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: LU77028A1; DE2613553A1; FR2362514A1; AT354574B; ATA117077A; NL7702914A; IT1074682B; ES457062A1; FR2362514B1; BE852690A

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. The present invention now relates to a four-system power supply device with frequency 45 and frequency 45. dependent utility consumers of a passenger coach with a four-voltage selector device, with at least one mains rectifier and at least one transformer, which serves as an inverter transformer when DC voltage is fed in and is provided with winding taps, which are used to provide the different operating voltages for the utility consumers. With the arrangement according to the invention, considerable savings can now be achieved compared to the proposal outlined above. It is characterized in that two transformers are provided, the frequency-independent consumers being connected to one of the transformers and the frequency-dependent consumers being connected to the other transformer, that the transformers have at least one inverter whose frequency can be regulated, and that the 60th Inverters, a rectifier is connected upstream, at least when AC voltage is fed in.

Nachfolgend werden anhand der beiliegenden Zeichnung einige Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. In der Zeichnung zeigt 65 die Fig. 1 ein Übersichtsschema des ersten Ausführungsbeispiels, Some exemplary embodiments of the invention are described below with reference to the accompanying drawing. In the drawing, FIG. 1 shows an overview diagram of the first exemplary embodiment,

die Fig. 2 zeigt davon die Details, 2 shows the details thereof,

die Fig. 3-6 zeigen dieselben Details wie die Fig. 2, jedoch Figures 3-6 show the same details as Figure 2, however

die Fig. 3 in der Schalterstellung für 1500 V=, 3 in the switch position for 1500 V =,

die Fig. 4 in der Schalterstellung für 3000 V=, 4 in the switch position for 3000 V =,

die Fig. 5 in der Schalterstellung für 1000 V—, 5 in the switch position for 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. 6 in the switch position for 1500 V—, only the current-carrying lines being drawn in in these figures, but the others being omitted.

Die Fig. 7,8 und 9 zeigen in einer der Fig. 1 entsprechenden Darstellung 3 weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung. 7, 8 and 9 show 3 further exemplary embodiments of the invention in a representation corresponding to FIG. 1.

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. A denotes the collecting line passing through the train, which is connected to the respective contact line via the pantograph of the locomotive, possibly by means of a transformer. This bus A is connected to the voltage selection and switching device B, as can be seen schematically in FIG. 1 and in detail in FIG. 2, in which a first fuse with el, the contactor with cl and a second fuse with e2 are designated. The single-phase compressor motors of the refrigeration unit, designated M, are fed, as can be seen from FIG. 1, via a rectifier C, a filter D, an inverter E and a transformer F. The direct current required for charging the batteries I is rectified in a rectifier H after it has received the required voltage in the transformer G. In AC operation, the AC goes directly from the bus to the transformer G; in DC operation, it is obtained from inverter E. In FIGS. 2-6 the rectifier is denoted by nl, the filter by ul, the inverter by n2, the transformers by ml and m2.

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. 3 shows the circuit diagram of the power supply device when a DC voltage of 1500 V is applied, the lines which have not been used and which lead to the switches of the four-voltage selector device B having been omitted. All consumers M, 3, n3 are fed via the inverters n2 having two transformers ml, m2. The primary windings (inverter windings) of these transformers ml, m2 are connected in parallel to one another and connected to the center via the corresponding switches of the four-voltage selector device B, and are connected to the positive pole of the rail network with their respective center via the rectifier nl. The blocking diodes are connected to the outer conductors of the primary windings of the transformers ml, m2 and the thyristors of the inverter are connected to these. The cathodes of the output thyristors of the inverter n2 are connected both to one another and to the negative pole of the rail network via the rectifier nl.

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. The motors M are supplied via the transformer ml and the frequency-independent consumers 3, n3 are supplied with energy via the transformer m2 having two secondary windings. The mains current flows from the positive pole of the railway network via the fuse el, the contact of the contactor cl, the fuse e3, the diode of the rectifier nl shown at the top left in FIG. 3, the choke of the filter ul, the inverter n2 and the in Fig. 3 bottom right diode of the rectifier nl to the negative pole of the rail network.

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- FIG. 4 shows the circuit diagram of the power supply device when a direct voltage of 3000 V is applied, the lines which have not been used and which lead to the switches of the four-voltage selector device B having been omitted. This circuit distinguishes

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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. 3 only that the respective center of the transformers ml, m2 is switched so that the transformation ratio of the two transformers ml, m2 is doubled, so that the 5 consumers M, 3, n3 even when the double mains voltage can be supplied with their nominal voltage.

Die Fig. 5 zeigt die Leitungswege bei 1000 V, 16 2/3 Hz. 5 shows the line paths at 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. For the AC consumers 3 and n3, the AC voltage 1000 V is fed directly to the transformer m2 via the fuse e2 of the Um-io switching device B. These consumers are at least between 16 2/3 Hz and 60 Hz independent of frequency. For the compressor motors M, the AC voltage is converted into a DC voltage by the rectifier nl. A filter ul supplies the 15 inverters with n2 DC voltage. The inverter converts the DC voltage into AC voltage. The compressor motors receive M alternating voltage via the transformer ml.

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. 6 shows the line paths at 1500 V—, 50 Hz. 20 The frequency-independent consumers 3 and n3 are also supplied with alternating voltage here via the transformer m2, although other input sockets of the transformer m2 are used. As with the 1000 V supply, the compressor motors M receive their AC voltage from the 25 transformer ml, which in turn is fed as described above via the rectifier nl and the filter ul and the inverter n2, with other connecting terminals being used here as well.

