer Gleichspannung am Fahrdraht diese an die Rei^¬ sezugwagen verteilt. In Wechselspannungsnetzen wird zunächst die Amplitude reduziert bevor die einphasige Spannung an die Reisezugwagen weitergeführt wird. Entsprechend ihrer ur^¬ sprünglichen Aufgabe wurde diese Zugsammeischiene auch als Heizleitung bezeichnet. Für die direkte Versorgung von elekt^¬ rischen Verbrauchern kann diese Zugsammeischiene aufgrund nicht geeigneter Spannungshöhe und/oder nicht geeigneter Frequenz kaum verwendet werden, sondern sie dient zur Versorgung von lokalen Bordnetzumrichtern in den Reisezugwagen. To supply consumers, especially in passenger cars, a Zugsammeischiene is often used. In the case of a DC voltage on the contact wire, this is distributed to the Rei ^¬ sezugwagen. In alternating voltage networks, the amplitude is first reduced before the single-phase voltage is continued to the passenger carriages. According to their ur ^¬ sprünglichen task this Zugsammeischiene was referred to as heating. This Zugsammeischiene can hardly be used for the direct supply of elekt ^¬ cal consumers because of not suitable voltage level and / or unsuitable frequency, but it is used to supply local auxiliary power converters in the passenger car.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein kostengünsti^¬ ges, einfach zu realisierendes und zuverlässiges Energiever^¬ sorgungssystem für die Versorgung von elektrischen Verbrauchern in Schienenfahrzeugen anzugeben, bei dem der Verkabelungsaufwand gering ist, die Kommunikation zwischen versorgender Einheit und elektrischem Verbraucher auf einfache Weise realisiert werden kann. The invention has for its object to provide a ^{kosten¬ ¬} ges, easy to implement and reliable Energiever ^¬ supply system for the supply of electrical loads in rail vehicles, in which the cabling effort is low, the communication between supplying unit and electrical consumers are realized in a simple manner can.

Diese Aufgabe wird durch ein Energieversorgungssystem zur Versorgung von elektrischen Verbrauchern in einem Schienenfahrzeug mit elektrischer Energie gelöst, wobei das Energie^¬ versorgungssystem mindestens eine Zentraleinheit und mindes^¬ tens einen dezentralen Frequenzumrichter aufweist, wobei die Zentraleinheit mindestens einen Zentraleinheitseingang zur Aufnahme von elektrischer Energie sowie mindestens einenThis object is achieved by an energy supply system for supplying electrical consumers in a railway vehicle, with electric energy, wherein the energy ^¬ supply system Minim ^¬ least has a decentralized frequency at least one central unit and wherein the central unit at least one central processing unit input for receiving electrical energy and at least one

Zentraleinheitsausgang zum Übertragen der elektrischen Energie mittels einer Wechselspannung, insbesondere einer drei^¬ phasigen Wechselspannung, zu dem oder den dezentralen Fre- quenzumrichter (n) aufweist und wobei der dezentrale Frequenzumrichter mindestens einen Frequenzumrichtereingang zur Aufnahme zumindest von Anteilen der von der Zentraleinheit über^¬ tragenen Energie sowie mindestens einen Frequenzumrichteraus- gang zur Abgabe der elektrischen Energie an mindestens einen elektrischen Verbraucher aufweist. CPU output for transmitting the electric energy by means of an alternating voltage, in particular a three-phase AC voltage ^¬ to the frequency or the decentralized quency inverter (s), and wherein the distributed frequency has at least one Frequenzumrichtereingang for receiving at least portions of the of the central unit via ^¬ transmitted energy and at least one gear Frequenzumrichteraus- for delivering the electrical energy to at least one electrical load.

