CH633225A5

CH633225A5 - Four-system power supply device with frequency-independent and frequency-dependent useful loads of a passenger train

Info

Publication number: CH633225A5
Application number: CH348577A
Authority: CH
Inventors: Herbert Seeger
Original assignee: Krupp Gmbh
Priority date: 1976-03-30
Filing date: 1977-03-21
Publication date: 1982-11-30
Also published as: NL7702914A; AT354574B; LU77028A1; DE2613553A1; ES457062A1; FR2362514A1; FR2362514B1; BE852690A; ATA117077A; IT1074682B

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft nun eine Viersystem-Stromversorgungseinrichtung mit frequenzun- und frequenz-45. abhängigen Nutzverbrauchern eines Reisezugwagens mit einer Vierspannungswähleinrichtung, mit wenigstens einem Netzgleichrichter und wenigstens einem Transformator, der bei Gleichspannungseinspeisung als Wechselrichtertransformator dient und mit Wicklungsanzapfungen versehen ist, die zur 50 Bereitstellung der unterschiedlichen Betriebsspannungen für die Nutzverbraucher dienen. Mit der erfindungsgemässen Anordnung lässt sich nun eine erhebliche Ersparnis gegenüber dem vorstehend skizzierten Vorschlag erreichen. Sie ist dadurch gekennzeichnet, dass zwei Transformatoren vorge-55 sehen sind, wobei an einem der Transformatoren die frequenzunabhängigen und an dem anderen Transformator die frequenzabhängigen Verbraucher angeschlossen sind, dass den Transformatoren bei Gleichstromeinspeisung wenigstens ein Wechselrichter, dessen Frequenz regelbar ist, und dass dem 60 Wechselrichter zumindest bei Wechselspannungseinspeisung ein Gleichrichter vorgeschaltet ist.

Nachfolgend werden anhand der beiliegenden Zeichnung einige Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. In der Zeichnung zeigt 65 die Fig. 1 ein Übersichtsschema des ersten Ausführungsbeispiels,

die Fig. 2 zeigt davon die Details,

die Fig. 3-6 zeigen dieselben Details wie die Fig. 2, jedoch

die Fig. 3 in der Schalterstellung für 1500 V=,

die Fig. 4 in der Schalterstellung für 3000 V=,

die Fig. 5 in der Schalterstellung für 1000 V—,

die Fig. 6 in der Schalterstellung für 1500 V—, wobei in diesen Figuren jeweilen nur die stromführenden Leitungen eingezeichnet, die übrigen aber weggelassen sind.

Die Fig. 7,8 und 9 zeigen in einer der Fig. 1 entsprechenden Darstellung 3 weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung.

Mit A ist die durch den Zug hindurchgehende Sammelleitung bezeichnet, die über den Stromabnehmer der Lokomotive, gegebenenfalls unter Vermittlung eines Transformators an die jeweilige Fahrleitung angeschlossen ist. Diese Sammelleitung A ist mit der Spannungswähl- und Umschalteinrichtung B verbunden, wie das aus der Fig. 1 schematisch und aus der Fig. 2 im Detail ersichtlich ist, in welcher eine erste Sicherung mit el, der Schütz mit cl und eine zweite Sicherung mit e2 bezeichnet sind. Die mit M bezeichneten einphasigen Kompressormotoren des Kälteaggregates werden, wie das aus der Fig. 1 ersichtlich ist, über einen Gleichrichter C, ein Filter D, einen Wechselrichter E und einen Transformator F gespeist. Der für die Ladung der Batterien I benötigte Gleichstrom wird in einem Gleichrichter H gleich-gerichtet, nachdem er im Transformator G die benötigte Spannung erhalten hat. Bei Wechselstrombetrieb gelangt der Wechselstrom direkt von der Sammelleitung zum Transformator G; bei Gleichstrombetrieb wird er vom Wechselrichter E bezogen. In den Figuren 2-6 sind der Gleichrichter mit nl, der Filter mit ul, der Wechselrichter mit n2, die Transformatoren mit ml bzw. m2 bezeichnet.

