DE2261623A1 - Statischer umformer - Google Patents

Description

Licentia Patent-Verwaltungs-GmbH Frankfurt am Main, Theodor-Stern-Kai 1

Öh/bw Erf.-Nr. B I 72/102

Statischer Umformer

Die Erfindung betrifft einen statischen umschaltbaren Umformer zum Anschluß an verschiedenartige Hochspannungsnetze, bestehend aus einem Eingangsteil, einem Schaltwerk, mehreren Halbleiterschaltern, einem Steuerungsteil und einem Ausgangsteil.

Umformer werden z. B. zum Laden von Batterien dort gebraucht, wo das batteriegespeiste Netz unabhängig sein muß von dem Netz, aus dem die Batterie aufgeladen werden soll. Das ist z. B. bei Reisezügen der Fall, welche das batteriegespeiste Netz für Beleuchtungs- und Steuerungszwecke benötigen, während die Aufladung der Batterie aus dem hochgespannten Zugsammelschienenspannungsnetz vorgenommen wird. Besonders schwierig ist die Batterieaufladung im grenzüberschreitenden Verkehr. Bekanntlich gibt es im elektrischen Zugförderungssystem in Europa mehrere Systeme, von denen eines Gleichspannung von 1,5 kV-» ein anderes Gleichspannung von 3 kV, ein weiteres Wechselspannung von 1,5 kV 50 Hz und ein viertes Wechselspannung von 1 kV 16 2/3 Hz verwenden.

Es ist bereits bekannt, eine Batterie durch ein Ladegerät

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aufzuladen, welches bei anstehender Wechselspannung über Transformatoren versorgt wird, während bei anstehender Gleichspannung ein anderes Ladegerät durch Drehspannüng versorgt wird, die ein vorgeschalteter rotierender Gleichstrom-Drehs trom-Umformer liefert. (BBC-Nachrichten, Mai-Juni 1971)

Die Aufgabe besteht daher darin, einen statischen umschaltbaren Umformer zum Anschluß an verschiedenartige Hochspannungsnetze zu schaffen, der lediglich statische Teile enthält und gleichzeitig für alle vorkommenden Netze geeignet ist. Der statische Umformer besteht aus einem Eingangsteil, einem Halbleiterschalter, einem Steuerungsteil und einem Ausgangsteil. Die Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß eine Meßeinrichtung zur Feststellung von Art und Größe der Eingangsspannung und ein Schaltwerk, das von der Meßeinrichtung umgeschaltet wird, mit untereinander gleichen Teilen des Halbleiterschalters verbünden sind, welche aus je einem Eingangskondensator, einem Halbleiterblock und einem Ausgangstransformator aufgebaut ist.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. .

In Fig. 1 ist in einem Blockschaltbild das Prinzip der Ladung einer Batterie aus einem Netz dargestellt. Die eingespeiste Spannung, die eine Gleichspannung oder eine Wechselspannung sein kann, wird über einen Gleichrichter 1 und ein Eingangsfilter 2 einem Halbleiterschalter 3 zugeleitet. Die umgeformte Spannung wird über ein Ausgangsfilter 4 an die nicht dargestellte Batterie geschaltet. Da die Eingangsspannung verschifHpnartig sein kann, erfolgt die Umformung der Spannung in Abhängigkeit von jener, da gewährleistet sein muß, daß die umgeformte Spannung weitgehend konstant sein soll. Zwischen dem Ausgangsfilter 4 und der Batterie erfolgt daher eine Messung der Ausgangswerte, die über eine Meßwerterfassung 5 an eine Steuerung 6 mit Zündschaltung 10 gegeben werden, welche den Halbleiterschalter 3 beeinflußt.

