DE2613553A1 - DEVICE FOR SUPPLYING UTILITY CONSUMERS IN A RAILWAY VEHICLE - Google Patents

DEVICE FOR SUPPLYING UTILITY CONSUMERS IN A RAILWAY VEHICLE

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DE2613553A1 DE19762613553 DE2613553A DE2613553A1 DE 2613553 A1 DE2613553 A1 DE 2613553A1 DE 19762613553 DE19762613553 DE 19762613553 DE 2613553 A DE2613553 A DE 2613553A DE 2613553 A1 DE2613553 A1 DE 2613553A1
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Description

SIL
BESOHFJiIiETSR HAFTUNG- in Essen SIL
BESOHFJiIiETSR LIABILITY- in Essen

ERIED1, KRUPP BESSILSOHA^T MIT * " -1^ERIED 1 , KRUPP BESSILSOHA ^ T WITH * "- 1 ^

Einrichtung zur Versorgung von Uutzverbrauchern in einem EisenbahnfahrzeugDevice for supplying Uutz consumers in a railway vehicle

Für Reisezugwagen, die in Eisenbahnnetzen verschiedener Länder verkehren sollen, wird vielfach gefordert, daß die Energieversorgung der Ifutzverbraucher der Wagen aus den Fahrleitungen erfolgt, die in den verschiedenen Ländern unterschiedliche elektrische Spannungen aufweisen, In Betracht kommen Gleichspannungen von 1500 und 3000 YoIt sowie Wechselspannungen von 15 000 YoIt "bei 16 2/3 Hs und von 25 000 YoIt "bei 50 Hs.For passenger coaches that are to run in the railway networks of different countries, it is often required that the energy supply of the Ifutzverbrauchers the car from the overhead lines, which in the different countries have different electrical voltages, DC voltages come into consideration from 1500 and 3000 YoIt as well as alternating voltages of 15,000 YoIt "at 16 2/3 Hs and from 25,000 YoIt" at 50 Hs.

Hierbei erhalten die Uutzverbraueher der Wagen eines Reisezuges die Energie aus einer durch den Zug hindurchgehenden Sammelleitung, die über den Stromabnehmer der Lokomotive an die Fahrleitungen angeschlossen ist, und zwar bei Wechselspannung über einen Transformator, so daß die Wechselspannungen an der Sammelleitung 1OGQ bzw. I5OO YoIt betragen.Here, the Uutzverbraueher of the car receive one Passenger train receives the energy from a collecting line running through the train, which is supplied via the pantograph the locomotive is connected to the catenary, with AC voltage via a transformer, so that the alternating voltages on the bus are 1OGQ or I5OO YoIt.

Die Erfüllung der genannten Forderung bereitet nicht nur wegen der Verschiedenheit der jeweils zur Verfügung stehenden Spannungen Schwierigkeiten, sondern auch wegen der Vielfalt der in Betracht kommenden ITutzverbrauoher, welche mit unterschiedlichen Spannungen betrieben werden, die zum Teil erheblich niedriger sind als die an der Sammelleitung auftretenden Spannungen. Es handelt sic2i Z8B. vjr Batterieladegeräte, Küohenma-The fulfillment of the mentioned requirement is difficult not only because of the difference in the voltages available, but also because of the variety of potential IT load consumers, which are operated with different voltages, some of which are considerably lower than the voltages occurring on the busbar . It is sic2i Z 8 B. vjr battery chargers, Küohenma-

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schinen, Brauchwasserbereiter, Vorraum— und WO—Heizungen sowie um Klimatisierungsanlagen mit Kompressoren. Dabei ist insbesondere der Antrieb der Kompressoren wegen des unregelmäßigen Betriebes mit Stromstößen verbunden.machines, water heaters, vestibule and WO heating as well as air conditioning systems with compressors. In particular, this is the drive for the compressors associated with power surges due to irregular operation.

Zur lösung des hiernach anstehenden Problemes sind schon eine Reihe von Vorschlägen gemacht worden.A number of proposals have already been made to solve the problem that follows.

