專利名稱：阻尼元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種阻尼元件。
背景技術(shù)：
用于電力機(jī)車的牽引變流器通常具有帶多個(gè)分布式電壓中間電路的變 流器。圖l對(duì)這種牽引變流器的等效電路圖進(jìn)行了詳細(xì)圖示。在這個(gè)等效電
路圖中，每個(gè)變流器2和4均具有一個(gè)網(wǎng)側(cè)變流器和一個(gè)負(fù)載側(cè)變流器6和 8。用作網(wǎng)側(cè)變流器6的是所謂的四象限變流器(4QS)，其中，用作負(fù)載側(cè) 變流器8的是自換相脈沖變流器。牽引變流器的每個(gè)變流器2和4的這兩個(gè) 變流器6和8在其直流電壓側(cè)均借助由多個(gè)電容器構(gòu)成的中間電路電容器10 和12彼此并聯(lián)。牽引變流器的這些中間電路電容器10和12通過(guò)電連接14 和16 (特定而言為母線)彼此電氣相連，且與牽引變流器的每個(gè)變流器2 和4的直流電壓側(cè)接點(diǎn)相連。輔助變換器18與這些中間電路電容器10和12 并聯(lián)。為此，輔助變換器18的連接線20中存在斷路器22。輔助變換器18 的直流電壓側(cè)接點(diǎn)與電容器24并聯(lián)。變流器6和8的中間電路電容器10和 12還與吸收電路26并聯(lián)，這個(gè)吸收電路設(shè)計(jì)為串聯(lián)諧振電路，且調(diào)諧為中 間電路的諧波的頻率。為此，這個(gè)吸收電路26具有電容器28。從這個(gè)等效 電路圖中還可看出，可以某一方式將牽引變流器的兩個(gè)變流器2和4之間的 連接14斷開(kāi)，使吸收電路26保持與變流器2或4的電容器10或12并聯(lián)的 狀態(tài)。為此須在連接14中布置兩個(gè)斷路器30和32。
從電連接14和16 (特定而言為母線)中流過(guò)的直流電用于在牽引變流 器的兩個(gè)變流器2和4的電壓中間電路之間傳輸能量。由于牽引變流器的每 個(gè)變流器2和4的網(wǎng)側(cè)變流器6采用單相設(shè)計(jì)，因此，電連接14和16中還會(huì)流過(guò)一個(gè)具有雙電網(wǎng)頻率的電流。在電連接14和16的漏感以及中間電路
電容器IO、 12和電容器24、 28的共同作用下，會(huì)產(chǎn)生高次諧振電路。變流 器2或4的變流閥在牽引變流器的電壓中間電路上的每個(gè)開(kāi)關(guān)過(guò)程均會(huì)激發(fā) 這種諧振電路，從而使電壓中間電路之間產(chǎn)生弱阻尼高頻電流。這個(gè)電流會(huì) 給中間電路電容器10和12以及輔助變換器18的電容器24帶來(lái)附加的熱負(fù)荷。
圖2顯示的是單個(gè)電容器電流ic2、 iC4、 icH和ics與頻率的關(guān)系圖。如圖
所示，激發(fā)高次諧振電路時(shí)，變流器2、 4和18及吸收電路26的所有電容 器10、 12、 24和28均會(huì)發(fā)生電流放大。低于諧振頻率時(shí)，頻率分量被等分 給這些電容器IO、 12、 14和28。達(dá)到諧振頻率時(shí)，電容器電流ic2、 iC4、 iCH 和ics被放大，大于諧振頻率時(shí)，這種激發(fā)就會(huì)對(duì)電容器電流ic2、 iC4、 icH和 i^產(chǎn)生不同影響。