Diese Aufgabe wird weiter durch ein Schienenfahrzeug mit min^¬ destens einem Energieversorgungssystem gemäß Anspruch 6 sowie durch ein Verfahren gemäß Anspruch 7 bzw. Anspruch 12 gelöst. This object is further achieved by a railway vehicle with at least ^¬ least a power supply system according to claim 6 and by a method according to claim 7 or claim 12th

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass sich der Verkabelungsaufwand teilweise deutlich verringern lässt, wenn der Bordnetzumrichter durch ein erfindungsgemäßes Energiever- sorgungssystem ersetzt wird, das mindestens eine Zentralein^¬ heit und mindestens einen dezentralen Frequenzumrichter aufweist. Dabei kann sich das Energieversorgungssystem mit seinen Komponenten über das gesamte Schienenfahrzeug erstrecken oder aber auf Teile des Schienenfahrzeugs beschränkt bleiben. Man unterscheidet die elektrischen Verbraucher in ungeregelte und geregelte elektrische Verbraucher. Die Zentraleinheit hat die Aufgabe, elektrische Energie aufzunehmen, um diese mit Hilfe einer Wechselspannung, insbesondere einer dreiphasigen Wechselspannung, direkt an ungeregelte elektrische Verbrau- eher oder indirekt über dezentrale Frequenzumrichter an geregelte elektrische Verbraucher, wie beispielsweise Kompresso^¬ ren oder Lüfter, weiterzugeben. Der dezentrale Frequenzumrichter befindet sich dabei bevorzugt in der Nähe des zu ver^¬ sorgenden elektrischen Verbrauchers. Auch eine Integration in den elektrischen Verbraucher ist möglich. Die dezentralen Frequenzumrichter können variabel die Spannungsamplitude und/oder die Frequenz am Frequenzumrichterausgang an die Anforderungen des elektrischen Verbrauchers anpassen. Vorteil dieser Anordnung ist der Wegfall der Generierung von zusätz- liehen, unterschiedlichen Versorgungsspannungen in einer zentralen Einheit wie beispielsweise dem Bordnetzumrichter sowie der Wegfall der damit einhergehenden Verkabelung zu den elektrischen Verbrauchern für die zusätzlichen, unterschied- liehen Versorgungsspannungen. Als weiteren Vorteil ergibt sich eine Vereinfachung der Steuerungsarchitektur, da der für die Steuerung notwendige Datenaustausch zwischen dem elektrischen Verbraucher und dem dezentralen Frequenzumrichter auf- grund der räumlichen Nähe direkt über eine geeignete Schnitt^¬ stelle stattfinden kann. Aufgrund der räumlichen Nähe ist die Störempfindlichkeit gering. Ein weiterer Vorteil des erfin^¬ dungsgemäßen Energieversorgungssystems sind die geringeren Isolationsanforderungen der dezentralen Frequenzumrichter Dies gewährleistet eine einfache Ausführbarkeit der dezentra^¬ len Stromrichter in der Nähe des elektrischen Verbrauchers oder im elektrischen Verbraucher. Ein weiterer Vorteil der Versorgung der geregelten elektrischen Verbraucher über die dezentralen Frequenzumrichter gegenüber der Versorgung mit einer festen Wechselspannungsquelle ist die deutlich geringe^¬ re Stoßleistung, die beim Zuschalten eines geregelten elektrischen Verbrauchers auf eine feste Wechselspannungsquelle entsteht. Eine teilweise deutliche Überdimensionierung der Energieversorgung auf diese Stoßleistung ist damit nicht er- forderlich. The invention is based on the realization that the cabling can in some cases significantly reduced if the auxiliary power converter supply system through an inventive energy is replaced, having at least one Zentralein ^¬ uniform and at least one distributed frequency. In this case, the energy supply system can extend with its components over the entire rail vehicle or remain limited to parts of the rail vehicle. One differentiates the electrical consumers into uncontrolled and regulated electrical consumers. The central unit has the task to absorb electrical energy to this with the help of an AC voltage, in particular a three-phase AC voltage directly to unregulated electrical consumer rather or indirectly via decentralized frequency converter to regulated electrical loads, such as Kompresso ^¬ ren or fan pass. The decentralized frequency is preferably near the ver ^¬ to caring electrical load. Integration into the electrical consumer is also possible. The decentralized frequency converters can variably adjust the voltage amplitude and / or the frequency at the frequency converter output to the requirements of the electrical consumer. The advantage of this arrangement is the elimination of the generation of additional loan, different supply voltages in a central unit such as the on-board converter and the elimination of the associated wiring to the electrical consumers for the additional, different lent supply voltages. As a further advantage results in a simplification of the control architecture, because the need for control data exchange between the electrical load and the distributed frequency Because of the proximity directly via an appropriate interface ^¬ can take place location. Due to the proximity, the susceptibility is low. Another advantage of the OF INVENTION ^¬ to the invention the power supply system are the lower insulation requirements of decentralized frequency This ensures easy workability of dezentra ^¬ len converter near the electrical load or electrical equipment. Another advantage of supplying the regulated electrical consumers via the decentralized frequency converter with respect to the supply with a fixed AC voltage source is the significantly lower ^¬ re impact performance that arises when switching a regulated electrical load on a fixed AC voltage source. A partially significant oversizing of the power supply to this surge power is therefore not required.