So ist es aus der deutschen Patentschrift 1 '363 947 bekannt, daß dann, wenn an der Fahrleitung eine G-leichspannung ansteht, ein rotierender Umformer mit zwei Drehstrom-Ausgängen über Gleichrichter verschiedene Nutzverbraueher mit unterschiedlichen Spannungen speist, während aus einer Fahrleitung mit Wechselspannung den Nutzverbrauchern die Energie über einen Trans&rmator und weitere Gleichrichter zugeführt wird.So it is known from the German patent 1 '363 947 that when a DC voltage is present, a rotating converter with two three-phase outputs via rectifier different consumer loads with different voltages feeds the energy from a contact line with alternating voltage a Trans & rmator and further rectifiers fed will.

Ferner ist in einem Aufsatz über "Die zentrale elektrische Energieversorgung von Reisezugwagen", abgedruckt in "Glasers Annalen" I966 in Bild 10 auf Seite 374 vorgeschlagen worden, daß zwei statische Wechselrichter, die je nach der Höhe der anstehenden Gleichspannungen parallel oder in Reihe geschaltet werden, mit je einem für die volle Stromstärke bemessenen Transformator versehen werden. Eine solche Schaltung einer Viersystem-Energieversorgung bedingt einen beträchtlichen Aufwand und hat außerdem den Nachteil, daß die Motoren der Klimaanlage zusammen mit der Batterie an das für diese benötigte Regelgeräte angeschlossen sind.It is also printed in an article on "The central electrical energy supply for passenger coaches" in "Glaser's Annalen" 1966 in picture 10 on page 374 has been proposed that two static inverters, depending on the level of the applied DC voltages connected in parallel or in series, each with a transformer rated for the full amperage be provided. Such a circuit of a four-system power supply requires a considerable amount Effort and also has the disadvantage that the motors of the air conditioning system together with the battery the control devices required for this are connected.

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Gegenüber dieser Anordnung wird eine erhebliche Ersparnis gemäß beiliegender Zeichnung Pig. 1 und 2 erzielt.
Das Kälteaggregat wird aus einem oder mehreren Kompressoraggregaten zusammengeschaltet. Der Motor für den Kompressor ist einphasig. Über einen Wechselrichter E, einen Transformator F, ein Filter D und einen Gleichrichter C wird bei 1000 V, 16 2/3 Hz; 1500 V, 50 Hz; 3000 V Gleichspannung und 1500 Y Gleichspannung den Kompressormotoren Wechselspannung zugeführt. Für die Batterieladung und für die Hilfsbetriebe wird bei 1000 V, 16 2/3 Hz und bei 1500 V, 50 Hz die Spannung über den Transformator G auf einen niedrigen Wert transformiert. Bei 1500 V und 3000 Y Gleichspannung wird dem Transformator G eine Wechselspannung rom Wechselrichter E zugeführt.Compared to this arrangement, a considerable saving is achieved according to the accompanying drawing Pig. 1 and 2 scored.
The refrigeration unit is made up of one or more compressor units. The motor for the compressor is single-phase. Via an inverter E, a transformer F, a filter D and a rectifier C, at 1000 V, 16 2/3 Hz; 1500 V, 50 Hz; 3000 V DC voltage and 1500 Y DC voltage are supplied to the compressor motors AC voltage. For battery charging and the auxiliary systems, the voltage is transformed via the transformer G to a low value at 1000 V, 16 2/3 Hz and at 1500 V, 50 Hz. At 1500 V and 3000 Y direct voltage, an alternating voltage from the inverter E is fed to the transformer G.

Die Erfindung bringt den Fortschritt, daß eine namhafte Vereinfachung der Schaltung erfolgt und damit Verringerung der Kosten und des Geweichtes.The invention brings the progress that a considerable simplification of the circuit takes place and thus Reduction in cost and weight.

In Fig. 2 ist die mit A bezeichnete, durch den Zug hindurchgehende Sammelleitung, die an die jeweilige Fahrleitung über den Stromabnehmer der Lokomotive gegebenenfalls unter Vermittlung eines Transformators angeschlossen ist, gezeigt. An die Sammelleitung ist eine Mehrspannungswähleinrichtung und eine Gruppiereinrichtung B angeschlossen.In Fig. 2, the designated with A, through the train through collecting line, which is connected to the respective Contact line via the pantograph of the locomotive, possibly with the help of a transformer connected is shown. A multi-voltage selection device and a grouping device are attached to the manifold B connected.

Die verschiedenen Spannungen werden von der Heizleitung A über die Sicherung el, das Schütz c1 und die Sicherung e2 der Spannungswähl- und Umsehalteinrichtung B zugeführt.The various voltages are supplied by the heating cable A via the fuse el, the contactor c1 and the Fuse e2 of the voltage selection and changeover device B supplied.

