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AT406137B - ENERGY SUPPLY SYSTEM ON DIESEL ELECTRICAL LOCOMOTIVES - Google Patents

ENERGY SUPPLY SYSTEM ON DIESEL ELECTRICAL LOCOMOTIVES Download PDF

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AT406137B
AT406137B AT0017394A AT17394A AT406137B AT 406137 B AT406137 B AT 406137B AT 0017394 A AT0017394 A AT 0017394A AT 17394 A AT17394 A AT 17394A AT 406137 B AT406137 B AT 406137B
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Krupp Verkehrstechnik Gmbh
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    • H02P9/00—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output
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Description

AT 406 137 BAT 406 137 B

Die Erfindung betrifft eine Energieversorgungsanlage zur Verwendung im Bereich einer dieselelektrischen Lokomotive, die einen Generator aufweist, der von einem Dieselmotor angetrieben ist und der einen Gleichstromzwischenkreis zur Speisung einer Traktionseinrichtung versorgt und die mit einer Kopplungseinrichtung zur Speisung von Verbrauchern versehen ist, die im Bereich von Reisezugwagen angeordnet sind. Für die Versorgung der Reisezugwagen mit elektrischer Energie wird auf Diesellokomotiven eine derartige Energieversorgungsanlage vorgesehen. Die Energieversorgungsanlage gibt beispielsweise eine Spannung von 1000 V und 16 2/3 Hz über eine durchgehende Zugsammelschiene an die Reisezugwagen ab.The invention relates to an energy supply system for use in the field of a diesel-electric locomotive, which has a generator which is driven by a diesel engine and which supplies a direct current intermediate circuit for supplying a traction device and which is provided with a coupling device for supplying consumers in the area of passenger cars are arranged. Such an energy supply system is provided on diesel locomotives for supplying the passenger coaches with electrical energy. The power supply system, for example, outputs a voltage of 1000 V and 16 2/3 Hz to the passenger cars via a continuous train busbar.

Durch die Elektrifizierung in Europa sind folgende Spannungen auf der durchgehenden Zugsammelschiene vorgegeben: 1000 V, 16 2/3 Hz, 1500 V, 50 Hz, 1500 V Gleichspannung und 3000 V Gleichspannung.Due to the electrification in Europe, the following voltages are specified on the continuous train busbar: 1000 V, 16 2/3 Hz, 1500 V, 50 Hz, 1500 V DC and 3000 V DC.

Die Spannung 1000 V, 16 2/3 Hz wird bei einem Antrieb der Reisezugwagen mit einer Elektrolokomotive über einen Transformator vorgegeben. Die Energieversorgungsanlage auf der Diesellokomotive muß dann auch diese Spannung erzeugen, um die dafür ausgelegten elektrischen Anlagen in den Reisezugwagen zu versorgen.The voltage 1000 V, 16 2/3 Hz is specified when the passenger coaches are driven by an electric locomotive via a transformer. The energy supply system on the diesel locomotive must then also generate this voltage in order to supply the electrical systems designed for this purpose in the passenger coaches.

Ein bekanntes Ausführungsbeispiel ist, daß parallel aus dem Gleichspannungszwischenkreis der Traktionseinrichtung über einen Wechselrichter und einen Transformator 1000 V, 16 2/3 Hz an die Zugsammelschiene abgegeben werden. Der Gleichspannungszwischenkreis wird dabei von einem Drehstromgenerator und einem Gleichrichter gebildet, wobei der Drehstromgenerator vom Dieselmotor angetrieben wird.A known embodiment is that 1000 V, 16 2/3 Hz are output in parallel from the DC voltage intermediate circuit of the traction device via an inverter and a transformer to the train busbar. The DC voltage intermediate circuit is formed by a three-phase generator and a rectifier, the three-phase generator being driven by the diesel engine.