EP 1 450 475 Al揭示一種用于對(duì)電壓中間電路變換器的電壓中間電路 中的振蕩進(jìn)行阻尼的措施。這種措施是一與電壓中間電路變換器的每個(gè)儲(chǔ)能 器并聯(lián)的阻尼網(wǎng)絡(luò)。這種阻尼網(wǎng)絡(luò)由電容器和與之串聯(lián)的電阻構(gòu)成。為能使 這個(gè)阻尼網(wǎng)絡(luò)發(fā)揮良好效用，到中間電路電容器的連接均采用低電感設(shè)計(jì)。 為了導(dǎo)散損耗功率，這個(gè)阻尼網(wǎng)絡(luò)的電阻優(yōu)選具有獨(dú)立的電阻冷卻系統(tǒng)。另 一有利之處在于，這個(gè)阻尼網(wǎng)絡(luò)的電容器的值達(dá)到了是電壓中間電路的電容 器的值的1.5倍至50倍這一數(shù)量級(jí)。借助這種阻尼網(wǎng)絡(luò)可以減小電流在振蕩 路徑上的振蕩，以及減小電壓中間電路變換器的電容器和其他組件的電力負(fù) 荷禾口熱負(fù)荷。
圖3顯示的是如圖1所示的牽引變流器的等效電路圖，這個(gè)牽引變流器 配有兩個(gè)公開(kāi)自EP 1 450 475 Al的阻尼網(wǎng)絡(luò)34和36。根據(jù)EP 1 450 475 Al ， 阻尼網(wǎng)絡(luò)34或36與電壓中間電路變換器的中間電路電容器并聯(lián)。電容器10 或12分別與阻尼網(wǎng)絡(luò)34或36并聯(lián)。阻尼網(wǎng)絡(luò)34、36具有串聯(lián)的電容器38、 40和電阻42、 44。圖4顯示的是電容器電流ic2、 iC4、 icH和ics與頻率f的關(guān)系圖。為了展
示這兩個(gè)阻尼網(wǎng)絡(luò)34和36的作用，此處對(duì)圖2所示的電流特性曲線和阻尼 電流特性曲線一并進(jìn)行了圖示。用虛線表示的特性曲線是經(jīng)阻尼的電流特性 曲線ic2、 iC4、 icH和ics。當(dāng)頻率f低于諧振頻率時(shí)，阻尼網(wǎng)絡(luò)34和36沒(méi)有 發(fā)揮作用。達(dá)到諧振頻率時(shí)，阻尼網(wǎng)絡(luò)34和36發(fā)揮的作用也有限。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是對(duì)具有多個(gè)分布式電壓中間電路的已知變流器進(jìn) 行改進(jìn)，達(dá)到既對(duì)高頻電流進(jìn)行阻尼，又減小損耗功率的目的。
達(dá)成這個(gè)目的的解決方案是在具有多個(gè)分布式電壓中間電路的已知變 流器中安裝本發(fā)明的阻尼元件。
通過(guò)使本發(fā)明的阻尼元件具有兩條電流路徑，即用于高頻電流分量的電 流路徑和用于直流電及雙頻電流分量的電流路徑，可對(duì)每條電流路徑進(jìn)行獨(dú) 立優(yōu)化。用于高頻電流分量的電流路徑為低電感，但電阻較大，用于直流電 和雙頻電流分量的電流路徑電感較大，電阻較小。通過(guò)這種方式， 一方面可 對(duì)高頻電流分量進(jìn)行阻尼，另一方面可使直流電和雙頻電流分量?jī)H受到最低 程度的限制，從而確保具有多個(gè)分布式電壓中間電路的已知變流器的電壓中 間電路中的損耗功率只發(fā)生最小程度的上升。
為了能實(shí)現(xiàn)條件互不相同的兩條電流路徑，為第一電流路徑選用導(dǎo)電性 能不良的材料，為第二電流路徑選用導(dǎo)電性能良好的材料。選用高級(jí)鋼作為 導(dǎo)電性能不良的材料，選用銅作為導(dǎo)電性能良好的材料。為能使第一路徑的 電感盡可能地小，本發(fā)明設(shè)置兩個(gè)母線段，這兩個(gè)母線段在空間上間隔最小 距離彼此平行延伸。第二電流路徑則由兩個(gè)導(dǎo)線段構(gòu)成，這兩個(gè)導(dǎo)線段分別 與一個(gè)母線段并聯(lián)。
在本發(fā)明的這種阻尼元件具有兩個(gè)在空間上間隔最小距離彼此平行延 伸的母線段的情況下，可以簡(jiǎn)單方式將這個(gè)阻尼元件整合在具有多個(gè)分布式 電壓中間電路的電壓中間電路變換器的電壓中間電路的母線系統(tǒng)內(nèi)。本發(fā)明的阻尼元件的其他有利設(shè)計(jì)方案可自從屬權(quán)利要求中獲得。


