DE2731202C2

DE2731202C2 - Schaltungsanordnung zur Sicherung einer Energiereserve für statische Spannungsumformer an Zugfahrzeugen

Info

Publication number: DE2731202C2
Application number: DE19772731202
Authority: DE
Inventors: Giuseppe Dr. Turin/Torino Careglio; Cesare Prada; Ettore Restori
Original assignee: Wabco Westinghouse SpA
Current assignee: Wabco Westinghouse SpA
Priority date: 1976-09-07
Filing date: 1977-07-11
Publication date: 1987-04-30
Also published as: ES460105A1; DE2731202A1; IT1071442B

Description

Die Erfindung geht aus von einer Schaltungsanordnung zur Sicherung einer Energiereserve für statische Spannungsumformer an Zugfahrzeugen mit den Merkmalen des Oberbegriffes.

Bei diesen bekannten Umformern kommt es vor, daß ein Ausfall an elektrischer Spannung auf der Ausgangsseite des Spannungsumformers eine Entregung der für die Bewegung des Fahrzeuges erforderlichen elektrischen Kreise hervorruft, so daß das Zugpersonal gezwungen ist, diese elektrischen Kreise in geeigneter Weise wieder in Betrieb zu setzen. Der Ausfall der elektrischen Spannung auf der Ausgangsseite ist die unvermeidbare Konsequenz des sogenannten "Öffnens des Stromabnehmers", also eines kurzzeitigen Lösens des Stromabnehmers von der Hochspannung führenden Fahrleitung.

Dieser Mangel, welcher sich bei nicht kompensierten Stromleitungen mit einer gewissen Häufigkeit wiederholen kann, stört die Fahrt des Zuges.

Die Verwendung eines Drehumformers, welcher aus einer Gleichstrom-Motorengruppe und aus einem Wechselstrom-Generator zur Versorgung der Hilfsvorrichtungen für die Bewegung des Zuges besteht, vermeidet alle diese Nachteile.

In der Tat setzt bei zeitlich kurzem Spannungsausfall in der Stromleitung der Drehumformer - welcher eine große Energiereserve W _M durch die Drehmassen des Motors und des Wechselstrom- Generators aufweist - die Versorgung der Verbraucher mit mäßigen Veränderungen hinsichtlich der Größe und der Frequenz der Spannung fort.

Ein statischer Umformer herkömmlicher Art, bei welchem ein Diodenblock D und die Gesamtkapazität C sowie die Gesamtinduktivität L auf der Eingangsseite des Filters verwendet werden, in welchen der größte Teil der Energie gespeichert wird, hat eine Energiereserve, welche in den Induktivitäten L und in den Kapazitäten C (W _L=½ Cu²; W _C = ½Li²) enthalten ist, wobei diese Energiereserve kleiner ist als die Energiereserve W _M eines Drehumformers.

Eine Lösung des Problems, in einem statischen Umformer über eine vergleichsweise große Energiereserve zu verfügen, könnte somit darin liegen, die Werte W _L+W _C auf das Niveau W _M zu bringen.

Diese Lösung würde aber eine erhebliche Vergrößerung der Werte der Induktivitäten und Kapazitäten des Filters mit sich bringen und ist daher aus nachfolgenden Gründen praktisch unmöglich:

Der Kondensator C und die Induktivität L sind an die Stromleitung unmittelbar angeschlossen; deshalb müssen diese Teile für die maximal zulässige Spannung in der Fahrleitung, d. h. 12 000 Volt isoliert und dimensioniert sein.

Wenn man die Kapazität C erhöhen würde, wäre der maximale Ladestrom des Filters I=E/&udf58;w&udf56;&udf53;lu,4,,100,5,1&udf54;°KL/C°k&udf53;lu&udf54; so hoch, daß er die Sicherung und den Schnellschaltschütz des Zuges einschalten würde. Dabei ist E die Spannung am Stromabnehmer.

Wenn lediglich die Induktivität L vergrößert wird, würde man in dem Kondensator C und demgemäß auch in den Anschlußklemmen des Spannungsumformers außerordentlich hohe Spannungen beim Fortfall der Belastung feststellen. Die Zunahme der Induktivität L würde schließlich eine erhebliche Erhöhung des Gewichtes des Eingangsfilters bedeuten, welches bereits groß genug ist.

Eine mit einem LC-Eingangsfilter versehene Schaltungsanordnung für die Steuerung der Spannung an den Fahrmotoren eines fahrleitungsgespeisten Zugfahrzeuges ist in der DE-OS 23 55 013 beschrieben.

Die DE-OS 23 03 362 befaßt sich mit einem elektrischen Stromversorgungssystem, insbesondere Gleichstrom-Versorgungssystem mit einem Hilfskondensator als Energiereserve für Kraftfahrzeuge für den Fall der Unterbrechung der Verbindung zwischen der Fahrzeugbatterie einerseits und den Verbrauchern andererseits.

In diesem bekannten Stromversorgungssystem wird der Hilfskondensator über einen Widerstand mit einem Ladestrom der Fahrzeugbatterie aufgeladen. Die Verbraucher werden von der Batterie über eine Diode gespeist, die nicht im Ladekreis des Hilfskondensators liegt.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Schaltungsanordnung gemäß dem Oberbegriff derart weiterzubilden, daß die Energiereserven des Eingangsfilters angehoben werden, wobei der dabei verwendete Hilfskondensator nicht auf Überspannung ausgelegt werden soll.

