<B>Aus einem mit</B> veränderlicher Drehzahl <B>angetriebenen</B> Wechselstromgenerator <B>und</B> nachgeschalteten elektrischen Ventilgruppen bestehende Stromversorgungseinrichtung Die Erfindung betrifft eine aus einem mit verän- derlicher Drehzahl angetriebenen Wechselstromgene rator und nachgeschalteten elektrischen Ventilgrup pen bestehende Stromversorgungseinrichtung mit Wechselstrom
konstanter Frequenz inshes. für Brennkrafttriebfahrzeuge zur Speisung der elektri schen Wagenheizung.
Die Beheizung von Reisezu@gwagen erfolgte, so lange als Triebfahrzeuge nur Dampflokomotiven zur Verfügung standen, ausschliesslich mit Dampf.
Nach teilweiser Einführung des elektrischen Zugbetriebs wurden die meisten Reisezu wvagen mit einem elek- trischen. Heizungssystem zusätzlich .ausgerüstet. Neuer Reisezugwagen sind heute von vornherein mit einem elektrischen und einem Dampfheizungssystem ausge rüstet,
wodurch erhöhte Kosten für die Beschaffung und eine Vergrösserung des Gewichtes entstehen. Nachdem, bedingt durch die schlechte Wirtschaftlich- keit, Dampflokomotiven in den nächsten Jahren zum Verschwinden -kommen werden,
ist die Frage akut, ob in Zukunft zwei Heizungssysteme in Reisezugwa- gen beizubehalten sind. Dieseltriebfahrzeuge sind heute mit einer Einrichtung zur Dampferzeugung für die Speisung der vorhandenen Dampfheizungsanla- gen in den <RTI
ID="0001.0079"> Ressezugwagen ausgerüstet. Ziel der lau fenden Entwicklung muss es jedenfalls sein, auch bei der Dieselzugfönderung ohne ein zusätzliches Dampf- heizungssystem auszukommen..
Es ist bereits bekannt, in Dieseltriebwagen durch einen Generator mit besonderem. Dieselmotor die für die Beheizung erforderliche elektrische Energie zu erzeugen und diese dien .in dem Wagen eingebauten elektrischen Heizungskörpern zuzuleiten. Bei solchen Fahrzeugen ist die Anzahl der zu
beheizenden Wagen im allgemeinen nicht sehr gross. Bei Lokomotiven muss eine solche Stromversorgungsanlage für die maximale Anzahl der zu befördernden Wagen ausge- legt sein. Bei einer leichten Universallokomotive, die maximal 10 Reisezugwagen ziehen kann, ergibt sich z. B. eine Leistung von etwa 400 KW.
Diese Leistung muss, wenn man auf einen besonderen Dieselmotor für den Antrieb des Heizungsgenerators verzichten wild, vorn :
dem Fahrdieselmotor zusätzlich aufgebracht werden. Dieser Forderung kommt die Tatsache ent gegen, dass bei fallender Lufttemperatur, also bei steigendem Luftgewicht pro Volumeneinheit die Lei- stung eines Dieselmotors ansteigt, so dass,
die erfor derliche zusätzliche Leistung, die etwa 25 '/oder nor malerweise für .die Aufbringung der Zugkraft erfor derlichen Leistung betragen kann, aufgebracht wer den kann.
An und für sich könnte man annehmen, dass man für die Wahl des Stromsystems der Heizung freie Hand hat. Man muss jedoch auf das vorhandene mit elektrischen Heizungseinrichtungen ausgerüstete Wagenmaterial Rücksicht nehmen.
Die elektrischen Heizungseinrichtungen der nur .für den deutschen In- landsverkehr bestimmten Reisezugwagen sind näm- lich nur für eine Frequenz von 162/g Hz und eine Spannung von 1000V benutzbar. Da die Spulen der Steuerennchtung und <RTI
ID="0001.0184"> Relais nur für diese Frequenz ausgelegt sind. Ausserdem sind die Leitungen in den Wagen meist einpolig in Eisenfrohren verlegt,
so dass bereits bei einer Frequenz von beispielsweise 50 Hz durch das den Leiter umgebende magnetische Wech selfeld in diesen Rohren erhebliche Verluste entste- hen würden. Damit liegt für dien Heizgenerator die Frequenz von 162/g Hz bereits fest.
Grössere Schwankungen der Frequenz können ebenfalls mit Rücksicht auf die Steuereinzichtungen nicht zugelas- sein werden, obwohl: die Drehzahl des Dieselmotors zwischen Fahrhetrieb und Leerlauf im Verhältnis 1:2 schwanken kann.
