DE19526155C1

DE19526155C1 - Filter arrangement for catenary-fed electronic components of DC railways

Info

Publication number: DE19526155C1
Application number: DE1995126155
Authority: DE
Inventors: Burghard Dipl Ing Thron; Lothar Dipl Ing Friedrich
Original assignee: FAHRZEUGAUSRUESTUNG BERLIN GMB
Current assignee: FAHRZEUGAUSRUESTUNG BERLIN GMB
Priority date: 1995-07-11
Filing date: 1995-07-11
Publication date: 1997-01-30
Anticipated expiration: 2015-07-12
Also published as: WO1997003491A1

Abstract

The proposed filter system for catenary-supplied components of direct current railway vehicles has, in addition to the standard principal elements filter choke (L1), storage capacitance (C1), charging resistance (R1) and bridging member (VT1), the additional elements VD1, VD2, C2 and R2 as shown in fig. 1. In the arrangement shown in fig. 1, these elements ensure that when the catenary voltage (input voltage Ue) is connected or suddenly increased, the energy stored in L1 reaches the capacitor C2 and does not cause an excess voltage on C1. The arrangement of these additional elements in accordance with the circuit arrangement shown in fig 2 ensures that the component G is protected by the increased resistance of the filter according to the specification of resistance R2 from transient voltage drops or reversals in polarity on the catenary.

Description

Elektronische Komponenten von Schienenfahrzeugen, deren Einspeisung aus dem Fahrlei tungsnetz erfolgt, benötigen zur Begrenzung des Einschaltstromes und zur Unterdrückung transienter Spannungsänderungen der Fahrleitungsspannung ein Eingangsfilter. Diese Fil terbaugruppe besteht im wesentlichen aus der Filterkapazität mit vorgeschalteter Induk tivität und befindet sich zwischen der speisenden Quelle (Fahrleitungsspannung) und den zu betreibenden elektronischen Komponenten (z. B. Wechselrichter oder Chopper).Electronic components of rail vehicles, their feed from the Fahrlei supply network are required to limit the inrush current and suppress it Transient voltage changes in the catenary voltage an input filter. This fil The module essentially consists of the filter capacity with an upstream inductor activity and is located between the supply source (catenary voltage) and the electronic components to be operated (e.g. inverters or choppers).

Die Wirkungsweise der am Gleichspannungs-Fahrleitungsnetz arbeitenden Filteranordnun gen besteht in der Hauptsache darin, transiente Spannungen zunächst von der Filterdrossel aufnehmen zu lassen und so eine definierte Änderung der Kondensatorspannung an der Filterkapazität zu erzwingen. Insbesondere bei sprunghaftem Ansteigen der Fahrleitungs spannung wird damit der Ladestrom der Filterkapazität begrenzt und die angeschlossenen Stromrichter erhalten durch die verzögerte Aufladung dieser Kapazität eine Zeitreserve zur Nachführung interner Regelvorgänge.The operation of the filter arrangement working on the direct voltage overhead line network The main issue is to first create transient voltages from the filter choke to record and thus a defined change in the capacitor voltage at the To force filter capacity. Especially if the catenary rises suddenly voltage, the charging current of the filter capacity is limited and the connected The delayed charging of this capacity gives power converters a time reserve Tracking internal control processes.

Weitere Aufgaben eines Eingangsfilters am Gleichspannungs-Fahrleitungsnetz sind das Fernhalten der Spannungswelligkeit sowie das Abblocken bzw. die Strombegrenzung tran sienter Spannungsumpolungen.These are other tasks of an input filter on the DC overhead line network Keep the voltage ripple away as well as blocking or current limiting voltage reversals.

