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PATENTANSPRÜCHE
1. Schaltungsanordnung zur Speisung des Hilfsbetriebenetzes eines Fahrzeuges mit einem Umformer zwischen dem Hoch- oder Niederspannungsbordnetz bzw. der Zugsammelschiene und dem Hilfsbetriebenetz, dadurch gekennzeichnet, dass der Umformer als Einankerumformer (1) ausgebildet ist, der über eine Stromrichteranordnung aus dem Fahrzeug-Hoch- oder Niederspannungsnetz bzw. der Zugsammelschiene mit Gleich- oder Wellenstrom gespeist ist, und an dessen Ankerwicklung (la) über Schleifringe das Hilfsbetriebenetz (HB) angeschlossen ist.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Spannungsregler (9) und ein Frequenzregler (11) vorgesehen sind, denen die Ausgangsspannung des Einankerumformers (1) als Istwert (U,st; fist) zugeführt sind, welche Regler (9, 11) mit der genannten Stromrichteranordnung (3, 613, 14) in Wirkverbindung stehen.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Feldkreis des Einankerumformers (1) ein Strommessglied (10) vorgesehen ist, dessen Ausgangssignal (I,,,as) dem Spannungsregler (9) zugeführt ist und strombegrenzend wirkt.
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Gleichstromfahrzeug die Stromrichteranordnung einen Gleichstromsteller (3) aufweist, der vom Spannungsregler (9) gesteuert ist, und dass zur Steuerung der Zusatzerregung ein Wechselstromsteller (8) mit nachgeschaltetem Gleichrichter (6) vorgesehen ist, welcher Wechselstromsteller (8) vom Frequenzregler (11) gesteuert ist.
5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Wechselstromfahrzeug für den Einankerumformer (1) eine Fremderregung vogesehen ist, wobei die Feldwicklung (lb) des Einankerumformers über einen ersten Stromrichter (14), der vom Frequenzregler (11) gesteuert ist, über einen Transformator (15) am Hochspannungsnetz liegt, und dass die Ankerwicklung (la) des Einankerumformers (1) über einen zweiten, vom Spannungsregler (11) gesteuerten Stromrichter (13) und einen Transformator mit dem Hochspannungsnetz verbunden ist.
6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erste (14) und der zweite (13) Stromrichter an eine erste und eine zweite Sekundärwicklung eines Transformators (15) angeschlossen sind, dessen Primärwicklung aus dem Hochspannungsnetz gespeist ist.
7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei Mehrsystem-Fahrzeugen die den Einankerumformer (1) speisende Stromrichterschaltung einen Gleichstromsteller (3) aufweist, der bei Gleichstromspeisung unmittelbar mit der Zugsammelschiene (21), bei Wechselstromspeisung über einen 1:1 Transformator (19) mit nachgeschaltetem Gleichrichter (20) mit der Zugsammelschiene (21) verbindbar ist.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Speisung des Hilfsbetriebenetzes eines Fahrzeuges nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Elektrische Fahrzeuge erhalten in der Regel ein Hilfsbetriebenetz mit einer Anzahl Hilfsbetriebemotoren (ca. 2 ... 10 Stück je nach Anlage) verschiedener Leistungen. Solche Maschinen werden verwendet für Ventilatormotoren, für Fahrmotoren, Ölkühler, Stromrichter, Anfahr- und Bremswiderstände, Kompressoren für Druckluft, Vakuumpumpen, Ölpumpen für den Transformator und Stromrichter, Klimageräte.
Weitere Verbraucher, die vom Hilfsbetriebnetz gespeist werden können, sind Batterieladung, Beleuchtung, Heizkörper, Küchenund Bareinrichtung für Speisewagen, Hydraulikpumpen und Schmiermittelpumpen.
Je nach verwendeten Hilfsbetriebemaschinen ergibt sich ein bestimmtes Betriebsverhalten und ein entsprechender Wartungsaufwand. Einphasenseriemotoren für 162/3 Hz zeigen auf Stromrichterfahrzeugen infolge verzerrter und oberwellenhaltiger Spannungskurven eine Verschlechterung der Kommutation am Kollektor und ein erhöhter Bürstenverschleiss.
