DE3731023C2 - Einrichtung für die elektrische Ausrüstung von Gleichstromsteller-Bahnfahrzeugen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung gemäß dem Oberbegriff des vorliegenden Patentanspruchs. Eine solche Einrichtung ist aus der Zeitschrift Elektrische "Bahnen" Jg. 50 (1979) Heft 1, Seiten 15 bis 17 und Jg. 50 (1979) Heft 2, Seiten 48 bis 55, Aufsatz von Jörg Amler "Die Beeinflussungen im Bahnsystem durch Stadt- und U-Bahn-Fahrzeuge mit Gleichstromsteller- und Drehstromantrieb" bekannt.

Danach sind zur Verringerung des Störstroms, hervorgerufen durch die gleichrichtertypischen Oberschwingungen in der Fahrdrahtspannung bislang Filter-Drosselspulen mit möglichst großer Induktivität auf den Fahrzeugen eingebaut worden.

Solche Drosselspulen weisen jedoch ein hohes Gewicht auf und verursachen Verluste. Sie sind kostenaufwendig, ihr Betrieb ist mit elektrotechnischen Problemen, z. B. durch die Spannungsüber­ höhung am Filterkondensator bei Impulssperre des Gleichstrom­ stellers verbunden.

Durch die DE-PS 4 84 543 und den Beitrag von Th. Adler, H.-B. Gels und K.-W. Kanngießer "Oberschwingungen bei der Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung" in: "etz" Bd. 102 (1981) Heft 25, Seiten 1347 bis 1351 ist es bekannt, zur Oberschwin­ gungskompensation als Resonanzkreise ausgebildete Saugkreise vorzusehen, deren Eingangsimpedanz bekanntlich möglichst gering ist, um eine ausreichend absaugende Wirkung zu erzielen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, mit der sowohl der aus der Gleichspannungswelligkeit entsprechende Störstrom auf den Fahr­ zeugen als auch die Filter-Induktivitäten verringert werden.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs aufgeführten Merkmale.

Die Vorteile der erfindungsgemäßen Einrichtung bestehen in der Ver­ ringerung der Bauleistung des Traktionsfilters bzw. Hilfsbetriebefil­ ters und damit verbunden in der Verkleinerung des Gewichts, des Volu­ mens und der Kosten der Ausrüstung. Ferner wird eine Verringerung der Störströme und damit der Störungen in Telekommunikationssystemen, ins­ besondere Telefonie-Übertragungssystemen beim Betrieb der Fahrzeuge in parallel zur Stromzuführung liegenden Leitungen erreicht.

Die Einrichtung gemäß der Erfindung wird im nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel an Hand der Zeichnung näher erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 eine Einrichtung gemäß der Erfindung,

Fig. 2 den Zeitverlauf und die Harmonischen der Gleichrichterspannung für einen 6-pulsigen Gleichrichter und

Fig. 3 die Eingangsimpedanz der Fahrzeuge.

In der Fig. 1 ist mit 1b das Versorgungsnetz bezeichnet, das einen 6- oder 12-pulsigen Gleichrichter 1a speist. Das Versorgungsnetz 1b ist eingangsseitig an ein Drehstromnetz mit der Spannung U_N und der Frequenz f_N angeschlossen. Der Gleichrichter 1a speist die Oberlei­ tung respektive Stromzuführungsschiene 1c eines Gleichstrom­ steller-Bahnfahrzeuges (S-Bahn, U-Bahn, Straßenbahn).

Die Eingangsimpedanz eines Gleichstromsteller-Fahrzeugs wird wesentlich bestimmt (in dem hier interessierenden Frequenzbereich f < 200 Hz) von der Induktivität der Traktionsfilter-Drosselspule 2a. Das Trak­ tionsfilter im Eingang der Stromzuführung besteht aus der Reihen­ schaltung dieser Drosselspule und einem Kondensator 2b. An diesem Kondensator angeschlossen ist ein Gleichstromsteller 2c, der über eine Glättungsdrosselspule 2e eine Antriebsausrüstung 2d speist. Die Filterkreis-Drosselspule 2a wird als Luft-Drosselspule ausgeführt, so daß ihre Induktivität vom aufgenommenen Strom praktisch unabhän­ gig ist.

Parallel zum Traktionsfilter (2a, 2b) werden Reihenschwingkreise 3a, 3b, 3c angeordnet. Diese Schwingkreise werden so abgestimmt, daß die Gesamtanordnung, d. h. Traktionsfilter und Reihenschwingkreise bei bestimmten Frequenzen Parallelresonanzstellen mit entsprechender Ein­ gangsimpedanzerhöhung aufweisen. Für den in Betracht gezogenen 6-pul­ sigen Gleichrichter werden bei einer Netzfrequenz von 50 Hz dafür die Frequenzen 300 Hz, 600 Hz, 900 Hz . . . gewählt. Für den 12-pulsi­ gen Gleichrichter betragen diese Werte 600 Hz, 1200 Hz, 1800 Hz . . .

Durch die beschriebene Einrichtung wird erreicht, daß der Strom, der aus der entsprechenden Oberschwingungsspannung (300 Hz, 600 Hz usf.) vom Gleichrichter-Unterwerk verursacht wird, stark reduziert wird.

Die Fig. 2 zeigt den Zeitverlauf der Spannung u_d zwischen Stromzufüh­ rung und Rückleitung sowie die Harmonischen U_dµ der Gleichrichterspan­ nung bei einem 6-pulsigen Gleichrichter (µ: Oberschwingungsordnungs­ zahl). Mit U_do ist dabei der Mittelwert der Spannung U_d bezeichnet. Die Periodendauer T_N ist der Kehrwert der Netzfrequenz f_N.

Die Fig. 3 zeigt die Eingangsimpedanz Z_F eines Fahrzeugs in Abhängig­ keit von der Frequenz f. Die ausgezogene Kurve 5 zeigt den Verlauf ohne die zusätzlichen Reihenschwingkreise 3a, 3b, 3c; die gestrichelt dargestellte Kurve 4 zeigt den Verlauf mit diesen Reihenschwingkrei­ sen gemäß der Erfindung. Man erkennt, daß die Eingangsimpedanz an den Stellen stark erhöhte Werte (in der Fig. 3 mit 4a, 4b, 4c angedeutet) annimmt, an denen die gleichrichtertypischen Oberschwingungen (µ: 6, 12, 18) auftreten.

Da die zusätzlichen Reihenschwingkreise nicht gleichstrombelastet sind und aufgrund eingeprägter Oberschwingungsspannungen nur gerin­ ge Wechselströme führen müssen, sind Bauleistung und Volumen dieser zusätzlichen Reihenschwingkreise sehr klein.

Claims (1)

1. Einrichtung für die elektrische Ausrüstung von Gleichstromsteller-Bahn­ fahrzeugen, die über 6- oder 12-pulsige Gleichrichter aus dem Versorgungsnetz gespeist werden, mit einem Traktionsfilter bzw. Hilfs­ betriebefilter, bestehend aus der Reihenschaltung einer Drossel­ spule und eines Kondensators zwischen dem Stromabnehmer und dem Rückleiter auf dem Fahrzeug, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zum Traktionsfilter bzw. Hilfsbetriebefilter (2a, 2b) L-C-Reihenschwingkreise (3a, 3b, 3c) angeordnet sind, die so abgestimmt sind, daß die aus dem Filter und den Reihenschwingkreisen bestehende Gesamtanordnung bei bestimmten Frequenzen (z. B. 300 Hz, 600 Hz, 900 Hz) Parallelresonanzstellen mit entsprechender Eingangsimpedanzerhöhung aufweist.