DE2341957C2 - Anwendung einer Schaltungsanordnung zur Gleichstromspeisung eines mit einer Freilaufdiode beschalteten Verbrauchers - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anwendung einer Schaltungsanordnung zur Gleichstromspeisung eines mit einer Freilaufdiode beschalteten Verbrauchers nach Patent 22 46 258 mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs I.

Mit der Schaltungsanordnung des Hauptpatentes wird die Aufgabe gelöst, die Spannung am Kommutierungskondensator auf einen möglichst konstanten Wert zu halten, wodurch ein unterbrechungsfreier Betrieb einer Gleichstromstellerschaltung auch bei stark schwankender Versorgungsspannung möglich ist,
Aus den Zeitschriften »elektrotechnik« 53, Heft 1/2, 20.1.1971, S. 12—16 und »Deutsche Eisenbahntechnik« 20 (1972), Heft8, S.369—373 ist die Anwendung von Gleichstromstellern zur Spannungsversorgung des Bordnetzes von Eisenbahnfahrzeugen bekannt. Die

ίο dabei verwendeten Gleichstromsteller sind jedoch mit einem Kommutierungskondensator aufgebaut, dessen Auslegung von der Höhe der Versorgungsspannung abhängt. Hieraus ergeben sich besondere Schwierigkeiten, wenn die Nenngleichspannung am Eingang des Gleichstromstellers verschiedene in der Eisenbahnfahr-7eugtechnik übliche Werte annehmen kann. Falls die Spannung am Kommutierungskondensator sehr hoch ist, wird einerseits das zu löschende steuerbare Laststromventil sowie Lösch- und Umschwingventil durch den hohen Lösch- und Umladestrom thermisch beansprucht Bei niedriger Spannung am Kommutierungskondensator dagegen besteht die Gefahr, daß der Löschstrom zu gering ausfällt und das Laststromventil nicht gelöscht wird.

Bei Eisenbahnfahrzeugen neuerer Bauart besteht insbesondere das Problem, daß die Energie zur Speisung der Akkumulatoren, zum Betrieb der Kältekompressoren, für die Klimaanlage sowie Brauchwasserheizung und Vorraumheizung aus der Zugsammeischiene geliefert werden muß. Die Zugsammeischiene kann dabei vier verschiedene Nennspannungen aufweisen — 1,5 oder 3 kV Gleichspannung bzw. 1 kV Wechselspannung bei 16V₃ Hz oder 1,5 kV Wechselspannung bei 50 Hz je nachdem in welchem europäischen Land das Eisenbahnfahrzeug gerade eingesetzt ist.

Dieses Problem wurde bisher dadurch gelöst, daß die Verbraucher des Eisenbahnfahrzeuges für eine bestimmte Spannung ausgelegt wurden und daß bei Gleichspannung an der Zugsammeischiene zur Um-Wandlung beispielsweise rotierende Umformer vorgesehen waren, deren Wicklungen wenigstens für I₁SkV Nennspannung auszulegen waren bzw. bei Wechselspannung an der Zugsammeischiene Transformatoren und Gleichrichter die Umwandlung vornahmen und eine Spannungswahleinrichtung jeweils das dafür vorgesehene Umwandelsystem einschaltete. Diese Maschinen- und Transformatoranordnungen sind jedoch aufwendig und teilweise auch störanfällig.

In der Zeitschrift »elektrotechnik« 53 (1971), S. 16,

so Bild 8 ist zwar eine demgegenüber weniger aufwendige Gleichstromsteller-Anordnung gezeigt, die zumindest für die unterschiedlichen Nenn-Gleichspannungen von 1,5 und 3 kV nur einen Gleichstromsteller verwendet, ohne daß weitere Mittel außer diesem Gleichstromsteller zur Anpassung an die unterschiedlichen Eingangs-Spannungswerte vorgesehen wären. Einzelheiten, wie die vorstehend geschilderten Schwierigkeiten im Kommutierungskreis behoben werden könnten, sind aber nicht offenbart.