Eine Möglichkeit zur Reduktion des Wartungsaufwandes an Hilfsbetriebekollektormaschinen ist die Anwendung eines geregelten Gleichstrom-Hilfsbetriebenetzes (BLS-BT-Triebzüge).
Zwecks Reduktion des Wartungsaufwandes möchte man statt Kollektormaschinen lieber Asynchronmaschinen einsetzen. Bei 162/3 Hz Netzfrequenz liegt die Leerlaufdrehzahl solcher Motoren relativ tief (1000 U/min), wodurch diese gross und schwer werden.
Einphasenmotoren benötigen zusätzlich mindestens einen Kondensator zur Speisung der Hilfsphase. Da das Drehfeld dieses Motores ungleichförmig ist, entstehen Drehmomentpulsationen, die zu Schäden führen können.
Eine weitere Möglichkeit ist die Erzeugung eines Dreiphasensystems mittels Arnoumformers. Nachteilig ist dabei, dass die Frequenz des Dreiphasensystems gleich des speisenden Einphasennetzes ist, und damit nur für 50 Hz oder 60 Hz Bahnnetze brauchbar ist.
Alle angeschlossenen Maschinen müssen für den ganzen vorkommenden Spannungsbereich (z.B. 0,7 ... 1,2 UN) ausgelegt werden, d.h. es können keine normalen Dreiphasenmotoren (für UN + 5%) verwendet werden.
Ebenfalls realisiert wurden Motorgeneratorgruppen, die aber relativ schwer werden.
Neuerdings kommen statische Hilfsbetriebeumrichter zum Einsatz, die neben Vorteilen nachstehende Nachteile aufweisen: - Sie sind relativ schwer.
- Die Ausgangsspannung ist oberwellenhaltig, so dass dies bei den angeschlossenen Motoren berücksichtigt werden muss durch verstärkte Isolation, d.h. es können keine normalen Motoren verwendet werden.
- Geringe Überlastbarkeit, begrenzt durch die Kommutierungsfähigkeit der angewendeten Schaltung.
- Enge Lastgrenzen.
- Oft ist eine zusätzliche Belüftung der statischen Apparate erforderlich.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Hilfsbetriebekonzept zu schaffen, das von unterschiedlichen Stromsystemen gespeist werden kann und die freie Wahl der Spannung und Frequenz ermöglicht.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die in Patentanspruch 1 gekennzeichnete Erfindung.
Die vorgeschlagene Hilfsbetriebeversorgung mittels Einankerumformers ermöglicht die Speisung ab verschiedenen Stromsystemen und die freie Wahl der Dreiphasenspannung sowie deren Frequenz.
Die Spannungsverhältnisse (Kurvenform, Potential gegen Masse) ermöglichen die Anwendung von normalen Kurzschlussankermotoren (Industriemotoren), da Spannung und Frequenz geregelt werden.
Die abhängigen Ansprüche 2 bis 7 betreffen vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes.
Anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen wird die Erfindung nachstehend näher erläutert.
In der Zeichnung zeigt
Fig. 1 eine erste Schaltungsanordnung mit einem Hilfsbetriebe Einankerumformer für ein Gleichstromfahrzeug,
Fig. 2 eine zweite Schaltungsanordnung mit einem Hilfsbetriebe Einankerumformer für ein Wechselstromfahrzeug,
Fig. 3 eine dritte Schaltungsanordnung mit einem Hilfsbetriebe Einankerumformer für ein Mehrsystemfahrzeug,
Fig. 4 das Vektordiagramm eines Synchrongenerators.
Der Einankerumformer stellt die Vereinigung einer Synchronmaschine und einer Gleichstrommaschine dar, die sowohl als Wechselstrom-Gleichstrom-Umformer als auch als Gleichstrom-Wechselstrom-Umformer wirken können. Einzelheiten des Aufbaus und Wirkungsweise derartiger Umformer sind beispielsweise in dem Buch von Bödefeld u. Sequenz Elektrische Maschinen , Springer
Verlag Wien-New York, 1971, S. 638 ff., oder in Hütte IVA Elektrotechnik, Berlin 1957, S. 331-336, oder in dem Buch von W. Nürnberg Die Prüfung elektrischer Maschinen Berlin 1965, S. 245-257, ausführlich beschrieben.