Die Fig. 3 zeigt den Wirkschaltplan der Stromversorgungseinrichtung bei Anliegen einer Gleichspannung von 1500 V, wobei die Leitungen weggelassen worden sind, die nicht zum Einsatz kommen und die zu den Schaltern der Vierspannungswähleinrichtung B geführt sind. Alle Verbraucher M, 3, n3 werden über den zwei Transformatoren ml, m2 aufweisenden Wechselrichter n2 gespeist. Die Primärwicklungen (Wechselrichterwicklungen) dieser Transformatoren ml, m2 sind zueinander parallelgeschaltet und über die entsprechenden Schalter der Vierspannungswähleinrichtung B in Mittelpunktschaltung geschaltet sowie mit ihrem jeweiligen Mittelpunkt über den Gleichrichter nl an den Pluspol des Bahnnetzes angeschlossen. An den Aussenleitern der Primärwicklungen der Transformatoren ml, m2 sind die Sperrdioden und an diese sind die Thyristoren des Wechselrichters angeschlossen. Die Kathoden der Ausgangs-Thyristoren des Wechselrichters n2 sind sowohl miteinander als auch über den Gleichrichter nl mit dem Minuspol des Bahnnetzes verbunden.

Über den Transformator ml werden die Motoren M und über den zwei Sekundärwicklungen aufweisenden Transformator m2 werden die frequenzunabhängigen Verbraucher 3, n3 mit Energie versorgt. Der Netz-Strom fliesst dabei vom Pluspol des Bahnnetzes über die Sicherung el, den Kontakt des Schützes cl, die Sicherung e3, die in der Fig. 3 links oben dargestellte Diode des Gleichrichters nl, die Drossel des Filters ul, den Wechselrichter n2 und die in der Fig. 3 rechts unten dargestellte Diode des Gleichrichters nl zum Minuspol des Bahnnetzes.

Die Fig. 4 zeigt den Wirkschaltplan der Stromversorgungseinrichtung bei Anliegen einer Gleichspannung von 3000 V, wobei die Leitungen weggelassen worden sind, die nicht zum Einsatz kommen und die zu den Schaltern der Vierspannungswähleinrichtung B geführt sind. Diese Schaltung unterschei-

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det sich gegenüber der Schaltung gemäss Fig. 3 lediglich darin, dass der jeweilige Mittelpunkt der Transformatoren ml, m2 so umgeschaltet ist, dass das Übersetzungsverhältnis der beiden Transformatoren ml, m2 verdoppelt wird, wodurch die 5 Verbraucher M, 3, n3 auch bei Anliegen der doppelten Netzspannung mit ihrer Nennspannung versorgt werden.

Die Fig. 5 zeigt die Leitungswege bei 1000 V, 16 2/3 Hz.

Für die Wechselstromverbraucher 3 und n3 wird die Wechselspannung 1000 V— über die Sicherung e2 der Um-io Schalteinrichtung B direkt dem Transformator m2 zugeführt. Diese Verbraucher sind mindestens zwischen 16 2/3 Hz und 60 Hz frequenzunabhängig. Für die Kompressormotoren M wird die Wechselspannung durch den Gleichrichter nl in eine Gleichspannung umgeformt. Über ein Filter ul wird dem 15 Wechselrichter n2 Gleichspannung zugeführt. Der Wechselrichter formt die Gleichspannung in Wechselspannung um. Über den Transformator ml erhalten die Kompressormotoren M Wechselspanung.

Die Fig. 6 zeigt die Leitungswege bei 1500 V—, 50 Hz. 20 Die frequenzunabhängigen Verbraucher 3 und n3 werden auch hier über den Transformator m2 mit Wechselspannung versorgt, wobei jedoch andere Eingangsbuchsen des Transformators m2 benützt werden. Die Kompressormotoren M erhalten wie bei der 1000 V—Speisung ihre Wechselspannung vom 25 Trasformator ml, der seinerseits wie vorstehend beschrieben über den Gleichrichter nl und das Filter ul und den Wechselrichter n2 gespiesen wird, wobei auch hier andere Anschlussklemmen benützt werden.

Bei 1000 V—16 z/3 Hz und 1500 V— 50 Hz wird durch 30 direkte Spannungszuführung für die Verbraucher 3 und n3 ein günstiger Wirkungsgrad erzielt.

