DE19537526A1 - Elektrisch betriebenes Fahrzeug, insbesondere Triebfahrzeug - Google Patents
Elektrisch betriebenes Fahrzeug, insbesondere TriebfahrzeugInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein elektrisch betriebenes Fahrzeug,
insbesondere Triebfahrzeug, gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Beim Betrieb von elektrisch betriebenen Fahrzeugen am Fahrleitungs-
oder Stromschienennetz treten durch das Fahrzeug und durch die
speisenden Unterwerke verursacht Netzrückwirkungen auf, die zur
Störung von Signal- und Sicherungseinrichtungen des Fahrzeugbetreibers
führen können. Gleisfreimeldeanlagen oder andere Signalanlagen der
Bahnbetreiber sind oft unter Zuhilfenahme von niederfrequenten
Gleisstromkreisen aufgebaut, die im Frequenzbereich von einigen 10 Hz
bis zu einigen 100 Hz betrieben werden. Diese Gleisstromkreise
arbeiten nach dem Prinzip der Erfassung des zwischen den Fahrschienen
durch die Zugachsen gebildeten Querwiderstandes. Durch unzulässige
Beeinflussungen dieser Gleistromkreise in Folge eines die Fahrschienen
durchfließenden Störstromes kann ggf. ein besetzter Blockabschnitt als
unbesetzt gemeldet werden, was verkehrsgefährdend ist. Um einen
sicheren Betrieb dieser Sicherungseinrichtungen zu gewahrleisten,
werden von den Bahnbetreibern strenge Anforderungen an die in diesen
Frequenzbereichen zulässigen Störstromkomponenten im Netzstrom der
Schienentriebfahrzeuge gestellt. Die dauernd zulässigen Störströme
bewegen sich in der Regel im Bereich weniger 100 mA bis zu einigen A.
Größere Amplituden sind in der Regel nur für einige 100 ms zulässig.
Stromanteile im Netzstrom mit gefährlichen Frequenzanteilen entstehen
bei Stromrichterfahrzeugen bereits unter normalen Betriebsbedingungen.
Sie werden verursacht durch den Einfluß der einspeisenden Unterwerke,
durch Einkopplungen aus benachbarten Streckenabschnitten und durch
Netzrückwirkungen der Triebfahrzeuge.
Der Einfluß der Unterwerke besteht in der Welligkeit der
Ausgangsspannung, die über die Netz- und die Fahrzeug-Eingangsimpedanz
einen Stromanteil treibt. Neben den dominierenden 300 Hz-Anteilen
(Sechspulsbrücke) bzw. 600 Hz-Anteilen (Zwölfpulsbrücke) und deren
Vielfachen in 50 Hz-Netzen treten durch Unterschiede in den
Durchlaßspannungen der Gleichrichter und durch Einkopplungen aus
Wechselspannungsnetzen auch 50 Hz-Komponenten auf.
Im Fahrzeug entstehen Störstromanteile durch:
- taktende Arbeitsweise der Stromrichter.
Rückwirkung der sechsfachen Motorgrundfrequenz und deren Vielfachen bei Drehstromantrieben.
Rückwirkungen der einfachen Motorgrundfrequenz und deren Vielfachen bei Drehstromantrieben, verursacht durch Unsymmetrien.
Unsymmetrien bei Gleichstrommotoren.
Modulationsprodukte.
fehlerhaftes Arbeiten der Antriebssteuerung.
Über die beschriebenen Entstehungsmechanismen hinaus treten in der
Praxis zum Teil weitere Störstromanteile auf, die in der gleichen
Größenordnung wie die zulässigen Werte und zum Teil sogar darüber
liegen, so daß grundsätzlich Fahrzeuge ohne zusätzliche
Unterdrückungs- und/oder Überwachungsmaßnahmen nicht betrieben werden
dürfen.
