DD224724A1

DD224724A1 - Bordnetzversorgung, insbesondere bei schienenfahrzeugen mit gleichstromnetz

Info

Publication number: DD224724A1
Application number: DD26376184A
Authority: DD
Inventors: Norbert Sellin
Original assignee: Komb Schienenfahrzeugbau Veb
Priority date: 1984-06-04
Filing date: 1984-06-04
Publication date: 1985-07-10

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Energieversorgung von Schienenfahrzeugbordnetzen, bei denen als Energiespeicher eine Batterie vorgesehen ist. Die Versorgung erfolgt mittels einer unkomplizierten, stoerunanfaelligen und funktionssicher arbeitenden Schaltungsanordnung, bei der durch eine besondere Verknuepfung eines elektronischen Schalters eines Batterieladegeraetes mit der elektrischen Anlage sowie der Energieversorgungseinrichtung und der Batterie eine schnelle Umschaltung, eine Reduzierung der Spannungstoleranzen und eine optimale Batterieladung erreicht wird. Zwischen Batterie und Verbraucher sind einerseits ein Thyristorschalter mit antiparalleler Diode und andererseits ein Batterieladegeraet vorgesehen, bestehend aus den selektiv wirkenden Sicherungen, einer Drossel, einem Transistorschalter, einer Diode sowie einem Kondensator. Fig. 1

Description

Bordnetzversorgung, insbesondere bei Schienenfahrzeugen mit Gleichstromnetz

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Energieversorgung von Schienenfahrzeugbordnetzen, bei denen als Energiespeicher eine Batterie vorgesehen ist, insbesondere für Schienenfahr- ' zeuge mit zentraler Energieversorgung.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Ss sind Einrichtungen für die Speisung von Bordnetaen der Schienenfahrzeuge bekannt, bei denen eine Batterie vorhanden ist, die als Energiespeicher dient« Zur Ladung der Batterie ist eine zusätzliche Energieversorgungseinrichtung (z«3» ein Achsgenerator, der im Fahrbetrieb in das Bordnetz einspeist) vorhanden, die in das batteriegepufferte Bordnetz einspeist und eine Ladung der Batterie ermöglicht. Der Toleranzbereich, der Bordnetzspannung für die in der elektrischen Anlage des Schienenfahrzeuges angeschlossenen Verbraucher liegt zwischen der maximalen Ladespannung der Batterie und der zulässigen Entladeschlußspannung der Batterie» Dieser Spannungsbereich beträgt z.B_e bei 110 Y-Iletzen mit JTICd-Batterien ca« 90 V bis 150 7* Dieser relativ hohe Toleranzbereich, erfordert eine entsprechende Bemessung der angeschlossenen Verbraucher bzw» zusätzliche spannungsstabilisierende Einrichtungen vor den Verbrauchern.

Zur Reduzierung der SpannungstäLeranzen für die Verbraucher der Wagenanlage sind Lösungen bekannt geworden, beidenen eine Abschaltung der Batterie über ein entsprechendes

Schütz vorgenommen und in Verbindung mit dem Generator ein zusätzliches Ladegerät für die Batterie notwendig wird* Dieses Ladegerät wird aus einer zusätzlichen Hilfswicklung des Generators gespeist und besitzt entweder eine weitere für die Steuerung der Batterieladung vorhandene Einrichtung (z,3. Magnetverstärker) oder eine auf "beide Ausgangsspannungen des Generators wirkende Steuereinrichtung*

Beide letztgenannten bekannten Einrichtungen haben aufgrund der eingesetzten elektromechanischen Schaltgeräte den Ifechteil, daß die Umschaltung von Betrieb aus dem Generator auf Betrieb aus der Batterie mit relativ großen Spannungsunterbrechungen verbunden ist und bei kurszeitiger Abschaltung der zugeführten Energie aus der Energieversorgungseinrichtung, wie sie bei zentraler Energieversorgung aus der Zugsammelschiene häufig auftritt, praktisch nicht anwendbar ist. Zusätzliche Aufwendungen entstehen im Generator durch die' Anordnung der transformatorisch gekoppelten Wicklungen. Bei der Einrichtung nach Urheberschein SU-US 512 537 ist außerdem eine unabhängige optimale temperaturgesteuerte Batterieladung nicht möglich, ohne den Toleranzbereich der Bordnetzspannung für die Verbraucher erneut zu vergrößern*

