DE4223369A1 - Vorrichtung zur elektrischen Energieversorgung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur elektri­ schen Energieversorgung von Verbrauchern, die im Be­ reich von Schienenfahrzeugen angeordnet sind, die einen Generator, einen Gleichrichter sowie einen steuerbaren Wechselrichter aufweist.

Für die Energieversorgung von Reisezugwagen, die in Eisenbahnnetzen verkehren, wird von der Lokomotive über eine Zugsammelschiene den Reisezugwagen eine Spannung zugeführt, die je nach System in Europa

1000 V, 16 2/3 Hz oder 50 Hz
1500 V, 50 Hz
1500 V, Gleichspannung
3000 V, Gleichspannung ist.

Bei Elektrolokomotiven wird die Fahrdrahtspannung ent­ sprechend umgewandelt.

Bei dem System 1000 V, 16 2/3 Hz wird beim Betrieb mit einer Diesellokomotive über einen Generator, der vom Dieselmotor angetrieben wird, die Zugsammelschiene mit 1000 V, 16 2/3 Hz versorgt. Dabei wird der Generator vom Dieselmotor der Traktion und dadurch mit unter­ schiedlichen Drehzahlen angetrieben. Über einen Gleich­ richter wird die Drehstromspannung des Generators gleichgerichtet und über einen Wechselrichter wird die Gleichspannung in Wechselspannung konstanter Frequenz umgewandelt.

Der Wechselrichter wird vorzugsweise mit abschaltbaren Thyristoren (GTO) ausgerüstet. Beim Einsatz von abschaltbaren Thyristoren ist dabei zu beachten, daß der Löschimpuls innerhalb des zulässigen Abschalt­ stromes erfolgt.

Bei inneren oder auch äußeren Kurzschlüssen des Wech­ selrichters können diese Abschaltgrenzen nicht mehr eingehalten werden und Ausfälle an abschaltbaren Thy­ ristoren sind die Folge.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schutz­ schaltung anzugeben, die im Störfall einen wirksamen Schutz für die abschaltbaren Thyristoren darstellt und nach Beseitigung der Störung oder bei einer flüchtigen Störung im Zünd- und Abschaltkreis der abschaltbaren Thyristoren ohne wesentlichen Zeitverlust den Betrieb wieder ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Wechselrichter abschaltbare Lastthyristoren auf­ weist, deren Strom erfaßt und in ein Meßsignal umge­ wandelt wird, das im Bereich einer Überwachungsein­ richtung mit einem Grenzwert verglichen wird und das die Überwachungseinrichtung mit einem Zündimpulsgerät verbunden ist, das mit einem vorgebbaren Abstand vor Erreichen des Grenzwertes einen Kurzschlußthyristor zündet, der den Lastthyristoren parallel geschaltet ist.

Durch die meßtechnische Erfassung des Stromes der Last­ thyristoren wird es ermöglicht, in Abhängigkeit von den jeweils tatsächlich vorliegenden Betriebsbedingungen eine Abschaltung vorzunehmen. Durch den Vergleich mit einem vorgebbaren Grenzwert im Bereich der Über­ wachungseinrichtung ist es möglich, einen ausreichenden Abstand zu einem die Lastthyristoren schädigenden Strom einzuhalten. Durch die Zündung des den Lastthyristoren parallel geschalteten Kurzschlußthyristors wird kurz­ fristig eine Entlastung der Lastthyristoren durch die Stromübernahme durch den Kurzschlußthyristor durchge­ führt.

Zur weiteren Verbesserung der Betriebssicherheit des Wechselrichters wird vorgeschlagen, daß im Bereich der Überwachungseinrichtung zusätzlich eine Spannungsüber­ wachung für die Lastthyristoren angeordnet ist.

Zur Sicherstellung einer kurzfristigen Entladung der verwendeten Energiespeicher nach einer Zündung des Kurzschlußthyristors wird vorgeschlagen, daß das Zündimpulsgerät mit einer Generatorabschaltung gekop­ pelt ist.

Zur Ermöglichung einer schnellen Wiederherstellung der Betriebsfähigkeit nach vorübergehenden Störungen wird vorgeschlagen, daß eine automatische Generatorwieder­ einschaltung vorgesehen ist.

Zur Ermöglichung einer Drehstromtransformation wird vorgeschlagen, der Generator als ein Drehstromge­ nerator ausgebildet ist, der Gleichrichter als ein Drehstromgleichrichter ausgebildet ist und von den Lastthyristoren ein Drehstromwechselrichter ausgebildet wird.