Bei der vorliegenden Erfindung wird der Einankerumformer als Gleichstrom-Wechselstrom-Umformer eingesetzt. Der Umformer entspricht im Aufbau einer Gleichstrommaschine, die hier als Wellenstrommotor ausgelegt ist, an dessen Rotorwicklung über 3 Schleifringe eine Dreiphasenwechselspannung abgenommen wird. Dieses Dreiphasensystem verhält sich weitgehend wie eine normale Synchronmaschine, d.h. kann Wirk- und Blindlast abgeben und ist kurzzeitig überlastungsfähig. Ein Einankerumformer hat als Einzelmaschine einen höheren Wirkungsgrad und ein geringeres Gewicht als eine Motor-Generatorgruppe.
Beim Einankerumformer stehen die Wechselspannung U und die Gleichspannung U in einem festen Verhältnis zueinander. Für ein Dreiphasensystem gilt im Leerlauf:
U¯ =-8U = 1,633 - U¯
3
Für normale Dreiphasenwechselspannungen U ergeben sich damit nachstehende Gleichspannungen U¯: = = 220V U¯ = 359,3V
380 V 620,5 V
440 V 718,5 V
Fig. 1 zeigt das Schema eines Hilfsbetriebe-Einankerumformers mit seiner Infrastruktur für ein Gleichstromfahrzeug. Über ein LC Filter 5, das bei Chopperfahrzeugen ohnehin vorhanden ist, einen Gleichstromsteller 3 mit einer Freilaufdiode 4 wird über eine Glättungsdrossel 2 ein Einankerumformer 1 gespeist. Seine Feldwicklung lb und Ankerwicklung la sind in Serie geschaltet.
Die Dreiphasenspannung U wird als Istwert Uls, einem Spannungsregeler 9 zugeführt, der seinerseits den Gleichstromsteller 3 steuert und damit die dem Einankerumformer zugeführte Gleichspannung U beeinflusst. Als Überstromschutzwird noch ein Stromsignal Imas ab Shunt 10 dem Spannungsregler 9 zugeführt. An der Ausgangswechselspannung U wird auch die Frequenz erfasst und als Istwert einem Frequenzregler 11 zugeführt. Dieser beeinflusst dann über einen Wechselstromsteller 8, einen Transformator 7 und einen Gleichrichter 6 die Zusatzerregung auf dem Feld lb. Auf diese Weise wird die Drehzahl des Einankerumformers auf einen vorgegebenen Wert geregelt.
Diese Schaltung stimmt im wesentlichen mit der in Brown Boveri Mitteilungen Dez. 1974, S. 560-562, beschriebenen Anordnung überein. Der Spannungsregler 9 muss die Wechselspannung U proportional der Frequenz f regeln (soll =k fsol damit die gespeisten Asynchronmotoren mit konstantem Fluss betrieben werden. Ein Sollwertgeber 12 liefert die beiden Sollwerte gemäss von aussen eingegebenen Befehlen (Hochlauf nach einer Zeitfunktion, eine oder mehrere Betriebsfrequenzen für verschiedene Lüfterstufen der angeschlossenen Ventilatormotoren).
Das Betriebsverhalten des geregelten Einankerumformers stellt sich wie folgt dar: Beim Zuschalten von Wirklast ans Hilfsbetriebenetz entsteht ein Spannungsabfall im Anker la, sowie auch im Feld Ib und der Glättungsdrossel 2, so dass durch den Regler 9 über den Gleichsstromsteller 3 die Gleichspannung U angehoben wird, bis der Sollwert U wieder erreicht wird. Wird noch Blindlast auf U zugeschaltet, so entsteht eine Feldschwächung, was eine Drehzahlresp. Frequenzerhöhung zur Folge hat. Hier greift der Regler 11 ein und verstärkt die Erregung im Feld lb. Beim Lastabschalten entstehen Regelvorgänge im umgekehrten Sinne.