Diese Aufgabe wird mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 angegebenen Merkmalen gelöst.

Geht man einmal davon aus, daß das Lösen des Stromabnehmers nicht kurzzeitig erfolgt, so ist klar, daß sich die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung im Falle des andauernden Kontaktes mit der Fahrleitung langsam auflädt und daher in der Lage ist, in einem jeden Augenblick in den Spannungsumformer Energie einzuspeisen, und zwar als Ersatz derjenigen Energie, die von der Fahrleitung geliefert wird, sofern diese Energie nicht verfügbar ist.

Ein Ausführungsbeispiel einer Anordnung gemäß der Erfindung ist nachstehend anhand der Figur noch etwas näher veranschaulicht.
Bei dem in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiel sind in dem Stromkreis folgende Elemente angeordnet:
Der Widerstand R mit einem sehr hohen Widerstandswert, so daß dieser Widerstand im Falle eines Kurzschlusses in dem Kondensator C&sub1; andauernd mit Hochspannung versorgt werden kann.
Ein Kondensator C&sub1;, der für eine Überspannung der Stromleitung von 4 000 Volt und keineswegs für eine Spannung von 12 000 Volt dimensioniert ist, wobei zu bemerken ist, daß die kontinuierliche Maximalspannung der Fahrleitung 4 000 Volt beträgt. Die Kapazität des Kondensators C&sub1; ist zumindest zehnmal größer als die Kapazität des Kondensators C.
Die Diode 1 verbindet den Kondensator C&sub1; mit dem Spannungsumformer, sobald zwischen Stromabnehmer und Fahrleitung kein Kontakt mehr besteht.
Durch diese Anordnung verfügt man über ein Energiereservoir C&sub1;, welches anstelle eines Kondensators von 12 kV aus einem Kondensator von lediglich 4 kV besteht, wobei eine Energiekapazität gegeben ist, welche bei gleichen Kosten neunmal größer, d. h. °=c:30&udf54;&udf53;vu10&udf54;&udf53;vz2&udf54; &udf53;vu10&udf54;ist.
Beim Anheben des Stromabnehmers entleert sich der Kondensator C&sub1; viel langsamer und erregt daher in keiner Weise den Schnellschalt-Schütz sowie die anderen, bestehenden Schutzvorrichtungen.
Etwaige Überspannungen in der Fahrleitung, und zwar normalerweise von einer Dauer von einigen Millisekunden gelangen unmittelbar an den Widerstand R, da die Zeitkonstante C&sub1;R, welche den vergleichsweise langen Zeiten für das Aufladen des Kondensators C&sub1; zugeordnet ist, in der Größenordnung von Minuten liegt.
Es sei einmal folgendes Beispiel angenommen:
C&sub1;=3000 µF; R=300 kΩ
Daraus folgt:
τ = 3 000 · µF · 300 kΩ=900 s
Der Kondensator C&sub1; kann im übrigen durch eine Serienschaltung von elektrolytischen Kondensatoren mit einer Spannung von je 350 Volt ersetzt werden, wobei der Raumbedarf erheblich reduziert ist.

Claims

1. Schaltungsanordnung zur Sicherung einer Energiereserve für statische Spannungsumformer an Zugfahrzeugen, die über einen Stromabnehmer an die Fahrleitung anschließbar ist, mit einer ersten Diode (D) und einem mindestens einen Kondensator (C) aufweisenden Eingangs-Filter (L, C), dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung in an sich bekannter Weise einen Hilfskondensator (C&sub1;) aufweist, dessen Kapazität erheblich größer ist als die Gesamtkapazität der Kondensatoren des Eingangs-Filters (LC), daß der Hilfskondensator (C&sub1;) über einen Widerstand (R) an die Fahrleitung anschließbar ist, dessen Wert so hoch ausgelegt ist, daß er im Falle eines Kurzschlusses mit Hilfskondensator (C&sub1;) der Hochspannung in der Fahrleitung standhält, daß der Hilfskondensator (C&sub1;) für einen Bruchteil der maximal zulässigen Spannung der Fahrleitung ausgelegt ist und daß Mittel (D&sub1;) vorgesehen sind, welche die Verbindung zwischen dem Hilfskondensator (C&sub1;) und dem Spannungsumformer nur dann zulassen, wenn der Stromabnehmer mit der Fahrleitung keinerlei Berührung hat, so daß sich der Hilfskondensator (C&sub1;) während derjenigen Zeit, in welcher ein andauernder Kontakt des Stromabnehmers mit der Fahrleitung besteht, langsam auflädt und in den Spannungsumformer Energie liefert, wenn eine zeitweise Unterbrechung der Energieabnahme durch den Stromabnehmer festgestellt wird.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Verbindung des Hilfskondensators (C&sub1;) zur Einspeisung des Stromes in den Spannungsumformer im Falle der mangelnden Berührung zwischen dem Stromabnehmer und der Fahrleitung aus einer in Durchlaßrichtung gepolten Diode bestehen.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapazität des Hilfskondensators (C&sub1;) zumindest zehnmal größer ist als die Gesamtkapazität derjenigen Kondensatoren, welche Bestandteil des Eingangsfilters (L, C) sind.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfskondensator (C&sub1;) für eine Spannung der Fahrleitung ausgelegt ist, die etwa gleich einem Drittel der maximal zulässigen Spannung ist.