WO2015193064A1 - Bahnspeisegleichrichter und verfahren zum betreiben eines bahnspeisegleichrichters - Google Patents

Bahnspeisegleichrichter und verfahren zum betreiben eines bahnspeisegleichrichters Download PDF

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WO2015193064A1
WO2015193064A1 PCT/EP2015/061566 EP2015061566W WO2015193064A1 WO 2015193064 A1 WO2015193064 A1 WO 2015193064A1 EP 2015061566 W EP2015061566 W EP 2015061566W WO 2015193064 A1 WO2015193064 A1 WO 2015193064A1
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rectifier
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feed rectifier
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PCT/EP2015/061566
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Tomas Greif
Georg Kuderewski
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/02—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal
    • H02M7/04—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/12—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/125—Avoiding or suppressing excessive transient voltages or currents
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
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Definitions

  • the invention relates to web feed rectifier according to the preamble of claim 1.
  • rail feed rectifiers with diodes are used.
  • the diode rectifiers are provided on the DC side with a protection circuit (typically RC circuit, that is, an arrangement having a capacitor and a resistor) and a base load resistor.
  • the purpose of the protective circuit is to protect the diodes against internal and partly against external overvoltages.
  • the capacitors used in the wiring can still charge to values that are inadmissible according to EN 50163 during overvoltage damping. This problem arises especially when the rectifier is idling, because then a particularly high voltage is applied to the DC voltage output.
  • a base load resistor is used in parallel with the RC circuit, which causes a rapid discharge of the circuit capacitors and thus significantly reduces the output voltage of the rectifier - especially at idle.
  • 750 V rail feed systems use base load resistors with a value between 1 kOhm and 2 kOhm. If, for example, an open-circuit voltage of approx. 800 V is assumed, losses of approx. 300 W to 600 W result. These losses occur almost constantly since, viewed over one day, a train food rectifier most of the time is idle or operated with a low load.
  • the losses are only slightly reduced to approx. 280 W to 560 W.
  • the DC voltage is significantly lower than during idling.
  • the losses are also incurred in the load case, although the function of the base load resistor is not needed here.
  • M0110276029 as of 24.10.2005, a generic railway rectifier for powering DC railways in local and long-distance traffic is known;
  • the diode rectifier is equipped with uncontrolled three-phase bridge circuits in 6-pulse or 12-pulse versions (operating instructions pages 2, 17).
  • One or more diodes can be connected in parallel in each branch of the three-phase bridge circuit.
  • a three-phase alternating voltage or a 2x3-phase alternating voltage is applied to the three-phase inputs of the diode rectifier (operating instructions page 17).
  • Another disadvantage is an increase in the probability of failure due to a comparatively increased stress on the components.
  • the invention solves this problem by the features of the characterizing part of claim 1 and by a method according to claim 15.
  • the base load resistance is activated via the voltage-controlled switching device.
  • the base load resistor is activated at an output voltage level of the train rectifier rectifier which is, for example, 5% below the permissible standard value, so that the base load resistance only becomes effective for overvoltage spikes.
  • the disadvantages of the prior art are overcome because losses on the base load resistance only occur when the
  • Base load resistance must actually be used. In regular rectifier operation, the losses on the base load resistor are reduced to almost zero.
  • the base load resistor In idling, light load and rated operation (close to 100% of the operating time), the base load resistor remains switched off via the switching device and causes no losses. At idle, the capacitor charges to the peak value of the three-phase voltage; then it discharges so geringmos- gig / that is to start from a constant DC voltage at the rectifier output with a voltage ripple of close to 0% until the next vertex of the three-phase voltage by self-discharge.
  • Another advantage of the invention is that the size of the base load resistor can be significantly reduced, since the resistance is applied only sporadically and not permanently with losses.
  • Rail feed rectifiers operate nearly 100% of the time and are only sporadically shut down for maintenance (for example, one day per year). Depending on the railway feed rectifier, for example, losses of 300 W to 600 W can be saved, which, when the invention is used, leads to an energy saving of 2.6 MWh to 5.2 MWh per year and corresponds to a corresponding cost saving in continuous operation.
