DE2713667A1

DE2713667A1 - Railway vehicle electricity supply - has different loads supplied by outputs of single middle frequency transformer

Info

Publication number: DE2713667A1
Application number: DE19772713667
Authority: DE
Inventors: Werner Dipl Ing Guenthner; Paul Dipl Ing Rolf
Original assignee: GEZ GES ELEKT ZUGAUSRUEST; Siemens AG
Current assignee: GEZ GES ELEKT ZUGAUSRUEST; Siemens AG
Priority date: 1977-03-28
Filing date: 1977-03-28
Publication date: 1978-10-05

Abstract

The electricity supply for a railway vehicle, feeds different groups of electrical loads from different travel conductor systems. A converter connected to different d.c. voltages has following rectifiers for the operation of leads from different d.c. travel conduction systems. There are means to operate loads from different a.c. voltage travel conductor systems. The convert the voltages of the different systems there is a single converter, which is a medium frequency converter with a frequency in the range 20 kHz to 100 kHz. After the converter is a medium frequency transformer with separate secondary windings. The means for operating the lead from the different a.c. voltage travel conductor systems are formed by rectifiers which are connected to inputs of the rectifier.

Description

Energieversorgungseinrichtung für Ei senbahnfahrzeugeEnergy supply device for railway vehicles

Die Erfindung bezieht sich auf eine Energieversorgungseinrichtung für ein Eisenbahnfahrzeug zum Speisen verschiedener Gruppen von elektrischen Vebrauchern aus unterschiedlichen Fahrleitungssystemen, bei der ein an verschiedene Gleichspannungen anschließbarer Wechselrichter ppit nachgeschalteten Gleichrichterr ffr der Betrieb von Verbrauchern aus untersch.edlJchen uleichspannungsfahrleitungssystemen und Mittel für den Betrieb von Verbrauchern aus unterschiedlichen Wechselspannungsfahrleitungssystemen vorgesehen sind.The invention relates to an energy supply device for a railway vehicle for feeding different groups of electrical consumers from different contact line systems, in which one is connected to different DC voltages Connectable inverter ppit downstream rectifier for operation of consumers from different low voltage contact line systems and means for the operation of consumers from different AC contact line systems are provided.

Für Reisezugwagen stehen im grenzüberschreitenden Verkehr folgende vier Spannungen aus der Hochspannungsdurchgangsleitung zur Verfügung: a) Wechselspannung 1000 V, 16 2/3 Hz, b) Wechselspannung 1500 V, 50 Hz, c) Gleichspannung 1500 V und d) Gleichspannung 3000 V.The following are available for passenger coaches in cross-border traffic four voltages are available from the high-voltage through-line: a) AC voltage 1000 V, 16 2/3 Hz, b) alternating voltage 1500 V, 50 Hz, c) direct voltage 1500 V and d) DC voltage 3000 V.

Durch die DT-PS 1 563 947 und den Aufsatz :?Die Energieversorgung der Reisezugwagen der Deutschen Bundesbahn aus der Zugsammelschiene" von Knau und Seeger aus der Eisenbahntechnischen Rundschau, April 1969, Heft 4, Seiten 139 bis 145 sind Energieversorgungsanlagen bekannt, bei denen für den Betrieb aus Wechselspannungsfahrleitungsnetzen unterschiedlicher Spannung und Frequenz ein primärseitig umschaltbarer Transformator mit nachgeschaltetem Regler und Gleichrichter dient und ftir den Betrieb aus verschiedenen Gleichspannungsnetzen ein an unterschiedliche Gleichspannungen angepaßter Wechselrichter mit nachgeschalteten Gleichrichtern vorgesehen ist. Entsprechend der Spannung des Jeweils speisenden Fahrleitungssystems, die an der Zugsammelschiene anliegt, wird über eine elektronisch gesteuerte Umschalteinrichtung ein Eingang des Wechselrichters oder des Transformators mit der Zugsammelschiene verbunden. Die abgegebenen Sekundärspannungen sind bei der Versorgung aus den unterschiedlichen Fahrleitungssystemen Jeweils gleich. Dabei stehen für die Speisung der Beleuchtungskörper, Akkumulatorenbatterie, Brauchwasser-Bereitungseinrichtung und Klimatisierungseinrichtung (Motoren zum Antrieb der Kompressoren und Lüfter) Jeweils zwei Gleichspannungen unterschiedlicher öhe zur Verfügung.Through the DT-PS 1 563 947 and the essay:? The energy supply the passenger car of the Deutsche Bundesbahn from the train bus "von Knau and Seeger from the Eisenbahntechnischen Rundschau, April 1969, issue 4, pages 139 to 145 energy supply systems are known in which for operation from AC contact line networks different voltage and frequency a transformer that can be switched on the primary side with downstream regulator and rectifier is used and for the operation from different DC voltage networks to different DC voltages adapted Inverter with downstream rectifiers is provided. Corresponding the voltage of the respective feeding contact line system on the train busbar is applied, an input is made via an electronically controlled switching device of the inverter or the transformer is connected to the train busbar. The secondary voltages emitted are different when it comes to the supply Contact line systems Always the same. Thereby stand for the supply of the lighting fixtures, Accumulator battery, service water preparation device and air conditioning device (Motors to drive the compressors and fans) Two DC voltages each different heights available.

