DE2541250C3 - Anordnung zur Energieversorgung von Wechselstromverbrauchern aus Gleich- oder Wechselspannungsnetzen verschiedener Spannung und/oder Frequenz - Google Patents

Anordnung zur Energieversorgung von Wechselstromverbrauchern aus Gleich- oder Wechselspannungsnetzen verschiedener Spannung und/oder Frequenz

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DE2541250C3
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Energieversorgung von Wechselstromverbrauchern aus Gleich- oder Wechselspannungsnetzen verschiedener Spannung und/oder Frequenz, insbesondere der im Bahnbetrieb gebräuchlichen Spannungsstufung 3:1, 5:1.
Der grenzüberschreitende Verkehr benötigt, bedingt durch die'unterschiedlichen Fahrleitungssysteme in den einzelnen Ländern, Mittel, um die Energieversorgung im Zug für die verschiedensten Arten von Verbrauchern sicherzustellen. Hierzu gehören beispielsweise Klimaanlagen, elektrische Akkumulatoren und Nebenstromverbraucher wie Toilettenanlagen, Heizung, Warmwasser oder Licht. An der Zugsammeischiene können 3 kV Gleichspannung, 1,5 kV Gleichspannung, 1,5 kV Wechselspannung mit 50 Hz und 1 kV Wechselspannung mit 162Λ Hz auftreten. Diese Spannungen entsprechen einer Stufung von 3:1,5:1. Man geht im allgemeinen von Gleichspannung aus, die entsprechend den zur Anwendung kommenden Verbrauchern umgeformt wird. Bei auftretender Wechselspannung wird man zunächst gleichrichten. Zur Anwendung kamen bislang überwiegend rotierende Umformer. Es ist bereits ein statischer Energiewandler für die Versorgung von Reisezugwagen aus der Speiseleitung bei Mehrspannungsbetrieb bekannt geworden, bei dem ausschließlich ruhende Bauelemente Verwendung finden (»Deutsche Eisenbahntechnik«, 20 (1972), Heft 10, Seiten 465 und 466). Bei der dort vorgeschlagenen Lösung finden zwei Gleichrichterbrücken mit Glättungsmitteln und zwei Wechselrichter Anwendung, die in Spannuiigsbereichen von IkV bis 1,5 kV parallel arbeiten und die bei 3 kV in Reihe geschaltet sind.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine einfache und betriebssichere Anordnung mit ausschließlich ruhenden Bauelementen zu schaffen, die gegenüber der bekannten Anordnung einfacher aufgebaut ist.
Diese Aufgabe wird für eine Anordnung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß Netzgleichspannungen direkt und Netzwechselspannungen nach Gleichrichtung und Glättung zwei Gleichstromstellern mit Umsetzertransformator zugeführt werden, die bei Netzgleichspannung hoher Spannungsstufe in Reihe und bei mittlerer Spannungsstufe parallelgeschaltet sind und daß die bei Gleichrichtung der Glättung dienenden Mittel den beiden Gleichstromstellern zugeordnet und auf Ausgleich von Zünddifferenzen bei Netzgleichspannung hoher Spannungsstufe ausgelegt sind.
Durch Mehrfachausnutzung von Bauelementen kann mit erheblich weniger Bauteilen ausgekommen und kleiner und billiger gebaut werden.
Reihenschaltung bzw. Parallelschaltung von Bauelementen bei verschieden hoher Betriebsspannungen ist zwar für sich bekannt, ebenso die Anwendung von Gleichstromstellern. Von reihengeschalteten Gleichstromstellern für 1,5 kV nahm man bei hohen Betriebsspannungen, wie sie 3 kV Gleichspannung darstellen, davon jedoch bislang Abstand, da die Thyristoren bei ungenügender Zünd- und Löschsynchronisierung durch die dann auftretende oft doppelte Spannungsbeanspruchung häufig ausfielen. Durch die Erfindung braucht durch Doppelausnutzung der sowieso bei Gleichrichtung vorhandenen Glättungsmittel und Zuordnung dieser zu den Gleichstromstellern auch auf gewisse Zünddifferenzen keine Rücksicht mehr genommen zu werden.
Zweckmäßig sind die der Glättung dienenden Mittel für die kleinste vorhandene Netzfrequenz ausgelegt. Das heißt, die Glättungsmittel sind bezogen auf die vorgenannten Betriebsspannungen auf 1 kV Wechselspannung und I6V3 Hz abgestimmt.
In weiterer Ausgestaltung bestehen die der Glättung
dienenden Mittel jeweils aus einer dem Gleichstromsteller vorgeschalteten Glättungsdrosselspule und einem der Reihenschaltung von Gleichstromsteller und Primärwicklung des Umsetzertransformators parallelgeschalteten Kondensator.
