DE10218258A1

DE10218258A1 - Energieversorgungseinrichtung für Reisezugwagen und/oder Triebwagen

Info

Publication number: DE10218258A1
Application number: DE2002118258
Authority: DE
Inventors: Michael Rudolf; Maik Noack
Original assignee: DWA Deutsche Waggonbau GmbH
Current assignee: DWA Deutsche Waggonbau GmbH
Priority date: 2002-04-24
Filing date: 2002-04-24
Publication date: 2003-11-13
Also published as: EP1356981A3; EP1356981A2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Energieversorgungseinrichtung zum Betreiben elektrischer Verbraucher eines Reisezugwagens und/oder Triebwagens mit einer Zugsammelschiene (ZSS) und daran angeschlossenen Hochspannungsumrichtern (HSR), welche über die Zugsammelschiene zugeführte unterschiedliche Gleich- oder Wechselspannungen jeweils in eine einheitliche Gleichspannung umformen. Um eine solche Energieversorgungseinrichtung zu vereinfachen und zu vereinheitlichen und eine Bauvolumen- und Massereduzierung hinsichtlich der eingesetzten Vorrichtungen zur Energieumwandlung und der Verkabelung zu erzielen, wird der Reisezugwagen bzw. Triebwagen erfindungsgemäß mit einer der Spannungsversorgung der elektrischen Verbraucher dienenden wageninternen Sammelschiene (WSS) ausgestattet, die jeweils über einen der Hochspannungsumrichter (HSR) an der Zugsammelschiene (ZSS) angeschlossen ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Energieversorgungseinrichtung zum Betreiben elektrischer Verbraucher eines Reisezugwagens und/oder Triebwagens mit einer Zugsammelschiene und daran angeschlossenen Hochspannungsumrichtern, welche über die Zugsammelschiene zugeführte unterschiedliche Gleich- oder Wechselspannungen jeweils in eine einheitliche Gleichspannung umformen.

Stand der Technik

Eine derartige Stromversorgungseinrichtung ist beispielsweise aus der DE 38 32 442 A1 bekannt. Bei der bekannten Stromversorgungseinrichtung wird über eine Zugsammelschiene eine der vier UIC-Spannungen (1500 V =, 3000 V =, 1500 V - 50 Hz, 1000 V - 16 ²/₃ Hz) zugeführt. Wechselspannungen werden über einen Eingangsgleichrichter gleichgerichtet, dem ein Tiefsetzsteller nachgeschaltet ist, der mit zwei seriell geschalteten und kapazitiv gekoppelten GTO-Thyristoren die unterschiedlichen Gleichspannungen in eine einheitliche Zwischenkreisspannung umformt. Aus dieser Zwischenkreisspannung wird mit zwei Drehstromwechselrichtern durch Pulsweitenmodulation und L-C-Filter Sinusspannung erzeugt. Diese wird durch Transformatoren potentialgetrennt an die Verbraucher weitergeleitet. Außer einem Batterieladegerät sind unter anderem eine Klimaanlage und Steckdosen für Netzspannung mit den Transformatoren verbunden.