Die Kennlinie des Dieselmotors gibt für den Generator eine Drehzahl von 750 U/min bis 1350 U/min vor. Die Spannung nach Gleichrichtung im Gleichstromzwischenkreis ändert sich dadurch zwischen 1000 V und 1800 V.The characteristic curve of the diesel engine specifies a speed of 750 rpm to 1350 rpm for the generator. The voltage after rectification in the DC link changes between 1000 V and 1800 V.

Der Wechselrichter für die Versorgung der Reisezugwagen wird bei der bekannten Schaltung über die zur Durchführung einer Anschnittsteuerung verwendeten GTO’s so getaktet, daß der Effektivwert der Spannung am Ausgang 1000 V. ist. Das führt dazu, daß das Verhältnis von Arbeitszeit zur Pausenzeit verändert werden muß. Um die elektrischen Anlagen in Reisezugwagen zu betreiben, ist in der Vorschrift UIC 626 vorgegeben, daß die Ausgangsspannung als Block mit 28 ms Arbeitszeit und 2 ms Pausenzeit ausgelegt wird. Diese Bedingung kann mit der bekannten Ausführung nicht erreicht werden.The inverter for the supply of the passenger coaches is clocked in the known circuit via the GTOs used to carry out a gate control so that the effective value of the voltage at the output is 1000 V. This means that the ratio of working hours to break times has to be changed. In order to operate the electrical systems in passenger coaches, regulation UIC 626 stipulates that the output voltage is designed as a block with 28 ms working time and 2 ms break time. This condition cannot be achieved with the known design.

Außerdem ist aus Isolationsgründen ein Trenntransformator für 1000 V, 16 2/3 Hz einzubringen, und zwar für die gesamte Leistung, z. B. 800 kVA für den Betrieb von 14 Reisezugwagen. Der Transformator, der hierzu mit einer Frequenz von 16 2/3 Hz ausgelegt ist, bringt dabei ein erhebliches Gewicht und Bauvolumen auf die Lokomotive.In addition, an isolation transformer for 1000 V, 16 2/3 Hz must be installed for insulation reasons, for the entire output, e.g. B. 800 kVA for the operation of 14 passenger coaches. The transformer, which is designed for this with a frequency of 16 2/3 Hz, brings a considerable weight and volume to the locomotive.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Energieversorgungsanlage der einleitend genannten Art derart zu konstruieren, daß ein einfacher Aufbau und ein einfacher Betrieb ermöglicht wird.The object of the present invention is therefore to construct a power supply system of the type mentioned in the introduction in such a way that simple construction and simple operation are made possible.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Kopplungseinrichtung einen die Verbraucher speisenden Wechselrichter aufweist, der mit einem ausschließlich dem Wechselrichter zugeordneten Gleichrichter verbunden ist, der an den Generator angeschlossen ist.This object is achieved according to the invention in that the coupling device has an inverter which feeds the loads and is connected to a rectifier which is exclusively assigned to the inverter and is connected to the generator.

Durch diese Ausbildung ist es möglich, eine Speisung der Verbraucher im Bereich der Reisezugwagen unabhängig von den jeweiligen Betriebsbedingungen im Bereich des Gleichstromzwischenkreises vorzunehmen. Darüber hinaus ist es möglich, daß der Trenntransformator für 1000 V, 16 2/3 Hz entfallen kann.This design makes it possible to supply the consumers in the area of the passenger coaches independently of the respective operating conditions in the area of the DC link. It is also possible that the isolating transformer for 1000 V, 16 2/3 Hz can be omitted.

Eine völlige Trennung der der Traktionseinrichtung zugeordneten elektrischen Komponenten und der den zu versorgenden Verbrauchern zugeordneten Komponenten kann dadurch erfolgen, daß der Generator für die Traktionseinrichtung eine zweite Wicklung hat und der Wechselrichter von dieser Wicklung über einen steuerbaren Gleichrichter mit konstanter Spannung versorgt wird und daß der Wechselrichter getaktet wird.A complete separation of the electrical components assigned to the traction device and the components assigned to the consumers to be supplied can take place in that the generator for the traction device has a second winding and the inverter is supplied with constant voltage by this winding via a controllable rectifier and in that the inverter is clocked.

