DE1438978C3

DE1438978C3 - Power supply device for the auxiliaries of a rail locomotive driven by an internal combustion engine

Info

Publication number: DE1438978C3
Application number: DE1438978A
Authority: DE
Inventors: Wolfram 6800 Mannheim Matthaei; Herbert Dipl.-Ing. 8000 Muenchen Schuldes
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Germany
Current assignee: BBC Brown Boveri AG Germany
Priority date: 1965-09-21
Filing date: 1965-09-21
Publication date: 1974-04-04
Also published as: DE1438978B2; DE1438978A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Stromversorgungseinrichtung für die Hilfsbetriebe eines von einem Verbrennungsmotor angetriebenen Schienentriebfahrzeuges mit einem vom Fahrzeugantriebsmotor angetriebenen Wechselstromgenerator, einem Gleichrichter und gegebenenfalls einem der Erzeugung eines Wechselstroms konstanter Spannung und konstanter Frequenz dienenden Umrichter. Eine solche Einrichtung ist bekannt (österreichische Patentschrift 240 480 bzw. die am 15. 10. 1964 ausgelegten Unterlagen der zugehörigen österreichischen Patentanmeldung A 2466/64). Der mit veränderlicher Drehzahl angetriebene Wechselstromgenerator mit nachgeschalteten elektrischen Ventilgruppen ist· dabei mit einem Wechselstrom konstanter Frequenz erregt und die vom Generator erzeugte, mit der konstanten Frequenz modulierte Spannung hat eine wesentlich höhere veränderliche Frequenz. Sie wird in zwei ungesteuerten elektrischen Ventilgruppen gleichgerichtet und Teile der dabei entstehenden Halbwellenspannungen werden in einer weiteren nachgeschalteten gesteuerten Ventilgruppe zu einer Wechselspannung der konstanten Frequenz zusammengefügt. Diese Anordnung ist zwar günstig in bezug auf die Dimensionierung der Ventile der Ventilgruppen, bedingt jedoch einen zusätzlichen Aufwand für einen Wechselstromerregergenerator sowie die Steuereinrichtung zu diesem, so daß der Gesamtaufwand relativ hoch ist und nur bei hohen Preisen für die Ventile der Ventilgruppen gerechtfertigt ist.The invention relates to a power supply device for the auxiliaries of one of an internal combustion engine driven rail locomotive with a vehicle drive motor driven alternator, a rectifier and optionally one of the generation an alternating current of constant voltage and constant frequency serving inverter. One Such a device is known (Austrian patent specification 240 480 or that laid out on October 15, 1964 Documents of the associated Austrian patent application A 2466/64). The one with changeable Speed driven alternator with downstream electrical valve groups is excited with an alternating current of constant frequency and that generated by the generator with the constant Frequency modulated voltage has a much higher variable frequency. She will be in two uncontrolled electrical valve groups rectified and parts of the resulting Half-wave voltages become one in a further downstream controlled valve group AC voltage of constant frequency combined. This arrangement is cheap in relation on the dimensioning of the valves of the valve groups, however, requires additional effort for an alternating current exciter generator and the control device for this, so that the total expense is relatively high and is justified only in the case of high prices for the valves of the valve groups.

Es ist auch eine Energieversorgungseinrichtung von Hüfsbetrieben, insbesondere von Klimaanlagen in Bahnfahrzeugen bekannt, bei denen sowohl ein Dieselgenerator als auch ein von der Achse aus angctriebener Generator vorgesehen ist (Glasers Annalen, 1958, S. 3437). Mit Rücksicht auf die Schwierigkeiten, den Achsgenerator im Drehgestell unterzubringen, ist jedoch die Leistung des Achsgenerators nach oben so weit begrenzt, daß dieser für eine Speisung der Heizung nicht herangezogen werden kann.It is also an energy supply device for auxiliary companies, in particular for air conditioning systems known in rail vehicles in which both a diesel generator and one driven from the axle Generator is provided (Glasers Annalen, 1958, p. 3437). In consideration of the difficulties To accommodate the axle generator in the bogie, however, the output of the axle generator is upwards very limited that this can not be used to feed the heating.

