ENERGY SUPPLY DEVICE FOR A PASSENGER-TRAIN CAR

Abstract: 1. Device to supply power to consumers (2, 2a, 2b, 2c) in a passenger-train car from railway power distribution systems carrying ac voltages of varying magnitude and frequency or dc voltages of 1.5 kV or 3 kV, comprising a thyristor inverter (15, 16, 17, 18, 19), operated in the case of dc voltage supply, which contains a transformer (1) from which the consumers are fed directly in the case of ac voltage supply and whose windings have means for tap changing, so that the transformer ratio can be adjusted, depending on the level of the dc supply voltage, the ac supply voltage and the frequency, to give constant output voltages for the different power consumers, characterised in that when the dc voltage supply is switched from 1.5 to 3 kV with an unchanged primary winding (W1 ), the secondary winding part used (W3 or W4 ) is halved in length, and that the thyristor inverter features a cycle timer (20) whose pulse frequency is adjustable, being at least 50 Hz in the case of 1.5 kV dc supply and double that in the case of 3 kV dc supply.

Description: FRIED. KRUPP GESELLSCHAFT MIT BESCHRÄNKTER HAFTUNG in Essen Energieversorgungsanlage für einen Reisezugwagen Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Energieversorgung von Nutzverbrauchern in einem Eisen#bahnfahrzeug aus Bahnnetzen, die Wechseispannungen unterschiedlicher Höhe und Frequenz oder Gleichspannungen von 1,5 kV oder 3 kV führen, mit einem bei Gleichspannungseinspeisung betriebenen Thyristor Wechselrichter, der einen Transformator enthält, über den die Nutzverbraucher bei Wechsel spannungs- einspeisung direkt gespeist werden und dessen primärseitige und sekundärseitige Wicklungen umschaltbar sind, so dass eine Einstellung des Ubersetzungsverhältnisses des Transformators je# nach unterschiedlicher Höhe der anstehenden Gleichspannung, der Wechselspannung sowie der Frequenz auf jeweils konstante Ausgangsspannung für die unterschiedlichen Nutzverbraucher ermöglicht wird. Bei einer bekannten Engergieversorgungseinrichtung (DE-AS 21 24 390) besitzt der Wechselrichter einen Taktgeber, der bei Gleichspannungseinspeisung von 1,5 kV und 3 kV jeweils die gleiche Taktfrequenz besitzt. Dabei ist nachteilig, dass die Primärwickiungs- länge des Transformators für 1,5 kV und 3 kV ausgelegt sein muss (doppelte Länge). Ausserdem muss der Transformatorkern entsprechend für 3 kV ausgelegt sein. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Energieversorgungsanlage zu schaffen, die wenig Gewicht besitzt und wenig Platz benötigt. Die Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass bei einer Energieversorgungsanlage der eingangs genannten Art der Thyristor-Wechselrichter einen Taktgeber aufweist, dessen Impulsfrequenz einstellbar ist, wobei bei Gleichspannungseinspeisung von 1,5 kV die Impulsfrequenz 50 Hz und bei Gleichspannungseinspeisung von 3 kV die Impulsfrequenz 100 Hz ist Dadurch wird insbesondere erreicht, dass durch diese Frequenzverdopplung die Länge der Primärwicklung und der Querschnitt des Eisenkerns des Transformators nur für 1,5 kV ausgelegt zu werden braucht Dadurch können etwa 25 % des Gewichts und dadurch viel Energie (Strom) für den Zugverkehr eingespart werden. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 einen Wirkschaltplan einer Energiever sorgungsanlage und Fig. 2 bis 5 den Wirkschaltplan gemäss Fig 1 bei Anliegen der jeweils massgebenden Sammel leitungsspannung (3 kV, 1,5 kV Gleich spannung und 1,5 kV/50 Hz, 1 kV/16 2/3 Hz Wechselspannung), wobei jeweils die Teile weggelassen sind, die bei der be treffenden Spannung nicht zum Einsatz kommen. Gemäss Fig. 1 weist die Energieversorgungseinrich tung einen Transformator 1 sowohl für die Energie- versorgung von ruhenden Nutzverbrauchern, z B. Batterieladegerät 2, Gleichstromverbraucher 2a und Wechselstromverbraucher 2b, als auch für die Energieversorgung von rotatorischen Verbrauchern,. B Kompressoren (2c), auf. Der Transformator 1 