DE3830979C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Hei­ zen der Fahrgasträume bei einem elektrisch angetriebenen Schienenfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei elektrisch angetriebenen, mittels eines Stromrich­ ters betriebenen Fahrzeugen ist es allgemein bekannt, die beim Bremsen des Fahrzeuges entstehende elektrische Energie in Wärme umzuwandeln und gegebenenfalls zur Hei­ zung der Fahrgasträume des Fahrzeuges zu verwenden. Die Antriebsmotoren werden beim Abbremsen als Generatoren betrieben und an ihren Ausgangsklemmen sind Bremswider­ stände, die für die Belastung entsprechend ausgelegt sind, geschaltet. Die hierbei entstehende Wärme kann zur Heizung der Fahrgasträume benutzt werden.

Für diese bekannten Anordnungen zur Ausnutzung der Bremsenergie zur Heizung der Fahrgasträume sind meist besondere Bremswiderstände erforderlich.

Zur Ladung der kapazitiven Bauelemente des Stromrichters vor Betriebsbeginn ist es dabei üblich, einen Ladewider­ stand über ein Ladeschütz zwischen speisender Netzspan­ nung und Stromrichtereingang zu schalten. Der Ladewider­ stand begrenzt den Einschaltstrom bei Betriebsbeginn des Stromrichters auf ungefährliche Werte und wird während des Normalbetriebes des Stromrichters durch ein Haupt­ schütz überbrückt.

Der Erfindung liegt davon ausgehend die Aufgabe zugrun­ de, eine Einrichtung zum Heizen der Fahrgasträume bei einem elektrisch angetriebenen Schienenfahrzeug anzu­ geben, bei der bereits vorhandene Widerstände zusätzlich als Heizwiderstände verwendet werden.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeich­ neten Merkmale gelöst.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen ins­ besondere darin, daß der relativ große und schwere Lade­ widerstand nicht nur zur Begrenzung des Einschaltstromes des Stromrichters dient, sondern auch zu Heizzwecken herangezogen wird. Hierdurch können die üblicherweise eigens zu Heizzwecken eingesetzten Heizwiderstände ver­ kleinert werden bzw. ggf. ganz entfallen. Daneben kann der Ladewiderstand auch zur Unterstützung des Bremswi­ derstandes eingeschaltet werden, wobei die entstehende Wärme ebenfalls zur Heizung der Fahrgasträume dient. Selbstverständlich kann auch außerhalb der Fahrzeugbe­ triebszeiten (Ruhezustand) ohne zusätzlichen Schaltungs­ aufwand mittels des Ladewiderstandes geheizt werden. Insgesamt ergibt sich ein wirtschaftlicher Betrieb des Fahrzeuges.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeich­ nung dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein schematisches Ausführungsbeispiel,

Fig. 2 eine Variante mit mehreren parallelen Lade­ teilwiderständen.

In Fig. 1 ist ein schematisches Ausführungsbeispiel ge­ zeigt. Es ist eine Gleichstromstellerschaltung zu erken­ nen, deren positive Klemme I über eine Drossel LF wahl­ weise entweder über ein Hauptschütz HS und einen Haupt­ schalter IR oder über ein Ladeschütz SL, einen Ladewi­ derstand RLH und den Hauptschalter IR mit der Fahrlei­ tung F verbindbar ist. Die negative Klemme II der Gleichstromstellerschaltung liegt am Rad/Schiene-System des Fahrzeuges. Zwischen dem Rad/Schiene-System des Fahrzeuges und dem gemeinsamen Verbindungspunkt des La­ deschützes SL mit dem Ladewiderstand RLH ist ein Hei­ zungsschütz SH angeordnet. Zwischen den Klemmen I und II ist ein Kondensator CF geschaltet. Fahrleitung F und Rad/Schiene-System sind mit den beiden Polen einer Gleichspannungsquelle verbunden.

Die positive Klemme I ist über einen Hauptthyristor TH und eine Kommutierungsdrossel LK mit der Zwischenkreis­ drossel LD des sich ausgangsseitig anschließenden Gleichstromzwischenkreises verbunden. Die negative Klem­ me II liegt über einen Umgruppierungsthyristor TS am zweiten Pol des Gleichstromzwischenkreises. Der Umgrup­ pierungsthyristor TS ist im Fahrbetrieb leitend und im Bremsbetrieb gesperrt. Der im Gleichstromzwischenkreis fließende Zwischenkreisstrom ist mit ID bezeichnet.

Dem Thyristor TH ist eine entgegengesetzt gerichtete Rückschwingdiode DR parallel geschaltet. DR und TH kön­ nen durch ein einziges elektronisches Bauelement ersetzt werden.

