DE2124390B2 - Einrichtung zur Energieversorgung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Energieversorgung von Nutzverbrauchern in einem Eisenbahnfahrzeug aus Bahnnetzen, die Wechsel- oder Gleichspannungen unterschiedlicher Höhe führen, mit einer bei Gleichspannungseinspeisun? betriebenen Thyristor-Wechselrichteranlage, die einen Transformator enthält, dessen primärseitige Wechselrirbterwicklungen umschaltbar sind, so daß eine Einstellung des Obersetzungsverhältnisses des Transformators je nach unterschiedlicher Höhe der anstehenden Spannung auf jeweils konstante Ausgangsspannungen für die verschiedenen Nutzverbraucher ermöglicht wird; bei Wechselspannungseinspeisung werden die Nutzverbraucher über den Transformator direkt mit Energie versorgt.

Es ist bekannt, zur Energieversorgung von leistungsstarken Nutzverbrauchern in Eisenbahnfahrzeugen aus einpolig geerdeten Gleichspannungsnetzen, die hohe sowie unterschiedliche Nennspannungen besitzen, mehrere Thyristor-Wechselrichter in Brückenschaltung einzusetzen, die entsprechend der anstehenden Netzspannung entweder in Reihe oder parallel zueinander geschaltet sind.

Aus dem Buch »Schaltungen mit Halbleiterbauelementen« Siemens & Halske AG, Berlin/München, 1961, Seiten 139 und 140 ist ein Transistor-Wechselrichter in Mittelpunktschaltung bekannt geworden, der wahlweise an Gleichspannungsquellen angeschlossen werden kann, die unterschiedliche Spannungshöhen besitzen, und der einen zur Spannungsanpassung mit Wicklungsanzapfungen ausgestatteten Wechselrichter besitzt, dessen Mittelpunktanzapfung mit einem der Pole der Gleichspannungsquelle verbunden ist und dessen Wicklungsanzapfungen symmetrisch zur Mittelpunktanzapfung angeordnet und zu Schaltkontakten geführt sind. Sein Einsatz ist bei einer Auslegung für kleine Eingangsspannungen sowie für eine kleine Übertragungsleistung unproblematisch; die Schaltkontakte sind beispielsweise nennspannungsmäßig isoliert. Wenn jedoch hohe Spannungen und Übertragungsleistungen verlangt werden, müßte anstelle des Niederspannungs-Transistor-Wechselrichter» ein Hochspannungs-Thyristor-Weehselriehter eingesetzt werden. Dann würden die Schaltkontakte am sogenannten heißen Ende angeordnet sein und müßten gegenüber der Masse bzw. der Erde durch die Spannungsaddition in den beiden Wicklungshälften des in Mittelpunktschaltung eingesetzten Wechselrichtertransformators zumindest für die

1" doppelte Eingangsnennspannung ausgelegt sein. Weil aber außerdem während des Betriebes eines Yhyristor-Wechselrichters in diesem kurzzeitige, hohe Spannungsnadelimpulse anfallen, müßten die Schaltkontakte isolationsmäßig noch größer dimensioniert werden.

'S Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine mit einer Wechselrichteranlage ausgestattete Energieversorgungsanlage auch für hohe Eingangsspannungen und eine große Übertragungsleistung anzugeben, bei der die Schaltkontakte gegen Masse bzw. Erde isolationsmäßig klein dimensioniert werden können. Außerdem soll sie einfach aufgebaut sein, und ferner soll sie wenig Platz sowie wenige und klein dimensionierte Bauelemente benötigen.

Die Aufgabe wird bei einer Energieversorgungsanla-

2S ge der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Wechselrichteranlage einen einzigen Wechselrichter in Mittelpunktschaltung besitzt, wobei die beiden elektrisch voneinander isolierten Hälften der Wecfcselrichterwicklung mit Anzapfungen ausgestattet sind und der Mittelpunkt zwischen den beiden Wicklungen über zu den entsprechenden Anzapfungen führende Schaltkontakte gebildet wird. Dadurch wird insbesondere erreicht, daß die Schaltkontakte gegen Masse nicht mit der im Wechselrichter maximal möglichen anfallenden Spannung beaufschlagt werden und daher isolationsmäßig klein dimensioniert werden können. Ferner ist durch den einfachen Aufbau des Wechselrichters ein störunanfäliiger Betrieb gewährleistet.

Die Zeichnung zeigt das Schaltbild eines Ausführungsbeispiels des Erfindupgsgeg.' nstandes.