besitzt eine Primärwicklung mit einer Wicklungsmittenanzapfung und zwei Sekundärwicklungen mit Wicklungsanzapfungen , Den beiden primärseitigen Wicklungsenden und der Wicklungsinitten- anzapfung sind Kontakte 3a, 3b, 3c, 3d, 3e (Schalter oder Schütze) und den sekundärseitigen Wicklungsanzapfungen sind zweipolige Kontakte' ¯4a, 4b, 4c (Schalter oder Schütze) zugeordnet. Der Transformator 1 dient bei Gleichspannungseinspeisung als Wechselrichtertransformator und bei Wedhsel'spannungsein- richtung als Isoliertransformator. Damit die Nutzverbraucher mit ihrer Nennspannung versorgt werden, werden die Kontakt# -3a, 3b, 3d, 3e, 3f, 4a, 4b, 4c, wie weiter unten beschrieben, entsprechend geschlossen, wodurch das Windungsverhältnis des Transformators 1 der jeweiligen Eingangsspannung angepasst wird Bei Wechselspannungseinspeisung von 1 kV/t6 2/3 Hz sind gemäss Fig. 5 die Schalter 3a, 3e, 4c sowie die den Nutzverbrauchern vorgeordneten Schalter 5a, 5b, 5c geschlossen Die gesamte Primärwicklung und die beiden Sekundärwicklungen des Transformators 1 kommen zum Einsatz. Gemäss Fig. 5 sind an der oben dargestellten S;ekundär- wicklung ein Heizwiderstand (2b) und ein Drehstrom motor (2c) über einen Wechsel strom-Drehstrom-Um- richter-Spannungskonstanthalter 6 angeschlossen. An der unten dargestellten Sekundärwicklung ist das Batterie ladegerät 2 mit einem Akkumulator 7 und an dem Akkumulator 7 ist ein Gleichstromverbraucher 2a angeschlossen. Alle diese Nutzverbraucher werden mit ihrer Stromart und Nennspannung versorgt. Bei Wechselspannungseinspeisung von t,5 kV/50 Hz sind gemäss Fig. 4 die Schalter 3b, 3e, 5a, 5b, 5c geschlossen. Um die Nutzverbraucher mit ihrer Nennspannung zu versorgen, ist nicht mehr die gesamte Wicklung des Transformators 1 erforderlich. Es kommt nur die halbe Primärwicklung und nur ein Teil der jeweiligen Sekundärwicklungen Cetwa t W2 > zum Einsatz. 3 Bei Gleichspannungseinspeisung von 1,5 kV dient der Transformator 1 gemäss Fig. 3 als Wechselrichtertransformator. Es kommt die gesamte Primärwicklung und nur ein Teil der jeweiligen Sekundärwicklungen (etwa 1 W2) zum Einsatz. Die Wechselrichterfrequenz beträgt 50 Hz. Die Schalter 3c, 3f, 4br 5a, 5b, 5c sind geschlossen. Bei Gleichspannungseinspeisung von 3 kV dient der Transformator 1 gemäss Fig. 2 als Wechselrichterwicklung und nur ein Teil der jeweiligen Sekundärwicklungen (etwa 1 W2) kommt zum Einsatz. Die Wechselrichter 6 frequenz beträgt 100 Hz. Die Schalter 3d, 3Er 4a, 5a, 5b, 5c sind geschlossen. Durch die Erhöhung der Wechselrichterfrequenz auf 100 Hz wird erreicht, dass der Transformatorkern kleiner ausgelegt werden kann. Ausserdem braucht nur die gleiche Primärwicklung wse bei 1,5 kV Gleichspannung verwendet zu werden. Dadurch benötigt man nur die Hälfte der Länge der sonst bei 3 kV/50 Hz benötigten Primärwicklung. Gemäss Fig. 1 besitzt die Energieversorgungsanlage einen Hauptschalter 8, mit dem sie in Betrieb genommen werden kann. Dem Hauptschalter 8 ist ein An- laufwiderstand 9 nachgeschaltet und dem Anlaufwiderstand 9 ist ein Schliesser 10 parallel geschaltet. Dem Anlaufwiderstand 9 sind -zueinander in Reihe ein Gleichstromschliesser 11, Dioden 12, eine Glättungsdrossel 13 und ein Stützkondensator 14 geschaltet. Der Stützkondensator 14 ist mit der Masse verbunden Parallel zu den Dioden 12, der Glättungsdrossel 1.3 und dem Stützkondensator 14 sind weitere Dioden 12a geschaltet. Die letztgenannten Dioden 12a dienen bei kurzzeitigem Netzausfall als Stromführung für die Glättungsdrossel 13, damit sich an dieser Glättungsdrossel 13 keine hohe Induktionsspannung bilden kann. Die erstgenannten Dioden 12 verhindern, dass der Stutzkondensator 14 sich nicht bei Netzspannungseinbruch über das Netz entlädt. Der Stützkondensator 14 dient bei kurzzeitigem Netzausfall als Energiequelle. Parallel zu dem Stützkondensator 14 befindet sich der Gleichstromeingang eines Wechselrichters in Mittelpunktschaltung der Energieversorgungseinrichtung. Der Wechselrichter besitzt zwei