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masi1157
Dann wären da also ein Gleichrichter (und ggf. vorher noch ein Trafo) und ein Wechselrichter hintereinander geschaltet? Das würde ich erstmal für das technisch merkwürdigere Konzept halten. Aber es gibt dafür bestimmt technische (oder finanzielle?) Gründe.

Ja. Beim 474.3 ist ein Trafo und ein Gleichrichter hintereinander geschaltet, bevor der Strom aus der Oberleitung auf den Drehrichter für die Motoren geht. Dieses liegt daran, dass die Baureihe 474 zunächst nur für den Gleichstrom-Betrieb konzipiert war und später für den Betrieb nach Stade adaptiert werden musste. Folglich wurde für den Wechselstrom-Betrieb noch ein Trafo und ein Gleichrichter vor den Drehrichter für die Motoren geschaltet. Das heißt, der 474.3 bekommt seine 1,2 kV= entweder direkt aus der Stromschiene oder aus dem Gleichrichter hinter dem Transformator.

Zitat
masi1157
Für beides braucht es aber einen Wechselrichter, denn der Drehstrom-Motor kann weder aus dem einen noch dem anderen Netz direkt versorgt werden. Wenn dann aus dem einen Netz nur 1,2kV "wechselgerichtet" werden, aus dem anderen aber 1,8kV, hat das technische (zu schwer, zu aufwändig, zu viele Änderungen notwendig) und/oder schnöde finanzielle Gründe (zu teuer), aber keine grundsätzlich physikalischen.

Beim 490 ist das etwas anders: Der 490 war von Anfang an als 2-System-Fahrzeug für Stromschiene und Oberleitung ausgelegt. Der 490 hat einen Stell-Trafo, der im Wechselstrom-Betrieb aus 15 kV / 16,7 Hz je nach geforderter Geschwindigkeit 0 - 1,8 kV macht. Bei 100 km/h sind das etwa 1,2 kV. Im Gleichstrom-Betrieb werden dieser Stell-Trafo und Gleichrichter umgangen und der Drehrichter für die Motoren bekommt konstant 1,2 kV= aus der Stromschiene, so dass der 490 im Gleichstrom-Betrieb 100 km/h fahren kann. Wechselt der 490 vom Gleichstrom in den Wechselstrom-Betrieb, wird die Eingangsspannung von dem Motoren-Drehrichter von 1,2 kV auf 1,8 kV erhöht und der 490 kann jetzt auch 140 km/h fahren.
Zusammengefasst heißt das: 474.3 bekommt sowohl im Stromschienen- als auch im Oberleitungsbetrieb 1,2 kV= auf den Motorendrehrichter, während 490 im Stromschienenbetrieb 1,2 kV und im Oberleitungsbetrieb 1,8 kV auf den Motorendrehrichter bekommt.

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Jan Gnoth
Zusammengefasst heißt das: 474.3 bekommt sowohl im Stromschienen- als auch im Oberleitungsbetrieb 1,2 kV= auf den Motorendrehrichter, während 490 im Stromschienenbetrieb 1,2 kV und im Oberleitungsbetrieb 1,8 kV auf den Motorendrehrichter bekommt.

Nach Auskunft von Bombardier spielt die Spannung nicht die entscheidende Rolle:

1.
Es gibt einen Gleichstromkreis mit 1200 V.

2.
Es gibt einen sogenannten Zwischenkreis mit 1800 V. Warum das so ist, konnte man mir nicht exakt sagen, hat aber aller Wahrscheinlichkeit Normierungsgründe, weil die Bauteile universell verwendet werden. In vielen Lokomotiven hat der Zwischenkreis sogar 2800 V.

3.
Die gesamte Bordnetzversorgung läuft über einen Bordnetzumrichter, der wahlweise mit 1200 oder 1800 Volt gespeist werden kann.

4.
Gleiches gilt für die Drehstromregler, welche die Motordrehzahl über die Frequenz des Drehstroms aber nicht über die Stromspannung verändern.

