DE1063634B - Einrichtung zur Unterdrueckung stoerender Oberwellen auf Einphasenstrom-Gleichrichterlokomotiven - Google Patents

Einrichtung zur Unterdrueckung stoerender Oberwellen auf Einphasenstrom-Gleichrichterlokomotiven

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DE1063634B
DE1063634B DES47065A DES0047065A DE1063634B DE 1063634 B DE1063634 B DE 1063634B DE S47065 A DES47065 A DE S47065A DE S0047065 A DES0047065 A DE S0047065A DE 1063634 B DE1063634 B DE 1063634B
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DE
Germany
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rectifier
rectifiers
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locomotives
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Pending
Application number
DES47065A
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English (en)
Inventor
Dipl-Ing Werner Rambold
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L9/00Electric propulsion with power supply external to the vehicle
    • B60L9/02Electric propulsion with power supply external to the vehicle using dc motors
    • B60L9/08Electric propulsion with power supply external to the vehicle using dc motors fed from ac supply lines
    • B60L9/12Electric propulsion with power supply external to the vehicle using dc motors fed from ac supply lines with static converters
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2200/00Type of vehicles
    • B60L2200/26Rail vehicles

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Description

  • Einrichtung zur Unterdrückung störender Oberwellen auf Einphasenstrom-Gleichrichterlokomotiven Bekanntlich nehmen Gleichrichterlokomotiven, bei denen der über den Fahrdraht zugeführte einphasige Wechselstrom durch Fahrzeuggleichrichter in einen Wellenstrom zur Speisung von Gleichstromfahrmotoren umgeformt wird, beträchtliche Oberwellenströme aus dem Netz auf. Hierbei ergibt sich, daß Oberwellen von der 3. Harmonischen an aufwärts erzeugt werden. Bei bestimmten Netzzuständen kann dann die Gefahr auftreten, daß im Netz für eine der Gleichrichterharmonischen Stromresonanz auftritt, wodurch Oberwellenspannungen erheblichen Betrages hervorgerufen werden können, die unter Umständen den Netzbetrieb empfindlich stören oder ihn sogar unmöglich machen können.
  • Zur Vermeidung der vorerwähnten Schwierigkeiten wurden bereits verschiedene Wege vorgeschlagen. Beispielsweise wurde der Vorschlag gemacht, zur Herabsetzung der Oberwellen die Phasenzahl auf den Fahrzeugen durch Phasenumformer zu erhöhen. Mit Rücksicht auf das hohe Gewicht sowie im Hinblick auf den erheblichen Aufwand für solche Fahrzeugausrüstungen scheiden solche Lösungen praktisch aus. Weiter ist bereits eine Anlage beschrieben worden, bei der zwei Stromrichter zusammenarbeiten, deren Transformatoren in gleicher Weise geschaltet sind. Durch verschiedene Aussteuerung der beiden Stromrichter wird hierbei eine verschiedene Phasenverschiebung der Ströme gegenüber der Spannung eingestellt, wodurch im resultierenden Netzstrom eine- mehr oder weniger weitgehende Kompensation der Oberwellen erreicht werden soll. Eine solche Anordnung bringt jedoch für Gleichrichterlokomotiven den Nachteil mit sich, daß infolge der verschiedenen Aussteuerung die auf die einzelnen Fahrmotoren entfallenden Leistungen und damit die Zugkräfte der von diesen angetriebenen Achsen erheblich voneinander abweichen, so daß ein einwandfreier Fahrbetrieb nicht möglich ist.
  • Zur Unterdrückung störender Oberwellen in Einphasenstrom-Gleichrichterlokomotiv en durch unterschiedliche Aussteuerung mehrerer zueinander parallel an die Fahrleitung angeschlossener Gleichrichter können diese Nachteile nach der Erfindung dadurch vermieden werden, daß zur Speisung jeder aus einem oder mehreren Fahrmotoren der Gleichrichterlokomotive gebildeten Einheit eine beide Halbwellen erfassende Gleichrichteranordnung vorgesehen wird, deren Gleichrichter für die beiden aufeinanderfolgenden Halbwellen mit unterschiedlichem Steuerungswinkel ausgesteuert werden, wobei die Aussteuerungsreihenfolge von Einheit zu Einheit wechselt.
  • Es folgt also für ein und denselben Fahrmotor beispielsweise auf eine voll ausgesteuerte Halbwelle eine Halbwelle mit Teilaussteuerung. Für den Fahrmotor wird dann ein Strommittelwert wirksam, wobei etwaige regelmäßigeDrehmomentschwankungen durch seine Schwungmasse aufgenommen werden. Wendet man dieses Aussteuerungsverfahren auch auf die übrigen Fahrmotoren der Lokomotive bzw. auf ihre Gleichrichter an, so entwickeln sämtliche Motoren gleiche Zugkräfte und entsprechen damit dieser bei elektrischen Triebfahrzeugen unabdingbaren Forderung. Wenn man nun bei einem zweiten Fahrmotor die - für den erstgenannten Fahrmotor beschriebene Aussteuerungsfolge zeitlich umkehrt, so-kann je nach dem Teilaussteuerungswinkel eine der charakteristischen Oberwellen, die beide Gleichrichter erzeugen, im Netzstrom unterdrückt werden. Dieses Verfahren läßt sich durch wechselweise Zusammenarbeit je zweier Fahrmotoren oder Fahrmotorgruppen auf sämtliche Fahrmotoren des Triebfahrzeuges ausdehnen.
  • Auf diese Weise ist also eine Möglichkeit geschaffen, die störenden Oberwellen weitgehend zu unterdrücken und hierbei trotzdem die notwendige, völlig gleiche Lastverteilung auf die verschiedenen Fahrmotoren zu erreichen, die sonst nicht zu erhalten wäre.
