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Schaltung zur Speisung einer Gleichstrom-Niederspannungsanlage aus
einem Gleichstromnetz höherer Spannung Bei elektrischen Anlagen, die aus einem Gleichstromnetz
relativ hoher Spannung gespeist werden, besteht vielfach die Notwendigkeit, ein
Hilfsnetz von wesentlich niedrigerer Spannung zur Verfügung zu haben. Insbesondere
ist dies im elektrischen Bahnbetrieb, z. B. bei elektrischen Vollbahnen oder bei
Grubenbahnen u. dgl., der Fall, wo die Hauptantriebsmotoren der Fahrzeuge aus einem
Gleichstromnetz bzw. einer Fahrleitung mit einer Spannung in der Größenordnung von
6oo bis 3000 V gespeist werden. Hierbei ist es vielfach notwendig, eine besondere
Gleichstromquelle von z. B. zq. V zur Speisung von Hilfsgeräten, für Beleuchtungszwecke
oder zur Aufladung einer Batterie zur Verfügung zu haben.
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Bisher hat man sich in den meisten Fällen so geholfen, daß man die
Niederspannungsanlage unmittelbar aus dem höher gespannten Gleichstromnetz über
geeignete Vorwiderstände gespeist hat. Dies hat den Nachteil, daß man unter Umständen
ein Vielfaches der Nutzleistung der Niederspannungsanlage in den vorgeschalteten
Widerständen vernichten muß. Günstiger liegen die Verhältnisse, wenn diese Energie
wenigstens zum Teil in zwischengeschalteten Hilfsmaschinen entsprechender Leistung
und Stromstärke, z. B. Gebläse- oder Kompressormotoren, nutzbar gemacht werden kann.
Aber auch dann besteht immer noch der Nachteil, daß die Niederspannungsanlage mit
den Teilen höherer Spannungen in galvanisch leitender Verbindung steht, was selbst
im Falle einer guten Erdung der Niederspannungskreise zu Unfällen führen kann, wenn
an diesen zwischengeschalteten Hilfsmaschinen Störungen auftreten.
Weiterhin
ist es auch bekannt, rotierende Umformersätze, z. B. Motorgeneratoren, zu verwenden,
in denen der Gleichstrom höherer Spannung in einen 'solchen der niedrigeren Spannung
umgewandelt wird. Aber auch diese Lösung ist unvorteilhaft, da der Bau entsprechender
Umformermotoren mit Rücksicht auf die hohe Spannung unddie meist relativ geringe
Leistung zu Schwierigkeiten, insbesondere hinsichtlich der Kommutiereng, führt.
Man war daher gezwungen., auch in diesen Fällen den Umformersätzen Widerstände vorzuschalten,
die wiederum einen zusätzlichen Energieverbrauch darstellen.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine zur Speisung einer
Gleichstrom-Niederspannungsanlage aus einem Gleichstromnetz höherer Spannung dienende
Schaltung zu entwickeln, durch welche die Nachteile der bisherigen Anordnungen vermieden
werden.
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Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe in einfacher Weise dadurch gelöst,
daß die dem höher gespannten Gleichstrom ohnehin überlagerten Wechselstromoberwellen
über einen Kondensator abgezogen und nach Gleichrichtung, z. B. in einem Trockengleichrichter,
zur Speisung der Niederspannungsanlage bzw. zur Aufladung einer Batterie ausgenutzt
werden.
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Zum besseren Verständnis der Erfindung wird diese im folgenden an
Hand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, das sich auf ein fahrleitungsgespeistes
elektrisches Triebfahrzeug hezieht, bei dem außer dem Gleichstromnetz höherer Spannung
zur Speisung der Fahrmotoren eine Niederspannungsanlage zur Aufladung einer Batterie
und zur Speisung vorn Hilfsapparaten, Beleuch- . tungskö@rpern usw. erforderlich
ist.
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In der Zeichnung bedeutet a die Fahrleitung, aus der der Gesamtstrom
in üblicher Weise über den Stromabnehmer b abgenommen wird. Im Verzweigungspunkt
c teilt sich der Strom. Nach, links, entsprechend der Pfeilrichtung, fließt der
höher gespannte Gleichstrom von z. B. z2oo V zu,den nicht dargestellten Antriebsmotoren
sowie sonstigen Hilfsmaschinen und Heizeinrichtungen des Triebfahrzeugs. Zur Speisung
der Niederspannungsanlage werden die dem Gleichstrom. in der Fahrleitung a ohnehin
in vielen Fällen überlagerten Oberwellen herangezogen, die insbesondere immer dann
vorhanden sind, wenn der Gleichstrom, wie es meistens üblich ist, über Großgleichrichter
in die Fahrleitung eingespeist wird. Sollte es sich im Gegensatz hierzu um ein Gleichstromnetz
handeln, bei dem diese Oberwellen normalerweise nicht vorhanden sind, so kann die
Anwendung der Erfindung ohne weiteres dadurch ermöglicht werden, daß der Fahrleitung
Spannungsoberwellen von bestimmter Frequenz und Amplitude künstlich aufgedrückt
werden. Dies kann beispielsweise durch Einschaltung eines besonderen Schwingungskreises-
oder besonderer Hilfsmaschinen in das Fahrleitungsnetz erreicht werden.