Es ist ferner bekannt, den Antriebsmotor von Lokomotiven mit einem der Stromversorgung des angekuppelten Zuges dienenden Generator zu kuppeln (Glasers Annalen, 1958, S. 342). Von diesem Generator kann z. B. die Heizungseinrichtung, die Klimaanlage, die Beleuchtungsanlage, eine Batterieladungscinrichtung usw. gespeist sein. In diesem Falle steht aber für den Fahrantrieb bei Belastung des Generators nicht mehr die volle Motorleistung zur Verfügung. Die Leistungsminderung für den Fahrantrieb kann z. B. im Winter bei großem Energiebedarf für die elektrische Heizung etwa 500 PS betragen.It is also known, the drive motor of locomotives with one of the power supply of the coupled To couple the generator serving (Glasers Annalen, 1958, p. 342). From this generator can e.g. B. the heating device, the air conditioning system, the lighting system, a battery charging device etc. be fed. In this case, however, stands for the drive when the generator is loaded the full engine power is no longer available. The power reduction for the drive can e.g. B. in winter when there is a large energy requirement for the electric heater, it can be around 500 hp.

Es sind auch bereits Einrichtungen zur Stromversorgung von Zügen bekannt, bei der der Stromerzeuger durch einen besonderen Verbrennungsmotor, ,z. B. einen Dieselmotor, angetrieben wird (Glasers Annalen, 1958, S. 342). Um ein solches Motorgenerator-Aggregat wirtschaftlich zu betreiben, ist es auch bereits bekannt, die Drehzahl des Dieselmotors und damit die Leistungsabgabe des Generators an den jeweiligen elektrischen Leistungsbedarf des Zuges anzupassen. Der Leistungsbedarf kann in bestimmten Betriebsfällen, wenn z. B. nur die Zugbeleuchtung eingeschaltet ist, verglichen mit der Nennleistung des Aggregats extrem klein sein, was einen unwirtschaftlichen Betrieb ergibt und ungünstig für die Lebensdauer des Dieselmotors ist.There are also already known devices for the power supply of trains in which the power generator by a special internal combustion engine, e.g. B. a diesel engine is driven (Glasers Annalen, 1958, p. 342). In order to operate such a motor generator unit economically, it is also already known, the speed of the diesel engine and thus the power output of the generator adapt to the respective electrical power requirements of the train. The power requirement can be in certain Operating cases if z. B. only the train lighting is switched on, compared to the nominal power of the unit can be extremely small, which results in uneconomical operation and is unfavorable for is the life of the diesel engine.

Es ist auch bereits bekannt, den Verbrennungsmotor der Stromerzeugungsanlage bei abgeschaltetem Generator über ein besonderes Getriebe mit den Treibachsen des Triebfahrzeuges zu kuppeln und zur Abgabe von Traktionsleistung heranzuziehen, was beispielsweise im Güterzugdienst der Lokomotive, bei dem keine Heizleistung benötigt wird, vorteilhaft sein kann.It is also already known that the internal combustion engine of the power generation system is switched off To couple the generator to the driving axles of the traction vehicle via a special gearbox and to To use the delivery of traction power, which is, for example, in the freight train service of the locomotive, in which no heating power is required, can be advantageous.

Es ist auch eine Stromversorgungseinrichtung für ein Luftfahrzeug bekannt, bei der mit jeder der vier Antriebsmaschinen, die unterschiedliche Drehzahlen haben können, ein Drehstromgenerator über ein Getriebe angekuppelt ist (USA.-Patentschrift 2 892 098). Jeder der Generatoren arbeitet auf eine getrennte Sammelschiene. Die Sammelschienen sind nicht miteinander verbunden. Jede dieser Sammelschienen ist über jeweils einen Gleichrichter mit jeweils einer weiteren Sammelschiene verbunden, die miteinander kuppelbar sind, so daß die vier Drehstromgeneratoren gleichstromseitig parallel schaltbar sind. An jede der Gleichstromsammeischienen ist jeweils mindestens ein getrennter Wechselrichter angeschlossen, über den weitere Verbraucher mit einer Wechselspannung konstanter Frequenz versorgt werden. Die Leistung der vier Generatoren ist gleich groß.It is also a power supply device for an aircraft is known in which each of the four Drive machines, which can have different speeds, a three-phase generator via a Transmission is coupled (U.S. Patent 2,892,098). Each of the generators works on one separate busbar. The busbars are not connected to each other. Any of these busbars is connected via a rectifier each to a further busbar, which are coupled to one another so that the four three-phase generators can be connected in parallel on the DC side are. At least one separate inverter is connected to each of the DC busbars, Via the other consumers are supplied with an alternating voltage of constant frequency. The output of the four generators is the same.

