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Kiepe IGBT-Direkt-Pulsumrichter-Antriebsausrüstung für PCC-Straßenbahntriebwagen für SEPTA Philadelphia, USA Kiepe IGBT Direct Pulse Inverter Traction Equipment for PCC Tramcar for SEPTA Philadelphia, USA Druckschrift-Nr. Leaflet No. Kiepe 04 PH 3 DE
- Seite 2 und 3: Die Southeastern Pennsylvania Trans
- Seite 4: T E C H N I S C H E D A T E N Bauar
Kiepe IGBT-Direkt-Pulsumrichter-Antriebsausrüstung<br />
für PCC-Straßenbahntriebwagen<br />
für SEPTA <strong>Philadelphia</strong>, USA<br />
Kiepe IGBT Direct Pulse Inverter Traction Equipment<br />
for PCC Tramcar<br />
for SEPTA <strong>Philadelphia</strong>, USA<br />
Druckschrift-Nr.<br />
Leaflet No.<br />
Kiepe 04 PH 3 DE
Die Southeastern Pennsylvania Transportation Authority SEPTA<br />
betreibt mit seinen Sparten Bus, Trolleybus, Metro, Straßenbahn<br />
und Suburban Rail (S-Bahn) den gesamten öffentlichen Nahverkehr<br />
in Stadt und Region <strong>Philadelphia</strong>. Das Straßenbahnnetz hat<br />
eine Länge von 61 km, von denen 4 km im Tunnel liegen. Bis 1992<br />
wurden die drei ausschließlich oberirdischen Linien mit historischen<br />
PCC-Fahrzeugen aus dem Jahre 1947 betrieben. Die Linien<br />
wurden dann auf Busse umgestellt, um das Gleisnetz zu erneuern<br />
und die Fahrzeuge zu rehabilitieren. Wegen fehlender finanzieller<br />
Mittel verzögerte sich dies Maßnahme immer wieder, und so konnte<br />
erst im Jahre 2001 eine Ausschreibung durchgeführt werden,<br />
die Kiepe zusammen mit der amerikanischen Firma Brookville<br />
Locomotives gewonnen hat.<br />
So erhielt Kiepe den Auftrag, die Traktionsausrüstung und<br />
die Bordnetzversorgung für 18 historische PCC-Triebwagen zu<br />
erneuern. Der Verkehrsbetrieb SEPTA favorisierte die Drehstrom-<br />
Antriebstechnik. Da auch eine Erneuerung der Traktionsmotoren<br />
anstand, war der Kostenunterschied zur Gleichstromstellertechnik<br />
verschwindend gering. Daher fiel die Wahl auf die bereits bei<br />
vielen Neufahrzeug-Projekten erfolgreich eingesetzte Drehstromausrüstung<br />
in IGBT-Technik von Kiepe.<br />
Das ausgewählte Konzept der elektrischen Fahrzeugausrüstung<br />
garantiert einen hohen Komfort für die Fahrgäste und einen<br />
zuverlässigen und wartungsarmen Betrieb für den Betreiber. Die<br />
Schlüsselkomponente für dieses Konzept bilden zwei baugleiche<br />
Unterflurcontainer UTA. Jedes der beiden UTA umfasst einen<br />
Traktionsumrichter, einen statischen Bordnetzumrichter für die<br />
Klimaanlagen sowie Steuerungsfunktionen für die Fahrzeugankopplung.<br />
Die Unterflur-Container werden komplett verkabelt und<br />
vorgeprüft, bevor sie unter dem Fahrzeug montiert werden.<br />
Jeder der vollselektiven Antriebsstränge besteht funktionell aus<br />
einem IGBT-Traktionsumrichter (DPU) mit eigener Antriebssteuerung<br />
(ASM), eigenem Bremswiderstand und zwei Motor-Getriebe-<br />
Einheiten. Dieses Konzept, bei dem größten Wert auf optimale<br />
Redundanz der Systeme gelegt wurde, gewährleistet eine hohe<br />
Fahrzeugverfügbarkeit. Die gelieferten Antriebskomponenten sind<br />
mit Hilfe des WINDOWS-basierten Kiepe-Diagnosesystems mit ausführlicher<br />
Betriebs- und Ereignisdatenerfassung diagnostizierbar.<br />
Die im Fahrzeug erfassten Betriebs- und Ereignisdaten können<br />
mit einem handelsüblichen Standard-PC (Laptop) ausgelesen und<br />
ausgewertet werden. Hierdurch wird die Fehlersuche wesentlich<br />
vereinfacht. Für die Versorgung der übrigen Bordnetze ist ein weiterer<br />
Bordnetzumrichter unter dem Fahrzeug angebracht.<br />
The Southeastern Pennsylvania Transportation Authority SEPTA<br />
