DE4302704A1 - Power supply arrangement for a diesel electric locomotive - Google Patents

Power supply arrangement for a diesel electric locomotive

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Abstract

A diesel electric locomotive has a diesel-driven AC generator (2) with a rectifier (5) supplying the traction motors and a second circuit for supplying power to the passenger carriages. This is an inverter unit (9), connected to a second rectifier (6) working on a second winding (4) of the generator. This rectifier is controllable and supplied with constant voltage, the inverter unit being operated cyclically at 16 2/3 Hz, using a working period of 28 ms and a pause period of 2 ms. An alternative arrangement obviates the need for a second generator winding and has instead a transformer between the output terminals of the generator and the second rectifier.

Description

Die Erfindung betrifft eine Energieversorgungsanlage zur Verwendung im Bereich einer dieselelektrischen Lo­ komotive, die einen Generator aufweist, der von einem Dieselmotor angetrieben ist und der einen Gleichstrom­ zwischenkreis zur Speisung einer Traktionseinrichtung versorgt und die mit einer Kopplungseinrichtung zur Speisung von Verbrauchern versehen ist, die im Bereich von Reisezugwagen angeordnet sind.The invention relates to an energy supply system for use in the area of a diesel-electric Lo Komotive, which has a generator by one Diesel engine is powered and a direct current DC link for feeding a traction device supplied and with a coupling device for Food supply is provided in the area are arranged by passenger coaches.

Für die Versorgung der Reisezugwagen mit elektrischer Energie wird auf Diesellokomotiven eine derartige Ener­ gieversorgungsanlage vorgesehen. Die Energieversor­ gungsanlage gibt beispielsweise eine Spannung von 1000 V und 16 2/3 Hz über eine durchgehende Zugsammel­ schiene an die Reisezugwagen ab.For supplying the passenger coaches with electrical Energy becomes such an ener on diesel locomotives Power supply system provided. The energy supplier supply system gives, for example, a voltage of  1000 V and 16 2/3 Hz via a continuous train collection rail to the passenger coaches.

Durch die Elektrifizierung in Europa sind folgende Spannungen auf der durchgehenden Zugsammelschiene vorgegeben:Due to the electrification in Europe, the following are Tensions on the continuous train busbar given:

1000 V, 16 2/3 Hz,
1500 V, 50 Hz,
1500 V Gleichspannung und
3000 V Gleichspannung.1000 V, 16 2/3 Hz,
1500 V, 50 Hz,
1500 V DC voltage and
3000 V DC voltage.

Die Spannung 1000 V, 16 2/3 Hz wird bei einem Antrieb der Reisezugwagen mit einer Elektrolokomotive über einen Transformator vorgegeben. Die Energieversorgungs­ anlage auf der Diesellokomotive muß dann auch diese Spannung erzeugen, um die dafür ausgelegten elektri­ schen Anlagen in den Reisezugwagen zu versorgen.The voltage 1000 V, 16 2/3 Hz is at one drive the passenger coach with an electric locomotive above specified a transformer. The energy supply System on the diesel locomotive must then also this Generate voltage to the designed electri systems in the passenger coaches.

Ein bekanntes Ausführungsbeispiel ist, daß parallel aus dem Gleichspannungszwischenkreis der Traktionseinrich­ tung über einen Wechselrichter und einen Transformator 1000 V, 16 2/3 Hz an die Zugsammelschiene abgegeben werden. Der Gleichspannungszwischenkreis wird dabei von einem Drehstromgenerator und einem Gleichrichter gebil­ det, wobei der Drehstromgenerator vom Dieselmotor ange­ trieben wird.A known embodiment is that in parallel the DC voltage intermediate circuit of the traction device via an inverter and a transformer 1000 V, 16 2/3 Hz to the train busbar become. The DC link is used by gebil a three-phase generator and a rectifier det, the three-phase generator from the diesel engine is driven.

