DE10103538A1 - Elektromotorisch angetriebenes Schienenfahrzeug mit Verbrennungsmotor - Google Patents

Elektromotorisch angetriebenes Schienenfahrzeug mit Verbrennungsmotor

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Abstract

Um die Störanfälligkeit von elektromotorisch angetriebenen Schienenfahrzeugen mit Verbrennungsmotoren zu reduzieren, wird ein elektromotorisch angetriebenes Schienenfahrzeug mit Verbrennungsmotor vorgeschlagen, das folgende Merkmale aufweist: DOLLAR A - zumindest ein Generator-/Motorsystem mit einer permanent-magneterregten Synchronmaschine (3) oder einer Asynchronmaschine, DOLLAR A - einem Verbrennungsmotor DOLLAR A - Verbrennungsmotor (1) und permanentmagneterregte Synchronmaschine (3) bzw. Asynchronmaschine sind mechanisch gekoppelt, DOLLAR A - einem Stromrichtergerät (4, 5, 6), über das zumindest ein Fahrmotor (7) des Triebfahrzeugs elektrisch versorgbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein elektromotorisch angetriebenes Schienenfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor und einem Gene­ rator-Motor-System.
Triebfahrzeuge mit Verbrennungsmotoren insbesondere diesel­ elektrische Triebfahrzeuge weisen Dieselgeneratoren zur Leis­ tungsübertragung auf. Der Dieselgenerator ist dabei als ein gleichstromerregter Drehstromsynchrongenerator mit bürstenlo­ ser Erregung und ausgangsseitiger Diodenbrücke ausgeführt. Diese Anordnung ist sehr schwer und groß. Die Fertigung einer derartigen Anordnung ist sehr aufwendig und aufgrund der re­ lativ komplizierten Läuferkonstruktion und der auf der Welle mitrotierenden Dioden der Erregermaschine auch sehr störan­ fällig.
Ausgehend davon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Generator-Motor-System für ein elektromotorisch angetriebenes Schienenfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor zu schaffen, das eine reduzierte Störanfälligkeit, Systemvorteile für das Triebfahrzeug und einen erhöhten Systemwirkungsgrad aufweist.
Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt durch ein elektro­ motorisch angetriebenes Schienenfahrzeug mit einem Verbren­ nungsmotor, das folgende Merkmale aufweist:
  • - ein Generator-Motor-System mit einer permanentmagneterreg­ ten Synchronmaschine oder einer Asynchronmaschine,
  • - einem Verbrennungsmotor,
  • - Verbrennungsmotor und permanentmagneterregter Synchronma­ schine oder Asynchronmaschine sind direkt aneinander ge­ flanscht,
  • - einem Stromrichtergerät über das zumindest einen Fahrmotor des Schienenfahrzeugs elektrisch versorgbar ist.
Dieses Generator-Motor-System weist eine einfache elektrische Maschine mit einem Stromrichter auf. Die Erregung wird dabei gegenüber herkömmlichen Maschinen auf die stationäre Elektro­ nik verlagert. Damit sind folgende Vorteile verbunden:
Durch einen einfachen und robusten Läufer einer permanentmag­ neterregten Synchronmaschine oder der Asynchronmaschine wird dessen Störanfälligkeit gegenüber herkömmlichen Systemen er­ heblich reduziert. Es stellt sich dadurch ein erhöhter Sys­ temwirkungsgrad ein, der unter anderem den Treibstoffver­ brauch des Verbrennungsmotors reduziert. Der Verbrennungsmo­ tor eines derartigen elektromotorisch angetriebenen Schienen­ fahrzeugs ist insbesondere als Dieselmotor ausgeführt.
Außerdem weist das neue Generator-Motor-System gegenüber her­ kömmlichen Systemen eine deutlich verringerte Masse und eine reduzierte axiale Länge der Gesamtanordnung auf. Damit kann der Einbauraum des neuen Generator-Motor-Systems wesentlich verkleinert werden. Es kann außerdem der Anlasser des Ver­ brennungsmotors eingespart werden, da ein Anlassen des Ver­ brennungsmotors über die permanentmagneterregte Synchronma­ schine oder die Asynchronmaschine möglich ist. Ein weiterer Vorteil ist, dass der Bremswiderstand eingespart oder zumin­ dest in seiner thermischen Auslegung reduziert werden kann, da beim Bremsen des elektromotorisch angetriebenen Schienen­ fahrzeugs das Generator-Motor-System im Gegensatz zu herkömm­ lichen Systemen motorisch arbeitet und somit die Bremsenergie in den Verbrennungsmotor einleitbar ist. Damit ist vorteil­ hafterweise bei entsprechender Dimensionierung der Motorbrem­ se des Verbrennungsmotors eine Dauerbremsleistung des Schie­ nenfahrzeugs in Höhe der installierten Traktionsleistung mög­ lich.
