WO2010125183A1 - Method and device for connecting a transformer apparatus of a rail vehicle to an energy supply apparatus providing an alternating voltage, taking into consideration the remanence - Google Patents

Method and device for connecting a transformer apparatus of a rail vehicle to an energy supply apparatus providing an alternating voltage, taking into consideration the remanence Download PDF

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WO2010125183A1
WO2010125183A1 PCT/EP2010/055905 EP2010055905W WO2010125183A1 WO 2010125183 A1 WO2010125183 A1 WO 2010125183A1 EP 2010055905 W EP2010055905 W EP 2010055905W WO 2010125183 A1 WO2010125183 A1 WO 2010125183A1
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remanence
voltage
switch
magnetic circuit
transformer
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PCT/EP2010/055905
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Jörg-Torsten MAASS
Wolfram Tessmer
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Bombardier Transportation Gmbh
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H9/00—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection
    • H02H9/001—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection limiting speed of change of electric quantities, e.g. soft switching on or off
    • H02H9/002—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection limiting speed of change of electric quantities, e.g. soft switching on or off limiting inrush current on switching on of inductive loads subjected to remanence, e.g. transformers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L9/00—Electric propulsion with power supply external to the vehicle
    • B60L9/16—Electric propulsion with power supply external to the vehicle using ac induction motors
    • B60L9/30—Electric propulsion with power supply external to the vehicle using ac induction motors fed from different kinds of power-supply lines
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2200/00—Type of vehicles
    • B60L2200/26—Rail vehicles

Definitions

  • the present invention relates to a method for switching a transformer device of a rail vehicle to an AC voltage supplying power supply device of a traction current network, wherein the
  • Transformer device is connected by closing a switching device at a switch-on with the power supply device, wherein the Wegein ⁇ chtung between the Energy fixturessein ⁇ chtung and a Pnmarseite a magnetic circuit of the transformer device is switched and a consumer of electrical energy to a secondary side of the magnetic circuit of
  • Rail vehicles often provided that these from the overhead line of a rail network (in particular via a main transformer of a single-phase AC power supply with 15 kV / 16.7 Hz or 25 kV / 50 Hz) are fed
  • a master controller higher-level control typically evaluates a number of information, so Only when exactly defined states are present, and therefore at a defined switch-on time is the connecting of the overhead line voltage to the main transformer likewise carried out.
  • the control of the main switch is generally realized a complex protective function for the components of Ant ⁇ ebsein ⁇ chtung when switching off the supply voltage
  • mains-synchronous switching This connection of the supply voltage to a defined switch-on with respect to the time course of the mains voltage is referred to as mains-synchronous switching. Also referred to as a network-synchronous shutdown, which can be synchronized except on the phase of the mains voltage to the phase of the mains
  • transformers in particular main or traction transformers in the range of higher powers, must be manufactured with additional technical effort to achieve the desired limitation of the maximum inrush current.
  • the responsible saturation of the magnetic circuit is reduced by using additional Kemmate ⁇ al and
  • the influence of the residual magnetism (the so-called remanence, which is often referred to as magnetic remanence or remanence) is further reduced from all these measures, however, result in a higher mass, a higher volume, Higher costs, higher magnetization losses as well as overall less favorable properties of the magnetic circuit of the transformer
  • Storstromwachter must be bridged on the rail vehicle for the period of the insertion or in their sensation be reduced to prevent their response when switching on
  • Sn DE 40 19 592 A1 is presented for a power supply with comparatively low supply voltage, a method in which an AC semiconductor switch supplies a transformer with voltage pulses such that over several periods of the mains voltage increasingly largerdersimpuise a given to the transformer exceeds the current a defined limit, just before the transformer saturates, becomes full
  • EP 1 024 574 B1 describes methods for connecting a transformer to an AC voltage network, in which a self-commutated converter on the secondary side of the transformer performs a targeted magnetization of the transformer before the vehicle master switch is switched on.
  • the disadvantage of this method is that on the one hand this is sufficient
  • the missing influence of the leading network on the voltages at each secondary winding and the consumers connected to it is not considered.
  • Two further methods allow the inrush current and aim at an active depletion of the then contained DC component
  • the present invention is based on the object of providing a method, an energy supply device and a rail vehicle of the type mentioned at the outset which do not or at least to a lesser extent have the abovementioned disadvantages and in particular reduce the undesired effects when switching on Allow consumers with simple and cost-effective design of the components of the energy supply device
  • the present invention solves this problem starting from a method according to the preamble of claim 1 by the characterizing part of claim 1 It solves this problem further starting from an Energyzuchtein ⁇ chtung according to the preamble of claim 11 by the features stated in the characterizing part of claim 1 1
  • the present invention is based on the technical teaching that one achieves a reduction of the unwanted effects when switching on the Transformatorem ⁇ chtung with simple and cost-effective design of the components of Energyzuchtein ⁇ chtung when used previously detected information about the present immediately before the switch-on instantaneous remanence of the magnetic circuit
  • remanence information information about the actual remanence of the magnetic circuit
  • a high remanence of the magnetic circuit of the transformer is in this case of advantage for the efficiency of the described method, since, if necessary, a maximum mutual compensation (up to a complete mutual compensation) of the remanence and the building up by the energy flux magnetic flux can be achieved Accordingly Inrush currents at least effectively reduced, possibly even completely prevented
  • the present invention unfolds its positive effect not only in connection with a targeted (network-synchronous) operational shutdown of the consumer at a defined switch-off. Rather, this is also the case for random, mcht-synchronized Schutzabschaitonne (for example, in case of malfunction of one of the components of the power supply)
  • the components of the power supply need only be designed in the worst case scenario that such a random disconnection takes place at a time from which a complete demagnetization of the magnetic circuit of the transformer (hence a remanence with the value zero)
  • the worst case when switched on, there can not be an addition of the remanence and the magnetic flux resulting from the energy flow, but in the worst case it can only go to the purely au s the energy flux (after switching on) resulting in maximum magnetic flux in the magnetic circuit
  • AC voltage is particularly advantageous in connection with AC voltage in comparatively high amplitude, as required, for example, in the energy supply of rail vehicles, is particularly advantageous AC voltage is therefore preferably above 10 kV, more preferably at least 15 kV
  • the present invention therefore relates to a method for switching a transformer device of a rail vehicle to an alternating voltage supplying Energy supplies Energymakerssein ⁇ chtung a traction current network, in which the transformer device is connected by closing a switching device at a switch-on with the power supply device
  • the GmbHein ⁇ chtung between the Energy suppliessein ⁇ chtung and P ⁇ marseite a switched magnetic circuit of the transformer device, while a
  • the switch-on is determined in dependence on a time course of the AC voltage
  • the switch-on is determined using a remanence information, wherein the remanence information for a current remanence of the magnetic circuit is representative immediately before the turn-on time
  • the switch-on time in the case of a value deviating from the value zero of the current remanence as a function of a first polarity of the current remanence
  • a magnetic flux having a second polarity is established after the switch-on time by an energy flow from the energy supply device in the magnetic circuit.
  • the switch-on time is determined such that the second polarity is opposite to the first polarity and, accordingly, the advantageous, at least partial mutual compensation results
  • a substantially complete mutual compensation accordingly takes place is preferably provided that after the switch-on in the magnetic circuit at a maximum amount of AC voltage has built up a first magnetic flux and the turn-on is determined such that the current remanence is substantially canceled by the first magnetic flux is thereby advantageously Achieves a particularly fast magnetic synchronization and thus saturation effects are avoided with significant DC components in the current flow
  • the remanence information can in principle be determined in any suitable manner. For example, it can be determined based on the detection of one or more measurement variables (which are representative, for example, of currents, voltages, electric or magnetic fields, etc. in the region of the magnetic circuit), which are based on the actual energy It is also possible to use a purely theoretical approach to draw conclusions about the remanence from a mathematical model of the magnetic circuit, of course. Any combination of these two approaches can of course also be used. In particular, time-dependent models can be used which change the remanence over the Take account of the time since the last shutdown (possibly depending on environmental influences such as temperature etc)
  • any suitable structural features eg, constructive data of the transformer core, magnetic properties of Kernmate ⁇ als etc used
  • any suitable structural features eg, constructive data of the transformer core, magnetic properties of Kernmate ⁇ als etc used
  • the remanence information can in principle be determined at arbitrary suitable times before the switch-on time. It is provided that the remanence information is open at the closing time of the switching device immediately before the current closing, wherein the time interval between the last Open and the current closing can basically be arbitrarily large, so z B may be from a few milliseconds up to several days or longer) is determined from the present at this switch-off time of the switching device, the remanence information then possibly determine in a particularly simple manner ( optionally using the above-mentioned time-dependent models) The remanence information can be stored in a corresponding memory of a control device of the switching device and later to determine the Einschaltz From this memory can be read out
  • the remanence information can be determined as mentioned in any suitable manner.
  • the remanence information is determined using a polarity and / or amplitude of a current flow in the transformer device, in particular a current flow in the P ⁇ marseite the Transformatorein ⁇ chtung, at the time of opening the Wegein ⁇ chtung (ie the switch-off of the From this it is possible to obtain, in a particularly simple manner, remanence information which can be used in a meaningful way and which can be used simply to determine the time of insertion
  • the opening of the switching device can basically take place in any operating state of the energy supply, in particular of the consumer.
  • the switching device is preferably opened when the consumer is disconnected on the secondary side.
  • This has the advantage that the transformer is then in a no-load state a low-loss, load-free or idle transformer, the phase shift between the applied mains voltage and no-load current is approximately 90 °, the voltage leading the current.
  • the no-load current When opening the switching device in the voltage zero crossing, the no-load current then has its maximum. The amplitude of the no-load current is then small in comparison to the rated current under load.
  • the transformer core has then stored the maximum magnetic energy, which, as explained above, is of particular advantage.
  • the opening of the contacts of the switching device forms an arc that directs the decreasing current to close to the natural current zero crossing. Due to the time passing by then the contacts of the switch are then already open so far that no renewed ignition of the switching path occurs when the voltage rises after the zero crossing.
  • the method according to the invention can be usefully applied over a wide range around the maximum of the no-load current owing to the very rapid reconsolidation of the switching path (which is typically in the range of a few microseconds), which is typical for vacuum switches. Thus, therefore, no high-precision shutdown by the switching device is required for the effectiveness of the method according to the invention.
  • the opening of the switching device in the range of a phase angle of at most 60 ° to a zero crossing of the AC voltage and / or a primary-side current maximum, preferably in the range of a phase angle of at most 30 ° to the zero crossing of the AC voltage and / or the primary-side current maximum, more preferably in Substantially in the zero crossing of the AC voltage and / or in the primary-side current maximum takes place.
  • the opening of the switching device takes place at a time, resulting in a value of the remanence, which is at least 60% of the maximum in a normal operation of the magnetic circuit at the AC voltage possible remanence, preferably at least 80th % of the maximum possible remanence in the normal operation of the magnetic circuit at the AC voltage.
  • a value of the remanence which is at least 60% of the maximum in a normal operation of the magnetic circuit at the AC voltage possible remanence, preferably at least 80th % of the maximum possible remanence in the normal operation of the magnetic circuit at the AC voltage.
  • the present invention relates to an energy supply device for a transformer device of a rail vehicle having a switching device for switching the transformer device to an AC supply of a traction current network.
  • the transformer device can be connected to the energy supply device by closing the switching device at a switch-on time, wherein the switching device is connected between the energy supply device and a P ⁇ marseite a magnetic circuit of the Transformatorein ⁇ chtung is switchable and a consumer of electrical energy is switchable to a secondary side of the magnetic circuit of the transformer means
  • the GmbHein ⁇ chtung is adapted to determine the switch-on in dependence on a time course of the AC voltage, wherein the Heidelbergein ⁇ chtung the switch-on under Use of remanence information insbeso
  • the variants and advantages described above in connection with the method according to the invention can be realized to the same extent, so that in this respect the The above statements are referenced
  • the present invention relates to a rail vehicle with a consumer of electrical energy, in particular an electrical Trakomsein ⁇ chtung as a consumer, and an inventive energy supply device, wherein the Wegein ⁇ chtung between the Energy clipssein ⁇ chtung and P ⁇ marseite a magnetic circuit of the transformer is connected and the consumer on the secondary side of the magnetic circuit the Transformatorein ⁇ chtung is connected with this rail vehicle, the above described in connection with the inventive method variants and advantages can also be realized to the same extent, so that reference is also made in this regard to the above statements Further preferred embodiments of the invention will become apparent from the dependent claims and the following description of preferred embodiments, which refers to the accompanying drawings. Show it:
  • Figure 1 is a schematic sectional view of a preferred embodiment of the rail vehicle according to the invention with a preferred embodiment of the energy supply device according to the invention, with which a preferred embodiment of the method according to the invention can be performed;
  • FIG. 2 shows a flow chart of a preferred embodiment of the method according to the invention, which is connected to the rail vehicle from FIG. 1
  • a preferred exemplary embodiment of the rail vehicle 101 according to the invention which comprises a preferred embodiment of the energy supply device 102 according to the invention, will be described below with reference to FIGS. 1 and 2.
  • the vehicle 101 comprises a vehicle body in the form of a car body 101.1, which is supported at its front end on a chassis in the form of a bogie 101.2.
  • the (not shown in Figure 1) the other end of the car body 101.1 is supported on another chassis, such as another bogie.
  • the vehicle 101 has an electric drive system 101.3 (shown in a highly schematized form), which drives the wheels of the bogie 101.2.
  • the drive system 101.3 is supplied from the overhead line 103 of a railway network with electrical energy in the form of an AC voltage.
  • the railway network is a single-phase alternating current network with an alternating voltage of 15 kV at 16.7 Hz.
  • a single-phase alternating voltage network with an alternating voltage of 25 kV at 50 Hz can also be used.
  • any other AC voltage networks can be used for the energy supply.
  • multiphase AC voltage grids can also be used for other applications.
  • the drive system 101 3 comprises, in addition to the Energyzuchtein ⁇ chtung 102 one or more drive motors of Trakomsein ⁇ chtung 104, which drive the wheels of the bogie 101 2 and thus represent consumers of electrical energy in the context of the present invention
  • the Energyzuchtein ⁇ chtung 102 comprises a current collector 102 1, via which the electrical energy
  • the Energyzuchtein ⁇ chtung 102 includes a switching device 102 2, which is connected between the current collector 102 1 and the P ⁇ marseite a transformer 102 3 of the power supply device 102 between the secondary side of the transformer 102 3 and the Tratechnischsein ⁇ chtung 104 is a wild Vietnameseein ⁇ chtung 102 4th switched, from which the traction device 104 is fed in a well-known manner, so that it should not be discussed in more detail at this point
  • the switching device 102 2 is used in the manner of a vehicle main switch to connect the remaining part of the drive system 101 3 (and thus the consumer) to the energy supply from the AC mains 103 at a defined switch-on time or to disconnect this connection to a defined switch-off time
  • any other suitable for the particular application switch can be used
  • the switch 102 5 is controlled by a control device in the form of a controller 102 6 according to a preferred embodiment of the inventive method, as in the following with reference to Figures 1 and 2 closer is described
  • FIG. 2 shows a flow diagram of this preferred embodiment of the method according to the invention for switching the traction device 104 (hence a load) to the AC voltage of the rail network 103.
  • the method sequence is first started in a step 105 1
  • a step 105 2 it is checked whether the traction device 104 is to be supplied with electrical energy.
