FRIEDRICH LOTHAR
| US4937719A | 1990-06-26 | |||
| US1853217A | 1932-04-12 |
| 1. | Schaltungsanordnung eines Filters aus einer Zusammenschaltung einer Induktivität L 1 und einer Kapazität C 1 mit Tiefpaßcharakter, vorzugsweise für die Anordnung im Ein¬ speisekreis von elektronischen Komponenten mit Fahrleitungseinspeisung auf Fahrzeugen von Gleichstrombahnen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Beschaltung der funktionsbestimmenden Induktivität L1 durch die Elemente VD1 , R2 und C2 derart erfolgt, daß die magnetische Energie der Induktivität, resultierend aus transienten Änderungen der Eingangsspannung Ue durch Stromfluß über VD 1 , auf der Kapazität C2 in Form einer Spannungserhöhung zwischengespeichert und durch den Entladewiderstand R2 abgebaut sowie infolgedessen ein Überschwingen der Filterspannung an der Kapazität C1 weitgehend vermieden wird. |
| 2. | Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß mittels der Ele¬ mente R2 und VD2 eine stark dämpfende Wirkung der Filteranordnung gegenüber tran¬ sienten Absenkungen und Umpolungen der Eingangsspannung Ue und damit ein zu¬ sätzlicher Schutz der angeschlossenen Komponente G gegen transiente Verpolung er¬ reicht wird. ERSATZBLAπ (REGEL 26). |
Beschreibung
Elektronische Komponenten von Schienenfahrzeugen, deren Einspeisung aus dem Fahrlei¬ tungsnetz erfolgt, benötigen zur Begrenzung des Einschaltstromes und zur Unterdrückung transienter Spannungsänderungen der Fahrleitungsspannung ein Eingangsfilter. Diese Fil¬ terbaugruppe besteht im wesentlichen aus der Filterkapazität mit vorgeschalteter Induktivität und befindet sich zwischen der speisenden Quelle (Fahrleitungsspannung) und den zu betreibenden elektronischen Komponenten (z.B. Wechselrichter oder Chopper).
Die Wirkungsweise der am Gleichspannungs-Fahrleitungsnetz arbeitenden Filteranordnungen besteht in der Hauptsache darin, transiente Spannungen zunächst von der Filterdrossel aufnehmen zu lassen und so eine definierte Änderung der Kondensatorspannung an der Filterkapazität zu erzwingen. Insbesondere bei sprunghaftem Ansteigen der Fahrleitungs¬ spannung wird damit der Ladestrom der Filterkapazität begrenzt und die angeschlossenen Stromrichter erhalten durch die verzögerte Aufladung dieser Kapazität eine Zeitreserve zur Nachführung interner Regelvorgänge.
Weitere Aufgaben eines Eingangsfilters am Gleichspannungs-Fahrleitungsnetz sind das Fernhalten der Spannungswelligkeit sowie das Abblocken bzw. die Strombegrenzung tran¬ sienter Spannungsumpolungen.
Zur Lösung der genannten Aufgaben bzw. zur Erzielung der gewünschten Wirkung ist eine Vielzahl von Filteranordnungen bekannt, die aus einer Zusammenschaltung von Induktivitäten und Kapazitäten bestehen und Tiefpaßcharakter besitzen. Der entscheidende Energiespeicher (Filterkapazität) liegt dabei stets am Ausgang der Filter, d.h. am Eingang der zu betreibenden elektronischen Komponenten (DE 38 26 283 A 1). Nachteil dieser Anordnungen ist, daß beim Zuschalten der Fahrleitungspannung ein relativ hoher Ladestrom auf die Filterkapazität fließt und bei geringer Dämpfung die Ladespannung des Filters stark überschwingt.
Zur Vermeidung der genannten Nachteile verwenden andere bereits bekannte Filteranord¬ nungen einen Dämpfungswiderstand, der zwischen die speisende Quelle und die eigentlichen Filterelemente geschaltet ist. Nach aperiodischer Aufladung der Filterkapazität wird dieser Widerstand durch ein geeignetes Schaltelement überbrückt (DE 41 35 870 C 1).
ERSÄΓZBLÄΓT (REGEL 26)
Mit letzterer Schaltungsanordnung werden die Vorgänge beim Zuschalten der Speisespan¬ nung zwar ausreichend beherrscht, jedoch sind Stromamplitude und Überschwingen beim Auftreten von Eingangsspannungssprüngen (wie sie z.B. durch Lastabschaltungen im Fahrleitungsnetz auftreten können) bei überbrücktem Dämpfungswiderstand weiterhin praktisch ungedämpft. Im Falle einer transienten Umpolung der Fahrleitungsspannung kann infolge der Schaltgeschwindigkeit des zur Überbrückung des Dämpfungswiderstandes ver¬ wendeten Schalters bzw. der Niederohmigkeit des Dämpfungswiderstandes nicht ausge¬ schlossen werden, daß an der Filterkapazität eine verpolte Spannung erscheint.