5.
Der Zwischenkreis kann mit 1800 V kaum mehr leisten als der Gleichstromkreis mit 1200 V, weil die Gleichstrom-äquivalente Wechselspannung von 1800 V bei hoher Belastung effektiv auch nur 1273 Volt (Wurzel 2 AC>DC) hat.

6.
Der 15 KV 16,7 Hz Trafo ist leistungsbestimmend, weil man mit dem maximal möglichen Trafogewicht von rund vier Tonnen nur knapp 1800 kVA Dauerleistung erzeugen kann. Abzüglich der anderen Stromverbraucher im Triebwagen sind das nur knapp zwei Drittel der maximalen Anfahrleistung von rund 2100 kW eines dreiteiligen Zuges.

7.
Das soll sich aber nicht negativ auswirken, weil die Stationsabstände unter Fahrdraht deutlich größer sind und die (größere) Höchstgeschwindigkeit gegenüber der (schlechteren) Beschleunigung in den Vordergrund tritt.

Zitat
NVB
2.
Es gibt einen sogenannten Zwischenkreis mit 1800 V. Warum das so ist, konnte man mir nicht exakt sagen, hat aber aller Wahrscheinlichkeit Normierungsgründe, weil die Bauteile universell verwendet werden.

Genau das ist auch meine Vermutung. Die Teile stammen wahrscheinlich aus der 423&ff-Familie, um diese 15kV-fähig zu machen und zu normieren. Die alte 474-Technik dürfte da nicht mehr viel bringen.

Zitat
NVB
4.
Gleiches gilt für die Drehstromregler, welche die Motordrehzahl über die Frequenz des Drehstroms aber nicht über die Stromspannung verändern.

Hast du schon einmal von dem induktiven Blindwiderstand gehört? Die Frequenz des Drehstroms erhöht die Drehzahl, aber auch den induktiven Blindwiderstand, was wiederum die Stromaufnahme und auch das Magnetfeld schwächt. Um das auszugleichen, muss mit steigender Frequenz auch die Spannung erhöht werden. Von daher kann ich mir schon vorstellen, dass für 100 km/h 1200 V ausreichen, aber für 140 km/h 1800 V erforderlich sind.

Zitat
Jan Gnoth
Hast du schon einmal von dem induktiven Blindwiderstand gehört? Die Frequenz des Drehstroms erhöht die Drehzahl, aber auch den induktiven Blindwiderstand, was wiederum die Stromaufnahme und auch das Magnetfeld schwächt. Um das auszugleichen, muss mit steigender Frequenz auch die Spannung erhöht werden. Von daher kann ich mir schon vorstellen, dass für 100 km/h 1200 V ausreichen, aber für 140 km/h 1800 V erforderlich sind.

Wenn man mit dem gleichen Fahrzeug statt konstant 100km/h mit 140km/h fährt, braucht man dafür ganz banal eine höhere mechanische Leistung, um Reibungsverluste auszugleichen. Wieviel mehr? Ich vermute etwa die doppelte Leistung. Wenn der Wirkungsgrad des Motors konstant bleibt (das weiß ich nicht), bräuchte man dafür dann auch die doppelte elektrische Wirkleistung. Wirkleistung, nicht Blindleistung! Und wenn auch der elektrische Wirkwiderstand konstant bleibt (auch das weiß ich nicht), bräuchte man dafür die 1,4-fache Spannung, und die würde dann auch den 1,4-fachen Strom bewirken. Das passt doch ganz gut zum Verhältnis 1800/1200 =1,5. Der "induktive Blindwiderstand" kommt aber in der Überlegung erstmal gar nicht vor.


Gruß, Matthias

Zitat
masi1157
Wenn man mit dem gleichen Fahrzeug statt konstant 100km/h mit 140km/h fährt, braucht man dafür ganz banal eine höhere mechanische Leistung, um Reibungsverluste auszugleichen. Wieviel mehr? Ich vermute etwa die doppelte Leistung. Wenn der Wirkungsgrad des Motors konstant bleibt (das weiß ich nicht), bräuchte man dafür dann auch die doppelte elektrische Wirkleistung. Wirkleistung, nicht Blindleistung!