Die Kennlinie des Dieselmotors gibt für den Generator eine Drehzahl von 750 U/min bis 1350 U/min vor. Die Spannung nach Gleichrichtung im Gleichstromzwischen­ kreis ändert sich dadurch zwischen 1000 V und 1800 V.The characteristic of the diesel engine gives for the generator a speed of 750 rpm to 1350 rpm before. The Voltage after rectification in the DC current between circle changes between 1000 V and 1800 V.

Der Wechselrichter für die Versorgung der Reisezugwagen wird bei der bekannten Schaltung über die zur Durchfüh­ rung einer Anschnittsteuerung verwendeten GTO′s so getaktet, daß der Effektivwert der Spannung am Ausgang 1000 V. ist. Das führt dazu, daß das Verhältnis von Arbeitszeit zur Pausenzeit verändert werden muß. Um die elektrischen Anlagen in Reisezugwagen zu betreiben, ist in der Vorschrift UIC 626 vorgegeben, daß die Ausgangs­ spannung als Block mit 28 ms Arbeitszeit und 2 ms Pau­ senzeit ausgelegt wird. Diese Bedingung kann mit der bekannten Ausführung nicht erreicht werden.The inverter for the supply of the passenger coaches is in the known circuit on the implementation tion of a gate control used GTO's  clocked that the rms value of the voltage at the output Is 1000 V. As a result, the ratio of Working time at break time must be changed. To the to operate electrical systems in passenger coaches specified in regulation UIC 626 that the output voltage as a block with 28 ms working time and 2 ms pau time is laid out. This condition can be met with the known execution can not be achieved.

Außerdem ist aus Isolationsgründen ein Trenntransforma­ tor für 1000 V, 16 2/3 Hz einzubringen, und zwar für die gesamte Leistung, z. B. 800 kVA für den Btreiben, ist iReisezugwagen. Der Transformator, der hierzu mit einer Frequenz von 16 2/3 Hz ausgelegt ist, bringt da­ bei ein erhebliches Gewicht und Bauvolumen auf die Lo­ komotive.There is also an isolating transformer for insulation reasons for 1000 V, 16 2/3 Hz, for the total power, e.g. B. 800 kVA for operation iTravel coach. The transformer that does this with is designed for a frequency of 16 2/3 Hz with a considerable weight and construction volume on the Lo comical.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Energieversorgungsanlage der einleitend genannten Art derart zu konstruieren, daß ein einfacher Aufbau und ein einfacher Betrieb ermöglicht wird.The object of the present invention is therefore a Energy supply system of the type mentioned in the introduction to be constructed in such a way that a simple structure and simple operation is made possible.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Kopplungseinrichtung einen die Verbraucher speisen­ den Wechselrichter aufweist, der mit einem ausschließ­ lich dem Wechselrichter zugeordneten Gleichrichter ver­ bunden ist, der an den Generator angeschlossen ist.This object is achieved in that the coupling device feed the consumers has the inverter that excludes one rectifier assigned to the inverter bound, which is connected to the generator.

Durch diese Ausbildung ist es möglich, eine Speisung der Verbraucher im Bereich der Reisezugwagen unabhängig von den jeweiligen Betriebsbedingungen im Bereich des Gleichstromzwischenkreises vorzunehmen. Darüber hinaus ist es möglich, daß der Trenntransformator für 1000 V, 16 2/3 Hz entfallen kann. Through this training, it is possible to supply the consumer in the field of passenger coaches is independent of the respective operating conditions in the area of Make DC link. Furthermore it is possible that the isolating transformer for 1000 V, 16 2/3 Hz can be omitted.  

Eine völlige Trennung der der Traktionseinrichtung zugeordneten elektrischen Komponenten und der den zu versorgenden Verbrauchern zugeordneten Komponenten kann dadurch erfolgen, daß der Generator für die Traktions­ einrichtung eine zweite Wicklung hat und der Wechsel­ richter von dieser Wicklung über einen steuerbaren Gleichrichter mit konstanter Spannung versorgt wird und daß der Wechselrichter getaktet wird.A complete separation of the traction device assigned electrical components and the to components associated with supplying consumers done by the generator for the traction device has a second winding and the change judge from this winding via a controllable Rectifier is supplied with constant voltage and that the inverter is clocked.