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Es ist weiterhin ein Schiffsantrieb bekannt, bei Synchronisiereinrichtung nicht erforderlich, da jedem mit der Hauptantriebsmaschine ein Drehstrom- weils nur ein Generator zur Speisung des Bordnetzes generator über ein hydraulisches drehzahlveränder- des Zuges eingeschaltet ist, der auf einen auf beide bares Getriebe angetrieben wird (AEG-Sonderdruck Generatoren umschaltbaren Umrichter arbeitet. Da- »Neuartige Drehstrom-Schraubenzusatzantriebe und 5 bei wird jeweils die Spannung der Generatoren durch -hauptantriebe für Fischereifahrzeuge, Nr. S 571435- Regelung des Erregerstromes und/oder durch Beein-2.58). Der Drehstromgenerator hat dadurch bei ver- flussung der Gittersteuereinrichtung des Umrichters änderlicher Drehzahl der Hauptantriebsmaschine konstant gehalten.A ship propulsion system is also known, not required with a synchronizing device, since everyone with the main drive machine a three-phase current because there is only one generator to feed the on-board network generator is switched on via a hydraulic speed-changing train that operates on one on both gearbox is driven (AEG special pressure generators switchable converter works. »New three-phase auxiliary screw drives and 5 in each case the voltage of the generators is carried out -main drives for fishing vessels, No. S 571435- regulation of the excitation current and / or by influencing 2.58). As a result, the three-phase generator has the grid control device of the converter when there is a leakage variable speed of the main drive machine kept constant.