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In Pig. 3 sind die leitungswege dargestellt, die bei 1500 T Gleichspannung geschaltet sind. Über den Gleichrichter ni, das Pilter u1 und den Wechselrichter n2 wird den Transformatoren m1 und m2 Wechselspannung zugeführt. Wird die Kälteleistung nicht gefordert, werden die Kompressormotoren M und über den Kontakt c2 der Transformator m1 abgeschaltet, Hierdurch ist im Teillastbereich, wenn nur die Verbraucher am Transformator m2 angeschal— tet sind, ein guter Wirkungsgrad gegeben.In Pig. 3 shows the cable routes that are switched at 1500 T DC voltage. Above the rectifier ni, the pilter u1 and the inverter n2 is fed to the transformers m1 and m2 alternating voltage. Will the cooling capacity not required, the compressor motors M and the transformer m1 via contact c2 are switched off, This means that in the partial load range, if only the consumers are connected to the transformer m2 tet are given a good degree of efficiency.

Für 3000 V Gleichspannung sind in Pig. 4 die Leitungswege aufgeführt. Die Transformatoren m1 und m2 werden primärseitig umgeschaltet, um die Sekundärspannungen gleiehzuhalten,For 3000 V DC voltage, Pig. 4 the cable routes are listed. The transformers m1 and m2 are switched on the primary side to the secondary voltages to keep the same

PIg. 5 .zeigt die jQeitungswege bei 1000 Y, 16 2/3 Hz ¥eehselspannung,PIg. 5 shows the conduction paths at 1000 Y, 16 2/3 Hz ¥ unisul tension,

Pur die Wechselstromverbraucher 3 und iß wird die Wechselspannung 1000 T über die Sicherung θ2 der Umschalteinriehtung B dem Transformator m2 zugeführt.Pur the alternating current consumers 3 and will eat AC voltage 1000 T via the fuse θ2 of the switching device B fed to the transformer m2.

Diese Verbraucher sind frequenzunabhängig zwischen 16 2/3 Hz und 60 Hz oder höher. Pur die Kompressormotoren M wird die Wechselspannung durch den Gleichrichter n1 In eine Gleichspannung umgeformt. Über ein Pilter u1 wird dem Wechselrichter n2 Gleichspannung zugeführt. Der Wechselrichter formt die Gleichspannung in Wechselspannung um. Über den Transformator m1 bekommen die Kompressormotoren M Wechselspannung. These consumers are frequency-independent between 16 2/3 Hz and 60 Hz or higher. Pure the compressor motors M, the AC voltage is converted into a DC voltage by the rectifier n1. Above a pilter u1 is fed direct voltage to the inverter n2. The inverter forms the DC voltage to AC voltage. The compressor motors M receive alternating voltage via the transformer m1.

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Bei 1dOO 7, 50 Hz Wechselspannung sind die Leitungswege verbunden, wie in Pig. 6 gezeigt. Die frequenzunabhängigen Verbraucher 3 und n3 werden über den !Transformator m2 mit Wechselspannung versorgt, die dem Transformator m.2 mit 1500 T, 50 Hz zugeführt wird. Die Kompressormotoren M erhalten Wechselspannung vom Transformator m1. Über den Gleichrichter n1 und das filter ui wird dem Wechselrichter n2 Wechselspannung zugeführt.At 100 7.50 Hz alternating voltage, the conduction paths are connected, as in Pig. 6 shown. The frequency-independent Consumers 3 and n3 are supplied with AC voltage via the transformer m2, which the transformer m.2 with 1500 T, 50 Hz is fed. The compressor motors M receive alternating voltage from transformer m1. AC voltage is supplied to the inverter n2 via the rectifier n1 and the filter ui fed.

Bei 1000 V, 16 2/3 Hz und 1500 Y, 50 Hz wird durch direkte Spannungszuführung für die Verbraucher 3 und n3 ein günstiger Wirkungsgrad erzielt.At 1000 V, 16 2/3 Hz and 1500 Y, 50 Hz, a direct voltage supply for consumers 3 and n3 achieves a favorable efficiency.

