DE2713667A1

DE2713667A1 - Energieversorgungseinrichtung fuer eisenbahnfahrzeuge

Info

Publication number: DE2713667A1
Application number: DE19772713667
Authority: DE
Inventors: Werner Dipl Ing Guenthner; Paul Dipl Ing Rolf
Original assignee: GEZ GES ELEKT ZUGAUSRUEST; Siemens AG
Current assignee: GEZ GES ELEKT ZUGAUSRUEST; Siemens AG
Priority date: 1977-03-28
Filing date: 1977-03-28
Publication date: 1978-10-05

Description

Energieversorgungseinrichtung für Ei senbahnfahrzeuge
Die Erfindung bezieht sich auf eine Energieversorgungseinrichtung für ein Eisenbahnfahrzeug zum Speisen verschiedener Gruppen von elektrischen Vebrauchern aus unterschiedlichen Fahrleitungssystemen, bei der ein an verschiedene Gleichspannungen anschließbarer Wechselrichter ppit nachgeschalteten Gleichrichterr ffr der Betrieb von Verbrauchern aus untersch.edlJchen uleichspannungsfahrleitungssystemen und Mittel für den Betrieb von Verbrauchern aus unterschiedlichen Wechselspannungsfahrleitungssystemen vorgesehen sind.
Für Reisezugwagen stehen im grenzüberschreitenden Verkehr folgende vier Spannungen aus der Hochspannungsdurchgangsleitung zur Verfügung: a) Wechselspannung 1000 V, 16 2/3 Hz, b) Wechselspannung 1500 V, 50 Hz, c) Gleichspannung 1500 V und d) Gleichspannung 3000 V.
Durch die DT-PS 1 563 947 und den Aufsatz :?Die Energieversorgung der Reisezugwagen der Deutschen Bundesbahn aus der Zugsammelschiene" von Knau und Seeger aus der Eisenbahntechnischen Rundschau, April 1969, Heft 4, Seiten 139 bis 145 sind Energieversorgungsanlagen bekannt, bei denen für den Betrieb aus Wechselspannungsfahrleitungsnetzen unterschiedlicher Spannung und Frequenz ein primärseitig umschaltbarer Transformator mit nachgeschaltetem Regler und Gleichrichter dient und ftir den Betrieb aus verschiedenen Gleichspannungsnetzen ein an unterschiedliche Gleichspannungen angepaßter Wechselrichter mit nachgeschalteten Gleichrichtern vorgesehen ist. Entsprechend der Spannung des Jeweils speisenden Fahrleitungssystems, die an der Zugsammelschiene anliegt, wird über eine elektronisch gesteuerte Umschalteinrichtung ein Eingang des Wechselrichters oder des Transformators mit der Zugsammelschiene verbunden. Die abgegebenen Sekundärspannungen sind bei der Versorgung aus den unterschiedlichen Fahrleitungssystemen Jeweils gleich. Dabei stehen für die Speisung der Beleuchtungskörper, Akkumulatorenbatterie, Brauchwasser-Bereitungseinrichtung und Klimatisierungseinrichtung (Motoren zum Antrieb der Kompressoren und Lüfter) Jeweils zwei Gleichspannungen unterschiedlicher öhe zur Verfügung.
Bei dieser Energieversorgungseinrichtung wird der für die niedrigste auftretende Frequenz von 16 2/3 Hz ausgelegte Transformator sehr groß in seinen Abmessungen und weist ein hohes Gewicht auf.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Energieversorgungseinrichtung zu schaffen, die ein kleineres Gewicht und ein kleineres Bauvolumen besitzt.
Gelöst wird diese Aufgabe bei einer Energieversorgungseinrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch, daß zur Umformung der Spannungen der unterschiedlichen Fahrleitungssysteme nur ein einziger Wechselrichter dient, der als Mittelfrequenzwechselrichter mit einer Frequenz im Bereich von etwa 20 kHz bis 100 kHz ausgebildet ist u. dem ein Mittelfrequenztransformator mit getrennten Sekundärwicklungen nachgeschaltet ist und daß die Mittel für den Betrieb der Verbraucher aus den unterschiedlichen Wechselspannungsfahrleitungssystemen durch Gleichrichter gebildet sind, die Eingängen des Wechselrichters vorgeschaltet Wind. Auf diese Weise kann statt des großen Transformators für 16 2/3 Hz wegen der angewendeten hohen Frequenz ein sehr kleiner Transformator eingesetzt werden. Dadurch erhält die Einrichtung gegenüber der bekannten Ausführung wesentlich kleinere Abmessungen und ein geringeres Gewicht und auBerdem können rotierende Umformer entfallen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung für eine elektrische Energieversorgung von Eisenbahnfahrzeugen ist in der Zeichnung schematisch gezeigt.
In der Figur ist mit 1 eine Zugsammelschiene bezeichnet, die auf einer Elektrolokomotive mit einer Oberleitung des Fahrleitunganetzes über einen Stromabnehmer verbunden wird. Dabei ist für Wechselspannungsbetrieb auf der Lokomotive ein in der Figur nicht eingezeichneter Transformator zwischengeschaltet.
Von der Zugsammelschiene 1 wird über eine Leitung 2 eine elektrische Heizeinrichtung für eine Klimaanlage des Fahrzeuges mit Strom versorgt. An die Zugsammelschiene 1 ist ferner über eine Sicherung 4 eine Speiseleitung 3 angeschlossen, die über einen Mittelfrequenzwechselrichter 10 und nachgeschalteten Mittelfrequenztransformator 11 mit getrennten Sekundärwicklungen lla, lib, 11c alle übrigen Stromverbraucher speist. Der Mittelfrequenzwechselrichter 10 ist fUr eine Frequenz im Bereich von etwa 20 kHz bis 100 kHz bemessen und besitzt vier Gleichspannungseingänge 1Oa, 1Ob, 10c, 1tod, von denen zwei (10a, 1Ob) bei Gleichspannungseinspeisung direkt an die Sammelschiene anschlieB-bar sind und die beiden anderen (10c, 10d) über vorgeschaltete Gleichrichter 20, 21 mit der Sammelschiene bei Wechselspannungseinspeisung verbunden werden. Eine aus einer Batterie 5 und Beleuchtungskörpern 6 gebildete Verbrauchergruppe liegt über einen steuerbaren Gleichrichter 23 an Ausgangsklemmen 11d des Mittelfrequenztransformators 11. An weitere Ausgangsklemmen 11e ist über einen steuerbaren Gleichrichter 23 ein Antriebsmotor 24 eines Kompressors für den Kälteteil einer Klimaanlage angeschlossen.
Zur Speisung von Einphasenwechselstromverbrauchern, z.B. von Heizkörpern 8 für Vorräume und Toilette sowie Heizpatronen 9 für die Brauchwasser-Erwärmung und zur Speisung von Drehstromverbrauchern (an die Anschlußklemmen 7 anschließbare Lüfter der Klimaanlage) dient ein 50 Hz-Niederspannungswechselrichter 13, der über einen Gleichrichter 12 mit den Ausgangsklemmen 11f des Mittelfrequenztransformators 11 verbunden ist.
In der Speiseleitung 3 ist ein Hauptschalter 14 angeordnet, durch den sie mit einem der vier Kontakte I, II, III und IV des Umschalters 15 verbunden werden kann. Dieser Umschalter 15 besteht aus einer Anordnung von verschiedenen, hier nicht dargestellten Hochspannungsschaltschützen, die von einer Spannungswähl- und Umschalteinrichtung 16 betätigt werden. Diese wird über eine Leitung 17 angesteuert und hat andererseits über eine Leitung 18 Verbindung mit Erde 19. Liegt an der Zugsammelschiene 1 eine der Wechselspannungen 1500 V 16 2/3 Hz oder 1500 V 50 Hz an, dann werden durch den Umschalter 15 die Kontakte I bzw. II eingeschaltet. Dadurch wird die Leitung 3 über den Gleichrichter 20 bzw. Gleichrichter 21 mit dem Mittelfrequenzwechselrichter 10 verbunden. Liegt an der Zugsammelschiene 1 eine der Gleichspannungen 1500 V oder 3000 V an, dann sind durch die Umschalteinrichtung 15 die Kontakte III bzw. IV eingeschaltet. Damit ist die Speiseleitung 3 direkt mit dem Mittelfrequenzwechselrichter 10 verbunden. Der zweite Leitungspol hat eine Verbindung mit Erde 19.
Über die erfindungsgemäße Energieversorgungseinrichtung E können die Verbraucher mit folgenden Spannungen gespeist werden: a) mit veränderbarer Gleichspannung bis 1000 V der Motor 24 zum Antrieb des Kältekompressors der Klimaanlage, b) mit Drehspannung 380/220 V, 50 Hz die Lüftermotoren (über Anschlußklemmen 7) für die Klimaanlage, c) mit Wechselspannung 220 V, 50 Hz die Heizkörper für die Vorwärme und für die Toiletten und die Heizpatronen für die Brauchwasser-Erwärmung (8, 9), d) mit Gleichspannung 24 V oder 110 V die Batterie 5, die Wechselrichter für die Leuchtstofflampenbeleuchtung und die GlUhlampen 6.
1 Figur 3 Patentansprüche L e e r s e i t e