Es besteht daher die Aufgabe, einen Gleichstromsteller einzusetzen, der bei den stark unterschiedlichen Nennspannungen, die an der Zugsammeischiene auftreten, stets einen einwandfreien Betrieb der Kommutierungseinrichtung gewährleistet.

Gelöst wird diese Aufgabe in Ausgestaltung der Erfindung gemäß dem Hauptpatent durch Anwendung der eingangs genannten Schaltungsanordnung in der im Kennzeichendes Anspruchs I beschriebenen Weise.

Die im Hauptpatent beschriebene Anpassung einer Gleichstromstellerschaltung an die Bedingungen unterschiedlicher Versorgungsspannung findet damit eine besonders vorteilhafte Anwendung.

Da die Zugsammeischiene in vielen Fällen sowohl mit Wechselspannung als auch mit Gleichspannung gespeist werden soll, ist es zweckmäßig, eine Gleichrichteranordnung mit gemäß Anspruch 2 zwischen Zugsammeischiene und Gleichstromsteller zu schalten.

Dadurch ist es möglich, in die Zugsammeischiene entweder eine Gleichspannung in Höhe von 3 kV bzw. 1,5 kV oder aber Wechselspannung von 16²/j Hz oder 50 Hz bei 1 kV bzw. 1.5 kV einzuspeisen. Da an der Zugsammeischiene oft Oberspannungsspitzen auftreten, dient das dem Gleichrichter nachgeschaltete Glättungsfilter in bekannter Weise sowohl zur Glättung als auch zur Dämpfung von Überspannungsspitzen.

Ein schematised dargestelltes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert

Mit 1 ist eine Zugsammeischiene bezeichnet, welche entweder direkt aus der Fahrdrahtleitung oder Ober den Trafo des Triebfahrzeuges mit einer Spannung gespeist wird, die entweder 3 kV oder 1,5 kV Gleichspannung bzw. 1,5 kV bei 50 Hz oder IkV bei 16²/₃Hz Wechselspannung sein kann. Die Zugsammeischiene 1 ist mit einem Wechselstromeingang einer Gleichrichterbrücke 2 verbunden, deren zweiter Wechselstromeingang mit einem Erdkontakt 3 verbunden ist. Über ein Glättungsfilter, welches aus einer Glättungsdrossel 4 und einem Glättungskondensator 5 besteht, wird der Gleichstrom über eine Diode 6 in den Gleichstromsteller 7 geleitet, dessen Ausbildung und Arbeitsweise Gegenstand des Hauptpatentes ist. An die Ausgangsklemmen 8 und 9 des Gleichstromstellers kann sowohl ein nicht potentialgetrennter Verbraucher angeschlossen sein, z. B. ein Antriebsmotor 10 für einen Kältekompressor 11 der Klimaanlagen. In bekannter Weise ist zur stufenlosen Variierung der Versorgungsspannung für den Antriebsmotor 10 des Kältekompressors 11 ein zusätzliches Ventil 12 vorgesehen, mittels dessen die Versorgungsspannung stufenlos von der Höhe der Ausgangsspannung des Gleichstromstellers 7 an den Klemmen 8 und 9 durch verzögerte Zündung des Ventils 12 gegenüber dem Laststromventil des Gleichstromstelltrs 7 bis auf Null herabgesteuert werden kann.

Ist jedoch eine Potentialtrennung notwendig, so kann, wie aus den genannten Zeitschriften bekannt, ein Transformator 13 vorgesehen sein, der die unipolaren Gleichstromimpulse von vorgebbarer, konstanter Spannungszeitfläche überträgt. Die Entmagnetisierung des Transformators erfolgt während der Löschphase unter Aufladung des Kommutierungskondensators. Damit kann eine Fahrzeugbatterie 14 oder andere Verbraucher gespeist werden.

Eine Potentialtrennung ist ebenso für die Brauchwasserheizung 15 und eine Vorraumheizung 16 zweckmäßig, um den Aufwand für die Isolation zu verringern. Daher werden beide Verbraucher an eine zweite Sekundärwicklung des Transformators 13 angeschlossen.