Bei Schienenfahrzeugen mit Achsgeneratorstromversorgung wird die Ladespannung gleich der Gasungsspannung der Batterie eingestellt und das entstehende Knallgasgemisch wird durch den Fahrtwind aus dem Batteriekasten abgeleitet. Bei den Snergieversorgungseinrichtungen, die auch im Stand der Reisezugwagen eine Batterieladung ermöglichen, werden im allgemeinen zusätzliche Batterielüfter angeordnet oder die Ladespannung 30 weit reduziert j daß praktisch kein Knailgaagemiach entsteht. Die erstgenannte Ausführung fordert einen höheren Aufwand und es werden verschleißbehaftete rotierende Bauteile notwendig* Im zweiten Pail wird die installierte Batteriekapazität nicht optimal ausgenutzt, Durch die galvanische Verknüpfung der bekannten Ladeeinrichtung mit der Ausführung des Generators ist ein selektiver Schutz von Stromkreisen im Störungsfall relativ aufwendig.

Ziel dei· Erfindung

Mit der Erfindung sollen die genannten Nachteile der bekannten Einrichtungen für die Speisung von Bordnetzen der Schienenfahrzeuge beseitigt werden, wobei die Versorgung mittels einer unkomplizierten, störungsanfälligen und besonders im Havariefall funktionssicher arbeitenden Lösung erreicht wird* Die Einrichtung soll wirtschaftlich und mit geringem Aufwand herstellbar sein·

Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Bordnetzversorgung, insbesondere für Schienenfahrzeuge mit Gleichstromnetz zu schaffen, bei der durch eine besondere Verknüpfung eines Schalters eines Batterieladegerätea mit der elektrischen Anlage des Schienenfahrzeuges sowie der Energieversorgungseinrichtung und der Batterie auch bei Ortsnetzeinspeisung eine Reduzierung der Spannungstoleranzen für die Verbraucher and eine optimale Batterieladung erreicht wird* Außerdem wird durch eine besondere Zuordnung einer Steuereinrichtung zum Schalter und Batterieladegerät der sichere Betrieb der Verbraucher gewährleistet und eine Batterieladung unter Vermeidung der Gasung im Standbetrieb bei zentraler Energieversorgung oder Ortanetzeinspeisung ermöglicht«

Srfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß für die Speisung der Verbraucher eine Energieversorgungseinrichtung sowie die Batterie und für die Ortsnetzeinspeisung ein ungeregelter Gleichrichter vorgesehen sind» Zwischen der Batterie und dem Verbraucher ist eine Diode und ein mit der Steuereinrichtung verbundener Schalter angeordnet, wobei der Schalter bei einer Schaltstellung die Batterie über die Sicherung den aus der Drossel der Diode, den Transistor, der Steuereinrichtung und dem Kondensator bestehenden TransistorsteHer über eine weitere Sicherung mit dem Verbraucher verbunden ist« Für den Pail der Ortsnet zeinspeisung i3t der ungeregelte Gleichrichter am Eingang des Trans is tors te Hers und der Schalter mit dein dritten Kontakt mit dem Verbraucher verbunden« Erfindungsgemäß

vn.rd die Aufgabe weiterhin dadurch gelöst, daß der Verbraucher parallel zur Energieversorgungseinrichtung und die Batterie an den Ausgang des TransistorsteHers geschaltet ist, wobei antiparallel zur Diode ein Thyristor vorgesehen ist. Der Transistorsteller und der Thyristor ist mit der Steuereinrichtung sowie der Energieversorgungseinrichtung und dem ungeregelten Gleichrichter verbunden. Die den Transistorschalter betätigende Steuereinrichtung ist mit einem R-S-Flip-Plop verbunden, dessen Setzeingang mit einem den Spannungsabfall an Diode und Thyristor messenden Differenzverstärker verbunden ist sowie dessen ßücksetzeingang mit einem Trigger geschaltet ist, dessen Eingänge mit einer Sollwertquelle und der Spannung an den Verbrauchern versehen sind*