Claims

Patentansprüche 1. Energieversorgungseinrichtung für ein Einsenbahnfahrzeug zum Spiesen verschiedener Gruppen von elektrischen Verbrauchern aus unterschiedlichen Fahrleitungssystemen. bei der ein an verschiedene Gleichspannungen anschlißharer Wechsel richter mit nachgeschalteten Gleichrichtern fur den Betrieb von Verbrauchern aus unterschiedlichen Gleichspannungsfahrleitungssystemen und Mittel für den Betrieb von Verbrauchern aus unterschiedlichen Wechselspannungsfahrleitungssystemen vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß zur Umformung der Spannungen der unterschiedlichen Fahrleitungssysteme nur ein einziger Wechselrichter dient, der als Mi-ttelfrequenzwechselrichter (10 mit einer Frequenz im Bereich von etwa 20 kHz bis 100 kHz ausgebildet ist und dem ein Mittelfrequenz transformator (11) mit getrennten Sekundärwicklungen (11a, leib, 11c) nachgeschaltet ist und daß die Mittel für den Betrieb der Verbraucher aus den unterschiedlichen Wechselspannungsfahrleitungssystemen durch Gleichrichter (20, 21) gebildet sind. die Eingängen (10c, 10d) des Wechselrichter (10) vorgeschaltet sind.
2. Energieversorgungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Speisung von Einphasenwechselstrom-oder Drehstromverbrauchern an einen mit dem Ausgang (11f) des Mittelfrequenztransformators (11) verbundenen Gleichrichter (12) ein Niederspannungswechselrichter (13) angeschlossen ist.
3. Energieversorgungseirichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Speisung von Cleichspannungsver brauchern (5 bzw. 24) an Ausgänge (11d, 11e) des Mittelfrequenztransformators (11) Gleichrichter, insbesondere gesteuert Gleichrichter (2, 23), angeschlossen sind.