eine konstante Drehzahl. Dabei ist weiterhin eine Zu- Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Ansatzantriebsmaschine vorgesehen, die einen zweiten io Ordnung sind in den F i g. 1 bis 3 dargestellt.
Drehstromgenerator mit einer Leistung der gleichen I_n der F i g. 1 ist eine Anordnung nach der Erfin-Größenordnung direkt antreibt. Die beiden Genera- dung schematisch dargestellt. Als Antriebsmotoren toren können einzeln oder gemeinsam das Schiffsnetz sind Dieselmotoren vorgesehen. Mit dem Fahrdieselspeisen. Bei dieser Anlage ist vorgesehen, daß der motor4 ist ein Generator3, der z.B. eine Leistung zweite Antriebsmotor, der direkt mit einem Dreh- 15 von 15 kW haben kann, gekuppelt. Der zweite Genestromgenerator gekuppelt ist und mit konstanter rator 2, der z. B. eine Leistung von etwa 500 kW ha-Drehzahl läuft, auf den über eine hydraulische ben kann, wird von einem besonderen Dieselmotor 1 Kupplung mit der Hauptantriebsmaschine gekuppel- angetrieben. Die beiden Generatoren 2, 3 speisen ten Drehstromgenerator elektrisch anschaltbar ist. über einen Umschalter 5, z. B. ein Umschaltschütz, Bei dieser Anordnung liefert der mit dem zusätzli- 20 in die durchgehende Versorgungsleitung 6 der Lokochen Verbrennungsmotor gekuppelte Drehstrom- motive, die an beiden Stirnseiten mit Kupplungen in generator elektrische Energie an die mit der Haupt- Verbindung stehen. Von dort aus können die einzelantriebsmaschine gekuppelte elektrische Maschine, nen Wagen, die ebenfalls eine durchgehende Versordie in diesem Falle als Motor läuft, und liefert auf gungsleitung mit elektrischen Kupplungen an der diese Weise zusätzliche Antriebsleistung für den Pro- 25 Stirnseite aufweisen, gekuppelt werden. Das Umpellerantrieb. Bei dieser bekannten Anordnung ist je- schalten erfolgt durch Betätigung des Schalters für doch der mit der Hauptantriebsmaschine gekuppelte die Heizungsumschaltung. Der Bedienungsmann Drehstromgenerator über ein drehzahlveränderliches nimmt eine Umschaltung vor, falls der Strommes-Getriebe angekuppelt, so daß dieser stets mit kon- ser8 einen zu hohen Strom anzeigt, oder aber wenn stanter Drehzahl läuft. Demgemäß ist auch bei dieser 30 eine Meldelampe 10 oder ein akustischer Melder 11, bekannten Anordnung die Nachschaltung eines Um- die von einem Stromrelais 9 einschaltbar sind, eine richters zur Erzielung einer konstanten Spannung zu hohe Belastung des mit dem Fahrzeugdieselmotor und Frequenz nicht erforderlich. gekuppelten Generators anzeigt.a constant speed. An additional exemplary embodiment of the attachment drive machine according to the invention is also provided, which are of a second order in FIGS. 1 to 3 shown.
Three-phase generator with an output of the same I _n of FIG. Figure 1 is an ingenious direct drive arrangement. The two generations are shown schematically. Diesel engines are provided as drive motors gates individually or together in the ship's network. With the driving diesel. In this system it is provided that the motor4 is a generator3, which, for example, has a power second drive motor, which can have a direct 15 kW rotation, coupled. The second Genestromgenerator is coupled and with constant rator 2, the z. B. a power of about 500 kW ha-speed runs on which a hydraulic ben can be driven by a special diesel engine 1 clutch with the main drive engine. The two generators 2, 3 feed th three-phase generator can be connected electrically. via a switch 5, for. B. a changeover contactor. In this arrangement, the three-phase motors coupled with the additional 20 in the continuous supply line 6 of the Lokochen internal combustion engine deliver electrical energy to the main connection with couplings in the generator at both ends. From there, the single drive machine coupled electrical machine, a carriage, which also runs a continuous supply in this case as a motor, and supplies on supply line with electrical couplings on which this way additional drive power for the pro 25 end face, can be coupled. The Umpellerantrieb. In this known arrangement, the heating is switched by actuating the switch for the one coupled to the main drive machine. The operator of the three-phase generator switches over a variable-speed generator if the current gear is coupled, so that it always shows a current that is too high, or if the speed is running at a constant speed. Accordingly, with this 30 a signal lamp 10 or an acoustic alarm 11, known arrangement, the downstream switching of a switch which can be switched on by a current relay 9, a rectifier to achieve a constant voltage, too high a load on the vehicle diesel engine and frequency is not required. coupled generator.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, den Betrieb der In Fig. 2 ist eine StromversorgungseinrichtungIt is the object of the invention to facilitate the operation of the In Fig. 2 is a power supply device

Stromerzeugungsanlage wirtschaftlicher zu gestalten 35 dargestellt, bei der die Umschaltung von einem zumTo make power generation plant more economical 35 shown, in which the switch from one to the

und den zweiten Dieselmotor bei Bedarf als Booster anderen Generator selbsttätig erfolgt. Die Umschal-and the second diesel engine takes place automatically as a booster to another generator. The toggle

für die Traktion heranziehen zu können. tung erfolgt durch einen von einem Stromwandler 7to be able to use for traction. device is carried out by one of a current transformer 7

Die Lösung der gestellten Aufgabe besteht bei der gespeisten Stromwächter 9, der auf das Umschalteingangs erwähnten Einrichtung gemäß der Erfin- schütz 5 einwirkt. Der Stromwächter muß eine genüdung darin, daß ein zweiter Verbrennungsmotor klei- 40 gend große Schalthysterese aufweisen, um Pendelunnerer Leistung vorgesehen ist, der einen zweiten gen der Umschalteinrichtung zwischen den beiden Wechselstromgenerator mit wesentlich größerer elek- Generatoren zu vermeiden.The solution to the given task consists in the fed current monitor 9, which is on the switching input mentioned device according to the Erfin contactor 5 acts. The current monitor must be enough in the fact that a second internal combustion engine has a slightly large switching hysteresis to prevent pendulum swings Power is provided, the second gene of the switching device between the two Avoid alternators with much larger elec- tric generators.