Zur Lösung der genannten Aufgaben bzw. zur Erzielung der gewünschten Wirkung ist eine Vielzahl von Filteranordnungen bekannt, die aus einer Zusammenschaltung von Induktivitä ten und Kapazitäten bestehen und Tiefpaßcharakter besitzen. Der entscheidende Energie speicher (Filterkapazität) liegt dabei stets am Ausgang der Filter, d. h. am Eingang der zu betreibenden elektronischen Komponenten (DE 38 26 283 A1). Nachteil dieser Anord nungen ist, daß beim Zuschalten der Fahrleitungsspannung ein relativ hoher Ladestrom auf die Filterkapazität fließt und bei geringer Dämpfung die Ladespannung des Filters stark überschwingt.To solve the tasks mentioned or to achieve the desired effect is a A variety of filter arrangements are known, which result from an interconnection of inductance ten and capacities exist and have a low pass character. The crucial energy memory (filter capacity) is always at the output of the filter, d. H. at the entrance of the to operating electronic components (DE 38 26 283 A1). Disadvantage of this arrangement is that when the catenary voltage is switched on a relatively high charging current the filter capacity flows and with low damping the charging voltage of the filter is strong overshoots.

Zur Vermeidung der genannten Nachteile verwenden andere bereits bekannte Filteranord nungen einen Dämpfungswiderstand, der zwischen die speisende Quelle und die eigent lichen Filterelemente geschaltet ist. Nach aperiodischer Aufladung der Filterkapazität wird dieser Widerstand durch ein geeignetes Schaltelement überbrückt (DE 41 35 870 C1).To avoid the disadvantages mentioned, use other already known filter arrangements damping resistance, which is between the supply source and the actual Lichen filter elements is switched. After aperiodic charging of the filter capacity this resistance is bridged by a suitable switching element (DE 41 35 870 C1).

Mit letzterer Schaltungsanordnung werden die Vorgänge beim Zuschalten der Speisespan nung zwar ausreichend beherrscht, jedoch sind Stromamplitude und Überschwingen beim Auftreten von Eingangsspannungssprüngen (wie sie z. B. durch Lastabschaltungen im Fahrleitungsnetz auftreten können) bei überbrücktem Dämpfungswiderstand weiterhin praktisch ungedämpft. Im Falle einer transienten Umpolung der Fahrleitungsspannung kann infolge der Schaltgeschwindigkeit des zur Überbrückung des Dämpfungswiderstandes ver wendeten Schalters bzw. der Niederohmigkeit des Dämpfungswiderstandes nicht ausge schlossen werden, daß an der Filterkapazität eine verpolte Spannung erscheint.With the latter circuit arrangement, the processes when switching on the power supply voltage is adequately mastered, but the current amplitude and overshoot are Occurrence of input voltage jumps (such as those caused by load shutdowns in the Catenary network can continue to occur) with bridged damping resistance practically undamped. In the event of a transient polarity reversal of the contact line voltage, due to the switching speed of the bridging of the damping resistor ver turned switch or the low impedance of the damping resistor not be concluded that a polarized voltage appears at the filter capacitance.

Um eine Begrenzung der Spannung an der Filterkapazität zu realisieren, sind Anordnungen bekannt, die aktiv, d. h. mit steuerbaren Halbleitern, arbeiten. Beispielsweise wurde eine Schaltungsanordnung vorgeschlagen, bei der in Abhängigkeit von der Höhe der Filterspan nung die in Reihe zur Filterkapazität angeordnete Induktivität durch einen steuerbaren Halbleiter überbrückt wird (DE 42 33 573 A1). Da die Überbrückung in der Rückmagnetisie rungsphase nach einem Spannungssprung erfolgt, entfällt durch Bildung eines Freilauf kreises das weitere Überschwingen der Filterspannung. Die noch in der Filterinduktivität enthaltene Energie wird in dem betreffenden Halbleiter in Wärme umgesetzt. In order to realize a limitation of the voltage at the filter capacitance, there are arrangements known to be active, d. H. with controllable semiconductors. For example, one Circuit arrangement proposed, depending on the height of the filter chip the inductance arranged in series with the filter capacitance by a controllable Semiconductor is bridged (DE 42 33 573 A1). Because the bridging in the back magnetisie phase after a voltage jump is eliminated by forming a freewheel the further overshoot of the filter voltage. The still in the filter inductance contained energy is converted into heat in the semiconductor concerned.

