DE2501388A1

DE2501388A1 - Verfahren zum betrieb einer mehrspannungswaehleinrichtung und anordnung zur durchfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE2501388A1
Application number: DE19752501388
Authority: DE
Inventors: Hugo Dipl Ing Klotz
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1975-01-13
Filing date: 1975-01-13
Publication date: 1976-07-15
Also published as: PL107605B1; CS259503B2; FR2297514A1; FI760007A; FI61150B; DK146739C; CH607595A5; DD122347A5; ES444168A1; DK146739B; FR2297514B1; CS20076A2; DK4576A; DE2501388C3; YU376A; HU175490B; FI61150C; SE7600234L; BE837473A; YU40450B

Description

Licentia Patent-Verwaltungs-G.m.b.H. Frankfurt/Main, Theodor-Stern-Kai 1

Rüthning-schb BI 74/85

Verfahren zum Betrieb einer Mehrspannungswähleinrichtung und Anordnung zur Durchführung des Verfahrens

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betrieb einer Mehrspannungswähleinrichtung zur Steuerung der Gruppierung von an Gleich- oder Wechselstromsystemen verschiedener Spannung betreibbaren elektrischen Geräten, bei der elektronische Schaltglieder mit Kippverhalten an der Proport ion al spannung eines die Betriebsspannung führenden Spannungsteilers liegen und ausgangsseitig Gruppierungseinrichtungen steuern, insbesondere zur Heizwiderstands— gruppierung in Bahnfahrzeugen.

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Es sind bereits eine Reihe von Mehrspannungswähleinrichtungen zur fahrdrahtspannungsabhängigen Umschaltung von Heizwiderständen für z.B. auf internationalen Strecken verkehrenden Reisezugwagen bekannt geworden. Derartige Mehrspannungswähleinrichtungen messen die Spannung an der Hauptheizleitung oder am Fahrdraht und stellen in Verbindung mit einer spannungslos gruppierenden Umschalteinrichtung und Hochspannungsschützen eine der herrschenden Heizspannung entsprechende Gruppierung der nachgeschalteten Geräte her.

Im allgemeinen wird anstelle der direkten Messung der Fahrdraht- oder Heizleitungsspannung der Abgriff einer Proportionalspannung an einem Spannungsteiler vorgezogen. Diese Spannung wird den die Spannungshöhe unterscheidenden Elementen zugeführt, die ihrerseits die Gruppierungsschütze steuern.

Bei einer bekannten Anordnung werden von zwei parallelgeschalteten Justierpotentiometern mit Mehrfachabgriffen Proportional-Gleichspannungen für ansteigende und abfallende Spannung abgegriffen und spannungsgestuft Speicherelementen zugeführt, die über Logik- und ZeSglieder die Gruppierungsschütze steuern (DT-PS 1 438 759). Der Aufwand an Bauelementen einschließlich Meßwertumformern und Spezial-Justierpotentiometern ist beträchtlich.

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Bei einer weiter bekanntgewordenen Einrichtung ist der Meßwertumformer bereits eingespart und von einem nur einfachen, an der Heizleitung liegenden Spannungsteiler werden je nach anliegender Spannung Gleich- oder Wechselproportionalwerte abgegriffen. Über Dioden sowie RC-Glieder mit Zeit- und Glättungsfunktion werden die gewonnenen Spannungen den einzelnen den Gruppierungsbereichen zugeordneten Triggern zugeführt. Die Dioden und Widerstände bewirken in speziellen Kunstschaltungen, bei denen bei anstehender Wechselspannung eine Halbwelle deformiert wird, ein Variieren der Triggeransprech- und Abfallwerte für Wechselspannungen gegenüber Gleichspannungen. Eine Abstimmung der Trigger an sich und untereinander ist nicht ganz einfach. Dazu kommt, daß die zur Glättung benutzten Kondensatoren der RC-Glieder gleichzeitig zur Abfallzeitverzögerung der Trigger Verwendung finden, wodurch sich Einstellschwierigkeiten ergeben können. Die Abfallzeitverzögerungen sind nötig, um kurzzeitige Spannungsunterbrechungen, wie sie beim Bügeltanzen der Stromabnehmer vorkommen, von den Triggern fernzuhalten. Durch den Kompromiß können die Abfallzeiten nicht beliebig einstellbar gemacht werden.

