Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik 15 kV - Regelung in Loks?


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von blitzbirne (Gast)


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Hi,

mich würde mal interessiere, wie die Bahn eigentlich die 15 kV aus ihrer 
Oberleitung praktisch nutzbar macht.
Ich meine, so eine Lok zieht doch locker 500 kW aus der Leitung, vom 
Anlaufstrom eines ICE mal ganz zu schweigen.
Für 100W Leistung im Trafo kann man bei normalen 230V locker ein Kilo 
einplanen, bei 15 kV wirds bestimmt nicht weniger.
Das wären dann pro kW 10 Kilo, also 5 Tonnen Trafo. Kann ich mir fast 
nicht vorstellen, dass da in jeder Lok 5 Tonnen Kupfer nur für den Trafo 
spazierengefahren werden.

Andererseits wäre es mir auch neu, dass Schaltnetzteile mit 15 KV 
zurechtkommen. Da haut es doch jeden Halbleiter gnadenlos durch?


Wie machen die das?

von jfhjfh (Gast)


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blitzbirne schrieb:
> Kann ich mir fast
> nicht vorstellen, dass da in jeder Lok 5 Tonnen Kupfer nur für den Trafo
> spazierengefahren werden.

Warum denn nicht, schwer muss die Lok sowieso werden, weil sie sonst nur 
kleinere Lasten ziehen kann.

jfhjfh

von Der Andere (Gast)


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blitzbirne schrieb:
> Ich meine, so eine Lok zieht doch locker 500 kW aus der Leitung

ICE3 hat 8000kW Nennleistung, beim Anfahren auch mehr. Die arbeiten mit 
einem Umrichtersystem.
Die alte IC Lokbaureihe 103 hatte ca. 7500kW und war meines Wissens noch 
mittels Trafo und Widerständen gesteuert.

von R. M. (Gast)


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Und das der Bahnstrom nur eine Frequenz von 16,6Hz hat, macht den Trafo 
in der Leistungsklasse nochmal deutlich schwerer...

von Lutz H. (luhe)


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Der Andere schrieb:
> ICE3 hat 8000kW Nennleistung, beim Anfahren auch mehr. Die arbeiten mit
> einem Umrichtersystem.

Wo ist beim ICE  eine Lock? Wenn die Fahrleitung vereist ist, wird er 
von einer Dampfloch abgeholt. Ganz oft.

von Peter II (Gast)


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blitzbirne schrieb:
> Andererseits wäre es mir auch neu, dass Schaltnetzteile mit 15 KV
> zurechtkommen. Da haut es doch jeden Halbleiter gnadenlos durch?

https://de.wikipedia.org/wiki/Hochspannungs-Gleichstrom-%C3%9Cbertragung

das sind also die 15KV recht wenig.

> Kann ich mir fast
> nicht vorstellen, dass da in jeder Lok 5 Tonnen Kupfer nur für den Trafo
> spazierengefahren werden.

5 Tonnen sind nichts bei einer E-Lok - die brauchen Masse, damit sie 
etwas ziehen können.

https://de.wikipedia.org/wiki/Bombardier_Traxx

80Tonnen!

von Christian M. (Gast)


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R. M. schrieb:
> Bahnstrom nur eine Frequenz von 16,6Hz

16,7Hz!

Gruss Chregu

von Falk B. (falk)


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@blitzbirne (Gast)

>mich würde mal interessiere, wie die Bahn eigentlich die 15 kV aus ihrer
>Oberleitung praktisch nutzbar macht.

Mit einem Trafo und dahinter einem passenden Umrichter auf Thyristor - 
oder IGBT-Basis.

>Ich meine, so eine Lok zieht doch locker 500 kW aus der Leitung, vom

Scherzkeks! Der ICE zieht bei Maximalleistung 2x6,5MW!, das sind 
13000kW!
Normale E-Loks liegen auch bei um die 2-3MW.

>Anlaufstrom eines ICE mal ganz zu schweigen.

