Nachladegerät zur Versorgung der Wirbelstrombremse im neuen ICE 3

Anbieter zum Thema

TRACO ELECTRONIC GMBH

Bicker Elektronik GmbH

congatec GmbH

MTM Power Meßtechnik Mellenbach GmbH

Zuverlässigkeit und Robustheit standen im Vordergrund

Grundsätzlich standen bei der Entwicklung des Nachladegerätes Eigenschaften wie Zuverlässigkeit und Robustheit im Vordergrund, Baugröße und Gewicht ergaben sich aus diesen Zielsetzungen. Den prinzipiellen Aufbau des Nachladegerätes zeigt das Blockschaltbild in Bild 1.

Der Primärteil des Nachladegerätes verarbeitet Eingangsspannungen von 110 V_DC mit einer Toleranz von ±30% (zeitlich eingeschränkt ±40%) nach EN 50155 und ist für einen maximalen Eingangsstrom von 45 A dimensioniert. Ein zweistufiges Filter und ein Transientenschutz mittels Suppressordiode gewährleisten eine Einhaltung der EMV Anforderungen nach EN 50121-3-2. Der Schutz des Nachladegeräts gegen verpolt anliegende Eingangsspannung wird durch eine Querdiode, welche im Fehlerfall die vorgeschaltete Sicherung auslöst, sichergestellt.

Bildergalerie

Bildergalerie mit 7 Bildern

Ebenfalls im Primärkreis erfolgt die Regelung der Ausgangsspannung durch indirekte Erfassung der Messgröße über eine Hilfswicklung im Haupttransformator. Dieses Konzept bietet zwar nur eine hinreichende Genauigkeit der Regelung, hat aber den Vorteil auf galvanisch getrennte Übertragung der Regelgröße vom Sekundärteil verzichten zu können, was bei den geforderten Isolationstrecken das Gerätedesign wesentlich erleichtert.

Das Nachladegerät stellt bis zu 10 A bei max. 250 V_DC bereit

Über einen Einschaltbefehl des externen Antriebsteuergerätes am „Enable“-Eingang wird das Nachladegerät eingeschaltet und die Zwischenkreiskapazität aufgeladen. Das Nachladegerät wird nur eingeschaltet, wenn die Traktionszwischenkreisspannung unter 200 V_DC abgesunken und der Zwischenkreis vom Netz getrennt ist. Der mit einer U/I-Kennlinie arbeitende Sekundärkreis des Nachladegeräts stellt dann einen maximalen Strom von 10 A bei einer maximalen Ausgangsspannung von 250 V_DC bereit.

Die Stromregelung erfolgt durch Auswertung der sekundären Rippleströme, der Messwert wird mittels Stromwandlers auf die Primärseite zur PMW Steuerung übertragen. Ein Einschaltbefehl des Antriebsteuergerätes kann nur ausgelöst werden, wenn durch den potentialfreien Meldekontakt des Nachladegerätes zuvor „Betriebsbereitschaft“ signalisiert wurde. D.h., die Eingangsspannung liegt im zugelassenen Bereich und es liegen keine internen Gerätefehler wie zum Beispiel Transformatorübertemperatur vor. Die Betriebsbereitschaft wird zusätzlich durch eine grüne LED am Gerät angezeigt.

Zuverlässigen Schutz des Nachladegerätes im Fehlerfall

Besonderes Augenmerk wurde auch auf eine sichere Entkopplung vom Traktionszwischenkreis und den zuverlässigen Schutz des Gerätes im Fehlerfall gelegt. Die Entkopplung erfolgt durch eine Kaskadierung von entsprechend spannungsfesten Dioden am Ausgang des Sekundärkreises. Im Fall des Durchlegierens einer oder mehrerer dieser Dioden muss die Sekundärsicherung in der Lage sein, den dann fließenden Kurzschlussstrom sicher abzuschalten.

Die Anforderungen an Sicherungen, die in DC-Netzen betrieben werden, zielen auf das Vermeiden von Lichtbögen. Die verwendete Sekundärsicherung mit einem Schaltvermögen von 50 kA bei 4000 V_DC hat deshalb eindrucksvolle Abmessungen von D 36 x L 400 mm. Das sichere Auslösen der Sicherung im Fehlerfall und die Überprüfung der Wirksamkeit der Schutzmaßnahmen des Sekundärkreises wurden gemeinsam mit Siemens im Rahmen einer Fehlersimulation in einem Labor der Siemens AG in Nürnberg nachgewiesen.

Der Aufbau des Nachladegerätes erfolgt in einem mechanisch robusten, korrosionsgeschützten Stahlblechgehäuse im Schutzgrad IP21 nach EN 60529. Die gesamte Konstruktion ist ausgelegt für Schock- und Vibrationsbelastung entsprechend EN 50155 / IEC 61373; Kategorie 1, Klasse B.

Um den Belastungen im geforderten Betriebstemperaturbereich von –40 bis 70 °C (85 °C für 10 min) der Temperaturklasse TX nach EN 50155 auch im Zusammenhang mit feuchter Wärme und Betauung zu widerstehen, sind alle Leiterplatten und Komponenten mit einer geeigneten Schutzlackierung versehen.

Am 25. März 2014 wurde MTM Power von der Division Rail System der Siemens AG im Rahmen des Lieferantenprogramms „Our Stars for Rail Systems“ als einer von sieben herausragenden Lieferanten mit einem „Star“ für den Bereich „Commodity Parts“ ausgezeichnet. Ein Beispiel für die langjährige erfolgreiche Zusammenarbeit mit der Siemens AG im Bereich Bahntechnik ist das Nachladegerät zur Versorgung der Wirbelstrombremse in der Velaro D Plattform.

Zuverlässige und unauffällige Systeme und Komponenten

So wie das Nachladegerät von MTM Power, versehen eine Vielzahl von elektrischen Systemen und Komponenten, normalerweise völlig unauffällig für Tausende von Fahrgästen, täglich ihren Dienst in einem modernen Schienenfahrzeug. Unempfindlich gegen mechanischen Stress wie Schock, Vibration und Beschleunigung – die von MTM Power gemäß EN 50 155 entwickelten Stromversorgungen leisten im Zusammenwirken der technischen Komponenten in Zügen einen unverzichtbaren Beitrag.

Speziell für den anspruchsvollen Einsatz in der Bahntechnik produziert MTM Power DC/DC-Wandler zur Versorgung von elektrischen und elektronischen Systemen an Bord. Daneben runden Multi-Power-Stromversorgungssysteme, Wechselrichter und Filter das umfangreiche Angebot für Bahnanwendungen ab.

* Wolfgang Neumärker ist Produktmanager bei der MTM Power GmbH.

(ID:42848876)