Bei dieser Energieversorgungseinrichtung wird der für die niedrigste auftretende Frequenz von 16 2/3 Hz ausgelegte Transformator sehr groß in seinen Abmessungen und weist ein hohes Gewicht auf.In this energy supply device, the one for the lowest occurring frequency of 16 2/3 Hz designed transformer very large in its Dimensions and is heavy.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Energieversorgungseinrichtung zu schaffen, die ein kleineres Gewicht und ein kleineres Bauvolumen besitzt.The object of the invention is to provide an energy supply device create that has a lower weight and a smaller volume.

Gelöst wird diese Aufgabe bei einer Energieversorgungseinrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch, daß zur Umformung der Spannungen der unterschiedlichen Fahrleitungssysteme nur ein einziger Wechselrichter dient, der als Mittelfrequenzwechselrichter mit einer Frequenz im Bereich von etwa 20 kHz bis 100 kHz ausgebildet ist u. dem ein Mittelfrequenztransformator mit getrennten Sekundärwicklungen nachgeschaltet ist und daß die Mittel für den Betrieb der Verbraucher aus den unterschiedlichen Wechselspannungsfahrleitungssystemen durch Gleichrichter gebildet sind, die Eingängen des Wechselrichters vorgeschaltet Wind. Auf diese Weise kann statt des großen Transformators für 16 2/3 Hz wegen der angewendeten hohen Frequenz ein sehr kleiner Transformator eingesetzt werden. Dadurch erhält die Einrichtung gegenüber der bekannten Ausführung wesentlich kleinere Abmessungen und ein geringeres Gewicht und auBerdem können rotierende Umformer entfallen.This task is solved with an energy supply device of the type mentioned according to the invention in that for reshaping the stresses only one inverter is used for the different contact line systems, as a medium frequency inverter with a frequency in the range of about 20 kHz up to 100 kHz including a medium frequency transformer with separate Secondary windings are connected downstream and that the means for operating the consumer from the different AC contact line systems through rectifiers are formed, the inputs of the inverter upstream wind. In this way can instead of the large transformer for 16 2/3 Hz because of the high applied Frequency a very small transformer can be used. This gives the facility compared to the known design much smaller dimensions and a smaller one Weight and also rotating converters can be omitted.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung für eine elektrische Energieversorgung von Eisenbahnfahrzeugen ist in der Zeichnung schematisch gezeigt.An embodiment of the invention for an electrical power supply of railway vehicles is shown schematically in the drawing.

In der Figur ist mit 1 eine Zugsammelschiene bezeichnet, die auf einer Elektrolokomotive mit einer Oberleitung des Fahrleitunganetzes über einen Stromabnehmer verbunden wird. Dabei ist für Wechselspannungsbetrieb auf der Lokomotive ein in der Figur nicht eingezeichneter Transformator zwischengeschaltet.In the figure, 1 denotes a train busbar, which on a Electric locomotive with a catenary of the catenary network via a pantograph is connected. There is an in for AC operation on the locomotive the figure not shown transformer interposed.