Der wird elektronisch begrenzt.

>Für 100W Leistung im Trafo kann man bei normalen 230V locker ein Kilo
>einplanen, bei 15 kV wirds bestimmt nicht weniger.

Das ist weniger eine Frage der Spannung als Leistung. Außerdem werden 
Trafos mit steigender Nennleistung immer effizienten, auch vom 
Gewichts/Leistungsverhältnis. Ein 1MW Trafo wiegt deutlich weniger als 
10x100kW Trafos, das geht teilweise mit 1/P^2 und mehr ein.

>Das wären dann pro kW 10 Kilo, also 5 Tonnen Trafo.

Ein Leichtgewicht. Eine mittlere E-Lok wiegt 80t.

> Kann ich mir fast
>nicht vorstellen, dass da in jeder Lok 5 Tonnen Kupfer nur für den Trafo
>spazierengefahren werden.

Im Trafo ist auch viel Eisen, vor allem bei 16 2/3 Hz. Und bei einer Lok 
hilft es kaum, Gewicht zu sparen, denn die muss eine Mindestmasse haben, 
um den Zug ziehen zu können.

>Andererseits wäre es mir auch neu, dass Schaltnetzteile mit 15 KV
>zurechtkommen. Da haut es doch jeden Halbleiter gnadenlos durch?

Das in deinem PC sicherlich. Wenn es aber Profis auch dem Hochspannungs- 
und Leistungselektronikbereich bauen, dann nicht.

>Wie machen die das?

Mit Know How und spannungsfesten Bauteilen. IGBTs gibt es als 
Einzelstück bis 6-7 kV, IGBTs bis knapp 3kV. Darüber muss man in Reihe 
schalten. Das geht, wenn gleich es mit einigem Aufwand verbunden ist.

von Bahnfahrer (Gast)


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@Der Andere: Widerstände gab es bei der 103 nur für die elektrische 
Bremse. (Heute wird, sofern möglich, ja auf Rückspeisung gesetzt.)

Die klassische Schaltung der elektrischen Lok war ein dicker Trafo, der 
(meist sekundärseitig, es gab auch Ausnahmen, wo das primär gelöst war) 
n Anzapfungen hatte, und mittels dieser Anzapfungen die Fahrstufen 
realisiert waren.

Heute hat man "feste" Trafos, dahinter einen Gleichrichter, ne 
ordentliche Zwischenkreiskapazität, und anschließend Frequenzumrichter, 
die daraus dann drei Phasen mit passender Frequenz und Spannung 
generieren. Natürlich alles in "ausreichend dick".

Beim ICE 3 und nachfolgenden hat man statt der richtig dicken Technik 
auf etwas dünnere Technik, dafür aber in größerer Anzahl gesetzt. Die 
jeweiligen Komponenten kommen innerhalb eines Zuges mehrfach vor.

von Joachim B. (jar)


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R. M. schrieb:
> Und das der Bahnstrom nur eine Frequenz von 16,6Hz.
Christian M. schrieb:
> 16,7Hz!
> Gruss Chregu

16,6 oder 16,7 sind ja Physikersprech, für die ist PI auch 3 und reicht 
als Genaugkeit aus :)
Physiker: "Pi ist gleich drei, für genügend kleine Pi und große 3."
https://www.familie-ahlers.de/wissenschaftliche_witze/mathematiker_und_physiker_witze.html

und ich dachte immer 16 2/3Hz

bietet einer mit?

: Bearbeitet durch User
von jfhjfh (Gast)


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von Karl B. (gustav)


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Hi,
 Fig. 202 und 203
http://www.eisenbahnen-der-welt.de/typo/index.php?id=130

Die 153 hatte noch eine LSL-Schaltung (in etwa TTL-Logik aber sog.
"langsame störsichere Logik" @Siemens). Weil es dafür keinen Ersatz mehr 
gab (DDR), hat man die Lok ausgemustert. Im Prinzip dasselbe wie mit dem 
Drehtransformator im Beispiel oben, nur eben mit "Logik".