Die Energie für die Verbraucher eines Reisezugwagens wird der durch den Zug hindurchgelegten Heizleitung 1 entnommen. Diese wird über den Fahrdrahtbügel der Lokomotive an das jeweilige Netz angeschlossen, und zwar an Gleichspannungsnetze von 3000VoIt und 150OVoIt unmittelbar und an Wechselspannungsnetze von 25 00OVoIt und 15 000VoIt über einen Transformator, so daß an der Heizleitung 1 1500 bzw. 100OVoIt Wechselspannung anstehen. In jedem Fall wird die Energie aus der Heizleitung 1 über Sicherungen 2, einen Trennschalter 3 und eine Leitung 4, zwei Primärwicklungen 5, 6 des Transformators in Parallelschaltung zugeführt, die über eine Leitung 7 an die Erde gelegt sind. Zu den Primärwicklungen 5, 6 gehören zwei Sekundärwicklungen 8 bzw. 9. An die Sekundärwicklung 8 ist ein Batterie-Ladegerät 10, wie es aus der DE-AS 12 75 665 bekannt ist, angeschlossen, das eine Akkumulatorenbatterie 11 und parallel zu dieser liegende Gleichstrom-Verbraucher 12 speist An die Sekundärwicklung 9 sind Wechselstrom-Verbraucher 13 angeschlossen, insbesondere Verdichter-Motoren einer Klima-Anlage des Reisezugwagens, jede der Primärwicklungen 5,6 hat drei Anschlußstel len, und zwar Anzapfstellen I etwa in der Mitte jeder Primärwicklung, Anschlußstellen III an den einander zugekehrten Enden der Primärwicklungen sowie Anzapfstellen II, die zwischen den Stellen I und III

liegen. Die Anzapfstellen I und I! der Primärwicklung 5 können durch einen Schalter 14 wechselweise an die Leitung 4 angeschlossen werden, während die Anzapfstellen I und II der Primärwicklung 6 durch einen Schalter 16 wechselweise an die Leitung 7 angeschlossen werden können. Die Anschlußstelle ill der Primärwicklung 5 kann mittels eines Schalters 15 wahlweise an die Leitung 4 oder die Leitung 7 angeschlossen werden, während mittels eines Schalters 17 entweder die Anschlußsteile III oder die Anzapfstelle I der Primärwicklung 6 an die Leitung 4 angeschlossen werden kann.

Wenn an der Heizleitung 1 eine Wechselspannung von 1500 Volt ansteht, sind die Stelle I der Primärwicklung 5 durch den Schalter 14 und die Stelle III der Primärwicklung 6 durch den Schalter 17 mit der Leitung

4 verbunden, während die Stelle IH der Primärwicklung

5 durch den Schalter €5 und die Stelle I der Primärwicklung 6 durch den Schalter 16 mit der Leitung 7 verbunden sind Wenn an der Heizleitung 1 eine Wechselspannung von 1000 Volt ansteht, werden die Anzapfstellen II anstelle der Anzapfstellen I mittels der Schalter 14 bzw. 16 mit der Leitung 4 bzw. 7 verbunden. Dann fließt — entsprechend der niedrigeren Spannung — durch einen kleineren Teil jeder Primärwicklung 5,6 Strom, so daß das Batterie-Ladegerät 10 und die Verbraucher 13 durch die Sekundärwicklungen 8 bzw. 9 mit den betreffenden Wechselspannungen versorgt werden.

Wenn an der Heizleitung 1 eine Gleichspannung ansteht, werden die Primärwicklungen 5 und 6 des Transformators als Bestandteils eines Wechselrichters verwendet, dessen Taktgeber schematisch angedeutet und mit 18 bezeichnet ist

Von. den beiden einander entgegengesetzten Enden der Primärwicklungen 5 und 6 gehen zwei Leitungen 19, 20 aus, die in einem Punkt 21 vereinigt und von dort aus über eine Kommutierungs-Drossel 22 und einen ohmschen Widerstand 23 und eine Leitung 24 mit der Erde verbunden sind In jeder der beiden Leitungen 19 und 20 liegen mehrere Thyristoren 25, 26 bzw. 27, 28 in ReihenschaUungen so, daß ihre Kathoden dem Punkt 21 zugewandt sind. Der Einfachheit halber sind nur je zwei Thyristoren hintereinanderliegend dargestellt. Man wird aber, um die anstehende Spannung so zu unterteilen, daß auf jeden Thyristor nicht mehr als die für ihn zulässige Spannung entfällt, eine entsprechend größere Zahl von Thyristoren hiR'ereinanderschalten. Der Taktgeber 18 ist durch Leitungen 29,30,31,32 mit den Steuerelektroden der Thyristoren sowie mit Leitungen 33,34,35,36 mit deren Kathoden verbunden. Der Taktgeber 18 arbeitet in bekannter Weise mit einem Transformator, der an eine Gleichspannung angeschlossen ist und Ober zwei Transistoren im Gegentakt von zwei Sekundärwicklungen aus wechselweise Zündströme an die eine Thyristoren-Gruppe 25, 26 oder an die andere Thyristoren-Gruppe 27,28 liefert Die von dem Taktgeber 18 benötigte Gleichspannung kann von der Akkumulatoren-Batterie 11 durch Leitungen 37,38,39,40 geliefert werden, wenn zwei in der Leitung 38 liegende Trennschalter 41, 42 geschlossen sind Der Schalter 41 wird zwangsläufig zusammen mit dem Schalter 3 geschlossen. Der Schalter 42 wird geschlossen, wenn die Energie aus einem Gleichspannungsnetz entnommen werden soll.