  • a second DC-side circuit branch is provided, which has a voltage measuring device for measuring the direct voltage side DC voltage applied and the output side is connected to the voltage-controlled switching device.
  • the switching device has a mechanical switch. This is an advantage because mechanical switches are particularly simple.
  • the switching device has an electronic switch. This is advantageous because electronic switches are comparatively fast to switch and relatively low maintenance.
  • the switching device has an insulated gate bipolar transistor (IGBT).
  • IGBT insulated gate bipolar transistor
  • An IGBT can be beneficial be used because it is a widely used component as an example of an electronic switch.
  • the switching device has a voltage divider and a zener diode. This is advantageous because the ignition circuit of an electronic switch is simple.
  • the switching device is provided with a voltage-dependent control, which has a hysteresis. This is an advantage because in this way the base load resistance is not immediately switched off again as soon as the measured DC voltage falls below the upper limit again.
  • the switching device is set up to switch on the base load resistor for a predetermined period of time.
  • the switching device is set up to switch off the base load resistor when the DC voltage reaches a previously defined lower limit value. This is an advantage because in this way the
  • Voltage range in which the base load resistor is switched on can be precisely determined.
  • the lower limit value is the no-load voltage of the web feed rectifier.
  • the voltage rectifier arrangement comprises at least one three-phase bridge circuit. This is an advantage because three-phase bridge circuits are suitable for the connection of multiphase AC sources.
  • the three-phase bridge circuit 6 is designed to be pulse-shaped.
  • the three-phase bridge circuit 12 is pulse-shaped.
  • the three-phase bridge circuit has at least one diode in each branch. This is an advantage because an alternating voltage is rectified by means of the diodes.
  • the first DC-side circuit branch of the voltage rectifier arrangement is connected in parallel.
  • the capacitor and the coil are connected in series in the first DC-side circuit branch.
  • the base load resistor is arranged in a further DC voltage side circuit branch.
  • the base load resistor is connected in parallel with the capacitor in the first DC voltage-side circuit branch.
  • the subject of the present invention is a method for operating a web feed rectifier in accordance with the invention, taking into account a DC voltage applied DC voltage by means of the switching device of the base load resistor, whereby the capacitor is discharged via the base load resistor when the DC voltage reaches a predetermined upper limit.
  • Figure 2 shows a first embodiment of a web feed rectifier
  • FIG. 3 shows a second embodiment of a web feed rectifier and FIG. 4 shows an example of a voltage-current characteristic of a train-feed rectifier according to the invention.
  • a known train feed rectifier 1 has a voltage rectification arrangement 11 with an AC voltage side 25 and a DC voltage side 26.
  • Three phases L1, L2, L3 of a three-phase network are connected to the web feed rectifier 1 by means of a three-phase bridge circuit in a 6-pulse design.
  • the three-phase bridge circuit has two diodes V1-V6 in each branch.
  • the voltage rectifier arrangement 11 is followed by a first DC voltage-side circuit branch 12, which has a capacitor C and a resistor R 1 in series connection.
  • the first DC-side circuit branch 12, a base load resistor RG is connected downstream in a second DC side circuit branch 13.
  • At the connection L + and L- is a DC output voltage, which is fed into the traction current network.
  • FIG. 2 shows a first exemplary embodiment of a web-fed rectifier according to the invention, in which the same components as in FIG. 1 are identified by the same reference numerals.
  • a voltage-controlled switching device 30 is assigned to the base-load resistor R G or connected to the DC voltage side 26. This is suitable for connecting the base load resistor R G if a DC voltage U present on the DC voltage side 26 has a predetermined upper limit
  • the switching device 30 comprises a voltage measuring device 3, which communicates via a connection 15 with a switch 4.
  • the switch 4 is designed as a simple mechanical switch.
  • the capacitor C is discharged when the base load resistor is switched on, and the DC voltage U between L + and L- does not exceed the defined permissible value.
  • the spanish tion-dependent control of the switching device 30 is provided with a hysteresis, so that the switching device 30 remains closed during the removal of the DC voltage U some ms.
  • FIG. 3 shows a second exemplary embodiment of a web-fed rectifier according to the invention, in which the same components as in FIG. 1 are identified by the same reference numerals.