OT<Das Fahren der Lok konnte den "Neuen" aus der Fahrbereitschaft auf 
unbekannten S-Bahnstrecken einiges Können abverlangen.
Denn, entweder schießt die Lok über den Bahnsteigbereich hinaus oder 
fährt sich wegen Übervorsicht eine Verspätung ein.
Wieso?
Weil die Lok in der höchsten Fahrstufe automatisch den Bremsvorgang 
einleitet, wird nur ein bißchen "nach unten" korrigiert. (Ist nicht wie 
Autofahren!)
Das ist ja der Tricky-LSL-Logik zu verdanken.>/OT

il treno al contrario va
ciao
gustav

von Erich (Gast)


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Elektroloks gibt es schon gaaaanz lange.
Da waren Halbleiter noch lange nicht erfunden.
Die entscheidendende Erfindung war die des Transformators.

Steht alles hier:
https://de.wikipedia.org/wiki/Geschichte_des_elektrischen_Antriebs_von_Schienenfahrzeugen

Die "Regelung" macht(e) der Lokführer über die Umschaltung der 
sekundären Schaltstufen.


So' alter Lok-Trafo sieht so aus:
https://de.wikipedia.org/wiki/Elektrolokomotive#/media/File:TrafoAW.jpg

Der Rest steht da, auch moderneres Zeugs:
https://de.wikipedia.org/wiki/Elektrolokomotive

Gruss

von Elektrofan (Gast)


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von Joe F. (easylife)


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Joachim B. schrieb:
> und ich dachte immer 16 2/3Hz
>
> bietet einer mit?

50/3

Günstig sind aus technischen Gründen aber 16.7 Hz

https://de.wikipedia.org/wiki/Bahnstrom#16.E2.80.AF2.E2.81.843_Hz_gegen.C3.BCber_16.2C7_Hz

: Bearbeitet durch User
von Joachim B. (jar)


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Joe F. schrieb:
> 50/3

falsch lesen bildet:

jfhjfh schrieb:
> Frueher 16 2/3 jetzt 16,7.
>
> https://www.techniker-forum.de/thema/bahnstrom-16-hz-gegenueber-16-7-hz.89578/

danke für den Link, wieder was gelernt, aber ob nun
16.6 Hz, 16.7 Hz oder 50 2/3 Hz ist eh egal
1. alles in der Toleranz und
2. bei modernen Umrichtermaschinen / HGÜ-Kurzkupplungen auch egal.

von KeK (Gast)


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Christian M. schrieb:
> 16,7Hz!
>
> Gruss Chregu

16 2/3Hz (⌐□_□)

von Karl B. (gustav)


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Hi,
musste 143 statt 151 heißen, sorry...
siehe auch hier:
https://de.wikipedia.org/wiki/DR-Baureihe_243
unter Punkt Konstruktion:
"...Die Steuerbefehle des Triebfahrzeugführers und die 
Statusinformationen der Geräte laufen in einem komplexen 
Elektronikschrank, ausgeführt in Langsame-störsichere-Logik-Technik, 
zusammen...."

ciao
gustav

von ● Des I. (Firma: FULL PALATINSK) (desinfector) Benutzerseite


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blitzbirne schrieb:
> Das wären dann pro kW 10 Kilo, also 5 Tonnen Trafo. Kann ich mir fast
> nicht vorstellen, dass da in jeder Lok 5 Tonnen Kupfer nur für den Trafo
> spazierengefahren werden.

das wären dann aber nicht 5to Kupfer sondern 5to Trafo.

ganz grob geschätzt hat es eher so 250Kg Kupfer in einem solchen Trafo.
Der Rest sind Eisenkern und Spulenkörper.
dann Isolierungen, Öl...