Ein Wechselstrom-Motor (auch Drehstrom) hat keine Wirkleistung, sondern eine Scheinleistung. Es muss für eine gewisse Wirkleistung auch eine gewisse Scheinleistung erbracht werden, um die induktive Blindleistung auszugleichen.

Zitat
masi1157
Und wenn auch der elektrische Wirkwiderstand konstant bleibt (auch das weiß ich nicht), bräuchte man dafür die 1,4-fache Spannung, und die würde dann auch den 1,4-fachen Strom bewirken. Das passt doch ganz gut zum Verhältnis 1800/1200 =1,5. Der "induktive Blindwiderstand" kommt aber in der Überlegung erstmal gar nicht vor.

Der elektrische Wirkwiderstand bleibt konstant. Aber der induktive Blindwiderstand steigt mit der Frequenz. Soll der Motor also eine höhere Gesamtleistung erbringen, muss mit der Frequenz auch die Spannung erhöht werden. Ich weiß jetzt nicht, in welchem Verhältnis zur Frequenz der induktive Blindwiderstand steigt. Aber um den induktiven Blindwiderstand auszugleichen, muss die Spannung mit steigender Frequenz mindestens genauso proportional, wenn nicht sogar überproportional erhöht werden. Also geh davon aus, dass du pro Hertz mindestens 2 Volt mehr brauchst. Von daher kann ich mir schon vorstellen, dass 474/423/430/490 mit 1,2 kV Klemmspannung ihre 100 km/h machen, aber für 140 km/h mehr Hertz und auch mehr Volt brauchen.

Ich hatte noch einmal nachgefragt ...

Nun ist das Problem, dass Bombardier nur die Fahrzeuge baut und die elektrischen Komponenten von Spezialisten dazukauft. Insofern kann es sein, dass meine Auskünfte nicht immer hundertprozentig richtig sind. Stimmen tut aber wohl, dass der 15 kV 16,7 Hz Trafo nur einen Ausgang hat, der unmittelbar gleichgerichtet wird. Ich konnte jedoch nicht herausbekommen, wie hoch die effektive Wechselstrom-Ausgangsspannung nun wirklich ist. Ich vermute jedoch, dass es diese 1273 Volt eff. sind, die über leistungsfähige Kondensatoren – in einem gewissen Belastungsrahmen – auf die dazugehörige Spitzenspannung (mal Wurzel 2) als vielgenannte Gleichspannung von 1800 V kommen. Deshalb arbeiten die daran anschließenden Komponenten auch klaglos zwischen 1200 und 1800 Volt.

Bei hoher Belastung müsste man allerdings damit rechnen, dass diese Spitzen-Gleichspannung von 1800 Volt auf eben diese 1273 Volt eff. absinken kann. Doch nach Angaben von Bombardier sei das nicht beeinflussbar und die Drehzahlregelung erfolge rein über die Frequenz, weil es auch keine weiteren transformatorischen Elemente gäbe.

Zum Energieverbrauch:

Der geht hauptsächlich für die Beschleunigung drauf, denn der Rollwiderstand ist sehr gering und der an sich bei höherer Geschwindigkeit stark steigende Luftwiderstand bleibt auch relativ klein, weil es nur die Stirnseite betrifft und der restliche Zug praktisch im Windschatten fährt.

Vom Stadler KISS weiß ich, dass der Verbrauchsunterschied zwischen 100 km/h und 160 km/h bei ebener Strecke irgendwo bei 1 zu 1,2 liegt. Das gilt natürlich nur bei der Erhaltung der Geschwindigkeit und nicht beim Beschleunigen. Diese Werte muss man im Übrigen messen, denn die Praxis zeigt oft andere Werte als die Theorie.