parallel zueinander angeordnete Thyristorengruppen 15 und Sperrdiodengruppen 16* Im Thyristören-Sperrdioden-Diagonalzweig sind zwei. Kommutierungskondensatoren 17 angeordnet. Ausserdem besitzt der Wechselrichter eine Kommudierungsdrossel 18, Blindstromdioden 19 und einen Taktgeber 20, dessen Impulsfrequenz einstellbar ist. Gemäss Fig. 2 ist der Pluspol des elektrischen Netzes über den Hauptschalter 8, den Schliesser 10, den Gleichstromschliesser 11, die Dioden 12, die Glättungsdrossel 13 und den Schalter 3d zur Mittelanzapfung der Primärwicklung des Transformators 1 geführt. An den Enden der Primärwicklung des Transformators 1 sind jeweils eine Sperrdiode 16 mit ihrer Anode angeschlossen. In Reihe zu diesen beiden Sperrdioden 16 sind jeweils weitere Sperrdioden 16 und mehrere Thyristoren 15 geschaltet. Die Kathoden der letztgeschalteten Thyristoren 15 sind miteinander und mit der Kommutierungsdrossel 18 verbunden. Die Kommutierungsdrossel 18 ist mit ihrem anderen Pol über den Schalter 3f mit dem Minuspol des elektrischen Netzes verbunden. Die Thyristoren 15 stehen mit dem Taktgeber 20 in Verbindung, der die Thyristoren 15 so ansteuert, dass der Transformator 1 eine Wechselspannung abgibt, die eine Frequenz von 100 Hz besitzt. Die Thyristoren 15, die jeweils zueinander in Reihe liegen, werden mit eine Taktfrequenz von 50 Hz je Ausgang angesteuert, wobei die beiden Gruppen von Thyristoren 15 um den elektrischen Winkel von 1800 verschoben angesteuert werden. Die frequenzunabhängigen Verbraucher werden mit ihrer Nennspannung versorgt. Die frequenzabhängigen Verbraucher werden dagegen mit iher Nennspannung und Nennfrequenz versorgt. Gemäss Fig. 3 ist der Pluspol des elektrischen Netzes über den Hauptschalter 8, den Schliesser 10, den Gleichstromschliesser 11, die Dioden 12, die Glättungsdrossel 13 und den Schalter 3c zur Mittenanzapfung der Primärwicklung des Transformators t geführt. Der Wechselrichter ist nahezu genauso geschaltet wie es in Fig. 2 dargestellt ist. Die Höhe der Kapazität des Kommutierungskondensators ist nun grösser, und der Taktgeber 20 gibt nun ein Signal mit einer Taktfrequenz von 50 Hz ab. Durch die sekundärseitige Wicklungsunschaltung des Transformators 1 werden die Verbraucher mit ihrer Nennspannung bzw. Nennspannung und Nennfrequenz versorgt. Gemäss Fig. 4 werden die Verbraucher über den# Transformator 1 (halbe Primärwicklung) mit ihrer Nennspannung bzw. Nennspannung und Nennfrequenz versorgte Gemäss Fig. 5 werden die Verbraucher über den Transformator 1 (gesamte Primä-- und Sekundärwicklung bzw. Sekundärwicklungen) mit ihrer Nennspannung bzw. Nennspannung und Nennfrequenz versorgt. Bei Wechselspannungseinspeisung wird lediglich der Transformator 1 des Wechselrichters benötigt

Claims: Anspruch Einrichtung zur Energieversorgung von Nutzverbrauchern in einem Eisenbahnfahrzeug aus Bahnnetzen, die Wechselspannungen unterschiedlicher Höhe und Frequenz oder Gleichspannungen# von 1,5 kV oder 3 kV führen, mit einem bei Gleichspannungseinspeisung betriebenen Thyristor-Wechselrichter, der einen Transformator enthält, über den die Nutzverbraucher bei Wechselspannungseinspeisunq direkt gespeist werden und dessen primärseitige und sekundärseitige Wicklungen umschaltbar sind, so dass eine Einstellung des ersetzungsverhält- nisses des Transformators je nach unterschiedlicher Höhe der anstehenden Gleichspannung, der Wechselspannung sowie der Frequenz auf jeweils konstante Ausgangsspannung für die unterschiedlichen Nutzverbraucher ermöglicht wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Thyristor-Wechselrichter einen Taktgeber (20) aufweist, dessen Impulsfreuenz einstellbar ist, wobei bei Gleichspannungseinspeisung von 1,5 kV die Impulsfrequenz wenigstens 50 Hz und bei Gleichspannungseinspeisung von 3 kV die Impulsfrequenz wenigstens 1OO Hz beträgt.

Inventors: SEEGER, HERBERT
Applicants: FRIED. KRUPP GESELLSCHAFT MIT BESCHRANKTER HAFTUNG
Application year: 1981
Main classification: B60L1
IPC codes: B60L1, H02M7