  • Im folgenden wird die Einrichtung nach der Erfindung an Hand der Zeichnung (Fig. 1 bis 5) näher erläutert, in der das Schaltschema für eine Wechselstromlokomotive wiedergegeben ist. 1 ist der Fahrdraht, 2 der Stromabnehmer. Zur Regelung der den Fahrmotoren zugeführten Spannung ist ein Transformatorsatz 3 vorgesehen, der aus dem Hochspannungsregeltransformator 3a und dem Leistungstransformator 3 b zur Speisung der Stromrichtergruppen 4 und 5 besteht. 6 und 7 sind die beiden Fahrmotorengruppen, 8 und 9 Glättungsdrosselspulen. Es ist auch möglich, jeden Fahrmotor entweder durch je eine Gleichrichtergruppe in Mittelpunktschaltung zu speisen oder die Graetzschaltung anzuwenden. Zur Unterdrückung z. B. der 3. Harmonischen werden hierbei die Gleichrichter 4 b und 5 a mit einem Aussteuerungswinkel a = 60° betrieben. Dadurch kommt die gewünschte Oberwellenlöschung zustande, wobei jedoch auch noch erreicht wird, daß die an den einzelnen Achsen der Lokomotive auftretenden Zugkräfte gleich groß sind. Soweit von Halbwelle zu Halbwelle noch Zugkraftschwankungen eintreten und diese durch die Glättungsdrosselspulen 8 und 9 nicht vollständig ausgeglichen werden, ergibt sich durch die umlaufenden Massen der Fahrmotoren und der Antriebe ein hinreichender Zugkraftausgleich.
  • Zur näheren Erläuterung der Wirkungsweise der Einrichtung nach der Erfindung sind in den Fig. 2 a bis 2c Diagramme wiedergegeben, die sich auf die Schaltung nach Fig. 1 beziehen. In Fig. 2 a sind übereinander die dem Fahrmotor zugeführte Spannung bzw. der Fahrmotorstrom sowie die 1Vetzspannung und der Netzstrom für die aus den Fahrmotoren 6 bestehende Fahrmotorengruppe und in Fig. 2b die entsprechenden Spannungen bzw. Ströme für die aus den Fahrmotoren 7 bestehende Fahrmotorengruppe dargestellt. In den Diagrammen bedeuten EM 1 und EM 2 die den beiden Fahrmotorengruppen zugeführten Spannungswellen und JM1 bzw. JM, die Ströme, EN die Netzspannung und JN1 bzw. JN2 die von den beiden Fahrmotorengruppen im Netz hervorgerufenen Ströme. Charakteristisch ist nun für die Schaltung nach der Erfindung, daß in den beiden Fahrmotorengruppen versetzt die mit b und c bezeichneten Spannungshalbwellen nur teilausgesteuert, die Spannungswellen a und d dagegen vollausgesteuert sind. Der Aussteuerungswinkel beträgt zur Unterdrückung der 3. Harmonischen a = 60°. Unter dem Einfluß der Teilaussteuerung der Spannungshalbwellen b und c ergeben sich unter Berücksichtigung der Wirkung der Glättungsdrosselspulen 8 bzw. 9 die verschobenen Kurven JN 1 bzw. JN 2 der Netzstromkomponenten. Durch Überlagerung der beiden Netzstromkomponenten JN 1 und JN2 ergibt sich schließlich gemäß Fig.2c der resultierende Netzstrom JN. Man erkennt, daß sich infolge der verschieden ausgesteuerten Stromzweige eine Stromform ergibt, bei der die 3. Harmonische unterdrückt ist.
  • Die erforderliche Teilaussteuerung bei einem Teil der Stromrichter läßt sich bei Stromrichtern mit Gittersteuerung oder Zündstiftsteuerung ohne besonderen Aufwand erreichen. Ist jedoch das Triebfahrzeug mit Trockengleichrichtern versehen, so sind zusätzliche Einrichtungen erforderlich, die aus mechanischen Schaltmitteln, jedoch auch aus Gasentladungsgefäßen oder Schaltdrosselspulen oder Kombinationen solcher Geräte bestehen können. Unter Umständen kann es auch vorteilhaft sein, nur die mit Vollaussteuerung arbeitenden Stromrichterzweige mit Trockengleichrichtern auszurüsten, dagegen die teilausgesteuerten Stromrichterzweige mit steuerbaren Quecksilberdampfgefäßen oder sonstigen steuerbaren Gleichrichtern auszurüsten. In den Fig.3, 4 und 5 sind entsprechende Ausführungsbeispiele dargestellt. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 werden die Fahrmotoren 6 bzw. 7 je durch eine Gruppe von in Graetzschaltung angeordneten Gleichrichtern 61 bis 64 bzw. 71 bis 74 gespeist. In den gemeinsamen Zuleitungen zu den Gleichrichtern 64 bzw. 71 sind Impulsschalter 21 und 20 angeordnet, die eine verschiedene Teilaussteuerung der den Fahrmotoren über die Gleichrichter 64 bzw. 71 zugeführten Ströme ermöglichen. Die an sich bekannten Impulsschalter können hierbei mit oder ohne Schaltdrosselspule ausgeführt sein. Wie in Fig.4 angedeutet ist, können auch die Impulsschalter 20 und 21 durch entsprechend geschaltete, gittergesteuerte Entladungsgefäße 30 und 31 ersetzt werden.
  • In Fig. 5 ist eine Anordnung dargestellt, bei der die Teilaussteuerung mit Hilfe von Schaltdrosselspulen 40 vorgenommen wird, deren Sättigung durch entsprechende Steuerstromkreise beeinflußt wird.
  • Die Einrichtungen nach der Erfindung zur Unterdrückung störender Oberwellen können mit Vorteil so ausgeführt werden, daß die Teilaussteuerung für bestimmte, der zu unterdrückenden Oberwelle angepaßte Aussteuerungswinkel durch den Fahrzeugführer willkürlich vorgenommen wird, wobei es erforderlich ist, für das Bedienungspersonal des Triebfahrzeuges entsprechende Meßgeräte oder Meldeeinrichtungen vorzusehen. Im Bedarfsfalle ist es aber auch möglich, selbsttätig wirkende Einrichtungen anzuwenden, durch die ohne Zutun des Fahrzeugführers, abhängig von dem jeweiligen Netzzustand, der Teilaussteuerungsw inkel eines Teiles der speisenden Gleichrichter geändert wird.