Man sollte die Filmchen, wo man nicht die Türen aufreißen soll, auch auf den großen Leinwänden in den City-Stationen und am Hbf zeigen. Denn dort steigen die meisten Leutchen ein, die mit ihrem Tun für Verspätungen sorgen...

Zitat
NVB
Stimmen tut aber wohl, dass der 15 kV 16,7 Hz Trafo nur einen Ausgang hat, der unmittelbar gleichgerichtet wird. Ich konnte jedoch nicht herausbekommen, wie hoch die effektive Wechselstrom-Ausgangsspannung nun wirklich ist. Ich vermute jedoch, dass es diese 1273 Volt eff. sind, die über leistungsfähige Kondensatoren – in einem gewissen Belastungsrahmen – auf die dazugehörige Spitzenspannung (mal Wurzel 2) als vielgenannte Gleichspannung von 1800 V kommen. Deshalb arbeiten die daran anschließenden Komponenten auch klaglos zwischen 1200 und 1800 Volt.

Bei hoher Belastung müsste man allerdings damit rechnen, dass diese Spitzen-Gleichspannung von 1800 Volt auf eben diese 1273 Volt eff. absinken kann. Doch nach Angaben von Bombardier sei das nicht beeinflussbar und die Drehzahlregelung erfolge rein über die Frequenz, weil es auch keine weiteren transformatorischen Elemente gäbe.

Ein Trafo braucht auch nur einen Ausgang. Die Ausgangsspannung kann auch durch unterschiedlichen Spulen-Abgriff gesteuert werden. Das heißt, bei 140 km/h können für 1800 Volt mehr Windungen abgegriffen werden als für 1200 Volt bei 100 km/h. Im letzteren Fall sind dann einige Windungen auf der Niederspannungsseite gebrückt. Ich weiß nicht, ob das bei den Wechselstrom-Baureihen 423&ff und 490 der Fall ist. Aber ich weiß, dass dieses technisch möglich ist. Aus diesem Grunde gehe ich nach wie vor davon aus, dass der Motoren-Drehrichter bei 474.3 konstant an 1,2 kV= liegt, während beim 490 der Motoren-Drehrichter nur im Stromschienen-Betrieb konstant an 1,2 kV= liegt und erst im Oberleitungsbetrieb bei Geschwindigkeiten von mehr als 100 km/h mehr als 1,2 kV bekommt.

Zitat
Jan Gnoth
Ein Trafo braucht auch nur einen Ausgang. Die Ausgangsspannung kann auch durch unterschiedlichen Spulen-Abgriff gesteuert werden.

Ich meinte "mit nur einem Ausgang" keine unterschiedlichen Abgriffe. Passt wohl auch nicht mehr zur heutigen Elektronik, denn die Schaltwerke älterer E-Loks waren schwer und groß.

Um das hier genau zu klären, müsste man den Hersteller dieser Frequenzwandler fragen, doch ich habe dazu keinen Zugang. Dieser hier baut nur für die Bordstromversorgung: [www.kb-powertech.com]

Zitat
NVB
Ich meinte "mit nur einem Ausgang" keine unterschiedlichen Abgriffe.

Das ist mir schon klar.

Zitat
NVB
Passt wohl auch nicht mehr zur heutigen Elektronik, denn die Schaltwerke älterer E-Loks waren schwer und groß.

Genau darauf wollte ich hinaus. Ich hatte die Vermutung, dass die süddeutschen Wechselstrom-S-Bahnen und 490 für höhere Geschwindigkeiten so ein Schaltwerk wie ältere E-Loks haben, wenn auch inzwischen schon kompakter und nicht mehr so voluminös wie bei E10 und Co.

z.B. bei den DT4 / DT5 der Hamburger Hochbahn
wird aus den 750 V "gleich Strom"
ein sich ändernder Drehstrom geformt
mit variabler Spannung bis 1200 V und bis 400 Hz
mit elektronischen Hochleistungs-Halbleitern

Nach meinem Wissen stammt der ET474 aus dem gleichen Baukasten,
ist nur an Abmessungen und Gewicht angepasst mit anders dimensionierten Motoren.
(Deshalb wurde der erste Zug ja absichtlich / versehentlich in Hochbahnfarben geliefert ...)

