DE2012054A1 - Vorrichtung für die elektrische Energieversorgung eines Eisenbahnwagens mit elektrischem Antrieb - Google Patents

Vorrichtung für die elektrische Energieversorgung eines Eisenbahnwagens mit elektrischem Antrieb

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DE2012054A1
DE2012054A1 DE19702012054 DE2012054A DE2012054A1 DE 2012054 A1 DE2012054 A1 DE 2012054A1 DE 19702012054 DE19702012054 DE 19702012054 DE 2012054 A DE2012054 A DE 2012054A DE 2012054 A1 DE2012054 A1 DE 2012054A1
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Description

Patentanwälte
pp/fm DipL-ingliinmermann ·
τ? nn München 2, tantal 7
F 4353 Tel. 261989
13. M
in
L'F.CLAIRAGE DES VEHICULES SUR RAIL (E.V.R.) 22, rue de l'Arcade, Paris (8), Frankreich.
VORRICHTUITG PUR DIE En7KTRISOHH ENERGIEVERSORGUNG EIIiBS EISENBAHNWAGENS MIT EIHKTRISCHEM ANTRITiIB
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für die elektrische Energieversorgung der Wagen eines "Fisenbahnzuges mit elektrischem Antrieb durch das· Mittelspannungsnetz der Zuglokomotive, wobei im Fp-IIe von Wechselspannung eine Gleichrichtung stattfindet. .
Bisher erfolgte die Beleuchtung irnd der Betrieb weiterer Anlagen (besonders die Wiederaufladung der Akkumulatorenbatterie) in den Eisenbahnwagen durch Genera.toren, 'die von den Drehgestellachsen der Wagen angetrieben werden. Die patentierten und unter1 dem Warenzeichen "Statodyne" in den Handel gebrachten Generatoren der Antragstellerin haben sich als besonders sicher im Gebrauch bewährt. Derartige Generatoren können jedoch nicht gleichzeitig den vielfältigen Bedarf an
BAD ORIQtNAL
1 0 9 8 ΦΑΐΦ
elektrischer Niederspannungsenergie luxuriös ausgestatteter Wagen decken (Heizung, Antrieb von elektrischen Türenschliessmotoren, Kühlaggregaten für Klimaanlagen usw.), denn die Generatoren wUrden in einer zu hohen Masse die Antriebsleistung erhöhen.
Die für einen ^isenbahnzug nötige Produktion von elektrischer Fnergie kann dadurch gewährleistet werden, das an die elektrische Lokomotive ein· Wagen mit einem Verbrennungsmotor gehängt wird, der einen sämtliche Wagen des Zuges versorgenden Niederspannungsgenerator antreibt. Diese lösung ist sehr kostspielig und nicht sehr wirtschaftlich, denn es steht aufgrund der Thergie für die Versorgung der Motoren der Zuglokomotive ein überschuss an elektrischer ^nergic zur Verfugung. Diese "Energie könnte nach Absinken ihres Spannungswertes verwendet werden, aber ihre Umformung in Niederspannung ist schwer durchführbar, denn die Mittelspannung (1 500 oder 3 000 V) für die Versorgung des Lokomotivmotors hat - unabhängig davon, ob es sich um Gleichstrom oder einphasigen Wechselstrom handelt eine übrigens je nach Stromnetz variable Frequenz; und im allgemeinen muss der Niederspannungsstrom dreiphasig sein. 1^s müsste daher ein Wechselrichter für Gleichstrom verwendet werden, und zw~,r nach eventuellem Gleichrichten des Wechselstaroms. Dieser Wechselrichter wäre sehr kostspielig und nähme viel Platz ein, denn er müsste die Oberwellen des sinusförmigen Wechselstroms der gewünschten Frequenz und die sehr hohen Spannungsspitzen ausfiltern, die der Vorsorgungsgloichstrom häufig aufweist. ... . .>
109852/0663
Ziel der Erfindung ist, diese Nachteile abzustellen die Herstellung einer Vorrichtung für die Versorgung der Wagen υ ines T?isenbahnzugs mit elektrischem Antrieb mit sinusförmigem Niederspannungs-Wechselstrom zu ermöglichen, dessen Leistung für den elektrischen ^ergiebedarf der Wagen ausreicht, und zwar mit Hilfe einer einfachen, robusten, nicht sehr kostspieligen Vorrichtung, die nicht viel Raum einnimmt.