Das Stromrichtergerät speist zumindest einen Fahrmotor. Es sind aber auch parallele Versorgungen mehrerer Fahrzeugmoto­ ren des Triebfahrzeugs möglich.
In einer weiteren Ausgestaltung ist ein Teil des Stromrich­ tergeräts als Pulsgleichrichter (Active Front End) ausge­ führt, der die dreiphasige Wechselspannung der permanentmag­ neterregten Synchronmaschine oder der Asynchronmaschine in einen Gleichspannungszwischenkreis einspeist. Unter Active Front End (AFE) wird ein aktiver Eingangsstromrichter ver­ standen, der in der Lage ist Bremsenergie in die elektrische Maschine zurückzuspeisen. Damit ist Zweiquadrantenbetrieb, d. h. Antreiben und Bremsen durch Momentenumkehr möglich.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Pulsgleichrichter (AFE) bei Dual-Mode-DC-Schienen­ fahrzeugen (Dieselbetrieb oder elektrischer Betrieb an einer Gleichstromfahrleitung) im elektrischen Betrieb umgruppiert und als zweiter Pulswechselrichter eingesetzt worden, was ei­ ne Verdopplung der Traktionsleistung im elektrischen Betrieb ermöglicht.
Außerdem kann der Pulsgleichrichter (AFE) des Stromrichterge­ räts bei Dual-Mode-AC-Schienenfahrzeugen (Dieselbetrieb oder elektrischer Betrieb an einer Wechselstromfahrleitung) im e­ lektrischen Betrieb an der AC-Fahrleitung umgruppiert und als Vierquadrantensteller genutzt werden. Dadurch wird ein Dual- Mode-AC-Schienenfahrzeug ohne Zusatzstromrichter ermöglicht. Lediglich ein Haupttransformator und ein Saugkreis müssen zu­ sätzlich installiert werden.
Vorteilhafterweise ist dem Gleichstromzwischenkreis ein Wech­ selrichter nachgeschaltet, der einen oder mehrere Fahrmotoren speist. Es ist somit möglich, Drehstromfahrmotoren über Wech­ selrichter aus dem Gleichspannungszwischenkreis zu versorgen. Es können ebenso Gleichstrommotoren direkt vom Zwischenkreis des Stromrichtergeräts gespeist werden.
Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gemäß Merkmalen der Unteransprüche werden im fol­ genden anhand eines schematisch dargestellten Ausführungsbei­ spiels in der Zeichnung näher erläutert, darin zeigt:
Fig. 1 die prinzipielle Darstellung eines derartigen Genera­ torsystems.
Ein Dieselmotor 1 treibt über drehmomentübertragende Mittel z. B. eine Welle 2 einen Generator an, der als permanentmag­ neterregter Synchrongenerator 3 ausgeführt ist. Es ist ebenso möglich anstatt des permanentmagneterregten Synchrongenera­ tors 3 einen Asynchrongenerator einzusetzen. Dieselmotor 1 und permanentmagneterregter Synchrongenerator 3 sind direkt aneinander geflanscht. Über die Welle 2 wird sowohl die An­ triebsleistung des Dieselmotors 1 an den permanentmagneter­ regten Synchrongenerator 3 als auch die Bremsleistung des e­ lektronisch angetriebenen Schienenfahrzeugs über den nun als Motor laufenden permanentmagneterregten Synchrongenerators 3 an den Dieselmotor 1 übertragen. Der permanentmagneterregte Synchrongenerator 3 gibt im Normalbetriebsfall (Antreiben des elektronisch angetriebenen Schienenfahrzeugs) eine dreiphasi­ ge Wechselspannung an einen Pulsgleichrichter 4, der einen Gleichspannungszwischenkreis 5 speist, aus. Der Gleichspan­ nungszwischenkreis 5 kann einen nicht näher dargestellten Gleichstrommotor, der als Fahrmotor fungiert, speisen. In dem nun dargestellten Fall gemäß Fig. 1 wird die Gleichspannung des Gleichspannungszwischenkreises 5 über einen Wechselrich­ ter 6 in eine dreiphasige Spannung umgeformt und diese einem oder mehreren Drehstromfahrmotoren 7 zugeführt.
Durch die erfindungsgemäße Anordnung reduziert sich das ge­ samte Bauvolumen des Antriebsystems des elektromotorisch an­ getriebenen Schienenfahrzeugs und die aufzuwendende Masse wird außerdem verringert. Mit dem Antriebsystem ist außer dem Fahrvorgang auch der Bremsvorgang ohne zusätzliche Bremswiderstände zu beherrschen, da der Dieselmotor 1 zur Aufnahme der Dauerbremsleistung auslegbar ist.