Die Aufgabe der Erfindung besteht also in der Schaffung einer Stromversorgungsanlage mit einer konstanten Frequenz, insbes. !der deutschen Bahnfre- quenz von 162/3 Hz,
deren Generator von einer An- triebsmaschine mit stark schwankender Drehzahl an- getrieb en wird.
Die gestellte Aufgabe lässt sich. mit einem Ein phasenwechselstrom - Kollektor - Generator erfüllen. Einte solche Maschine. weist jedoch ein erhebliches Gewicht auf und !der Kollektor erfordert eine be trächtliche Wartungsarheit. Die :
genannten Nachteile lassen sich d!a4durch vermeiden, dass der Generator der Stromversorgungseinmichtu:n!g mit einem Wech- selstrom der konstanten Frequenz erregt ist und' dass die vom Generator .erzeugte, mit der konstanten Fre quenz maduliert;
e Spannung wesentlich höherer v- ränderlicher Frequenz Zn zwei elektrischen Ventiil- gru.pperr gleichgerichtet und Teile der :dabei entste henden Halbwellenspannungen in: :
einer weiteren nachgeschalteten, gesteuerten Ventilgruppe zu einer Wechselspannung der konstanten Frequenz zusam- meng--fügt werden.
Die Erzeugung !des Erregerstromes für den Wech- selstromgenerator kann in :einem Synchrongenerator, der von -einem aus der Fahrzeug-B:aiterie gespeisten: Gleichstrommotor angetrieben wird, erfolgen:.
Der Wechselstromgenerator, ider zweckmässiger- weise ein Mehrphasengenerator, insbes. ein Dreh stromsynchrongenerator ist, ist für :eine Frequenz ausgelegt, die bei der höchsten Drehzahl dies Diesel motors gegenüber der Erregerfrequenz relativ gross ist (z.
B. Generator-Frequ:enz 100 Hz, Erregerfre- quenz 162/3 Hz). Mit Rücksicht auf die Erregung des Synchrongenerators durch eine Wechselspannung ist es zweckmässig,
den Rotor !dies Synchrongenerators geblecht auszubilden. Bedingt durch !die Erregung des Wechselstrom,Generafiors mit einem Wechselstrom niedriger Frequenz ändern sich die Augenblicks- Werte der im Ständler ,
induzierten Spannung des Drehstrom-Sysbemes im gleichen Rhythmus zwischen: Null und einem Maximailwert. Es erfolgt also einte Modulation der Drehstromspanmung, wie dies in der Fig. 1 der Zeichnung beispielsweise dargestellt ist, mit der Erregerfrequenz. Diese modblierbe Dreh- strom:
spannun!g wind zwei angesteuerten Ventilgrup pen zugeführt und gleichgerichtet. Am! Ausgang jeder ,der beiden Vent'lgm:
ppem liegt dann eine von einer Wechselspannung überlagerte Gleichspannung an!, bzw.
eine Halbwellenspannung, wie sie in der Fig. 2 ,der Zeichnung dargestellt ist. Die beiden Ventilgrup pen sind dabei so ,geschaltet, !dass in der einen Gruppe eine positive Spannung entsteht, während ,
am Ausgang der zweiten Gruppe !die gleiche Spannung mit negativen Vorzeichen ensteht. Den beiden unge- steuerten Ventilgruppen sind zwei gesteuerte Ventil gruppen nachgeschaltet. Die Steuerung dieser beiden Ventilgruppen ist so :
gestaltet, dass jeweils während
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der <SEP> Zeitdauer <SEP> einer <SEP> Halbwehe <SEP> der <SEP> Erregerfrequenz
<tb> eine <SEP> vom <SEP> Nullwert <SEP> über <SEP> einen <SEP> Maximalwert <SEP> bis <SEP> zum
<tb> nächsten <SEP> Nullwert <SEP> sich <SEP> ändernde <SEP> positive <SEP> Gleich spannung <SEP> .aus <SEP> dar <SEP> einen <SEP> ,gesteuerten <SEP> Ventilgruppe <SEP> und
<tb> anschliessend <SEP> für <SEP> die <SEP> gleiche <SEP> Zeitdauer <SEP> eine <SEP> negative
<tb> Spannung <SEP> aus <SEP> der <SEP> zweiten <SEP> Ventilgruppe <SEP> dem <SEP> Ver braucher <SEP> zugeführt <SEP> wird. <SEP> An <SEP> !den! <SEP> Klemmen <SEP> :
des <SEP> Ver brauchers <SEP> liegt <SEP> damit <SEP> eine <SEP> Wechselspannung <SEP> an, <SEP> die
<tb> unabhängig <SEP> von <SEP> der <SEP> Drehzahl. <SEP> des <SEP> Hauptdieselmotors
<tb> bzw. <SEP> der <SEP> Generatorfrequenz <SEP> ist <SEP> und <SEP> die <SEP> :gleiche <SEP> Fre quenz <SEP> wie <SEP> die <SEP> Erregerspanung <SEP> .aufweist.