Bei den bekannten Verfahren wird generell über die herrschende Spannung angewählt. Dabei können durch die schon erwähnten, oft erheblichen Unter- und Überspannungen in verschiedenen Bahnnetzen Überschneidungen der Spannungshöhen, z.B.

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des 1000 V 16 2/3 Hz-Netzes und des 1500 V 50 Hz-Netzes oder auch mit dem 1500 V Gleichspannungsnetz auftreten. Die den Spannungsstufen zugeordneten Trigger können die richtigen Bereiche nicht mehr mit Sicherheit unterscheiden. Für die immer häufiger in Einsatz kommenden induktiven Verbraucher ist es jedoch von erheblicher Bedeutung, ob in einen 16 2/3 Hz? einen 50 Hz-oder gar Gleich-Spannungsbereich gruppiert wird.

Hier setzt die Erfindung ein mit der Aufgabe, unabhängig von durch Spannungstoleranzen bedingten Überschneidungen von Netzspannungen eine auch für induktive Verbraucher sichere Gruppierungsmöglichkeit zu schaffen. Sie sollen sicher bei steigender oder fallender Netzspannung gruppiert werden können.

Diese Aufgabe wird für ein Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die am Spannungsteiler auftretende Proportionalspannung in verschiedenen angeschlossenen Wähl stufen nach erwartbaren Frequenzen, ein-? schließlich Nullfrequenz, d.h. Gleichspannung unterschieden wird und über die ermittelte Frequenz die Gruppierungseinrichtungen gesteuert werden. Damit kann auf einfache Art und unabhängig von Spannungstoleranzen genau

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zwischen den einzelnen Bahnfrequenzen, einschließlich Nullfrequenz, unterschieden und stets richtig gruppiert werden. Zur Durchführung des Verfahrens sind für eine Mehrspannungswähleinrichtung die Wählstufen für die WechselSpannungen als frequenzabgestimmte Schwingkreise ausgebildet und als Wählstufe für Nullfrequenz findet ein RC-Glied Verwendung und jede Wählstufe ist mit einer der Anzahl der erwartbaren Spannungen im Frequenzbe— reich entsprechenden Zahl von spannungsgestuft ansprechenden Triggerstufen verbunden. In Ausbildung der Erfindung sind für eine Mehrspannungswähleinrichtung für die vier üblichen Bahnnetzspannungen ein 16 2/3 Hz- und ein 50 Hz—Schwingkreis mit jeweils einer nachgeschalteten Triggerstufe für 1000 V WechselSpannungsbereich bzw. 1500 V Wechselspannungsbereich sowie ein RC-Glied mit spannungsabhängig gestuft ansprechenden Triggerstufen der Bereiche 1500 V Gleichspannung und 3000 V Gleichspannung angeschlossen. Weitere Merkmale und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Ansprüchen unter Hinweis auf Zeichnung und Beschreibung entnehmbar.

An Hand eines Schaltungsschemas in Blockbilddarstellung für eine Spannungswähleinrichtung zur Gruppierung von Heizwiderständen in Reisezugwagen wird die Erfindung im nachstehenden näher erläutert. Es wird jedoch hervorgehoben, das die Erfindung nicht auf diesen Anwen-

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dungsfall beschränkt ist.

Nach der Zeichnungsfigur liegt ein Spannungsteiler 1/2 über seinen Teilerwiderstand 1 an der Heizleitung des Zuges und mit seinem Teilerwiderstand 2 an der Wagenerde. Die am Teilerpunkt 3 gegen Wagenerde abgreifbare Spannung ist der jeweiligen Heizleiterspannung proportional. Letztere kann je nach Bahnnetz 1000 V 16 2/3 Hz; 1500 V 50 Hz; 1500 V - oder 3000 V - betragen. Diese Werte sind Nenngrößen, die tatsächlichen Gegebenheiten lassen erhebliche Toleranzen, insbesondere bei Gleichspannungsnetzen von oft mehr als i 30 % zu. Die dazu proportionalen Gleich- oder Wechselspannungen werden vom Teilerpunkt 3 Wählstufen 4, 5 und 6 zugeführt. Die Wählstufe 4 besteht aus einem auf 16 2/3 Hz abgestimmten Resonanz- oder Schwingkreis und ist Kriterium für die mit dieser Frequenz arbeitenden 1000 V Wechselspannung. Wählstufe 5 besteht aus einem auf 50 Hz abgestimmten Schwingkreis und vermag die anstehenden 1500 V Wechselspannung von einer Gleichspannung gleicher Größe zu unterscheiden. Wählstufe 6 ist ein RC-Glied, das nur bei Gleichspannung anspricht. Die Wählstufen 4 und 5 zeigen hierbei, d.h. Frequenz Null, keine Reaktion. Den Wählstufen sind Trigger 7,8,9,10 nachgeschal-