Die Weitergabe der elektrischen Energie am Ausgang der Zentraleinheit kann beispielsweise über eine einphasige oder dreiphasige Wechselspannung mit oder ohne Neutralleiter er- folgen. The transmission of the electrical energy at the output of the central unit can take place, for example, via a single-phase or three-phase AC voltage with or without a neutral conductor.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Bei einer vorteilhaften Ausgestaltungsform werden zumindest Teile des Energieversorgungssystems und/oder der Zentralein^¬ heit und/oder des dezentralen Frequenzumrichters, insbesonde^¬ re die für die Aufnahme, Übertragung und Abgabe der elektri^¬ schen Energie vorgesehen sind, redundant ausgebildet. Durch den Wegfall der unterschiedlichen Versorgungsspannungen kann die Versorgungskette für Aufnahme, Weitergabe und Bereitstel^¬ lung der elektrischen Energie bis zum elektrischen Verbraucher auf besonders einfache Weise redundant ausgeführt wer- den. Dabei kann die Redundanz innerhalb der Komponenten, das heißt beispielsweise innerhalb der Zentraleinheit, ausgeführt werden oder auch durch parallele Anordnung der Komponenten, wie beispielsweise zwei oder mehr elektrisch parallele Zent- raleinheiten, realisiert werden. Bei Ausfall einer Komponente, wie beispielsweise Teile einer Zentraleinheit, kann zu^¬ mindest eingeschränkt die Energieversorgung einer Vielzahl oder aller elektrischen Verbraucher weiter sichergestellt werden. Vorteil der Redundanz ist eine Erhöhung der Versor- gungssicherheit . Advantageous embodiments of the invention are specified in the dependent claims. In an advantageous embodiment, at least parts of the power supply system and / or the Zentralein ^¬ standardized and / or the distributed frequency, insbesonde ^¬ re intended for recording, transmission and delivery of the electrical ^¬ rule energy are formed redundant. By eliminating the different supply voltages, the supply chain for recording, transmission and supply Stel ^¬ development of electrical energy can advertising to the electrical loads carried out in a particularly simple manner redundant the. In this case, the redundancy within the components, that is to say, for example, within the central unit, can be carried out or else realized by parallel arrangement of the components, such as, for example, two or more electrically parallel central units. In case of failure of a component, such as parts of a central unit, can ^¬ least limited energy supply or a variety of all electrical loads continue to be ensured. The advantage of redundancy is an increase in the security of supply.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform ist der Zentraleinheitsausgang zur Speisung mindestens einer wagenübergreifenden oder wageninternen Sammelschiene, insbesondere einer dreiphasigen Sammelschiene, vorgesehen. Die Sammelschiene, die den Transport der elektrischen Energie im Schie^¬ nenfahrzeug sicherstellt, insbesondere die wagenübergreifen^¬ de, kann an einer oder an mehreren Stellen im Schienenfahrzeug von einer Zentraleinheit elektrische gespeist werden. Eine im Fahrzeug bereits vorhandene Sammelschiene kann gege^¬ benenfalls auch für die Energieübertragung von der Zentraleinheit zu den dezentralen Frequenzumrichtern und/oder zu den elektrischen Verbrauchern genutzt werden. Vorteil dieser Anordnung ist, dass sowohl zahlreiche elektrische Verbraucher als auch die dezentralen Frequenzumrichter auf einfache und kostengünstige Weise direkt an die Sammelschiene angeschlos^¬ sen werden können. Im Falle einer bereits vorhandenen Sammelschiene entfällt der Aufwand für zusätzliche Verkabelung. Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform ist der Zentraleinheitsausgang zur Abgabe von elektrischer Energie mittels einer Wechselspannung mit einer nahezu konstanten Frequenz, insbesondere mit einer Standardfrequenz und/oder mit einer nahezu konstanten Spannungsamplitude, insbesondere mit einer Standardamplitude, ausgebildet. Bevorzugt können hier Standards wie beispielsweise ein Wechselspannungssystem mit 400V/50Hz oder 480V/60Hz eingesetzt werden. Bei diesen Standards gibt es enge Toleranzbereiche für die Abweichung vom Nominalwert für Spannungsamplitude und Frequenz. Diese Spannungssysteme eignen sich besonders für die direkte Ver^¬ sorgung von einer Vielzahl von elektrischen Verbrauchern in Schienenfahrzeugen. Gleichzeitig können darüber hinaus auch die dezentralen Frequenzumrichter und ihre zugehörigen elektrischen Verbraucher gespeist werden. Da es sich um Standards handelt, können auch die Eingangsbaugruppen der elektrischen Verbraucher und die Eingangsbaugruppen der dezentralen Frequenzumrichter aus Standardkomponenten aufgebaut werden, was zu einer kostengünstigen Lösung führt. Auch die Isolationsanforderungen an die dezentralen Frequenzumrichter werden durch das verwendete Spannungssystem wie beispielsweise 400V oder 480V bestimmt und sind damit geringer als bei einem Aufbau eines Bordnetzumrichters mit unterschiedlichen Spannungsaus- gängen, da dort recht hohe Zwischenkreisspannungen zu höheren Isolationsanforderungen führen. Dies ermöglicht eine einfache Ausführbarkeit der dezentralen Frequenzumrichter. Auch eine bereits vorhandene Sammelschiene beispielsweise für die Ver^¬ sorgung von Steckdosen kann für das Energieversorgungssystem genutzt und erweitert werden. Dies hält die Kosten für dieIn a further advantageous embodiment of the central unit output for feeding at least one carriage-comprehensive or carriage-internal busbar, in particular a three-phase busbar is provided. The bus bar, which ensures the transport of electrical energy in the shift ^¬ nenfahrzeug, in particular the carriage engage over ^¬ de can be fed at one or more locations in the rail car from a central unit electric. An already existing in the vehicle bus can gege ^¬ be appropriate, used for the transfer of energy from the central unit to the decentralized frequency inverters and / or to the electrical loads. The advantage of this arrangement is that both numerous electrical consumers and decentralized frequency can be Schlos ^¬ sen in a simple and cost-effective way directly to the busbar. In the case of an already existing busbar, the expense of additional wiring is eliminated. In a further advantageous embodiment, the central unit output for emitting electrical energy by means of an AC voltage with a nearly constant frequency, in particular with a standard frequency and / or with a nearly constant voltage amplitude, in particular with a standard amplitude formed. Preferably, standards such as an AC system with 400V / 50Hz or 480V / 60Hz can be used here. These standards have tight tolerances for the deviation from the nominal value for voltage amplitude and frequency. These voltage systems are particularly suitable for the direct Ver ^¬ supply of a variety of electrical loads in rail vehicles. At the same time, the decentralized frequency converters and their associated electrical consumers can also be fed. As standards are concerned, the input modules of the electrical loads and the input modules of the distributed frequency converters can also be constructed from standard components, resulting in a cost-effective solution. The insulation requirements for the decentralized frequency inverters are also determined by the voltage system used, such as 400V or 480V, and are thus lower than in the design of an on-board converter with different voltage outputs, since quite high DC link voltages lead to higher insulation requirements. This allows easy execution of the decentralized frequency converter. Also, an existing bus bar, for example, for the United ^¬ supply of sockets can be used for the power supply system and expanded. This keeps the costs for the