Bei allen vier Spannungsarten kann die Frequenz des Wechselrichters n2 geändert werden. Bei klimatisierten Reiseaugwagen kann von der Raumtemperatur die Frequenz des Wechselrichters beeinflußt werden. Dadurch ändert sich die Drehzahl des Kompressors und damit die Kälteleistung.The frequency of the inverter n2 can be changed for all four types of voltage. With air-conditioned The frequency of the inverter can be influenced by the room temperature. Through this the speed of the compressor changes and with it the cooling capacity.

In Fig. 7 ist ein anderes Ausführungsbeispiel gezeigt. Für die Kompressormotoren und lüfter ist dabei ein getrennter Wechselrichter vorgesehen.Another embodiment is shown in FIG. There is a separate one for the compressor motors and fans Inverter provided.

In Fig. 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel gezeigt mit einem Motor, der im Rotor Dauermagnete hat und über einen elektronischen Kommutator wie ein Gleichstrommotor arbeitet.In Fig. 3, a further embodiment is shown with a motor that has permanent magnets in the rotor and an electronic commutator like a DC motor works.

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In Pig. 9 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel gezeigt. Dabei wird für die Batterieladung bei Wechselspannungseinspeisung über den Trafo G- und den Gleichrichter H die Spannung geführt. Bei Gleichspannungseinspeisung wird über ein Filter D und den Wechselrichter E dem Trafo G Wechselspannung zugeführt. Pur den Kompressormotor E wird bei Wechselspannungseinspeisung die Spannung über den Trafo G^ und den Gleichrichter IL dem Wechselrichter J zugeführt.In Pig. 9 shows a further exemplary embodiment. It is used for battery charging with AC voltage supply The voltage is passed through the transformer G and the rectifier H. With DC voltage supply AC voltage is fed to the transformer G via a filter D and the inverter E. The compressor motor E is powered by AC voltage the voltage is fed to the inverter J via the transformer G ^ and the rectifier IL.

Bei Gleichspannungseinspeisung wird über das Pilter D> und den Wechselrichter E.. dem Trafo G.. eine V/echselspannung zugeführt. Über den Gleichrichter H ui*Lden Wechselrichter J bekommt der Kompressormotor Spannung.With DC voltage supply, the Pilter D> and the inverter E .. the transformer G .. an alternating voltage fed. Via the rectifier H ui * Lden Inverter J supplies the compressor motor with voltage.

- Ansprüche -- Expectations -

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Claims (6)

