DE2613110C2

DE2613110C2 - Umschaltbarer Transformator zum Anschluß an die gängigen Zugsammelschienenspannungen in Reisezugwagen

Info

Publication number: DE2613110C2
Application number: DE19762613110
Authority: DE
Inventors: Ekkehart von Dr.-Ing. 1000 Berlin Renesse
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1976-03-24
Filing date: 1976-03-24
Publication date: 1983-03-24
Also published as: CH613801A5; FR2345798B1; FR2345798A1; IT1080337B; DE2613110A1

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf einen Transformator gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Ein solcher umschaltbarer Transformator gemäß Oberbegriff ist z. B. aus »Glasers Annalen« 92 (1968), Nr. 2, S. 55—58 bekanntgeworden für eine Viersystem-Stromversorgung von Reisezugwagen. Dieser Transformator wird bei Wechselspannungseinspeisung 1000 V, 16²/3Hz über eine primärseitige Anzapfung versorgt, wobei ein Teil der für 1500V, 50 Hz Sinus- oder Rechteckeinspeisung vorgegebenen Wicklung ungenutzt bleibt. Der Transformator ist eisenmäßig für 16V₃Hz ausgelegt und wird bei Betrieb an 1500V, Hz trotz der dann erhöhten Windungszahl durch Benutzung der gesamten Wicklungslänge eisenmäßig nicht voll ausgenutzt. In jedem Betriebsfall bleibt ungenutztes oder nicht voll ausgenutztes Material vorhanden.

Bei einer Reihe von Anwendungsfällen müssen transformatorgespeiste Verbraucher trotz unterschiedlicher Transformatoreingangsspannungen und Frequenzen ein stets gleiches Spannungsangebot erhalten. Ein solcher Anwendungsfall ist beispielsweise beim grenzüberschreitenden Zugverkehr mit den in den einzelnen Ländern unterschiedlichen FahrleiUingssystemen gegeben. Die Energieversorgung in den Zügen für die verschiedensten Arten von Verbrauchern muß trotz der verschiedenen Fahrleitungs-Nennspannungen wie kV=, 1,5 kV=, 25 kV 50 Hz ~ und 15 kV 16²/₃ Hz — qleichmäßig gewährleistet sein. Die Wechselspannungen werden im allgemeinen von einem Haupttransformator auf 1,5 kV 50 Hz ~ bei 25 kV Fahrleitungsspannung bzw. IkV 16V₃Hz bei 15 kV Fahrleitungsspannung heruntertransformiert, während die Gleichspannungen 3 kV und 1,5 kV direkt zur Verfugung stehen. Von diesen Spannungen wird meist eine durch die Züge hindurchgehende Hauptspeiseleitung oder Zugsammeischiene versorgt, die der zentralen Energieversorgung dient und an der im allgemeinen Verbraucher wie Klimaanlage, Batterieladung, elektrische Heizung, Beleuchtung und weitere Hilfsbetriebe angeschlossen sind. Um die genannten Verbraucher mit anderen Spannungen als den genannten aus der Zugsammelleitung betreiben zu können und auch zur Potentialtrennung ist meist ein Transformator zwischengeschaltet mit einer entsprechenden Anzahl von Sekundärwicklungen. Er wird bei Nennwechselspannungen 1,5 kV 50 Hz oder 1 kV 16V₃ Hz direkt und bei Gleichspannungen von 3 kV oder 1,5 kV über einen Wechselrichter mit einer konstanten Spannungs-Frequenz-Kombination gespeist. Letztere läßt sich einem der beiden Wechselspannungssysteme anpassen, meist entscheidet man sich für 50 Hz. Auch für diese Transformatoren bestimmen sich wie allgemein üblich die Baugrößen nach der niederen Frequenz, hier 16V₃ Hz. Es muß sehr viel Eisen im Transformator vorgesehen werden, um die Induktionswerte nicht zu überschreiten. Bekanntlich können die positiven Nennspannungsabweichungen bei Gleichspannungsbetrieb bis zu 33Vj% und bei Wechselspannungsbetrieb um 10% maximal betragen.