Zur Erfüllung typischer Einsatzanforderungen wird vorgeschlagen, daß eine Blockbildung der Ausgangsspannung bei 16 2/3 Hz von 28 ms Arbeitszeit und 2 ms Pausenzeit erfolgt.To meet typical application requirements, it is proposed that the output voltage be blocked at 16 2/3 Hz of 28 ms working time and 2 ms pause time.

Eine Verwendung eines konventionellen Generators kann dadurch erfolgen, daß eine Drehstromspannung für die Traktionseinrichtung parallel auf einen Trenntransformator 2A conventional generator can be used in that a three-phase voltage for the traction device is connected in parallel to an isolating transformer 2

Claims (9)

AT 406 1 37 B angeschlossen ist und daß der Wechselrichter von der Sekundärseite des Transformators über einen gesteuerten Gleichrichter mit konstanter Spannung versorgt wird. Auch bei der Verwendung eines konventionellen Generators können übliche Anforderungen dadurch erfüllt werden, daß der Wechselrichter so getaktet wird, daß eine Blockbildung der Ausgangsspannung von 28 ms Arbeitszeit und 2 ms Pausenzeit erfolgt. Zur Ermöglichung eines bewährten Aufbaues des Gleichrichters wird vorgeschlagen, daß im Bereich des Gleichrichters GTO's angeordnet sind. Darüber hinaus ist es aber auch möglich, daß im Bereich des Gleichrichters Thyristoren angeordnet sind. Eine zuverlässige Konstruktion des Wechselrichters erfolgt dadurch, daß im Bereich des Wechselrichters GTO's angeordnet sind, die an eine sie taktende Steuerung angeschlossen sind. In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigen: Fig. 1: ein Blockschaltbild einer Energieversorgungsanlage, bei der ein Generator mit zwei Dreiphasenwicklungen versehen ist, von denen ein Wicklungssatz an einen Gleichrichter zur Speisung des Wechselrichters für die Verbraucher angeschlossen ist und Fig. 2: ein Blockschaltbild einer Vorrichtung, bei der der Generator nur mit einem Satz von Drehstromwicklungen ausgestattet ist und der Anschluß des Gleichrichters für den den Verbrauchern zugeordneten Wechselrichter über einen Transformator erfolgt. Ein Dieselmotor (1) treibt einen Generator (2) an, der über eine Wicklung (3) des Generators (2) über einen Gleichrichter (5) eine Gleichspannung für eine Traktionseinrichtung, gebildet aus Drehstromumrichtem und Drehstromfahrmotoren, zur Verfügung stellt. Die Wicklung (3) ist als eine Drehstromwicklung ausgebildet. Zur Speisung von Verbrauchern im Bereich von Reisezugwagen wird die Spannung von einer Wicklung (4) des Generators (2) abgenommen. Diese Spannung ändert sich im gleichen Verhältnis wie die Spannung der Wicklung (3) des Generators (2), die von einer Dieselmotor-Kennlinie und der Traktionseinrichtung vorgegeben wird. Über einen steuerbaren Gleichrichter (6) wird die Spannung für einen Wechselrichter (9) konstant gehalten, der an die Verbraucher angeschlossen ist. Der steuerbare Gleichrichter (6) wird vorzugsweise in Sektorsteuerung über GTO's betrieben, um die Rückwirkungen auf den Generator (2) gering zu halten. Der Wechselrichter (9) wird über GTO's (10, 11, 12 und 13) so getaktet, daß eine Blockbildung mit 28 ms Arbeitszeit und 2 ms Pausenzeit entsprechend UIC 626 (neu) hervorgerufen wird. Ein anderes Ausführungsbeispiel ist in Fig. 2 dargestellt. Der Generator (2) hat hier serienmäßig nur eine Wicklung (3). Über einen Transformator (18) wird eine Isoliertrennung vorgenommen. Da der Generator (2) nur im Frequenzbereich ab 40 Hz arbeitet, ist der Transformator (18) für 40 Hz auszulegen. Hier ist trotzdem noch eine erhebliche Gewichtseinsparung gegenüber dem bekannten System mit 16 2/3 Hz Transformator gegeben. Der Transformator (18) weist drei Primärwicklungen und drei Sekundärwicklungen auf, die an Verbindungsleitungen zwischen dem Generator (2) und dem Gleichrichter (5) bzw. an den Gleichrichter (6) angeschlossen sind. Im Bereich der Kopplungseinrichtung sind zur Vergleichmäßigung der Strom- und Spannungsverläufe eine Induktivität (7) und ein Kondensator (8) angeordnet. Die Induktivität (7) ist mit dem Gleichrichter (6) in Reihe geschaltet und der Kondensator (8) ist der Reihenschaltung aus dem Gleichrichter (6) und der Induktivität (7) parallel geschaltet. Die vom Wechselrichter (9) bereitgestellte Energie kann im Bereich von Anschlüssen (16,17) abgegriffen werden. Zwischen dem Wechselrichter (9) und dem Anschluß (16) sind eine Induktivität (14) und ein Schalter (15) angeordnet Patentansprüche: 1. Energieversorgungsanlage zur Verwendung im Bereich einer dieselelektrischen Lokomotive, die einen Generator aufweist, der von einem Dieselmotor angetrieben ist und der einen Gleichstromzwischenkreis zur Speisung einer Traktionseinrichtung versorgt und die mit einer Kopplungseinrichtung zur Speisung von Verbrauchern versehen ist, die im Bereich von Reisezugwagen angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplungseinrichtung einen die Verbraucher speisenden Wechselrichter (9) aufweist, der 3 AT 406 137 B mit einem ausschließlich dem Wechselrichter (9) zugeordneten Gleichrichter (6) verbunden ist, der an den Generator (2) angeschlossen ist.AT 406 1 37 B is connected and that the inverter is supplied with constant voltage from the secondary side of the transformer via a controlled rectifier. Even when using a conventional generator, usual requirements can be met by clocking the inverter so that the output voltage is blocked by 28 ms working time and 2 ms pause time. To enable a proven construction of the rectifier, it is proposed that GTOs be arranged in the region of the rectifier. In addition, however, it is also possible for thyristors to be arranged in the region of the rectifier. A reliable construction of the inverter takes place in that GTOs are arranged in the area of the inverter, which are connected to a control clocking them. Exemplary embodiments of the invention are shown schematically in the drawing. 1 shows a block diagram of a power supply system in which a generator is provided with two three-phase windings, of which one winding set is connected to a rectifier for supplying the inverter to the consumer, and FIG. 2 shows a block diagram of a device in which the generator is only equipped with a set of three-phase windings and the rectifier for the inverter assigned to the consumers is connected via a transformer. A diesel motor (1) drives a generator (2) which, via a winding (3) of the generator (2) via a rectifier (5), provides a DC voltage for a traction device, formed from three-phase converters and three-phase traction motors. The winding (3) is designed as a three-phase winding. The voltage is taken from a winding (4) of the generator (2) to supply consumers in the area of passenger coaches. This voltage changes in the same ratio as the voltage of the winding (3) of the generator (2), which is specified by a diesel engine characteristic and the traction device. The voltage for an inverter (9) which is connected to the consumers is kept constant by means of a controllable rectifier (6). The controllable rectifier (6) is preferably operated in sector control via GTOs in order to keep the effects on the generator (2) low. The inverter (9) is clocked via GTOs (10, 11, 12 and 13) in such a way that a block formation with 28 ms working time and 2 ms pause time according to UIC 626 (new) is caused. Another embodiment is shown in FIG. 2. The generator (2) has only one winding (3) as standard. Isolation is carried out via a transformer (18). Since the generator (2) only works in the frequency range from 40 Hz, the transformer (18) must be designed for 40 Hz. Nevertheless, there is still considerable weight savings compared to the known system with 16 2/3 Hz transformer. The transformer (18) has three primary windings and three secondary windings which are connected to connecting lines between the generator (2) and the rectifier (5) or to the rectifier (6). An inductor (7) and a capacitor (8) are arranged in the