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. At 1000 V - 16 z / 3 Hz and 1500 V - 50 Hz, 30 direct voltage supply for consumers 3 and n3 achieves a favorable efficiency.

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. The frequency of the inverter n2 can be changed for all four voltage types. In air-conditioned coaches, the frequency of the 35 inverter can be influenced by the room temperature. This changes the speed of the compressor and thus the cooling capacity.

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. The second exemplary embodiment shown in FIG. 7 differs from the first exemplary embodiment described above in that for the motors M of the compressors and fans a separate inverter E! is present, which is preceded by a rectifier Cx and a filter Di. A separate inverter is provided for the compressor motors and fans.

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- The third exemplary embodiment 45 shown in FIG. 8 essentially corresponds to the second exemplary embodiment, but with the difference that the rotor of the motor M has permanent magnets and works like an DC motor via an electronic commutator. The transformer of the inverter egg

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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. 9 shows a fourth exemplary embodiment. In this case, the voltage is conducted via the transformer G and the rectifier H for the battery charge when AC voltage is fed in. With DC voltage supply, AC voltage is fed to the transformer G via a 55 filter D and the inverter E. For the compressor motor K, the voltage is fed via the transformer Gj and the rectifier Hj to the inverter J when AC voltage is fed in. In the case of direct voltage feed, an alternating voltage is fed to the inverter Gf via the filter Dx and 6o. The compressor motor receives voltage via the rectifier Hj and the three-phase inverter J.

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9 Blätter Zeichnungen 9 sheets of drawings

Claims

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1. Four-system power supply device with frequency-independent and frequency-dependent user consumers of a passenger car with a four-voltage selector device, with at least one mains rectifier and at least one transformer, which serves as an inverter transformer when DC voltage is fed in and is provided with winding taps, which are used to provide the different operating voltages for the user consumers , characterized in that two transformers (G, F; ml, m2) are provided, the frequency-independent consumers being connected to one of the transformers (G) and the frequency-dependent consumers being connected to the other transformer (F) such that the transformers (G, F ; ml, m2) with direct current feed, at least one inverter (E, n2), the frequency of which can be regulated, and that a rectifier (C, nl) is connected upstream of the inverter (E, n2) at least with alternating voltage feed.

2. Four-system power supply device according to claim 1, characterized in that only one AC inverter (E, n2) is provided, via which all utility consumers are supplied with energy when DC voltage is fed in, and that the frequency-independent user consumers (3.1) are supplied with AC voltage the transformer (E, n2) serving this are directly fed bypassing the AC inverter (E, n2).

2nd

PATENT CLAIMS

3. Four-system power supply device according to claim 2, characterized in that the transformer (G, n2) serving the frequency-independent user consumer has an inverter winding and a primary winding on the input side.

4. Four-system power supply device according to claim 2, characterized in that a switch (c2) is arranged between the rectifier (nl) and the inverter winding serving for the frequency-dependent user consumer, whereby the frequency-dependent consumer on or. can be switched off.

5. Four-system power supply device according to claim 1, characterized in that two transformers (G, Gl) each have an AC inverter (E, El) upstream, the AC inverter (E), which serves for the frequency-independent user, only is connected to the electrical network when DC voltage is fed in.

6. Four-system power supply device according to claim 5, characterized in that the inverter used for the frequency-dependent utility consumers is used as an electronic commutator (El).

7. Four-system power supply device according to claim 1, characterized in that two transformers (G, Gl) each have an AC inverter (E, El) upstream, both AC inverters (E, El) only with direct voltage feed with the electrical network are connected that a further rectifier (Hl) and a three-phase inverter (7) are arranged between the frequency-dependent consumers (K) and the transformer (G1) assigned to them and that at least the frequency of the three-phase inverter (7) can be regulated.

For passenger coaches that are supposed to run in railway networks in different countries, it is often required that the utility consumers of the cars are supplied with energy from the overhead lines, which have different electrical voltages in the different countries. Consider DC voltages of 1500 and 3000 volts as well

AC voltages of 15,000 volts at 16 2/3 Hz and 25,000 volts at 50 Hz.

In this case, the users of the wagons of a passenger train receive the energy from a collecting line passing through the train, which is connected to the overhead lines via the locomotive 's pantograph, with alternating voltage via a transformer, so that the alternating voltages on the collecting line 1000 or 1500 volts.

io The fulfillment of the above-mentioned requirement presents difficulties not only because of the diversity of the voltages available, but also because of the diversity of the possible user consumers, which are operated with different voltages, some of which are considerably lower than those at the manifold occurring voltages. It is e.g. around battery chargers, kitchen machines, water heaters, anteroom and toilet heaters as well as air conditioning systems with compressors. In particular, the drive of the Com-20 compressors is connected to power surges due to the irregular operation.

A number of proposals have already been made to solve the problem below:

Among other things, it is known from the German patent number 25-mer 1 563 947 that when a DC voltage is present on the contact line, a rotating converter with two three-phase outputs feeds different users with different voltages via rectifiers, while from a contact line with AC voltage the 30 useful consumers are supplied with energy via a transformer and other rectifiers.

Furthermore, in an essay on "The central electrical power supply for passenger coaches", printed in "Glasers Annalen" in 1966, it was suggested in Figure 10 on page 374 that 35 two static inverters, connected in parallel or in depending on the level of the DC voltages present.

Connected in series, each with a transformer rated for full current. Such a circuit of a four-system energy supply requires considerable effort and also has the disadvantage that the motors of the air conditioning system are connected to the control device required for this together with the battery.