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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

Die Southeastern Pennsylvania Transportation Authority SEPTA
betreibt mit seinen Sparten Bus, Trolleybus, Metro, Straßenbahn
und Suburban Rail (S-Bahn) den gesamten öffentlichen Nahverkehr
in Stadt und Region Philadelphia. Das Straßenbahnnetz hat
eine Länge von 61 km, von denen 4 km im Tunnel liegen. Bis 1992
wurden die drei ausschließlich oberirdischen Linien mit historischen
PCC-Fahrzeugen aus dem Jahre 1947 betrieben. Die Linien
wurden dann auf Busse umgestellt, um das Gleisnetz zu erneuern
und die Fahrzeuge zu rehabilitieren. Wegen fehlender finanzieller
Mittel verzögerte sich dies Maßnahme immer wieder, und so konnte
erst im Jahre 2001 eine Ausschreibung durchgeführt werden,
die Kiepe zusammen mit der amerikanischen Firma Brookville
Locomotives gewonnen hat.
So erhielt Kiepe den Auftrag, die Traktionsausrüstung und
die Bordnetzversorgung für 18 historische PCC-Triebwagen zu
erneuern. Der Verkehrsbetrieb SEPTA favorisierte die Drehstrom-
Antriebstechnik. Da auch eine Erneuerung der Traktionsmotoren
anstand, war der Kostenunterschied zur Gleichstromstellertechnik
verschwindend gering. Daher fiel die Wahl auf die bereits bei
vielen Neufahrzeug-Projekten erfolgreich eingesetzte Drehstromausrüstung
in IGBT-Technik von Kiepe.
Das ausgewählte Konzept der elektrischen Fahrzeugausrüstung
garantiert einen hohen Komfort für die Fahrgäste und einen
zuverlässigen und wartungsarmen Betrieb für den Betreiber. Die
Schlüsselkomponente für dieses Konzept bilden zwei baugleiche
Unterflurcontainer UTA. Jedes der beiden UTA umfasst einen
Traktionsumrichter, einen statischen Bordnetzumrichter für die
Klimaanlagen sowie Steuerungsfunktionen für die Fahrzeugankopplung.
Die Unterflur-Container werden komplett verkabelt und
vorgeprüft, bevor sie unter dem Fahrzeug montiert werden.
Jeder der vollselektiven Antriebsstränge besteht funktionell aus
einem IGBT-Traktionsumrichter (DPU) mit eigener Antriebssteuerung
(ASM), eigenem Bremswiderstand und zwei Motor-Getriebe-
Einheiten. Dieses Konzept, bei dem größten Wert auf optimale
Redundanz der Systeme gelegt wurde, gewährleistet eine hohe
Fahrzeugverfügbarkeit. Die gelieferten Antriebskomponenten sind
mit Hilfe des WINDOWS-basierten Kiepe-Diagnosesystems mit ausführlicher
Betriebs- und Ereignisdatenerfassung diagnostizierbar.
Die im Fahrzeug erfassten Betriebs- und Ereignisdaten können
mit einem handelsüblichen Standard-PC (Laptop) ausgelesen und
ausgewertet werden. Hierdurch wird die Fehlersuche wesentlich
vereinfacht. Für die Versorgung der übrigen Bordnetze ist ein weiterer
Bordnetzumrichter unter dem Fahrzeug angebracht.
The Southeastern Pennsylvania Transportation Authority SEPTA
performs all public transport in the city and the region of Philadelphia
with its bus, trolleybus, metro, tramway and suburban rail
divisions. The tramway network has a length of 61 km, of which
4 km is in a tunnel. Historical PCC cars, 1947 vintage, operated
on the three remaining above ground trolley routes until 1992,
when buses took over so that the track network could be renewed
and the vehicles rehabilitated. However, short of money, time
passed and it was only in 2001 that an invitation for tendering
for the refurbishment was published. Together with the US firm of
Brookville Locomotive Kiepe won that contract.
Thus, Kiepe was entrusted with renewing the traction equipment
and the on-board power supply for 18 historical PCC tramcars.
SEPTA favoured three-phase drive technology and as the traction
motors also had to be renewed, there was nearly no difference
in costs to chopper technology. Therefore, Kiepe’s three-phase
equipment in IGBT technology, which has already been applied
successfully in many new vehicle projects, was chosen.
The concept chosen for the electrical vehicle equipment ensures
the passenger high comfort and the operator reliable operation
with minimum maintenance. The key units for this concept are
two identical underfloor traction assemblies UTAs. Each of the two
UTAs comprises one traction inverter, one static on-board converter
for the air conditioning units as well as control functions for
the vehicle interfaces. The underfloor assemblies are completely
cabled and tested before they are mounted under the vehicle.