performs all public transport in the city and the region of <strong>Philadelphia</strong><br />
with its bus, trolleybus, metro, tramway and suburban rail<br />
divisions. The tramway network has a length of 61 km, of which<br />
4 km is in a tunnel. Historical PCC cars, 1947 vintage, operated<br />
on the three remaining above ground trolley routes until 1992,<br />
when buses took over so that the track network could be renewed<br />
and the vehicles rehabilitated. However, short of money, time<br />
passed and it was only in 2001 that an invitation for tendering<br />
for the refurbishment was published. Together with the US firm of<br />
Brookville Locomotive Kiepe won that contract.<br />
Thus, Kiepe was entrusted with renewing the traction equipment<br />
and the on-board power supply for 18 historical PCC tramcars.<br />
SEPTA favoured three-phase drive technology and as the traction<br />
motors also had to be renewed, there was nearly no difference<br />
in costs to chopper technology. Therefore, Kiepe’s three-phase<br />
equipment in IGBT technology, which has already been applied<br />
successfully in many new vehicle projects, was chosen.<br />
The concept chosen for the electrical vehicle equipment ensures<br />
the passenger high comfort and the operator reliable operation<br />
with minimum maintenance. The key units for this concept are<br />
two identical underfloor traction assemblies UTAs. Each of the two<br />
UTAs comprises one traction inverter, one static on-board converter<br />
for the air conditioning units as well as control functions for<br />
the vehicle interfaces. The underfloor assemblies are completely<br />
cabled and tested before they are mounted under the vehicle.<br />
Each of the fully selective power trains consists functionally of an<br />
IGBT traction inverter (DPU) with its own traction control (ASM),<br />
its own braking resistor and two motor-transmission units. This<br />
concept offers high vehicle availability and attaches great<br />
importance to optimal redundancy of the systems. The drive<br />
components supplied can be checked by means of the WINDOWSbased<br />
Kiepe diagnostic system with extensive acquisition of<br />
operating and event data. The operating and event data collected<br />
in the vehicle can be read out and evaluated via a commercial<br />
standard PC (laptop). In this way fault finding is simplified<br />
considerably. Another on-board static converter is fitted under the<br />
vehicle for the supply of the other on-board power requirements.<br />
Unterflurcontainer UTA<br />
Underfloor container UTA
Hauptstromlaufplan<br />
Main circuit diagram<br />
DC 600V<br />
DC 12V<br />
DC 24V<br />
GWL<br />
HBU<br />
3AC 208V/120V<br />
I<br />
U<br />
U<br />
I<br />
U<br />
I<br />
U<br />
DPU<br />
M<br />
3~<br />
M<br />
3~<br />
HBU<br />
3AC 208V/120V<br />
I<br />
U<br />
U<br />
I<br />
U<br />
I<br />
U<br />
DPU<br />
M<br />
3~<br />
M<br />
3~<br />
1 Klimaanlage 1 Air conditioning unit<br />
2 Unterflurcontainer UTA 2 Underfloor container UTA<br />
3 Bremswiderstand 3 Braking resistor<br />
4 Überspannungsableiter 4 Lightning Arrestor<br />
5 Stromabnehmer 5 Current collector<br />
6 Bordnetzumrichter GWL 6 Static inverter GWL<br />
5<br />
4 3 2 1<br />
6<br />
Fahrschaubild für besetztes Fahrzeug<br />
Speed/distance chart of a loaded vehicle<br />
I<br />
A<br />
IM Motorstrom<br />
IN Netzstrom<br />
s<br />
m<br />
IM Motor current<br />
IN Line current<br />
s Weg s Distance covered<br />
t Zeit t Time<br />
v Geschwindigkeit v Speed<br />
v<br />
km/h<br />
v<br />
mph<br />
700<br />
600<br />
IN<br />