Bei beiden hat Alstom die Finger mit drin.

Der ET490 dürfte ebenso ebenso wie der Hochbahn DT5 vergleichbare Bauteile verwenden.
bei ersterem steckt Bombardier, bei letzterem Bombardier und Alstom drin ...

Die in Grenzen "unerhebliche" Energiezufuhr von aussen (Seiten / Dach Zufuhr / Gleich / Wechsellspannung)
wird elektronisch gewandelt in etwas Zug-internes, vermutlich in eine Gleichspannung
das geht heute ohne Trafo, und dann in Drehstrom für die Motoren nochmals gewandelt

Variable Spannung und Frequenz sind ja das "geniale" an der Drehstromtechnik,
der Motor arbeitet immer im Drehmomentmaximum
und könnte bei guter Steuersoftware "ABS" und "ESP" des Automobils
direkt ersetzen mit "Gleit- und Schleuder-Schutz" durch entsprechende Sensoren.
Dem sind zwar Grenzen gesetzt, manchmal spürt man aber,
daß der Zug selbiges gerne umsetzen möchte
(wenn man ein "Popometer" hat, das man z.B. M Schumacher nachsagt für seine Rennwagen)

Zitat
h_guenther
Die in Grenzen "unerhebliche" Energiezufuhr von aussen (Seiten / Dach Zufuhr / Gleich / Wechsellspannung) wird elektronisch gewandelt in etwas Zug-internes, vermutlich in eine Gleichspannung. Das geht heute ohne Trafo, und dann in Drehstrom für die Motoren nochmals gewandelt.

Die wirklich mit 15 kV oder 25 kV befassten Fachleute sagen, dass eine eisenlose Spannungswandlung – also ohne Transformator – für den Bahnverkehr noch in den Sternen steht, weil man eine derart hohe Spannung halbleitermäßig (noch) nicht beherrschen würde. Der weitaus bessere Weg wäre, die Bahnstromversorgung auf 50 Hz umzustellen, weil ein 50-Hz-Trafo nur ein Drittel eines 16,7-Hz-Trafos wiegt.

Zitat
h_guenther
z.B. bei den DT4 / DT5 der Hamburger Hochbahn wird aus den 750 V "gleich Strom" ein sich ändernder Drehstrom geformt mit variabler Spannung bis 1200 V und bis 400 Hz mit elektronischen Hochleistungs-Halbleitern

Nach meinem Wissen stammt der ET474 aus dem gleichen Baukasten, ist nur an Abmessungen und Gewicht angepasst mit anders dimensionierten Motoren. (Deshalb wurde der erste Zug ja absichtlich / versehentlich in Hochbahnfarben geliefert ...)

Bei beiden hat Alstom die Finger mit drin.

Der DT5 war eine in jeder Beziehung völlige Neuentwicklung. Von Alstom kam die Karosse und Mechanik, von Bombardier die Elektrik und Elektronik. Im Übrigen würde es keinen Sinn machen, 750 V= auf 1200 V= (hoch) zu transformieren.

Zitat
h_guenther

Nach meinem Wissen stammt der ET474 aus dem gleichen Baukasten,
ist nur an Abmessungen und Gewicht angepasst mit anders dimensionierten Motoren.
(Deshalb wurde der erste Zug ja absichtlich / versehentlich in Hochbahnfarben geliefert ...)
)

Die Ablieferung der ersten 474 in Hochbahnfarben erfolgte damals mit voller Absicht - das war absolut kein ‚Versehen‘. Der Grund war allerdings nicht ein Baukasten-System, sondern dass die Bahn damals vom recht guten Image der Hochbahn profitieren wollte und zudem auch ein Verkauf der S-Bahn an die Hochbahn diskutiert wurde. Daher hatte sich die S-Bahn damals direkt optisch an den DT4 angepasst. Wir erinnern uns noch an die Zeit, als die S-Bahn Hamburg nicht durch Verspätungen und permanente Zugausfälle Schlagzeilen machte sondern durch uralte Züge und einen ziemlich runtergerockten Zustand.