Von der Zugsammelschiene 1 wird über eine Leitung 2 eine elektrische Heizeinrichtung für eine Klimaanlage des Fahrzeuges mit Strom versorgt. An die Zugsammelschiene 1 ist ferner über eine Sicherung 4 eine Speiseleitung 3 angeschlossen, die über einen Mittelfrequenzwechselrichter 10 und nachgeschalteten Mittelfrequenztransformator 11 mit getrennten Sekundärwicklungen lla, lib, 11c alle übrigen Stromverbraucher speist. Der Mittelfrequenzwechselrichter 10 ist fUr eine Frequenz im Bereich von etwa 20 kHz bis 100 kHz bemessen und besitzt vier Gleichspannungseingänge 1Oa, 1Ob, 10c, 1tod, von denen zwei (10a, 1Ob) bei Gleichspannungseinspeisung direkt an die Sammelschiene anschlieB-bar sind und die beiden anderen (10c, 10d) über vorgeschaltete Gleichrichter 20, 21 mit der Sammelschiene bei Wechselspannungseinspeisung verbunden werden. Eine aus einer Batterie 5 und Beleuchtungskörpern 6 gebildete Verbrauchergruppe liegt über einen steuerbaren Gleichrichter 23 an Ausgangsklemmen 11d des Mittelfrequenztransformators 11. An weitere Ausgangsklemmen 11e ist über einen steuerbaren Gleichrichter 23 ein Antriebsmotor 24 eines Kompressors für den Kälteteil einer Klimaanlage angeschlossen.From the train busbar 1 is via a line 2 an electrical Heating device for an air conditioning system of the vehicle supplied with electricity. To the train busbar 1, a feed line 3 is also connected via a fuse 4, which via a medium-frequency inverter 10 and a medium-frequency transformer connected downstream 11 with separate secondary windings lla, lib, 11c all other power consumers feeds. The medium-frequency inverter 10 is for a frequency in the range of about 20 kHz to 100 kHz and has four DC voltage inputs 1Oa, 1Ob, 10c, 1tod, of which two (10a, 1Ob) are fed directly to the Busbars can be connected and the other two (10c, 10d) via upstream Rectifiers 20, 21 connected to the busbar when AC voltage is fed in will. A consumer group formed from a battery 5 and lighting fixtures 6 is connected to output terminals 11d of the medium-frequency transformer via a controllable rectifier 23 11. A controllable rectifier 23 is connected to further output terminals 11e Drive motor 24 of a compressor for the refrigeration part of an air conditioning system is connected.

Zur Speisung von Einphasenwechselstromverbrauchern, z.B. von Heizkörpern 8 für Vorräume und Toilette sowie Heizpatronen 9 für die Brauchwasser-Erwärmung und zur Speisung von Drehstromverbrauchern (an die Anschlußklemmen 7 anschließbare Lüfter der Klimaanlage) dient ein 50 Hz-Niederspannungswechselrichter 13, der über einen Gleichrichter 12 mit den Ausgangsklemmen 11f des Mittelfrequenztransformators 11 verbunden ist.For supplying single-phase AC consumers, e.g. radiators 8 for anteroom and toilet as well as heating cartridges 9 for domestic water heating and for supplying three-phase consumers (which can be connected to terminals 7 Air conditioning fan) is a 50 Hz low-voltage inverter 13, which has a rectifier 12 to the output terminals 11f of the medium frequency transformer 11 is connected.