Doch kann die Gleichspannung für den Taktgeber 18 auch von einer zusätzlichen Sekundärwicklung 43 des Transformators über einen Gleichrichter 44 geliefert werden, der durch eine Leitung 45 parallel zu der Batterie 11 und den Leitungen 37,39 geschaltet ist Eine Diode 44a in der Leitung 39 verhindert, daß von dem Gleichrichter 44 ein Ladestrom in die Batterie 11 fließt

Damit jeweils, wenn die Thyristoren einer Gruppe, z. B. die Thyristoren 25, 26 gezündet sind, die Thyristoren der anderen Gruppe, z. B. 27, 28 gelöscht werden, liegt in einer Leitung, die zwei vor den beiden Thyristoren-Gruppen befindliche Punkte 46, 47 der Leitungen 19 bzw. 20 miteinander verbindet, ein Kondensator 48. Dieser wird, flange ζ. B. die Thyristoren 25, 26 gezündet sind, über ciie Primärwicklung 6 aufgeladen und beim Zünden der Thyristoren 27, 28 entladen. Hierdurch liefert er an den Kathoden der Thyristoren 25, 26 eine Spannung, die höher ist als die Spannung an deren Anoden, so daß diese Thyristoren gelöscht werden. In den Leitungen 19 und 20 befinden sich ferner zwischen den Punkten 46, 47 und den Primärwicklungen 5 bzw. 6 Dioden 49, 50 die verhindern, daß sich der Kondensator 48 über die Primärwicklungen 5 und 6 entlädt Ferner ist das an die Erde angeschlossene Ende des Widerstandes 23 über Freilaufdioden 51 mit den einander entgegengesetzten Enden der Primärwicklungen 5,6 verbunden.

Ferner ist die Leitung 4 mit der Erd-Leitung 24 über einen Kondensator 52 verbunden. In der Erd-Leitung 24 liegen Dioden 53.

Wenn an der Heizleitung 1 eine Gleichspannung von 3000 Volt ansteht, sind die beiden Anschlußstellen Hl an den einander zugekehrten Enden der Primärwicklungen 5, 6 durch die Schalter 15 bzw. 17 mit der Leitung 4 verbunden, und der Schalter 42 ist geschlossen. Demgemäß fließen nach Maßgabe der von dem Taktgeber 18 ausgehenden Gegen-Takte wechselweise Ströme in entgegengesetzten Richtungen, so daß die Sekundärwicklungen 8 und 9 entsprechende Wechselspannungen liefern.

Wenn an der Heizleitung 1 eine Gleichspannung von nur 1500 Volt ansteht, werden statt der Anschlußstellen Hl die Anzapfstellen I der beiden Primärwicklungen 5,6 mittels der Schalter 14 bzw. 17 an die Leitung 4 angeschlossen, so daß nur ein Teil der Wicklungen 5.6 von Strom durchflossen wird und die Sekundärwicklungen Γ,,9 etwa die gleichen Wechselspannungen liefern.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch;

   Einrichtung zur Energieversorgung von Nutzverbrauchern in einem Eisenbahnfahrzeug aus Bahnnetzen, die Wechsel- oder Gleichspannungen unterschiedlicher Höhe führen, mit einer bei Gleichspannungseinspeisung betriebenen Thyristor-Wechselrichteranlage, die einen Transformator enthält, dessen primärseitige Wechselrichterwicklungen umschaltbar sind, so daß eine Einstellung des Obersetzungsverhältnisses des Transformators je nach unterschiedlicher Höhe der anstehenden Spannung auf jeweils konstante Ausgangsspannungen für die verschiedenen Nutzverbraucher ermöglicht wird; bei Wechselspannungseinspeisung werden die Nutzverbraucher Ober den Transformator direkt mit Energie versorgt, dadurch gekennzeichnet, daß die Wechselrichteranlage einen einzigen Wechselrichter in Mittelpunktschaltung besitzt, daß die beiden elektrisch voneinander isolierten Hälften der Wechselrichterwicklung (5,6) mit Anzapfungen (I-l, III-M/ausgestattet sind und daß der Mittelpunkt zwischen den beiden Wicklungen über zu den entsprechenden Anzapfungen (I-I, IU-III) führende Schakkontakte (14,15,16,17) gebildet wird.