trischer Leistung als der erstgenannte antreibt, daß In der F i g. 3 ist eine Stromversorgungseinrichtung zwischen dem vom Fahrzeugantriebsmotor angetrie- dargestellt, bei der sowohl der vom Fahrzeug-Dieselbenen Wechselstromgenerator und dem Gleichrichter 45 motor angetriebene Generator 3 als auch der zweite bzw. dem zu einer Umrichtereinheit zusammengefaß- Generator 2 als Drehstromgenerator ausgebildet ist. ten Gleichrichter und Wechselrichter ein Umschalter Für jeden der beiden Generatoren ist ein getrennter vorgesehen ist, durch den wahlweise entweder der Regler 21, 31 vorgesehen, der jeweils auf die Er-Wechselstromgenerator des Fahrzeugantriebsmotors regerwicklung des zugehörigen Generators wirkt und oder der zweite Wechselstromgenerator des zweiten 50 dessen Spannung konstant hält. Die Frequenz der erVerbrennungsmotors an den Gleichrichter bzw. die zeugten Spannungen beider Generatoren schwankt Umrichtereinheit anschaltbar ist und daß Mittel zur mit der Drehzahl. Eine Synchronisierungseinrichtung mechanischen Kupplung des zweiten Verbrennungs- ist nicht vorgesehen, sondern jeweils getrennte gegenmotors mit den Treibachsen des Triebfahrzeuges einander verriegelte Schütze 51, 52, über die jeder vorgesehen sind. 55 der Generatoren auf einen Umrichter 13 einspeisentric performance than the first-mentioned drives that in the F i g. 3 is a power supply device between the one driven by the vehicle drive motor, in the case of both that of the vehicle-same plane AC generator and the rectifier 45 motor-driven generator 3 as well as the second or the generator 2 combined to form a converter unit is designed as a three-phase generator. th rectifier and inverter one changeover switch for each of the two generators is a separate one is provided, through which either the controller 21, 31 is provided, each of which on the Er alternator of the vehicle drive motor active winding of the associated generator acts and or the second alternator of the second 50 keeps its voltage constant. The frequency of the internal combustion engine to the rectifier or the generated voltages of both generators fluctuates converter unit can be connected and that means for the speed. A synchronization device mechanical clutch of the second combustion is not provided, but each separate counter motor with the drive axles of the traction vehicle interlocked contactors 51, 52, via which each are provided. Feed 55 of the generators to a converter 13

Je nach Leistungsbedarf kann eine Umschaltung kann, an dessen Ausgang jeweils eine Einphasen-Depending on the power requirement, a switchover can be carried out, at the output of which a single-phase

von dem einen auf den anderen Generator von Hand wechselspannung konstanter Frequenz für das Bord-from one to the other generator by manual alternating voltage of constant frequency for the on-board

durch das Bedienungspersonal erfolgen oder auch netz des Zuges zur Verfügung steht. Bei Vorhanden-be done by the operating staff or the train network is available. If there is

durch eine selbsttätige Einrichtung, z. B. ein strom- sein eines Gleichstrombordnetzes im Zug ist an Stelleby an automatic device, e.g. B. a current be a DC electrical system in the train is in place

abhängiges Schaltgerät. 60 des Umarters eine Gleichrichteranordnung 15 vorge-dependent switching device. 60 of the converter, a rectifier arrangement 15 is provided

Bei der Einrichtung nach der Erfindung ist eine sehen.In the device according to the invention one can see.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Power supply device for the HiHsbctriebe one driven by an internal combustion engine Rail locomotive with one driven by the vehicle drive motor AC generator, a rectifier and optionally one of the generation of an alternating current constant voltage and constant frequency converter, characterized in that that a second internal combustion engine of smaller power is provided, which has a second alternator with substantially greater electrical power than the former drives that between the Vehicle drive motor (1) driven alternator (2) and the rectifier or the rectifier and inverter combined to form a converter unit (13) a changeover switch (5 or 51, 52) is provided through which either the alternating current generator (2) the vehicle drive motor (I) or the second alternator (3) of the second internal combustion engine (4) can be connected to the rectifier or the converter unit is and that means for mechanical coupling of the second internal combustion engine (4) with the driving axles of the traction vehicle are provided.

2. Power supply device according to claim 1, characterized in that when exceeded the maximum permissible electrical load of the traction vehicle drive motor coupled smaller generator by a current-dependent device an electrical switchover takes place on the larger generator.