-
Stromversorgungseinrichtung für eine Zugbeleuchtungsanlage Die Erfindung
betrifft eine Stromversorgungseinrichtung für eine Zugbeleuchtungsanlage, bei der
die Aufladung der Batterie mittels eines geregelten Achsgenerators erfolgt, durch
Betätigung des Lichthauptschalters der Sollwert der Generatorspannung von Tagfahrt
auf Nachtfahrt umgeschaltet wird und bei der ein Selbstschalter zur Umschaltung
des Lampennetzes von Batterie- auf Generatorspannung in Ab-
hängigkeit von
der Generatorspannung vorgesehen ist.
-
Derartige Stromversorgungseinrichtungen haben den Zweck, die vom Generator
abgegebene Spannung und Leistung trotz Änderung der Zuggeschwindigkeit in zulässigen
vorgegebenen Grenzen zu halten. Ferner sollen sie die Stromabgabe dem jeweiligen
Ladezustand der Batterie und dem Lampenstromverbrauch anpassen.
-
Für diesen Zweck sind bereits verschiedene Reglertypen verwendet worden,
z. B. Kohleregler, Stufenkontaktregler, Schwingkontaktregier sowie auch magnetische
Regler. Beim Erfindungsgegenstand wird demgegenüber ein Regler verwendet, der aus
Magnetverstärkern sowie im Schaltbetrieb arbeitenden Transistoren aufgebaut ist
und wobei eine impulsbreitenmodulierte Stellgröße dem Stellglied - nämlich
der Feldwicklung des Generators - zugeführt wird. Ein derartiger Regler ist
für den Zugbetrieb besonders geeignet, da bei diesem keine beweglichen Bauelemente
verwendet werden. Außerdem ist günstig, daß für die Aussteuerung des Reglers nur
sehr geringe Steuerströme erforderlich sind.
-
Bei bekannten Stromversorgungseinrichtungen erfolgt die Umschaltung
des Lampennetzes von Batterie auf Generator und umgekehrt durch einen elektromechanischen
Selbstschalter, der die Umschaltung in Abhängigkeit vom Generatorstrom und/oder
von der Generatorspannung bewirkt. Mit dieser Umschaltung wird ein Lampenwiderstand
geschaltet, der bei Batteriebetrieb überbrückt und bei Generatorbetrieb vor dem
Lampennetz eingeschaltet ist. Bei Generatorbetrieb liegt an der Batterie eine höhere,
- die Batterie ladende Spannung an. Der Spannungsabfall am Lampenwiderstand
ist vom jeweiligen Lampenstrom abhängig und beträgt maximal etwa 3 V. Ein
entsprechender Spannungssprung für die Verbraucher tritt daher stets beim Schalten
des Lampenwiderstandes auf.
-
Bei den bekannten Stromversorgungseinrichtungen ist nachteilig, daß
die Selbstschalter kein gutes Rückfallverhältnis haben dürfen, sofern nicht ein
häufiges Schalten (Flattern) in Kauf genommen wird. Es ergibt sich dadurch ein zusätzlicher
erheblicher Spannungssprung beim Schalten des Selbstschalters, der sich störend
auf den Betrieb der nachgeschalteten Verbraucher auswirkt.
-
Weiter ist es bereits bekannt, einen Spannungsvergleich mit Hilfe
von gegeneinandergeschalteten Dioden zu Steuerzwecken durchzuführen.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorstehend dargelegten
Nachteile bekannter Stromversorgungseinrichtungen für Zugbeleuchtungsanlagen zu
vermeiden und eine Einrichtung zu schaffen, bei der der beim Schalten des Lampenwiderstandes
auftretende Spannungssprung möglichst gering ist.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zur Steuerung
des Selbstschalters Generatorspannung und Batteriespannung mittels einander ent-Clegengeschalteter
Dioden verglichen werden, daß in Reihe mit den beiden Dioden ein Widerstand und
in Reihe mit einer der Dioden ein Relais angeordnet sind und daß das Relais an das
dem Lampennetz zu-
gewandte Ende des Lampenwiderstandes angeschlossen ist.