Bei allen vier Spannungsarten kann die Frequenz des Wechselrichters n2 geändert werden. Bei klimatisierten Reisezugwagen kann von der Raumtemperatur die Frequenz des 35 Wechselrichters beeinflusst werden. Dadurch ändert sich die Drehzahl des Kompressors und damit die Kälteleistung.

Das in der Fig. 7 dargestellte zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich vom vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel dadurch, dass für die Motoren M der Kom-40 pressoren und Lüfter ein getrennter Wechselrichter E! vorhanden ist, dem ein Gleichrichter Cx und ein Filter Di vorgeschaltet ist. Für die Kompressormotoren und Lüfter ist dabei ein getrennter Wechselrichter vorgesehen.

Das in der Fig. 8 dargestellte dritte Ausführungsbeispiel 45 entspricht im wesentlichen dem 2. Ausführungsbeispiel, jedoch mit dem Unterschied, dass der Rotor des Motors M Dauermagnete aufweist und über einen elektronischen Kommutator wie ein Gleichstrommotor arbeitet. Als zweiter Transformator dient hier der Transformator des Wechselrichters Ei-

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In Fig. 9 ist ein viertes Ausführungsbeispiel gezeigt. Dabei wird für die Batterieladung bei Wechselspannungseinspeisung über den Trafo G und den Gleichrichter H die Spannung geführt. Bei Gleichspannungseinspeisung wird über ein 55 Filter D und den Wechselrichter E dem Trafo G Wechselspannung zugeführt. Für den Kompressormotor K wird bei Wechselspannungseinspeisung die Spannung über den Trafo Gj und den Gleichrichter Hj dem Wechselrichter J zugeführt. Bei Gleichspannungseinspeisung wird über das Filter Dx und 6o den Wechselrichter dem Trafo Gx eine Wechselspannung zugeführt. Über den Gleichrichter Hj und den Drehstromwechselrichter J bekommt der Kompressormotor Spannung.

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9 Blätter Zeichnungen

Claims

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1. Viersystem-Stromversorgungseinrichtung mit frequenz-un- und frequenzabhängigen Nutzverbrauchern eines Reisezugwagens mit einer Vierspannungswähleinrichtung, mit wenigstens einem Netzgleichrichter und wenigstens einem Transformator, der bei Gleichspannungseinspeisung als Wechselrichtertransformator dient und mit Wicklungsanzapfungen versehen ist, die zur Bereitstellung der unterschiedlichen Betriebsspannungen für die Nutzverbraucher dienen, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Transformatoren (G, F; ml, m2) vorgesehen sind, wobei an einem der Transformatoren (G) die frequenzunabhängigen und an dem anderen Transformator (F) die frequenzabhängigen Verbraucher angeschlossen sind, dass den Transformatoren (G, F; ml, m2) bei Gleichstromeinspeisung wenigstens ein Wechselrichter (E, n2), dessen Frequenz regelbar ist, und dass dem Wechselrichter (E, n2) zumindest bei Wechselspannungseinspeisung ein Gleichrichter (C, nl) vorgeschaltet ist.

2. Viersystem-Stromversorgungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nur ein Wechselstrom-Wechselrichter (E, n2) vorgesehen ist, über den alle Nutzverbraucher bei Gleichspannungseinspeisung mit Energie versorgt sind, und dass die frequenzunabhängigen Nutzverbraucher (3,1) bei Wechselspannungseinspeisung über den für diese dienenden Transformator (E, n2) unter Umgehung des Wechselstrom-Wechselrichters (E, n2) direkt gespeist sind.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Viersystem-Stromversorgungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der für die frequenzunabhängigen Nutzverbraucher dienende Transformator (G, n2) eingangsseitig eine Wechselrichter- und eine Primärwicklung aufweist.

4. Viersystem-Stromversorgungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Gleichrichter (nl) und der für die frequenzabhängigen Nutzverbraucher dienenden Wechselrichterwicklung ein Schalter (c2) angeordnet ist, wodurch die frequenzabhängigen Verbraucher ein-bzw. ausschaltbar sind.