Claims (5)

  1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Einrichtung zur Unterdrückung störender Oberwellen in Einphasenstrom-Gleichrichterlokomotiven durch unterschiedliche Aussteuerung mehrerer zueinander parallel an die Fahrleitung angeschlossener Gleichrichter, dadurch gekennzeichnet, daß zur Speisung jeder aus einem oder mehreren Fahrmotoren der Gleichrichterlokomotive gebildeten Einheit eine beide Halbwellen erfassende Gleichrichteranordnung vorgesehen ist, deren Gleichrichter für die beiden aufeinanderfolgenden Halbwellen mit unterschiedlichem Steuerungswinkel ausgesteuert werden, und daß die Aussteuerungsreihenfolge von Einheit zu Einheit wechselt.
  2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in jeder Gleichrichteranordnung nur die der einen Halbwelle zugeordneten Gleichrichter teilweise, die der anderen Halbwelle zugeordneten Gleichrichter aber voll ausgesteuert werden.
  3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mit Vollaussteuerung arbeitenden Gleichrichterzweige mit Trockengleichrichtern, dagegen die teilausgesteuerten Gleichrichterzweige mit steuerbaren Gleichrichtern (gittergesteuerten Quecksilberdampfgleichrichtern oder zündstiftgesteuerten Entladungsgefäßen) ausgerüstet sind.
  4. 4. Einrichtung nach Anspruch 1 oder den folgenden für elektrische Triebfahrzeuge mit Trokkengleichrichtern, dadurch gekennzeichnet, daß einem Teil der Gleichrichter verschiedene Aussteuerungen ermöglichende Schalteinrichtungen, wie Impulsschalter, gesteuerte Entladungsgefäße oder gesteuerte Schaltdrosselspulen, vorgeschaltet sind.
  5. 5. Einrichtung nach Anspruch 1 und den folgenden, dadurch gekennzeichnet, daB eine selbsttätig wirkende Steuereinrichtung vorgesehen ist, durch die ohne Zutun des Fahrzeugführers, abhängig von dem jeweiligen Netzzustand, der Teilaussteuerungswinkel eines Teiles der Gleichrichter geändert wird. In Betracht gezogene Druckschriften: VDE-Fachberichte, 1934, S. 104, linke Spalte,. Abs. 3 ff.
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