Ein Löschthyristor TL für den Hauptthyristor TH ist ei­ nerseits mit der positiven Klemme I, andererseits über einen Kommutierungskondensator CK mit dem Verbindungs­ punkt A zwischen Kommutierungsdrossel LK und Zwischen­ kreisdrossel LD verbunden. Die am Kondensator CK liegen­ de Spannung ist mit uCK bezeichnet. Der Verbindungspunkt Löschthyristor TL/Kondensator CK liegt ferner über eine Umschwingdrossel LU und einen Umschwingthyristor TU ebenfalls am Verbindungspunkt A.

Der Verbindungspunkt Umschwingthyristor TU/Umschwing­ drossel LU liegt über eine Löschdiode DL für den Umgrup­ pierungsthyristor TS direkt am zweiten Pol des Gleich­ stromzwischenkreises. Der zweite Pol des Gleichstromzwi­ schenkreises ist weiterhin über eine Bremsdiode DB mit der positiven Klemme I verbunden. Der Verbindungspunkt A ist ferner über eine Freilaufdiode DF mit der negativen Klemme II verbunden.

Ist die Induktivität der Verbindungsleitung zwischen dem kathodenseitigen Anschluß der Bremsdiode DB am ersten Stellerpol vor dem Hauptthyristor TH und dem kathoden­ seitigen Anschluß des Umgruppierungsthyristors TS mit der negativen Klemme II sehr gering, so ist in diesem Leitungszug eine Begrenzungsdrossel LI einzusetzen.

Ein Bremszweig, bestehend aus der Reihenschaltung eines Bremswiderstandes RB und eines Bremsthyristors TB, ist zwischen der positiven Klemme I und dem ausgangsseitigen ersten Stellerpol bzw. dem Verbindungspunkt A angeord­ net.

Die vorstehend beschriebene Gleichstromstellerschaltung ist aus der DE-PS 30 44 129 bekannt. Zur Erläuterung ihrer Funktionsweise wird auf diese Schrift hingewiesen. Alternativ hierzu können auch andere bekannte Gleich­ stromstellerschaltungen eingesetzt werden. An den Zwi­ schenkreis ist z. B. ein Wechselrichter zur Speisung ei­ ner Drehstrom-Asynchronmaschine (= Fahrmotor des Schie­ nenfahrzeuges) angeschlossen.

Zum Einschalten der Gleichstromstellerschaltung wird das Ladeschütz SL geschlossen, während das Hauptschütz HS und das Heizungsschütz SH geöffnet sind. Der Hauptschal­ ter IR ist ebenfalls geschlossen. Es fließt ein durch den Ladewiderstand RLH begrenzter Einschaltstrom. Die im Ladewiderstand RLH erzeugten Wärmeverluste können (bei Bedarf) zum Heizen der Fahrgasträume des Schienenfahr­ zeuges herangezogen werden. Nach Abklingen des Ein­ schaltstromes und erfolgter Ladung der kapazitiven Bau­ elemente der Gleichstromstellerschaltung, insbesondere auch des Kondensators CF, werden das Hauptschütz HS ge­ schlossen und das Ladeschütz SL geöffnet. Während des sich anschließenden Normalbetriebes (Fahrbetrieb) des Schienenfahrzeuges bzw. der Gleichstromstellerschaltung kann das Heizungsschütz SH bei Bedarf geschlossen wer­ den, wodurch der Ladewiderstand RLH an die volle Gleich­ spannung zwischen Fahrdraht und Rad/Schiene-System ge­ legt wird. Die im Ladewiderstand RLH erzeugten Wärmever­ luste werden zur Beheizung der Fahrgasträume herangezo­ gen. Sollte während des Fahrbetriebes des Fahrzeuges eine Nachladung der Gleichstromstellerschaltung über den Ladewiderstand RLH erforderlich sein, so werden das Hauptschütz HS und das Heizungsschütz SH geöffnet und das Ladeschütz SL geschlossen, d. h. der Ladebetrieb hat stets Vorrang vor dem Heizbetrieb.

Es ist auch möglich, den Ladewiderstand RLH lediglich bei großer Kälte (Spitzenbelastung der Heizanlage) für Heizzwecke einzusetzen, während die herkömmliche Heizan­ lage die Heizungsgrundlast abdeckt. Auch hierbei kann die herkömmliche Heizungsanlage vorteilhaft in ihrer Baugröße reduziert werden.