  • a voltage-controlled switching device 31 is assigned to the base load resistor R G in FIG. This is suitable to switch on the base load resistor R G when a voltage applied to the DC side 26 DC voltage U reaches a predetermined upper limit.
  • the switching device 31 comprises in a third DC side circuit branch 14, a voltage divider 12 ', which has the resistors R2, R3, R4.
  • a Zener diode 16 Connected to the resistor R4 is a Zener diode 16 with a reverse direction to R4, which is connected by means of the terminal 18 to the gate of an insulated-gate bipolar transistor (IGBT) 19 as an electronic switch. Not all details of the control module are shown.
  • IGBT insulated-gate bipolar transistor
  • the base load resistor R G is switched on when a voltage applied to the DC side - ie between L + and L- - DC voltage U reaches a predetermined upper limit.
  • FIG. 4 shows an example of a voltage-current characteristic curve 25 of a web-fed rectifier 2, 10 according to the invention as shown in FIG. 2 or 3.
  • the axes for voltage and current are identified by U and I.
  • the characteristic curve 25 shows that with increasing current I - ie increasing load - the voltage U at the DC voltage output decreases linearly from the mean value of the conventional open circuit voltage of the rectifier rectifier.
  • the upper limit value 23 is, for example, 95% of the standard limit 24.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Rectifiers (AREA)

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist Bahnspeisegleichrichter (2,10), mit einer Spannungsgleichrichteanordnung (11) mit einer Wechselspannungsseite (25) und einer Gleichspannungsseite (26), und einem ersten gleichspannungsseitigen Schaltungszweig (12), der einen Kondensator (C) und einen Widerstand (R1) aufweist, und einem Grundlastwiderstand (RG), dadurch gekennzeichnet, dass eine spannungsgesteuerte Schalteinrichtung (30,31) dem Grundlastwiderstand (RG) zugeordnet ist, die geeignet ist, den Grundlastwiderstand (RG) zuzuschalten, wenn eine auf der Gleichspannungsseite (26) anliegende Gleichspannung (U) einen vorher festgelegten oberen Grenzwert erreicht. Weiterhin ist ein Verfahren zum Betreiben eines Bahnspeisegleichrichters Gegenstand der Erfindung.

Description

Beschreibung
Bahnspeisegleichrichter und Verfahren zum Betreiben eines Bahnspeisegleichrichters
Die Erfindung betrifft Bahnspeisegleichrichter gemäß dem Oberbegriff des Anspruch 1.
In der Bahnstromversorgung für Nah- und Fernverkehr werden Bahnspeisegleichrichter mit Dioden eingesetzt. Die Diodengleichrichter sind auf der Gleichspannungsseite (DC-Seite) mit einer Schutzbeschaltung (in der Regel RC -Beschaltung, d.h. mit einer Anordnung, die einen Kondensator und einen Widerstand aufweist) und einem Grundlastwiderstand ausgestat- tet . Die Aufgabe der Schutzbeschaltung besteht darin, die Dioden gegen interne und teilweise auch gegen externe Überspannungen zu schützen.
Die in der Beschaltung eingesetzten Kondensatoren können sich während der Überspannungsbedämpfung trotzdem auf Werte aufladen, die gemäß der Norm EN 50163 unzulässig sind. Dieses Problem ergibt sich besonders im Leerlauf des Gleichrichters, weil dann eine besonders hohe Spannung am Gleichspannungsaus- gang anliegt.