Aufgabe der Erfindung ist es, solche Transformatoren kleiner, leichter und materialsparender, d. h. wirtschaftlicher zu bauen.

Diese Aufgabe wird für einen Transformator der eingangs genannten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst.

Bisher ist man auch bei diesen Transformatoren bei der Eisenauslegung nach der niederen Frequenz gegangen.

Es ist bereits ein Haupttransformator für den Anschluß an Fahrleitungsnetze 25 kV 50 Hz, 15 kV I6V3 Hz bekannt, der sowohl galvanisch getrennte Wicklungen aufweist als auch als Spartransformator zur Speisung (Heizung) herangezogen wird (Elektrische Bahnen 1967, H. 6, S. 131, Bild 6). Dieser Transformator ist jedoch herkömmlich für die niedere Netzfrequenz (16V₃ Hz) ausgelegt.

Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

An Hand eines Ausführungsbeispiels wird die Erfindung im nachstehenden gegenüber einer bekannten Ausführungsform näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 — eine bekannte Ausführungsform, umschaltbar auf 1,5 kV 50 Hz und 1 kV 16V₃ Hz,

Fig.2 - die neue Schaltung für 1,5 kV 50 Hz und 1 kV 16V₃ Hz,

F i g. 3 — eine Tabelle der in F i g. 2 erforderlichen Umschaltungen.

Der in F i g. 1 gezeigte Transformator ist bekannter Art und besteht aus einer an 1,5 kV 50 Hz oder 1 kV 16Vj Hz anschließbaren Primärwicklung 1 und zwei Sekundärwicklungen 2 und 3 zur Speisung unterschiedlicher Verbraucher 4 und 5 mit verschiedener Speisespannung. Dabei kann beispielsweise der Verbraucher 4 ein Ladegerät für eine Batterie (z. B. 48 V oder 110 V) und 5 ein für 800 V ausgelegtes Kälteaggregat für eine

Klimaanlage darstellen. 6 und 7 zeigen Wicklungsanzapfungen, an die zum Spannungsausgleich bei Betrieb des Transformators an der höheren Spannung (1,5 kV) die Verbraucher 4 und 5 über Schaltkontakte 8 und 9 gelegt sind. Bei 1 kV 16V₃Hz sind die Schaltkontakte 10, 11 geschlossen. Der Transformator ist für einen Betrieb bei dieser Spannung und Frequenz auszulegen. Der Aufwand an Transformatoreisen ist etwa proportional der Induktion anzusetzen, was gegenüber 100% bei 50 Hz-Betrieb etwa einem Aufwand von 200% bei 16²/₃ Hz-Betrieb entspricht. Hinzu kommt κίη Mehraufwand an Kupfer durch die bei 1 kV-Betrieb höheren Primärströme.

F i g. 2 zeigt die gleicheti Verbraucher 4 und 5 an einem erfindungsgemäßen Transformator. Die Primärwicklung ist mit 21, die Sekundärwicklungen mit 22 und 23 bezeichnet. Hinzugekommen sind diverse Schaltkontakte 24, 25, 26, 27 zur Reihenschaltung der Sekundärwicklung 23 mit der Primärwicklung 21. Mit 28 und 29 sind Sekundärwicklungsanzapfungen angegeben, über die mittels der Schaltkontakte 30,31 die Verbraucher 4, 5 umschaltbar an Spannung gelegt werden können. 32 und 33 sind weitere Schaltkontakte. Zum Betrieb des Transformators wird auf die F i g. 3 verwiesen, in der tabellarisch die Schalterstellungen bei verschiedenen Betriebsspannungen angegeben sind. Ein Punkt bedeutet »eingeschaltet«. Bei 1,5 kV 50 Hz sind danach d>e Schaltkontakte 25 und 27 geschlossen. Der Transformator arbeitet in normaler Weise, wobei die Verbraucher 4 und 5 galvanisch von der Netzspannung getrennt über die Schaltkontakte 30 und 32 an Spannung liegen. Bei 1 kV 16²/₃ Hz dagegen sind die Schaltkontakte 2& und 26 geschlossen und 25 und 27 geöffnet. Die Sekundärwicklung 23 wird damit in den Primärstromkreis einbezogen. Für den Verbraucher 5 entfällt durch diese Sparschaltung die galvanische Trennung. Er wird über den Schaltkontakt 3i und die Anzapfung 29 an die entsprechende Spannung angeschlossen. Eine solche Schaltung ist für Verbraucher ohne Potentialtrennungszwang, wie hier z. B. ein Kälteaggregat einer Klimaanlage, das unterhalb des Wagenkastens, also an einem unzugänglichen Ort, berührungssicher angeordnet ist, zweckmäßig. Potentialtrennung ist hier nicht nötig. Durch die Einbeziehung der Sekundärwicklung in den