  • the control 102 6 checks, for example, whether a corresponding signal is present from the control technology of the vehicle 101 (not shown in FIG.
  • the controller determines 102 6 in step 105 3 the exact switch-on, in which the switch 102 5 is to be closed and thus the energy flow from the railway network 103 in the drive system 101 3 to be set in motion to read the controller 102 6 in a step 105 3 from a memory of the controller 102 6 from a remanence information, which is representative of the current remanence in the magnetic circuit of the transformer 102 3
  • the remanence information comprises on the one hand a first one
  • the remanence information comprises second information representative of the amplitude of the current flow on the primary side of the transformer 102 3, that at the time of the last step 105 3 previous opening of the switch 102 5 was present
  • the amplitude of the current flow on the primary side of the transformer 102 3 allows the controller 102 6 conclusions about the amount of current remanence in the magnetic circuit using also stored in the memory constructive data of the magnetic circuit (such as characteristic dimensions, core materials used etc) It is understood, however, that in other variants of the invention, any other suitable sizes can be used, which allow a corresponding conclusion on polarity and / or amount of remanence in the magnetic circuit
  • the remanence information stored in the memory of the controller 102 6 was determined at the last opening of the switch 102 preceding the step 105 3, as will be explained in more detail below in its installed state in the vehicle 101, a corresponding remanence information in the controller
  • a corresponding remanence information in the controller For example, in this connection, it is possible for the magnetic circuit of the transformer 102 3 to be maximally possible before initial use in the vehicle 101 Remanence of a predetermined polarity was brought and in the production of the vehicle 101 a corresponding (initial) remanence information was stored in the controller 102 6
  • the controller 102 6 uses the remanence information read from the memory of the controller 102 6, the controller 102 6 now determines in step 105 3 the switch point of the switch 102 5 such that in the magnetic circuit of the transformer 102 3 by the energy flow after switching on the switch 102nd 5 builds up a magnetic flux having a second polarity opposite to the first polarity of the remanence that may be present in the magnetic circuit so that mutual compensation of the remanence and the build-up of the magnetic flux occurs when the switch 102 5 is turned on
  • the controller 102 6 determines the switch-on time in the present example in FIG.
  • the switch-on time is determined from the stored first polarity and the stored amount of the remanence such that when the switch 102 5 is switched on, the switch-on time is determined in accordance with a time profile of the AC voltage of the railway network to a substantially complete mutual compensation of the remanence and the building up magnetic flux comes
  • the switch-on time in the present example is determined such that after switching on the switch 102 5 in the magnetic circuit of the transformer 102 3 has built up at a maximum amount of p ⁇ mar thesisen AC voltage, a first magnetic flux, the current remanence (according to the This results in an advantageously fast magnetic synchronization, ie advantageously a rapid achievement of a steady state of the magnetic circuit of the transformer 102 3
  • inrush currents it is understood that in other variants of the invention can also be provided that it comes only to a partial mutual compensation of the remanence and the building up magnetic flux
  • the mutual compensation must preferably be chosen only so large that it in the present Design of the components of the drive device 101.3 does not lead to unwanted damage to these components or to an undesirable negative effect on signaling systems in the area or environment of the vehicle 101 by the switching-on of the switch 102.5 resulting inrush currents (the so-called inrush currents).
  • the connection must be synchronized to the negative half-wave of the mains voltage.
  • the Einschaitzeittician t em in the present example so far in front of the negative voltage maximum -U max shifted that the build-up after closing the switch 102.5 in the magnetic circuit of the transformer 102.3 magnetic flux negative polarity at the time of negative voltage maximum -U max the Remanence (ie the initially present positive residual magnetization) in the magnetic circuit of the transformer 102.3 cancels.
  • the switching on of the transformer 102.3 advantageously a magnetically steady state, which prevents saturation of the transformer 102.3 and the associated high inrush currents.
  • the amplitude of the steeply sloping voltage pulses in the drive device 101.3 is effectively limited by the switching on of the switch 102.5, which occurs sufficiently far before the voltage maximum of the mains voltage of the rail network 103.
  • a possible negative effect on signal technology railway systems can thereby be effectively avoided.
  • a possible negative influence on optionally used in the vehicle 101 Störstromwumbletern or the like can be avoided.
  • the controller 102 6 controls the switch 102 5 in accordance with synchronized to the mains voltage of the railway network 103 so that it is closed at the switch-on time t e , n calculated in the step 105 3
  • a step 105 5 is then checked whether the power supply of the Tratechnischsein ⁇ chtung 104 is to be terminated with electrical energy, therefore, whether the switch 102 5 is to be opened again
  • the controller 102 6 checks, for example, whether a corresponding signal from its associated (Not shown in Figure 1) control technology of the vehicle 101 is present
  • the controller 102 6 determines the exact switch-off time t auS in a step 105 6 ! in which the switch 102 5 is to be opened and thus the energy flow from the railway network 103 in the drive system 101 3 is to be terminated. In a step 105 7, the controller 102 6 then controls the switch 102 5 at this switch-off time accordingly, so that it is opened
  • This operational opening of the switch 102 5 can in principle be carried out in any operating state of the vehicle 101.
  • the opening of the switch 102 5 takes place in the step 105 7 in the secondary side of the transformer 102 3 separated consumer 104
  • the controller 102 6 controls the switch 102 7 and / or the DC link device 102 4 and / or the traction device 104 prior to the actuation of the switch 102 5 in order to then bring the transformer 102 3 in a substantially load-free state
  • vacuum switch 102 5 typically has a very rapid recompression of the switching path (which is usually in the range of a few microseconds), so that the switching off of the switch 102 can be carried out over a wide range to the maximum of the no-load current Thus, therefore, for the Effectiveness of the inventive method no high-priced shutdown by the switching device 102 2 required
  • the controller 102 6 sets the turn-off timing so that the opening of the switching device is substantially in the zero-crossing of the
  • the switch-off time in the range of a phase angle of at most 60 ° can be around the respective zero crossing of the AC voltage or the p ⁇ mar facede maximum current
  • the switch-off is in the range of a phase angle of at most 30th
  • the switch-off time is selected so that the opening of the switch 102 5 takes place at a time from which a value of the remanence results that at least 60% of that in a Normalbet ⁇ eb the magnetic circuit in the AC maximum possible remanence amounts, preferably at least 80% of the normal Betbet in a magnetic circuit in the
  • a new, current remanence information is further determined by the controller 102 6
  • a detection device 102 8 determines the polarity and the amplitude of the p ⁇ mar lakeen current With the polarity of p ⁇ mar lake current at the shutdown is also the polarity of the remanence in the transformer 102 third From the amplitude of the p ⁇ mar lakeen current at the switch-off, the structural data of the transformer 102 3 (in particular the transformer core) and the magnetic properties of the Kernmate ⁇ als used is the amount of stored in the magnetic circuit of the transformer 102 3 residual magnetization, so the remanence set Accordingly For example, in step 105, controller 102 stores in its memory information representative of the detected polarity and magnitude of remanence. This information is then updated upon subsequent turn-on of switch 102 5 in the above described W used iron
  • step 105 8 it is then checked whether the process flow should be terminated. If this is not the case, the process jumps back to the step 105 2. Otherwise, the process flow is ended in a step 105 9
  • the present invention develops its positive effect not only in connection with the just described (network synchronous) operational shutdown of the consumer 104 to a previously defined by the controller 102 6 off time rather this is also for random, non-synchronized protection shutdowns (for example, in the case of).
  • the components of the drive device 101 3 need only be designed in the worst case such that random disconnection takes place at a point in time from which complete demagnetization of the magnetic field occurs
  • only the maximum magnetic flux in the magnetic circuit of the transformer 102 3 that results purely from the energy flow (after switching on) can occur in the transformer 102 3
  • a non-network-synchronous shutdown eg in the case of rapid protection shutdowns
  • the remanence information can in principle be determined in any suitable manner and stored in any suitable form in the control device. For example, it can be determined on the basis of the detection of one or more measured variables (which are representative, for example, of currents, voltages, electric or magnetic fields, etc. in the region of the magnetic circuit) which allow a conclusion to be drawn about the current remanence to be stored in the transformer 102.3. which exists immediately before the switch-on time. Likewise, however, it is also possible to use a purely theoretical approach in order, for example, to draw conclusions about the remanence from a mathematical model of the magnetic circuit of the transformer 102.3. Likewise, of course, any combination of these two approaches can be used.
  • Transformers can be used, in which the magnetic properties of the transformer to be switched are known, a network-synchronous disconnection and connection is technically feasible and a device for storing the amplitude and polarity of the residual magnetism of the transformer is present.

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Abstract

The present invention relates to a method for connecting a transformer apparatus (102.3) to an energy supply apparatus of a railway power network, which energy supply apparatus provides an alternating voltage, wherein the transformer apparatus (102.3) is connected to the energy supply apparatus (103) at a switch-on time by closing a switching apparatus (102.2). The switching apparatus (102.2) is connected between the energy supply apparatus (103) and a primary side of a magnetic circuit of the transformer apparatus (102.3), while a load (104) that draws electrical energy can be connected to a secondary side of the magnetic circuit of the transformer apparatus (104). The switch-on time is determined according to a course of the alternating voltage over time. The switch-on time is determined using remanence information, wherein the remanence information is representative of a present remanence of the magnetic circuit immediately before the switch-on time.

Description

VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUM EINSCHALTEN EINER TRANSFORMATOREINRICHTUNG EINES SCHIENENFAHRZEUGS AN EINE WECHSELSPANNUNG LIEFERNDE ENERGIEVERSORGUNGSEINRICHTUNG METHOD AND DEVICE FOR TURNING ON A TRANSFORMER DEVICE OF A RAIL VEHICLE TO AN ALTERNATING VOLTAGE SUPPLY ENERGY SUPPLY DEVICE
UNTER BERÜCKSICHTIGUNG DER REMANENZTAKING INTO ACCOUNT REMANENCY
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schalten einer Transformatoreinrichtung eines Schienenfahrzeugs an eine Wechselspannung liefernde Energieversorgungseinrichtung eines Bahnstromnetzes, bei dem dieThe present invention relates to a method for switching a transformer device of a rail vehicle to an AC voltage supplying power supply device of a traction current network, wherein the
Transformatoreinrichtung durch Schließen einer Schalteinrichtung zu einem Einschaltzeitpunkt mit der Energieversorgungseinrichtung verbunden wird, wobei die Schalteinπchtung zwischen die Energieversorgungseinπchtung und eine Pnmarseite eines magnetischen Kreises der Transformatoreinrichtung geschaltet wird und ein Verbraucher elektrischer Energie auf eine Sekundarseite des magnetischen Kreises derTransformer device is connected by closing a switching device at a switch-on with the power supply device, wherein the Schalteinπchtung between the Energieversorgungseinπchtung and a Pnmarseite a magnetic circuit of the transformer device is switched and a consumer of electrical energy to a secondary side of the magnetic circuit of
Transformatoreinrichtung schaltbar ist und der Einschaltzeitpunkt in Abhängigkeit von einem zeitlichen Verlauf der Wechselspannung bestimmt wird Sie betrifft weiterhin eine entsprechende Energiezufuhreinrichtung zu einer Transformatoreinrichtung, die insbesondere für den Einsatz bei einem Schienenfahrzeug geeignet ist Weiterhin betrifft sie ein Schienenfahrzeug mit einer solchen EnergiezufuhreinπchtungIt further relates to a corresponding energy supply device to a transformer device, which is particularly suitable for use in a rail vehicle Furthermore, it relates to a rail vehicle with such Energiezufuhreinπchtung
Bei Schienenfahrzeugen, welche die zu ihrem Betrieb erforderliche Energie über eine Wechselspannung liefernde Energieversorgungseinπchtung (beispielsweise ein emphasiges Wechselspannungsnetz) beziehen, ist es in der Regel erforderlich, die Energieversorgung über eine separate Schalteinrichtung definiert an- und abschalten zu können So ist beispielsweise zur Versorgung elektrischer Antriebsanlagen aufIn rail vehicles, which receive the energy required for their operation via an alternating voltage supplying Energieversorgungseinπchtung (for example, a strong alternating voltage network), it is usually necessary to be able to turn on and off the power supply via a separate switching device So, for example, to supply electrical drive systems on
Schienenfahrzeugen häufig vorgesehen, dass diese aus der Oberleitung eines Bahnnetzes (insbesondere über einen Haupttransformator aus einem einphasigen Wechselspannungsnetz mit 15 kV / 16,7 Hz oder mit 25 kV / 50 Hz) gespeist werdenRail vehicles often provided that these from the overhead line of a rail network (in particular via a main transformer of a single-phase AC power supply with 15 kV / 16.7 Hz or 25 kV / 50 Hz) are fed
Zum definierten Zu- und Abschalten der Versorgungsspannung dienen bei diesen Fahrzeugen elektrische Schaltgerate (häufig Schaltgerate mit Vakuum-Schaltkammern), die in der Regel als Fahrzeug-Hauptschalter bezeichnet werden Für den Schaltvorgang wertet eine dem Hauptschalter übergeordnete Steuerung typischerweise eine Anzahl von informationen aus, sodass erst beim Vorliegen genau definierter Zustande, mithin also zu einem definierten Einschaltzeitpunkt ein Zuschalten der Oberleitungsspannung auf den Haupttransformator erfolgt Ebenso realisiert die Steuerung des Hauptschalters in der Regel eine komplexe Schutzfunktion für die Komponenten der Antπebseinπchtung beim Abschalten der VersorgungsspannungFor defined connection and disconnection of the supply voltage are used in these vehicles electrical switching devices (often switching devices with vacuum interrupters), which are usually referred to as vehicle main switch For the switching process, a master controller higher-level control typically evaluates a number of information, so Only when exactly defined states are present, and therefore at a defined switch-on time is the connecting of the overhead line voltage to the main transformer likewise carried out. Likewise, the control of the main switch is generally realized a complex protective function for the components of Antπebseinπchtung when switching off the supply voltage
Dieses Zuschalten der Versorgungsspannung zu einem definierten Einschaltzeitpunkt in Bezug auf den zeitlichen Verlauf der Netzspannung wird als netzsynchrones Zuschalten bezeichnet Ebenso spricht man von einem netzsynchronen Abschalten, wobei man außer auf die Phasenlage der Netzspannung auch auf die Phasenlage des Netzstromes synchronisieren kannThis connection of the supply voltage to a defined switch-on with respect to the time course of the mains voltage is referred to as mains-synchronous switching. Also referred to as a network-synchronous shutdown, which can be synchronized except on the phase of the mains voltage to the phase of the mains