Vorteilhaft ist ferner, daß für die Gleichrichtung bei Netzwechselspannung eine Brückenschaltung dient, über deren gleichsinnig in Reihe liegende Ventile der Brückenzweige bei Netzgleichspannung die Reihenbzw. Parallelschaltung der beiden Gleichstromsteller geführt ist Die Ventile des Brückengleichrichlers dienen dabei gleichzeitig als Sperrventile und ersparen besondere Elemente.
Dabei sind die beiden Brückenzweige anodenseitig jeweils an eine zugehörige Primärwicklung des Umsetzertransformators geschaltet und bei Netzwechselspannung sind die beiden Brückenzweige sowohl anodenseitig als auch kathodenseitig über je einen Schalter miteinander verbunden.
In weiterer Ausgestaltung ist ferner bei Netzgleichspannung und Reihenschaltung der Gleichstromsteller der auf der einen Seite des Schalters liegende zum ersten Gleichstromsteller gehörende Brückenzweig mit der zum zweiten Gleichstromsteller gehörenden Glättungsdrosselspule und der auf der anderen Seite des Schalters liegende zum zweiten Gleichstromsteller gehörende Brückenzweig über einen weiteren Schalter mit einem Pol des Netzes verbunden.
Anhand eines schematischen Ausführungsbeispieles wird die Erfindung im nachstehenden näher erläutert. Es zeigt
F i g. 1 — ein Schaltschema in Blockbilddarstellung,
F i g. 2 — eine Schaltung im einzelnen,
F i g. 3 — eine Schaltertabelle.
Nach Fig. 1 werden die an der Zuleitung 1 auftretenden Wechselspannungen (1,5 kV mit 50 Hz und 1 kV mit 162/3 Hz) von einem Gleichrichter 2 gleichgerichtet und übei eine Glättungseinrichtung 3, einem Gleichstromsteller 4 mit Umsetzertransformator 5 zugeführt. Die gewonnene Wechselspannung wird einem oder mehreren Verbrauchern 6 zugeleitet. Die an der Zuleitung 7 auftretenden Gleichspannungen von 3 kV und 1,5 kV brauchen nicht erst gleichgerichtet zu werden, der Weg über den Gleichrichter 2 entfällt daher. Sonst ist der Weg derselbe über die Glättungseinrichtung 3 zum Gleichstromsteller 4.
F i g. 2 zeigt die Schaltung, wie sie in F i g. 1 schematisch dargestellt wurde, genauer. Von einer Zugsammeischiene 8 ist je nach Wagenstandort eines der vier Stromsysteme abgreifbar. Die abgegriffene Spannung wird dabei über eine Hauptsicherung 9 und ein Hauptschütz 10 über weitere Sicherungen 11 und 12, Drosselspulen als Glättungsmittel 13 und 14 und Gleichstromsteller 15 und 16 den Primärwicklungen 17 und 18 eines Umsetzertransformators 19 zugeführt, dessen Sekundärwicklungen für den Verbraucheranschluß mit 20 und 21 bezeichnet sind. Den Primärwicklungen nachgeschaltet ist eine Brückenschaltung 22 mit den gleichsinnig in Reihe liegenden Brückenzweigen 23 und 24. Mit 25 und 26 sind Kondensatoren als Giättungsmittel und mit 27 und 28 sind Freilaufdioden bezeichnet Die Ziffern 29 bis 36 bezeichnen Schalter für Wechsel- oder Gleichspannungsanschluß und für die Gruppierung. Ziffer 37 gibt einen Masseanschluß wieder.
F i g. 3 gibt die bei den verschiedenen Spannungen und Frequenzen notwendigen Stellungen der Schalter 29 bis 36 wieder, wobei jeweils ein Punkt den Schalter in der Stellung »eingeschaltet« bedeutet
Danach sind bei einer Gleichspannung von 3 kV die Schalter 29,30,31 geschlossen und die übrigen geöffnet Bei eingelegtem Hauptschütz 10 verläuft der Strom über die Bauelemente mit den Ziffern 8,9,10,30,11,13, 15, 17, 23, 31, 12, 14, 16, 18, 24, 29, 37. Die Ventile der Brückenzweige 23, 24 der Brückenschaltung 22 wirken in Doppelfunktion hier als Sperrventile.
Bei einer Gleichspannung von 1,5 kV sind die Schalter 29, 30,32, 33 geschlossen und die Schalter 31, 34, 35, 36 geöffnet. Der Strom verläuft dann von den Bauelementen 8, 9, 10, 30 geteilt über die Bauelemente 11, 13, 15, 17,23,33 und 12, Ϊ4,16,18,24 um schließlich gemeinsam über 29 an Masse 37 zu führen.
