DE19930881A1 - Transformer arrangement e.g. for railway vehicle drive - Google Patents

Transformer arrangement e.g. for railway vehicle drive

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Andreas Fuchs
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    • H02H9/001—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection limiting speed of change of electric quantities, e.g. soft switching on or off
    • H02H9/002—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection limiting speed of change of electric quantities, e.g. soft switching on or off limiting inrush current on switching on of inductive loads subjected to remanence, e.g. transformers
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    • H—ELECTRICITY
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Abstract

A transformer has its at least one primary winding (3) switchable to a supply network (1) with a supply voltage (U1(t)), by closing a power switch (5). At least one secondary winding (4) can be switched to an auxiliary network (2) which has a low short- circuit capacity relative to the switchable supply network (1). The supply voltage (U1(t)) is only switched to the primary winding (4) by closing the power switch (5), when the primary voltage (Up(t)) induced into the primary winding (3) by the secondary winding (4) is at least approximately equal to the supply voltage (U1(t)).

Description

Die Erfindung betrifft einen Transformator mit wenigstens ei­ ner Primärwicklung, die durch Schließen eines Leistungsschal­ ters an ein Versorgungsnetz mit einer Versorgungsspannung schaltbar ist, und mit wenigstens einer Sekundärwicklung.The invention relates to a transformer with at least one egg ner primary winding by closing a power scarf ters to a supply network with a supply voltage is switchable, and with at least one secondary winding.

Derartige Transformatoren, die z. B. bei Bahnantrieben oder bei stationären Energieversorgungsanlagen eingesetzt werden, erzeugen beim Zuschalten an das Versorgungsnetz Ausgleichs­ vorgänge, die Gleichströme und Oberströme im Versorgungsnetz bewirken, falls die Transformatoren nicht im Spannungsmaximum zugeschaltet werden. Aufgrund der zum Einsatz kommenden me­ chanischen Leistungsschalter, die relativ lange Schaltzeiten aufweisen, ist es praktisch nicht möglich, synchron im Span­ nungsmaximum zu schalten. Die bekannten Transformatoren wer­ den bisher asynchron an das Versorgungsnetz geschaltet. Die dabei entstehenden hohen Einschaltstoßströme werden hingenom­ men.Such transformers, the z. B. in rail drives or are used in stationary energy supply systems, generate compensation when connecting to the supply network processes, the direct currents and upper currents in the supply network cause if the transformers are not at the maximum voltage be switched on. Because of the me Chinese circuit breakers, the relatively long switching times exhibit, it is practically not possible to synchronously in the chip switch maximum. The well-known transformers who previously connected asynchronously to the supply network. The the resulting high inrush currents are accepted men.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Transforma­ tor der eingangs genannten Art zu schaffen, der beim Zuschal­ ten nahezu keine Ausgleichsströme im zugeschalteten Versor­ gungsnetz erzeugt.The object of the present invention is a transforma to create gate of the type mentioned at the start almost no equalizing currents in the connected utility network.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Transformator gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Er­ findung sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.The object is achieved by a transformer solved according to claim 1. Advantageous embodiments of the Er invention are described in the further claims.

Der Transformator nach Anspruch 1 umfaßt wenigstens eine Pri­ märwicklung, die durch Schließen eines Leistungsschalters an ein Versorgungsnetz mit einer Versorgungsspannung schaltbar ist, und wenigstens eine Sekundärwicklung. Erfindungsgemäß ist wenigstens eine Sekundärwicklung an ein Hilfsnetz schalt­ bar, das gegenüber dem zuschaltbaren Versorgungsnetz eine ge­ ringere Kurzschlußleistung aufweist, wobei die Versorgungs­ spannung erst dann durch Schließen des Leistungsschalters an die Primärwicklung geschaltet wird, wenn die von der Sekun­ därwicklung in die Primärwicklung induzierte Primärspannung zumindest ungefähr gleich der Versorgungsspannung ist.The transformer of claim 1 comprises at least one Pri march winding by closing a circuit breaker a supply network switchable with a supply voltage and at least one secondary winding. According to the invention is at least one secondary winding connected to an auxiliary network bar, a ge compared to the switchable supply network  has lower short-circuit power, the supply voltage only then by closing the circuit breaker the primary winding is switched when the secondary The primary voltage induced in the primary winding is at least approximately equal to the supply voltage.

Der erfindungsgemäße Transformator ist sowohl für einphasige als auch für mehrphasige Systeme geeignet.The transformer according to the invention is both for single-phase as well as suitable for multi-phase systems.