Bei einem System mit Gleichspannungseinspeisung, z. B. bei U-Bahnen oder Stadtbahnen, kann die erzeugende Energiequelle nicht abgeschaltet werden.

Hier wird vorgeschlagen, daß für die Abschaltung der Speisespannung eine stufenweise Abschaltung vorgesehen ist. Hierdurch werden hohe Ströme beim Abschalten vermieden.

Insbesondere ist daran gedacht, eine stufenweise Ab­ schaltung dadurch durchzuführen, daß für die stufen­ weise Abschaltung ein von einem Kontakt überbrückbarer Widerstand vorgesehen ist.

Eine besonders einfache meßtechnische Ermittlung der Ströme der Lastthyristoren kann dadurch erfolgen, daß für die Messung des Laststromes vorgesehene Erfassungen mit den Lastthyristoren in Reihe geschaltet sind.

Zur Erleichterung einer Auswertung der Meßergebnisse ist vorgesehen, daß im Bereich der Erfassung eine Strom-Spannungswandlung durchgeführt wird.

Zur Ermöglichung einer kurzfristigen Reduktion der Ströme durch die Lastthyristoren wird vorgeschlagen, daß der Kurzschlußthyristor parallel zu einem Konden­ sator geschaltet ist. Bei einem normalen Betrieb dient der Kondensator der Glättung der vom Gleichrichter abgegebenen Spannung.

Eine weitere Verbesserung der dynamischen Verläufe beim Abschalten kann dadurch erfolgen, daß der Kurzschluß­ thyristor an einen Zwischenabgriff von Induktivitäten angeschlossen ist, die von einer Reihenschaltung eines Widerstandes und einer Diode überbrückt sind.

In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Er­ findung schematisch dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 ein Schaltbild einer Vorrichtung, bei der zeitgleich zum Zünden des Kurzschluß­ thyristors eine Trennung der Verbindungslei­ tungen zwischen Generator und Gleichrichter erfolgt und

Fig. 2 ein Schaltbild einer Vorrichtung, bei der eine stufenweise Auftrennung des Gleichstromkreises bei einem Zünden des Kurzschlußthyristors er­ folgt.

Abschaltbare Lastthyristoren (13, 14 und 15, 16) werden durch eine Erfassung (11 und 12) im Strom überwacht. Die Stromwerte werden in eine proportionale Spannung umgeformt und einem Zündimpulsgerät (10) zugeführt. Beim Erreichen eines eingestellten Spannungswertes, der proportional dem Strom in den abschaltbaren Lastthyristoren (13, 14, 15, 16) entspricht, wird ein Kurzschlußthyristor (5) durch das Zündimpulsgerät (10) gezündet. Der Kurzschlußthyristor (5) übernimmt die Stromführung und die Entladung eines parallel geschal­ teten Kondensators (4). Gleichzeitig wird die Energie­ lieferung von einem Generator (1) durch einen Kontakt (2) bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 unterbrochen.

Eine Induktivität (6 und 7) begrenzt den Stromanstieg für die abschaltbaren Lastthyristoren (13, 14, 15, 16). Der Kurzschlußthyristor (5) wird ebenfalls im Stroman­ stieg durch die Induktivität (6) begrenzt. Über eine Diode (9) und einen Widerstand (8) wird der Induktivi­ tät (6, 7) ein Freilaufkreis zugeordnet.

Auch gegen eine eventuelle Überspannung werden die ab­ schaltbaren Thyristoren geschützt. Bei Überschreiten eines bestimmten Spannungswertes gibt das Zündimpuls­ gerät (10) die Zündung des Kurzschlußthyristors (5) frei. Die Anlage startet nach Zünden des Kurzschluß­ thyristors (5) automatisch wieder neu. Bei einer flüch­ tigen Störung ist die Anlage danach wieder betriebs­ bereit. Nach mehreren Einschaltversuchen und Ansprechen des Kurzschlußthyristors (5) liegt eine bleibende Störung vor. Die Anlage wird abgeschaltet.