v<br />
700 70<br />
600 60<br />
43.75<br />
37.5<br />
500<br />
400<br />
s<br />
500<br />
400<br />
50<br />
40<br />
31.25<br />
25<br />
300<br />
300<br />
30<br />
18.75<br />
200<br />
IM<br />
200<br />
20<br />
12.5<br />
100<br />
100<br />
10<br />
6.25<br />
0<br />
0<br />
0 10 20 30 40<br />
50 60<br />
t/s<br />
0
T E C H N I S C H E D A T E N<br />
Bauart<br />
Vierachsiger Straßenbahn-Einrichtungs-<br />
Großraumtriebwagen<br />
Typ<br />
PCC (Presidents Conference Committee)<br />
Spurweite 1.581 mm (5’ 2 1 /2“)<br />
Höchstgeschwindigkeit<br />
65 km/h<br />
Beschleunigung (beladen) 1,34 ms -2<br />
Bremsverzögerung (beladen) 1,34ms -2<br />
Gefahrbremsung (beladen) 2,70 ms -2<br />
Netzspannung DC 600 V (+20%, -30%)<br />
Radsatzfolge<br />
B’B’<br />
(nach DIN 30052)<br />
Wagenkastenlänge über Blech<br />
14.021 mm<br />
Wagenkastenbreite über Blech<br />
2.413 mm<br />
Wagenkastenhöhe über SO<br />
3.086 mm<br />
Drehgestell-Mittenabstand<br />
6.934 mm<br />
Drehgestell-Radsatzabstand<br />
1.829 mm<br />
Fahrzeugmasse<br />
21.090 kg<br />
(nach DIN 25008)<br />
Sitzplätze 41 + 2 Rollstühle/6 + 1<br />
Stehplätze (4 Personen/m2) 70<br />
Raddurchmesser<br />
660/610 mm<br />
neu/abgenutzt<br />
Getriebeübersetzung 7,17 : 1<br />
Unterflurcontainer 2 Kiepe UTA 200<br />
Abmessungen<br />
1.760 mm x 1.300 mm x 500 mm<br />
(Länge x Breite x Höhe)<br />
Antriebs-Umrichter<br />
2 IGBT-Direkt-Pulsumrichter<br />
Typ Kiepe DPU 416<br />
Eingangsspannung DC 600 V (+20%, -30%)<br />
Ausgangsleistung<br />
2 x 100 kW (100% ED)<br />
2 x 250 kW max.<br />
Ausführung<br />
direkt am Netz betriebener<br />
Pulswechselrichter<br />
Kühlung<br />
Zwangsbelüftung durch Lüfter<br />
Merkmale<br />
• kompakte Bauweise durch IGBT-Technik<br />
• Ansteuerung der Treiberstufen via Lichtleiter<br />
• Vorgabe der Pulsmuster durch<br />
Umrichtersteuermodul (USM)<br />
• ruckfreies Anfahr- und Bremsverhalten<br />
• kombinierte Nutz- und Widerstandsbremse<br />
• kontaktfreie Fahr-/Brems- und<br />
Richtungsumschaltung<br />
• redundante Ausführung<br />
Steuerung<br />
2 Traktionsregelungen mit<br />
Mikroprozessortechnik mit<br />
Antriebssteuermodul (ASM) und<br />
Umrichtersteuermodul (USM)<br />
Typ Kiepe ASM 321 und Kiepe USM 300<br />
Aufbau<br />
Elektronik- und Ein-/Ausgabe-<br />
Baugruppe in Kompaktgehäuse<br />
Kühlung<br />
natürliche Konvektion<br />
Anschlußspannung DC 24 V (+25%, -30%)<br />
Ausführung<br />
Betriebsablaufsteuerung über<br />
Mikroprozessor<br />
Merkmale<br />
• Schleuder-/Gleitschutz<br />
• Rückrollerkennung<br />
• Netzstrombegrenzung<br />
• Netzrückspeisung mit kontinuierlicher<br />
Überwachung der Netzaufnahmefähigkeit<br />
• Ereignis-/Fehlerspeicher<br />
• Betriebsdatenerfassung/Diagnose/<br />
Fehleranalyse mittels PC<br />
Fahrmotoren<br />
4 querliegende eigenbelüftete<br />
Drehstrom-Asynchronmaschinen<br />
Typ MLU 3436 K/4<br />
Bemessungsleistung<br />
50 kW<br />
Bemessungsspannung<br />
400 V<br />
Bemessungsstrom<br />
163 A<br />
Bemessungsfrequenz<br />
50 Hz<br />
Bemessungsdrehzahl 1.968 min -1<br />
Max. Drehzahl 4.800 min -1<br />
Bordnetz 1<br />
2 autarke Hilfsbetriebeumrichter in<br />
modulbauweise mit IGBT-Technik<br />
Typ Kiepe HBU 205<br />
Eingang DC 600 V (+20%, -30%)<br />
Ausgang<br />
3 AC 208/120 V, 60 Hz Sinus, 28 kVA<br />
Bordnetz 2<br />
Statischer Bordnetzumrichter<br />
in IGBT-Technik<br />
Typ<br />
GWL-B2 600-750/24-180Z/12-85<br />
Eingang DC 600-750 V (+20 %, -30 %)<br />
Ausgänge<br />
DC 24 V, 180 A Gesamtstrom<br />
DC 12 V, 85 A<br />
Batterieladung<br />
UI-Kennlinie<br />
T E C H N I C A L D A T A<br />