Um die unzulässige Beanspruchung der Bahnstromversorgung zu verhindern, wird ein Grundlastwiderstand parallel zu der RC- Beschaltung eingesetzt, was eine schnelle Entladung der Be- schaltungskondensatoren bewirkt und damit signifikant die AusgangsSpannung des Gleichrichters - insbesondere im Leerlauf - reduziert. Es entstehen dabei jedoch elektrische Verluste, die einen wesentlichen Nachteil der bekannten Bahnspeisegleichrichter darstellen. Typischerweise werden bei 750 V Bahnspeisesystemen Grundlastwiderstände mit einem Wert zwi- sehen 1 kOhm und 2 kOhm eingesetzt. Wird beispielsweise von einer LeerlaufSpannung von ca. 800 V ausgeht, ergeben sich Verluste von ca. 300 W bis 600 W. Diese Verluste entstehen dabei fast ständig, da über einen Tag betrachtet ein Bahn- speisegleichrichter die meiste Zeit im Leerlauf oder mit einer Schwachlast betrieben wird. Während der Nennbelastung bei 750 V reduzieren sich die Verluste nur geringfügig auf ca. 280 W bis 560 W. Im Lastfall ist die Gleichspannung deutlich niedriger als im Leerlauf. Die Verluste fallen auch im Lastfall an, obwohl die Funktion des Grundlastwiderstandes hier nicht gebraucht wird.
Aus der „Betriebsanleitung Version 3.0.0, Sitras REC, Dioden- gleichrichter für DC Bahnstromversorgung", Kennnummer
M0110276029, Stand 24.10.2005, ist ein gattungsgemäßer Bahnspeisegleichrichter zur Stromversorgung von Gleichstrombahnen im Nah- und Fernverkehr bekannt; dabei ist der Diodengleichrichter mit ungesteuerten Drehstrombrückenschaltungen in 6- pulsiger oder 12-pulsiger Ausführung versehen (Betriebsanleitung Seiten 2,17) . In jeden Zweig der Drehstrombrückenschal - tung können eine oder mehrere Dioden parallel geschaltet sein. An die Drehstromeingänge des Diodengleichrichters ist eine 3 -Phasen-Wechselspannung oder eine 2x3-Phasen-Wechsel- Spannung angelegt (Betriebsanleitung Seite 17) . An den
Gleichstrom-Ausgang des Diodengleichrichters ist ein ohmscher Grundlastwiderstand angeschlossen (Betriebsanleitung Seite 19) . Es ist im Stand der Technik ferner bekannt, die Verluste durch eine Vergrößerung des Grundlastwiderstandswerts zu verringern, weil die Verlustleistung umgekehrt proportional zum Widerstandswert ist. Dies hat den Nachteil, dass die Ausgangsspannung des Gleichrichters im Leerlauf deutlich höhere mittlere Spannungswerte aufweist, die knapp unter den zulässigen Normwerten liegen oder sie sogar überschreiten. Die Entladung des Kondensators erfolgt dabei deutlich langsamer, was nachteilig ist. Es ist weiterhin nicht möglich, die die zu einer Überladung der Kondensatoren führenden Überspannungen korrekt zu berechnen. Aus diesem Grund wird i.d.R. eine gewisse Reserve in der Auslegung des Bahnspeisegleichrichters notwendig, was den Bahnspeisegleichrichter verteuert. Ein weiterer Nachteil ist eine Erhöhung der Ausfallwahrscheinlichkeit durch eine vergleichsweise erhöhte Spannungsbelastung der Bauelemente. Für die Erfindung stellt sich ausgehend von dem bekannten Bahnspeisegleichrichter die technische Aufgabe, einen Bahnspeisegleichrichter bereit zu stellen, bei dem insbesondere im Leerlauf elektrische Verluste vergleichsweise verringert werden, was im Betrieb Kosten einspart sowie die elektrische Beanspruchung des Bahnspeisegleichrichters verringert und somit die Lebensdauer erhöht.
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruch 1 sowie durch ein Verfahren gemäß Anspruch 15.
Folglich wird der Grundlastwiderstand über die spannungsgesteuerte Schalteinrichtung aktiviert. Die Aktivierung des Grundlastwiderstandes erfolgt bei einem Ausgangsspannungsle- vel des Bahnspeisegleichrichters, der beispielsweise 5% unter dem zulässigen Normwert liegt, sodass nur bei Überspannungs- spitzen der Grundlastwiderstand wirksam wird. Auf diese Weise werden die Nachteile des Standes der Technik überwunden, weil Verluste am Grundlastwiderstand nur auftreten, wenn der
Grundlastwiderstand tatsächlich eingesetzt werden muss. Im regulären Gleichrichterbetrieb werden die an dem Grundlastwiderstand anfallenden Verluste auf fast Null reduziert.
