DE19537526B4 - Elektrisch betriebenes Fahrzeug, insbesondere Triebfahrzeug - Google Patents
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Abstract
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 Motorstromrichter-Eingangsstrom herangezogen wird.
Description
- Die Erfindung bezieht sich auf ein elektrisch betriebenes Fahrzeug, insbesondere Triebfahrzeug, gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
- Ein derartiges Fahrzeug ist beispielsweise aus der
DE 41 38 256 A1 bekannt. - 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 Gleichstromkreise 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 gewährleisten, 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 unterdrückenden Freequenzbereiche 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 Unterdrückung bestimmter regulär auftretender Frequenzanteile. Nachteilig hierbei ist, daß z.B. durch Unsymmetrien verursachte, nicht im voraus bestimmbare Störstromanteile und auch durch Unterwerk und Einkopplung verursachte Komponenten nicht unterdrückbar sind.
- Bekannt sind auch aktive Störstromkompensationen durch Einsatz hochtaktender zusätzlicher Blindleistungs-stromrichter. Hierbei werden die zu unterdrückenden 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 Motorstromrichters als Stellglied für die Kompensationsregelung. Nachteilig ist hierbei, daß die Taktfrequenz des Motorstromrichters in den für die Beeinflussung maßgeblichen Arbeitspunkten ein Mehrfaches der höchsten zu unterdrückenden Frequenz betragen muß, damit eine wirkungsvolle Störstromkompensation möglich ist. Weiterhin kann es durch die Vermaschung von Antriebs- und Störstrom-kompensationsregelung zu gegenseitigen Beeinflussungen kommen, wodurch die Regelgüte 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 Amerkmalen 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 reealisiert werden kann, ohne daß die Regelgüte der Netzstromrichterregelung und/oder der Motorstromrichterregelung darunter leidet.
- Anhand der in der Zeichnung dargestellten schematischen Ausführungsbeispiele wird die Erfindung im nachstehenden näher erläutert.
- Es zeigen:
-
1 die Schaltung eines Drehstromantriebes mit selbstgeführtem Wechselrichter, Gleichspannungszwischenkreis, sowie Gleichspannungseinspeisung und Störstromerfassung im Netzkreis -
2 die Schaltung mit Störstromerfassung im Gleichspannungszwischenkreis -
3 die Schaltung mit Zusatzbremssteller und Störstromerfassung im Netzkreis. - In
1 ist eine Traktionsschaltung eines Schienentriebfahrzeuges mit Gleichspannungs-Zwischenkreis und selbstgeführtem Wechselrichter8 bei Speisung mit Gleichspannung dargestellt. Das Schienentriebfahrzeug wird über einen Stromabnehmer1 und Hauptschalter2 sowie über das Rad-Schiene-System10 an eine Fahrleitungs-Gleichspannung gelegt. Dem Hauptschalter2 folgen ein Meßglied3 zur Erfassung des Netzstromes, eine Netzfilterdrossel4 sowie ein Netzfilter- oder Zwischenkreiskondensator5 . Parallel zum Netzfilter- oder Zwischenkreiskondensator5 sind eine Reihenschaltung aus einem Bremswiderstand6 und einem Bremssteller7 sowie der selbstgeführte Wechselrichter8 , der ausgangsseitig einen oder mehrere Drehstromfahrmotoren9 speist, angeordnet. - Die Aussteuerung des Bremsstellers
7 wird durch zwei Steuer- und Regelglieder12 und13 festgelegt. Das Steuer- und Regelglied13 erfaßt die Spannung am Netzfilter- oder Zwischenkreiskondensator5 und den Strom durch das Meßglied3 und begrenzt in an sich bekannter Weise die Spannung am Netzfilter- oder Zwischenkreiskondensator5 durch Ansteuerung des Bremsstellers7 über das Koppelglied11 so, daß ein festgelegter Grenzwert im Bremsbetrieb oder im Fahr- und Bremsbetrieb nicht überschritten wird. - Dem Steuer- und Regelglied
12 wird der Netzstrommeßwert des Meßgliedes3 zugeführt. Dieser Netzstrommeßwert wird bezüglich der zu kompensierenden Stromanteile im Steuer- und Regelglied bewertet und über das Koppelglied11 , das die Ausgangssignale der Steuer- und Regelglieder12 und13 miteinander verkoppelt, wird die Aussteuerung des Bremsstellers7 so variiert, daß der durch das Meßglied3 fließende störende Stromanteil kompensiert wird. -
2 zeigt eine weitere Ausführung. Hier erfolgt die Erfassung des zu unterdrückendnen Störstromanteils jedoch im Zwischenkreis durch ein gesondertes Zwischenkreisstrom-Meßglied14 . 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. -
3 zeigt eine weitere Traktionsschaltung eines Schienentriebfahrzeuges, bei der ein Zusatz-Bremssteller Verwendung findet. Parallel zum Netzfilter- oder Zwischenkreiskondensator5 sind ein Zusatzwiderstand15 und ein Zusatzsteller16 angeordnet. Der Bremssteller7 und der Bremswiderstand6 dienen hierbei der Begrenzung der Spannung am Netzfilter- oder Zwischenkreiskondensator5 , während der Zusatzsteller16 und der Zusatzwiderstand15 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)
- 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 Motorstromrichter-Eingangsstrom herangezogen wird. - 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 oder14 ) störende Stromkomponenten im Netz-Eingangsstrom oder Motorstromrichter-Eingangsstrom erfaßt. - 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. - 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.
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