Realisierung des erfindungsgemäßen Energieversorgungssystems gering. Gleichzeitig kann hier auf Standards, wie beispiels^¬ weise bei der Isolierung, zurückgegriffen werden, die zu einer kostengünstigen Realisierung beitragen. Realization of the energy supply system according to the invention low. At the same time here on standards such example ^¬ example in the isolation, fall back, contributing to a cost-effective implementation.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform weist der Zentraleinheitsausgang und/oder der Frequenzumrichtereingang und/oder der Frequenzumrichterausgang eine Filtervorrichtung zur Filterung der Wechselspannung auf oder ist zur Speisung einer Filtervorrichtung vorgesehen. Diese Filtereinrichtung dient dazu, die Qualität der Wechselspannung insbesondere durch Filterung von Oberschwingungen zu erhöhen. Mit der Filtervorrichtung kann beispielsweise die entsprechende Spannung so bearbeitet werden, dass die elektrischen Verbraucher und/oder die dezentralen Frequenzumrichter nicht an die versorgende Spannungsquelle angepasst werden müssen und idealer^¬ weise mit Standardeingangsbaugruppen identisch oder zumindest ähnlich wie beim Einsatz in anderen Energieversorgungsnetzen bestückt werden können. Der Einsatz von Standards führt zu einer kostengünstigen Realisierung des Gesamtsystems. Der Ort beziehungsweise die Orte, an denen die Filtervorrichtung (en) platziert werden und die Dimensionierung der Filtervorrich- tung hängen von mehreren Faktoren, wie beispielsweise einbautechnische Randbedingungen oder Anforderungen der elektrischen Verbraucher oder des dezentralen Frequenzumrichters ab. In a further advantageous embodiment, the central unit output and / or the frequency converter input and / or the Frequenzumrichterausgang a filter device for filtering the AC voltage or is provided for feeding a filter device. This filter device serves to increase the quality of the AC voltage, in particular by filtering harmonics. With the filter device, for example, the corresponding voltage can be edited so that the electrical load and / or the decentralized frequency converter does not need to be adapted to the power supply voltage and ideal ^{¬ way} with standard input modules identical or at least similar to when used in other power grids can be equipped. The use of standards leads to a cost-effective realization of the overall system. The location or locations at which the filter device (s) are placed and the sizing of the filter device depend on several factors, such as installation constraints or requirements of the electrical loads or the decentralized frequency converter.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert. Es zeigen: In the following the invention will be described and explained in more detail with reference to the embodiments illustrated in the figures. Show it:

FIG 1 ein erstes Blockschaltbild eines Energieversor^¬ gungssystems mit angeschlossenen elektrischen 1 shows a first block diagram of a Energieversor ^¬ supply system with connected electrical

Verbrauchern, consumers

FIG 2 ein weiteres Blockschaltbild eines Energieversor^¬ gungssystems entsprechend FIG 1, erweitert um Fil^¬ tervorrichtungen, FIG 2 is another block diagram of a Energieversor ^¬ supply system corresponding to Figure 1 extended to tervorrichtungen Fil ^¬,

FIG 3 ein weiteres Blockschaltbild eines redundanten 3 shows a further block diagram of a redundant

Energieversorgungssystems , Energy supply system,

FIG 4 eine Prinzipdarstellung eines Schienenfahrzeugs, mit einer beispielhaften Anordnung der Komponenten der Energieversorgung. FIG 1 zeigt ein Energieversorgungssystem 1 mit angeschlossenen elektrischen Verbrauchern 2. Zu den Hauptbestandteilen des Energieversorgungssystems 1 gehören eine Zentraleinheit 3 sowie mehrere dezentrale Frequenzumrichter 4. Aufgabe der Zentraleinheit 3 ist es, über ihren Zentraleinheitseingang 5 elektrische Energie aufzunehmen. Diese wird den elektrischen Verbrauchern 2 am Zentraleinheitsausgang 6 sowohl direkt zur Verfügung gestellt als auch indirekt über die dezentralen Frequenzumrichter 4. Der Transport der Energie erfolgt in diesem Ausführungsbeispiel über eine Sammelschiene 10 mit Hilfe einer Wechselspannung, insbesondere einer dreiphasigen Wechselspannung. Als besonders vorteilhaft hat sich hierbei eine Standardspannung von 400V/50Hz oder 480V/60Hz erwiesen. Dabei werden die elektrischen Verbraucher 2, die eine beson- dere Anforderung an Amplitude oder Frequenz der Wechselspannung haben, über die dezentralen Frequenzumrichter 4 gespeist. Die dezentralen Frequenzumrichter 4 befinden sich dabei bevorzugt in räumlicher Nähe der zugeordneten elektri- sehen Verbraucher 2. Der Frequenzumrichtereingang 7 des dezentralen Frequenzumrichters 4 nimmt dabei zumindest Teile der elektrischen Energie auf, die am Zentraleinheitsausgang 6 bereitgestellt werden, um sie am Frequenzumrichterausgang 8 dem elektrischen Verbraucher 2 mit Hilfe eines Spannungssys- tems 11 mit variabler Wechselspannung bereitzustellen. Dies geschieht bevorzugt mit einem dreiphasigen Wechselspannungs^¬ system. In der dargestellten Ausführung erfolgt die Verzweigung der elektrischen Verbindung zwischen den direkt versorgten elektrischen Verbrauchern 2 und der Zentraleinheit 3 au- ßerhalb des Energieversorgungssystems 1. Alternativ kann die Verzweigung auch innerhalb des Energieversorgungssystems 1 erfolgen . 4 shows a schematic diagram of a rail vehicle, with an exemplary arrangement of the components of the power supply. FIG. 1 shows a power supply system 1 with connected electrical consumers 2. The main components of the power supply system 1 include a central unit 3 as well as a plurality of decentralized frequency inverters 4. The purpose of the central unit 3 is to receive electrical energy via its central unit input 5. This is made available to the electrical consumers 2 at the central unit output 6 both directly and indirectly via the decentralized frequency converter 4. The transport of energy in this embodiment takes place via a busbar 10 with the aid of an alternating voltage, in particular a three-phase alternating voltage. Particularly advantageous here is a standard voltage of 400V / 50Hz or 480V / 60Hz has been found. In this case, the electrical consumers 2, the a special dere demand on amplitude or frequency of the AC voltage, fed via the decentralized frequency converter 4. The decentralized frequency converter 4 are preferably located in the spatial vicinity of the associated electrical consumers 2. The frequency converter input 7 of the decentralized frequency converter 4 absorbs at least parts of the electrical energy which are provided at the central unit output 6, at the frequency converter output 8 to the electrical load 2 with the aid of a voltage system 11 with variable AC voltage. This is preferably done with a three-phase alternating voltage ^¬ system. In the illustrated embodiment, the branch of the electrical connection between the directly supplies electrical loads 2 and the central unit 3 is au- ßerhalb the power supply system 1. Alternatively, the branching can also be done within the power supply system 1.