Ausführungsbeiapiel

Die Erfindung, soll an zwei Ausführungsbeispielen, die in den dazugehörigen Zeichnungen, Pig. 1 und Pig» 2, näher dargestellt sind, erläutert werden«

Fig.* 1 enth.ält ein Ausführungsbeispiel, das eine unmittelbare Speisung des Energieversorgungsgerätes (1) auf die Batterie vorsieht. Dabei wird die optimale Batterieladung z«B. im Fährbetrieb bei dieser Betriebsart durch das Energieversorgungsgerät 1 gesteuert und im Vergleich zur Pig» bei gleicher Anlagenspannung eine kleinere Batteriezellenzahl vorgesehen. Speist das Energieversorgungsgerät 1 nicht mehr ein, gibt die Batterie 2 Energie an die Verbraucher ab und der Transistorsteiler 14 wird durch die Steuereinrichtung 9 erst zugeschaltet, wenn die Spannung an den /erbrauchem 3 der Wagenanlage unterhalb eines vorgegebenen Grenzwertes ist und analog wie bei der in Fig. 2 beschriebenen Weise eine Anhebung der Ausgangsspannung bewirkt. Bei Einspeisung aus dem Ortsnetz über den ungeregelten Gleichrichter 11 des Energieversorgungsgerätes 1 wird der Schalter 5 umgelegt und der Transistorsteller 14 übernimmt die optimale Batterieladung, Die Sicherungen 12: 13; 14 werden so angeordnet, daß Selektivität gewährleistet ist,

Pig« 2 enthält eine Energieversorgungeinrichtung 1, die im

allgemeinen im Fährbetrieb (z.B. Generator) oder bei Einspeisung aus der Hochspannangsheizleitung mit geregelter Gleichspannung auch im Standbetrieb die Wagenanlage und die Batterie 2 mit elektrischer Energie versorgt. Über den ungeregelten Gleichrichter 11 ist eine Einspeisung in Standbetrieb aus dem Ortsnetz möglich.

Mit Leistungsabgabe aus der Energieversorgungseinrichtung 1 an die Verbraucher 3 wird zumindest durch die Welligkeit der Energieversorgungseinrichtung 1 über die Diode 4 ein Strom fließen, der eine sichere Sperrung des Thyristors gewährleistet bzw· die Energieversorgungseinrichtung 1 wird so gesteuert, daß kurzzeitig ein Ladestrom über die Diode 4 fließt und der Thyristor 15 gesperrt wird.. Über einen Differenzverstärker 18 wird der Spannungsabfall an der Diode 4.ausgewertet und dem Setseingang eines R-S-Flip-l?lops 19 zugeführt. Der Thyristor 15 bleibt dabei ausgeschaltet. Sofern die Spannung für die Verbraucher 3 oberhalb eines Sollwertes ist, schaltet der Trigger 20 von L auf Η-Signal und der Rücksetzeingang gibt die Einschaltung des S-S-Flip-Flops 19 frei, das seinerseits die Impulse für die Steuereinrichtung 9 freigibt, die in Abhängigkeit von einer gewünschten Batterieladecharakteristik ggf. unter Einbeziehung der mittels Fühler 21 bestimmten Temperatur der Batterie 2 den Transistorschalter S periodisch einschaltet und 3omit in der Drossel 6 Energie speichert, die nach Abschalten des Transistorschalters 8 über die Diode 7 eine Ladung der Batterie 2 mit Spannungen ermöglicht, die höher als die der Energieversorgungseinrichtung 1 bsw, des ungeregelten Gleichrichters 11 abgegebene Spannung ist. Durch Steuerung der Schaltfrequenz bei konstanter Sinschaltdauer.bsw* durch Steuerung der Einschaltzeit des Transistorschalter 8 bei konstanter Frequenz kann dann die gewünschte Batterieladespannung bzw. der gewünschte Batterieladestroa gesteuert werden* Erfolgt die Zuschaltung eines größeren Verbrauchers 3 der Wagenanlage, wird zweckmäßig der Transistorschalter 8 durch Impulssperre der Steuereinrichtung 9 ausgeschaltet und der Thyristor 15 eingeschaltet, so daß die