Im Brems- bzw. Rekuperationsbetrieb wird die Spannung an der positiven Klemme I über die Bremsdiode DB über den Wert der am Fahrdraht anliegenden Gleichspannung angeho­ ben. Die Spannungserfassung der Spannung UE am Kondensa­ tor CF entscheidet über den Widerstandsbremsbetrieb (über den Bremsthyristor TB und den Bremswiderstand RB) bzw. über die Netzrückspeisung (über die Drossel LF und das geschlossene Hauptschütz HS) in die Fahrleitung F. Wird während des Brems- bzw. Rekuperationsbetriebes Hei­ zungsenergie zur Fahrgastraumbeheizung gewünscht, so wird zusätzlich das Heizungsschütz SH während der Brems­ zeit geschlossen und es fließt ein Strom über den Lade­ widerstand RLH. Auf diese Weise unterstützt der Ladewi­ derstand RLH den Bremswiderstand RB, indem er die an der positiven Klemme I anstehende erhöhte Spannung redu­ ziert.

Darüber hinaus ist es selbstverständlich auch möglich, den Ladewiderstand RLH zu Heizzwecken heranzuziehen, wenn sich das Fahrzeug im Ruhezustand befindet, die Gleichstromstellerschaltung also abgeschaltet ist. Hier­ zu wird das Heizungsschütz SH geschlossen, während so­ wohl das Hauptschütz HS als auch das Ladeschütz SL ge­ öffnet sind.

Allgemein kann die im Ladewiderstand RLH erzeugte Heiz­ energie in einem geeigneten Medium (z. B. Wasser) gespei­ chert und anschließend kontinuierlich an den Fahrgast­ raum abgegeben werden.

In Fig. 2 ist eine Variante mit mehreren parallelen La­ deteilwiderständen und einem Reihenwiderstand zur Anpas­ sung der Gesamtwiderstandskombination (Parallelschal­ tung) an den geforderten ohmschen Wert des Ladewider­ standes gezeigt. Die Ladeteilwiderstände sind zu Heiz­ zwecken jeweils den einzelnen Fahrgasträumen im Verband fahrender Fahrzeuge zugeordnet. Im einzelnen ist das Ladeschütz SL dabei über den Reihenwiderstand RL und mehrere parallelgeschaltete Ladeteilwiderstände RLH′, RLH′′ mit dem Hauptschalter IR verbunden. An den Verbin­ dungspunkt des Reihenwiderstandes RL mit den Ladeteilwi­ derständen RLH′, RLH′′ ist das Heizungsschütz SH ge­ schaltet. Das Heizungsschütz SH liegt andererseits am Rad/Schiene-System des Fahrzeuges. Das Ladeschütz SL ist andererseits über die Drossel LF wiederum an die posi­ tive Klemme I der Gleichstromstellerschaltung ange­ schlossen. Das Hauptschütz HS ist wiederum zwischen Hauptschalter IR und Drossel LF angeordnet. Die Ausfüh­ rungen gemäß Fig. 1 bezüglich der vielfältigen Möglich­ keiten zur Heranziehung des Ladewiderstandes RLH für Heizzwecke gelten entsprechend für die Ladeteilwider­ stände RLH′, RLH′′.

Claims (6)

1. Einrichtung zum Heizen der Fahrgasträume bei einem elektrisch angetriebenen Schienenfahrzeug mit einer Stromrichterschaltung, die über einen Ladewider­ stand und ein in Serie liegendes Ladeschütz an Netzspan­ nung schaltbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der La­ dewiderstand (RLH, RLH′, RLH′′) zusätzlich zur Fahrgast­ raumheizung dient.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die nicht mit der Netzspannung verbundene Klemme des Ladewiderstandes (RLH, RLH′, RLH′′) über ein Heizungsschütz (SH) mit dem Massepotential der speisen­ den Spannungsquelle verbindbar ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß beim Einschalten des Ladewiderstandes (RLH, RLH′, RLH′′) zum Heizen das Heizungsschütz (SH) in der Brems- bzw. Rekuperationsphase des Schienenfahrzeu­ ges geschlossen wird.

4. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß beim Einschalten des Ladewiderstandes (RLH, RLH′, RLH′′) zum Heizen das Heizungsschütz (SH) außerhalb der Ladephasen des Stromrichters geschlossen wird.

5. Einrichtung nach einem der vorstehenden Ansprü­ che 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ladewider­ stand (RLH) in mehrere Ladeteilwiderstände (RLH′, RLH′′) aufgeteilt ist, die jeweils verschiedene Fahrgasträumen im Verband fahrender Fahrzeuge zugeordnet sind.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zur Anpassung an den geforderten ohmschen Wert des Ladewiderstandes ein Reihenwiderstand (RL) zwi­ schen den gemeinsamen Verbindungspunkt der Ladeteilwi­ derstände (RLH′, RLH′′) und den Stromrichter geschaltet ist.