Nachteil dieser Anordnung ist die Notwendigkeit der Spannungserfassung am Filterkonden sator sowie die Tatsache, daß ein Durchgreifen von transienten Spannungsumpolungen im Fahrleitungsnetz auf den Filterausgang nur kurzzeitig durch die Filterinduktivität gemindert wird.The disadvantage of this arrangement is the need for voltage detection on the filter condens sator and the fact that a crackdown of transient voltage reversals in Catenary network on the filter output only temporarily reduced by the filter inductance becomes.

Object of the invention

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung anzugeben, die die genannten Nachteile der bereits bekannten Anordnungen vermeidet und absichert, daß elektronische Komponenten auch unter den von Gleichspannungs-Fahrleitungsnetzen bekannten Span nungsbedingungen - speziell Transienten - optimal eingespeist werden.The object of the invention is to provide a circuit arrangement which the mentioned Disadvantages of the already known arrangements avoided and ensured that electronic Components also under the span known from DC overhead line networks conditions - especially transients - can be optimally fed.

Advantages of the invention

Vorteil der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist es, daß bei ihrer Anwendung ein Überschwingen der Filterspannung weitgehend vermieden wird und zu diesem Zweck keine steuerbaren Halbleiter verwendet werden.The advantage of the circuit arrangement according to the invention is that when it is used Overshoot of the filter voltage is largely avoided and none for this purpose controllable semiconductors are used.

Ein weiterer Vorteil der vorgeschlagenen Anordnung ist ihre stark dämpfende Wirkung gegenüber kurzzeitigen Fahrleitungsspannungsabsenkungen sowie transienten Umpolun gen.Another advantage of the proposed arrangement is its strong damping effect compared to brief catenary voltage drops and transient polarity reversal gene.

Die erfindungsgemäße Lösung der gestellten Aufgabe wird anhand der Ausführungsbei spiele, die in den Fig. 1 und 2 dargestellt sind, erläutert.The achievement of the object is explained based on the Ausführungsbei games, which are shown in FIGS. 1 and 2, explained.

Description of the invention

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung entsprechend Fig. 1 enthält neben den bereits bekannten Filterelementen L1 und C1 den ebenfalls bekannten Dämpfungswider stand R1 mit Überbrückungsthyristor VT1. Die Fahrleitungsspannung wird als Eingangs gleichspannung Ue an die Klemmen + und - gelegt; am Filterkondensator C1 ist die elek tronische Komponente G angeschlossen.The circuit arrangement according to FIG. 1 contains, in addition to the already known filter elements L1 and C1, the also known damping resistor R1 with bridging thyristor VT1. The catenary voltage is applied as input DC voltage Ue to terminals + and -; the electronic component G is connected to the filter capacitor C1.

Diese an sich bekannte Anordnung wird erfindungsgemäß durch die Elemente VD1, C2 und R2 erweitert. Ihre vorteilhafte Wirkung besteht darin, daß die bei einer sprunghaften Erhö hung der Spannung Ue in der Drossel L1 gespeicherte Energie in der Hauptsache nicht auf den Filterkondensator C1 gelangt. Der Energieabbau in L1 erfolgt nach Wechsel der Span nungsrichtung an L1 durch einen Stromfluß über VD1 auf C2. Die Bemessung von C2 erfolgt so, daß die Aufnahme der in L1 vorhandenen Energie mit einem nur geringen Span nungsanstieg in C2 verbunden ist. Im Anschluß an die Energieübernahme von L1 wird die nun auf C2 in Form der Kondensatorspannung vorhandene Energie durch R2 abgebaut.This arrangement, which is known per se, is implemented according to the invention by the elements VD1, C2 and R2 expanded. Your advantageous effect is that the in a sudden increase The voltage Ue stored in the choke L1 does not mainly depend on the energy reaches the filter capacitor C1. The energy reduction in L1 takes place after changing the span Direction of voltage at L1 through a current flow via VD1 to C2. The dimensioning of C2 takes place in such a way that the energy present in L1 is absorbed with only a small span increase in C2 is connected. Following the energy transfer from L1, the existing energy is now reduced to C2 in the form of the capacitor voltage by R2.