Die erfindungsgemö.sse Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Stromglättungsdrossel, einen einen Synchronmotor versorgenden Thyristor-Wechselrichter, einen vom ITotor angetriebenen Niederspannungs-Wechselstromerzeuger und Vorrichtungen aufweist, die auf die Winkelstellung des Wechselstromerzeuger-Läufers ansprechen und die Zündung der Thyristoren des Wechselrichters steuern»
Sie weist ausserdem vorzugsweise wenigstens eines der folgenden Merkmale auf
- Die auf die Winkelstellung des Wechselstromerzeuger-Läufers ansprechenden Vorrichtungen bestehen aus.Lichtquellen, die auf einer Seite eines mit Kerben versehenen Eades angeordnet sind, welches von der dem Synchronmotor und dem Wechselstromerzeuger gemeinsamen Welle angetrieben wird, und aus Photodioden oder Phototransistoren, die sich auf der anderen Seite des mit Kerben versehenen RrxLes, gegenüber den Lichtquellen befinden.
- Der Synchronmotor weist ausser einer in !Reihe liegenden ■^rrogorwic-klung oino Fremderregerwicklung ruf, dio vom
8Ad original 109852/0663 mL
-Jr-
Prequenzmesser des vom Wechselstromgenerator erzeugten Stroms gesteuert wird.
- Der Synchronmotor ist mit Induktionsspulen und feststehenden Ankerspulen ausgerüstet.
- Der Niederspannungs-Wechselstromerzeuger ist ein Drehstromgenerator.
- Wenn die Mittelspannung des gleichgerichteten Versorgungsstroms relativ hoch ist, wird die Versorgungsleitung mit mindestens zwei V/icklungen des Synchronmotors in Reihe geschaltet.
- Die Stromglättungsdrossel ist eine s/bgeschirmte Drossel.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung bietet den Vorteil, einen Niederspannungsstrom mit genau festgelegter und konstanter Volt- und Frequenzzahl zu liefern, und zwar trotz der gelegentlich auftretenden Spannungsschwanliungen der Stromzufuhrleitung.' Das TTiederspannungsnetz kann Blindleistung abgeben; dies ermöglicht besonders die Verwendung eines Beleuchtungsstromkreises mit Leuchtstofflampen. Die Thyristorbrück-c stellt eine besonders robuste Vorrichtung dar, da ihre Ausschaltung unter der Wirkung der gegenelektromotorischon Kraft geschieht, die in den Wicklungen entsteht, welche nicht mehr mit Strom versorgt werden, worm die Zufuhr p.uf ein anderes' Wicklungspaar übergeht. Ausserdem sind die Pilterkreise ziemlich einfach dadurch, dass din Trägheit dos Motors in bemerkenswertem ";^:j :M.;: : "iimmgsSchwankungen der Stromzufuhrlcitung
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Die aus Thyristorbrücke und Synchronmotor bestehende Einheit erfüllt die Punktion eines Gleichstrommotors mit Verbunderregung, wobei die Thyristoren und ihre durch die Stellung des Motorläufers folgegesteuerten elektronischen 'Antriebe als Gleichstrommotorkollektor dienen. Das Anlassen und die Geschwindigkeit ^regulierung des Synchronmotors werden durch dieselben Vorrichtungen wie für einen Gleichstromkollektormotor vorgenommen,, ■
Es folgt an Hand einer Zeichnung die Beschreibung einer elektrischen Energieversorgungsvorrichtung für 220 V und 50 Hz der einzelnen elektrischen Stromkreise eines Eisenbahnwagens.
In der Zeichnung versorgt die Stromzufuhrleitung 1 der nicht dargestellten lokomotive die Wagenstromkreise durch einen Stromabnehmer 2. Für die Stromversorgung wird eine Gleichspannung von 1-500 V vorausgesetzt« Bei Wechselstrom ist vor die Stromzufuhrvorrichtung der Wagen eine Gleichrichterbrücke eines bekannten Typs vorgeschaltet, die mit einem Schalter in oder ausser Betrieb gesetzt werden kann.
Die Stromversorgungseinrichtung des Wagens weist eine Stromglättungsdrossel 3 auf, die Spannungsstösse der Leitung ausgleicht. Diese Drossel ist vorzugsweise mit einem mit Erde verbundenen Schirm ausgerüstet, der Störwellen sehr hoher Frequenz abfängt, welche anderenfalls· die Drossel durch kapazitive Wirkung erreichen würden.
In Reihenschaltung mit der Drossel ist eine Thyristor-
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"brücke 4 angeordnet, die aus Thyristoren 5 besteht Lind den Drehstrommotor 6 versorgt. Die Öffnung der Thyristoren wird von einer weiter unten beschriebenen, von der Winkelstellung des Motorläufers folgegesteuerten Vorrichtung gesteuert. Obgleich der Einfachheit halber nur ein einziger Thyristor pro Brückenzweig dargestellt ist, kann r>raktisch ieder Zweig
mehrere Thyristoren in Serienschaltung aufweisen, die mit bekannten Vorrichtungen zur genauen Spannungsteilung cusgerüstet sind. Die Thyristoren versorgen die Ankerwicklungen 7 des Motors 6. Es handelt sich hierbei um einen Motor mit Verbunderregung, der eine mit Erde P verbundene, in Reihe liegende Erregerwicklung 8 und eine Fremderregerwicklung 10 auf v/eist, die von der Akkumulatorenbatterie 11 des Wagens gespeist wird, und zwar über eine Vorrichtung zur Geschwindigkeitsregulierung 12 je nach der Frequenz des Wochseistromerzeugers 13.