Claims (9)

1. Elektromotorisch angetriebenes Schienenfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor (1), das folgende Merkmale aufweist:
zumindest ein Generator-/Motorsystem mit einer permanent­ magneterregten Synchronmaschine (3)oder einer Asynchronma­ schine,
einem Verbrennungsmotor
Verbrennungsmotor (1) und permanentmagneterregte Synchron­ maschine (3) bzw. Asynchronmaschine sind mechanisch gekop­ pelt,
einem Stromrichtergerät (4, 5, 6), über das zumindest ein Fahrmotor (7) des Triebfahrzeugs elektrisch versorgbar ist.
2. Elektromotorisch angetriebenes Schienenfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Stromrichtergerät (4, 5, 6) zumindest einen Puls­ gleichrichter (4) enthält.
3. Elektromotorisch angetriebenes Schienenfahrzeug nach An­ spruch 2, dadurch gekenzeichnet, dass das Stromrichtergerät (4, 5, 6) außerdem einen Zwischen­ kreis (5) und zumindest einen Wechselrichter (6) enthält, der zumindest einen Fahrmotor (7) speist.
4. Elektromotorisch angetriebenes Schienenfahrzeug nach An­ spruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeich­ net, dass die permanenterregte Synchronmaschine (2) zu­ mindest einen dreiphasigen Wechselspannungsanschluss auf­ weist.
5. Elektromotorisch angetriebenes Schienenfahrzeug nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Verbrennungsmotor (1) und Synchronmaschine (3) direkt aneinander geflanscht sind.
6. Elektromotorisch angetriebenes Schienenfahrzeug nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor (1) als Dieselmotor ausgeführt ist.
7. Elektromotorisch angetriebenes Schienenfahrzeug nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorhanden sind, die zur Aufnahme der Dauerbremsleistung des Schienenfahrzeugs in die Motorbremse des Verbrennungsmotors geeignet sind.
8. Elektromotorisch angetriebenes Schienenfahrzeug nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stromrichtergerät bei Dual-Mode-Schienenfahrzeugen am DC-Fahrdraht, einen zu­ sätzlichen Pulswechselrichter aufweist.
9. Elektromotorisch angetriebenes Schienenfahrzeug nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stromrichtergerät bei Dual-Mode-Schienenfahrzeugen am AC-Fahrdraht als Vier- Quadrantensteller einsetzbar ist.
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