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Nach dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel werden
die Oberwellen über den Schalter d durch den Kondensator e geleitet,-
durch den andererseits der Gleichstrom des Netzes gesperrt wird. Bevor die Oberwellen
zur Speisung der Niederspannungsanlage gleichgerichtet werden, werden sie zweckmäßig
in einem Transformator f auf eine Spannung geeigneter Größe umgeformt. Der über
den Kondensator e aus der Fahrleitung aufgenommene Wechselstrom wird dann über die
Primärwicklung g des Transformators geführt, von wo er nach Erde h fließt.
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Um den Wechsel.stromwiderstand an die jeweiligen Erfordernisse anzupassen,
kann in Reihe mit dem Kondensator e eine Induktivität, z. B. eine Drosselspule geeigneter
Größe, in den Primärkreis des Transformators f geschaltet werden, wobei man: je
nach Bedürfnis näher zu oder entfernter von der Resonanzfrequenz der Oberwellen
arbeiten kann.
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Während nach dem oben Gesagten der Gleichstrom durch den Kondensator
gesperrt ist, werden andererseits dem Wechselstrom durch die sowieso vorhandene
Induktivität des Gleichstromnetzes, z. B. die Felder der Reihen.schlußmoto-ren,
Widerstände entgegengesetzt. -In den Fällen, in denen der induktive und der Ohmsche
Widerstand nicht ausreichen sollte, wird mit Vorteil eine zusätzliche Sperrdrossel
i im Gleichstrom-Hochspannungskreis vorgesehen. Des weiteren ist es zweckmäßig,
derartige Sperrdrosseln für den Wechselstrom auch an den Abzweigstellen des Fahrleitungsnetzes
außerhalb des eigentlichen Fahrzeugs anzubringen, um zu vermeiden, daß die oberwellige
Wechselspannung irgendwo ungenutzt aus dem Fahrleitungsnetz abgeleitet wird und'
damit die Oberwellen geglättet werden..
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An einer Anzapfung des Transformators f bzw., wie in der Zeichnung
dargestellt, an einer galvanisch vom Primärkreis getrennten. Sekundärwicklung
k wird eine zum Laden der Batterie m und für die Speisung des Hilfsnetzes
n geeignete Wechselspannung abgegriffen, die in einem Trockengleichrichter o, der
gemäß der Zeichnung in der bekannten Grätzschaltung geschaltet ist, gleichgerichtet
wird.
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In weiterer Ausbildung der Erfindung besitzt der Transformator feine
Zusatzwicklung p, die über einen Widerstand q an die Klemmen der Überspannungsableiter
r angeschlossen ist. In der Zusatzwicklung p wird der Wechselstrom auf eine diesen
Spannungsableitern r angepaßte Spannung transformiert, wobei der die Spannungsableiter
enthaltende zusätzliche Stromkreis die Aufgabe hat, den Gleichrichter o sowie die
gesamte Niederspannungsanlage vor Überspannungen und -strömen. zu schüt7xn. In,
vielen Fällen wird jedoch diese Wirkung bereits durch die Batterie m hervorgerufen
werden, durch die auftretende Überspannungen gedämpft werden. Derartige Überspannungen
können nicht nur von außen vom Fahrdraht her durch plötzliche Spannungswellen herkommen,
sondern auch durch plötzliches Anlegen bzw. Abschalten der Gleichspannung an dem
Kondensator e ausgelöst werden, wobei im Zusammenhang mit der im Stromkreis sowieso
vorhandenen Induktivität
und dem Ohmschen Widerstand Ein- und Ausschwingvorgänge
entstehen.
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Anschließend sei noch erwähnt, daß Einrichtungen der beschriebenen
Art nicht nur auf die Anwendung bei elektrischen Triebfahrzeugen beschränkt sind.
Die Schaltung gemäß der Erfindung kann beispielsweise mit dem gleichen Erfolg sinngemäß
zur Ladung kleinerer Akkumulatoren oder Batterien aus gewöhnlichen Gleichstromstadtnetz-en
ange-Zvendet werden, wenn. diese Netze Oberwellen besitzen.