ίο Primärstromkreis erhöht sich dessen Windungszahl, wodurch die Induktion herabgesetzt wird, was in einer erheblichen Reduzierung des erforderlichen Eisengewichts (bis zu 30%) resultiert. Hinzu kommt auch eine gewisse Kupferersparnis durch die Möglichkeit, Teile der Parallelwicklung im »Spartransformator«, in denen sich die Ströme teilweise aufheben (hier unterer Teil der Wicklung 23 und die Wicklung 21), mit geringerem Drahtquerschnitt auszuführen. Diese Kupferersparnis wird jedoch teilweise eingeschränkt durch Wicklungsmehraufwand bei der Sekundärwicklung 22 für den weiteren Verbraucher 4. Da sich mit der Erhöhung der Windungszahl im Primärstromkreis die AW-Zah) erhöht, muß im Sekundärstromkreis ein Ausgleich erfolgen, um für den weiteren Verbraucher 4 dieselbe Spannung zu bekommen. Dies geschieht durch entsprechendes Erhöhen der Sekundärwindungszahl der Wicklung 22 und Anschluß des Verbrauchers 4 über den Schaltkontakt 33.
Durch die Erfindung läßt sich ein Transformator

3" schaffen, der trotz eines gewissen Mehraufwandes an Schaltgerät wesentliche Vorteile bringt. Durch die Eisen- und Kupferersparnis kann der Transformator generell kleiner im Bauvolumen und Gewicht und damit auch preislich günstiger gehalten werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Umschaltbarer Transformator zum Anschluß an die gängigen Zugsammelschienenspannungen mit mehreren Sekundärwicklungen zur Speisung differenter Verbraucher in Reisezugwagen mit jeweils gleicher definierter Betrebsspannung unabhängig von der gerade anliegenden Zugsammelschienenspannung, an die bei 1,5 kV 50 Hz oder 1 kV 16V₃ Hz die Primärwicklung direkt angeschlossen ist bzw. bei Gleichspannungen von 3 kV oder 1,5 kV über einen Umrichter angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Transformator eisenmäßig für die höhere Netzfrequenz (50 Hz) ausgelegt ist und für diese Frequenz nur galvanisch getrennte, für die jeweilige Zugsammelschienenspannung umschaltbare Sekundär-Wicklungen (21, 22, 23) aufweist und daß für einen Anschluß an das Netz niederer Frequenz (16V₃ Hz) eine Erhöhung der Pnmärwindangszahl durch Umschaltung wenigstens einer der Sekundärwicklungen (23) von der Sekundär- auf die Primärseite unter Aufhebung der galvanischen Trennung für diese Wicklung (23) und deren Verbraucher (5) vorgesehen ist.

2. Transformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mit der Primärwicklung (21) in Reihe geschaltete Sekundärwicklung (23) mit einer Spannungsreduzieranzapfung (29) versehen ist, auf die der zugehörige Verbraucher (5) umschaltbar ist.

3. Transformator nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mit der Sekundärwicklung (23) in Reihe geschaltete Primärwicklung (21) mit einer Spannungsreduzieranzapfung versehen ist, auf die der zugehörige Verbraucher (5) umschaltbar ist.