Zur Verringerung der Störstromanteile im Netzstrom von
Schientriebfahrzeugen ist es bekannt, die Induktivität oder Kapazität
des Eingangsnetzfilters des Traktionskreises oder beide Werte zu
vergrößern. Nachteilig dabei ist insbesondere die Massen- und
Volumenzunahme der Traktionsausrüstung, meist verbunden mit Problemen
bezüglich der Unterbringung der Ausrüstung und der Einhaltung der
zulässigen Achsfahrmassen. Auch führt diese Maßnahme aufgrund der in
den vergrößerten Filterelementen gespeicherten Energien zu Auslegungs-
und Schutzproblemen bei der übrigen Traktionsausrüstung. Weiterhin
sind die erheblich erhöhten Kosten zu erwähnen.
Eine weitere Möglichkeit zur Verringerung der Störstromanteile im
Netzstrom besteht darin, die Zwischenkreiselemente des
Traktionskreises zu vergrößern. Die Nachteile sind vergleichbar mit
der vorbeschriebenen Vergrößerung des Eingangsnetzfilters.
Auch die zusätzliche Anordnung eines oder mehrerer Saugkreise für die
zu unterdruckenden Frequenzbereiche im Traktionsbereich kann
hilfreich sein. Auch hier sind die Nachteile vergleichbar mit der
Vergrößerung des Eingangsnetzfilters.
Bekannt ist darüberhinaus die Verwendung optimierter Pulsmuster für
die Stromrichtersteuerung zur Unterdruckung bestimmter regulär
auftretender Frequenzanteile. Nachteilig hierbei ist, daß z. B. durch
Unsymmetrien verursachte, nicht im voraus bestimmte Störstromanteile
und auch durch Unterwerk und Einkopplung verursachte Komponenten nicht
unterdruckbar sind.
Bekannt sind auch aktive Störstromkompensationen durch Einsatz
hochtaktender zusätzlicher Blindleistungs-Stromrichter. Hierbei werden
die zu unterdruckenden Netzstromanteile erfaßt, mit einem Sollwert (in
der Regel 0) verglichen und über einen Kompensationsregler dem
Blindleistungsstromrichter zugeführt. Dieser kann als
Kompensationsstromquelle parallel zum Kondensator des
Eingangsnetzfilters oder als Kompensationsspannungsquelle in den
Zwischenkreisstrom- oder Netzstrompfad geschaltet sein. Nachteilig ist
hierbei der zusätzliche Aufwand für die Realisierung des
Blindleistungsstromrichters.
Interessant ist auch eine aktive Störstromkompensation durch
zusätzliche Nutzung des Störstromrichters als Stellglied für die
Kompensationsregelung. Nachteilig ist hierbei, daß die Taktfrequenz
des Störstromrichters in den für die Beeinflussung mäßgeblichen
Arbeitspunkten ein Mehrfaches der höchsten zu unterdruckenden Frequenz
betragen muß, damit eine wirkungsvolle Störstromkompensation möglich
ist. Weiterhin kann es durch die Vermaschung von Antriebs- und
Störstromkompensationsregelung zu gegenseitigen Beeinflussungen
kommen, wodurch die Regelgute eines oder beider Regelkreise
verschlechtert wird.
Bekannt ist ferner eine aktive Störstromkompensation durch zusätzliche
Nutzung des Netzstromrichters, sofern vorhanden, als Stellglied für
die Kompensationsregelung. Die Nachteile entsprechen denen der Nutzung
des Motorstromrichters als Stellglied.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache
Störstromkompensation mit hoher Regelgüte zu realisieren.
Diese Aufgabe wird für ein elektrisch betriebenes Fahrzeug,
insbesondere Triebfahrzeug der eingangs genannten Art, gemäß den
kennzeichnenden Merkmalen der Ansprüche 1 oder 3 gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung sind den weiteren Ansprüchen entnehmbar.
Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere
darin, daß eine Störstromkompensation unter Zuhilfenahme eines
vorhandenen Stellgliedes realisiert werden kann, ohne daß die
Regelgüte der Netzstromrichterregelung und/oder der Störstromrichter
regelung darunter leidet.
