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Antriebseinrichtung für aus einer Einphasenfahrleitung mit Mehrphasenmotoren angetriebene elektrische Eisenbahnfahrzeuge.
In dem Patent Nr. 99294 ist eine Einrichtung angegeben, bei der ein Weehselstrom-Induktionsmotor durch Vermittlung eines mit Gleichstrom erregten Synchronphasenumformers gespeist wird, dessen Primärwicklung eine so hohe Selbstinduktion besitzt, dass durch Regelung der Erregung des Phasenumformers die den Motor speisende Sekundärspannung des Phasenumformers geändert werden kann, ohne dass die Änderung der Sekundäispannung auf die Spannung des Primärstromkreises des Phasenumformers merklich rückwirkt. Wird die die Klemmenspannung des Induktionsmotors bildende Sekundärspannung des Phasenumformers bei veränderlicher Belastung derart geändert, dass das Verhältnis des Quadrates der Klemmenspannung zur jeweiligen Belastung praktisch gleichbleibt, so wirkt, wie dies mit Bezug auf Fig. la und 6 der Patentschrift Nr.
99294 erläutert worden ist, falls man die Grösse der Selbstinduktion des primären Stromkreises des Phasenumformers geeignet wählt, das konstante Verhältnis des Quadrates der Klemmenspannung des Motors zur jeweiligen Belastung derart auf den Leistungsfaktor des primären Stromkreises des Phasenumformers zmüek, dass, während im sekundären Stromkreise des Phasenumformers eine dem guten Wirkungsgrad des Motors entsprechende verhältnis- mässig grosse Phasenverschiebung herrscht, der Leistungsfaktor im primären Stromkreis über den ganzen Belastungsbereich des Motors nur wenig von der Einheit abweicht.
Die Aufreehterhaltung des guten Leistungsfaktors im primären Stromkreise über den ganzen Belastungsbereich des Induktionsmotors kann gemäss der in dem Patent Nr. 99294 angegebenen Einrichtung praktisch nur durch eine verhältnis- mässig komplizierte selbsttätige Regelung der Erregung des Phasenumformers erzielt werden.
Die Erfindung ermöglicht es nun, die gleiche Wirkung, insbesondere bei Bahnen, bei denen der Betrieb überwiegend aus Beschleunigungen und Bremsungen besteht, mit äusserst einfachen Mitteln zu erreichen.
Gemäss der Erfindung sind an den sekundären Stromkreis eines mit seiner Primäiwieklung von der Fahrleitung gespeisten und mit regelbarer Gleichstromerregung ausgerüsteten Synchronphasenumformers Induktionsmotoren angeschlossen, die einen unveränderlichen sekundären Widerstand, in praktischer Ausführung einen Kurzschlussanker besitzen.
Die Erfindung beruht auf folgender Erkenntnis :
Wird ein Induktionsmotor mit Kurzschlussanker an die Stromquelle angeschlossen, so nimmt der Motor während des Stillstandes einen gewissen Wattstrom auf, der verhältnismässig wenig von dem Höchstwert der während der Anlassperiode auftretenden Wattstromaufnahme abweicht. Die Wattstromaufnahme steigt mit Zunahme der Umlaufgeschwindigkeit zunächst allmählich auf den Höchstwert, worauf bei weiterer Beschleunigung bis zu der der normalen Betriebsschlüpfung entsprechenden Umlaufszahl die Wattstromaufnahme allmählich unter ihren Anfangswert sinkt.
In Fig.] zeigt die Kurve I die Änderung der Wattstromaufnahme des Motors während des Anlassens mit einer lilemmell-
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spannungen 61 bzw. %-bzw. 63-vom Stillstand bis zur normalen Betriebsumlaufzahl. Die Berechnung ergibt, dass, wenn das Anlassen eines Induktionsmotors mit unverändertem Sekundärwiderstand, also eines Motors mit Kurzschlussanker, unter Veränderung der Klemmenspannung erfolgt, das Verhältnis der bei einer jeden Klemmenspannung eintretenden Wattstromaufnahme und des Quadrates der betreffenden Spannung für den gleichen Wert der Schlüpfung konstant ist. Tritt also z.
B. für den Wert s der Schlüpfung bei einer Klemmenspannung ei eine, Wattstromaufnahlhe W"bei einer Klemmenspannung % eine'Wattstromaufnahme und bei der Klemmenspannung e3 eine Wattstromaufnahme 1173 ein, so ist bei gleicher Schlüpfung
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Da nun die Durchschnittswerte der Wattstromaufnahmen für die ganze Anlassperiode,. also für alle Sehlüpfungen vom Stillstand bis zur normalen Betriebsumlaufsgeschwindigkeit, gelten, so ist für die ganze Anlassperiode durchschnittlich zutreffend, dass das Verhältnis zwischen der jeweiligen Wattstromaufnahme des Motors und dem Quadrat der der betreffenden Wattstromaufnahme entsprechenden Klemmenspannung annähernd konstant ist.