A - Aufgabe der Erfindung

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine mehrsystemfähige Energieversorgungseinrichtung zum Betreiben elektrischer Verbraucher eines Reisezugwagens und/oder Triebwagens anzugeben, die zu einer Vereinfachung und Vereinheitlichung sowie zu einer Bauvolumen- und Massereduzierung hinsichtlich der eingesetzten Vorrichtungen zur Energieumwandlung und der Verkabelung führt.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Energieversorgungseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die erfindungsgemäße Energieversorgungseinrichtung ist somit im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, dass der Reisezugwagen bzw. Triebwagen mit einer der Spannungsversorgung der elektrischen Verbraucher dienenden wageninternen Sammelschiene ausgestattet ist, die jeweils über einen Hochspannungsumrichter an der Zugsammelschiene angeschlossen ist. Die in die Zugsammelschiene eingespeiste Energie wird also wagenweise umgeformt, und zwar auf eine Gleichspannung im Bereich von DC 540 V bis DC 750 V Nennwert, vorzugsweise auf 670 V Gleichspannung mittels Hochspannungsumrichter mit mittelfrequenter Potentialtrennung.
Eine mittelfrequente Potentialtrennung - anstelle der üblichen niederfrequenten Potentialtrennung - ermöglicht eine Bauvolumen- und Masseverringerung bei Magnetbauteilen. Insbesondere ergibt sich bei der erfindungsgemäßen Energieversorgungseinrichtung ein reduzierter Verkabelungsaufwand, da neben der ohnehin vorhandenen Zugsammelleitung nur noch eine Durchgangsleitung mit verringertem Querschnitt als wageninterne Sammelschiene je Wagen einzubauen ist.
Die Versorgung der elektrischen Verbraucher eines Reisezugwagens bzw. Triebwagens über eine wageninterne Sammelschiene, die jeweils über einen Hochspannungsumrichter aus der Zugsammelschiene gespeist wird, verleiht der Energieversorgungseinrichtung eine modulare Struktur. Es lässt sich somit eine mehrsystemfähige, modulare Energieeinspeisung sowohl für Triebzüge als auch für antriebslose Einzelwagen in lokbespannten Zügen mit dezentraler Umformung und optionaler dezentraler Traktionsankopplung realisieren. Die Zugsammelschiene kann entweder mit 1000 V - 16,7 Hz/22 Hz/50 Hz Wechselspannung oder 1500 V - 50 Hz Wechselspannung aus der Bordnetzwicklung (Zugsammelschienenwicklung) des Haupttransformators der Lokomotive oder aber mit Gleichspannung im Bereich von 1500 V bis 3000 V Nennwert direkt aus der Oberleitung oder aus dem Traktionszwischenkreis eines Triebfahrzeugs oder der Generatorspannung einer Diesellokomotive gespeist werden.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Energieversorgungseinrichtung besteht darin, dass an der wageninternen Sammelschiene mindestens ein Wechselrichter angeschlossen ist, der einen elektrischen Verbraucher mit Wechselspannung versorgt und in die Elektrik des Verbrauchers integriert ist. Bei dem Wechselrichter kann es sich insbesondere um einen frequenzvariablen Wechselrichter handeln, der in eine Klimaanlage integriert ist. Durch die Integration des Wechselrichters in die Klimaanlage und Anpassung an die Klimaanlage lässt sich wiederum eine Bauvolumenreduzierung und zudem ein Verringerung des Energieverbrauchs erreichen. Weitere bevorzugte und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Energieversorgungseinrichtung sind in den Unteransprüchen angegeben.