Bei einer Netzwechselspannung von 1,5 kV mit 50 Hz und von 1 kV mit 162/3 Hz sind bis auf die Schalter 29,30 jeweils alle anderen Schalter geschlossen. Der Strom einer Halbwelle verläuft dann über die Bauelemente 8, 9,10,35, das untere Ventil von 23 über Schalter 31 und verzweigt sich über die Bauelemente 32, 11, 13, 15, 17, 34 sowie 12, 14, 16, 18 und geht gemeinsam über das obere Ventil von 24 über Schalter 36 an Masse 37. Bei Wechselspannungsbetrieb dienen die Glättungsmittel 13 und 25 sowie 14 und 26 ihrem eigentlichen Zweck der Glättung des gleichgerichteten Wechselstroms. Sie sind für 162Λ Hz ausgelegt, das heißt, besonders groß. Bei Gleichspannungsbetrieb von 3 kV reicht diese Dimensionierung aus, um die doppelte Nennspannung, die durch unregelmäßige Zündungen an einzelnen Gleichstromstellern auftreten kann, kurzfristig aufzunehmen. Auch hier ist somit eine Doppelfunktion der Glättungsglieder erreicht. Die Gleichstromsteller 15 und 16 takten in gewünschter Frequenz den Gleichstrom. Über die Sekundärwicklungen 20 und 21 des Umsetzertransformators 19 können Wechselspannungen, beispielsweise von 220 V mit 50 Hz und von 30 V mit 50 Hz, sber auch andere Spannungen und Frequenzen abgegriffen werden.
Mit der Erfindung ist durch konsequente Doppelausnutzung vorhandener Bauelemente eine besonders kompakte, einfache und betriebssichere Anordnung mit ausschließlich ruhenden Schaltelementen zur Energieversorgung von Verbrauchern aus Mehrspannungssystemen geschaffen worden.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:
1. Anordnung zur Energieversorgung von Wechselstromverbrauchern aus Gleich- oder Wechselspannungsnetzen verschiedener Spannung und/oder Frequenz, insbesondere der im Bahnbetrieb gebräuchlichen Spannungsstufung 3:1, 5:1, dadurch gekennzeichnet, daß Netzgleichspannungen direkt und Netzwechselspannungen nach Gleichrichtung und Glättung zwei Gleich-Stromstellern (15, 16) mit Umsetzertransformator (IS) zugeführt werden, die bei Netzgleichspannung hoher Spannungsstufe in Reihe und bti mittlerer Spannungsstufe parallelgeschaltet sind und daß die bei Gleichrichtung der Glättung dienenden Mittel υ (13, 25 und 14, 26) den beiden Gleichstromstellern (15, 16) zugeordnet und auf Ausgleich von Zünddifferenzen bei Netzgleichspannung hoher Spannungssiufe ausgelegt sind.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die der Glättung dienenden Mittel (13, 25 und 14, 26) für die kleinste vorhandene Netzfrequenz (z. b. 1 b2h Hz) ausgelegt sind.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die der Glättung dienenden Mittel (13, 25 und 14, 26) jeweils aus einer dem Gleichstromsteller (15 bzw. 16) vorgeschalteten Glättungsdrosselspule (13 bzw. 14) und einem der Reihenschaltung von Gleichstromsteller (15 bzw. 16) und Primärwicklung (17 bzw. 18) des Umsetzertransformators (19) parallelgeschalteten Kondensator bestehen.
4. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß für die Gleichrichtung bei Netzwechselspannung eine Brückenschaltung
(22) dient, über deren gleichsinnig in Reihe liegende Ventile der Brückenzweige (23 bzw. 24) bei Netzgleichspannung die Reihen- bzw. Parallelschaltung der beiden Gleichstromsteller (15, 16) geführt ist.
5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Brückenzweige (23 bzw. 24) anodenseitig jeweils an eine zugehörige Primärwicklung (17 bzw. 18) des Umsetzertransformators (19) geschaltet sind und daß bei Netzwechselspan- « nung die beiden Brückenzweige (23 bzw. 24) sowohl anodenseitig als auch kathodenseitig über je einen Schalter (33 bzw. 34) miteinander verbunden sind.
6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei Netzgleichspannung und Reihenschaltung der Gleichstromsteller (15,16) der auf der einen Seite des Schalters (33) liegende zum ersten Gleichstromsteller (15) gehörende Brückenzweig
(23) mit dem zum zweiten Gleichstromsteller (16) gehörenden Glättungsmittel (14) in Form einer Drosselspule und der auf der anderen Seite des Schalters (33) liegende zum zweiten Gleichstromsteller (16) gehörende Brückenzweig (24) über einen weiteren Schalter (29) mit einem Pol des Netzes (Masse 37) verbunden ist.
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