下面借助附圖所示的本發(fā)明的阻尼元件的實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步 說(shuō)明，其中
圖1為具有多個(gè)分布式電壓中間電路的變流器的等效電路圖； 圖2為圖1所示的變流器的各電容器電流與頻率的關(guān)系圖； 圖3為如圖1所示的具有已知阻尼網(wǎng)絡(luò)的變流器的等效電路圖； 圖4為圖3所示的變流器的各電容器電流與頻率的關(guān)系圖； 圖5為本發(fā)明的阻尼元件；
圖6為如圖1所示的具有如圖5所示的阻尼元件的變流器的等效電路以及
圖7為圖6所示的變流器的電容器電流與頻率的關(guān)系圖。
具體實(shí)施例方式
如圖5所示，本發(fā)明的阻尼元件具有兩個(gè)母線段46、 48和兩個(gè)導(dǎo)線段 50、 52，其中，每個(gè)母線段46、 48均分別與一個(gè)導(dǎo)線段50或52并聯(lián)。這 兩個(gè)母線段46和48在空間上間隔最小距離平行布置。這個(gè)距離的值取決于 電氣間隙和爬電距離的極限值。每個(gè)母線段46、 48均分別與一個(gè)導(dǎo)線段50 或52并聯(lián)。根據(jù)導(dǎo)線段50或52的電感預(yù)期值和第二電流路徑的預(yù)期值， 將這個(gè)導(dǎo)線段50或52設(shè)計(jì)為具有至少一個(gè)線匝的線圈，特定而言為空心線 圈。導(dǎo)線段50、 52的每個(gè)末端均具有一連接件54、 56或58、 60,這些連接 件與母線段46、 48導(dǎo)電相連。母線段46和48包含高級(jí)鋼，借此可使穿過(guò) 這些母線段46和48的電流路徑具有較大電阻值。穿過(guò)這些母線段46和48 的電流路徑的電感值取決于這兩個(gè)母線段46和48之間的距離。導(dǎo)線段50 和52可以使用銅線，特別是銅質(zhì)帶狀導(dǎo)體。借此使穿過(guò)這些導(dǎo)線段50和52 的電流路徑具有較小電阻值。通過(guò)為阻尼元件采用這種設(shè)計(jì)，可以得到兩條 電流路徑，其中，第一電流路徑低電感，具有較高電阻水平，第二電流路徑電感較大，電阻較小。
在所述阻尼元件采用上述設(shè)計(jì)的情況下，中間電路的高頻電流分量從第 一電流路徑中通過(guò)，中間電路的直流分量和雙電網(wǎng)頻率電流分量則從第二電 流路徑中通過(guò)。由于只有第一電流路徑具有較大電阻，因而只有從這條電流 路徑中流過(guò)的電流分量才會(huì)受到阻尼。用于在具有多個(gè)分布式電壓中間電路 的變流器的兩個(gè)電壓中間電路之間傳輸能量的電流分量則不受影響，因?yàn)楦?據(jù)本發(fā)明的阻尼元件設(shè)計(jì)方案，這個(gè)電流分量?jī)H在第二電流路徑上流動(dòng)。在 用母線段46和48構(gòu)建本發(fā)明的阻尼元件的電流路徑的情況下，可以簡(jiǎn)單方 式將這個(gè)阻尼元件整合在具有多個(gè)分布式電壓中間電路的電壓中間電路變
換器的母線系統(tǒng)內(nèi)，其中，電連接件54、 58和56、 60分別在母線段46和 48與具有多個(gè)分布式電壓中間電路的電壓中間電路變換器的母線系統(tǒng)的對(duì) 應(yīng)母線之間建立電連接。
圖6對(duì)具有兩個(gè)分布式電壓中間電路的變流器和本發(fā)明的阻尼元件的等 效電路圖進(jìn)行了詳細(xì)圖示。這個(gè)等效電路圖對(duì)本發(fā)明的阻尼元件的兩條電流 路徑進(jìn)行了分開(kāi)顯示。電阻較小、電感較大的電流路徑62用于低頻電流， 電阻較大、電感較小的電流路徑64則只用于頻率較高的電流。在此情況下， 只有頻率較高的電流分量才會(huì)受到阻尼。