Anhand der in der Zeichnung dargestellten schematischen
Ausführungsbeispiele wird die Erfindung im nachstehenden näher
erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 die Schaltung eines Drehstromantriebes mit
selbstgeführtem Wechselrichter, Gleichspannungs
zwischenkreis, sowie Gleichspannungseinspeisung
und Störstromerfassung im Netzkreis
Fig. 2 die Schaltung mit Störstromerfassung im Gleich
spannungszwischenkreis
Fig. 3 die Schaltung mit Zusatzbremsteller und
Störstromerfassung im Netzkreis.
In Fig. 1 ist eine Traktionsschaltung eines Schienentriebfahrzeuges mit
Gleichspannungs-Zwischenkreis und selbstgeführtem Wechselrichter 8 bei
Speisung mit Gleichspannung dargestellt. Das Schienentriebfahrzeug
wird über einen Stromabnehmer 1 und Hauptschalter 2 sowie über
das Rad-Schiene-System 10 an eine Fahrleitungs-Gleichspannung gelegt.
Dem Hauptschalter 2 folgen ein Meßglied 3 zur Erfassung des
Netzstromes, eine Netzfilterdrossel 4 sowie ein Netzfilter- oder
Zwischenkreiskondensator 5. Parallel zum Netzfilter- oder
Zwischenkreiskondensator 5 sind eine Reihenschaltung aus einem
Bremswiderstand 6 und einem Bremssteller 7 sowie der selbstgeführte
Wechselrichter 8, der ausgangsseitig einen oder mehrere
Drehstromfahrrotoren 9 speist, angeordnet.
Die Aussteuerung des Bremsstellers 7 wird durch zwei Steuer- und
Regelglieder 12 und 13 festgelegt. Das Steuer- und Regelglied 13
erfaßt die Spannung am Netzfilter-oder Zwischenkreiskondensator 5 und
den Strom durch das Meßglied 3 und begrenzt in an sich bekannter Weise
die Spannung am Netzfilter- oder Zwischenkreiskondensator 5 durch
Ansteuerung des Bremsstellers 7 über das Koppelglied 11 so, daß ein
festgelegter Grenzwert im Bremsbetrieb oder im Fahr- und Bremsbetrieb
nicht überschritten wird.
Dem Steuer- und Regelglied 12 wird der Netzstrommeßwert des Meßgliedes
3 zugeführt. Dieser Netzstrommeßwert wird bezüglich der zu
kompensierenden Stromanteile im Steuer- und Regelglied bewertet und
über das Koppelglied 11, das die Ausgangssignale der Steuer- und
Regelglieder 12 und 13 miteinander verkoppelt, wird die Aussteuerung
des Bremsstellers 7 so variiert, daß der durch das Meßglied 3
fließende störende Stromanteil kompensiert wird.
Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführung. Hier erfolgt die Erfassung des
zu unterdrückenden Störstromanteils jedoch im Zwischenkreis durch ein
gesondertes Zwischenkreisstrom-Meßglied 14. Mit dieser
Schaltungsanordnung wird allerdings nur eine Kompensation des durch
das Fahrzeug verursachten Störstromanteils bewirkt, während der durch
Unterwerk und Einkopplung beeinflußte Anteil unbeeinflußt bleibt.
Fig. 3 zeigt eine weitere Traktionsschaltung eines
Schienentriebfahrzeuges, bei der ein Zusatz-Bremssteller Verwendung
findet. Parallel zum Netzfilter- oder Zwischenkreiskondensator 5 sind
ein Zusatzwiderstand 15 und ein Zusatzsteller 16 angeordnet. Der
Bremssteller 7 und der Bremswiderstand 6 dienen hierbei der Begrenzung
der Spannung
am Netzfilter- oder Zwischenkreiskondensator 5, während der
Zusatzsteller 16 und der Zusatzwiderstand 15 der Kompensation
störender Stromanteile dienen.