Zur Erfüllung typischer Einsatzanforderungen wird vor­ geschlagen, daß eine Blockbildung der Ausgangsspannung bei 16 2/3 Hz von 28 ms Arbeitszeit und 2 ms Pausenzeit erfolgt.To meet typical operational requirements, struck that block the output voltage at 16 2/3 Hz of 28 ms working time and 2 ms pause time he follows.

Eine Verwendung eines konventionellen Generators kann dadurch erfolgen, daß eine Drehstromspannung für die Traktionseinrichtung parallel auf einen Trenntransfor­ mator angeschlossen ist und daß der Wechselrichter von der Sekundärseite des Transformators über einen gesteu­ erten Gleichrichter mit konstanter Spannung versorgt wird.Using a conventional generator can in that a three-phase voltage for the Traction device in parallel on a separating transfor mator is connected and that the inverter from the secondary side of the transformer via a control rectifier supplied with constant voltage becomes.

Auch bei der Verwendung eines konventionellen Genera­ tors können übliche Anforderungen dadurch erfüllt wer­ den, daß der Wechselrichter so getaktet wird, daß eine Blockbildung der Ausgangsspannung von 28 ms Arbeitszeit und 2 ms Pausenzeit erfolgt.Even when using a conventional genera tors can meet usual requirements that the inverter is clocked so that a Block formation of the output voltage of 28 ms working time and 2 ms pause time.

Zur Ermöglichung eines bewährten Aufbaues des Gleich­ richters wird vorgeschlagen, daß im Bereich des Gleich­ richters GTO′s angeordnet sind.To enable a proven structure of the same richters proposes that in the field of equals richters GTO’s are arranged.

Darüber hinaus ist es aber auch möglich, daß im Bereich des Gleichrichters Thyristoren angeordnet sind. In addition, it is also possible that in the area of the rectifier thyristors are arranged.  

Eine zuverlässige Konstruktion des Wechselrichters er­ folgt dadurch, daß im Bereich des Wechselrichters GTO′s angeordnet sind, die an eine sie taktende Steuerung angeschlossen sind.A reliable design of the inverter follows that in the area of the inverter GTO's are arranged to a clocking controller are connected.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfin­ dung schematisch dargestellt. Es zeigen:Exemplary embodiments of the invention are shown in the drawing shown schematically. Show it:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Energieversorgungs­ anlage, bei der ein Generator mit zwei Drei­ phasenwicklungen versehen ist, von denen ein Wicklungssatz an einen Gleichrichter zur Spei­ sung des Wechselrichters für die Verbraucher angeschlossen ist und Fig. 1 is a block diagram of a power supply system in which a generator is provided with two three-phase windings, of which a winding set is connected to a rectifier for feeding the inverter for the consumer and

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung, bei der der Generator nur mit einem Satz von Dreh­ stromwicklungen ausgestattet ist und der An­ schluß des Gleichrichters für den den Ver­ brauchern zugeordneten Wechselrichter über einen Transformator erfolgt. Fig. 2 is a block diagram of a device in which the generator is only equipped with a set of three-phase windings and the connection to the rectifier for the inverters assigned to the consumer via a transformer.

Ein Dieselmotor (1) treibt einen Generator (2) an, der über eine Wicklung (3) des Generators (2) über einen Gleichrichter (5) eine Gleichspannung für eine Trak­ tionseinrichtung, gebildet aus Drehstromumrichtern und Drehstromfahrmotoren, zur Verfügung stellt. Die Wick­ lung (3) ist als eine Drehstromwicklung ausgebildet. Zur Speisung von Verbrauchern im Bereich von Reisezug­ wagen wird die Spannung von einer Wicklung (4) des Ge­ nerators (2) abgenommen. Diese Spannung ändert sich im gleichen Verhältnis wie die Spannung der Wicklung (3) des Generators (2), die von einer Dieselmotor-Kennlinie und der Traktionseinrichtung vorgegeben wird. A diesel motor ( 1 ) drives a generator ( 2 ) which, via a winding ( 3 ) of the generator ( 2 ) via a rectifier ( 5 ), provides a DC voltage for a traction device, formed from three-phase converters and three-phase traction motors. The winding ( 3 ) is designed as a three-phase winding. To feed consumers in the area of passenger coaches, the voltage from a winding ( 4 ) of the generator ( 2 ) is removed. This voltage changes in the same ratio as the voltage of the winding ( 3 ) of the generator ( 2 ), which is specified by a diesel engine characteristic and the traction device.