FIG 2 zeigt ein weiteres Blockschaltbild eines Energieversor- gungssystems 1 entsprechend FIG 1, erweitert um Filtervor^¬ richtungen 9, die sich sowohl am Zentraleinheitsausgang 6 als auch an den Frequenzumrichterausgängen 8 befinden. Bezüglich der sonstigen Bestandteile des Systems wird auf die Beschrei^¬ bung zu FIG 1 und auf die dort eingeführten Bezugszeichen verwiesen. Die Filtervorrichtungen 9 dienen dazu, den Spannungsverlauf der Wechselspannungen auf der Sammelschiene 10 und in den Spannungssystemen 11 mit variabler Wechselspannung, insbesondere durch Reduktion oder Beseitigung von FIG 2 shows another block diagram of an energy supply system 1 according to FIG 1, extended to Filtervor ^¬ devices 9, which are located at both the central unit 6 and output to the Frequenzumrichterausgängen. 8 With respect to the other components of the system reference is made to the descrip ^¬ bung to FIG 1 and to the introduced there reference numerals. The filter devices 9 serve the voltage curve of the AC voltages on the busbar 10 and in the voltage systems 11 with variable AC voltage, in particular by reducing or eliminating

Oberschwinungen, zu optimieren. Die Notwendigkeit und Ausges- taltung der Filtervorrichtungen 9 ergibt sich unter anderem aus den Anforderungen der elektrischen Verbraucher 2 und/oder der dezentralen Frequenzumrichter 4 an ihre Energieversorgung . FIG 3 zeigt ein weiteres Blockschaltbild eines Energieversor^¬ gungssystems 1 entsprechend FIG 1, erweitert um eine redun^¬ dante Zentraleinheit 3 und zwei redundante dezentrale Fre^¬ quenzumrichter 4. Der Vorteil dieser Anordnung besteht darin, dass auch bei Ausfall einer Zentraleinheit 3 und/oder eines dezentralen Frequenzumrichters 4 die Versorgung der elektrischen Verbraucher 2 weiterhin zumindest eingeschränkt sichergestellt werden kann. Oberschwinungen, to optimize. The necessity and design of the filter devices 9 results inter alia from the requirements of the electrical consumers 2 and / or the decentralized frequency converter 4 to their power supply. 3 shows a further block diagram of a Energieversor ^¬ supply system 1 according to FIG 1, extended by a Redun ^¬ Dante CPU 3 and two redundant distributed Fre quency inverter ^¬ 4. The advantage of this arrangement is that even if one central unit 3 and / or a decentralized frequency converter 4 fails, the supply of the electrical consumers 2 can continue to be ensured at least to a limited extent.