Im Leerlauf-, Schwachlast- und Nennbetrieb (nah zu 100% der Betriebszeit) bleibt der Grundlastwiderstand über die Schalteinrichtung abgeschaltet und verursacht keine Verluste. Im Leerlauf lädt sich der Kondensator auf den Scheitelwert der Drehspannung; anschließend entlädt er sich bis zum nächsten Scheitel der Drehspannung durch Selbstentladung so geringfü- gig/ dass von einer konstanten Gleichspannung am Gleichrichterausgang mit einer Spannungswelligkeit von nahe 0% auszugehen ist. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Baugröße des Grundlastwiderstandes deutlich reduziert werden kann, da der Widerstand nur sporadisch und nicht permanent mit Verlusten beaufschlagt wird.
Bahnspeisegleichrichter befinden sich fast 100% der Zeit im Betrieb und werden nur sporadisch für Wartungsarbeiten (z.B. für einen Tag pro Jahr) abgeschaltet. Es können je nach Bahnspeisegleichrichter beispielsweise Verluste von 300 W bis 600 W eingespart werden, was bei Einsatz der Erfindung zu einer Energieersparnis von 2,6 MWh bis 5,2 MWh jährlich führt und einer entsprechenden Kostenersparnis im Dauerbetrieb entspricht . In einer bevorzugten und vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bahnspeisegleichrichters ist ein zweiter gleichspannungsseitiger Schaltungszweig vorgesehen, der eine Spannungsmesseinrichtung für das Messen der gleichspannungs- seitig anliegenden Gleichspannung aufweist und ausgangsseitig mit der spannungsgesteuerten Schalteinrichtung verbunden ist.
In einer anderen bevorzugten und vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bahnspeisegleichrichters weist die Schalteinrichtung einen mechanischen Schalter auf. Dies ist ein Vorteil, weil mechanische Schalter besonders einfach aufgebaut sind.
In einer weiteren bevorzugten und vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bahnspeisegleichrichters weist die Schalteinrichtung einen elektronischen Schalter auf. Dies ist vorteilhaft, weil elektronische Schalter vergleichsweise schnell zu schalten und vergleichsweise wartungsarm sind.
In einer bevorzugten Weiterbildung der vorgenannten Ausfüh- rungsform des erfindungsgemäßen Bahnspeisegleichrichters weist die Schalteinrichtung einen insulated-gate bipolar transistor (IGBT) auf. Ein IGBT kann in vorteilhafter Weise eingesetzt werden, weil es sich um ein weit verbreitetes Bauteil als Beispiel für einen elektronischen Schalter handelt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungs- gemäßen Bahnspeisegleichrichters weist die Schalteinrichtung einen Spannungsteiler und eine Zenerdiode auf. Dies ist vorteilhaft, weil der Zündkreis eines elektronischen Schalters einfach aufgebaut ist. In einer anderen bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bahnspeisegleichrichters ist die Schalteinrichtung mit einer spannungsabhängigen Steuerung versehen, die eine Hysterese aufweist. Dies ist ein Vorteil, weil auf diese Weise der Grundlastwiderstand nicht sofort wieder abgeschaltet wird, sobald die gemessene Gleichspannung den oberen Grenzwert wieder unterschreitet.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bahnspeisegleichrichters die Schalteinrichtung einge- richtet ist, für eine vorbestimmte Zeitspanne den Grundlastwiderstand zuschalten. Auch hier ergibt sich der Vorteil, dass der Grundlastwiderstand nicht sofort wieder abgeschaltet wird, sobald die gemessene Gleichspannung den oberen Grenzwert wieder unterschreitet.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform des erfindungs- gemäßen Bahnspeisegleichrichters die Schalteinrichtung eingerichtet ist, den Grundlastwiderstand abzuschalten, wenn die Gleichspannung einen vorher festgelegten unteren Grenzwert erreicht. Dies ist ein Vorteil, weil auf diese Weise der
Spannungsbereich, in dem der Grundlastwiderstand zugeschaltet wird, genau festgelegt werden kann.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungs- gemäßen Bahnspeisegleichrichters ist der untere Grenzwert die LeerlaufSpannung des Bahnspeisegleichrichters. Dies ist ein Vorteil, weil auf diese Weise keine Verluste im Grundlastwi- derstand während eines Leerlaufs des Gleichrichters entstehen .