Fig. 2 zeigt eine Schaltung des Einankerumformers für ein Wechselstromfahrzeug, wobei gleiche Teile wie in Fig. 1 mit denselben Be zugsziffern versehen sind. Der Einankerumformer ist mit einer
Fremderregung vorgesehen. Der Spannungsregler 9 steuert hier einen Stromrichter 13 in halbgtesteuerter Einsphasenbrückenschaltung, der Frequenzregler 11 den Stromrichter 14. Die beiden Stromrichter 13 und 14 werden vom Transformator gespeist.
Der Einankerumformer kann auch mit gemischter Erregung, d.h. Serie- und Fremderregung, ausgeführt werden.
Für Mehrsystem-Fahrzeuge ist die Schaltung nach Fig. 3 vorgesehen, wo die Speisung ab Zugsammelschiene 21 vorgesehen ist, z.B.
für Reisezugwagen für den internationalen Verkehr. Bei Gleichstromspeisung (1500 V-, 3000 wird eine Umformerschaltung (analog Fig. 1) über ein Schütz 16 gespeist. Bei Speisung mit Wechselstrom (1000 V 16Y3 Hz, 1500 V 50 Hz) werden hingegen Schütze
17 und 18 eingeschaltet. Über einen l:l-Transformator 19 und einen
Gleichrichter 20 in Mittelpunktsschaltung wird nun eine gleichgerichtete Spannung gewonnen, deren Minuspol auf Erdpotential liegt. Da der Gleichstromsteller 3 nach der erforderlichen Wechselspannung U gesteuert wird, tritt am Einankerumformer und am Hilfsbetriebenetz nur Niederspannung ( < 1000 V) auf, so dass keine höhere Isolation der Maschinen und Apparate erforderlich ist.
Das höchste Potential der Wechselspannung U ¯ entspricht dem + Pol von U gegen Masse.
In den vorerwähnten Beispielen wurde der Einankerumformer rein für die elektrische Umformung angewendet. Es besteht aber noch die Möglichkeit, von dieser rotierenden Maschine auch mechanische Leistung zu beziehen, z.B. um einen Ventilator oder eine Vakuumpumpe direkt anzutreiben und damit eine Hilfsbetriebemaschine einzusparen.
Bei der Dimensionierung des Einankerumformers in einer der Schaltungen nach dem Fig. 1 bis 3 ist folgendes zu beachten:
Der Leistungsfaktor cos (p soll möglichst hoch sein, um mit einer kleinen Maschine auskommen zu können. Es kann deshalb zweckmässig sein, bei den gespeisten Asynchronmotoren eine Erhöhung des Leistungsfaktors mittels Kondensatoren vorzusehen.
Bei der Dimensionierung der Erregungseinrichtung zur Speisung des Feldes lb (Fig. 1 . . 3) muss der erforderliche Erregerstrom für Nennlast und Maximallast berücksichtigt werden, da dieser wesentlich grösser ist als der Leerlauferregerstrom 1ra (siehe Vektordiagramm der Synchronmaschine Fig. 4).
Bei der Erregungseinrichtung kann eine Minimalerregungsbegrenzung (Irm,n etwas kleiner als Iro) vorgesehen werden als Schutz gegen Durchbrennen (unzulässige hohe Drehzahl) des Umformers.
Allenfalls könnte dazu noch ein Zentrifugalschalter als Überwachung dienen.
Wird vom Einankerumformer auch noch mechanische Leistung bezogen, muss dies natürlich bei den gleichstromseitigen Daten berücksichtigt werden.
Im Hinblick auf die Rückwirkungen der Wechselstrombelastung auf das Feld des Umformers kann es zweckmässig sein, die Polschuhe mit einer Dämpferwicklung zu versehen, analog normaler Synchronmaschinen. Trotz der Stromrichtererregung wird der Erregerstrom gut geglättet sein (Diodenglättung).