: Bearbeitet durch User
von Quark (Gast)


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Christian M. schrieb:
> R. M. schrieb:
>> Bahnstrom nur eine Frequenz von 16,6Hz
>
> 16,7Hz!
>
> Gruss Chregu

Genau 16 2/3 Hz! Und zwar hundertprozentig.

von Elektrofan (Gast)


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> Elektroloks gibt es schon gaaaanz lange.
> Da waren Halbleiter noch lange nicht erfunden.
> Die entscheidendende Erfindung war die des Transformators.

Abgesehen von Strassen-/Stadtbahnen gab/gibt es auch viele Loks, die mit
DC laufen, u.a. in Frankreich und Holland.
Die Fahrstufen erhält man durch die Kombination von 
Reihen-/Parallelschaltung von je 2 Reihenschlussmotoren sowie 
Feldschwächstufen.

Das Pendant zur deutschen BR110 usw. in den Niederlanden muss dabei mit 
nur 1,5 kV auskommen (die bei Vollast natürlich ganz schön nachgeben); 
entsprechend kräftig sind die "Wäscheleinen" (1 Tragseil, 2 Leiterseile 
mit z.B. je 150 mm²) bemessen:

https://de.wikipedia.org/wiki/NS-Baureihe_1600
http://www.lokfotos.de/fotos/1991/0504/12095.jpg

von Joachim B. (jar)


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Quark schrieb:
> Genau 16 2/3 Hz! Und zwar hundertprozentig.

ist der absolute Wunsch aber nie die Realität.
???unfehlbar ist nur der Papst per Dekret!

ich lese und tendiere eher hierzu
https://www.techniker-forum.de/thema/bahnstrom-16-hz-gegenueber-16-7-hz.89578/

https://www.techniker-forum.de/thema/bahnstrom-16-hz-gegenueber-16-7-hz.89578/#post-475321

Die Bahnstromfrequenz ist keine Konstante und irgendwo i.d.R. von 16,6 
bis 16,7 Hz also AUCH bei 50 2/3 Hz

: Bearbeitet durch User
von Falk B. (falk)


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Jaja, die lieben Religionskriege.

16 2/3 oder 16,7?
Raider oder Twix?

von Harald W. (wilhelms)


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Quark schrieb:

> Genau 16 2/3 Hz! Und zwar hundertprozentig.

Dein Name passt gut zu Deinem Geschreibsel. :-(

von Elektrofan (Gast)


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> Genau 16 2/3 Hz! Und zwar hundertprozentig.

'Genau' geht schon mal genau gar nicht. - Lt. Wikip.:

"Der Toleranzbereich für 16,7-Hertz-Systeme im Bahnstromnetz beträgt 
16,5 Hertz bis 16,83 Hertz während 99,5 % eines Jahres und 15,67 Hertz 
bis 17,33 Hertz während der restlichen 0,5 % eines Jahres".

von Pandur S. (jetztnicht)


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Nebenbei, weshalb 50/3 ? Weil man dann einen 2 poligen Generator mit 
einem 6 poligen Motor antreiben kann. Macht exakt einen Drittel der 
Netzfrequenz...

von Peter II (Gast)


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Sapperlot W. schrieb:
> Nebenbei, weshalb 50/3 ? Weil man dann einen 2 poligen Generator mit
> einem 6 poligen Motor antreiben kann. Macht exakt einen Drittel der
> Netzfrequenz...

nur wenn es beides Synchron Geräte sind, weil das aber nicht immer der 
Fall ist gibt es einen Schlupf-

von Patrick (Gast)