FIG 4 zeigt eine Prinzipdarstellung, wie das Energieversorgungssystem 1 beispielhaft in ein Schienenfahrzeug 100 integ^¬ riert werden kann. Das Schienenfahrzeug 100 wird in diesem Anwendungsbeispiel über einen Stromabnehmer 102 aus einem Wechselspannung führenden Fahrdraht 101 mit elektrischer4 shows a schematic representation of how the power supply system 1 of example 100 can be integ ^¬ tured way according to a rail vehicle. The rail vehicle 100 is in this application example via a current collector 102 from an AC voltage contact wire 101 with electrical

Energie versorgt. Ein Transformator 103 passt das Spannungs^¬ niveau derart an, dass das Energieversorgungssystem 1 die elektrische Energie aufnehmen kann. Dazu wird die Primärseite des Transformators 103 mit dem elektrischen Potential des Fahrdrahts 101 und dem des Erdpotentials der Schiene, das auch an der Radsatzwelle 104 inklusive Rädern anliegt, ver^¬ bunden. Auf der Sekundärseite des Transformators 103 steht dann eine Spannung zur Verfügung, die in die Zentraleinheit 3 eingespeist wird. Die Zentraleinheit 3 versorgt dann die Sam- melschiene 10, die in diesem Beispiel als wagenübergreifende Sammelschiene 10 ausgeführt ist, mit elektrischer Energie. Die Energieeinspeisung in die Sammelschiene 10 kann darüber hinaus auch durch weitere Zentraleinheiten 3 im Schienenfahrzeug 100 erfolgen, insbesondere in Wagen, die ebenfalls einen Stromabnehmer 102 oder andere Energiequellen aufweisen. Die Versorgung der elektrischen Verbraucher 21,22 erfolgt über die dreiphasige Sammelschiene 10. Die in den Figuren 1 bis 3 eingeführten elektrischen Verbraucher 2 werden in der vorliegenden Figur 4 genauer unterschieden. Die ungeregelten elekt- rischen Verbraucher 21 werden direkt aus der Sammelschiene 10 durch eine Wechselspannung mit konstanter Amplitude und konstanter Frequenz versorgt. Hingegen erfolgt die Versorgung der geregelten elektrischen Verbraucher 22 durch ein Spannungssystem 11 mit variabler Wechselspannung. Diese variable Wechselspannung stellt eine in Amplitude und Frequenz veränderliche Wechselspannung dar. Erzeugt wird dieses Spannungs^¬ system 11 mit variabler Wechselspannung mit Hilfe des dezentralen Frequenzumrichters 4 in der Nähe des geregelten elekt- rischen Verbrauchers 22. Die erforderliche Energie bezieht der dezentrale Frequenzumrichter 4 dabei aus der Sammelschie^¬ ne 10. Aus der Prinzipdarstellung wird deutlich, dass sich das Energieversorgungssystem 1 in der Regel über das gesamte Schienenfahrzeug 100 erstreckt. Energy supplied. A transformer 103 adjusts the voltage level of ^¬ such that the power supply system 1 can receive the electric power. For this purpose, the primary side of the transformer 103 with the electrical potential of the contact wire 101 and the ground potential of the rail, which also rests on the wheelset 104 including wheels ver ^¬ connected. On the secondary side of the transformer 103 is then a voltage available, which is fed to the central unit 3. The central unit 3 then supplies the busbar 10, which in this example is designed as a cross-carriage busbar 10, with electrical energy. The energy supply to the busbar 10 can also be done by other central units 3 in the rail vehicle 100, in particular in cars, which also have a current collector 102 or other energy sources. The electrical consumers 21, 22 are supplied via the three-phase busbar 10. The electrical consumers 2 introduced in FIGS. 1 to 3 are more precisely distinguished in the present FIG. The unregulated electrical consumers 21 are supplied directly from the busbar 10 by an alternating voltage of constant amplitude and constant frequency. By contrast, the supply of the regulated electrical load 22 is effected by a voltage system 11 with a variable AC voltage. This variable DC voltage is variable in amplitude and frequency alternating voltage. Is generated by this voltage ^¬ system 11 with a variable AC voltage by means of the decentralized drive 4 in the vicinity of the controlled elec- innovative consumer 22. The energy required relates to the distributed frequency 4 here from the busbar ^¬ ne 10. From the principle of representation is clear that the power supply system 1 extends generally over the entire rail vehicle 100th