Die Einankerumformer für Hilfsbetriebe könnten aus der Typenreihe der Fahrmotoren für Nahverkehrsbetriebe, z.B. aus der in Tabelle auf Seite 790 der Literaturstelle Brown Boveri Mitteilungen 1978, Heft 12, abgeleitet werden.
Beim vorgeschlagenen Einankerumformer könnte ferner eine Permanentmagneterregung als Minimalerregung vorgesehen werden, die im Betrieb durch die gesteuerte elektrische Erregung verstärkt wird. Diese Möglichkeit ergibt sich hier, da eine Umpolung der Erregung nicht notwendig ist. Der Wartungsaufwand eines solchen Einankerumformers dürfte demjenigen eines Wellenstromfahrmotors entsprechen.
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PATENT CLAIMS
1. Circuit arrangement for supplying the auxiliary operating network of a vehicle with a converter between the high or low voltage on-board electrical system or the train busbar and the auxiliary operating network, characterized in that the converter is designed as a single-arm converter (1) which is converted from the vehicle high voltage via a converter arrangement. or low-voltage network or the train busbar is fed with direct current or wave current, and the auxiliary operating network (HB) is connected to its armature winding (la) via slip rings.
2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that a voltage regulator (9) and a frequency regulator (11) are provided, to which the output voltage of the single-arm converter (1) is supplied as the actual value (U, st; fist), which regulator (9, 11) are in operative connection with said converter arrangement (3, 613, 14).
3. Circuit arrangement according to claim 2, characterized in that a current measuring element (10) is provided in the field circuit of the single-arm converter (1), the output signal (I ,,, as) of which is supplied to the voltage regulator (9) and has a current-limiting effect.
4. Circuit arrangement according to claim 2 or 3, characterized in that in a DC vehicle, the converter arrangement has a DC controller (3) which is controlled by the voltage regulator (9), and that for controlling the additional excitation, an AC controller (8) with a downstream rectifier (6 ) is provided, which AC power controller (8) is controlled by the frequency controller (11).
5. Circuit arrangement according to claim 2 or 3, characterized in that in an AC vehicle for the anchor converter (1) is provided for external excitation, the field winding (lb) of the anchor converter via a first converter (14) controlled by the frequency controller (11) is connected to the high-voltage network via a transformer (15), and that the armature winding (la) of the single-arm converter (1) is connected to the high-voltage network via a second converter (13) controlled by the voltage regulator (11) and a transformer.
6. Circuit arrangement according to claim 5, characterized in that the first (14) and the second (13) converters are connected to a first and a second secondary winding of a transformer (15), the primary winding of which is fed from the high-voltage network.
7. Circuit arrangement according to claim 2 or 3, characterized in that in multi-system vehicles, the converter circuit feeding the single-arm converter (1) has a direct current regulator (3) which, when supplied with direct current, directly with the busbar (21), with alternating current supply via a 1: 1 Transformer (19) with a downstream rectifier (20) can be connected to the train busbar (21).
The invention relates to a circuit arrangement for supplying the auxiliary operating network of a vehicle according to the preamble of claim 1.
Electric vehicles generally receive an auxiliary operation network with a number of auxiliary operation motors (approx. 2 ... 10 units depending on the system) of various services. Such machines are used for fan motors, for traction motors, oil coolers, converters, starting and braking resistors, compressors for compressed air, vacuum pumps, oil pumps for the transformer and converters, air conditioners.
Other consumers that can be fed from the auxiliary supply network are battery charging, lighting, radiators, kitchen and bar equipment for dining cars, hydraulic pumps and lubricant pumps.
Depending on the auxiliary operating machine used, there is a certain operating behavior and a corresponding maintenance effort. Single-phase series motors for 162/3 Hz on converter vehicles show a deterioration in commutation at the collector and increased brush wear due to distorted voltage curves containing harmonics.
One way to reduce the maintenance work on auxiliary collector machines is to use a regulated direct current auxiliary network (BLS-BT multiple units).
In order to reduce the maintenance effort, one would prefer to use asynchronous machines instead of collector machines. At 162/3 Hz mains frequency, the idle speed of such motors is relatively low (1000 rpm), which makes them large and heavy.