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tet. Spricht die Wählstufe 4 an, wird Trigger 7, und spricht Wählstufe 5 an, wird Trigger 8 ausgelöst. Die Wählstufe 6 für Gleichspannung ist bei Wechselspannung durch den Kondensator des RC-Glieds kurzgeschlossen. Die Trigger 9 und 10 haben verschiedene Ansprechwerte, d.h. wenn die Wählstufe 6 Gleichspannung erkennen läßt, sprechen je nach Spannungshöhe nur Trigger 9 für die 1500 V Gleichspannungsstufe oder beide Trigger 9 und 10 für die 3000 V Gleichspannungsstufe an. An die Ausgänge der Trigger 7 bis 10 sind separate Zeitglieder 11 bis 14 geschaltet. Sie dienen der zeitlichen Abfallverzögerung, d.h. sie halten die nachgeschalteten Transistoren 15, 16, 17, 18 für gewisse Zeit weiter durchgesteuert, selbst wenn die Heizleitungsspannung z.B. durch Bügelspringen des Zug- oder Wagenstromabnehmers kurzzeitig Unterbrechungen erfährt. Die Zeitglieder sind getrennt und unabhängig einstellbar und finden vorzugsweise als integrierte Bausteine Verwendung.

Über die basisgesteuerten Transistoren 15 bis 18 werden Ausgangsrelais 19 bis 22 an eine die Versorgungsspannung führende Leitung gelegt. Dabei sind die Wicklungen der Ausgangsrelais 19 bis 22 einerseits an die Kollektoren der zugehörigen Transistoren 15 bis 18 und andererseits über Ruhekontakte 20a,21a,22a der spannungsmäßig höheren Stufen an die Versorgungsspannung der Leitung 23 angeschlossen. Die Emitter der Transistoren 15 bis 18 liegen gemeinsam an Masse. Über einen an die Wählstufe 6 angeschlossenen, auf einen Überspannungs-

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Maximalwert eingestellten Trigger 24 wird ein zusätzlich im Stromkreis der Spannungsversorgung (Leitung 23) liegender Transistor 25 beeinflußt, der die gesamte Einrichtung bei Erreichen des Maximalwertes, z.B. 3900 V Gleichspannung abschaltet. Eine Wiedereinschaltung erfolgt bei fallender Spannung, bei z.B. 3700 V. Die Spannungsversorgung über Leitung 23 für die Ausgangsrelais 19 bis 22 führt zusätzlich noqh Über den Ruhekontakt 26a eines Sicherheitsrelais 26, das von einem Sicherheitstrigger 27 gesteuert wird. Dieser spricht an, wenn die Spannung an einem definierten Meßpunkt 28 eines an eine Anzapfung 29 (1000 V-Anzapfung) im gruppierten Schaltkreis der Heizwiderstände gelegten Spannungsteilers z.B. 1300 V übersteigt. Durch spezielle Ausbildung der Teilerwiderstände und einer zugehörigen Diodenschaltung ist der Meßpunkt 28 für Gleich- und Wechselspannung gleichermaßen verwendbar. Übersteigt die Spannung am Meßpunkt 28 die 3000 V-Marke, so ist das ein Anzeichen einer Pehlgruppierung. Der Sicherheitstrigger 27 spricht an und läßt das Sicherheitsrelais 26 über Transistor 30 anziehen. Der Ruhekontakt 26a unterbricht die Versorgungsspannung von Leitung 23, wodurch die Ausgangsrelais 19 bis 22 abfallen. Die Ruhekontakte 20a,21a, 22a dieser Relais gehen dabei in die 3000 V-Bereitschaftsstellung. Das Sicherheitsrelais 26 hält sich über Arbeitskontakt 26b selbst. Die Wähleinrichtung kann nur durch kurzzeitige Batterie-Abschaltung wieder in Arbeitsbereitschaft gebracht werden. Die Spannungsversorgung für die auf Hochspannungspotential liegenden Ausgangsrelais 19 bis 22 erfolgt von einer Batterie