Wahrend bei Energieversorgern im Mittel- und Hochspannungsbereich bereits seit geraumer Zeit entsprechende Verfahren zum netzsynchronen Zu- und Abschalten angewendet werden, kommt es bei der Energieversorgung in Schienenfahrzeugen zu folgendem ZielkonfliktWhile appropriate methods for grid-synchronous connection and disconnection have been used by energy suppliers in the medium and high-voltage sector for quite some time, the following conflict of objectives arises in the energy supply in rail vehicles
Erfolgt das Einschalten der Energieversorgung in der Nahe des Maximums der Versorgungsspannung, kommt es unmittelbar vor dem Schließen der Kontakte des Schaltgerates zu sogenannten Vorzundungen, die sehr steilflankige, hochfrequente Spannungssprunge generieren Diese Spannungssprunge können die Isolierung elektrischer Komponenten schadigen, im hochfrequenten Bereich arbeitende signaitechnische Anlagen stören sowie zum Abschalten des Schienenfahrzeuges fuhrenIf the power supply is switched on close to the maximum of the supply voltage, immediately before the contacts of the switching device come to so-called pre-ignition, which generate very steep, high-frequency voltage jumps. These voltage jumps can damage the insulation of electrical components and damage the high-frequency signal processing equipment and to shut down the rail vehicle drove
Erfolgt das Einschalten der Energieversorgung hingegen in der Nahe des Spannungs- Nultdurchgangs der Versorgungsspannung, resultieren hohe Einschaltstrome des Traktionstransformators Diese sogenannten Inrush-Strome beruhen auf der Sättigung des magnetischen Kreises des eingeschalteten Traktionstransformators Sie weisen einen hohen Gleichstromanteii sowie geradzahlige Harmonische der Netzspannungs- Grundfrequenz auf (insbesondere 100 Hz bei einer Grundfrequenz von 50 Hz) Bahntechnische Signalanlagen, die in einem solchen Frequenzbereich betrieben werden, können hierdurch in ihrer Funktion gestört werden Weiterhin kann es in diesem Fall dazu kommen, dass Uberwachungsschaltungen auf dem Schienenfahrzeug (sogenannte Storstromwachter), die niederfrequente Storstrome detektieren sollen, durch die hohen Einschaltstrome zum Ansprechen gebracht werden und zum Abschalten des Schienenfahrzeuges fuhrenIf, however, the power supply is turned on close to the voltage Nultdurchgangs the supply voltage, resulting high inrush currents of the traction transformer These so-called inrush currents based on the saturation of the magnetic circuit of the switched traction transformer They have a high Gleichstromanteii and even harmonics of the mains voltage fundamental frequency ( In particular, 100 Hz at a fundamental frequency of 50 Hz) Railway signaling systems that are operated in such a frequency range, thereby their function can be disturbed Furthermore, it may happen that monitoring circuits on the rail vehicle (so-called Storstromwachter), the low-frequency Storstrome should be detected, are brought by the high inrush current to respond and drive to shutdown of the rail vehicle
Im Schienenfahrzeugbau wird derzeit versucht, diesen Zielkonflikt zu losen, indem man sich auf die Reduzierung der Inrush-Strome konzentriert und bewusst das Zuschalten des Traktionstransformators auf den Scheitelwert der Netzspannung synchronisiert, mithin also den Einschaltzeilpunkt in den Bereich des Zeitpunktes liegt, an dem der Betrag der Versorgungsspannung einen Maximalwert erreicht Die Hochspannungsanlagen auf dem Schienenfahrzeug werden hierzu mit zusätzlichen Filterelementen ausgerüstet, um ihre Komponenten vor den auftretenden steilflankigen Spannungsimpulsen zu schützenIn rail vehicle construction is currently trying to solve this conflict by focusing on the reduction of the inrush currents and deliberately synchronized the connection of the traction transformer to the peak value of the mains voltage, therefore the Einschaltzeilpunkt is in the range of the time at which the amount of supply voltage reaches a maximum value for this purpose, the high voltage systems on the rail vehicle are equipped with additional filter elements to protect their components from the occurring steeply-flared voltage pulses
Dies fuhrt dazu, dass Transformatoren, insbesondere Haupt- oder Traktionstransformatoren im Bereich höherer Leistungen, mit zusätzlichem technischem Aufwand gefertigt werden müssen, um die gewünschte Begrenzung des maximalen Einschaltstromes zu erreichen Die dafür verantwortliche Sättigung des magnetischen Kreises wird reduziert, indem zusatzliches Kemmateπal verwendet wird und somit eine geringere magnetische Ausnutzung erreicht wird Durch Luftspalte im Magnetkreis kann der Einfluss des Restmagnetismus (der so genannten Remanenz, die häufig auch als magnetische Remanenz bzw Remanenzflussdichte bezeichnet wird) weiter verringert werden Aus allen diesen Maßnahmen resultieren jedoch eine höhere Masse, ein höheres Volumen, höhere Kosten, höhere Magnetisierungsverluste sowie insgesamt ungunstigere Eigenschaften des magnetischen Kreises des Transformators Zudem müssen Storstromwachter auf dem Schienenfahrzeug für den Zeitraum des Einschaitens überbrückt bzw in ihrer Empfindlichkeit herabgesetzt werden, um ihr Ansprechen beim Einschalten zu verhindernThis leads to the fact that transformers, in particular main or traction transformers in the range of higher powers, must be manufactured with additional technical effort to achieve the desired limitation of the maximum inrush current. The responsible saturation of the magnetic circuit is reduced by using additional Kemmateπal and Thus, a lower magnetic utilization is achieved by air gaps in the magnetic circuit, the influence of the residual magnetism (the so-called remanence, which is often referred to as magnetic remanence or remanence) is further reduced from all these measures, however, result in a higher mass, a higher volume, Higher costs, higher magnetization losses as well as overall less favorable properties of the magnetic circuit of the transformer In addition, Storstromwachter must be bridged on the rail vehicle for the period of the insertion or in their sensation be reduced to prevent their response when switching on
in der DE 27 46 845 A1 wird für eine Energieversorgung mit vergleichsweise geringer Versorgungsspannung eine Schalteinrichtung beschrieben, bei der mit standigem Phasenanschnitt wahrend der Startzeit die Durchlasswinkel der Spannung von kleinen Werten zu großen hin langsam verschoben werden Diese Vorrichtung weist den Nachteil auf, dass der Transformator durch die Remanenz seines magnetischen Kreises trotz Phasenanschnitt über mehrere Perioden der Netzspannung in die Sättigung kommen kann, was nach wie vor hohe Stromspitzen zur Folge hatIn DE 27 46 845 A1, a switching device is described for a power supply with comparatively low supply voltage, in which the passage angle of the voltage is slowly shifted from small values to large ones with constant phase control during the start time. This device has the disadvantage that the transformer despite the phase angle over several periods of the mains voltage can saturate due to the remanence of its magnetic circuit, which still results in high current peaks
Sn der DE 40 19 592 A1 wird für eine Energieversorgung mit vergleichsweise geringer Versorgungsspannung ein Verfahren vorgestellt, bei dem ein Wechselspannungs- Halbleiterschalter einen Transformator mit Spannungsimpulsen solcherart versorgt, dass über mehrere Perioden der Netzspannung zunehmend größere Spannungsimpuise einer auf den Transformator gegeben werden Überschreitet der Strom einen definierten Grenzwert, knapp bevor der Transformator in die Sättigung kommt, wird die volleSn DE 40 19 592 A1 is presented for a power supply with comparatively low supply voltage, a method in which an AC semiconductor switch supplies a transformer with voltage pulses such that over several periods of the mains voltage increasingly larger Spannungsimpuise a given to the transformer exceeds the current a defined limit, just before the transformer saturates, becomes full
Netzspannung mit entgegengesetzter Polarität zur Magnetisierung des Transformators angelegt In der EP 0 575 715 A2 wir für eine Energieversorgung mit vergleichsweise geringer Versorgungsspannung ein Verfahren beschrieben, bei dem die Vormagnetisierung des Transformators zu Einschaltbeginn durch Impulse nur einer Polarität in eine definierte Richtung gebracht wird Nach einer vorbestimmten Anzahl von Pulsen oder bei Detektieren der Sättigung wird der Transformator zu Beginn einer entgegengesetzt gerichteten Spannungshalbwelle voll eingeschaltetMains voltage with opposite polarity applied to the magnetization of the transformer In EP 0 575 715 A2 we describe a method for a power supply with a comparatively low supply voltage, in which the premagnetization of the transformer is brought to switch-on start by pulses of only one polarity in a defined direction after a predetermined number of pulses or upon detection of saturation the transformer is fully switched on at the beginning of an oppositely directed voltage half-wave
Die drei letztgenannten Verfahren werden jeweils unter Verwendung von Halbleiterschaltern realisiert, welche für die Energieversorgung mit vergleichsweise geringer Versorgungsspannung ohne weiteres zur Verfugung stehen Bei hohen Versorgungsspannungen, wie sie typischerweise für die Energieversorgung vonThe three latter methods are each realized using semiconductor switches, which are readily available for the power supply with comparatively low supply voltage at high supply voltages, as typically for the energy supply of
Schienenfahrzeugen verwendet werden müssen, besteht jedoch das Problem, dass derzeit keine geeigneten Halbleiter verfugbar sind, die über eine hinreichende Spannungsfestigkeit für die hohe Pnmarspannung (beispielsweise 15 kV bzw 25 kV) verfugen, sodass der Einsatz dieser Verfahren im Bereich von Versorgungsspannungen oberhalb von 10 KV nur mit unverhältnismäßig hohem Aufwand möglich istHowever, there is the problem that currently there are no suitable semiconductors available which have sufficient dielectric strength for the high nominal voltage (for example 15 kV or 25 kV), so that the use of these methods in the range of supply voltages above 10 kV only with disproportionate effort is possible
In der EP 1 024 574 B1 werden schließlich Verfahren zum Zuschalten eines Transformators an ein Wechselspannungsnetz beschrieben, bei der ein sekundarseitig des Transformators befindlicher selbstgefuhrter Stromrichter vor dem Zuschalten des Fahrzeughauptschalters eine gezielte Magnetisierung des Transformators vornimmt Nachteil dieses Verfahrens ist, dass hierzu zum einen eine hinreichend leistungsfähige Energiequelle zum Aufladen des sekundarseitigen Zwischenkreises für die Aufmagnetisierung benotigt wird Zudem wird der fehlende Einfluss des fuhrenden Netzes auf die Spannungen an jeder einzelnen Sekundärwicklung und die daran angeschlossenen Verbraucher nicht betrachtet Zwei weitere Verfahren lassen den Inrush-Strom zu und zielen auf einen aktiven Abbau des dann enthaltenen Gleichanteils abFinally, EP 1 024 574 B1 describes methods for connecting a transformer to an AC voltage network, in which a self-commutated converter on the secondary side of the transformer performs a targeted magnetization of the transformer before the vehicle master switch is switched on. The disadvantage of this method is that on the one hand this is sufficient In addition, the missing influence of the leading network on the voltages at each secondary winding and the consumers connected to it is not considered. Two further methods allow the inrush current and aim at an active depletion of the then contained DC component
Der vorliegenden Erfindung liegt vor diesem Hintergrund die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren, eine Energiezufuhreinrichtungen sowie ein Schienenfahrzeug der eingangs genannten Art zur Verfugung zu stellen, welche die oben genannten Nachteile nicht oder zumindest in geringerem Maße aufweisen und insbesondere Reduzierung der unerwünschten Effekte beim Zuschalten des Verbrauchers bei einfacher und kostengünstiger Gestaltung der Komponenten der Energiezufuhreinrichtung ermöglichenAgainst this background, the present invention is based on the object of providing a method, an energy supply device and a rail vehicle of the type mentioned at the outset which do not or at least to a lesser extent have the abovementioned disadvantages and in particular reduce the undesired effects when switching on Allow consumers with simple and cost-effective design of the components of the energy supply device
Die vorliegende Erfindung lost diese Aufgabe ausgehend von einem Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale Sie lost diese Aufgabe weiterhin ausgehend von einer Energiezufuhreinπchtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 11 durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 1 angegebenen MerkmaleThe present invention solves this problem starting from a method according to the preamble of claim 1 by the characterizing part of claim 1 It solves this problem further starting from an Energiezufuhreinπchtung according to the preamble of claim 11 by the features stated in the characterizing part of claim 1 1
Der vorliegenden Erfindung liegt die technische Lehre zu Grunde, dass man eine Reduzierung der unerwünschten Effekte beim Zuschalten der Transformatoremπchtung bei einfacher und kostengünstiger Gestaltung der Komponenten der Energiezufuhreinπchtung erzielt, wenn ein zuvor erfasste Information über die unmittelbar vor dem Einschaltzeitpunkt vorliegende aktuelle Remanenz des magnetischen Kreises verwendet wird, um den Einschaltzeitpunkt für die verwendete Schalteinπchtung zu bestimmen Dank der Verwendung dieser (im Folgenden Remanenzsnformation genannten) Information über die aktuelle Remanenz des magnetischen Kreises ist es möglich, den Einschaitzeitpunkt so zu wählen, dass sich in dem magnetischen Kreis des Transformators durch den Energiefluss nach dem Einschalten ein magnetischer Fluss mit einer Polarität aufbaut, die der Polarität einer in dem magnetischen Kreis gegebenenfalls vorhandenen Remanenz entgegengesetzt ist, sodass es zumindest zu einer deutlichen Reduzierung der Inrush-Strome kommtThe present invention is based on the technical teaching that one achieves a reduction of the unwanted effects when switching on the Transformatoremπchtung with simple and cost-effective design of the components of Energiezufuhreinπchtung when used previously detected information about the present immediately before the switch-on instantaneous remanence of the magnetic circuit By using this information (referred to below as remanence information) about the actual remanence of the magnetic circuit, it is possible to select the time of insertion so that in the magnetic circuit of the transformer through the energy flow after switching on a magnetic flux with a polarity builds up, which is opposite to the polarity of a possibly present in the magnetic circuit remanence, so that it at least to a significant reduction d he comes inrush stream
Mit der vorliegenden Erfindung ist es mit anderen Worten gegenüber den für den hier zu betrachtenden Bereich hoher Spannungen bekannten Verfahren (bei denen eine Synchronisation auf den Spannungsveriauf erfolgt) also möglich, in vorteilhafter Weise zu einem schnellen Erreichen eines eingeschwungenen Zustande des magnetischen Kreises zu kommenIn other words, with the present invention, in contrast to the methods known for the range of high voltages which are to be considered here (in which synchronization takes place on the voltage path), it is possible to advantageously achieve a steady state of the magnetic circuit quickly
Eine hohe Remanenz des magnetischen Kreises des Transformators ist hierbei von Vorteil für die Effizienz des beschriebenen Verfahrens, da gegebenenfalls eine maximale gegenseitige Kompensation (bis hin zu einer vollständigen gegenseitigen Kompensation) der Remanenz und des sich durch den Energiefluss aufbauenden magnetischen Flusses erzielt werden kann Demgemäß können Einschaltstrome (Inrush-Strome) zumindest wirkungsvoll reduziert, gegebenenfalls sogar vollständig verhindert werdenA high remanence of the magnetic circuit of the transformer is in this case of advantage for the efficiency of the described method, since, if necessary, a maximum mutual compensation (up to a complete mutual compensation) of the remanence and the building up by the energy flux magnetic flux can be achieved Accordingly Inrush currents at least effectively reduced, possibly even completely prevented