Single-phase motors additionally require at least one capacitor to feed the auxiliary phase. Since the rotating field of this motor is non-uniform, torque pulsations occur which can lead to damage.
Another possibility is the generation of a three-phase system using an arno converter. The disadvantage here is that the frequency of the three-phase system is the same as that of the feeding single-phase network and is therefore only useful for 50 Hz or 60 Hz rail networks.
All connected machines must be designed for the entire voltage range (e.g. 0.7 ... 1.2 UN), i.e. normal three-phase motors (for UN + 5%) cannot be used.
Motor generator groups were also implemented, but they are relatively difficult.
Static auxiliary power converters have recently come into use, which, in addition to advantages, have the following disadvantages: - They are relatively heavy.
- The output voltage contains harmonics, so this must be taken into account in the connected motors by means of reinforced insulation, i.e. normal motors cannot be used.
- Low overload capacity, limited by the commutation capability of the circuit used.
- Narrow load limits.
- Additional ventilation of the static equipment is often required.
The object of the invention is to provide an auxiliary operation concept which can be fed by different current systems and which allows the free choice of voltage and frequency.
This object is achieved by the invention characterized in claim 1.
The proposed auxiliary operation supply by means of a single-arm converter enables the supply from different current systems and the free choice of the three-phase voltage and its frequency.
The voltage relationships (curve shape, potential against ground) enable the use of normal short-circuit armature motors (industrial motors), since voltage and frequency are regulated.
The dependent claims 2 to 7 relate to advantageous developments of the subject matter of the invention.
The invention is explained in more detail below on the basis of exemplary embodiments illustrated in the drawing.
In the drawing shows
1 shows a first circuit arrangement with an auxiliary operation single-arm converter for a DC vehicle,
2 shows a second circuit arrangement with an auxiliary operation single-arm converter for an AC vehicle,
3 shows a third circuit arrangement with an auxiliary operation single-arm converter for a multi-system vehicle,
Fig. 4 shows the vector diagram of a synchronous generator.
The single-arm converter represents the combination of a synchronous machine and a DC machine, which can act both as an AC-DC converter and as a DC-AC converter. Details of the structure and mode of operation of such converters are described, for example, in the book by Bödefeld u. Sequence electrical machines, jumper
Verlag Wien-New York, 1971, p. 638 et seq., Or in Hütte IVA Elektrotechnik, Berlin 1957, p. 331-336, or in the book by W. Nürnberg The examination of electrical machines Berlin 1965, p. 245-257, described in detail.
In the present invention, the single-arm converter is used as a DC-AC converter. The converter corresponds to the construction of a DC machine, which is designed here as a shaft current motor, on the rotor winding of which a three-phase AC voltage is removed via 3 slip rings. This three-phase system behaves largely like a normal synchronous machine, i.e. can deliver active and reactive loads and is temporarily overloadable. As a single machine, a single-arm converter has a higher efficiency and a lower weight than a motor-generator group.
In the single-arm converter, the AC voltage U and the DC voltage U are in a fixed relationship to one another. For a three-phase system, the following applies when idling:
U¯ = -8U = 1.633 - U¯
3rd
For normal three-phase alternating voltages U, the following direct voltages U¯ result: = = 220V U¯ = 359.3V
380 V 620.5 V
440 V 718.5 V
Fig. 1 shows the diagram of an auxiliary operation single-anchor converter with its infrastructure for a DC vehicle. A single-arm converter 1 is fed via a smoothing choke 2 via an LC filter 5, which is present in chopper vehicles anyway, a direct current regulator 3 with a freewheeling diode 4. Its field winding lb and armature winding la are connected in series.
The three-phase voltage U is supplied as the actual value Uls to a voltage regulator 9, which in turn controls the direct current regulator 3 and thus influences the direct voltage U supplied to the single-arm converter. A current signal Imas from shunt 10 is fed to voltage regulator 9 as overcurrent protection. The frequency is also detected at the AC output voltage U and fed to a frequency controller 11 as the actual value. This then influences the additional excitation in the field 1b via an AC power controller 8, a transformer 7 and a rectifier 6. In this way, the speed of the single-arm converter is regulated to a predetermined value.