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31 und einem Gleichspannungsumformer, der aus Wechselrichter 32, Trenntransformator 33 und Gleichrichter 34 besteht, wobei letzterer mit der Leitung 23 verbunden ist. Die Batterie ist damit potentialmäßig von der Hochspannung führenden Mehrspannungswähleinrichtung getrennt. Die Spannungsversorgung für die eigentliche Gruppiereinrichtung mit Schaltwerksmotor 35 erfolgt dagegen direkt von der Batterie 31 auf Niederarpannungspotential. Die zur angedeuteten Gruppierungseinrichtung gehörenden Gruppierungskontakte der Ausgangsrelais 19 bis 22 sind mit 19b,c; 20b,c; 21b,c und 22b bezeichnet. Das Schaltwerk schaltet über seine Kontakte die Batteriespannung zu den Heizschützen über eine Leitung 36. An die Leitung 36 ist über ein Zeitglied 40 noch ein Relais 41 angeschlossen, dessen Ruhekontakt 41a in der Leitung 36 zu den Heizschützen liegt. Ein Arbeitskontakt 41b schaltet die Spannung auf Leitung 36 zum Schütz des überwachten Kreises (1000 V-StufeX Immer, wenn Leitung 36 beim Umschalten vom spannungslosen in den spannungsführenden Zustand übergeht, wird das Zeitglied 40 neu angestoßen und das Heizschütz des überwachten Kreises (1000 V-Stufe) wird unabhängig, ob der dortige Thermostat der Abteilheizung eingeschaltet wurde, kurzzeitig an Spannung gelegt. Die Spannung wird am Meßpunkt 28 in der schon beschriebenen Weise geprüft.

Mit 37 ist noch ein dem Teilerwiderstand 2 parallelgeschalteter Optokoppler angedeutet. Er ist Teil einer Abschaltautomatik für die Batterie 31 der Versorgungsspannung. Nur wenn an

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der Heizleitung und damit am Teilerwiderstand 2 Spannung anliegt, hat auch der Optokoppler 37 Ausgang, der Abschalttrigger 38 spricht an und betätigt Relais 39. Durch den Arbeitskontakt 39a wird der Wechselrichter 32 an die Batterie 31 geschaltet. Bei Ausfall der Heizleitungsspannung braucht nicht gruppiert zu werden, d.h. der Wechselrichter 32 benötigt keine Versorgurtgsspannung für die Ausgangsrelais 19 bis 22 und wird bei Öffnung des Arbeitskontaktes 39a abgeschaltet. Zur Funktion wird noch bemerkt, sobald Spannung an der Heizleitung durch den Optokoppler 37 festgestellt wird, wird über Kontakt 39a die Batterie 31 an den Wechselrichter 32 des Gleichspannungsumformers gelegt. Das Schaltwerk steht zunächst in der 3000 V-Stufe. Liegt an dem Spannungsteiler 1/2 z.B. eine 50 Hz Wechselspannung, dann wird die Wählstufe 5 ansprechen und über das Ausgangsrelais 20 wird Kontakt 20a geöffnet. 50 Hz können nur für den 1500 V-Bereich gelten, dementsprechend schließt Arbeitskontakt 20b und öffnet Ruhekontakt 20c. Der Schaltwerksmotor 35 läuft von der 3000 V-Gleichspannungsstufe bis zur 1500 V-Wechselspannungsstufe, und Spannung gelangt über Leitung 36 zu den Heizschützen, sobald der Motor die gesteuerte Stufe erreicht hat. Gleichzeitig wird Relais 41 über das Zeitglied 40 angeregt, so daß zuerst das Heizschütz des überwachten Heizkreises nach der Gruppierung eingeschaltet werden kann. Die am Meßpunkt 28 auftretende Spannung wird vom Sicherheitstrigger 27 geprüft und erforderlichenfalls die gesamte Mehrspannungsheizeinrichtung abgeschaltet. Nach der Abfallverzögerung des Zeitgliedes 40 können die übrigen Schütze eingeschaltet

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werden, sofern die Sicherheitsstufe 27 nicht angezogen hat.

Durch die Erfindung kann eine Mehrspannungswähleinrichtung erstellt werden, mit der einfach und sicher auch induktive Verbraucher gruppiert werden können.