Bei dem Transformator gemäß Anspruch 1 wird der Leistungs­ schalter erst dann geschlossen, wenn die von der Sekundär­ wicklung in die Primärwicklung induzierte Primärspannung zu­ mindest ungefähr gleich der Versorgungsspannung ist. Die Spannung über dem Leistungsschalter, die im wesentlichen der Spannungsdifferenz zwischen der Primärspannung und der Ver­ sorgungsspannung entspricht, wird dadurch nahezu Null. Die Primärspannung und die Versorgungsspannung weisen somit nahe­ zu gleichen Betrag und gleiche Phase auf, so daß fast keine Ausgleichsströme im zugeschalteten Versorgungsnetz erzeugt werden.In the transformer according to claim 1, the power switch only closed when that of the secondary primary voltage induced in the primary winding is at least approximately equal to the supply voltage. The Voltage across the circuit breaker, which is essentially the Voltage difference between the primary voltage and the ver supply voltage corresponds to almost zero. The The primary voltage and the supply voltage are therefore close at the same amount and same phase so that almost none Equalization currents generated in the connected supply network become.

Im Rahmen der Erfindung kann das Hilfsnetz aus einem weiteren Netz oder durch wenigstens einen Wechselrichter, vorzugsweise einen Vierquadrantensteller, und/oder wenigstens einen Hoch­ setzsteller gebildet werden. Weiterhin ist es möglich, z. B. bei Bahnantrieben, die Quelle aus Hilfsbetriebeumrichtern zu bilden, die sowieso für den Betrieb der Anlage erforderlich sind und die über Schalteinrichtungen so gruppiert werden, daß sie aus einer Batterie versorgt werden.In the context of the invention, the auxiliary network can consist of a further Grid or by at least one inverter, preferably a four-quadrant, and / or at least one high setters are formed. It is also possible, for. B. for rail drives, the source from auxiliary plant converters form that is required anyway for the operation of the plant and which are grouped via switching devices that they are powered by a battery.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:Exemplary embodiments of the invention are described below the drawing explained in more detail. Show it:

Fig. 1 eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Transformators, Fig. 1 shows a first embodiment of the transformer according to the invention,

Fig. 2 eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Transformators. Fig. 2 shows a second embodiment of the transformer according to the invention.

In den Fig. 1 und 2 ist mit 1 ein Versorgungsnetz bezeichnet, das eine Versorgungsspannung u1(t) zur Verfügung stellt. An das Versorgungsnetz 1 ist ein Transformator mit seiner Pri­ märwicklung 3 durch Schließen eines Leistungsschalters 5 schaltbar.In Figs. 1 and 2 is designated a supply network 1 that provides a supply voltage u 1 (t) is available. At the supply network 1 , a transformer with its primary winding 3 can be switched by closing a circuit breaker 5 .

Der Transformator weist weiterhin eine Sekundärwicklung 4 auf, die erfindungsgemäß an ein Hilfsnetz 2 schaltbar ist, das eine Hilfsspannung u2(t) zur Verfügung stellt. An der Se­ kundärwicklung 4 liegt damit eine Sekundärspannung us(t) an. Das Hilfsnetz 2 ist in den Fig. 1 und 2 strichpunktiert ge­ kennzeichnet.The transformer also has a secondary winding 4 which, according to the invention, can be connected to an auxiliary network 2 which provides an auxiliary voltage u 2 (t). A secondary voltage u s (t) is thus present at the secondary winding 4 . The auxiliary network 2 is shown in FIGS. 1 and 2 in dash-dot lines.

Das Hilfsnetz 2 kann beispielsweise von einem weiteren Netz 6 (Fig. 1) oder durch wenigstens einen Wechselrichter, vorzugs­ weise einen Vierquadrantensteller 7 (Fig. 2), und/oder wenig­ stens einen Hochsetzsteller gebildet werden.The auxiliary network 2 can be formed, for example, by a further network 6 ( FIG. 1) or by at least one inverter, preferably a four-quadrant 7 ( FIG. 2), and / or at least a step-up converter.

Das Hilfsnetz 2 weist gegenüber dem zuschaltbaren Versor­ gungsnetz 1 eine geringere Kurzschlußleistung auf. Die vom Versorgungsnetz 1 zur Verfügung gestellte Versorgungsspannung u1(t) wird erst dann durch Schließen des Leistungsschalters 5 an die Primärwicklung 3 geschaltet, wenn die von der Sekun­ därwicklung 4 in die Primärwicklung 3 induzierte Primärspan­ nung up(t) zumindest ungefähr gleich der Versorgungsspannung u1(t) ist.The auxiliary network 2 has a lower short-circuit power compared to the switchable supply network 1 . The supplied from the power supply 1 to the available supply voltage u 1 (t) of the power switch is only connected to the primary winding 3 5 by closing when the 4 induced in the primary winding 3 primary clamping därwicklung of the seconding voltage u p (t) is at least approximately equal to the Supply voltage is u 1 (t).

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel des erfin­ dungsgemäßen Transformators wird das Hilfsnetz 2 durch einen Vierquadrantensteller 7 gebildet, der aus einer Batterie 8 versorgt wird.In the embodiment of the transformer according to the invention shown in FIG. 2, the auxiliary network 2 is formed by a four-quadrant 7 , which is supplied from a battery 8 .