B - Beispiele

Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer mehrere Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnung näher erläutert. Die einzige Figur der Zeichnung zeigt in schematischer Darstellung eine erfindungsgemäße Energieversorgungseinrichtung zum Betreiben elektrischer Verbraucher eines elektrischen Triebzugs 1 bzw. von Reisezugwagen und einer zugehörigen Lokomotive 2, 3. Bei der Lokomotive kann es sich um eine Elektrolokomotive 2 oder eine Diesellokomotive 3 handeln. Die schematisch dargestellte Diesellokomotive 3 weist einen vom Dieselmotor angetriebenen Drehstromgenerator 4 auf, an den ein Gleichrichter 5 angeschlossen sein kann, der den vom Generator 4 erzeugten Drehstrom in Gleichstrom umformt. Die auf dem Dach der schematisch dargestellten Elektro- Triebfahrzeuge 1, 2 angeordneten Stromabnehmer stellen die elektrische Verbindung zwischen der Oberleitung 6 (Fahrleitung) und der elektrischen Anlage der jeweiligen Triebfahrzeuge 1, 2 her. Die über die Oberleitung 6 zugeführte Fahrdrahtspannung kann als Gleichspannung mit 1500 V oder 3 kV oder als Wechselspannung mit 15 kV, 16,7 Hz oder 25 kV, 50 Hz bzw. ähnlichen für den Antrieb von elektrischen Bahnen gebräuchlichen Fahrdrahtspannungen vorliegen. An der Bordnetzwicklung des Triebfahrzeugs 1 ist ein gesteuerter Gleichrichter 7 angeschlossen, der Wechselstrom in Gleichstrom umformt und primär zur Speisung der Traktionsanlage dient.
Zur zugweisen Energieeinspeisung weist die erfindungsgemäße Energieversorgungseinrichtung zunächst - wie an sich bekannt - eine Zugsammelschiene ZSS auf. Die Zugsammelschiene ZSS kann aus verschiedenen Quellen gespeist werden, und zwar mit 1000 V - 16,7 Hz/22 Hz/50 Hz Wechselspannung oder 1500 V - 5.0 Hz Wechselspannung aus der Bordnetzwicklung (Zugsammelschienenwicklung) des Haupttransformators des Triebfahrzeugs 1 oder aber mit 3 kV Gleichspannung oder 1500 V Gleichspannung direkt aus der Oberleitung 6 bzw. mit Gleichspannung im Bereich von 1500 V bis 3000 V Nennwert aus dem Traktionszwischenkreis eines Triebfahrzeugs oder der Generatorspannung einer Diesellokomotive 3.
Die Reisezugwagen sowie die zugehörigen Triebfahrzeuge 1 sind jeweils mit einer wageninternen (wageneigenen) Sammelschiene WSS ausgestattet, die parallel zur Zugsammelschiene ZSS verläuft. Die erfindungsgemäße Energieversorgungseinrichtung weist somit eine modulare Struktur auf. Die Sammelschienen WSS sind jeweils über einen eigenen Hochspannungsumrichter HSR mit mittelfrequenter Potentialtrennung an der Zugsammelschiene ZSS angeschlossen. Der jeweilige Hochspannungsumrichter HSR formt den in die Zugsammelschiene ZSS eingespeisten Strom vorzugsweise auf 670 Volt Gleichspannung um.
Die Sammelschienen 8, 9 sind wageninterne Sammelschienen WSS von Reisezugwagen, z. B. von Doppelstock-Reisezugwagen. An diesen Sammelschienen sind jeweils zwei Klimageräte 10 über frequenzvariable bzw. festfrequente Wechselrichter 11 angeschlossen. Die Klimageräte 10 weisen jeweils u. a. einen Kompressor und einen den Kompressor antreibenden Drehstrommotor auf. Der frequenzvariable bzw. festfrequente Wechselrichter 11 ist in die Klimaanlage 10 integriert.
Ferner ist an den wageninternen Sammelschienen 8, 9 jeweils ein Wechselrichter 12 zur Umformung von 670 Volt Gleichstrom in 400 Volt - 50 Hz Drehstrom angeschlossen. An diesem Wechselrichter 12 ist beispielsweise ein Drehstrommotor für einen Luftpresser dreiphasig angeschlossen. Der Luftpresser erzeugt Druckluft zur Betätigung einer pneumatischen Wagenbremse. Der Wechselrichter 12 ist vorzugsweise in die Elektrik des Luftpressers (Druckluftkompressors) integriert. An dem Wechselrichter 12 bzw. dem von ihm gebildeten Drehstromnetz können in an sich bekannter Weise auch kleinere Stromverbraucher bzw. Steckdosen für solche Verbraucher einphasig zwischen einem der drei Außenleiter und einem Nulleiter angeschlossen werden. Die Spannung beträgt hier dann 400 / √3 ≍ 230 Volt. Weitere Verbraucher, wie z. B. eine Einspeisung für Verkaufsautomaten, Bistro oder Bordrestaurant, Konferenz-Zone etc. können in gleicher Weise dargestellt werden.
Des weiteren sind an den wageninternen Sammelschienen 8, 9 jeweils eine elektrische Raumheizung 13, nämlich die Hauptheizung des betreffenden Reisezugwagens, und ein Batterieladegerät 14 (BLG) angeschlossen. Das Batterieladegerät 14 ist mit einem Wandler versehen, der die 670 Volt Gleichspannung der wagenihternen Sammelschiene 8, 9 in eine Gleichspannung im Bereich von DC 24 V bis DC 110 V Nennwert umformt und damit eine wageninterne Versorgungsschiene WVS und die Wagenbatterie speist.
Eine ähnliche modulare, dezentrale Bordnetzstruktur ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel auch bei einem die Reisezugwagen ziehenden Triebwagen 1 vorhanden. Mit 15 ist die wageninterne Sammelsohiene WSS des Triebwagens bezeichnet. An der Sammelschiene 15 sind ebenfalls zwei Klimageräte 10 über frequenzvariable bzw. festfrequente Wechselrichter 11 angeschlossen. Ferner sind an der Sammelschiene 15 auch eine elektrische Raumheizung 13 und ein Batterieladegerät 14 (BLG) angeschlossen, wobei das Batterieladegerät wiederum mit einem Wandler versehen ist, der die 670 Volt Gleichspannung der wageninternen Sammelschiene 15 in eine Gleichspannung im Bereich von DC 24 V bis DC 110 V Nennwert umformt und damit eine triebwageninterne Versorgungsschiene WVS und die Wagenbatterie speist.
Außerdem sind an der Sammelschiene 15 zwei Wechselrichter 12 zur Umformung von 670 Volt Gleichspannung in 400 Volt - 50 Hz Drehstrom angeschlossen. An den beiden Wechselrichtern 12 ist jeweils ein Drehstrommotor zum Antrieb eines Lüfters oder Gebläses angeschlossen. Mittels des Lüfters bzw. Gebläses wird der Traktionsanlage des Triebwagens Kühlluft zugeführt. Die Wechselrichter können entweder in die Verbraucher integriert sein, wie für den Luftpresser beschrieben, oder mehrere räumlich nahe beieinanderliegende und durch gleichartige Drehspannung zu versorgende Lüfter, Pumpen etc. gruppenweise speisen.
Eine Leistungsanpassung kann bei der erfindungsgemäßen Energieversorgungseinrichtung in einfacher Weise durch modulare Erweiterung bzw. modulare Verkleinerung vorgenommen werden. Wie das in der Zeichnung dargestellte und vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Energieversorgungseinrichtung verdeutlicht, besitzt diese folgende Vorteile gegenüber herkömmlichen gattungsgemäßen Energieversorgungseinrichtungen: Bezugszeichenliste 1 Triebfahrzeug
2 Elektrolokomotive
3 Diesellokomotive
4 Drehstromgenerator
5 Gleichrichter
6 Oberleitung
7 gesteuerter Gleichrichter
8 wageninterne Sammelschiene
9 wageninterne Sammelschiene
10 Klimagerät
11 festfrequenter oder frequenzvariabler Wechselrichter
12 Wechselrichter
13 elektrische Raumheizung
14 Batterieladegerät
15 Sammelschiene
BLG Batterieladegerät
ZSS Zugsammelschiene
HSR Hochspannungsumrichter
WSS wageninterne Sammelschiene
WVS wageninterne Versorgungsschiene