Mit der vorliegenden Erfindung können zudem durch ein Einschalten weit vor dem Spannungsmaximum der Versorgungsspannung steilflankige Spannungsimpulse effektiv in ihrer Amplitude begrenzt werden Eine mögliche negative Beeinflussung signaltechnischer Bahnanlagen kann hierdurch effektiv vermieden werden Weiterhin kann eine mögliche negative Beeinflussung von gegebenenfalls verwendeten Storstromwachtern vermieden werden Schließlich ist es mit der vorliegenden Erfindung (dank der bevorzugt hohen Remanenz) in vorteilhafter weise möglich, die Gestaltung des Transformators bezuglich sesner Masse, seines Volumens und damit seiner Kosten zu optimierenWith the present invention, steeply-pulsed voltage pulses can be effectively limited in their amplitude by switching on well before the voltage maximum of the supply voltage. A possible negative influence on signaling railway systems can thereby be effectively avoided. Furthermore, a possible negative influence on possibly used Storstromwachtern can be avoided Finally, it is possible with the present invention (thanks to the preferred high remanence) in an advantageous manner, the design of the transformer posted sesner mass, its volume and thus to optimize its cost
Die vorliegende Erfindung entfaltet ihre positive Wirkung nicht nur im Zusammenhang mit einer gezielten (netzsynchronen) betrieblichen Abschaltung des Verbrauchers zu einem definierten Ausschaltzeitpunkt Vielmehr ist dies auch für zufällige, mcht-synchronisierte Schutzabschaitungen (beispielsweise im Fall einer Fehlfunktion einer der Komponenten der Energieversorgung) der Fall So müssen die Komponenten der Energieversorgung anders als bei den bekannten Verfahren lediglich auf den ungunstigsten Fall ausgelegt sein, dass eine solche zufällige Abschaltung zu einem Zeitpunkt geschieht, aus dem eine vollständige Entmagnetisierung des magnetischen Kreises des Transformators (mithin also eine Remanenz mit dem Wert Null) resultiert Anders als bei den bekannten Verfahren kann es also hier im ungunstigsten Fall beim Einschalten nicht zu einer Addition der Remanenz und des aus dem Energiefluss resultierenden magnetischen Fluss kommen, sondern es kann schlimmstenfalls lediglich zu dem rein aus dem Energiefluss (nach dem Einschalten) resultierenden maximalen magnetischen Fluss in dem magnetischen Kreis kommenThe present invention unfolds its positive effect not only in connection with a targeted (network-synchronous) operational shutdown of the consumer at a defined switch-off. Rather, this is also the case for random, mcht-synchronized Schutzabschaitungen (for example, in case of malfunction of one of the components of the power supply) Thus, unlike the known methods, the components of the power supply need only be designed in the worst case scenario that such a random disconnection takes place at a time from which a complete demagnetization of the magnetic circuit of the transformer (hence a remanence with the value zero) In contrast to the known methods, in the most unfavorable case, when switched on, there can not be an addition of the remanence and the magnetic flux resulting from the energy flow, but in the worst case it can only go to the purely au s the energy flux (after switching on) resulting in maximum magnetic flux in the magnetic circuit
Die vorliegende Erfindung lasst sich grundsätzlich mit der Aufschaltung eines beliebigen Verbrauchers auf eine Energieversorgung mit Wechselspannung beliebiger Amplitude einsetzen Besonders vorteilhaft ist die Anwendung der Erfindung im Zusammenhang mit Wechselspannung in vergleichsweise hohe Amplitude, wie sie beispielsweise bei der Energieversorgung von Schienenfahrzeugen erforderlich sind Die Amplitude der pπmarseitigen Wechselspannung liegt daher bevorzugt oberhalb von 10 kV, weiter vorzugsweise mindestens bei 15 kVThe application of the invention in connection with AC voltage in comparatively high amplitude, as required, for example, in the energy supply of rail vehicles, is particularly advantageous AC voltage is therefore preferably above 10 kV, more preferably at least 15 kV
Gemäß einem Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung daher ein Verfahren zum Schalten einer Transformatoreinrichtung eines Schienenfahrzeugs an eine Wechselspannung liefernde Energieversorgungseinπchtung eines Bahnstromnetzes, bei dem die Transformatoreinrichtung durch Schließen einer Schalteinrichtung zu einem Einschaltzeitpunkt mit der Energieversorgungseinrichtung verbunden wird Die Schalteinπchtung wird zwischen die Energieversorgungseinπchtung und eine Pπmarseite eines magnetischen Kreises der Transformatoreinrichtung geschaltet, wahrend einAccording to one aspect, the present invention therefore relates to a method for switching a transformer device of a rail vehicle to an alternating voltage supplying Energieversorgungseinπchtung a traction current network, in which the transformer device is connected by closing a switching device at a switch-on with the power supply device The Schalteinπchtung between the Energieversorgungseinπchtung and Pπmarseite a switched magnetic circuit of the transformer device, while a
Verbraucher elektrischer Energie auf eine Sekundarseite des magnetischen Kreises der Transformatoreinrichtung schaltbar ist Der Einschaltzeitpunkt wird in Abhängigkeit von einem zeitlichen Verlauf der Wechselspannung bestimmt Der Einschaltzeitpunkt wird unter Verwendung einer Remanenzinformation bestimmt, wobei die Remanenzinformation für eine aktuelle Remanenz des magnetischen Kreises unmittelbar vor dem Einschaltzeitpunkt repräsentativ istConsumers of electrical energy can be switched to a secondary side of the magnetic circuit of the transformer device The switch-on is determined in dependence on a time course of the AC voltage The switch-on is determined using a remanence information, wherein the remanence information for a current remanence of the magnetic circuit is representative immediately before the turn-on time
Um die oben beschriebene zumindest teilweise wechselseitige Kompensation der Remanenz und des sich durch den Energiefluss aufbauenden magnetischen Feldes zu erzielen, ist bevorzugt vorgesehen, dass der Einschaltzeitpunkt im Fall eines von dem Wert Null abweichenden Betrags der aktuellen Remanenz in Abhängigkeit von einer ersten Polarität der aktuellen Remanenz bestimmt wird, wobei sich nach dem Einschaltzeitpunkt durch einen Energiefluss aus der Energieversorgungseinπchtung in dem magnetischen Kreis ein magnetischer Fluss mit einer zweiten Polarität aufbaut Der Einschaltzeitpunkt wird derart bestimmt, dass die zweite Polarität zu der ersten Polarität entgegengesetzt ist und sich demgemäß die vorteilhafte, zumindest teilweise wechselseitige Kompensation ergibtIn order to achieve the above-described at least partially mutual compensation of the remanence and of the magnetic field that builds up through the energy flow, it is preferably provided that the switch-on time in the case of a value deviating from the value zero of the current remanence as a function of a first polarity of the current remanence A magnetic flux having a second polarity is established after the switch-on time by an energy flow from the energy supply device in the magnetic circuit. The switch-on time is determined such that the second polarity is opposite to the first polarity and, accordingly, the advantageous, at least partial mutual compensation results
Hierbei kann es für eine zufrieden stellende Reduktion der Einschaltstrome (Inrush-Strome) und ihrer unerwünschten Auswirkungen ausreichen, nur eine teilweise wechselseitige Kompensation der aktuellen Remanenz und des sich durch den Energiefluss aufbauenden magnetischen Feldes zu erzielen Vorzugsweise erfolgt jedoch eine im Wesentlichen vollständige wechselseitige Kompensation Demgemäß ist bevorzugt vorgesehen, dass sich nach dem Einschaltzeitpunkt in dem magnetischen Kreis bei einem maximalen Betrag der Wechselspannung ein erster magnetischer Fluss aufgebaut hat und der Einschaltzeitpunkt derart bestimmt wird, dass die aktuelle Remanenz durch den ersten magnetischen Fluss im Wesentlichen aufgehoben wird Hierdurch wird in vorteilhafter Weise eine besonders schnelle magnetische Synchronisation erzielt und es werden damit Sattigungseffekte mit erheblichen Gleichanteilen im Stromverlauf vermiedenIn this case, for a satisfactory reduction of the inrush currents and their undesired effects, it may be sufficient to achieve only a partial mutual compensation of the actual remanence and of the magnetic field that builds up due to the energy flow. Preferably, however, a substantially complete mutual compensation accordingly takes place is preferably provided that after the switch-on in the magnetic circuit at a maximum amount of AC voltage has built up a first magnetic flux and the turn-on is determined such that the current remanence is substantially canceled by the first magnetic flux is thereby advantageously Achieves a particularly fast magnetic synchronization and thus saturation effects are avoided with significant DC components in the current flow
Die Remanenzinformation kann grundsätzlich auf beliebige geeignete Weise ermittelt werden Beispielsweise kann sie anhand der Erfassung einer oder mehrerer Messgroßen (die beispielsweise für Strome, Spannungen, elektrische oder magnetische Felder etc im Bereich des magnetischen Kreises repräsentativ sind) ermittelt werden, welche einen Ruckschluss auf die tatsächliche aktuelle Remanenz zulassen, die unmittelbar vor dem Einschaltzeitpunkt vorliegt Ebenso kann aber auch ein rein theoretischer Ansatz verwendet werden, um beispielsweise anhand eines mathematischen Modells des magnetischen Kreises Rückschlüsse auf die Remanenz zu ziehen Ebenso können natürlich beliebige Kombinationen dieser beiden Ansätze verwendet werden Insbesondere können zeitabhängige Modelle verwendet werden, welche die Änderung der Remanenz über die Zeit seit der letzten Abschaltung (gegebenenfalls in Abhängigkeit von Umwelteinflüssen wie Temperatur etc ) berücksichtigenThe remanence information can in principle be determined in any suitable manner. For example, it can be determined based on the detection of one or more measurement variables (which are representative, for example, of currents, voltages, electric or magnetic fields, etc. in the region of the magnetic circuit), which are based on the actual energy It is also possible to use a purely theoretical approach to draw conclusions about the remanence from a mathematical model of the magnetic circuit, of course. Any combination of these two approaches can of course also be used. In particular, time-dependent models can be used which change the remanence over the Take account of the time since the last shutdown (possibly depending on environmental influences such as temperature etc)
Hierbei versteht es sich, dass bei der Ermittlung der Remanenzinformation in einfacher Weise beliebige geeignete konstruktive Merkmale (z B konstruktive Daten des Transformatorkerns, magnetische Eigenschaften des verwendeten Kernmateπals etc ) des magnetischen Kreises zur Ermittlung der Remanenzinformation herangezogen werden können Ebenso können diese konstruktionsbedingten Informationen aber auch erst spater bei der Ermittlung des Einschaltzeitpunktes herangezogen werdenIt is understood that in the determination of the remanence information in a simple manner any suitable structural features (eg, constructive data of the transformer core, magnetic properties of Kernmateπals etc used) of the magnetic circuit can be used to determine the remanence information as well as this design-related information but also only later be used in the determination of the switch-on
Weiterhin kann die Remanenzinformation grundsatziich zu beliebigen geeigneten Zeitpunkten vor dem Einschaltzeitpunkt ermittelt werden Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Remanenzinformation bei einem dem Schließen der Schalteinrichtung unmittelbar vorangehenden Offnen der Schalteinπchtung (also dem zeitlich letzten Offnen vor dem aktuellen Schließen, wobei der zeitliche Abstand zwischen dem letzten Offnen und dem aktuellen Schließen grundsätzlich beliebig groß sein kann, also z B von wenigen Millisekunden bis hin zu mehreren Tagen oder langer ausfallen kann) ermittelt wird Aus den zu diesem Ausschaltzeitpunkt der Schalteinrichtung vorliegenden Großen lasst sich die Remanenzinformation dann gegebenenfalls auf besonders einfache Weise ermitteln (gegebenenfalls unter Verwendung der oben genannten zeitabhängigen Modelle) Die Remanenzinformation kann in einem entsprechenden Speicher einer Steuereinrichtung der Schalteinrichtung abgelegt werden und spater zur Ermittlung des Einschaltzeitpunkts aus diesem Speicher ausgelesen werdenFurthermore, the remanence information can in principle be determined at arbitrary suitable times before the switch-on time. It is provided that the remanence information is open at the closing time of the switching device immediately before the current closing, wherein the time interval between the last Open and the current closing can basically be arbitrarily large, so z B may be from a few milliseconds up to several days or longer) is determined from the present at this switch-off time of the switching device, the remanence information then possibly determine in a particularly simple manner ( optionally using the above-mentioned time-dependent models) The remanence information can be stored in a corresponding memory of a control device of the switching device and later to determine the Einschaltz From this memory can be read out
Die Remanenzinformation kann wie erwähnt auf beliebige geeignete Art ermittelt werden Bevorzugt wird die Remanenzinformation unter Verwendung einer Polarität und/oder einer Amplitude eines Stromflusses in der Transformatoreinrichtung, insbesondere eines Stromflusses in der Pπmarseite der Transformatoreinπchtung, zum Zeitpunkt des Offnens der Schalteinπchtung (also dem Ausschaltzeitpunkt der Schalteinπchtung) ermittelt wird Hieraus lasst sich besonders einfache Weise eine entsprechend aussagekraftige und einfach bei der Bestimmung des Einschaitzeitpunkts verwendbare Remanenzinformation gewinnenThe remanence information can be determined as mentioned in any suitable manner. Preferably, the remanence information is determined using a polarity and / or amplitude of a current flow in the transformer device, in particular a current flow in the Pπmarseite the Transformatoreinπchtung, at the time of opening the Schalteinπchtung (ie the switch-off of the From this it is possible to obtain, in a particularly simple manner, remanence information which can be used in a meaningful way and which can be used simply to determine the time of insertion
Das Offnen der Schalteinπchtung kann grundsätzlich in einem beliebigen Betriebszustand der Energieversorgung, insbesondere des Verbrauchers, erfolgen Vorzugsweise erfolgt das Offnen der Schalteinrichtung bei sekundarseitig abgetrenntem Verbraucher Dies hat den Vorteil, dass sich der Transformator dann in einem lastfreien Zustand befindet Bei einem verlustarmen, lastfrei bzw. leer laufenden Transformator beträgt die Phasenverschiebung zwischen angelegter Netzspannung und Leerlaufstrom annähernd 90°, wobei die Spannung dem Strom voreilt. Beim Öffnen der Schalteinrichtung im Bereich des Spannungsnulldurchgangs hat der Leerlaufstrom dann sein Maximum. Die Amplitude des Leerlaufstroms ist dann klein im Vergleich zum Nennstrom unter Last.The opening of the switching device can basically take place in any operating state of the energy supply, in particular of the consumer. The switching device is preferably opened when the consumer is disconnected on the secondary side. This has the advantage that the transformer is then in a no-load state a low-loss, load-free or idle transformer, the phase shift between the applied mains voltage and no-load current is approximately 90 °, the voltage leading the current. When opening the switching device in the voltage zero crossing, the no-load current then has its maximum. The amplitude of the no-load current is then small in comparison to the rated current under load.
Im Ausschaltzeitpunkt hat der Transformatorkern hierbei dann die maximale magnetische Energie gespeichert, was wie oben erläutert von besonderem Vorteil ist. Mit dem Öffnen der Kontakte der Schalteinrichtung bildet sich ein Lichtbogen, der den kleiner werdenden Strom bis nahe zum natürlichen Stromnulldurchgang leitet. Durch die bis dahin vergehende Zeit sind die Kontakte des Schalters dann bereits soweit geöffnet, dass kein erneutes Zünden der Schaltstrecke beim Anstieg der Spannung nach deren Nulldurchgang auftritt.At the time of switch-off, the transformer core has then stored the maximum magnetic energy, which, as explained above, is of particular advantage. With the opening of the contacts of the switching device forms an arc that directs the decreasing current to close to the natural current zero crossing. Due to the time passing by then the contacts of the switch are then already open so far that no renewed ignition of the switching path occurs when the voltage rises after the zero crossing.