Die Steuervorrichtung der Thyristoren für die Stromversorgung des Motors ist f olgende massen aufgebaut Ein 3ad mit Kerben 14 ist zwischen einem Satz Lampen 15 und einem Satz Photodioden oder Phototransistoren 16 angebracht. Wenn eine Kerbe zwischen einer Lanroe und der entsprechenden Photodiode hindurchgleitet, sendet die elektronische Vorrichtung 17 einen Stromimpuls in einen der Versorgungsthyristoren des Motors. Bed gleichzeitiger öffnung der beiden Thyristoren fliesst Strom in zwei der Ankerwicklungen 7 des Motors und in der in PLeihe liegenden Erregerwicklungen 8.
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Obgleich es möglich ist, einen Schleifringläufermotor zu verwenden, wird vorzugsweise wegen seines robusten Aufbaus und der leichten Wartung ein Motor ohne Schleifringe, mit Erregerwicklungen und feststehenden Ankerwicklungen, beispielsweise ein Gleichpolmotor oder ein solcher des Typs der Wechselstromerzeuger mit ineinandergreifenden Polschuhen., verwendet, der zur Elektroschweissung unter dem Warenzeichen "Arcodyne" bekannt ist, oder aber ein Transformator mit umlaufender Primär- und feststehender Sekundärwicklung. Wenn der Wagen auf Strecken rollt, deren Stromzufuhrleitung des Antriebsmotors unter einer Spannung von 3000 anstatt 1500 V Gleichstrom steht, kann ein Motor mit zwei Sätzen Ankererregerwicklungen verwendet werden, die jeweils von einer der beschriebenen Thyristorbrücke entsprechenden Brückenschaltung versorgt wird, wobei die beiden Thyristorbrücken sich in Reihenschaltung befinden. Ein Schalter ermöglichtj gegebenenfalls eine der Thyristorbrücken und die entsprechenden Wicklungen 'ausser Betrieb zu setzen.
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Claims (7)

  1. PATENTANSPRÜCHE
    Vorrichtung für die elektrische Energieversorgung der Wagen eines Eisenbahnzugs mit elektrischem Antrieb durch das Mittelspannungsnetz der Zuglokomotive, wobei im Falle von Wechselspannung eine Gleichrichtung stattfindet, dadurch geke.nnz e ichne t, dasa sie eine Stromglättungsdrossel (3)> einen einen Synchronmotor (6) versorgenden Wechselrichter (4) mit Thyristoren (5), einen vom Motor (6) angetriebenen Niedersprjmungs-F'echselstromerzeuger (13) und Vorrichtungen aufweist, die auf die winkelstellung des Läufers des Wechselstromerzeugers (13) rnsprechen und die Zündung der Thyristoren (5) des Wechselrichters (4) steuern.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h gekennzeichnet, da,ss die auf die Winkelstellung des Läufers des Wechselstromerzeugcrs (13) ansprechenden Vorrichtungen aus Lichtquellen (15) bestehen, die auf einer Seite eines mit Kerben versehenen Rades (14) angeordnet sind, welches von der dem Synchronmotor (6) und dem Wechselstromerzeuger (13) gemeinsamen Felle angetrieben wird, und Photodioden oder Phototransistoren (16) aufweisen, die sich auf der anderen Seite des mit Kerben versehenen Rades (14), gegenüber den Lichtquellen (15) befinden.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Synchronmotor (6) ausser
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    einer in Reihe liegenden Erregerwicklung (8) eine Fremderregerwicklung (10) aufweist, die vom Frequenzmesser des vom Wechselstromgenerator (13) erzeugten Stroms gesteuert wird.
  4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1,dadurch : gekennzeichnet, dass der Synchronmotor (6) mit Erregerwicklungen und feststehenden Ankerwicklungen ausgerüstet ist.
  5. 5. Vorrichtung nach iknspruch 1, d a d u r c h g e k e η η ζ e i c h η e t, dass der Mederspannungs-Wechselstromerzeuger (13) ein Drehstromgenerator ist.
  6. β ο Vorrichtung nach .Anspruch 1} d a d u r c h gekennzeichnet, dass die Mittelspannung des gleichgerichteten Versorgungsstroms relativ hoch ist, wobei die Stromzufuhrleitung (1) mit mindestens zwei Wicklungen (7) des Synchronmotors (6) in Reihenschaltung verbunden ist,
  7. 7. Vorrichtung nach Anspruch !,dadurch ge kenn ζ e i c h η et, dass die Stromglättungsdrossel £ (3) mit einem Schirm ausgerüstet ist.
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