Claims

1. Energieversorgungseinrichtung zum Betreiben elektrischer Verbraucher eines Reisezugwagens und/oder Triebwagens mit einer Zugsammelschiene (ZSS) und daran angeschlossenen Hochspannungsumrichtern (HSR), welche über die Zugsammelschiene zugeführte unterschiedliche Gleich- oder Wechselspannungen jeweils in eine einheitliche Gleichspannung umformen, dadurch gekennzeichnet, dass der Reisezugwagen oder Triebwagen mit einer der Spannungsversorgung der elektrischen Verbraucher dienenden wageninternen Sammelschiene (WSS) ausgestattet ist, die jeweils über einen der Hochspannungsumrichter (HSR) an der Zugsammelschiene (ZSS) angeschlossen ist.

2. Energieversorgungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugsammelschiene (ZSS) in Triebfahrzeugen direkt aus dem Traktionszwischenkreis mit Gleichspannung im Bereich von 1500 Volt bis 3000 Volt Nennwert gespeist wird.

3. Energieversorgungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugsammelschiene (ZSS) bei lokomotivbespannten Reisezugwagen entweder mit 1000 Volt 16,7 Hz/22 Hz/50 Hz oder 1500 Volt 50 Hz Wechselspannung aus der Bordnetzwicklung (Zugsammelschienenwicklung) des Haupttransformators der Lokomotive oder aber mit Gleichspannung im Bereich von 1500 Volt bis 3000 Volt Nennwert direkt aus der Oberleitung (6) oder aus dem Traktionszwischenkreis eines Triebfahrzeuges (1) gespeist wird.

4. Energieversorgungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochspannungsumrichter (HSR) eine Umformung mit mittelfrequenter Potentialtrennung bewirkt.

5. Energieversorgungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochspannungsumrichter (HSR) eine Umformung auf eine Gleichspannung im Bereich von DC 540 Volt bis DC 750 Volt bewirkt.

6. Energieversorgungseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochspannungsumrichter (HSR) eine Umformung auf eine Gleichspannung von 670 Volt Nennwert bewirkt.

7. Energieversorgungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass an der wageninternen Sammelschiene (WSS) mindestens ein frequenzvariabler oder festfrequenter Wechselrichter (11) zum Anschluss einer drehstrommotorangetriebenen Klimaanlage (10) angeschlossen ist.

8. Energieversorgungseinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Wechselrichter (11) in die Klimaanlage (10) integriert ist.

9. Energieversorgungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass an der wageninternen Sammelschiene (WSS) mindestens eine elektrische Raumheizung (13) und/oder mindestens ein Batterieladegerät (BLG) angeschlossen ist.

10. Energieversorgungseinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Batterieladegerät (BLG) mit einem Spannungsumformer zur Speisung einer wageninternen Versorgungsschiene (WVS) und einer Wagenbatterie mit Gleichspannung im Bereich von DC 24 Volt bis DC 110 Volt versehen ist.

11. Energieversorgungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass an der wageninternen Sammelschiene (WSS) mindestens ein Wechselrichter (12) zur Umformung von Gleichstrom in Drehstrom oder Wechselstrom angeschlossen ist.

12. Energieversorgungseinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Wechselrichter (12) eine Umformung in ein festfrequentes oder frequenzvariables Drehstromsystem bewirkt.

13. Energieversorgungseinrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Wechselrichter (12) in die Elektrik der Bordnetzbetriebe integriert ist.

14. Energieversorgungseinrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Wechselrichter (12) in die Elektrik eines Druckluftkompressors oder Fahrmotorlüfters integriert ist.