Insbesondere bei der bevorzugten Verwendung von Vakuum-Schaltern kann das erfindungsgemäße Verfahren bedingt durch die für Vakuum-Schalter typische sehr schnelle Wiederverfestigung der Schaltstrecke (die typischerweise im Bereich weniger Mikrosekunden liegt) sinnvoll über einen weiten Bereich um das Maximum des Leerlaufstromes angewendet werden. Mithin ist also für die Wirksamkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens kein hochpräzises Abschalten durch die Schalteinrichtung erforderlich.Particularly with the preferred use of vacuum switches, the method according to the invention can be usefully applied over a wide range around the maximum of the no-load current owing to the very rapid reconsolidation of the switching path (which is typically in the range of a few microseconds), which is typical for vacuum switches. Thus, therefore, no high-precision shutdown by the switching device is required for the effectiveness of the method according to the invention.
Vorzugsweise erfolgt das Öffnen der Schalteinrichtung im Bereich eines Phasenwinkels von höchstens 60° um einen Nulldurchgang der Wechselspannung und/oder ein primärseitiges Strommaximum, vorzugsweise im Bereich eines Phasenwinkels von höchstens 30° um den Nulldurchgang der Wechselspannung und/oder das primärseitige Strommaximum, weiter vorzugsweise im Wesentlichen in dem Nulldurchgang der Wechselspannung und/oder in dem primärseitigen Strommaximum, erfolgt.Preferably, the opening of the switching device in the range of a phase angle of at most 60 ° to a zero crossing of the AC voltage and / or a primary-side current maximum, preferably in the range of a phase angle of at most 30 ° to the zero crossing of the AC voltage and / or the primary-side current maximum, more preferably in Substantially in the zero crossing of the AC voltage and / or in the primary-side current maximum takes place.
Bei weiteren bevorzugten Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass das Öffnen der Schalteinrichtung zu einem Zeitpunkt erfolgt, aus dem ein Wert der Remanenz resultiert, der wenigstens 60% der in einem Normalbetrieb des magnetischen Kreises bei der Wechselspannung maximal möglichen Remanenz beträgt, vorzugsweise wenigstens 80% der in einem Normalbetrieb des magnetischen Kreises bei der Wechselspannung maximal möglichen Remanenz beträgt. Hiermit lässt sich eine besonders günstige, weit gehende wechselseitige Kompensation der Remanenz und des sich infolge des Energieflusses aufbauenden magnetischen Flusses erzielen. Das erfindungsgemaße Verfahren lasst sich wie erwähnt im Zusammenhang mit beliebigen Anwendungen bei der Energieversorgung einer Komponente eines Schienenfahrzeugs einsetzen Vorzugsweise findet es bei der Energieversorgung einer Traktionseinπchtung eines Schienenfahrzeugs Anwendung, da seine Vorteile hier besonders weit gehend zum Tragen kommenIn further preferred variants of the method according to the invention it is provided that the opening of the switching device takes place at a time, resulting in a value of the remanence, which is at least 60% of the maximum in a normal operation of the magnetic circuit at the AC voltage possible remanence, preferably at least 80th % of the maximum possible remanence in the normal operation of the magnetic circuit at the AC voltage. This makes it possible to achieve a particularly favorable, extensive mutual compensation of the remanence and of the magnetic flux which builds up as a result of the energy flow. As already mentioned, the method according to the invention can be used in connection with arbitrary applications in the energy supply of a component of a rail vehicle. It is preferably used for supplying energy to a traction vehicle of a rail vehicle, since its advantages are particularly widespread here
Die vorliegende Erfindung betrifft gemäß einem weiteren Aspekt eine Energiezufuhreinrichtung zu einer Transformatoreinπchtung eines Schienenfahrzeugs mit einer Schalteinrichtung zum Schalten der Transformatoreinrichtung an eine Wechselspannung liefernde Energseversorgungseinπchtung eines Bahnstromnetzes Die Transformatoreinπchtung ist durch Schließen der Schaltemπchtung zu einem Einschaltzeitpunkt mit der Energieversorgungseinrichtung verbindbar, wobei die Schalteinπchtung zwischen die Energieversorgungseinπchtung und eine Pπmarseite eines magnetischen Kreises der Transformatoreinπchtung schaltbar ist und ein Verbraucher elektrischer Energie auf eine Sekundarseite des magnetischen Kreises der Transformatoreinrichtung schaltbar ist Die Schalteinπchtung ist dazu ausgebildet, den Einschaltzeitpunkt in Abhängigkeit von einem zeitlichen Verlauf der Wechselspannung zu bestimmen, wobei die Schalteinπchtung den Einschaltzeitpunkt unter Verwendung einer Remanenzinformation insbesondere einer in der Schalteinrichtung gespeicherten Remanenzinformation, bestimmt, die für eine aktuelle Remanenz des magnetischen Kreises unmittelbar vor dem Einschaltzeitpunkt repräsentativ ist Mit dieser Energiezufuhreinrichtung lassen sich die oben im Zusammenhang mit dem erfindungsgemaßen Verfahren geschilderten Varianten und Vorteile in demselben Maße realisieren, sodass diesbezüglich auf die obigen Ausfuhrungen verwiesen wirdAccording to a further aspect, the present invention relates to an energy supply device for a transformer device of a rail vehicle having a switching device for switching the transformer device to an AC supply of a traction current network. The transformer device can be connected to the energy supply device by closing the switching device at a switch-on time, wherein the switching device is connected between the energy supply device and a Pπmarseite a magnetic circuit of the Transformatoreinπchtung is switchable and a consumer of electrical energy is switchable to a secondary side of the magnetic circuit of the transformer means The Schalteinπchtung is adapted to determine the switch-on in dependence on a time course of the AC voltage, wherein the Schalteinπchtung the switch-on under Use of remanence information insbeso With this energy supply device, the variants and advantages described above in connection with the method according to the invention can be realized to the same extent, so that in this respect the The above statements are referenced
Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein Schienenfahrzeug mit einem Verbraucher elektrischer Energie, insbesondere einer elektrischen Traktionseinπchtung als Verbraucher, und einer erfindungsgemaßen Energiezufuhreinrichtung, wobei die Schalteinπchtung zwischen die Energieversorgungseinπchtung und die Pπmarseite eines magnetischen Kreises der Transformatoreinπchtung geschaltet ist und der Verbraucher auf der Sekundarseite des magnetischen Kreises der Transformatoreinπchtung geschaltet ist Mit diesem Schienenfahrzeug lassen sich die oben im Zusammenhang mit dem erfindungsgemaßen Verfahren geschilderten Varianten und Vorteile ebenfalls in demselben Maße realisieren, sodass auch diesbezüglich auf die obigen Ausfuhrungen verwiesen wird Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen bzw. der nachstehenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele, welche auf die beigefügten Zeichnungen Bezug nimmt. Es zeigen:Furthermore, the present invention relates to a rail vehicle with a consumer of electrical energy, in particular an electrical Traktionseinπchtung as a consumer, and an inventive energy supply device, wherein the Schalteinπchtung between the Energieversorgungseinπchtung and Pπmarseite a magnetic circuit of the transformer is connected and the consumer on the secondary side of the magnetic circuit the Transformatoreinπchtung is connected with this rail vehicle, the above described in connection with the inventive method variants and advantages can also be realized to the same extent, so that reference is also made in this regard to the above statements Further preferred embodiments of the invention will become apparent from the dependent claims and the following description of preferred embodiments, which refers to the accompanying drawings. Show it:
Figur 1 eine schematische Schnittansicht einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schienenfahrzeugs mit einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Energiezufuhreinrichtung, mit dem eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens durchgeführt werden kann;Figure 1 is a schematic sectional view of a preferred embodiment of the rail vehicle according to the invention with a preferred embodiment of the energy supply device according to the invention, with which a preferred embodiment of the method according to the invention can be performed;
Figur 2 ein Ablaufdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, welches mit dem Schienenfahrzeug aus FigurFIG. 2 shows a flow chart of a preferred embodiment of the method according to the invention, which is connected to the rail vehicle from FIG
1 durchgeführt werden kann.1 can be performed.
im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die Figuren 1 und 2 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Schienenfahrzeugs 101 beschrieben, welches eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Energiezufuhreinrichtung 102 umfasst.A preferred exemplary embodiment of the rail vehicle 101 according to the invention, which comprises a preferred embodiment of the energy supply device 102 according to the invention, will be described below with reference to FIGS. 1 and 2.
Die Figur 1 zeigt eine stark schematisierte Seitenansicht eines Teils des Schienenfahrzeugs 101. Das Fahrzeug 101 umfasst ein Fahrzeuggehäuse in Form eines Wagenkastens 101.1 , der an seinem vorderen Ende auf einem Fahrwerk in Form eines Drehgestells 101.2 abgestützt ist. Das (in Figur 1 nicht dargestellte) andere Ende des Wagenkastens 101.1 ist auf einem weiteren Fahrwerk, beispielsweise einem weiteren Drehgestell abgestützt.1 shows a highly schematic side view of a part of the rail vehicle 101. The vehicle 101 comprises a vehicle body in the form of a car body 101.1, which is supported at its front end on a chassis in the form of a bogie 101.2. The (not shown in Figure 1) the other end of the car body 101.1 is supported on another chassis, such as another bogie.
Das Fahrzeug 101 weist eine (stark schematisiert dargestellte) elektrische Antriebsanlage 101.3 auf, welche die Räder des Drehgestells 101.2 antreibt. Die Antriebsanlage 101.3 wird aus der Oberleitung 103 eines Bahnnetzes mit elektrischer Energie in Form einer Wechselspannung versorgt. Im vorliegenden Beispiel handelt es sich bei dem Bahnnetz um ein einphasiges Wechselspannungsnetz mit einer Wechselspannung von 15 kV bei 16,7 Hz. Alternativ kann auch ein einphasiges Wechselspannungsnetz mit einer Wechselspannung von 25 kV bei 50 Hz zum Einsatz kommen. Ebenso versteht es sich, dass grundsätzlich auch beliebige andere Wechselspannungsnetze für die Energieversorgung verwendet werden können. Insbesondere können für andere Anwendungen auch mehrphasige Wechselspannungsnetze zum Einsatz kommen. Die Antriebsanlage 101 3 umfasst neben der Energiezufuhreinπchtung 102 einen oder mehrere Antriebsmotoren einer Traktionseinπchtung 104, welche die Rader des Drehgestells 101 2 antreiben und somit Verbraucher elektrischer Energie im Sinne der vorliegenden Erfindung darstellen Die Energiezufuhreinπchtung 102 umfasst einen Stromabnehmer 102 1 , über den die elektrische Energie aus der Oberleitung 103 entnommen wird Weiterhin umfasst die Energiezufuhreinπchtung 102 eine Schalteinrichtung 102 2, die zwischen den Stromabnehmer 102 1 und die Pπmarseite eines Transformators 102 3 der Energiezufuhreinrichtung 102 geschaltet ist Zwischen die Sekundarseite des Transformators 102 3 und die Traktionseinπchtung 104 ist eine Zwischenkreiseinπchtung 102 4 geschaltet, aus der die Traktionseinrichtung 104 in hinlänglich bekannter Weise gespeist wird, sodass hierauf an dieser Steile nicht naher eingegangen werden sollThe vehicle 101 has an electric drive system 101.3 (shown in a highly schematized form), which drives the wheels of the bogie 101.2. The drive system 101.3 is supplied from the overhead line 103 of a railway network with electrical energy in the form of an AC voltage. In the present example, the railway network is a single-phase alternating current network with an alternating voltage of 15 kV at 16.7 Hz. Alternatively, a single-phase alternating voltage network with an alternating voltage of 25 kV at 50 Hz can also be used. It is also understood that in principle any other AC voltage networks can be used for the energy supply. In particular, multiphase AC voltage grids can also be used for other applications. The drive system 101 3 comprises, in addition to the Energiezufuhreinπchtung 102 one or more drive motors of Traktionseinπchtung 104, which drive the wheels of the bogie 101 2 and thus represent consumers of electrical energy in the context of the present invention The Energiezufuhreinπchtung 102 comprises a current collector 102 1, via which the electrical energy Furthermore, the Energiezufuhreinπchtung 102 includes a switching device 102 2, which is connected between the current collector 102 1 and the Pπmarseite a transformer 102 3 of the power supply device 102 between the secondary side of the transformer 102 3 and the Traktionseinπchtung 104 is a Zwischenkreiseinπchtung 102 4th switched, from which the traction device 104 is fed in a well-known manner, so that it should not be discussed in more detail at this point
Die Schalteinrichtung 102 2 dient nach Art eines Fahrzeug-Hauptschalters dazu, den übrigen Teil der Antriebsanlage 101 3 (und damit den Verbraucher) zu einem definierten Einschaltzeitpunkt mit der Energieversorgung aus dem Wechselspannungsnetz 103 zu verbinden bzw diese Verbindung zu einem definierten Ausschaltzeitpunkt zu trennen Hierzu umfasst die Schalteinπchtung wenigstens einen Schalter 102 5, der im vorliegenden Beispiel nach Art eines Vakuum-Schalters ausgebildet ist Es versteht sich jedoch, dass bei anderen Varianten der Erfindung, insbesondere bei Anwendungen mit anderen Spannungsniveaus der Wechselspannung, auch beliebige andere für die jeweilige Anwendung geeignete Schalter verwendet werden könnenThe switching device 102 2 is used in the manner of a vehicle main switch to connect the remaining part of the drive system 101 3 (and thus the consumer) to the energy supply from the AC mains 103 at a defined switch-on time or to disconnect this connection to a defined switch-off time However, it is understood that in other variants of the invention, in particular in applications with other voltage levels of the AC voltage, any other suitable for the particular application switch can be used