<tb>
In! <SEP> der <SEP> Fig. <SEP> 4 <SEP> der <SEP> Zeichnung <SEP> ist <SEP> ein <SEP> Ausführungs beispiel, <SEP> der <SEP> Stromversorgungseinrichtung <SEP> gemäss <SEP> der
<tb> Erfindung <SEP> dargestellt. <SEP> Mit <SEP> 1 <SEP> ist <SEP> eine <SEP> Stromquelle, <SEP> die
<tb> eine <SEP> Akkumulatorenhatterie <SEP> oder <SEP> ein <SEP> von <SEP> einer
<tb> Bremskraftmaschine <SEP> angetriebener <SEP> Hilfsgenerator
<tb> sein <SEP> kann., <SEP> bezuich:net. <SEP> 2 <SEP> ist <SEP> !die <SEP> Regeleinrichtung, <SEP> !die
<tb> zwecks <SEP> Beeinflussung <SEP> der <SEP> Spannung <SEP> des <SEP> Synchronge nerators <SEP> 5 <SEP> .die <SEP> Spannung <SEP> der <SEP> Erregermaschine <SEP> 4
<tb> regelt <SEP> und <SEP> gegebenenfalls <SEP> !die <SEP> Drehzahl <SEP> :
des <SEP> Antriebs motors <SEP> 3 <SEP> konstant <SEP> hält. <SEP> Mit <SEP> 6 <SEP> ist <SEP> der <SEP> Fahrzeugdiesel motor <SEP> und <SEP> mit <SEP> 5 <SEP> '!der <SEP> mit- <SEP> diesem <SEP> gekuppelte <SEP> Mehr phasensyn!chron,Generator <SEP> bezeichnet. <SEP> Dsr <SEP> Genera tor <SEP> 5 <SEP> ist <SEP> im <SEP> Ausführungsbeispiel <SEP> als <SEP> Drehstromigene rator <SEP> .ausgeführt <SEP> und <SEP> von! <SEP> dem <SEP> Wechselstromgenera tor <SEP> 4 <SEP> mit <SEP> :einer <SEP> Frequenz <SEP> von <SEP> 162/3 <SEP> Hz <SEP> erregt.
<tb>
Die <SEP> in <SEP> :dem <SEP> Generator <SEP> 5 <SEP> induzierte <SEP> Spannung,
<tb> deren <SEP> Kurvenform, <SEP> in <SEP> .Fig. <SEP> 1 <SEP> dargestellt <SEP> ist, <SEP> wird <SEP> den.
<tb> beiden <SEP> angesteuerten <SEP> Ventilgruppen <SEP> 7 <SEP> und <SEP> 8 <SEP> zuge führt, <SEP> d!ne <SEP> im <SEP> Ausführungsbeispiel <SEP> in <SEP> Drehstrom
<tb> Brückenscb:altu:ng <SEP> geschaltet <SEP> sind, <SEP> und <SEP> dort <SEP> gleichge richtet. <SEP> Am <SEP> Ausgang <SEP> der <SEP> Ventilguppe <SEP> 7 <SEP> liegt <SEP> dann
<tb> eine <SEP> Spannung <SEP> an, <SEP> die <SEP> aus <SEP> zusam.nen#gesetzten:
<tb> Gleichstrompulsen <SEP> besteht <SEP> und <SEP> deren <SEP> Kurvenform, <SEP> in
<tb> !der <SEP> Fig.2 <SEP> dargestellt <SEP> ist. <SEP> Die <SEP> Ventilgruppe <SEP> 8 <SEP> ist <SEP> so
<tb> geschaltet, <SEP> ;dass <SEP> sich! <SEP> anderen <SEP> :
Ausgang <SEP> eine <SEP> entspre chende <SEP> zur <SEP> Nulkrne <SEP> .spiegelbildlich <SEP> symmetrische
<tb> Spannlang <SEP> ,ergibt.