Bei einer Ausbildung des Generators (1) als Dreh­ spannungsgenerator ist der Schalter (2) dreiphasig aus­ gebildet und wird von einem Schütz (22) betätigt. Eine Umwandlung des Wechselstromes des Generators (1) in Gleichstrom erfolgt mit Hilfe eines Gleichrichters (3). Der Kurzschlußthyristor (5) ist an einen Zwischenab­ griff der Induktivitäten (6, 7) angeschlossen und die Induktivitäten (6, 7) sind parallel zur Reihenschaltung des Widerstandes (8) und der Diode (9) angeordnet. Zur Zündung der Lastthyristoren (13, 14, 15, 16) sind Zündgeräte (17, 18, 19, 20) vorgesehen. Im Bereich ei­ nes Ausganges (23) ist der von den Lastthyristoren (13, 14, 15, 16) bereitgestellte Strom abnehmbar. Eine Glättung erfolgt mit Hilfe einer Induktivität (21). Zur Koordinierung des Betriebes der Zündgeräte (17, 18, 19, 20), des Zündimpulsgerätes (10) sowie des Schützes (22) ist eine Steuerung (24) vorgesehen.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel zeigt Fig. 2. Bei diesem Beispiel wird der Strom in den abschaltbaren Lastthyristoren (13, 14, 15, 16, 25, 26) ebenfalls überwacht. Über das Zündimpulsgerät (10) wird der Kurz­ schlußthyristor (5) vor Erreichen des Grenzstromes in den abschaltbaren Lastthyristoren (14, 15, oder 16, 17 oder 18, 19) gezündet. Der Kurzschlußthyristor (5) übernimmt die Stromführung. Der Kondensator (4) wird entladen. Gleichzeitig wird die Speisequelle in zwei Stufen von der Speisespannung abgetrennt. In der ersten Stufe wird ein Kontakt (27) geöffnet und ein zusätzlicher Widerstand (28) in den Kreis eingeschal­ tet. Danach wird mit einem Kontakt (29) die Speise­ quelle abgetrennt.

In Reihe mit dem Kontakt (29) ist ein Reihenwiderstand (30) geschaltet. Mit Hilfe der Anordnung gemäß Fig. 2 wird ein Drehstromwechselrichter realisiert, der mit drei Anschlüssen im Bereich des Ausganges (23) versehen ist. Den zusätzlichen Lastthyristoren (25, 26) sind Zündgeräte (31, 32) zugeordnet. Die Zündgeräte (31, 32) werden ebenfalls von der Steuerung (24) koordiniert.

Claims (11)

1. Vorrichtung zur elektrischen Energieversorgung von Verbrauchern, die im Bereich von Schienenfahrzeugen angeordnet sind, die einen Generator, einen Gleich­ richter sowie einen steuerbaren Wechselrichter auf­ weist, dadurch gekennzeichnet, daß der Wechsel­ richter abschaltbare Lastthyristoren (13, 14, 15, 16, 25, 26) aufweist, deren Strom erfaßt und in ein Meßsignal umgewandelt wird, das im Bereich einer Überwachungseinrichtung mit einem Grenzwert ver­ glichen wird und daß die Überwachungseinrichtung mit einem Zündimpulsgerät (10) verbunden ist, das mit einem vorgebbaren Abstand vor Erreichen des Grenzwertes einen Kurzschlußthyristor (5) zündet, der den Lastthyristoren (13, 14, 15, 16, 25, 26) parallel geschaltet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß im Bereich der Überwachungseinrichtung zusätzlich eine Spannungsüberwachung für die Last­ thyristoren (13, 14, 15, 16, 25, 26) angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Zündimpulsgerät (10) mit einer Generatorabschaltung gekoppelt ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß eine automatische Gene­ ratorwiedereinschaltung vorgesehen ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß der Generator (1) als ein Drehstromgenerator ausgebildet ist, der Gleich­ richter (3) als ein Drehstromgleichrichter ausge­ bildet ist und von den Lastthyristoren (13, 14, 15, 16, 25, 26) ein Drehstromwechselrichter ausgebildet wird.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß für die Abschaltung der Speisespannung eine stufenweise Abschaltung vorgesehen ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß für die stufenweise Ab­ schaltung ein von einem Kontakt (27) überbrückbarer Widerstand (28) vorgesehen ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, daß für die Mesung des Last­ stromes vorgesehene Erfassungen (11, 12, 33) mit den Lastthyristoren (13, 14, 15, 16, 25, 26) in Reihe geschaltet sind.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, da­ durch gekennzeichnet, daß im Bereich der Erfassung (11, 12, 33) eine Strom-Spannungswandlung durchge­ führt wird.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, da­ durch gekennzeichnet, daß der Kurzschlußthyristor (5) parallel zu einem Kondensator (4) geschaltet ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, da­ durch gekennzeichnet, daß der Kurzschlußthyristor (5) an einen Zwischenabgriff von Induktivitäten (6, 7) angeschlossen ist, die von einer Reihenschaltung eines Widerstandes (8) und einer Diode (9) über­ brückt sind.