11 Seiten Beschreibung
9 Patentansprüche
1 Bl. Zeichnungen

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Claims

Licentia Patent-Verwaltungs-GmbH Frankfurt am Main, Theodor-Stern-Kai 1 BI 74/85 Patentansprüche ;

1.) Verfahren zum Betrieb einer Mehrspannungswähleinrichtung zur Steuerung der Gruppierung von an Gleich- oder Wechselstromsystemen verschiedener Spannung betreib— baren elektrischen Geräten, bei der elektronische Schaltglieder mit Kippverhalten an der Proportionalspannung eines die Betriebsspannung führenden Spannungsteilers liegen und ausgangsseitig Gruppierungseinrich-. tungen steuern, insbesondere zur Heizwiderstandsgruppierung in Bahnfahrzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß die am Spannungsteiler (1/2) auftretende Proportionalspannung in verschiedenen angeschlossenen Wählstufen (4,5,6) nach erwartbaren Frequenzen, einschließlich Nullfrequenz, d.h. Gleichspannung unterschieden wird und über die ermittelte Frequenz die Gruppierungseinrichtungen gesteuert werden.

2.) Mehrspannungswähleinrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wählstufen (4,5) für die Wechselspannungen als fre-

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quenzabgestimmte Schwingkreise ausgebildet sind und als Wählstufe (6) für Nullfrequenz ein RC-Glied Verwendung findet und daß jede Wählstufe (4,5,6) mit einer der Anzahl der erwartbaren Spannungen im Frequenzbereich entsprechenden Zahl von spannungsgestuft ansprechenden Trigge*rstufen (7-10) verbunden ist.

3.) Mehrspannungswähleinrichtung nach den Ansprüchen 1 oder 2 für die vier üblichen Bahnnetzspannungen, dadurch gekennzeichnet, daß an den Spannungsteiler (1/2) ein 16 2/3 Hz- und ein 50 Hz-Schwingkreis mit jeweils einer nachgeschal— · teten Triggerstufe (7 bzw. 8) für 1000 V Wechselspannungsbereich bzw. 1500 V Wechselspannungsbereich sowie ein RC-Glied mit spannungsabhängig gestuft ansprechenden Trigger— stufen '(9,10) der Bereiche 1500 V Gleichspannung und 3000 V Gleichspannung angeschlossen sind.

4.) Mehrspannungswähleinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgänge der Triggerstufen (7 bis 10) über Zeitglieder (11 bis 14) jeweils an Steuereingänge von Transistorstufen (15 bis 18) gelegt sind, die die Versorgungsspannung für die Wicklungen zugeordneter Ausgangsrelais (19 bis 22) schalten.

5.) Mehrspannungswähleinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklungen der Ausgangsrelais (19-22) jeweils einerseits an der zugeordneten Transistorstufe

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(15-18) und andererseits zusammengeschaltet über Ruhekontakte (22a, 21a, 20a) der spannungsmäßig höheren Stufen an die Versorgungsspannung gelegt sind.

6.) MehrspannungswMhleinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Überspannungsüberwachung vorgesehen ist, bei der an das RC-Glied ein auf einen Maximalwert eingestellter Trigger (24) angeschlossen ist, der bei Überschreitung seines Schwellwertes direkt einen Transistor (24) steuert, der im Stromkreis der Spannungsversorgung aller über die Ruhekontakte (22a, 21a, 20a) parallelgeschalteten Ausgangsrelais (19-22) liegt.

7.) Mehrspannungswähleinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sicherheitstrigger (27) vorgesehen ist, der bei zu hoher Span- nung an einem definierten Meßpunkt (28) einer Anzapfung (29) im gruppierten Schaltkreis ein Sicherheitsrelais (26) beaufschlagt, dessen Ruhekontakt (26a) im gemeinsamen Stromkreis der Spannungsversorgung für die Wicklungen aller Ausgangsrelais (19-22) liegt.

8.) Mehrspannungswähleinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß am Spannungsteiler (1/2) ein Optokoppler (37) angeschlossen ist, dessen Ausgang über einen Trigger (38) ein Abschaltrelais (39) beaufschlagt

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und die Batterie (31) der Spannungsversorgung für die Mehrspannungswan!einrichtung erst dann einschaltet, wenn der Spannungsteiler (1/2) spannungsführend ist.

9.) Mehrspannungswähleinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Batterie (31) und Fahrzeugmasse über einen Gleichspannungswandler transformatorisch vom Hochspannungspotential der Mehrspannungswähleinrichtung getrennt ist.

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