DE1292697B - Selbstgefuehrter Umrichter zur Gleichspannungsumformung fuer elektrische Triebfahrzeuge - Google Patents
Selbstgefuehrter Umrichter zur Gleichspannungsumformung fuer elektrische TriebfahrzeugeInfo
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Description
I 292
Elektrische Triebfahrzeuge, die über einen Fahrdraht und einen Stromabnehmer mit Gleichspannung
versorgt werden, erfordern bekanntlich zur Speisung der Fahrmotoren und der Hilfseinrichtungen des
Fahrzeuges, beispielsweise von Hilfsmotoren, geeignete Umformer, durch die die aus dem Fahrdraht
zugeführte Energie der gegebenen Stromart und Spannung in Energie der für die Fahrmotoren oder
Hilfseinrichtungen zweckmäßige Stromart und Spannung umgewandelt wird.
In den meisten Fällen handelt es sich darum, die Gleichspannung des Fahrdrahtes in eine Wechselspannung
veränderbarer Frequenz umzuformen. Für diese Spannungsumformungen werden, wie bekannt,
elektronisch wirkende Einrichtungen, nämlich mit gittergesteuerten Gasentladungsventilen oder steuerbaren
Halbleiterventilen ausgestattete Stromrichter bevorzugt. Die zur Umformung von Gleichstrom in
ein- oder mehrphasigen Wechselstrom dienenden Stromrichter sind speziell als Wechselrichter bezeich- so
net. Die zur Umformung von Gleichstrom in Gleichstrom anderer Spannung entwickelten Stromrichter
sollen, ebenso wie die der Frequenzwandlung dienenden Wechselstromumformer, als Umrichter benannt
werden.
Die selbstgeführten Wechselrichter und Umrichter, die einen passiven Verbraucher, also eine Last mit
nicht eingeprägter Spannung, speisen, benötigen für die Ventilablösungen, die das Erzwingen eines Stromnulldurchganges
erfordern, bekanntlich eine Kommutierungseinrichtung. Diese besteht im wesentlichen
aus einem Energiespeicher, der in der Regel aus einer Kondensatoranordnung in Verbindung mit Drosselspulen
gebildet ist. Die periodische Aufladung dieser Anordnung erfolgt durch die Speisespannung des
Wechselrichters oder Umrichters. Bei einem Wechselrichter mit einer gleichbleibenden Gleichspannung als
Speisespannung ist dieser Aufladevorgang der Kondensatoren der Kommutierungseinrichtung und damit
mit unmittelbarem Umrichter ohne Wechselstromzwischenkreis, wobei die Ausgangsgleichspannung
des Umrichters als Ladespannung einer Speicherbatterie des Fahrzeuges dient.
Bei einem solchen bekannten Umrichter wird die genannte Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst,
daß neben dem als erster Umrichter bezeichneten, von der Fahrleitung gespeisten Umrichter zur Gleichspannungsumformung
ein zweiter Umrichter zur Gleichspannungsumformung vorgesehen ist und daß die Spannung der Speicherbatterie als Speisegleichspannung
an den Eingang des zweiten Umrichters und die Ausgangsspannung des zweiten Umrichters als
Speisegleichspannung an den Eingang des ersten Umrichters gelegt ist.
Die grundsätzliche Anordnung nach der Erfindung ist in dem Blockschaltbild F i g. 1 dargestellt. Weitere
Ausführungsbeispiele sind in den Blockschaltbildern F i g. 2 bis 4 wiedergegeben.
In Fig. 1, die sich auf eine Umrichteranordnung für ein Triebfahrzeug bezieht, ist 1 ein Umrichter zur
Gleichspannungsumformung, der die aus einem Fahrdraht 4 über einen Stromabnehmer 5 abgenommene
Fahrdraht-Gleichspannung in eine Gleichspannung niederer Spannungshöhe umformt. Die Ausgangs-Gleichspannung
dieses Umrichters, der zur Stromversorgung der Fahrmotoren und der Hilfseinrichtungen
des Triebfahrzeuges dienen kann, wird bei A abgenommen.
Die Ausgangs-Gleichspannung dieses Umrichters ist durch Verbindung des Ausganges dieses Umrichters
mit einer Speicherbatterie 3 des Triebfahrzeuges als Ladespannung dieser Batterie wirksam.
Gemäß der Erfindung ist neben diesem ersten Umrichterl
ein weiterer Umrichter 2 zur Gleichspannungsumformung vorgesehen, dessen Eingang mit
dem Ausgang des Umrichters 1 und dessen Ausgang mit dem Eingang des Umrichters 1 verbunden ist, so
daß eine Kreisschaltung der beiden Umrichter ent-
die richtige Kommutierung der sich ablösenden Ven- 40 steht. Die Umrichter sind so ausgelegt und ausgetile
in jedem Fall gewährleistet. steuert, daß die durch Pfeile angedeutete Energiefluß-
Bei elektrischen Bahnen kann die Fahrdrahtspan-
45
nung indessen stark schwanken; bei einem praktisch unvermeidlichen gelegentlichen Bügelspringen des
Stromabnehmers kann die Speisespannung des Triebfahrzeuges sogar vorübergehend ganz ausfallen. Die
Folge der Spannungsänderungen, insbesondere rascher Spannungsänderungen oder eintretender
Spannungsausfälle, ist die Gefährdung oder Unterbindung der Kommutierung der Ventile, so daß es zu
einer Durchzündung der Ventile und damit zu einem Kurzschluß der betroffenen Ventilstrecke kommen
kann.