Bei üblichen Gleichstromstellerschaltungen tritt am Ausgang während des Löschvorgangs die Summe von Kommutierungskondensatorspannuiig und Eingangsspannung auf. Bei hohen Eingangsspannungen erfordert dies eine erhebliche spannungsmäßige Überdimensionierung der Verbraucher. In an sich bekannter Weise kann auch bei der geschilderten Stelleranordnung die Überspannung durch Hinzufügen einer Reiheninduklivität 18 und einer Rückschwingdiode 17 antiparallel zur Reihenschaltung von Reiheninduktivität und Hauptthyrislor verhindert werden.

Die damit erreichten Vorteile bestehen darin, daß keine rotierenden, störanfälligen Umformer mehr benötigt werden. Es braucht ferner keine Umschaltoder Wähleinrichtung mehr vorgesehen werden, welche je nach an der Zugsammeischiene anliegender Versorgungsspannung in der Weise umschaltet, daß die Verbraucher mit der benötigten Spannung versorgt werden. Es kommt hinzu, daß die vorliegende erfindungsgemäße Einrichtung bei gleicher Leistung gegenüber bekannten Einrichtungen in der Weise ausgebildet ist, daß sie weniger Raum benötigt und weniger Gewicht aufweist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche;

1. Anwendung einer Schaltungsanordnung zur Glejchstromspeisung eines mit einer Freilaufdiode beschalteten Verbrauchers, mit einem Gleichstromsteller, der ein steuerbares Laststrom ventil enthält, welchem die Reihenschaltung eines Kommutierungskondensators und eines steuerbaren Kommutierungsventils parallel geschaltet ist, wobei zu letzterem eine Reihenschaltung aus einer Umschwingdrossel und einer Umschwingdiode antiparallel liegt, und mit einer in Reihe mit dem Gleichstromsteller liegenden, in Richtung des Laststromes gepolten Diode sowie mit daran parallel angeschlossener Hilfsdrossel oder mit einem ausgangsseitig des Gleichstromstellers parallel angeschlossenen Transformator, wobei die Parallelschaltung aus dem Verbraucher und der Freilaufdiode über eine weitere Diode an den Ausgang des Gleichstromstellers bzw. an die Sekundärwicklung des Transformators angeschlossen ist, und die Hüfsdrosse! bzw. die Primärwicklung des Transformators den einzigen Querzweig zwischen dem Gleichstromsteller und dem vorbeuannten Verbraucherkreis bilden und mit einer Steuereinrichtung für den Gleichstromsteller, die durch Steuern des Abstandes zwischen den Zündzeitpunkten des Laststromventils in Abhängigkeit von einem Regelsignal die Verbraucherspannung auf einen gewünschten Wert einstellt und die außerdem von der Versorgungsspannung des Gleichstromstellers beeinflußt ist, wobei die Steuereinrichtung derart ausgebildet ist, daß das Kommutierungsventil in Abhängigkeit von der Höhe üer Versorgungsspannung des Gleichstromste'Jers jeweils zu einem Zeitpunkt gezündet wird, in d^m der Magnetisierungsstrom der Hilfsdrossel bzw. der Primärwicklung des Transformators so groß ist, daß anschließend der Kommutierungskondensator vom Enimagnetisierungsstrom jeweils auf eine gewünschte, unabhängig von Änderungen der Versorgungsspannung konstante Spannung aufgeladen wird, nach Patent 22 46 258, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsanordnung zur Spannungsversorgung von Bahnfahrzeugen aus einer Zugsammeischiene dient, die betriebsmäßig für die Speisung mit unterschiedlichen Nennspannungen vorgesehen ist, wobei keine zusätzlichen Mittel zur Anpassung an die Zugsammelschienenspannungen vorgesehen sind.

2. Anwendung der Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Anschluß an verschiedene in der Eisenbahnfahrzeugtechnik übliche Nennwechselspannungen zwischen Zugsammeischiene und Gleichstromsteller ein ungesteuerter Gleichrichter (2) mit nachgeschaltetem Glättungsfilter (4,5) vorgesehen ist.