-
Durch die erfindungsgemäße Stromversorgungseinrichtung wird ein Umschalten
der Verbraucherspannung erreicht, bei dem praktisch lediglich der Spannungssprung
auftritt, der durch das Zu- bzw. Ab-
schalten des Lampenwiderstandes bedingt
ist. Durch die Verwendung einander entgegengeschalteter Dioden, die in Reihe mit
einem Widerstand liegen, ergibt sich nämlich ein Selbstschalter mit einem Halteverhältnis
von nahezu eins. Trotzdem tritt kein Flattern des Selbstschalters auf, da in Reihe
mit einer der Dioden ein Relais liegt, das an das dem Lampennetz zugewandte Ende
des Lampenwiderstandes angeschlossen ist. Mit anderen Worten: Zur Vermeidung des
Flatterns wird der durch das Schalten des Lampenwiderstandes gegebene Spannungssprung
ausgenutzt.
-
Vorteilhafterweise wird zwischen dem Anschlußpunkt des vorstehend
erwähnten Relais und dem
Relais selbst ein Vorwiderstand eingeschaltet.
Es ist zweckmäßig, die Diode, mittels der die Generatorspannung gemessen wird, an
den Stempunkt eines vom Leistungsgleichrichter verschiedenen Gleichrichters (Stempunkt
einer zusätzlichen Gleichrichteranordnung oder Sternpunkt einer Erregergleichrichteranordnung)
anzuschließen.
-
Besonders vorteilhaft ist es, den Spannungssollwert des Reglers für
Nachtfahrt vom gleichen Anschlußpunkt abzuleiten, an dem auch das Relais angeschlossen
ist, welches die Umschaltung von Generatorbetrieb auf Batteriebetrieb bewirkt. Der
durch das Zu- bzw. Abschalten des Lampenwiderstandes bedingte Spannungssprung wirkt
dann auf die Spannungsregelung des Generators im Sinn einer Verminderuno, desselben
zurück.
-
Im folgenden soll die erfindungsgemäße Stromversorgungseinrichtung
an Hand des in den F i g. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispieles näher
erläutert werden.
-
Die in den Figuren schematisch dargestellte Zugbeleuchtungsanlage
besteht aus einem Generator 1,
dessen Erregerstromkreis von einer Gleichrichteranordnung
2 gespeist wird. Der Erregerstrom wird mittels einer im Schaltbetrieb arbeitenden
Transistoranordnung 3 gesteuert. Für die Messung des Generatorstromes ist
ein Stromwandler 4 vorgesehen, in dessen Sekundärstromkreis eine Gleichrichterbrückenanordnung
28 eingeschleift ist. Im Diagonalzweig der Gleichrichterbrückenanordnung
28 liegt eine dem Generatorstrom proportionale Spannung an, die über ein
Potentiometer 29, eine Sperrdiode 30
und eine Zenerdiode
5 einer Steuerwicklung 32 des Magnetverstärkers 6 zugeführt
wird. Die für die Regeleinrichtung benötigte Meßspannung wird mittels Meßgleichrichter
7 gewonnen. An dem Sternpunkt der Meßgleichrichter 7 ist eine Reihenschaltung,
bestehend aus einem induktiven Widerstand 27, einem Potentiometer
23, einem Widerstand 24, einem Potentiometer 8 und einem Widerstand
25, angeschlossen. Der Aberiff des Potentiometers 8 ist
C
über eine Sperrdiode 31 ebenfalls mit der Zenerdiode 5 und
der Steuerwicklung 32 des Magnetverstärkers 6 verbunden.
-
Der Leistungsgleichrichter 9 dient zur Speisung der Batterie
10 sowie der angeschlossenen Verbraucher 14. An einem Stempunkt der Leistungsgleichrichter
9
und damit auch an einem Pol der Batterie 10 ist über einen Widerstand
11 eine zweite Steuerwicklung 33
des Magnetverstärkers 6 angeschlossen,
die weiter mit dem anderen Stempunkt des Gleichrichters 9 und dem anderen
Pol der Batterie 10 verbunden ist.
-
Die Steuerleistung des Magnetverstärkers 6 wird von einem Taktgeber
12 geliefert, der ebenfalls an dem Sternpunkt des Erregergleichrichters 2 angeschlossen
ist.