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform des erfindungs- gemäßen Bahnspeisegleichrichters umfasst die Spannungsgleich- richteanordnung mindestens eine Drehstrombrückenschaltung . Dies ist ein Vorteil, weil Drehstrombrückenschaltungen für das Anschließen von mehrphasigen Wechselspannungsquellen geeignet sind.
In einer weiteren bevorzugten und vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bahnspeisegleichrichters ist die Drehstrombrückenschaltung 6 -pulsig ausgeführt. In einer anderen bevorzugten und vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bahnspeisegleichrichters ist die Drehstrombrückenschaltung 12 -pulsig ausgeführt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungs- gemäßen Bahnspeisegleichrichters weist die Drehstrombrückenschaltung in jedem Zweig mindestens eine Diode auf. Dies ist ein Vorteil, weil mittels der Dioden eine WechselSpannung gleichgerichtet wird. In einer anderen bevorzugten und vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bahnspeisegleichrichters ist der erste gleichspannungsseitige Schaltungszweig der Spannungs- gleichrichteanordnung parallel geschaltet. In einer weiteren bevorzugten und vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bahnspeisegleichrichters sind im ersten gleichspannungsseitigen Schaltungszweig Kondensator und Spule in Reihe geschaltet. In einer anderen bevorzugten und vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bahnspeisegleichrichters ist der Grundlastwiderstand in einem weiteren gleichspannungsseitigen Schaltungszweig angeordnet. In einer weiteren bevorzugten und vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bahnspeisegleichrichters ist der Grundlastwiderstand dem Kondensator im ersten gleichspan- nungsseitigen Schaltungszweig parallel geschaltet.
Weiterhin ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines Bahnspeisegleichrichters bei dem erfindungsgemäß unter Berücksichtigung einer gleichspannungs- seitig anliegenden Gleichspannung mittels der Schalteinrichtung der Grundlastwiderstand zugeschaltet wird, wodurch der Kondensator über den Grundlastwiderstand entladen wird, wenn die Gleichspannung einen vorher festgelegten oberen Grenzwert erreicht .
Es ergeben sich für das erfindungsgemäße Verfahren sinngemäß die gleichen Vorteile wie eingangs für den erfindungsgemäßen Bahnspeisegleichrichter erläutert . Nachfolgend werden anhand von Figuren bevorzugte Ausführungs- beispiele des erfindungsgemäßen Bahnspeisegleichrichters beschrieben. Die Ausführungsbeispiele sind dabei so zu verstehen, dass einzelne Merkmale zwischen den verschiedenen Ausführungsbeispielen durchaus im Sinne der Erfindung neu kombi- niert werden können.
Dabei zeigen
Figur 1 ein Beispiel für einen bekannten Bahnspeisegleichrichter und
Figur 2 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Bahnspeisegleichrichters und
Figur 3 ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Bahnspeisegleichrichters und Figur 4 ein Beispiel für eine Spannung-Strom-Kennlinie eines erfindungsgemäßen Bahnspeisegleichrichters . Ein bekannter Bahnspeisegleichrichter 1 weist eine Spannungs- gleichrichteanordnung 11 mit einer Wechselspannungsseite 25 und einer Gleichspannungsseite 26 auf. Drei Phasen L1,L2,L3 eines Drehstromnetzes sind mittels einer Drehstrombrücken- schaltung in 6 -pulsiger Ausführung am Bahnspeisegleichrichter 1 angeschlossen. Die Drehstrombrückenschaltung weist in jedem Zweig zwei Dioden V1-V6 auf. Auf der Gleichspannungsseite 26 ist der Spannungsgleichrichteanordnung 11 ein erster gleich- spannungsseitiger Schaltungszweig 12 nachgeordnet, der in Reihenschaltung einen Kondensator C und einen Widerstand Rl aufweist. Dem ersten gleichspannungsseitigen Schaltungszweig 12 ist in einem zweiten gleichspannungsseitigen Schaltungszweig 13 ein Grundlastwiderstand RG nachgeschaltet. An dem Anschluss L+ und L- liegt eine Ausgangsgleichspannung an, die ins Bahnstromnetz gespeist wird.