In der Speiseleitung 3 ist ein Hauptschalter 14 angeordnet, durch den sie mit einem der vier Kontakte I, II, III und IV des Umschalters 15 verbunden werden kann. Dieser Umschalter 15 besteht aus einer Anordnung von verschiedenen, hier nicht dargestellten Hochspannungsschaltschützen, die von einer Spannungswähl- und Umschalteinrichtung 16 betätigt werden. Diese wird über eine Leitung 17 angesteuert und hat andererseits über eine Leitung 18 Verbindung mit Erde 19. Liegt an der Zugsammelschiene 1 eine der Wechselspannungen 1500 V 16 2/3 Hz oder 1500 V 50 Hz an, dann werden durch den Umschalter 15 die Kontakte I bzw. II eingeschaltet. Dadurch wird die Leitung 3 über den Gleichrichter 20 bzw. Gleichrichter 21 mit dem Mittelfrequenzwechselrichter 10 verbunden. Liegt an der Zugsammelschiene 1 eine der Gleichspannungen 1500 V oder 3000 V an, dann sind durch die Umschalteinrichtung 15 die Kontakte III bzw. IV eingeschaltet. Damit ist die Speiseleitung 3 direkt mit dem Mittelfrequenzwechselrichter 10 verbunden. Der zweite Leitungspol hat eine Verbindung mit Erde 19.In the feed line 3, a main switch 14 is arranged through which it is connected to one of the four contacts I, II, III and IV of the switch 15 can be. This switch 15 consists of an arrangement of different, High-voltage contactors, not shown here, which are operated by a voltage selector and switching device 16 are actuated. This is controlled via a line 17 and on the other hand has a connection to earth 19 via a line 18. Located on the train busbar 1 one of the alternating voltages 1500 V 16 2/3 Hz or 1500 V 50 Hz, then the contacts I and II are switched on by the switch 15. This will make the line 3 via the rectifier 20 or rectifier 21 to the medium-frequency inverter 10 connected. Is one of the DC voltages 1500 V or 3000 V, then the contacts III and IV are switched on by the switching device 15. The feed line 3 is thus connected directly to the medium-frequency inverter 10. The second line pole is connected to earth 19.

Über die erfindungsgemäße Energieversorgungseinrichtung E können die Verbraucher mit folgenden Spannungen gespeist werden: a) mit veränderbarer Gleichspannung bis 1000 V der Motor 24 zum Antrieb des Kältekompressors der Klimaanlage, b) mit Drehspannung 380/220 V, 50 Hz die Lüftermotoren (über Anschlußklemmen 7) für die Klimaanlage, c) mit Wechselspannung 220 V, 50 Hz die Heizkörper für die Vorwärme und für die Toiletten und die Heizpatronen für die Brauchwasser-Erwärmung (8, 9), d) mit Gleichspannung 24 V oder 110 V die Batterie 5, die Wechselrichter für die Leuchtstofflampenbeleuchtung und die GlUhlampen 6.About the energy supply device E according to the invention, the Consumers are fed with the following voltages: a) with variable DC voltage up to 1000 V the motor 24 for driving the refrigeration compressor of the air conditioning system, b) with Three-phase voltage 380/220 V, 50 Hz the fan motors (via terminals 7) for the Air conditioning, c) with alternating voltage 220 V, 50 Hz the radiators for preheating and for the toilets and the heating cartridges for domestic water heating (8, 9), d) with DC voltage 24 V or 110 V the battery 5, the inverter for the Fluorescent lamp lighting and the incandescent lamps 6.

1 Figur 3 Patentansprüche L e e r s e i t e1 Figure 3 claims L e r s e i t e

Claims

Claims 1. Energy supply device for a railroad vehicle for feeding different groups of electrical consumers from different Contact line systems. in which one can be connected to various DC voltages Inverter with downstream rectifiers for the operation of consumers from different DC contact line systems and means for operation provided by consumers from different AC contact line systems are, characterized in that to transform the voltages of the different Contact line systems only use a single inverter, which acts as a medium-frequency inverter (10 is formed with a frequency in the range of about 20 kHz to 100 kHz and which a medium frequency transformer (11) with separate secondary windings (11a, leib, 11c) is connected downstream and that the means for operating the consumer from the different AC contact line systems through rectifiers (20, 21) are formed. the inputs (10c, 10d) of the inverter (10) are connected upstream are.

2. Energy supply device according to claim 1, characterized in that that for feeding single-phase alternating current or three-phase current consumers to one with the output (11f) of the medium frequency transformer (11) connected rectifier (12) a low-voltage inverter (13) is connected.

3. Energy supply device according to claim 1, characterized in that that to supply Cleichspannungsver (5 or 24) to outputs (11d, 11e) of the medium-frequency transformer (11) rectifier, in particular controlled Rectifiers (2, 23) are connected.