5. Viersystem-Stromversorgungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beiden Transformatoren (G, Gl) jeweils ein Wechselstrom-Wechselrichter (E, El) vorgeschaltet ist, wobei der Wechselstrom-Wechselrichter (E), der für die frequenzunabhängigen Nutzverbraucher dient, nur bei Gleichspannungseinspeisung mit dem elektrischen Netz verbunden ist.

6. Viersystem-Stromversorgungseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der für die frequenzabhängigen Nutzverbraucher dienende Wechselrichter als elektronischer Kommutator (El) eingesetzt ist.

7. Viersystem-Stromversorgungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beiden Transformatoren (G, Gl) jeweils ein Wechselstrom-Wechselrichter (E, El) vorgeschaltet ist, wobei beide Wechselstrom-Wechselrichter (E, El) nur bei Gleichspannungseinspeisung mit dem elektrischen Netz verbunden sind, dass zwischen den frequenzabhängigen Verbrauchern (K) und dem diesen zugeordneten Transformator (Gl) ein weiterer Gleichrichter (Hl) und ein Drehstrom-Wechselrichter (7) angeordnet sind und dass zumindest die Frequenz des Drehstrom-Wechselrichters (7) regelbar ist.

Für Reisezuwagen, die in Eisenbahnnetzen verschiedener Länder verkehren sollen, wird vielfach gefordert, dass die Energieversorgung der Nutz Verbraucher der Wagen aus den Fahrleitungen erfolgt, die in den verschiedenen Ländern unterschiedliche elektrische Spannungen aufweisen. In Betracht kommen Gleichspannungen von 1500 und 3000 Volt sowie

Wechselspannungen von 15 000 Volt bei 16 2/3 Hz und von 25 000 Volt bei 50 Hz.

Hierbei erhalten die Nutzverbraucher der Wagen eines Reisezuges die Energie aus einer durch den Zug hindurch-5 gehenden Sammelleitung, die über den Stromabnehmer der Lokomotive an die Fahrleitungen angeschlossen ist, und zwar bei Wechselspannung über einen Transformator, so dass die Wechselspannungen an der Sammelleitung 1000 bzw. 1500 Volt betragen.

io Die Erfüllung der genannten Forderung bereitet nicht nur wegen der Verschiedenheit der jeweils zur Verfügung stehenden Spannungen Schwierigkeiten, sondern auch wegen der Vielfalt der in Betracht kommenden Nutzverbraucher, welche mit unterschiedlichen Spannungen betrieben werden, die zum I5 Teil erheblich niedriger sind als die an der Sammelleitung auftretenden Spannungen. Es handelt sich z.B. um Batterieladegeräte, Küchenmaschinen, Brauchwasserbereiter, Vorraum-und WC-Heizungen sowie um Klimatisierungsanlagen mit Kompressoren. Dabei ist insbesondere der Antrieb der Kom-20 pressoren wegen des unregelmässigen Betriebes mit Strom-stössen verbunden.

Zur Lösung des hiernach anstehenden Problems sind schon eine Reihe von Vorschlägen gemacht worden:

Unter anderem ist aus der deutschen Patentschrift Num-25 mer 1 563 947 bekannt, dass dann, wenn an der Fahrleitung eine Gleichspannung ansteht, ein rotierender Umformer mit zwei Drehstrom-Ausgängen über Gleichrichter verschiedene Nutzverbraucher mit unterschiedlichen Spannungen speist, während aus einer Fahrleitung mit Wechselspannung den 30 Nutzverbrauchern die Energie über einen Transformator und weitere Gleichrichter zugeführt wird.

Ferner ist in einem Aufsatz über «Die zentrale elektrische Energieversorgung von Reisezugwagen», abgedruckt in «Glasers Annalen» 1966 in Bild 10 auf Seite 374 vorgeschlagen 35 worden, dass zwei statische Wechselrichter, die je nach der Höhe der anstehenden Gleichspannungen parallel oder in.

Reihe geschaltet werden, mit je einem für die volle Stromstärke bemessenen Transformator versehen werden. Eine solche Schaltung einer Viersystem-Energieversorgung bedingt einen 40 beträchtlichen Aufwand und hat ausserdem den Nachteil, dass die Motoren der Klimaanlage zusammen mit der Batterie an das für diese benötigte Regelgerät angeschlossen sind.