In der Figur 2 ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Bahnspeisegleichrichters gezeigt, bei dem die gleichen Bauelemente wie in Figur 1 mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet sind. Zusätzlich ist in Figur 2 in ei- nem dritten gleichspannungsseitigen Schaltungszweig 14 eine spannungsgesteuerte Schalteinrichtung 30 dem Grundlastwiderstand RG zugeordnet bzw. an die Gleichspannungsseite 26 angeschlossen. Diese ist geeignet, den Grundlastwiderstand RG zuzuschalten, wenn eine auf der Gleichspannungsseite 26 anlie- gende Gleichspannung U einen vorher festgelegten oberen
Grenzwert erreicht. Hierfür umfasst die Schalteinrichtung 30 eine Spannungsmesseinrichtung 3, die über eine Verbindung 15 mit einem Schalter 4 kommuniziert. Der Schalter 4 ist als einfacher mechanischer Schalter ausgebildet.
Der Kondensator C wird bei zugeschaltetem Grundlastwiderstand entladen, und die Gleichspannung U zwischen L+ und L- überschreitet den definierten zulässigen Wert nicht. Die span- nungsabhangige Steuerung der Schalteinrichtung 30 ist mit einer Hysterese versehen, sodass die Schalteinrichtung 30 während des Abbaus der Gleichspannung U einige ms geschlossen bleibt .
In der Figur 3 ist ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Bahnspeisegleichrichters gezeigt, bei dem die gleichen Bauelemente wie in Figur 1 mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet sind. Zusätzlich ist in Figur 3 eine spannungsgesteuerte Schalteinrichtung 31 dem Grundlastwiderstand RG zugeordnet. Diese ist geeignet, den Grundlastwiderstand RG zuzuschalten, wenn eine auf der Gleichspannungsseite 26 anliegende Gleichspannung U einen vorher festgelegten oberen Grenzwert erreicht. Hierfür umfasst die Schalteinrichtung 31 in einem dritten gleichspannungsseitigen Schaltungszweig 14, einen Spannungsteiler 12', der die Widerstände R2 , R3 , R4 aufweist. An den Widerstand R4 ist eine Zenerdiode 16 mit Sperrrichtung zu R4 hin angeschlossen, die mittels des Anschlusses 18 mit dem Gate eines insulated-gate bipolar tran- sistor (IGBT) 19 als elektronischem Schalter verbunden ist. Nicht alle Details der Ansteuerbaugruppe sind dargestellt.
Auf diese Weise wird der Grundlastwiderstand RG zugeschaltet, wenn eine auf der Gleichspannungsseite - also zwischen L+ und L- - anliegende Gleichspannung U einen vorher festgelegten oberen Grenzwert erreicht .
Die Figur 4 zeigt ein Beispiel für eine Spannung-Strom-Kennlinie 25 eines erfindungsgemäßen Bahnspeisegleichrichters 2, 10 gemäß Figur 2 oder 3. Die Achsen für Spannung und Strom sind mit U und I gekennzeichnet. Die Kennlinie 25 zeigt, dass mit steigendem Strom I - also steigender Last - die Spannung U am Gleichspannungsausgang linear vom Mittelwert der konventionellen LeerlaufSpannung des Bahnspeisegleichrichters ab- sinkt. Die LeerlaufSpannung des Bahnspeisegleichrichters 2,
10 hat bei keiner Last einen Sinusscheitelwert 22. Steigt nun durch Überladung des Kondensators die Spannung U am Gleichspannungsausgang im Leerlauf immer weiter an, so erreicht sie den vorher festgelegten oberen Grenzwert 23, bei dem der Grundlastwiderstand zugeschaltet wird. Die Überspannung wird bis zum Erreichen der LeerlaufSpannung 22 abgebaut und eine Überbeanspruchung des Bahnspeisegleichrichters vermieden, weil die Spannung nicht bis auf die Normgrenze 24 ansteigen kann .