area of the coupling device in order to equalize the current and voltage profiles. The inductor (7) is connected in series with the rectifier (6) and the capacitor (8) is connected in parallel with the series connection of the rectifier (6) and the inductor (7). The energy provided by the inverter (9) can be tapped in the area of connections (16, 17). Between the inverter (9) and the connection (16), an inductor (14) and a switch (15) are arranged. Claims: 1. Power supply system for use in the area of a diesel-electric locomotive, which has a generator which is driven by a diesel engine and which supplies a DC intermediate circuit for supplying a traction device and which is provided with a coupling device for supplying consumers which are arranged in the region of passenger cars, characterized in that the coupling device has an inverter (9) which supplies the loads and which 3 AT 406 137 B is connected to a rectifier (6) exclusively assigned to the inverter (9) and connected to the generator (2). 2. Energieversorgungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Generator für die Traktionseinrichtung eine zweite Wicklung (4) hat und der Wechselrichter (9) von dieser Wicklung (4) über einen steuerbaren Gleichrichter (6) mit konstanter Spannung versorgt wird und daß der Wechselrichter (9) getaktet wird.2. Power supply system according to claim 1, characterized in that the generator for the traction device has a second winding (4) and the inverter (9) from this winding (4) via a controllable rectifier (6) is supplied with a constant voltage and that Inverter (9) is clocked. 3. Energieversorgungsanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Blockbildung der Ausgangsspannung bei 16 2/3 Hz von 28 ms Arbeitszeit und 2 ms Pausenzeit erfolgt.3. Power supply system according to claim 1 or 2, characterized in that the output voltage is blocked at 16 2/3 Hz of 28 ms working time and 2 ms break time. 4. Energieversorgungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Drehstromspannung für die Traktionseinrichtung parallel auf einen Trenntransformator (4) angeschlossen ist und daß der Wechselrichter (9) von der Sekundärseite des Transformators (9) über einen gesteuerten Gleichrichter (6) mit konstanter Spannung versorgt wird.4. Power supply system according to claim 1, characterized in that a three-phase voltage for the traction device is connected in parallel to an isolating transformer (4) and that the inverter (9) from the secondary side of the transformer (9) via a controlled rectifier (6) with constant voltage is supplied. 5. Energieversorgungsanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Wechselrichter (4) so getaktet wird, daß eine Blockbildung der Ausgangsspannung von 28 ms Arbeitszeit und 2 ms Pausenzeit erfolgt.5. Power supply system according to claim 4, characterized in that the inverter (4) is clocked so that the output voltage is blocked by 28 ms working time and 2 ms break time. 6. Energieversorgungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des Gleichrichters (6) GTO's angeordnet sind.6. Power supply system according to one of claims 1 to 5, characterized in that GTO's are arranged in the region of the rectifier (6). 7. Energieversorgungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des Gleichrichters (6) Thyristoren angeordnet sind.7. Power supply system according to one of claims 1 to 5, characterized in that thyristors are arranged in the region of the rectifier (6). 8. Energieversorgungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des Wechselrichters8. Power supply system according to one of claims 1 to 5, characterized in that in the region of the inverter (9) GTO's angeordnet sind, die an eine sie taktende Steuerung angeschlossen sind. Hiezu 2 Blatt Zeichnungen 4(9) GTO's are arranged, which are connected to a controller clocking them. Including 2 sheets of drawings 4
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