Design<br />
Four-axle unidirectional open-type<br />
passenger tramcar<br />
Type<br />
PCC (Presidents Conference Committee)<br />
Gauge 1,581 mm 5' 2 1 /2"<br />
Maximum speed 65 km/h 40.6 mph<br />
Acceleration (loaded) 1.34 ms-2 3.0 mpsps<br />
Braking deceleration (loaded) 1.34ms-2 3.0 mpsps<br />
Emergency braking (loaded) 2.70 ms-2 6.0 mpsps<br />
Line voltage DC 600 V (+20%, -30%)<br />
Axle arrangement<br />
B’B’<br />
(according to DIN 30052)<br />
Carbody length over sheet 14,021 mm 46'<br />
Carbody width over sheet 2,413 mm 7'11"<br />
Carbody height over TOR 3,086 mm 10'1 1 /2"<br />
Distance between bogie centres 6,934 mm 22'9"<br />
Bogie axle spacing 1,829 mm 6'<br />
Vehicle weight 21,090 kg 46,500 lb<br />
(according to DIN 25008)<br />
Seating 41 + 2 wheelchairs/6 + 1<br />
Standing (6 persons/m2) 70<br />
Wheel diameter 660/610 mm 26"/24"<br />
new/worn<br />
Gear ratio 7.17 : 1<br />
Underfloor container 2 Kiepe UTA 200<br />
Dimensions 1,760 x 1,300 x 500 mm 69" x 51" x 20"<br />
(length x width x height)<br />
Traction inverter<br />
2 IGBTdirect pulse inverters<br />
Type Kiepe DPU 416<br />
Input voltage DC 600 V (+20%, -30%)<br />
Output<br />
2 x 100 kW (100% continuous)<br />
2 x 250 kW max.<br />
Design<br />
Pulse inverter operated directly<br />
at the network<br />
Cooling<br />
Forced ventilation by fan<br />
Characteristics<br />
• Compact design due to IGBT technology<br />
• Triggering of the drive units via fibre<br />
optic cables<br />
• Pulse pattern given by the inverter control<br />
module (USM)<br />
• Jerkfree starting and braking<br />
• Combined regenerative and rheostatic brake<br />
• Contactless power/brake changeover and<br />
contactless changeover of direction of travel<br />
• Redundant design<br />
Control<br />
2 traction control units with microprocessor<br />
technology with a traction control module (ASM)<br />
and an inverter control module (USM)<br />
Type Kiepe ASM 321 and Kiepe USM 300<br />
Construction<br />
Electronic assembly and input/output<br />
assembly in compact housing<br />
Cooling<br />
Natural convection<br />
Supply voltage DC 24 V (+25%, -30%)<br />
Design<br />
Sequential vehicle control via microprocessor<br />
Characteristics<br />
• Wheel slip/slide protection<br />
• Roll back detector<br />
• Line current limiting<br />
• Recovery to the network with continuous<br />
monitoring of the network capacity<br />
• Event/fault recorder<br />
• Acquisition of operating data/diagnosis/<br />
fault analysis via PC<br />
Traction motors<br />
4 transverse three-phase asynchronous<br />
machines with self-ventilation<br />
Type MLU 3436 K/4<br />
Rated output<br />
50 kW<br />
Rated voltage<br />
400 V<br />
Rated current<br />
163 A<br />
Rated frequency<br />
50 Hz<br />
Rated speed 1,968 min -1<br />
Max. speed 4,800 min -1<br />
On-board power supply 1<br />
2 independent auxiliary converters in modular<br />
design with IGBT technology<br />
Type Kiepe HBU 205<br />
Input DC 600 V (+20%, -30%)<br />
Output<br />
3 AC 208/120 V, 60 Hz Sinus, 28 kVA<br />
On-board power supply 2<br />
Static on-board converter with<br />
IGBT technology<br />
Type<br />
GWL-B2 600-750/24-180Z/12-85<br />
Input DC 600-750 V (+20 %, -30 %)<br />
Outputs<br />
DC 24 V, 180 A total current<br />
DC 12 V, 85 A<br />
Battery charge<br />
Constant voltage/constant current curve<br />
Änderungen vorbehalten.<br />
Vossloh Kiepe GmbH<br />
Subject to change without notice.<br />
D-40555 Düsseldorf (Germany) · Postfach 13 05 40<br />
Telefon +49 (0) 2117497-0 · Telefax +49(0)2117497-300<br />
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