Snergieversorgungseinrichtung 1 durch die Batterie 2 gepuffert wird. Nach Beendigung der starken Last an der Wagenanlage wird der Thyristor 15 ggf. durch kurszeitiges Erhöhen der Spannung'der Energieversorgungseinrichtung 1 wieder ausgeschaltet. Wird die Energieversorgungseinrichtung 1 abgeschaltet, erfolgt die umschaltung auf Batterie betrieb der Verbraucher 3 durch Zünden des Thyristors 15 zweckmäßig erst bei einer Spannung an den Verbrauchern 3, die nahe dem unteren zulässigen Wert der Anlagenspannung liegt, um so eine deutliche Absenkung der zuvor im Ladebetrieb relativ hohen Batteriespannung zu erreichen und somit die Verbraucherspannung bei Schwachlastbetrieb nicht unnötig hoch werden zu lassen» Dazu kann ein Signal von der Snergieversorgungseinrichtung 1 mit νerwendet werden,

Erfindungsgemäß wird die Schaltung nach Pig. 2 so ausgebildet, daß die Sicherungen 12; 13; 17 einen selektiven Schutz der Batterie 2, der Verbraucher 3 und des für die Batterieladung vorgesehenen TransistorsteHers 14 gewährleisten.

Vorteilhaft bei diesem Ausführungsbeispiel ist, daß der Transistorsteller 14 bei fehlender Einspeisung aus der Energieversorgungseinrichtung 1 abgeschaltet ist und prak tisch keine zusätzlichen Schaltverluste auftreten. Damit wird eine unnötige Batterieentladung vermieden.

Claims

Erfindungsanspruch

3ordnetzversorgung, insbesondere für Schienenfahrzeuge mit Gleichstromnetz, gekennzeichnet dadurch, daß für die Speisung der Verbraucher (3) eine Energieversorgungseinrichtung (1) sowie die Batterie (2) und für die Ortsnetzeinspeisung ein ungeregelter Gleichrichter (11) und zynischen Batterie (2) und Verbraucher (3) eine Diode (4) und ein mit der Steuereinrichtung (9) verbundener Schalter (5) vorgesehen sind, wobei der Schalter (5) bei einer Schaltstellung die Batterie (2) über die Sicherung (12) den aus der Drossel (6) der Diode (7), den Transistor (S), der Steuereinrichtung (9) und dem Kondensator (10) bestehenden Transistorquersteiler (14) über die Sicherung (13) mit dem Verbraucher (3) verbunden ist und für den Pail der Ortsnetzeinspeisung der ungeregelte Gleichrichter (11) am Eingang des 'Transistorstellers (14) und der Schalter (5) mit dem dritten Kontakt mit dem Verbraucher (3) verbunden ist.

Bordnetzversorgung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Verbraucher (3) parallel zur Energieversorgungseinrichtung (1) und die Batterie (2) an den Ausgang des TransistorsteHers (14) geschaltet ist, wobei antiparailel zur Diode (4) ein Thyristor (15) vorgesehen ist, und der Transistorsteller (14) und der Thyristor (15) mit der Steuereinrichtung (9) sowie der Snergieversorgungseinrichtung (1) und dem ungeregelten Gleichrichter (11) verbunden ist, -;obei die den Transistorsteller (14) betätigende Steuereinrichtung (9) mit einem R-S-?lip-?lop (19) verbunden ist, dessen Setzeingang mit einem den Spannungsabfall an Diode (4) und Thyristor (15) messenden Differenzverstärker (18) verbunden ist sowie dessen Hücksetzeingang mit eine, Trigger (20) geschaltet ist, dessen Eingänge mit einer Sollwertquelle und der.Spannung an den Verbrauchern versehen sind.

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2 Seiten Zeichnungen