圖7顯示的是具有本發(fā)明的阻尼元件的變流器的電容器電流iC2、 iC4、 iCH 和ics與頻率f的關(guān)系圖。虛線部分是電容器電流iC2、 iC4、 icH和ics的阻尼 電流特性曲線。與具有兩個(gè)分布式電壓中間電路和兩個(gè)阻尼網(wǎng)絡(luò)34和36的 變流器的實(shí)施方式相比，在這種為變流器配備本發(fā)明的阻尼元件的實(shí)施方式 中，頻率較高的電流分量會(huì)受到強(qiáng)度明顯更大的阻尼。借此可大幅減小電容 器IO、 12、 24和28的附加熱負(fù)荷，從而避免電容器IO、 12、 24和28相對(duì)
于具有兩個(gè)分布式電壓中間電路的變流器的電壓中間電路的有效電流而言 具有過(guò)大電容。
權(quán)利要求
1.一種阻尼元件，其具有兩個(gè)母線段(46，48)和兩個(gè)導(dǎo)線段(50，52)，其中，每個(gè)母線段(46，48)均分別與一個(gè)導(dǎo)線段(50，52)并聯(lián)，所述母線段(46，48)在空間上間隔一定距離平行布置，所述導(dǎo)線段(50，52)包含一導(dǎo)電性能良好的材料，所述母線段(46，48)包含一導(dǎo)電性能不良的材料。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的阻尼元件，其特征在于， 所述導(dǎo)線段(50， 52)構(gòu)成一具有至少一個(gè)線匝的線圈。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的阻尼元件，其特征在于， 每個(gè)導(dǎo)線段(50， 52)在其末端均分別具有一個(gè)連接件(54， 56; 58，60)，所述連接件與對(duì)應(yīng)母線段(46， 48)導(dǎo)電相連。
4. 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的阻尼元件，其特征在于， 所述導(dǎo)線段(50， 52)為帶狀導(dǎo)體。
5. 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的阻尼元件，其特征在于， 所述導(dǎo)電性能良好的材料為銅。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的阻尼元件，其特征在于， 所述導(dǎo)電性能不良的材料為高級(jí)鋼。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種阻尼元件。根據(jù)本發(fā)明，這種阻尼元件具有兩個(gè)母線段(46，48)和兩個(gè)導(dǎo)線段(50，52)，其中，每個(gè)母線段(46，48)均分別與一個(gè)導(dǎo)線段(50，52)并聯(lián)，所述母線段(46，48)在空間上間隔一定距離平行布置，所述導(dǎo)線段(50，52)由導(dǎo)電性能良好的材料構(gòu)成，所述母線段(46，48)由導(dǎo)電性能不良的材料構(gòu)成。借此可在具有多個(gè)分布式電壓中間電路的變流器中對(duì)高頻電流進(jìn)行有效阻尼，但電壓中間電路中的損耗功率無(wú)明顯上升，從而避免所述具有多個(gè)分布式電壓中間電路的變流器的電容器(10，12，24和28)相對(duì)于所述變流器的電壓中間電路的有效電流而言尺寸過(guò)大。
文檔編號(hào)H03H1/00GK101595639SQ200780050584
公開(kāi)日2009年12月2日 申請(qǐng)日期2007年9月5日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月12日
發(fā)明者安德烈亞斯·霍爾韋克, 馬克-馬蒂亞斯·巴克蘭 申請(qǐng)人:西門子公司