AnsprücheExpectations [ 1. !Elektrische Energieversorgungsanlage, die wahlweise[1.! Electrical power supply system, the optional V y aus einem Wechsel- oder Gleichspannungsnetz gespeistV y fed from an AC or DC voltage network werden kann, insbesondere von verschieden hohen Wechselspannungen mit unterschiedlichen Frequenzen oder von verschieden hohen Gleichspannungen, mit ausgestatteten Umformern, die zum Betreiben von unter Umständen verschiedenen Verbrauchern eine für jeden dieser Verbraucher notwendige Stromart und Betriebsspannung bereitstellen, dadurch gekennzeichnet, daß die Umformer so ausgelegt sind und so geschaltet werden, daß, wenn die Einspeisung aus einem Wechselspannungsnetz erfolgt, Transformatoren die unterschiedlichen Betriebsspannungen für die frequenzunabhängigen Verbraucher und Umrichter die unterschiedlichen Betriebsspannungen und Betriebsfrequenzen für die frequenz*Habhängigen Verbraucher, und wenn die Einspeisung aus einem Gleichspannungsnetz erfolgt, Wechselrichter die unterschiedlichen Betriebsspannungen und Betriebsfrequenzen für die frequenzun- und frequenzabhängigen Verbraucher bereitstellen.can be, in particular of different high AC voltages with different frequencies or from different high DC voltages, with equipped converters that can be operated from under Circumstances different consumers a type of current and operating voltage necessary for each of these consumers provide, characterized in that the converters are designed and connected so that, if the feed is from an AC voltage network, transformers are different Operating voltages for the frequency-independent consumers and converters the different Operating voltages and operating frequencies for the frequency * H-dependent consumers, and if the Infeed from a DC voltage network, inverters supply the different operating voltages and provide operating frequencies for the frequency and frequency dependent consumers. 2. Elektrische Energieversorgungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß, wenn die Einspeisung aus einem Wechselspannungsnetz erfolgt, ein einziger Transformator die gleich-hohe Betriebsspannung für die faquenzunabhängigen Verbraucher und ein einziger Umrichter die gleichhohe Betriebsspannung und gleiche Frequenz für die frequenzabhängigen Verbraucher, und2. Electrical power supply system according to claim 1, characterized in that when the feed is off an alternating voltage network takes place, a single transformer provides the same-high operating voltage for the Frequency-independent consumers and a single converter have the same operating voltage and the same Frequency for the frequency-dependent consumers, and EV H/76
Hö/RoEV H / 76
Hö / Ro 709841/0140709841/0140 — 7 —- 7 - ORIGINAL INSPECTEDORIGINAL INSPECTED §13553§13553 wenn die Einspeisung aus einem Gleichspannungsnetz erfolgt, einer "von zwei Wechselrichtern die gleichhohe Betriebsspannung und Betriebsfrequenz für die frequenzabhängigen Verbraucher und der andere Wechselrichter die gleichhohe Betriebsspannung für die frequenzunabhängigen Verbraucher bereitstellt. if the feed comes from a DC voltage network, one "of two inverters die the same operating voltage and operating frequency for the frequency-dependent consumers and the other Inverter provides the same operating voltage for the frequency-independent consumers. 3. Elektrische Energieversorgungsanlage nach Anspruch3. Electrical power supply system according to claim 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mittels eines Umrichters, der einen Gleichrichter und einen Wechselrichter sowie gegebenenfalls einen Mehrwicklungstrenntransformator aufweist, und eines Mehrwicklungstransformators die Verbraucher mit ihisi Betriebsspannungen und Betriebsfrequenzen versorgt sind.1 or 2, characterized in that by means of a converter, a rectifier and a Inverter and optionally a multi-winding isolating transformer, and one Multi-winding transformer supplies the loads with ihisi operating voltages and operating frequencies are. 4. Elektrische Energieversorgungsanlage nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest, wenn eine Fahrleitung mit Gleichspannung ansteht, über einen Wechselrichter Wechselspannung an die Verbraucher (z.B. Batterieladegerät, Brauchwasserbereiter, Vorraum- und WC-Heizkörper) gegeben wird und wenn Wechselspannung an der Fahrleitung ansteht, die frequenzunabhängigen Verbraucher (z.B. BatterLeladegerät, Brauchwasserbereiter, Vorraum- und WC-Heizkörper) direkt über Transformatoren gespeist werden und nur die frequenzabhängigen Verbraucher (z.B. Kompressormotor, Lüfter) nach Gleichrichtung der Eingangsspannung 4. Electrical power supply system according to claim 1 or 3, characterized in that at least when an overhead contact line with direct voltage is present, AC voltage is supplied to the consumers (e.g. battery charger, water heater, vestibule and toilet radiator) via an inverter and if there is AC voltage on the contact line, the frequency-independent consumers (e.g. battery charger, Water heaters, vestibule and toilet radiators) can be fed directly via transformers and only the frequency-dependent consumers (e.g. compressor motor, fan) after rectifying the input voltage a) über einen Wechselrichter mit Wechselspannung versorgt werden für den Betrieb von Wechselstrommotoren, odera) are supplied with AC voltage via an inverter for the operation of AC motors, or b) über einen elektronischen Kommutator Motoren betrieben werden, die mit Dauermagneten im Rotor ausgerüstet sind.b) Motors with permanent magnets are operated via an electronic commutator Rotor are equipped. 700841/0140700841/0140 5. Elektrische Energieversorgungsanlage nach. Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbraucher (z.B. Batterieladegerät, Brauchwasserbereiter und Vorraumheizung) wie im Anspruch 3 angeschlossen werden und die Kompressormotoren und Lüfter über einen getrennten Wechselrichter versorgt werden.5. Electrical power supply system according to. claim 4, characterized in that the consumers (e.g. battery charger, water heater and Anteroom heating) are connected as in claim 3 and the compressor motors and fans via a separate inverter. 6. Elektrische Energieversorgungsanlage nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbraucher (z.B. Batterieladegerät, Brauchwasserbereiter und Vorraumheizung) wie im Anspruch 3 angeschlossen werden und der Kompressormotor durch eine zweite Einrichtung wie im Jbispruch 3, die getrennt von der ersten Anordnung versorgt wird.6. Electrical power supply system according to one of claims 3 to 5, characterized in that the Consumers (e.g. battery charger, water heater and vestibule heating) connected as in claim 3 be and the compressor motor by a second device as in Jbiskret 3, which separated is supplied by the first arrangement. 709841/0140709841/0140
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