Each of the fully selective power trains consists functionally of an
IGBT traction inverter (DPU) with its own traction control (ASM),
its own braking resistor and two motor-transmission units. This
concept offers high vehicle availability and attaches great
importance to optimal redundancy of the systems. The drive
components supplied can be checked by means of the WINDOWSbased
Kiepe diagnostic system with extensive acquisition of
operating and event data. The operating and event data collected
in the vehicle can be read out and evaluated via a commercial
standard PC (laptop). In this way fault finding is simplified
considerably. Another on-board static converter is fitted under the
vehicle for the supply of the other on-board power requirements.
Unterflurcontainer UTA
Underfloor container UTA

Hauptstromlaufplan
Main circuit diagram
DC 600V
DC 12V
DC 24V
GWL
HBU
3AC 208V/120V
I
U
U
I
U
I
U
DPU
M
3~
M
3~
HBU
3AC 208V/120V
I
U
U
I
U
I
U
DPU
M
3~
M
3~
1 Klimaanlage 1 Air conditioning unit
2 Unterflurcontainer UTA 2 Underfloor container UTA
3 Bremswiderstand 3 Braking resistor
4 Überspannungsableiter 4 Lightning Arrestor
5 Stromabnehmer 5 Current collector
6 Bordnetzumrichter GWL 6 Static inverter GWL
5
4 3 2 1
6
Fahrschaubild für besetztes Fahrzeug
Speed/distance chart of a loaded vehicle
I
A
IM Motorstrom
IN Netzstrom
s
m
IM Motor current
IN Line current
s Weg s Distance covered
t Zeit t Time
v Geschwindigkeit v Speed
v
km/h
v
mph
700
600
IN
v
700 70
600 60
43.75
37.5
500
400
s
500
400
50
40
31.25
25
300
300
30
18.75
200
IM
200
20
12.5
100
100
10
6.25
0
0
0 10 20 30 40
50 60
t/s
0

T E C H N I S C H E D A T E N
Bauart
Vierachsiger Straßenbahn-Einrichtungs-
Großraumtriebwagen
Typ
PCC (Presidents Conference Committee)
Spurweite 1.581 mm (5’ 2 1 /2“)
Höchstgeschwindigkeit
65 km/h
Beschleunigung (beladen) 1,34 ms -2
Bremsverzögerung (beladen) 1,34ms -2
Gefahrbremsung (beladen) 2,70 ms -2
Netzspannung DC 600 V (+20%, -30%)
Radsatzfolge
B’B’
(nach DIN 30052)
Wagenkastenlänge über Blech
14.021 mm
Wagenkastenbreite über Blech
2.413 mm
Wagenkastenhöhe über SO
3.086 mm
Drehgestell-Mittenabstand
6.934 mm
Drehgestell-Radsatzabstand
1.829 mm
Fahrzeugmasse
21.090 kg
(nach DIN 25008)
Sitzplätze 41 + 2 Rollstühle/6 + 1
Stehplätze (4 Personen/m2) 70
Raddurchmesser
660/610 mm
neu/abgenutzt
Getriebeübersetzung 7,17 : 1
Unterflurcontainer 2 Kiepe UTA 200
Abmessungen
1.760 mm x 1.300 mm x 500 mm
(Länge x Breite x Höhe)
Antriebs-Umrichter
2 IGBT-Direkt-Pulsumrichter
Typ Kiepe DPU 416
Eingangsspannung DC 600 V (+20%, -30%)
Ausgangsleistung
2 x 100 kW (100% ED)
2 x 250 kW max.