Zum Schließen bzw Trennen der Verbindung zwischen dem Bahnnetz 103 und dem Verbraucher 104 wird der Schalter 102 5 durch eine Steuereinrichtung in Form einer Steuerung 102 6 gemäß einer bevorzugten Ausfuhrungsform des erfindungsgemaßen Verfahrens angesteuert, wie dies im Folgenden unter Bezugnahme auf die Figuren 1 und 2 naher beschrieben wirdFor closing or disconnecting the connection between the railway network 103 and the consumer 104, the switch 102 5 is controlled by a control device in the form of a controller 102 6 according to a preferred embodiment of the inventive method, as in the following with reference to Figures 1 and 2 closer is described
Wie Figur 1 weiterhin zu entnehmen ist, ist die Zwischenkreiseinπchtung 102 4 über einen weiteren Schalter 102 7 an den Transformator 102 3 schaltbar Dabei ist zum einen anzumerken, dass die Betätigung des Schalters 102 5 bevorzugt bei sekundarseitig abgetrennten Verbrauchern, also bei geöffnetem Schalter 102 7 erfolgt Weiterhin versteht es sich, dass der weitere Schalter bei anderen Varianten der Erfindung auch an anderer Stelle auf der Sekundarseite des Transformators angeordnet sein kann Die Figur 2 zeigt wie erwähnt ein Abiaufdiagramm dieser bevorzugten Ausfuhrungsform des erfmdungsgemaßen Verfahrens zum Schalten der Trakttonseinπchtung 104 (mithin also eines Verbrauchers) an die Wechselspannung des Bahnnetzes 103 Wie der Figur 2 zu entnehmen ist, wird der Verfahrensablauf zunächst in einem Schritt 105 1 gestartet Anschließend wird in einem Schritt 105 2 geprüft, ob die Traktionseinrichtung 104 mrt elektrischer Energie versorgt werden soll Hierzu prüft die Steuerung 102 6 beispielsweise, ob ein entsprechendes Signal aus der mit ihr verbundenen (in Figur 1 nicht dargestellten) Leittechnik des Fahrzeugs 101 vorliegtAs can be seen further from FIG. 1, the intermediate circuit 102 is switchable to the transformer 102 3 via a further switch 102 7. It should be noted that the actuation of the switch 102 5 is preferred for consumers disconnected on the secondary side, ie when the switch 102 7 is open Furthermore, it is understood that the other switch can be arranged at other locations on the secondary side of the transformer in other variants of the invention As already mentioned, FIG. 2 shows a flow diagram of this preferred embodiment of the method according to the invention for switching the traction device 104 (hence a load) to the AC voltage of the rail network 103. As can be seen from FIG. 2, the method sequence is first started in a step 105 1 In a step 105 2, it is checked whether the traction device 104 is to be supplied with electrical energy. For this purpose, the control 102 6 checks, for example, whether a corresponding signal is present from the control technology of the vehicle 101 (not shown in FIG
Ist dies der Fall, bestimmt die Steuerung 102 6 in einem Schritt 105 3 den genauen Einschaltzeitpunkt, in dem der Schalter 102 5 geschlossen werden soll und damit der Energiefluss aus dem Bahnnetz 103 in die Antriebsanlage 101 3 in Gang gesetzt werden soll Hierzu liest die Steuerung 102 6 in einem Schritt 105 3 aus einem Speicher der Steuerung 102 6 eine Remanenzinformation aus, welche für die aktuelle Remanenz in dem magnetischen Kreis des Transformators 102 3 repräsentativ istIf this is the case, the controller determines 102 6 in step 105 3 the exact switch-on, in which the switch 102 5 is to be closed and thus the energy flow from the railway network 103 in the drive system 101 3 to be set in motion to read the controller 102 6 in a step 105 3 from a memory of the controller 102 6 from a remanence information, which is representative of the current remanence in the magnetic circuit of the transformer 102 3
Im vorliegenden Beispiel umfasst die Remanenzinformation zum einen eine ersteIn the present example, the remanence information comprises on the one hand a first one
Information, welche für die (im Folgenden erste Polarität genannte) Polarität der aktuellen Remanenz repräsentativ ist Weiterhin umfasst die Remanenzinformation eine zweite Information, die für die Amplitude des Stromflusses auf der Primarseite des Transformators 102 3 repräsentativ ist, die zum Zeitpunkt des letzten dem Schritt 105 3 vorangehenden Offnens des Schalters 102 5 vorlagInformation representative of the polarity of the current remanence (hereinafter referred to as first polarity) Further, the remanence information comprises second information representative of the amplitude of the current flow on the primary side of the transformer 102 3, that at the time of the last step 105 3 previous opening of the switch 102 5 was present
Die Amplitude des Stromflusses auf der Primarseite des Transformators 102 3 erlaubt der Steuerung 102 6 dabei unter Verwendung ebenfalls in dem Speicher gespeicherter konstruktiver Daten des magnetischen Kreises (wie charakteristischen Abmessungen, verwendeten Kernmateralien etc ) Rückschlüsse auf den Betrag der aktuellen Remanenz in dem magnetischen Kreis zu ziehen Es versteht sich jedoch, dass bei anderen Varianten der Erfindung auch beliebige andere geeignete Großen herangezogen werden können, welche einen entsprechenden Ruckschluss auf Polarität und/oder Betrag der Remanenz im magnetischen Kreis zulassenThe amplitude of the current flow on the primary side of the transformer 102 3 allows the controller 102 6 conclusions about the amount of current remanence in the magnetic circuit using also stored in the memory constructive data of the magnetic circuit (such as characteristic dimensions, core materials used etc) It is understood, however, that in other variants of the invention, any other suitable sizes can be used, which allow a corresponding conclusion on polarity and / or amount of remanence in the magnetic circuit
Die in dem Speicher der Steuerung 102 6 abgelegte Remanenzinformation wurde, wie im Folgenden noch naher erläutert wird, beim letzten dem Schritt 105 3 vorangehenden Offnen des Schalters 102 5 ermittelt Hierbei versteht es sich, dass bei einem Neufahrzeug gegebenenfalls beim erstmaligen Schließen des Schalters 102 5 in seinem im Fahrzeug 101 eingebauten Zustand eine entsprechende Remanenzinformation in der Steuerung 102 6 gespeichert sein kann, die bei der Herstellung des Fahrzeugs in den Speicher der Steuerung 102 6 geschrieben wurde Beispielsweise ist es in diesem Zusammenhang möglich, dass der magnetische Kreis des Transformators 102 3 vor dieser erstmaligen betrieblichen Nutzung in dem Fahrzeug 101 auf eine maximal mögliche Remanenz einer vorgegebenen Polarität gebracht wurde und bei der Herstellung des Fahrzeugs 101 eine entsprechende (initiale) Remanenzinformation in der Steuerung 102 6 abgelegt wurdeThe remanence information stored in the memory of the controller 102 6 was determined at the last opening of the switch 102 preceding the step 105 3, as will be explained in more detail below in its installed state in the vehicle 101, a corresponding remanence information in the controller For example, in this connection, it is possible for the magnetic circuit of the transformer 102 3 to be maximally possible before initial use in the vehicle 101 Remanence of a predetermined polarity was brought and in the production of the vehicle 101 a corresponding (initial) remanence information was stored in the controller 102 6
Unter Verwendung der aus dem Speicher der Steuerung 102 6 ausgelesenen Remanenzinformation bestimmt die Steuerung 102 6 nunmehr in dem Schritt 105 3 den Emschaltzeitpunkt des Schalters 102 5 derart, dass sich in dem magnetischen Kreis des Transformators 102 3 durch den Energiefluss nach dem Einschalten des Schalters 102 5 ein magnetischer Fluss mit einer zweiten Polarität aufbaut, die der ersten Polarität der in dem magnetischen Kreis gegebenenfalls vorhandenen Remanenz entgegengesetzt ist, sodass es beim Einschalten des Schalters 102 5 zu einer wechselseitigen Kompensation der Remanenz und des sich aufbauenden magnetischen Flusses kommtUsing the remanence information read from the memory of the controller 102 6, the controller 102 6 now determines in step 105 3 the switch point of the switch 102 5 such that in the magnetic circuit of the transformer 102 3 by the energy flow after switching on the switch 102nd 5 builds up a magnetic flux having a second polarity opposite to the first polarity of the remanence that may be present in the magnetic circuit so that mutual compensation of the remanence and the build-up of the magnetic flux occurs when the switch 102 5 is turned on
Die Steuerung 102 6 bestimmt den Emschaltzeitpunkt im vorliegenden Beispiel inThe controller 102 6 determines the switch-on time in the present example in FIG
Abhängigkeit von einem zeitlichen Verlauf der Wechselspannung des Bahnnetzes 103 Das Zuschalten des Transformators 102 3 erfolgt mithin also synchronisiert zur Netzspannung des Bahnnetzes 103 Der Einschaltzeitpunkt wird aus der gespeicherten ersten Polarität und dem gespeicherten Betrag der Remanenz derart bestimmt, dass es beim Einschalten des Schalters 102 5 zu einer im Wesentlichen vollständigen wechselseitigen Kompensation der Remanenz und des sich aufbauenden magnetischen Flusses kommtThe switch-on time is determined from the stored first polarity and the stored amount of the remanence such that when the switch 102 5 is switched on, the switch-on time is determined in accordance with a time profile of the AC voltage of the railway network to a substantially complete mutual compensation of the remanence and the building up magnetic flux comes
Mit anderen Worten wird der Einschaltzeitpunkt im vorliegenden Beispiel derart bestimmt, dass sich nach dem Einschalten des Schalters 102 5 in dem magnetischen Kreis des Transformators 102 3 bei einem maximalen Betrag der pπmarseitigen Wechselspannung ein erster magnetischer Fluss aufgebaut hat, der die aktuelle Remanenz (gemäß der gespeicherten Remanenzιnformatιon)ιm Wesentlichen aufhebt Hierdurch ergibt sich eine vorteilhaft schnelle magnetische Synchronisation, also in vorteilhafter Weise ein schnelles Erreichen eines eingeschwungenen Zustands des magnetischen Kreises des Transformators 102 3In other words, the switch-on time in the present example is determined such that after switching on the switch 102 5 in the magnetic circuit of the transformer 102 3 has built up at a maximum amount of pπmarseitigen AC voltage, a first magnetic flux, the current remanence (according to the This results in an advantageously fast magnetic synchronization, ie advantageously a rapid achievement of a steady state of the magnetic circuit of the transformer 102 3
Es versteht sich jedoch, dass bei anderen Varianten der Erfindung auch vorgesehen sein kann, dass es nur zu einer teilweisen wechselseitigen Kompensation der Remanenz und des sich aufbauenden magnetischen Flusses kommt Die wechselseitige Kompensation muss dabei bevorzugt lediglich so groß gewählt sein, dass es bei der vorliegenden Auslegung der Komponenten der Antriebseinrichtung 101.3 nicht zu einer unerwünschten Schädigung dieser Komponenten bzw. zu einer unerwünschten negativen Beeinflussung von signaltechnischen Anlagen im Bereich oder Umfeld des Fahrzeugs 101 durch die beim Einschalten des Schalters 102.5 resultierenden Einschaltströme (die so genannten Inrush- Ströme) kommt.However, it is understood that in other variants of the invention can also be provided that it comes only to a partial mutual compensation of the remanence and the building up magnetic flux The mutual compensation must preferably be chosen only so large that it in the present Design of the components of the drive device 101.3 does not lead to unwanted damage to these components or to an undesirable negative effect on signaling systems in the area or environment of the vehicle 101 by the switching-on of the switch 102.5 resulting inrush currents (the so-called inrush currents).
Erfolgte im vorliegenden Beispiel mit der vollständigen Kompensation beispielsweise das letzte dem Einschalten vorhergehende Abschalten des Schalters 102.5 derart, dass in dem magnetischen Kreis des Transformators 102.3 eine Remanenz mit positiver Polarität im Kern verbleibt, muss das Zuschalten auf die negative Haibwelle der Netzspannung synchronisiert werden. Dabei wird der Einschaitzeitpunkt tem im vorliegenden Beispiel so weit vor das negative Spannungsmaximum -Umax verschoben, dass der sich nach dem Schließen des Schalters 102.5 in dem magnetischen Kreis des Transformators 102.3 aufbauende magnetische Fluss negativer Polarität zum Zeitpunkt des negativen Spannungsmaximums -Umax die Remanenz (also die anfangs vorliegende positive Restmagnetisierung) im magnetischen Kreis des Transformators 102.3 aufhebt. Somit stellt sich bereits mit dem Einschalten des Transformators 102.3 in vorteilhafter Weise ein magnetisch eingeschwungener Zustand ein, der eine Sättigung des Transformators 102.3 und die damit verbundenen hohen Einschaltströme verhindert.In the present example with the complete compensation, for example, the last turn-off of the switch 102.5 preceding the turn-on has been such that a remanence with positive polarity remains in the core in the magnetic circuit of the transformer 102.3, the connection must be synchronized to the negative half-wave of the mains voltage. In this case, the Einschaitzeitpunkt t em in the present example so far in front of the negative voltage maximum -U max shifted that the build-up after closing the switch 102.5 in the magnetic circuit of the transformer 102.3 magnetic flux negative polarity at the time of negative voltage maximum -U max the Remanence (ie the initially present positive residual magnetization) in the magnetic circuit of the transformer 102.3 cancels. Thus, already with the switching on of the transformer 102.3 advantageously a magnetically steady state, which prevents saturation of the transformer 102.3 and the associated high inrush currents.
Mithin werden also durch das ausreichend weit vor dem Spannungsmaximum der Netzspannung des Bahnnetzes 103 erfolgende Einschalten des Schalters 102.5 steilflankige Spannungsimpulse in der Antriebseinrichtung 101.3 effektiv in ihrer Amplitude begrenzt. Eine mögliche negative Beeinflussung signaltechnischer Bahnanlagen kann hierdurch effektiv vermieden werden. Ebenso kann eine mögliche negative Beeinflussung von gegebenenfalls im Fahrzeug 101 verwendeten Störstromwächtern oder dergleichen vermieden werden.Consequently, therefore, the amplitude of the steeply sloping voltage pulses in the drive device 101.3 is effectively limited by the switching on of the switch 102.5, which occurs sufficiently far before the voltage maximum of the mains voltage of the rail network 103. A possible negative effect on signal technology railway systems can thereby be effectively avoided. Likewise, a possible negative influence on optionally used in the vehicle 101 Störstromwächtern or the like can be avoided.