Über einen steuerbaren Gleichrichter (6) wird die Span­ nung für einen Wechselrichter (9) konstant gehalten, der an die Verbraucher angeschlossen ist. Der steuer­ bare Gleichrichter (6) wird vorzugsweise in Sektor­ steuerung über GTO′s betrieben, um die Rückwirkungen auf den Generator (2) gering zu halten. Der Wechsel­ richter (9) wird über GTO′s (10, 11, 12 und 13) so ge­ taktet, daß eine Blockbildung mit 28 ms Arbeitszeit und 2 ms Pausenzeit entsprechend UIC 626 (neu) hervorge­ rufen wird.The voltage for an inverter ( 9 ), which is connected to the consumers, is kept constant by means of a controllable rectifier ( 6 ). The controllable rectifier ( 6 ) is preferably operated in sector control via GTOs in order to keep the effects on the generator ( 2 ) low. The inverter ( 9 ) is clocked via GTO's ( 10 , 11 , 12 and 13 ) so that a block formation with 28 ms working time and 2 ms pause time according to UIC 626 (new) will cause.

Ein anderes Ausführungsbeispiel ist in Fig. 2 darge­ stellt. Der Generator (2) hat hier serienmäßig nur eine Wicklung (3). Über einen Transformator (18) wird eine Isoliertrennung vorgenommen. Da der Generator (2) nur im Frequenzbereich ab 40 Hz arbeitet, ist der Transfor­ mator (18) für 40 Hz auszulegen. Hier ist trotzdem noch eine erhebliche Gewichtseinsparung gegenüber dem be­ kannten System mit 16 2/3 Hz Transformator gegeben.Another embodiment is shown in Fig. 2 Darge. The generator ( 2 ) has only one winding ( 3 ) as standard. Isolation is carried out via a transformer ( 18 ). Since the generator ( 2 ) only works in the frequency range from 40 Hz, the transformer ( 18 ) must be designed for 40 Hz. However, there is still considerable weight savings compared to the known system with a 16 2/3 Hz transformer.

Der Transformator (18) weist drei Primärwicklungen und drei Sekundärwicklungen auf, die an Verbindungsleitun­ gen zwischen dem Generator (2) und dem Gleichrichter (5) bzw. an den Gleichrichter (6) angeschlossen sind. Im Bereich der Kopplungseinrichtung sind zur Vergleich­ mäßigung der Strom- und Spannungsverläufe eine Indukti­ vität (7) und ein Kondensator (8) angeordnet. Die Induktivität (7) ist mit dem Gleichrichter (6) in Reihe geschaltet und der Kondensator (8) ist der Reihenschal­ tung aus dem Gleichrichter (6) und der Induktivität (7) parallel geschaltet. The transformer ( 18 ) has three primary windings and three secondary windings which are connected to the connecting lines between the generator ( 2 ) and the rectifier ( 5 ) or to the rectifier ( 6 ). In the area of the coupling device, an inductance ( 7 ) and a capacitor ( 8 ) are arranged to compare the current and voltage profiles. The inductor ( 7 ) is connected in series with the rectifier ( 6 ) and the capacitor ( 8 ) is connected in parallel with the series circuit comprising the rectifier ( 6 ) and the inductor ( 7 ).

Die vom Wechselrichter (9) bereitgestellte Energie kann im Bereich von Anschlüssen (16, 17) abgegriffen werden. Zwischen dem Wechselrichter (9) und dem Anschluß (16) sind eine Induktivität (14) und ein Schalter (15) ange­ ordnet.The energy provided by the inverter ( 9 ) can be tapped in the area of connections ( 16 , 17 ). Between the inverter ( 9 ) and the connection ( 16 ) an inductance ( 14 ) and a switch ( 15 ) are arranged.