Ausführung
direkt am Netz betriebener
Pulswechselrichter
Kühlung
Zwangsbelüftung durch Lüfter
Merkmale
• kompakte Bauweise durch IGBT-Technik
• Ansteuerung der Treiberstufen via Lichtleiter
• Vorgabe der Pulsmuster durch
Umrichtersteuermodul (USM)
• ruckfreies Anfahr- und Bremsverhalten
• kombinierte Nutz- und Widerstandsbremse
• kontaktfreie Fahr-/Brems- und
Richtungsumschaltung
• redundante Ausführung
Steuerung
2 Traktionsregelungen mit
Mikroprozessortechnik mit
Antriebssteuermodul (ASM) und
Umrichtersteuermodul (USM)
Typ Kiepe ASM 321 und Kiepe USM 300
Aufbau
Elektronik- und Ein-/Ausgabe-
Baugruppe in Kompaktgehäuse
Kühlung
natürliche Konvektion
Anschlußspannung DC 24 V (+25%, -30%)
Ausführung
Betriebsablaufsteuerung über
Mikroprozessor
Merkmale
• Schleuder-/Gleitschutz
• Rückrollerkennung
• Netzstrombegrenzung
• Netzrückspeisung mit kontinuierlicher
Überwachung der Netzaufnahmefähigkeit
• Ereignis-/Fehlerspeicher
• Betriebsdatenerfassung/Diagnose/
Fehleranalyse mittels PC
Fahrmotoren
4 querliegende eigenbelüftete
Drehstrom-Asynchronmaschinen
Typ MLU 3436 K/4
Bemessungsleistung
50 kW
Bemessungsspannung
400 V
Bemessungsstrom
163 A
Bemessungsfrequenz
50 Hz
Bemessungsdrehzahl 1.968 min -1
Max. Drehzahl 4.800 min -1
Bordnetz 1
2 autarke Hilfsbetriebeumrichter in
modulbauweise mit IGBT-Technik
Typ Kiepe HBU 205
Eingang DC 600 V (+20%, -30%)
Ausgang
3 AC 208/120 V, 60 Hz Sinus, 28 kVA
Bordnetz 2
Statischer Bordnetzumrichter
in IGBT-Technik
Typ
GWL-B2 600-750/24-180Z/12-85
Eingang DC 600-750 V (+20 %, -30 %)
Ausgänge
DC 24 V, 180 A Gesamtstrom
DC 12 V, 85 A
Batterieladung
UI-Kennlinie
T E C H N I C A L D A T A
Design
Four-axle unidirectional open-type
passenger tramcar
Type
PCC (Presidents Conference Committee)
Gauge 1,581 mm 5' 2 1 /2"
Maximum speed 65 km/h 40.6 mph
Acceleration (loaded) 1.34 ms-2 3.0 mpsps
Braking deceleration (loaded) 1.34ms-2 3.0 mpsps
Emergency braking (loaded) 2.70 ms-2 6.0 mpsps
Line voltage DC 600 V (+20%, -30%)
Axle arrangement
B’B’
(according to DIN 30052)
Carbody length over sheet 14,021 mm 46'
Carbody width over sheet 2,413 mm 7'11"
Carbody height over TOR 3,086 mm 10'1 1 /2"
Distance between bogie centres 6,934 mm 22'9"
Bogie axle spacing 1,829 mm 6'
Vehicle weight 21,090 kg 46,500 lb
(according to DIN 25008)
Seating 41 + 2 wheelchairs/6 + 1
Standing (6 persons/m2) 70
Wheel diameter 660/610 mm 26"/24"
new/worn
Gear ratio 7.17 : 1
Underfloor container 2 Kiepe UTA 200
Dimensions 1,760 x 1,300 x 500 mm 69" x 51" x 20"
(length x width x height)
Traction inverter
2 IGBTdirect pulse inverters
Type Kiepe DPU 416
Input voltage DC 600 V (+20%, -30%)
Output
2 x 100 kW (100% continuous)
2 x 250 kW max.
Design
Pulse inverter operated directly
at the network
Cooling
Forced ventilation by fan
Characteristics
• Compact design due to IGBT technology
• Triggering of the drive units via fibre
optic cables
• Pulse pattern given by the inverter control
module (USM)
• Jerkfree starting and braking
• Combined regenerative and rheostatic brake
• Contactless power/brake changeover and
contactless changeover of direction of travel
• Redundant design
Control
2 traction control units with microprocessor
technology with a traction control module (ASM)
and an inverter control module (USM)
Type Kiepe ASM 321 and Kiepe USM 300
Construction
Electronic assembly and input/output
assembly in compact housing
Cooling
Natural convection
Supply voltage DC 24 V (+25%, -30%)
Design
Sequential vehicle control via microprocessor
Characteristics
• Wheel slip/slide protection
• Roll back detector
• Line current limiting
• Recovery to the network with continuous
monitoring of the network capacity
• Event/fault recorder
• Acquisition of operating data/diagnosis/
fault analysis via PC
Traction motors
4 transverse three-phase asynchronous
machines with self-ventilation
Type MLU 3436 K/4
Rated output
50 kW
Rated voltage
400 V
Rated current
163 A
Rated frequency
50 Hz
Rated speed 1,968 min -1
Max. speed 4,800 min -1
On-board power supply 1
2 independent auxiliary converters in modular
design with IGBT technology
Type Kiepe HBU 205
Input DC 600 V (+20%, -30%)
Output
3 AC 208/120 V, 60 Hz Sinus, 28 kVA
On-board power supply 2
Static on-board converter with
IGBT technology
Type
GWL-B2 600-750/24-180Z/12-85
Input DC 600-750 V (+20 %, -30 %)
Outputs
DC 24 V, 180 A total current
DC 12 V, 85 A
Battery charge
Constant voltage/constant current curve
Änderungen vorbehalten.
Vossloh Kiepe GmbH
Subject to change without notice.
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476–08/04