Ist aber durch Verknüpfung eines Induktionsmotors mit unveränderlichem Sekundärwiderstand und eines mit veränderlicher. Gleichstromerregung ausgerüsteten Synchronphasenumformers die Bedingung erfüllt, dass im Sekundärstromkreis des Phasenumformers das Verhältnis der Belastung und des Quadrates der Klemmenspannung, zwangsweise konstant ist, so ergibt sich, dass, falls die Selbstinduktion des primären Stromkreises des Phasenumformers, wie dies im Patent Nr. 99294 mit Bezug auf Fig. 6 nachgewiesen worden ist, eine bestimmte geeignete Grösse erhält, die Phasenverschiebung im Primärstromkreis des Phasenumformers.
bei dessen verschiedenen Erregungen, also bei verschiedenen Belastungen, des Motors stets gering ist, so dass der Phasenumformer im primären Stromkreis stets mit einem hohen Leistungsfaktor arbeitet.--
Diese Verhältnisse treffen ohne weiteres zwar bloss für die Anlassperiode zu, ist aber der Motor für den Antrieb einer Bahn bestimmt, bei der die Anlass- und Bremsperioden den überwiegenden Anteil des Betriebes bilden, so kann die Anlage im Durchschnitt mit einem sehr guten Leistungsfaktor arbeiten, da ja der hohe Leistungsfaktor gerade während der Anlassperiode eintritt, und bei Erreichung der Betriebsumlaufsgeschwindigkeit, wo der Leistungsfaktor niedrig wird, ist die Belastung Idein.
Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der neuen Antriebseinrichtung in schematischer Darstellung.
Fig. 3 ist eine weitere Ausbildung der Einrichtung nach Fig. 2.
1 ist die Fahrleitung, von der die im Ständer des Synehronphasenumformers 3 angeordnete ein- phasige Primärwicklung 2 durch den Stromabnehmer 4 Strom erhält, während das andere Ende der
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wicklung des Phasenumformers, welche den Motor 7 speist. Die Primärwicklung 2 des Phasenumformers befindet sich an einem grösseren Halbmesser als die Sekundärwicklung, und zwischen den beiden Wicklungen sind die magnetischen Nebenschlüsse vorgesehen, um die Selbstinduktion der Primärwicklung zu vergrössern, wie dies in dem Patente Nr. 99294 mit Bezug auf Fig. 4 beschrieben worden ist. 9 ist der umlaufende Feldmagnet des Synchronphasenumformers, der von dem Gleichstromerzeuger 10 seine Erregung erhält.
In dem Erregerstromkreis befindet sich ein Regelwiderstand. 11, der mittels eines Schalthebels 12 geändert werden kann. Mittels des. Schalters 13 kann der Motor 7 an den Sekundärstromkreis des Phasenumformers geschaltet werden. Der Motor 7 ist ein Induktionsmotor, dessen Sekundär- stromkreis einen unveränderlichen Widerstand besitzt, so dass der Anker 14 als Kurzschlussanker ausgeführt sein kann.
Beim Anlassen wird der Schalter 13 geschlossen.
Durch Änderung der Erregung des Phasenumformers und der hiermit verbundenen Änderung der Klemmenspannung des Motors wird die Belastung und mit der Belastung die Zugkraft des Motors während der Anlassperiode infolge der, dem Kurzschlussankermotor innewohnenden Eigenschaft im Verhältnisse zum Quadrat der Spannung geregelt und wird infolge des bei einem bestimmten Wert der Selbstinduktion des Primärstromkreises des Phasenumformers bestehenden, im Patent Nr. 99294 erläuterten Zusammenhanges die Phasenverschiebung im Primärstromkreise des Phasenumformers über die ganze Anlassperiode einen geringen Wert beibehalten.
Bei der in Fig. 3 dargestellten weiteren Ausbildung erfolgt die Regelung des Anlasswiderstandes 11 während der Anlassperiode selbsttätig, indem das Schaltglied 12 unter die Wirkung eines durch einen vom Belastuügsstrome des Phasenumformers durchflossenen Solenoids 15 gestellt ist, das beim Anwachsen
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wieder ausschaltet, wodurch ein sanftes Anlassen erzielt und die Erregung am Ende der Beschleunigung selbsttätig auf den günstigsten Wert eingestellt wird.
Mittels des Fahrhebels 16 kann der Ausschlag des Schalthebels 1 : 2 und hiemit die Beschleunigung willkürlich begrenzt werden.
Ist der Motor 7 für verschiedene Polzahlen umschaltbar eingerichtet, so muss unter Umständen die Klemmenspannung der Polzahl entsprechend angepasst werden, was durch zwischen den Phasenumformer J und den Motor eingeschaltete umschaltbare Widerstände, Induktanzen oder Transformatoren 17 erzielt werden kann, die mittels des Umschalters 13 beherrscht werden können, der auch zum Anschalten des Motors dient.
Die beschriebene Einrichtung ermöglicht den Betrieb von Bahnen mit einfachen und betriebssicheren Kurzschlussanker-Induktionsmotoren und dabei die Wahrung eines guten Leistungsfaktors trotz dem häufigen Anlassen und Bremsen, wobei ausserdem das Bremsen unter Energierilekspeieherung erfolgen kann.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Antriebseinrichtung für elektrische Eisenbahnfahrzeuge mittels Drehstrom-Induktionsmotoren, die unter Vermittlung eines an eine Einphasenfahrleitung angeschlossenen Einphasen- (Mehrphasen-) umformers mit regelbarer Gleiehstromerregung gespeist werden, der in der Primärwicklung mit einer die Lockerung der Koppelung der sekundären und primären Spannung des Phasenumformers bewirkenden hohen Selbstinduktion ausgeführt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die an die Sekundärwicklung de, Phasenumformers angeschlossenen Mehrphasenmotoren einen unveränderlichen sekundären Widerstand besitzen.