-
Für die Umschaltung von Tag- auf Nachtfahrt ist ein Hauptschalter
13 vorgesehen. Der Lampenwiderstand 15 ist zwischen dem Hauptschalter
13 und den Verbrauchern 14 angeordnet. Die Schaltungsanordnung (Selbstschalter)
16 zur Steuerung der überbrückung des Lampenwiderstandes 15 besteht
aus einander entgegengeschalteten Dioden 19, 20, wobei in Reihe mit beiden
Dioden 19, 20 ein Widerstand 21 angeordnet ist, dessen eine Klemme mit dem
negativen Pol des Erregergleichrichters 9 bzw. der Batterie 10 verbunden
ist. In Reihe mit der Diode 19 liegen ein Relais 17 und ein Widerstand
26, der an das dem Lampennetz 14 zugewandte Ende des Lampenwiderstandes
15 angeschlossen ist. Position 34 bezeichnet den Anschlußpunkt. Der zweite
Pol der Diode 20 ist an den Sternpunkt des Erregergleichrichters 2 angeschlossen.
Ein Schütz 18 ist dem Relais 17 in der dargestellten Weise nachgeschaltet.
Der Kontakt des Schützes 18 überbrückt im geschlossenen Zustand den Lampenwiderstand
15.
-
Ferner ist noch eine Diode 22 vorgesehen, die einerseits an dem verbraucherseitigen
Ende 34 des Lampenwiderstandes 15 und andererseits an dem Ab-
griff
des Potentiometers 23 angeschlossen ist.
-
Die Wirkungsweise des in der F i g. 1 dargestellten Ausführungsbeispieles
der erfindungsgemäßen Stromversorgungseinrichtung für eine Zugbeleuchtungsanlage
ist folgende: Bei Tagfahrt ist der Hauptschalter 13 geöffnet. Sofern der
Zug steht, wird vom Generator 1 keine Spannunor abgegeben. über die Wicklung
33 des Magnetverstärkers 6 fließt jedoch bereits ein von der Batterie
10 gelieferter Strom il, durch den dieser aufgesteuert wird, so daß der Generator
1 schnell über den Erregergleichrichter 2, den Schalttransistor
3 bei vorliegender Generatorspannung auferregt werden kann. Fährt der Zug
an, gibt der Generator 1 eine mit zunehmender Zuggeschwindigkeit ansteigende
Spannung ab und erregt sich über 2, 3 selbst. Sobald die Generatorspannung
größer ist als die Spannung der Batterie 10, kann ein Ladestrom fließen.
Das Fließen des Ladestromes bewirkt, daß auch auf der Sekundärseite des Stromwandlers
4 ein Strom fließt, der einen entsprechenden Diagonalstrom in der Gleichrichterbrücke
28 zur Folge hat. Sobald dieser Strom einen bestimmten Wert überschreitet,
fließt über die Zenerdiode 5 ein Steuerstrom i, durch den der Generatorstrom
auf einen vorgegebenen zulässigen Wert begrenzt wird.
-
Mit zunehmender Zuggeschwindigkeit bzw. nach einer bestimmten Ladezeit
steigt die Spannung des Generators 1 weiter an. Damit fließt vom Sternpunkt
des Meßgleichrichters 7 ein größerer Strom über die Widerstandskette
27, 23, 24, 8, 25 zum Minuspol des Leistungsgleichrichters
9. Am Potentiometer 8 steigt daher die Spannung entsprechend an. Sobald
sie einen bestimmten, dem gewünschten Sollwert der Generatorspannung zugeordneten
Wert erreicht hat, wird die Konstant-Stromregelung durch eine Konstant-Spannungsregelung
abgelöst. Es fließt dann in Abhängigkeit von der Meßspannung über die Sperrdiode
31
und die Zenerdiode 5 ein Strom 1, über die Steuerwicklung
32 des Magnetverstärkers 6, der auf diesen und damit auch auf den
Transistor 3 zusteuernd wirkt. Auf diese Weise erfolgt also zuerst eine Ladung
mit konstantem Strom und bei zunehmender Generatorspannung mit konstanter Spannung.