Im Rahmen der Erfindung ist als weitere Abwandlung der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform als Spannungsquelle für das Hilfsnetz 2 anstelle einer Batterie 8 die Speisung durch ei­ nen Dieselgenerator möglich. Weiterhin ist es auch möglich, zwischen der Batterie 8 und dem Vierquadrantensteller 7 einen Hochsetzsteller anzuordnen, der die von der Batterie 8 zur Verfügung gestellte Spannung hochsetzt und dem Vierquadran­ tensteller 7 zuführt.In the context of the invention, as a further modification of the embodiment shown in FIG. 2 as a voltage source for the auxiliary network 2 instead of a battery 8, the supply by a NEN diesel generator is possible. Furthermore, it is also possible to arrange a step-up converter between the battery 8 and the four-quadrant converter 7, which step-up the voltage provided by the battery 8 and feeds the four-quadrant converter 7 .

Die beschriebenen Ausführungsbeispiele sind sowohl bei ein­ phasigen Systemen als auch bei mehrphasigen Systemen anwend­ bar.The described embodiments are both in a phase systems as well as multi-phase systems bar.

Im Rahmen der Erfindung sind auch andere Spannungsquellen für das Hilfsnetz 2 möglich. Voraussetzung ist lediglich, daß die Kurzschlußleistung des Hilfsnetzes 2 geringer ist als die Kurzschlußleistung des zuschaltbaren Versorgungsnetzes 1, und daß die Primärwicklung 3 erst dann an das Versorgungsnetz 1 geschaltet wird, wenn die von der Sekundärwicklung 4 in die Primärwicklung 3 induzierte Primärspannung up(t) zumindest ungefähr gleich der Versorgungsspannung u1(t) ist. Erst wenn diese Voraussetzung gegeben ist, sind die Ausgleichsvorgänge im Transformator abgeschlossen und die Spannung über dem Lei­ stungsschalter 5 nahezu Null. Beim Schließen des Leistungs­ schalters 5 entstehen damit nahezu keine Ausgleichsströme (Einschaltstoßströme), die Gleichströme und Oberströme im Versorgungsnetz 1 bewirken.Other voltage sources for the auxiliary network 2 are also possible within the scope of the invention. The only requirement is that the short-circuit power of the auxiliary power supply 2 is lower than the short-circuit power of the connectable power supply system 1, and that the primary winding 3 will only be connected to the supply system 1, when the induced from the secondary winding 4 in the primary winding 3 primary voltage u p (t ) is at least approximately equal to the supply voltage u 1 (t). Only when this requirement is met, the compensation processes in the transformer are completed and the voltage across the circuit breaker 5 almost zero. When the circuit breaker 5 is closed, there are almost no equalizing currents (inrush currents) which cause direct currents and upper currents in the supply network 1 .

Claims (4)

1. Transformator mit wenigstens einer Primärwicklung (3), die durch Schließen eines Leistungsschalters (5) an ein Versor­ gungsnetz (1) mit einer Versorgungsspannung (u1(t)) schaltbar ist, und mit wenigstens einer Sekundärwicklung (4), dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Sekundärwicklung (4) an ein Hilfsnetz (2) schaltbar ist, das gegenüber dem zuschaltbaren Versorgungs­ netz (1) eine geringere Kurzschlußleistung aufweist, wobei die Versorgungsspannung (u1(t)) erst dann durch Schließen des Leistungsschalters (5) an die Primärwicklung (3) geschaltet wird, wenn die von der Sekundärwicklung (4) in die Primär­ wicklung (3) induzierte Primärspannung (up(t)) zumindest un­ gefähr gleich der Versorgungsspannung (u1(t)) ist.1. Transformer with at least one primary winding ( 3 ), which can be switched by closing a circuit breaker ( 5 ) to a supply network ( 1 ) with a supply voltage (u 1 (t)), and with at least one secondary winding ( 4 ), characterized that at least one secondary winding ( 4 ) can be switched to an auxiliary network ( 2 ) which has a lower short-circuit power than the switchable supply network ( 1 ), the supply voltage (u 1 (t)) only then by closing the circuit breaker ( 5 ) is switched to the primary winding ( 3 ) when the primary voltage (u p (t)) induced by the secondary winding ( 4 ) in the primary winding ( 3 ) is at least approximately equal to the supply voltage (u 1 (t)). 2. Transformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Hilfsnetz (2) von einem weiteren Netz (6) gebildet wird.2. Transformer according to claim 1, characterized in that the auxiliary network ( 2 ) is formed by a further network ( 6 ). 3. Transformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Hilfsnetz (2) durch wenigstens einen Wechselrichter, vorzugsweise einen Vierquadrantensteller (6), und/oder wenig­ stens einen Hochsetzsteller gebildet wird.3. Transformer according to claim 1, characterized in that the auxiliary network ( 2 ) is formed by at least one inverter, preferably a four-quadrant converter ( 6 ), and / or least a step-up converter. 4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Wechselrichter bzw. wenigstens ein Hoch­ setzsteller aus wenigstens einer Batterie (7) versorgt wird.4. Circuit arrangement according to claim 3, characterized in that at least one inverter or at least one step-up converter is supplied from at least one battery ( 7 ).
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