Lag das nicht auch daran, dass man damals bestrebt war, eine Einheitslackierung für den Hamburger ÖPNV zu schaffen, ähnlich wie es heute zahlreiche Bundesländer tun? Die VHH-Busse aus dieser Zeit haben ja auch die Hochbahn-Lackierung gehabt.

Zitat
Arne
Wir erinnern uns noch an die Zeit, als die S-Bahn Hamburg nicht durch Verspätungen und permanente Zugausfälle Schlagzeilen machte sondern durch uralte Züge und einen ziemlich runtergerockten Zustand.

Da hat sich ja nicht so viel geändert: Es gibt neue Wagen, aber es wurde bis heute nicht geschafft, diese in den Betriebspausen gesichert abzustellen, so dass auch die neuesten Wagen regelmäßig mit Graffiti verunstaltet sind.
Erst letztens (Ende Februar) fuhr ich mit einem 474 PLUS bei dem die Übergänge derart quietschten, dass man sich die geschlossenen Wagen von vor dem Umbau zurück wünschte.

Zitat
Arne
[...] Wir erinnern uns noch an die Zeit, als die S-Bahn Hamburg nicht durch Verspätungen und permanente Zugausfälle Schlagzeilen machte sondern durch uralte Züge und einen ziemlich runtergerockten Zustand.

Mir wären zuverlässige 471er lieber, als die aktuelle Situation mit Zügen, die von zweimal Türaufhalten lahmgelegt werden. Gibt es eigentlich Pünktlichkeits-Statistiken aus der damaligen Zeit? Ein objektiver Vergleich mit heute wäre mal interessant.

epochevi.webege.com

Zitat
BÜ Liliencronstraße

Zitat
Arne
[...] Wir erinnern uns noch an die Zeit, als die S-Bahn Hamburg nicht durch Verspätungen und permanente Zugausfälle Schlagzeilen machte sondern durch uralte Züge und einen ziemlich runtergerockten Zustand.

Mir wären zuverlässige 471er lieber, als die aktuelle Situation mit Zügen, die von zweimal Türaufhalten lahmgelegt werden. Gibt es eigentlich Pünktlichkeits-Statistiken aus der damaligen Zeit? Ein objektiver Vergleich mit heute wäre mal interessant.

Es war damals ja viel weniger anfällige Technik an Bord der Züge. Das Ziel wurde von Hand eingekurbelt die Ansagen gesprochen und die Türen waren entweder auf oder zu. Gestört war da kaum was, weil die Türen noch mit Druck geschlossen wurden. So eine sichere Technik wünsche auch ich mir wieder zurück...

Zitat
Signaler
Es war damals ja viel weniger anfällige Technik an Bord der Züge. Das Ziel wurde von Hand eingekurbelt die Ansagen gesprochen und die Türen waren entweder auf oder zu. Gestört war da kaum was, weil die Türen noch mit Druck geschlossen wurden. So eine sichere Technik wünsche auch ich mir wieder zurück...

Die Türen waren aber gerne mal offen wenn sie zu sein sollten - man konnte sie auch während der Fahrt aufbekommen mit etwas kräftigen Druck (genauer - Hände an einen Griff, ein Fuß auf den anderen, dann ziehen und treten, und auf war sie). Und dann gab es da sogar einen Knopf - einfach draufdrücken und die Druckluft war weg. Und viele Fahrer haben die Türen schon bei der Einfahrt freigegeben, was schon zu überraschungen und Beinaheunfällen führte

"S-Bahn surfen" das war mal ganz heißer scheiß (im wahrsten sinne des Wortes) in den 90er...