Claims (8)

1. Energieversorgungsanlage zur Verwendung im Bereich einer dieselelektrischen Lokomotive, die einen Ge­ nerator aufweist, der von einem Dieselmotor ange­ trieben ist und der einen Gleichstromzwischenkreis zur Speisung einer Traktionseinrichtung versorgt und die mit einer Kopplungseinrichtung zur Speisung von Verbrauchern versehen ist, die im Bereich von Reisezugwagen angeordnet sind, dadurch gekennzeich­ net, daß die Kopplungseinrichtung einen die Ver­ braucher speisenden Wechselrichter (9) aufweist, der mit einem ausschließlich dem Wechselrichter (9) zugeordneten Gleichrichter (6) verbunden ist, der an den Generator (2) angeschlossen ist. 1. Power supply system for use in the field of a diesel-electric locomotive, which has a Ge, which is driven by a diesel engine and which supplies a DC link for feeding a traction device and which is provided with a coupling device for supplying consumers in the area of passenger cars are arranged, characterized in that the coupling device has a United consumer-feeding inverter ( 9 ) which is connected to a rectifier ( 6 ) exclusively associated with the inverter ( 9 ), which is connected to the generator ( 2 ). 2. Energieversorgungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Generator für die Trak­ tionseinrichtung eine zweite Wicklung (4) hat und der Wechselrichter (9) von dieser Wicklung (4) über einen steuerbaren Gleichrichter (6) mit konstanter Spannung versorgt wird und daß der Wechselrichter (9) getaktet wird.2. Power supply system according to claim 1, characterized in that the generator for the traction device has a second winding ( 4 ) and the inverter ( 9 ) from this winding ( 4 ) via a controllable rectifier ( 6 ) is supplied with constant voltage and that the inverter ( 9 ) is clocked. 3. Energieversorgungsanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Blockbildung der Ausgangsspannung bei 16 2/3 Hz von 28 ms Arbeits­ zeit und 2 ms Pausenzeit erfolgt.3. Energy supply system according to claim 1 or 2, characterized in that a block formation of the Output voltage at 16 2/3 Hz of 28 ms working time and 2 ms pause time. 4. Energieversorgungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Drehstromspannung für die Traktionseinrichtung parallel auf einen Trenntrans­ formator (4) angeschlossen ist und daß der Wechsel­ richter (9) von der Sekundärseite des Transforma­ tors (9) über einen gesteuerten Gleichrichter (6) mit konstanter Spannung versorgt wird.4. Power supply system according to claim 1, characterized in that a three-phase voltage for the traction device is connected in parallel to an isolating transformer ( 4 ) and that the inverter ( 9 ) from the secondary side of the transformer ( 9 ) via a controlled rectifier ( 6 ) is supplied with constant voltage. 5. Energieversorgungsanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Wechselrichter (4) so ge­ taktet wird, daß eine Blockbildung der Ausgangs­ spannung von 28 ms Arbeitszeit und 2 ms Pausenzeit erfolgt.5. Power supply system according to claim 4, characterized in that the inverter ( 4 ) is clocked so that a block formation of the output voltage of 28 ms working time and 2 ms break time. 6. Energieversorgungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des Gleichrichters (6) GTO′s angeordnet sind.6. Power supply system according to one of claims 1 to 5, characterized in that GTO's are arranged in the region of the rectifier ( 6 ). 7. Energieversorgungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des Gleichrichters (6) Thyristoren angeordnet sind. 7. Power supply system according to one of claims 1 to 5, characterized in that thyristors are arranged in the region of the rectifier ( 6 ). 8. Energieversorgungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des Wechselrichters (9) GTO′s angeordnet sind, die an eine sie taktende Steuerung angeschlossen sind.8. Power supply system according to one of claims 1 to 5, characterized in that in the region of the inverter ( 9 ) GTO's are arranged, which are connected to a clocking control.
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