This circuit essentially corresponds to the arrangement described in Brown Boveri Mitteilungen Dec. 1974, pp. 560-562. The voltage regulator 9 must regulate the alternating voltage U in proportion to the frequency f (should = k fsol so that the fed asynchronous motors are operated with constant flow. A setpoint generator 12 supplies the two setpoints according to commands entered from the outside (startup according to a time function, one or more operating frequencies for different fan levels of the connected fan motors).
The operating behavior of the regulated single-arm converter is as follows: When active load is connected to the auxiliary power supply, there is a voltage drop in armature la, as well as in field Ib and smoothing choke 2, so that regulator 9 raises direct voltage U via direct current regulator 3, until the setpoint U is reached again. If reactive load is also switched to U, a field weakening occurs, which means a speed response. Frequency increase results. The controller 11 intervenes here and increases the excitation in the field 1b. Control processes occur in the reverse sense when the load is switched off.
Fig. 2 shows a circuit of the anchor converter for an AC vehicle, the same parts as in Fig. 1 are provided with the same reference numerals. The anchor converter is with one
External excitement provided. The voltage regulator 9 controls a converter 13 in a semi-controlled single-phase bridge circuit, the frequency regulator 11 controls the converter 14. The two converters 13 and 14 are fed by the transformer.
The single-arm converter can also be used with mixed excitation, i.e. Series and external excitation.
The circuit according to Fig. 3 is provided for multi-system vehicles, where the supply is provided from the train busbar 21, e.g.
for passenger coaches for international traffic. In the case of direct current supply (1500 V-, 3000), a converter circuit (analogous to FIG. 1) is fed via a contactor 16. When supplied with alternating current (1000 V 16Y3 Hz, 1500 V 50 Hz), however, contactors become
17 and 18 turned on. Via a 1: 1 transformer 19 and one
Rectifier 20 in the center circuit is now a rectified voltage is obtained, the negative pole of which is at ground potential. Since the DC chopper 3 is controlled according to the required AC voltage U, only low voltage (<1000 V) occurs on the single-arm converter and on the auxiliary power supply network, so that no higher insulation of the machines and apparatus is required.
The highest potential of the alternating voltage U ¯ corresponds to the + pole of U against ground.
In the above-mentioned examples, the single-arm converter was used purely for electrical forming. However, there is still the possibility of obtaining mechanical power from this rotating machine, e.g. to directly drive a fan or a vacuum pump and thus save an auxiliary machine.
When dimensioning the single-arm converter in one of the circuits according to FIGS. 1 to 3, the following must be observed:
The power factor cos (p should be as high as possible in order to be able to make do with a small machine. It may therefore be advisable to provide an increase in the power factor for the fed asynchronous motors by means of capacitors.
When dimensioning the excitation device for supplying the field lb (Fig. 1.. 3), the excitation current required for the nominal load and maximum load must be taken into account, since this is much larger than the no-load excitation current 1ra (see vector diagram of the synchronous machine Fig. 4).
A minimum excitation limitation (Irm, n somewhat smaller than Iro) can be provided for the excitation device as protection against burnout (impermissibly high speed) of the converter.
At most, a centrifugal switch could serve as a monitor.
If mechanical power is also obtained from the single-arm converter, this must of course be taken into account in the DC data.
In view of the repercussions of the alternating current load on the field of the converter, it may be expedient to provide the pole shoes with a damper winding, analogous to normal synchronous machines. Despite the converter excitation, the excitation current will be well smoothed (diode smoothing).
The anchor converter for auxiliary companies could be from the series of traction motors for local transport companies, e.g. from the table in Table on page 790 of Brown Boveri Mitteilungen 1978, Issue 12.
In the proposed single-arm converter, a permanent magnet excitation could also be provided as the minimum excitation, which is amplified during operation by the controlled electrical excitation. This possibility arises here, since a polarity reversal of the excitation is not necessary. The maintenance effort of such a single-arm converter should correspond to that of a wave current traction motor.