Durch die Begrenzung dieser Einschaltströme bzw. Einschaitspannungsimpulse ist es mit der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter weise möglich, die Gestaltung des Transformators 102.3 bezüglich seiner Masse, seines Volumens und damit seiner Kosten zu optimieren. So kann der Transformator entsprechend leichter, kleiner und damit kostengünstiger gestaltet werden, da er auf geringere magnetische Verluste ausgelegt werden kann. in einem Schritt 105 4 steuert die Steuerung 102 6 dann den Schalter 102 5 entsprechend synchronisiert zu der Netzspannung des Bahnnetzes 103 an, so dass dieser zu dem in dem Schritt 105 3 berechneten Einschaltzeitpunkt te,n geschlossen wirdBy limiting these inrush currents or Einschaitspannungsimpulse it is possible with the present invention advantageously to optimize the design of the transformer 102.3 in terms of its mass, its volume and thus its cost. Thus, the transformer can be made correspondingly lighter, smaller and thus more cost-effective, since it can be designed for lower magnetic losses. In a step 105 4, the controller 102 6 then controls the switch 102 5 in accordance with synchronized to the mains voltage of the railway network 103 so that it is closed at the switch-on time t e , n calculated in the step 105 3
In einem Schritt 105 5 wird dann überprüft, ob die Energieversorgung der Traktionseinπchtung 104 mit elektrischer Energie beendet werden soll, mithin also ob der Schalter 102 5 wieder geöffnet werden soll Hierzu prüft die Steuerung 102 6 beispielsweise, ob ein entsprechendes Signal aus der mit ihr verbundenen (in Figur 1 nicht dargestellten) Leittechnik des Fahrzeugs 101 vorliegtIn a step 105 5 is then checked whether the power supply of the Traktionseinπchtung 104 is to be terminated with electrical energy, therefore, whether the switch 102 5 is to be opened again For this purpose, the controller 102 6 checks, for example, whether a corresponding signal from its associated (Not shown in Figure 1) control technology of the vehicle 101 is present
Ist dies der Fall, bestimmt die Steuerung 102 6 in einem Schritt 105 6 den genauen Ausschaltzeitpunkt tauS! in dem der Schalter 102 5 geöffnet werden soll und damit der Energiefluss aus dem Bahnnetz 103 in die Antriebsanlage 101 3 beendet werden soll In einem Schritt 105 7 steuert die Steuerung 102 6 dann den Schalter 102 5 zu diesem Ausschaltzeitpunkt entsprechend an, sodass dieser geöffnet wirdIf this is the case, the controller 102 6 determines the exact switch-off time t auS in a step 105 6 ! in which the switch 102 5 is to be opened and thus the energy flow from the railway network 103 in the drive system 101 3 is to be terminated. In a step 105 7, the controller 102 6 then controls the switch 102 5 at this switch-off time accordingly, so that it is opened
Dieses betriebliche Offnen des Schalters 102 5 kann grundsatzlich in einem beliebigen Betπebszustand des Fahrzeugs 101 erfolgen Im vorliegenden Beispiel erfolgt das Offnen des Schalters 102 5 in dem Schritt 105 7 bei sekundarseitig des Transformators 102 3 abgetrenntem Verbraucher 104 Hierzu steuert die Steuerung 102 6 den Schalter 102 7 und/oder die Zwischenkreiseinπchtung 102 4 und/oder die Traktionseinπchtung 104 vor der Betätigung des Schalters 102 5 entsprechend an, um den Transformator 102 3 dann in einem im Wesentlichen lastfreien Zustand zu bringenThis operational opening of the switch 102 5 can in principle be carried out in any operating state of the vehicle 101. In the present example, the opening of the switch 102 5 takes place in the step 105 7 in the secondary side of the transformer 102 3 separated consumer 104 For this purpose, the controller 102 6 controls the switch 102 7 and / or the DC link device 102 4 and / or the traction device 104 prior to the actuation of the switch 102 5 in order to then bring the transformer 102 3 in a substantially load-free state
Bei einem verlustarmen, lastfrei bzw leer laufenden Transformator 102 3 betragt die Phasenverschiebung zwischen der angelegten Netzspannung und dem pπmarseitigen Leerlaufstrom annähernd 90°, wobei die Spannung dem Strom voreilt Beim Offnen des Schalters 102 5 im Bereich des Spannungsnulldurchgangs hat der pπmarseitige Leerlaufstrom dann sein Maximum, wobei die Amplitude des pπmarseitigen Leerlaufstroms im Vergleich zum pπmarseitigen Nennstrom unter Last klein istIn a low-loss, load-free or idle transformer 102 3, the phase shift between the applied mains voltage and the pπmarseitigen no-load current is approximately 90 °, the voltage leads the current When opening the switch 102 5 in the voltage zero crossing of the Pπmarseitige idling current then has its maximum, wherein the amplitude of the pπmarseitigen idle current is small compared to pπmarseitigen rated current under load
Dies hat den Vorteil, dass der magnetische Kreis bzw der Transformatorkern des Transformators 102 3 in dem Ausschaltzeitpunkt dann die maximale magnetische Energie gespeichert hat, was wie oben erläutert von besonderem Vorteil ist, da bei dem nachfolgenden erneuten Einschalten des Schalters eine besonders weit gehende wechselseitige Kompensation der Remanenz und des sich aufbauenden magnetischen Flusses und damit eine besonders starke Reduktion der Einschaltstrome erzielt werden kannThis has the advantage that the magnetic circuit or the transformer core of the transformer 102 3 then has stored the maximum magnetic energy in the switch-off time, which, as explained above, is of particular advantage since in the subsequent renewed switching on of the switch a particularly extensive mutual compensation the remanence and the building up magnetic River and thus a particularly strong reduction of the inrush current can be achieved
Mit dem Offnen der Kontakte des Schalters 102 5 bildet sich ein Lichtbogen, der den kleiner werdenden Strom bis nahe zum natürlichen Stromnulldurchgang leitet Durch die bis dahin vergehende Zeit sind die Kontakte des Schalters 102 5 dann bereits soweit geöffnet, dass kein erneutes Zünden der Schaltstrecke beim Anstieg der Spannung nach deren Nulldurchgang auftrittWith the opening of the contacts of the switch 102 5, an arc is formed, which directs the decreasing current to close to the natural current zero crossing By the time passing by the contacts of the switch 102 5 are then already open so far that no reignition of the switching path at Increase in the voltage after the zero crossing occurs
Die im vorliegenden Beispie! verwendete Vakuum-Schalter 102 5 weist typischerweise eine sehr schnelle Wiederverfestigung der Schaltstrecke auf (die in der Regel im Bereich weniger Mikrosekunden liegt), sodass das Abschalten des Schalters 102 5 über einen weiten Bereich um das Maximum des Leerlaufstromes erfolgen kann Mithin ist also für die Wirksamkeit des erfindungsgemaßen Verfahrens kein hochprazises Abschalten durch die Schalteinrichtung 102 2 erforderlichThe examples given here! used vacuum switch 102 5 typically has a very rapid recompression of the switching path (which is usually in the range of a few microseconds), so that the switching off of the switch 102 can be carried out over a wide range to the maximum of the no-load current Thus, therefore, for the Effectiveness of the inventive method no high-priced shutdown by the switching device 102 2 required
Im vorliegenden Beispiel legt die Steuerung 102 6 den Ausschaltzeitpunkt derart fest, dass das Offnen der Schalteinrichtung im Wesentlichen in dem Nulldurchgang derIn the present example, the controller 102 6 sets the turn-off timing so that the opening of the switching device is substantially in the zero-crossing of the
Wechselspannung des Bahnnetzes 103 und damit in dem pπmarseitigen Strommaximum, erfolgt, um die oben beschriebene maximale wechselseitige Kompensation beim nachfolgenden erneuten Einschalten zu erzielen Mit anderen Worten ergibt sich in dem magnetischen Kreis des Transformators 102 3 hierbei also die bei der anliegenden Wechselspannung des Bahnnetzes 103 maximal mögliche RemanenzAC voltage of the railway network 103 and thus in the pπmarseitigen maximum current takes place in order to achieve the above-described maximum mutual compensation during subsequent restarting. In other words, this results in the magnetic circuit of the transformer 102 3 in this case the maximum at the applied AC voltage of the railway network 103 possible remanence
Es versteht sich jedoch, dass bei anderen Varianten der Erfindung auch vorgesehen sein kann, dass der Ausschaltzeitpunkt im Bereich eines Phasenwinkels von höchstens 60° um den jeweiligen Nulldurchgang der Wechselspannung bzw das pπmarseitige Strommaximum liegen kann Vorzugsweise liegt der Ausschaltzeitpunkt im Bereich eines Phasenwinkels von höchstens 30° um den Nulldurchgang der Wechselspannung bzw das pπmarseitige Strommaximum Vorzugsweise wird der Ausschaltzeitpunkt so gewählt, dass das Offnen des Schalters 102 5 zu einem Zeitpunkt erfolgt, aus dem ein Wert der Remanenz resultiert, der wenigstens 60% der in einem Normalbetπeb des magnetischen Kreises bei der Wechselspannung maximal möglichen Remanenz betragt, vorzugsweise wenigstens 80% der in einem Normalbetπeb des magnetischen Kreises bei derHowever, it is understood that in other variants of the invention it can also be provided that the switch-off time in the range of a phase angle of at most 60 ° can be around the respective zero crossing of the AC voltage or the pπmarseitige maximum current Preferably, the switch-off is in the range of a phase angle of at most 30th Preferably, the switch-off time is selected so that the opening of the switch 102 5 takes place at a time from which a value of the remanence results that at least 60% of that in a Normalbetπeb the magnetic circuit in the AC maximum possible remanence amounts, preferably at least 80% of the normal Betbet in a magnetic circuit in the
Wechselspannung maximal möglichen Remanenz betragt Hiermit lasst sich bei dem nachfolgenden erneuten Einschalten des Schalters 102 5 eine besonders gunstige, weit gehende wechselseitige Kompensation der Remanenz und des sich infolge des Energieflusses aufbauenden magnetischen Flusses erzielenAC voltage maximum possible remanence Hereby let in the subsequent renewed switching on the switch 102 5 a particularly favorable, far achieve mutual compensation of the remanence and of the magnetic flux which builds up as a result of the energy flow
In dem Schritt 105 7 wird durch die Steuerung 102 6 weiterhin eine neue, aktuelle Remanenzinformation ermittelt Hierzu ermittelt eine Erfassungseinrichtung 102 8 die Polarität und die Amplitude des pπmarseitigen Stromes Mit der Polarität des pπmarseitigen Stromes im Abschaltzeitpunkt ist auch die Polarität der Remanenz im Transformator 102 3 festgelegt Aus der Amplitude des pπmarseitigen Stromes im Abschaltzeitpunkt, den konstruktiven Daten des Transformators 102 3 (insbesondere des Transformatorkerns) und den magnetischen Eigenschaften des verwendeten Kernmateπals ist der Betrag der in dem magnetischen Kreis des Transformators 102 3 gespeicherten Restmagnetisierung, so der Remanenz, festgelegt Demgemäß liegt die Steuerung 102 6 in dem Schritt 105 7 in ihrem Speicher eine für die ermittelte Polarität und den ermittelten Betrag der Remanenz repräsentative Information ab Diese wird dann bei dem nachfolgenden erneuten Einschalten des Schalters 102 5 in der oben beschriebenen Weise verwendetIn the step 105 7, a new, current remanence information is further determined by the controller 102 6 For this purpose, a detection device 102 8 determines the polarity and the amplitude of the pπmarseitigen current With the polarity of pπmarseitigen current at the shutdown is also the polarity of the remanence in the transformer 102 third From the amplitude of the pπmarseitigen current at the switch-off, the structural data of the transformer 102 3 (in particular the transformer core) and the magnetic properties of the Kernmateπals used is the amount of stored in the magnetic circuit of the transformer 102 3 residual magnetization, so the remanence set Accordingly For example, in step 105, controller 102 stores in its memory information representative of the detected polarity and magnitude of remanence. This information is then updated upon subsequent turn-on of switch 102 5 in the above described W used iron
In einem Schritt 105 8 wird dann überprüft, ob der Verfahrensablauf beendet werden soll Ist dies nicht der Fall, wird zurück zu dem Schritt 105 2 gesprungen Andernfalls wird der Verfahrensablauf in einem Schritt 105 9 beendetIn a step 105 8, it is then checked whether the process flow should be terminated. If this is not the case, the process jumps back to the step 105 2. Otherwise, the process flow is ended in a step 105 9
Die vorliegende Erfindung entfaltet ihre positive Wirkung nicht nur im Zusammenhang mit der soeben beschriebenen gezielten (netzsynchronen) betrieblichen Abschaltung des Verbrauchers 104 zu einem durch die Steuerung 102 6 vorab definierten Ausschaltzeitpunkt Vielmehr ist dies auch für zufällige, nicht-synchronisierte Schutzabschaltungen (beispielsweise im Fall einer Fehlfunktion einer der Komponenten der Energieversorgung) der Fall So müssen die Komponenten der Antriebseinrichtung 101 3 anders als bei den bekannten Verfahren bzw Fahrzeugen lediglich auf den ungunstigsten Fall ausgelegt sein, dass eine solche zufällige Abschaltung zu einem Zeitpunkt geschieht, aus dem eine vollständige Entmagnetisierung des magnetischen Kreises des Transformators 102 3 (mithin also eine Remanenz mit dem Wert Null) resultiert Anders als bei den bekannten Verfahren bzw Fahrzeugen kann es also hier im ungunstigsten Fall beim Einschalten nicht zu einer Addition der Remanenz und des aus dem Energiefluss in dem Transformator 102 3 resultierenden magnetischen Flusses kommen, sondern es kann schlimmstenfalls lediglich zu dem rein aus dem Energiefluss (nach dem Einschalten) resultierenden maximalen magnetischen Fluss in dem magnetischen Kreis des Transformators 102 3 kommen Bei einem solchen nicht-netzsynchronen Abschalten (z. B. im Falle von schnellen Schutzabschaltungen) ist dann wiederum lediglich der Verlauf der primärseitigen Netzspannung und des primärseitigen Netzstromes zum Zeitpunkt des Abschaltens bis zum Verlöschen des Schaltlichtbogens zu ermitteln und wie oben beschrieben eine entsprechende Remanenzinformation in dem Speicher der Steuerung 102.6 zu speichern.The present invention develops its positive effect not only in connection with the just described (network synchronous) operational shutdown of the consumer 104 to a previously defined by the controller 102 6 off time rather this is also for random, non-synchronized protection shutdowns (for example, in the case of Thus, unlike the known methods or vehicles, the components of the drive device 101 3 need only be designed in the worst case such that random disconnection takes place at a point in time from which complete demagnetization of the magnetic field occurs In contrast to the known methods or vehicles, it is therefore not possible, in the most unfavorable case when switching on, to add the remanence and the energy flow In the worst case, only the maximum magnetic flux in the magnetic circuit of the transformer 102 3 that results purely from the energy flow (after switching on) can occur in the transformer 102 3 In such a non-network-synchronous shutdown (eg in the case of rapid protection shutdowns) then again only the course of the primary-side mains voltage and the primary-side mains current at the time of switching off to extinguish the switching arc to determine and as described above, a corresponding remanence information in the memory of the controller 102.6 store.
Es sei an dieser Stelle nochmals erwähnt, dass die Remanenzinformation grundsätzlich auf beliebige geeignete Weise ermittelt werden kann sowie in beliebiger geeigneter Form in der Steuereinrichtung gespeichert werden kann. Beispielsweise kann sie anhand der Erfassung einer oder mehrerer Messgrößen (die beispielsweise für Ströme, Spannungen, elektrische oder magnetische Felder etc. im Bereich des magnetischen Kreises repräsentativ sind) ermittelt werden, welche einen Rückschluss auf die zu speichernde aktuelle Remanenz in dem Transformator 102.3 zulassen, die unmittelbar vor dem Einschaltzeitpunkt vorliegt. Ebenso kann aber auch ein rein theoretischer Ansatz verwendet werden, um beispielsweise anhand eines mathematischen Modells des magnetischen Kreises des Transformators 102.3 Rückschlüsse auf die Remanenz zu ziehen. Ebenso können natürlich beliebige Kombinationen dieser beiden Ansätze verwendet werden.It should again be mentioned at this point that the remanence information can in principle be determined in any suitable manner and stored in any suitable form in the control device. For example, it can be determined on the basis of the detection of one or more measured variables (which are representative, for example, of currents, voltages, electric or magnetic fields, etc. in the region of the magnetic circuit) which allow a conclusion to be drawn about the current remanence to be stored in the transformer 102.3. which exists immediately before the switch-on time. Likewise, however, it is also possible to use a purely theoretical approach in order, for example, to draw conclusions about the remanence from a mathematical model of the magnetic circuit of the transformer 102.3. Likewise, of course, any combination of these two approaches can be used.
Die vorliegende Erfindung wurde vorstehend ausschließlich anhand eines Beispiels mit der Traktionseinrichtung eines Schienenfahrzeugs beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass die vorliegende Erfindung auch in Verbindung beliebigen anderen Anwendungen im Bereich des Schienenfahrzeugs für das Ab- und Zuschalten von einem oder mehrerenThe present invention has been described above solely by way of example with the traction device of a rail vehicle. However, it should be understood that the present invention is also useful in connection with any other rail vehicle applications for disconnecting and connecting one or more
Transformatoren zum Einsatz kommen kann, bei denen die magnetischen Eigenschaften des zu schaltenden Transformators bekannt sind, ein netzsynchrones Ab- und Zuschalten technisch realisierbar ist und eine Vorrichtung zum Abspeichern der Amplitude und Polarität des Restmagnetismus des Transformators vorhanden ist.Transformers can be used, in which the magnetic properties of the transformer to be switched are known, a network-synchronous disconnection and connection is technically feasible and a device for storing the amplitude and polarity of the residual magnetism of the transformer is present.