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Die Sache mit den 16,7 Hz und 16 2/3 Hertz ist historisch aus der 
Erzeugung des Bahnstromes in zentralen Umformerwerken begründet.
Ursprünglich wurden eigene Kraftwerke mit entsprechenden einphasigen 
Generatoren errichtet, auch heute gibt es noch Kraftwerke, in denen eine 
"Bahnmaschine" steht, die ins zenrale 110-kV-Bahnstromnetz einspeist. 
Einen Bahnstrommast erkennt man daran, dass auf den Traversen rechts und 
links nur zwei statt drei Leiterseile hängen. In den 60er Jahren gab es 
dann die Variante des sog. Umformerwerkes, das mittels einer 
Motor-Generator-Kombination aus dem "normalen" 50-Hz-Drehstrom 16 2/3 
Hertz Bahnstrom gemacht hat. Die Bahnmaschine hat dabei nur ein Drittel 
der Polpaare der Drehstromseite, d.h. es ist kein Getriebe nötig. Da das 
Bahnstromnetz ein "Frequenzweiches" Netz ist, ist auf der 50-Hz-Seite 
ein Drehstromasynchronmotor verbaut, der mittels doppelter Speisung 
(Rotorwicklungen werden mit einem Wechselstrom von der Differenzfrequenz 
zwischen realer und Synchrondrehzahl gespeist) betrieben wird.
Hat das "frequenzharte" Drehstromnetz genau 50 Hz, wie es "die Regel" 
ist, und das Bahnnetz 16 2/3 Hertz, so hat das in den Rotorwicklungen 
einen Gleichstrom zur Folge, d.h. die Asynchronmaschine wird als 
Synchronmaschine betrieben. In diesem Nennbetriebspunkt traten zwei 
Probleme an der 50-Hz-Maschine auf:
1. ungleichmäßiger Schleifringverschleiß
2. Thermische Probleme der am stärksten bestromten Rotorwicklung, welche 
dem 1,41-fachen des sonst auftretenden (Effektiv-)Stromes ausgesetzt 
war.

Um diesem Problem aus dem Weg zu gehen, wurde die Sollfrequenz auf 16,7 
Hertz angehoben, sodass bei perfekt ausgeregelter Netzfrequenz immernoch 
ein (wenn auch "langsamer") Wechselstrom ("Schlupf") auftritt.
Im Nordosten Deutschlands gab es dagegen viele dezentrale Netze, welche 
mittels Synchron-Synchron-Maschinensätzen auf Eisenbahnwaggons die 
Umformung betrieben. Diese haben, wie der Name schon sagt, stets eine 
Inselspeisung zur Folge, da das zentrale Netz "weglaufen" kann. Dort 
gibt es dann "echte" 16 2/3 Hertz, die so stabil sind, wie das speisende 
50-Hz-Netz. Einer E-Lok, welcher Machart auch immer, sind ein paar 
Zehntelhertz jedoch herzlich egal.

von Thomas E. (picalic)


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Erich schrieb:
> Elektroloks gibt es schon gaaaanz lange.
> Da waren Halbleiter noch lange nicht erfunden.
> Die entscheidendende Erfindung war die des Transformators.

Genau - auf Youtube gibt's auch Videos von alter E-Lok Technik in 
Action, z.B. https://www.youtube.com/watch?v=8v9TCnF3lRw

von Flanders (Gast)


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Hallo

das die Nennfrequenz des Bahnstroms leicht verändert wurde hängt damit 
zusammen das man wohl Gleichströme in den Generatoren der Kraftwerke 
verhindern wollte wenn man den "Erklärungen" im Netz glauben darf.
Ich gehe mal davon aus das diese Aussage im Kern korrekt ist.

Warum ich jetzt aber Erklärung in Anführungsstrichen geschrieben habe 
ist der Grund meiner Anschlussfrage:

Gibt es eine verständliche (!) Erklärung, bzw. auch langwierige (Aber 
kein ganzes Buch, oder E-Technik Grundstudium) Herleitung die möglichst 
aus der Praxis heraus, ohne Nutzung der sehr anspruchsvollen 
Wechselstrommathematik mit Bildhaften Vergleichen diesen Sachverhalt, 
physikalisch, technisch korrekt(!) erklärt?

Flanders

von Theor (Gast)


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Thomas E. schrieb:

> Genau - auf Youtube gibt's auch Videos von alter E-Lok Technik in
> Action, z.B. https://www.youtube.com/watch?v=8v9TCnF3lRw

Faszinierend! WONK! BLITZ! 20kW mehr.

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