Die Erweiterung der erfindungsgemäßen Anordnung entsprechend Fig. 2 berücksichtigt besonders das Auftreten von Umpolungen der Fahrleitungsspannung. Während das Verhalten der Anordnung in Bezug auf die Vermeidung eines starken Überschwingens der Filterspannung dem bereits anhand Fig. 1 erläuterten entspricht, entsteht durch die Be messung des Widerstandes R2 ein relativ hoher Eingangswiderstand der Filteranordnung gegenüber Absenkungen und Umpolungen von Ue.The expansion of the arrangement according to the invention in accordance with FIG. 2 takes into account in particular the occurrence of polarity reversal of the contact line voltage. While the behavior of the arrangement in relation to avoiding a strong overshoot of the filter voltage corresponds to that already explained with reference to FIG. 1, the measurement of the resistance R2 results in a relatively high input resistance of the filter arrangement against reductions and polarity reversal of Ue.

Bei Zuschalten der Spannung Ue erfolgt die Aufladung von C1 aperiodisch über L1, C2, VD2 und den niederohmigen Widerstand R1; die Kapazität C2 liegt dabei ca. eine Größen ordnung über C1. Bei Spannungsabsenkung bzw. Umpolung von Ue wird eine Reihenschaltung von R1 und R2 wirksam, wobei der höherohmige Entladewiderstand R2 einer raschen Entladung von C1 sowie einer stromstarken Beanspruchung der Komponente G mit falscher Polarität entgegenwirkt.When the voltage Ue is switched on, C1 is charged aperiodically via L1, C2, VD2 and the low-resistance resistor R1; the capacity C2 is approximately one size order over C1. When the voltage drops or the polarity reversal of Ue is a Series connection of R1 and R2 effective, with the higher-resistance discharge resistor R2 a rapid discharge of C1 and a high current load on the component G counteracts with wrong polarity.

Die vorgeschlagene Schaltungsanordnung kann weiterhin durch den Ausgleichswiderstand R3 ergänzt werden, der in Verbindung mit den in den Komponenten G üblicherweise vorhandenen Abschaltkriterien bei zu niedriger Betriebsspannung eine sichere Aufladung von C1 auch dann gewährleistet, wenn Ue nicht zugeschaltet, sondern langsam erhöht wird.The proposed circuit arrangement can continue through the compensation resistor R3 can be supplemented, usually in conjunction with those in components G. existing switch-off criteria for safe charging if the operating voltage is too low guaranteed by C1 even if Ue is not switched on, but slowly increased becomes.

Ist durch die Bemessung von L1 bereits die Einhaltung eines vorgegebenen Maximalstromes bei der Zuschaltung von Ue gegeben, kann unter Verwendung der erfindungsgemäßen Anordnung von VD1, VD2, C2 und R2 entsprechend Fig. 2 oder 1 auf die Elemente R1 und VT1 verzichtet werden ohne daß ein wesentliches Überschwingen der Filterspannung an C1 auftritt.If the dimensioning of L1 already ensures that a predetermined maximum current is maintained when Ue is switched on, the elements R1 and VT1 can be dispensed with using the arrangement according to the invention of VD1, VD2, C2 and R2 according to FIG. 2 or 1 without one significant overshoot of the filter voltage at C1 occurs.

Claims

1. Circuit arrangement of a filter of an interconnection of an inductance L1 and a capacitance C1 with a low-pass character, preferably for the arrangement in a supply circuit of electronic components with catenary power supply on driving witnesses of direct current paths, characterized in that a circuit of the function-determining inductance L1 by the elements VD1 , R2 and C2 such that it follows that the magnetic energy of the inductance, resulting from transient changes in the input voltage Ue by current flow via VD1, temporarily stored on the capacitor C2 in the form of a voltage increase and reduced by the discharge resistor R2 and, as a result, an overshoot of the filter voltage the capacity C1 is largely avoided.

2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that by means of the Ele elements R2 and VD2 a strong damping effect of the filter arrangement compared to tran there were reductions and reversals of the polarity of the input voltage Ue and thus too additional protection of the connected component G against transient polarity reversal is enough.