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Claims

Patentansprücheclaims
1. Verfahren zum Schalten einer Transformatoreinrichtung (102.3) eines Schienenfahrzeugs an eine Wechselspannung liefernde Energieversorgungseinrichtung eines Bahnstromnetzes, bei dem - die Transformatoreinrichtung (102.3) durch Schließen einer Schalteinrichtung1. A method for switching a transformer device (102.3) of a rail vehicle to an AC voltage supplying power supply device of a traction current network, in which - the transformer device (102.3) by closing a switching device
(102.2) zu einem Einschaltzeitpunkt mit der Energieversorgungseinrichtung (103) verbunden wird, wobei(102.2) is connected to the power supply device (103) at a switch-on time, wherein
- die Schalteinrichtung (102.2) zwischen die Energieversorgungseinrichtung (103) und eine Primärseite eines magnetischen Kreises der Transformatoreinrichtung (102.3) geschaltet wird und ein Verbraucher (104) elektrischer Energie auf eine- The switching device (102.2) between the power supply device (103) and a primary side of a magnetic circuit of the transformer device (102.3) is switched and a consumer (104) of electrical energy to a
Sekundärseite des magnetischen Kreises der Transformatoreinrichtung (104) schaltbar ist undSecondary side of the magnetic circuit of the transformer device (104) is switchable and
- der Einschaltzeitpunkt in Abhängigkeit von einem zeitlichen Verlauf der Wechselspannung bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass- The switch-on is determined in dependence on a time course of the AC voltage, characterized in that
- der Einschaltzeitpunkt unter Verwendung einer Remanenzinformation bestimmt wird, wobeithe turn-on time is determined using remanence information, wherein
- die Remanenzinformation für eine aktuelle Remanenz des magnetischen Kreises unmittelbar vor dem Einschaltzeitpunkt repräsentativ ist.the remanence information is representative of a current remanence of the magnetic circuit immediately before the turn-on time.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass2. The method according to claim 1, characterized in that
- der Einschaltzeitpunkt im Fall eines von dem Wert Null abweichenden Betrags der aktuellen Remanenz in Abhängigkeit von einer ersten Polarität der aktuellen Remanenz bestimmt wird, wobei- The switch-on is determined in the case of a deviating from the value of zero amount of the current remanence in response to a first polarity of the current remanence, wherein
- sich nach dem Einschaltzeitpunkt durch einen Energiefluss aus der Energieversorgungseinrichtung (103) in dem magnetischen Kreis ein magnetischer- After the switch-on by a flow of energy from the power supply device (103) in the magnetic circuit, a magnetic
Fluss mit einer zweiten Polarität aufbaut undRiver with a second polarity builds up and
- der Einschaltzeitpunkt derart bestimmt wird, dass die zweite Polarität zu der ersten Polarität entgegengesetzt ist. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass- The switch-on time is determined such that the second polarity is opposite to the first polarity. A method according to claim 2, characterized in that
- aus der Wechselspannung nach dem Emschaltzeitpunkt in dem magnetischen Kreis bei einem maximalen Betrag der Wechselspannung ein erster magnetischer Fluss resultiert hat und - der Einschaltzeitpunkt derart bestimmt wird, dass der die aktuelle Remanenz durch den ersten magnetischen Fluss im Wesentlichen aufgehoben wird- From the AC voltage after the Emschaltzeitpunkt in the magnetic circuit at a maximum amount of AC voltage has resulted in a first magnetic flux and - the turn-on is determined such that the current remanence is substantially canceled by the first magnetic flux
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Remanenzinformation bei einem dem Schließen der Schaltemπchtung (102 2) unmittelbar vorangehenden Offnen der Schalteinπchtung (102 2) ermittelt wirdMethod according to one of the preceding claims, characterized in that the remanence information at a closing of the Schaltemπchtung (102 2) immediately preceding the opening of Schalteinπchtung (102 2) is determined
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Remanenzmformation unter Verwendung einer Polarität und/oder einer Amplitude eines Stromflusses in der Transformatoreinrichtung (102 3), insbesondere eines Stromflusses in der Pπmarseite der Transformatoreinrichtung (102 3), zum Zeitpunkt des Offnens der Schalteinπchtung (102 2) ermittelt wirdA method according to claim 4, characterized in that the remanence information using a polarity and / or amplitude of a current flow in the transformer device (102 3), in particular a current flow in Pπmarseite the transformer device (102 3), at the time of opening the Schalteinπchtung ( 102 2) is determined
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Offnen und/oder Schließen der Schaiteinπchtung (102 2) bei sekundarsertig abgetrenntem Verbraucher (104) erfolgtA method according to claim 4 or 5, characterized in that the opening and / or closing of the Schaiteinπchtung (102 2) takes place at Sekundärsaertig separated consumer (104)
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Offnen der Schalteinrichtung (102 2) im Bereich eines Phasenwinkels von höchstensMethod according to one of claims 4 to 6, characterized in that the opening of the switching device (102 2) in the range of a phase angle of at most
60° um einen Nulldurchgang der Wechselspannung und/oder ein pπmarseitiges Strommaximum, vorzugsweise im Bereich eines Phasenwinkels von höchstens 30° um den Nulldurchgang der Wechselspannung und/oder das pπmarseitige Strommaximum, weiter vorzugsweise im Wesentlichen in dem Nulldurchgang der Wechselspannung und/oder dem pπmarseitigen Strommaximum, erfolgt60 ° about a zero crossing of the AC voltage and / or a pπmarseitiges current maximum, preferably in the range of a phase angle of at most 30 ° to the zero crossing of the AC voltage and / or pπmarseitige current maximum, more preferably substantially in the zero crossing of the AC voltage and / or pπmarseitigen current maximum , he follows
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Offnen der Schalteinrichtung (102 2) zu einem Zeitpunkt erfolgt, aus dem ein Wert der Remanenz resultiert, der wenigstens 60% der in einem Normalbetrieb des magnetischen Kreises bei der Wechselspannung maximal möglichen Remanenz betragt, vorzugsweise wenigstens 80% der in einem Normalbetrieb des magnetischen Kreises bei der Wechselspannung maximal möglichen Remanenz beträgt.Method according to one of claims 4 to 7, characterized in that the opening of the switching device (102 2) takes place at a time from which a value of the remanence results, which is at least 60% of the maximum in a normal operation of the magnetic circuit at the AC voltage possible Remanence amounts, preferably at least 80% of the normal operation of the magnetic circuit at the AC voltage maximum possible remanence is.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung (102.2) nach Art eines Vakuum-Schalters ausgebildet ist.9. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the switching device (102.2) is designed in the manner of a vacuum switch.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es bei der Energieversorgung einer Traktionseinrichtung des Schienenfahrzeugs (101) verwendet wird.10. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that it is used in the power supply of a traction device of the rail vehicle (101).
11. Energiezufuhreinrichtung zu einer Transformatoreinrichtung (102.3) eines Schienenfahrzeugs, mit - einer Schaiteinrichtung (102.2) zum Schalten der Transformatoreinrichtung (102.3) an eine Wechselspannung liefernde Energieversorgungseinrichtung (103) eines Bahnstromnetzes, wobei11. Energy supply device to a transformer device (102.3) of a rail vehicle, comprising - a Schaiteinrichtung (102.2) for switching the transformer device (102.3) to an AC voltage supplying power supply device (103) of a traction current network, said
- die Transformatoreinrichtung (102.3) durch Schließen der Schalteinrichtung- The transformer device (102.3) by closing the switching device
(102.2) zu einem Einschaitzeitpunkt mit der Energieversorgungseinrichtung (103) verbindbar ist,(102.2) at a Einschaitzeitpunkt with the power supply device (103) is connectable,
- die Schalteinrichtung (102.2) zwischen die Energieversorgungseinrichtung (103) und eine Primärseite eines magnetischen Kreises der Transformatoreinrichtung- The switching device (102.2) between the power supply device (103) and a primary side of a magnetic circuit of the transformer device
(102.3) schaltbar ist und ein Verbraucher (104) elektrischer Energie auf eine Sekundärseite des magnetischen Kreises der Transformatoreinrichtung (102.3) schaltbar ist und(102.3) is switchable and a consumer (104) of electrical energy to a secondary side of the magnetic circuit of the transformer device (102.3) is switchable and
- die Schalteinrichtung (102.2) dazu ausgebildet ist, den Einschaltzeitpunkt in Abhängigkeit von einem zeitlichen Verlauf der Wechselspannung zu bestimmen, dadurch gekennzeichnet, dass- The switching device (102.2) is adapted to determine the switch-on as a function of a time course of the AC voltage, characterized in that
- die Schalteinrichtung (102.2) dazu ausgebildet ist, den Einschaltzeitpunkt unter Verwendung einer Remanenzinformation, insbesondere einer in der- The switching device (102.2) is adapted to the switch-on using remanence information, in particular one in the
Schalteinrichtung (102.2) gespeicherten Remanenzinformation, zu bestimmen, wobeiSwitching device (102.2) stored remanence information to determine, where
- die Remanenzinformation für eine aktuelle Remanenz des magnetischen Kreises unmittelbar vor dem Einschaltzeitpunkt repräsentativ ist. Energiezufuhreinπchtung nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dassthe remanence information is representative of a current remanence of the magnetic circuit immediately before the turn-on time. Energiezufuhreinπchtung according to claim 11, characterized in that
- die Schalteinπchtung (102 2) dazu ausgebildet ist, den Einschaltzeitpunkt im Fall eines von dem Wert Null abweichenden Betrags der aktuellen Remanenz in Abhängigkeit von einer ersten Polarität der aktuellen Remanenz zu bestimmen, wobei- The Schalteinπchtung (102 2) is adapted to determine the switch-on in the case of a deviating from the value of zero amount of the current remanence in response to a first polarity of the current remanence, wherein
- sich nach dem Einschaltzeitpunkt durch einen Energiefluss aus der Energieversorgungseinπchtung (103) in dem magnetischen Kreis ein magnetischer Fluss mit einer zweiten Polarität aufbaut und- After the switch-on by an energy flow from the Energieversorgungseinπchtung (103) in the magnetic circuit, a magnetic flux with a second polarity builds up and
- die Schalteinrichtung (102 2) den Einschaitzeitpunkt derart bestimmt, dass die zweite Polarität zu der ersten Polarität entgegengesetzt ist- The switching device (102 2) determines the Einschaitzeitpunkt such that the second polarity is opposite to the first polarity
Energiezufuhreinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dassEnergy supply device according to claim 12, characterized in that
- sich nach dem Einschaitzeitpunkt in dem magnetischen Kreis bei einem maximalen Betrag der Wechselspannung ein erster magnetischer Fluss aufgebaut hat und - die Schalteinπchtung (102 2) den Einschaltzeitpunkt derart bestimmt, dass die aktuelle Remanenz durch den ersten magnetischen Fluss im Wesentlichen aufgehoben wird- After the Einschaitzeitpunkt in the magnetic circuit at a maximum amount of AC voltage has built up a first magnetic flux and - the Schalteinπchtung (102 2) determines the switch-on such that the current remanence is substantially canceled by the first magnetic flux
Energiezufuhreinπchtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinπchtung (102 2) dazu ausgebildet ist, die Remanenzinformation bei einem dem Schließen der Schalteinrichtung (102 2) unmittelbar vorangehenden Offnen der Schalteinrichtung (102 2) zu ermittelnEnergiezufuhreinπchtung according to one of claims 11 to 13, characterized in that the Schalteinπchtung (102 2) is adapted to determine the remanence information at a closing of the switching device (102 2) immediately preceding the opening of the switching device (102 2)
Energiezufuhreinrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung (102 2) dazu ausgebildet ist, die die Remanenzinformation unter Verwendung einer Polarität und/oder einer Amplitude eines Stromfiusses in der Transformatoreinπchtung (102 3), insbesondere eines Stromflusses in derEnergy supply device according to claim 14, characterized in that the switching device (102 2) is adapted to the remanence information using a polarity and / or amplitude of a Stromfius in the Transformatoreinπchtung (102 3), in particular a current flow in the
Pnmarseite der Transformatoreinrichtung (102 3), zum Zeitpunkt des Offnens der Schalteinrichtung (102 2) zu ermittelnPnmarseite the transformer device (102 3), at the time of opening the switching device (102 2) to determine
Energiezufuhreinπchtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung (102 2) dazu ausgebildet ist, das Offnen und/oder Schließen der Schalteinrichtung (102 2) bei sekundarseitig abgetrenntem Verbraucher (104) vorzunehmen Energiezufuhreinπchtung according to claim 14 or 15, characterized in that the switching device (102 2) is adapted to make the opening and / or closing of the switching device (102 2) at secondary side consumer isolated (104)
17. Energiezufuhreinrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung (102.2) dazu ausgebildet ist, das Öffnen der Schalteinrichtung (102.2) im Bereich eines Phasenwinkels von höchstens 60° um einen Nulldurchgang der Wechselspannung und/oder ein primärseitiges Strommaximum, vorzugsweise im Bereich eines Phasenwinkels von höchstens 30° um den Nulldurchgang der Wechselspannung und/oder dass primärseitige Strommaximum, weiter vorzugsweise im Wesentlichen in dem Nulldurchgang der Wechselspannung und/oder dem primärseitigen Strommaximum, vorzunehmen.17. Energy supply device according to one of claims 14 to 16, characterized in that the switching device (102.2) is adapted to open the switching device (102.2) in the range of a phase angle of at most 60 ° to a zero crossing of the AC voltage and / or a primary-side current maximum , Preferably in the range of a phase angle of at most 30 ° to the zero crossing of the AC voltage and / or that primary-side current maximum, more preferably substantially in the zero crossing of the AC voltage and / or the primary-side current maximum to make.
18. Energiezufuhreinrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung (102.2) dazu ausgebildet ist, das Öffnen der Schalteinrichtung (102.2) zu einem Zeitpunkt vorzunehmen, aus dem ein Wert der Remanenz resultiert, der wenigstens 60% der in einem Normalbetrieb des magnetischen Kreises bei der Wechselspannung maximal möglichen Remanenz beträgt, vorzugsweise wenigstens 80% der in einem Normalbetrieb des magnetischen Kreises bei der Wechselspannung maximal möglichen Remanenz beträgt.18. Energy supply device according to one of claims 14 to 17, characterized in that the switching device (102.2) is adapted to make the opening of the switching device (102.2) at a time from which results in a value of remanence, at least 60% of in a normal operation of the magnetic circuit at the AC voltage is maximum possible remanence, preferably at least 80% of the maximum in a normal operation of the magnetic circuit at the AC voltage is possible remanence.
19. Energiezufuhreinrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung (102.2) wenigstens einen Vakuum- Schalter (102.5) umfasst.19. Energy supply device according to one of claims 11 to 18, characterized in that the switching device (102.2) comprises at least one vacuum switch (102.5).
20. Schienenfahrzeug mit20. Rail vehicle with
- einem Verbraucher (104) elektrischer Energie, insbesondere einer elektrischen Traktionseinrichtung als Verbraucher, und- A consumer (104) of electrical energy, in particular an electric traction device as a consumer, and
- einer Energiezufuhreinrichtung (102) nach einem der Ansprüche 11 bis 19, wobei- An energy supply device (102) according to any one of claims 11 to 19, wherein
- die Schalteinrichtung (102.2) zwischen die Energieversorgungseinrichtung (103) und die Primärseite eines magnetischen Kreises der Transformatoreinrichtung- The switching device (102.2) between the power supply device (103) and the primary side of a magnetic circuit of the transformer device
(102.3) geschaltet ist und der Verbraucher (104) auf der Sekundärseite des magnetischen Kreises der Transformatoreinrichtung (102.3) geschaltet ist.(102.3) is switched and the load (104) on the secondary side of the magnetic circuit of the transformer device (102.3) is connected.
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PCT/EP2010/055905 2009-04-30 2010-04-30 Method and device for connecting a transformer apparatus of a rail vehicle to an energy supply apparatus providing an alternating voltage, taking into consideration the remanence WO2010125183A1 (en)

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