Die dargestellten Schaltungsprinzipien sind sinngemäß anwendbar auf
Gleichspannungs-, Wechselspannungs- und Mehrsystemfahrzeuge mit im
Zwischenkreis angeordneter Reihenschaltung aus Bremswiderstand und
Bremssteller, wobei sich zwischen Zwischenkreis und dem speisenden
Netz ein oder mehrere Netzstromrichter und ggf. weitere
Übertragungselemente (z . B. Haupttransformator) befinden können.
Claims (4)
1. Elektrisch betriebenes Fahrzeug, insbesondere Triebfahrzeug, bei
dem Drehstromfahrmotore über an einem Gleichspannungs-Zwischenkreis
liegende Motorstromrichter betrieben werden, wobei der mindestens
einen Netzfilter- oder Zwischenkreiskondensator enthaltende
Gleichspannungs-Zwischenkreis direkt oder über Netzstromrichter, ggf.
transformiert vom Fahrleitungsnetz gespeist wird, parallel zum
Netzfilter- oder Zwischenkreiskondensator die Reihenschaltung eines
Bremswiderstandes und eines Bremsstellers liegt und der Bremssteller
von einem ersten Steuer- und Regelglied abhängig von definierten
Strom- und Spannungswerten im Zwischenkreis ansteuerbar ist.
dadurch gekennzeichnet,
daß der Bremssteller (7) zusätzlich über ein zweites Steuer- und
Regelglied (12) zur Kompensation störender Stromkomponenten im Netz-
Eingangsstrom oder Störstromrichter-Eingangsstrom herangezogen wird.
2. Elektrisch betriebenes Fahrzeug nach Anspruch 1.
dadurch gekennzeichnet,
daß der Bremssteller (7) über ein Koppelglied (11) angesteuert wird,
an das sowohl der Ausgang des ersten Steuer- und Regelgliedes (13) als
auch der Ausgang des zweiten Steuer- und Regelgliedes (12)
angeschlossen ist, das mit seinem Eingang über ein Meßglied (3 oder
14) störende Stromkomponenten im Netz-Eingangsstrom oder
Störstromrichter-Eingangsstrom erfaßt.
3. Elektrisch betriebenes Fahrzeug, insbesondere Triebfahrzeug, bei
dem Drehstromfahrmotore über an einem Gleichspannungs-Zwischenkreis
liegende Motorstromrichter betrieben werden wobei der mindestens einen
Netzfilter- oder Zwischenkreiskondensator enthaltende Gleichspannungs-
Zwischenkreis direkt oder über Netzstromrichter, ggf. transformiert
vom Fahrleitungsnetz gespeist wird, parallel zum Netzfilter- oder
Zwischenkreiskondensator die Reihenschaltung eines Bremswiderstandes
und eines Bremsstellers liegt und der Bremssteller von einem ersten
Steuer- und Regelglied abhängig von definierten Strom- und
Spannungswerten im Zwischenkreis ansteuerbar ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Reihenschaltung von Bremssteller (7) und Bremswiderstand (6)
die Reihenschaltung eines Zusatzstellers (16) und eines
Zusatzwiderstandes (15) parallel geschaltet ist, wobei der
Zusatzsteller (16) über ein zweites Steuer- und Regelglied (12) zur
Kompensation störender Stromkomponenten im Netz-Eingangsstrom oder
Motorstromrichter-Eingangsstrom herangezogen wird.
4. Elektrisch betriebenes Fahrzeug nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß das zweite Steuer- und Regelglied (12) mit seinem Ausgang den
Zusatzsteller (16) steuert und mit seinem Eingang über ein Meßglied
(3) störende Stromkomponenten im Netz-Eingangsstrom erfaßt.
Priority Applications (1)
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Applications Claiming Priority (1)
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Family
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DE19537526A Expired - Lifetime DE19537526B4 (de) | 1995-09-29 | 1995-09-29 | Elektrisch betriebenes Fahrzeug, insbesondere Triebfahrzeug |
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DE (1) | DE19537526B4 (de) |
Cited By (4)
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-
1995
- 1995-09-29 DE DE19537526A patent/DE19537526B4/de not_active Expired - Lifetime
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8127 | New person/name/address of the applicant |
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