-
Bei Nachtfahrt ist der Hauptschalter 13 eingeschaltet. Dadurch
wird - ohne daß zusätzliche, mechanisch bewegte Schaltmittel betätigt werden
- der Sollwert der Spannungsregler von der Regelung der Batterieladespannung
auf Regelung der Lampenspannung umgeschaltet. Diese Umschaltung bewirkt die Diode
22 zwischen dem verbraucherseitigen Ende 34 des Lampenwiderstandes 15 und
dem Potentiometer 23 sowie die Wahl der Spannungen. Letztere ist dabei derart
getroffen, daß bei Vorliegen des Sollwertes der Batterieladespannung am Abgriff
des Potentiometers 23 etwa die gleiche Spannung wie die Verbraucher-Sollwertspannung
herrscht. Im allgemeinen
ist jedoch die von den Meßgleichrichtern
7 abgeleitete Spannung geringer, so daß der Sollwert für die Verbraucherspannung
für die Spannungsregelung bestimmend ist. Dadurch wird erreicht, daß bei Nachtfahrt
die Verbraucher 14 auf konstante Spannung und bei Tagfahrt die Batterie
10 auf konstante Spannung geregelt werden. Die Steuerströme 1, für Tag-und
für Nachtfahrt sind in F i g. 2 dargestellt. Mit U
ist dabei in F i
g. 2 der jeweilige Sollwert der Spannung bezeichnet. Dieser ist bei Nachtfahrt
geringer als bei Tagfahrt, wobei jedoch die vom Generator abgegebene Spannung bei
Nachtfahrt um den Spannungsabfall am Lampenwiderstand 15 erhöht ist.
-
Der Lampenwiderstand 15 wird - wie nachstehend beschrieben
- vom Selbstschalter 16 überbrückt bzw. zugeschaltet.
-
Bei stillstehendem Zug liegt an den Klemmen des Generators
1 keine Spannung an. Es kann daher über den Erregergleichrichter 2 und die
Diode 20 kein Strom fließen. Jedoch fließt dann - da der Schalter
13 bei Nachtfahrt geschlossen ist - über den Widerstand
26, das Relais 17, die Diode 19 und den Widerstand 21 ein Strom.
Dieser Strom bewirkt das Schließen des Kontaktes von 17, das Ansprechen des
Schützes 18 und das Schließen des Kontaktes von 18,
womit der Lampenwiderstand
15 überbrückt ist.
-
Die Verbraucher 14 sind dann direkt an die Batterie 10 angeschlossen.
Fährt nun der Zug an, wird - wie vorstehend bereits beschrieben
- der Generator 1 erregt, und seine Spannung steigt an. Sobald die
vom Leistungsgleichrichter 9 abgegebene Spannung größer wird als die Batteriespannung,
erfolgt bereits eine geringe Aufladung der Batterie 10
und auch Leistungsübernahme
für die Verbraucher 14 durch den Generator 1. Erreicht die Generatorspannung
einen bestimmten vorgegebenen Wert, wird der Spannungsabfall zwischen dem Sternpunkt
des Erregergleichrichters 2 und dem negativen Sternpunkt des Leistungsgleichrichters
9 so groß, daß über den Gleichrichter 20 und den Widerstand 21 ein Strom
fließt. Dadurch kann kein Strom mehr über das Relais 17 und die Diode
19 fließen. Das Relais 17
öffnet seinen Kontakt, womit ebenfalls ein
öffnen des Kontaktes des Schützes 18 sowie ein Einschalten des Lampenwiderstandes
15 erfolgt. Durch dieses öffnen sinkt die Spannung am verbraucherseitigen
Ende des Lampenwiderstandes weiter ab. Damit wird einerseits trotz eines guten Halteverhältnisses
der Umschalteinrichtung 16 ein Flattern derselben vermieden sowie andererseits
eine zusätzliche Erhöhung des Erregerstromes des Generators 1 und damit der
Generatorspannung erzwungen. Letzteres ergibt sich dadurch, daß die Spannungsregelung
für Nachtfahrt ebenfalls an dem verbraucherseitigen Ende des Lampenwiderstandes
angeschlossen ist.
-
Durch die vorstehend beschriebene Anordnung der Dioden 19,
20 und des Widerstandes 21 ist mit einfachen Mitteln eine leistungsstarke Spannungsvergleichsschaltung
geschaffen worden, die in Verbindung mit dem Relais 17 zu einer Schattanordnung
16
mit gutem Halteverhältnis führt. Das Halteverhältnis wird dabei durch den
vor dem Relais 17 angeordneten Widerstand 26 weiter verbessert. Ein
besonderer Vorteil ist, daß die Schaltanordnung 16 keine zusätzliche Belastung
der Batterie bei geöffnetem Hauptschalter 13 bedingt.