Um eine Begrenzung der Spannung an der Filterkapazität zu realisieren, sind Anordnungen bekannt, die aktiv, d.h. mit steuerbaren Halbleitern, arbeiten. Beispielsweise wurde eine Schaltungsanordnung vorgeschlagen, bei der in Abhängigkeit von der Höhe der Filterspan¬ nung die in Reihe zur Filterkapazität angeordnete Induktivität durch einen steuerbaren Halbleiter überbrückt wird (DE 42 33 573 A 1). Da die Überbrückung in der Rückmagnetisie- rungsphase nach einem Spannungssprung erfolgt, entfällt durch Bildung eines Freilaufkreises das weitere Überschwingen der Filterspannung. Die noch in der Filterinduktivität enthaltene Energie wird in dem betreffenden Halbleiter in Wärme umgesetzt.
Nachteil dieser Anordnung ist die Notwendigkeit der Spannungserfassung am Filterkonden¬ sator sowie die Tatsache, daß ein Durchgreifen von transienten Spannungsumpolungen im Fahrieitungsnetz auf den Filterausgang nur kurzzeitig durch die Filterinduktivität gemindert wird.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabenstellung zugrunde, eine Schaltungsanordnung anzugeben, die die genannten Nachteile der bereits bekannten Anordnungen vermeidet und absichert, daß elektronische Komponenten auch unter den von Gleichspannungs- Fahrleitungsnetzen bekannten Spannungsbedingungen - speziell Transienten - optimal eingespeist werden.
Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist es, daß bei ihrer Anwendung ein Überschwingen der Filterspannung weitgehend vermieden wird und zu diesem Zweck keine steuerbaren Halbleiter verwendet werden.
Ein weiterer Vorteil der vorgeschlagenen Anordnung ist ihre stark dämpfende Wirkung gegen¬ über kurzzeitigen Fahrleitungsspannungsabsenkungen sowie transienten Umpolungen.
ERSÄΓZBLAΓT (REGEL 26)
Die erfindungsgemäße Lösung der gestellten Aufgabe wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen, die in den Figuren 1 und 2 dargestellt sind, erläutert.
Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung entsprechend Figur 1 enthält neben den bereits bekannten Filterelementen L1 und C1 den ebenfalls bekannten Dämpfungswiderstand R1 mit Überbrückungsthyristor VT1. Die Fahrleitungsspannung wird als Eingangsgleichspannung Ue an die Klemmen + und - gelegt; am Filterkondensator C 1 ist die elektronische Komponente G angeschlossen.
Diese an sich bekannte Anordnung wird erfindungsgemäß durch die Elemente VD1 , C2 und R2 erweitert. Ihre vorteilhafte Wirkung besteht darin, daß die bei einer sprunghaften Erhöhung der Spannung Ue in der Drossel L1 gespeicherte Energie in der Hauptsache nicht auf den Filterkondensator C1 gelangt. Der Energieabbau in L1 erfolgt nach Wechsel der Span¬ nungsrichtung an L1 durch einen Stromfluß über VD1 auf C2. Die Bemessung von C2 erfolgt so, daß die Aufnahme der in L1 vorhandenen Energie mit einem nur geringen Span¬ nungsanstieg in C2 verbunden ist. Im Anschluß an die Energieübernahme von L1 wird die nun auf C2 in Form der Kondensatorspannung vorhandene Energie durch R2 abgebaut.
Die Erweiterung der erfindungsgemäßen Anordnung entsprechend Figur 2 berücksichtigt besonders das Auftreten von Umpolungen der Fahrleitungsspannung. Während das Verhalten der Anordnung in Bezug auf die Vermeidung eines starken Überschwingens der Filterspannung dem bereits anhand Figur 1 erläuterten entspricht, entsteht durch die Be¬ messung des Widerstandes R2 ein relativ hoher Eingangswiderstand der Filteranordnung gegenüber Absenkungen und Umpolungen von Ue.
Bei Zuschalten der Spannung Ue erfolgt die Aufladung von C1 aperiodisch über L1 , C2, VD2 und den niederohmigen Widerstand R1; die Kapazität C2 liegt dabei ca. eine Größenordnung über Cl. Bei Spannungsabsenkung bzw. Umpolung von Ue wird eine Reihenschaltung von R1 und R2 wirksam, wobei der höherohmige Entladewiderstand R2 einer raschen Entladung von C1 sowie einer stromstarken Beanspruchung der Komponente G mit falscher Polarität entgegenwirkt.
Die vorgeschlagene Schaltungsanordnung kann weiterhin durch den Ausgleichswiderstand R3 ergänzt werden, der in Verbindung mit den in den Komponenten G üblicherweise vorhandenen Abschaltkriterien bei zu niedriger Betriebsspannung eine sichere Aufladung von C1 auch dann gewährleistet, wenn Ue nicht zugeschaltet, sondern langsam erhöht wird.
ERSATZBLAπ (REGEL 26)
Ist durch die Bemessung von L1 bereits die Einhaltung eines vorgegebenen Maximalstromes bei der Zuschaltung von Ue gegeben, kann unter Verwendung der erfindungsgemäßen Anordnung von VD1, VD2, C2 und R2 entsprechend Figur 2 oder 1 auf die Elemente R1 und VT1 verzichtet werden ohne daß ein wesentliches Überschwingen der Filterspannung an C1 auftritt.
ERSATZBLAπ (REGEL 26)