<tb>
Die <SEP> mit <SEP> einer <SEP> Frequenz <SEP> von <SEP> 2 <SEP> x <SEP> 162/3 <SEP> Hz <SEP> pulsie rende <SEP> Gleichspiamnuag <SEP> der <SEP> Ventilgruppe <SEP> 7 <SEP> wind <SEP> einer
<tb> gesteuerten <SEP> Venbüllgruppe, <SEP> 9 <SEP> zugeführt. <SEP> Die <SEP> Steuerung
<tb> diesem <SEP> VentlIgrnuppe <SEP> erfolgt <SEP> ,durch <SEP> einte <SEP> Stenemeinrich tung <SEP> 11 <SEP> so, <SEP> .dass <SEP> bei <SEP> jedem- <SEP> zwchen <SEP> Puls: <SEP> der. <SEP> positiven
<tb> Gleichspannung, <SEP> also <SEP> zwischen <SEP> zwei:
<SEP> Nullwerten, <SEP> das
<tb> Ventil <SEP> gespemrt <SEP> ist. <SEP> Am! <SEP> Ausgang <SEP> der
<tb> 9
<tb> ergibt <SEP> sich! <SEP> ,damit <SEP> eimle <SEP> Reihe <SEP> vom! <SEP> positiven <SEP> Gleäch sitmampulsen,. <SEP> ,deren! <SEP> Abstand <SEP> gleich <SEP> der <SEP> Pulslänge <SEP> ist.
<tb> Die <SEP> Ven <SEP> !tügmuppe <SEP> 10 <SEP> wird <SEP> ebenfalls <SEP> von! <SEP> der <SEP> Steuer einrüchtung <SEP> 11 <SEP> gesteuert <SEP> und <SEP> zwar <SEP> so, <SEP> dass <SEP> während
<tb> der <SEP> Freigabe <SEP> der <SEP> Ventügmppa <SEP> 9 <SEP> idlne <SEP> Venitilgruppe <SEP> 10
<tb> gesperrt <SEP> ist. <SEP> Am <SEP> Ausgang <SEP> ,dem <SEP> Ventilgruppe, <SEP> 10 <SEP> liegt
<tb> dann <SEP> eire.
<SEP> Reihet <SEP> von <SEP> negativen <SEP> Gleichstrompulsen
<tb> an, <SEP> deren <SEP> Pulslänge <SEP> und <SEP> AbseändDgleich <SEP> sind.Zwi schen <SEP> zwei <SEP> positiven <SEP> Pulsender <SEP> Veiitügruppe <SEP> 9 <SEP> liegt
<tb> also- <SEP> jeweils <SEP> ein <SEP> negativer, <SEP> Gleichstrompuls <SEP> der
<tb> Gruppe <SEP> 10. <SEP> Die <SEP> Steuereinrichtung <SEP> ist <SEP> ferner <SEP> in <SEP> einer
<tb> bei <SEP> Ummichtenn <SEP> bekannten <SEP> Weise <SEP> so <SEP> ausgebildet, <SEP> dass
<tb> die <SEP> Stmomvemsomgungs. <SEP> i#nirichrtung <SEP> auch <SEP> in <SEP> erfonderli chem <SEP> Umfang <SEP> Blindstrom <SEP> liefern <SEP> kann.
<tb>
Brei <SEP> einer <SEP> Parallelschaltung <SEP> dtr <SEP> beiden <SEP> Ausgänge
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der <SEP> VentRgrnippen <SEP> 9 <SEP> und <SEP> 10 <SEP> und <SEP> dem <SEP> Verbraucher
<tb> ergibt <SEP> sich <SEP> dann <SEP> eine <SEP> Wechselspannung <SEP> mit <SEP> der <SEP> Fre quenz <SEP> der <SEP> Erregerspannung <SEP> des <SEP> Wechselstmomge <SEP> ne rators <SEP> 5, <SEP> also <SEP> eine <SEP> Frequenz <SEP> von <SEP> 162/3 <SEP> Hz. <SEP> Se1bstver sroänfich;
<SEP> enthält <SEP> diesle <SEP> Spannung <SEP> reiben <SEP> weiteren
<tb> durch <SEP> den <SEP> Gleichrichtervorgang <SEP> bedingte <SEP> Oberwellen
<tb> noch <SEP> als <SEP> Oberwelle <SEP> die <SEP> eigentlich <SEP> durch <SEP> die <SEP> Polzahl
<tb> und <SEP> die <SEP> Drehzahl <SEP> des. <SEP> Synpolgenemators <SEP> 5 <SEP> gegebene
<tb> Frequenz. <SEP> Der, <SEP> Anteil <SEP> dieser <SEP> Oberwelle <SEP> an <SEP> der
<tb> GnundweRe <SEP> istallerdings <SEP> so <SEP> gering, <SEP> dass <SEP> er <SEP> bei <SEP> den <SEP> zu
<tb> speisenden, <SEP> im <SEP> wesentlichen <SEP> oh <SEP> m'schen <SEP> Verbnau chemrb <SEP> nicht <SEP> störend <SEP> ist.