Die Überwindung dieser Schwierigkeit ist die Aufgabe der Erfindung. Sie geht von der Tatsache aus,
daß elektrische Fahrdraht-Triebfahrzeuge durchweg mit einer als Speicherbatterie dienenden Akkumulatorenbatterie
ausgestattet sind. Hierdurch ergibt sich die Möglichkeit, diese Speicherbatterie als Energierichtung Zustandekommen kann.
Bei kurzzeitigen Änderungen der Fahrdrahtspannung solcher Art, daß die Kommutierungsemrichtung
den Betrieb des Umrichters nicht aufrechtzuerhalten vermag oder bei zeitweiligem Ausfall der Fahrdrahtspannung
infolge vorübergehendem Bügelspringen des Stromabnehmers kommt ohne Betriebsunterbrechung
der zweite Umrichter 2 zur Wirkung. Der aus der Speicherbatterie 3 gespeiste Umrichter 2
übernimmt ohne Eintritt einer Pause die Speisung des ersten Umrichters 1. Die Ablösung der Speisespannung
des ersten Umrichters 1 setzt getrennte Eingänge an diesem Umrichter voraus, was durch
zwei Leitungen angedeutet ist.
Bei einem Umrichter 1 mit nur einem Eingang ist für eine Entkopplung der Zuleitung aus dem Stromabnehmer
und aus dem zweiten Umrichter 2 Sorge zu tragen. Dies kann in der in F i g. 2 gezeigten Weise
reserve für kurzzeitige Spannungseinbrüche der 60 durch Einschaltung von zwei ungesteuerten Ventilen 6
speisenden Gleichspannung eines Wechselrichters oder Umrichters heranzuziehen.
Die Erfindung bezieht sich auf einen selbstgeführten Umrichter zur Gleichspannungsumformung für
aus einem Fahrdraht mit stark schwankender Gleichspannung gespeiste elektrische Triebfahrzeuge mit
einem Wechselrichter und einem nachgeschalteten Gleichrichter mit Wechselstromzwischenkreis oder
und 7 in die Zuleitungvom Stromabnehmer bzw. in die Ausgangsleitung des zweiten Umrichters 2 erfolgen.
Bei der Polung dieser Ventile ist die jeweils höchste Spannung an diesen Leitungen als Eingangsspannung
des Umrichters 1 wirksam und die niedere Spannung an der anderen Zuleitung abgetrennt.
Weitere Ausführungsbeispiele von Umrichteranordnungen nach der Erfindung sind in Fig. 3 und 4
dargestellt. Beide Anordnungen sehen eine Belastung durch Wechselstrom vor und weisen daher Umrichter
auf, die aus einem Wechselrichter und einem Gleichrichter mit einem Wechselstromzwischenkreis
zusammengesetzt sind.
In der Anordnung F i g. 3 ist aus dem Fahrdraht 4 über den Stromabnehmer 5 und ein in Reihe geschaltetes
Ventil 6 ein Wechselrichter 1 α gespeist, der den Wechselstromausgang A besitzt. Die Ausgangswechselspannung
dieses Wechselrichters wird über einen Gleichrichter 1 & in Gleichspannung umgeformt;
dieser ermöglicht die ständige Ladung der Speicherbatterie 3. Die Anordnung des zweiten Umrichters
2 entspricht der Schaltung nach Fig. 2.
In der Anordnung F i g. 4 sind beide Umrichter in einen Wechselrichter und einen nachgeschalteten
Gleichrichter aufgeteilt. Der erste Umrichter besteht aus dem Wechselrichter 1 α und dem Gleichrichter
1 b, der zweite aus dem Wechselrichter 2 α und dem Gleichrichter 2 b. Die Umrichter sind über das im
Eingang des ersten Wechselrichters eingeschaltete Ventil 7 in Kreisschaltung untereinander verbunden.
Außerdem hat der Ausgang des Gleichrichters 1 b und der Eingang des Wechselrichters 2 α mit der
Speicherbatterie 3 Verbindung. Hierbei ist es möglich, as
zwei Wechselspannungsausgänge A1 und A 2 verschiedener
Spannung vorzusehen, von der beispielsweise der erste zur Speisung der Fahrmotoren und
der zweite zur Speisung von Hilfseinrichtungen des Triebfahrzeuges dienen kann.
Claims (2)
1. Selbstgeführter Umrichter zur Gleichspannungsumformung aus einem Fahrdraht mit stark
schwankender Gleichspannung für gespeiste elektrische Triebfahrzeuge mit einem Wechselrichter
und einem nachgeschalteten Gleichrichter mit Wechselstromzwischenkreis oder mit unmittelbarem
Umrichter ohne Wechselstromzwischenkreis, wobei die Ausgangsgleichspannung des Umrichters als Ladespannung einer Speicherbatterie
des Fahrzeuges dient, dadurchgekennzeichnet, daß neben dem als erster Umrichter (1) bezeichneten, von der Fahrleitung gespeisten
Umrichter zur Gleichspannungsumformung ein zweiter Umrichter (2) zur Gleichspannungsumformung
vorgesehen ist und daß die Spannung der Speicherbatterie (3) als Speisegleichspannung an
den Eingang des zweiten Umrichters (2) und die Ausgangsspannung des zweiten Umrichters als
Speisegleichspannung an den Eingang des ersten Umrichters (1) gelegt ist.
2. Selbstgeführter Umrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuleitung der
Speisegleichspannung des ersten Umrichters (1) über ein in Reihenschaltung eingefügtes Ventil
(6) und die Zuleitung der Ausgangsspannung des zweiten Umrichters (2) zum gemeinsamen Eingang
des ersten Umrichters (1) über ein in Reihenschaltung eingefügtes weiteres Ventil (7) erfolgt.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
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