Im Falle, dass der Fahrdraht 101 eine Gleichspannung auf^¬ weist, ist kein Transformator 103 erforderlich. Die Spannung des Fahrdrahtes 101 kann dann direkt oder über eine geeignete Eingangsschaltung dem Energieversorgungssystem 1 zugeführt werden . In the case that the contact wire 101 has a DC voltage on ^¬, no transformer 103 is required. The voltage of the contact wire 101 can then be supplied to the energy supply system 1 directly or via a suitable input circuit.

Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen . While the invention has been further illustrated and described in detail by the preferred embodiments, the invention is not limited by the disclosed examples, and other variations can be derived therefrom by those skilled in the art without departing from the scope of the invention.

Claims

claims

1. Energy supply system (1) for supplying electrical consumers (2) in a rail vehicle (100) with electrical energy, wherein the energy supply system (1) at least one central unit (3) and at least one de ^¬ central frequency converter (4), wherein the Central unit (3) has at least one central unit input (5) for receiving electrical energy and at least one central unit output (6) for transmitting the electrical energy by means of an AC voltage, in particular a three-phase AC voltage to the decentralized frequency converter (s) (4) and wherein the decentralized frequency converter (4) has at least one frequency converter input (7) for receiving at least portions of the voltage from the

Central unit (3) has transmitted energy and at least ei ^¬ NEN frequency converter output (8) for delivering the electrical energy to at least one electrical load (2).

2. Energy supply system (1) according to claims 1,

characterized in that at least ^¬ parts of the power supply system (1) and / or the central unit (3) and / or the decentralized Frequenzumrich- ters (4), in particular those are provided for recording, transmission and delivery of electrical energy, redundant ,

3. Energy supply system (1) according to any one of claims 1 or 2, characterized in that the central unit output (6) for feeding at least one carriage-across or carriage-internal busbar (10), in particular a three-phase busbar (10), vorgese ^¬ hen.

4. Energy supply system (1) according to one of claims 1 to 3, characterized in that the central unit output (6) for the delivery of electrical Energy by means of an AC voltage having a nearly constant frequency, in particular with a standard frequency and / or with a nearly constant voltage ^{amplitude, in} particular ^¬ with a standard ^amplitude , is formed.

5. Energy supply system (1) according to one of claims 1 to 4, characterized in that the central unit output (6) and / or the frequency converter input (7) and / or the Frequenzumrichterausgang (8) has a filter device (9) for filtering the AC voltage or Supply of a filter device (9) is provided.

6. Rail vehicle (100) with at least one energy supply system (1) according to one of claims 1 to 5.

7. A method for supplying electrical consumers (2) in a rail vehicle (100) with electrical energy by ^{¬ means of} a power supply system (1), the at least one central unit (3) and at least one decentralized Frequen ^¬ converter (4), wherein the Central unit (3) receives elekt ^¬ cal energy and this by means of a Wechselspan ^¬ tion, in particular a three-phase AC voltage to at least one decentralized frequency converter (4) transmits and the decentralized frequency converter (4) at least parts of the output from the central unit (3) energy and thus at least one electrical consumer (2) can feed.

8. The method according to claim 7,

That is, the energy intake, energy output and energy transmission of the energy supply system (1) and / or the central unit (3) and / or the decentralized frequency converter (4) takes place redundantly.

9. The method according to any one of claims 7 or 8,

characterized in that the Transmission of electrical energy between the individual components, in particular between the central unit (3) and the decentralized frequency converter (4) and other electrical loads via one or more cross-carriage or intra-wagon busbars (10), in particular three-phase busbars (10) ,

10. The method according to any one of claims 7 to 9,

characterized in that the waste would allow the electrical energy of the central unit (3), in particular ^¬ sondere to the decentralized drives (4), by means of an AC voltage having a substantially constant frequency, in particular with a standard frequency and / or with a substantially constant voltage amplitude, in particular with a standard amplitude.

11. The method according to any one of claims 7 to 10,

characterized in that with Hil ^¬ fe a filter device (9), the alternating voltage at the cen- raleinheitsausgang (6) and / or at the inverter (8) is being processed.