Dabei liegt der obere Grenzwert 23 beispielsweise bei 95% der Normgrenze 24.

Claims

Patentansprüche
1. Bahnspeisegleichrichter (2,10), mit
einer Spannungsgleichrichteanordnung (11) mit einer Wechsels- pannungsseite (25) und einer Gleichspannungsseite (26) , und einem ersten gleichspannungsseitigen Schaltungszweig (12), der einen Kondensator (C) und einen Widerstand (Ri) aufweist, und
einem Grundlastwiderstand (RG) ,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
eine spannungsgesteuerte Schalteinrichtung (30,31) dem Grundlastwiderstand (RG) zugeordnet ist, die geeignet ist, den Grundlastwiderstand (RG) zuzuschalten, wenn eine auf der Gleichspannungsseite (26) anliegende Gleichspannung (U) einen vorher festgelegten oberen Grenzwert erreicht.
2. Bahnspeisegleichrichter (2,10) nach Anspruch 1,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
ein zweiter gleichspannungsseitiger Schaltungszweig (14) vor- gesehen ist, der eine Spannungsmesseinrichtung (3) für das Messen der gleichspannungsseitig anliegenden Gleichspannung aufweist und ausgangsseitig mit der spannungsgesteuerten Schalteinrichtung verbunden ist.
3. Bahnspeisegleichrichter (2,10) nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
die Schalteinrichtung (30,31) einen mechanischen Schalter aufweist .
4. Bahnspeisegleichrichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
die Schalteinrichtung (30,31) einen elektronischen Schalter (14) aufweist.
5. Bahnspeisegleichrichter nach Anspruch 4,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Schalteinrichtung (30,31) einen insulated-gate bipolar transistor (IGBT) (19) aufweist.
6. Bahnspeisegleichrichter (2,10) nach Anspruch 4 oder 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
die Schalteinrichtung (30,31) einen Spannungsteiler (12) und eine Zenerdiode (16) aufweist.
7. Bahnspeisegleichrichter (2,10) nach einem der vorhergehen- den Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
die Schalteinrichtung (30,31) mit einer spannungsabhängigen
Steuerung versehen ist, die eine Hysterese aufweist.
8. Bahnspeisegleichrichter (2,10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
die Schalteinrichtung (30,31) eingerichtet ist, für eine vorbestimmte Zeitspanne den Grundlastwiderstand (RG) zuschalten.
9. Bahnspeisegleichrichter (2,10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
die Schalteinrichtung (30,31) eingerichtet ist, den Grund- lastwiderstand (RG) abzuschalten, wenn die Gleichspannung einen vorher festgelegten unteren Grenzwert erreicht .
10. Bahnspeisegleichrichter (2,10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
der untere Grenzwert die LeerlaufSpannung des Bahnspeisegleichrichters (2,10) ist.
11. Bahnspeisegleichrichter (2,10) nach einem der vorherge- henden Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
die Spannungsgleichrichteanordnung (11) mindestens eine Dreh- strombrückenschaltung umfasst.
12. Bahnspeisegleichrichter (2,10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
im ersten gleichspannungsseitigen Schaltungszweig (12) Kondensator (C) und Widerstand in Reihe geschaltet sind.
13. Bahnspeisegleichrichter (2,10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
der Grundlastwiderstand (RG) in einem weiteren gleichspannungsseitigen Schaltungszweig (13) angeordnet ist.
14. Bahnspeisegleichrichter (2,10) nach einem der vorherge- henden Ansprüche 1 bis 12,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
der Grundlastwiderstand (RG) dem Kondensator (C) im ersten gleichspannungsseitigen Schaltungszweig (12) parallel geschaltet ist.
15. Verfahren zum Betreiben eines Bahnspeisegleichrichters (2,10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem unter Berücksichtigung einer gleichspannungsseitig anliegenden Gleichspannung (U) mittels der Schalteinrichtung (30,31) der Grundlastwiderstand (RG) zugeschaltet wird, wodurch der Kondensator (C) über den Grundlastwiderstand (RG) entladen wird, wenn die Gleichspannung (U) einen vorher festgelegten oberen Grenzwert erreicht .
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