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In Fig. 2 ist der Umformer im einzelnen dargestellt. Über den Gleichrichter i wird die Eingangsspannung, die sowohl eine Gleich- als auch eine Wechselspannung sein kann, an ein Gruppierungsschaltwerk geführt, das aus einem Filter und einem Schaltwerk 11 besteht. Das Eingangsfilter 2 besteht aus einer Drossel und einem Kondensator, der in diesem ' . Falle in Teilkondensatoren 7 unterteilt ist. Es filtert bei einer eingespeisten Wechselspannung die nach der Gleichrichtung in dem Gleichrichter 1 vorhandenen Oberwellen heraus und ist für die Eingangsspannung mit der niedrigsten Frequenz zu bemessen. Daran schließen sich der Halbleitersehalter 3 mit soviel Halbleiterblöcken 8 an, wie Teilkondensatoren vorgesehen sind. Das Schaltwerk 11 erlaubt eine zweckentsprechende Gruppierung dieser Halbleiterblöcke. An sie schließt sich das Ausgangsfilter M- an. An seinem Ausgang wird die Steuerung 6 mit der Zündschaltung 10 angeschlossen. Die Meßwerterfassung 5 ist mit dem Schaltwerkantrieb kombiniert, Das Schaltwerk ist vorzugsweise ein mechanisches. Die Gruppierung der Halbleiterblöcke 8 bei den im Beispiel vorhandenen Eingangsspannungen zeigt Fig. 3· Die Kontakte für die Halbleiterblöcke können sowohl die des Heizspannungs-Gruppierungswerkes als auch potentialgetrennte Kontakte sein, jedoch auf der gleichen Antriebsachse. Im ersteren Falle wird die Spannungsteilung mitbestimmt durch die-Anzahl der parallel eingeschalteten Heizkörperwiderstände, im letzteren Fall ist die Spannungsteilung abhängig von der Genauigkeit der Kondensatorreihenschaltung.

Im Halbleiterschalter 3 wird die Spannung über die zweckmäßig geschalteten Halbleiter der Halbleiterblöcke 8 der Ausgangsinduktivität 9 zugeführt, welche die Spannung in die für die Batterie geeignete transformiert. Bei hohen Eingangs-Hochspannungen kann die Ausfilterung der Oberwellen aufgrund isolationstechnischer baulicher Vorteile im Niederspannungs-Ausgangsteil erfolgen.

Die Beeinflussung der Halbleiter im Halbleiterblock erfolgt

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durch die Steuerung. Aus den Meßwerten im Ausgang ist zu erkennen, ob die Dauer des Energieflusses über die Halbleiter vergrößert oder verkleinert werden muß. Das geschieht durch die Steuerung. Ist die Eingangsspannung hoch, so wird die Dauer des Energieflusses verkürzt und umgekehrt.

Es läßt sich zeigen, daß der Spannungshub zwischen den verschiedenartigen Eingangsspannungen durch die Anordnung nach der Erfindung beträchtlich vermindert werden kann. Wird der Umformer in dem beschriebenen Ausführungsbeispiel zum Laden von Zugbatterien eingesetzt, so können die eingangs angegebenen Eingangsspannungen anliegen. Sie können - durch die Betriebsverhältnisse bedingt - bis zu max. - 40 % von der Nennspannung abweichen, so daß der Umformer in einem Spannungsbereich zwischen 600 V und 4200 V arbeitsfähig sein muß. Der Spannungshub ist daher etwa 7· Durch die Gruppierung der Halbleiter nach der Erfindung beträgt die Sperrspannung des Halbleiterblocks nur noch 300 V bis 900 V. Damit wird der Eingangsspannungshub von ^_max/^_m*_n ~ ? ^auf einen Sperrspannungshub von Ug /Ug ^ = 3 reduziert.

Der Vorteil des vorstehend beschriebenen Umformers besteht darin, daß er keine rotierenden und daher störanfälligen Teile enthält, daß er aus allen vorkommenden verschiedenartigen Netzen gespeist werden kann, daß er eine Verkleinerung des Spannungshubes gestattet, und daß er einen einfachen und zweckmäßigen Aufbau besitzt.

4 Seiten Beschreibung
3 Patentansprüche

Blatt Zeichnungen mit 3 Fig.

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Claims (2)

Licentia Patent-Verwaltungs-GmbH Frankfurt am Main, Theodor-Stern-Kai 1 Öh/bw Erf.-Nr. B I 72/102 Patentansprüche

1. Statischer umschaltbarer Umformer zum Anschluß an verschiedenartige Hochspannungsnetze, bestehend aus einem. Eingangsteil, einem Schaltwerk, einem Halbleiterschalter, einem Steuerungsteil und einem Ausgangsteil, dadurch gekennzeichnet, daß eine Meßeinrichtung zur Feststellung von Art und Größe der Eingangsspannung und ein Schaltwerk, das von der Meßeinrichtung umgeschaltet wird, mit untereinander gleichen Teilen des Halbleiterschalters verbunden sind, welche aus je einem Eingangskondensator, einem Halbleiterblock und einem Ausgangstransformator aufgebaut sind.

2. Umformer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung die Dauer des Energieflusses über das Schaltwerk und die Halbleiterschalter bestimmt.

3· Umformer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Anwendung des Umformers nach Anspruch 1 zum Laden von Batterien in Reisewagen beim grenzüberschreitenden Betrieb das Schaltwerk zum Schalten der elektrischen Zugheizung als Schaltwerk zum Schalten der Halbleiterschalter mitbenutzbar ist.

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