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Verfahren zum Betriebe elektrischer Bahnen.
Für den Betrieb von elektrischen Bahnen ist es aus wirtschaftlichem Interesse erwünscht, der Fahrleitung eine möglichst hohe Spannung zuzuführen, so dass man relativ schwaches Leitungskupfer und relativ grossen Abstand der Speisestationen erhält. Es ist ferner erwünscht, nur einen einzigen Fahr- draht oder eine einzige Stromabnehmerschiene zu verwenden. Diese Bedingung erfüllt an sich eine Speisung der Fahrleitung mit Einphasenwechselstrom von etwa 10.000 bis 20. 000 Volt, jedoch hat die bisherige Bauart der an die Einphasenfahrleitung angeschlossenen Lokomotive oder des Triebfahrzeuges den grossen Nachteil, dass man als Motoren Kollektormotoren (Einphasenreihensehlussmotoren) verwendet, die wegen ihres Kommutators einerseits sehr teuer sind, anderseits auch einer sorgfältigen Wartung bedürfen.
Ausserdem muss für die Regelung der Geschwindigkeit ein verhältnismässig komplizierter Regeltransformator, an dem die volle Leistung geregelt wird, verwendet werden. Ferner ist die Speisung der Fahrleitung mit Einphasenweehselstrom aus dem Grunde ungünstig, weil der einphasige Wechselstrom keine konstante Leistung, sondern eine pulsierende Leistung überträgt und daher den Fahrdraht oder die Stromschiene bei gleicher Leistung in der Spannung höher beansprucht. Ander- seits entwickelt er auch in den Antriebsmotoren des Fahrzeuges pulsierende Drehmomente, die man allerdings durch Blindstromerzeuger, z. B. Kondensatoren, zum Ausgleich bringen kann.
Die Erfindung betrifft ein elektrisches Bahnsystem, das die geschilderten Nachteile vermeidet.
Gemäss der Erfindung wird der Fahrdraht mit hochgespanntem Gleichstrom gespeist, der aus hoch gespanntem Drehstrom mittels Hochspannungsgleiehrichter gewonnen wird und über reguliert Hochspannungswechselrichter mit variabler Frequenz zum Antrieb von kollektorlosen NiederspannungsDrehstrommotoren dient. Man erhält dadurch einfache und betriebssichere Antriebsmotoren. Ausserdem bereitet auch die Regelung der Geschwindigkeit des Fahrzeuges weniger Schwierigkeiten, nachdem man diese Regelung durch Änderung der von dem Hochspannungswechselrichter gelieferten Mehr- phasenspannung in ihrer Grösse oder in ihrer Frequenz herbeiführen kann.
Diese Änderung der Mehr- phasenspannung lässt sich aber am Wechselrichter ohne weiteres durch entsprechende Beeinflussung der Steuerorgane in an sich bekannter Weise herbeiführen.
Für die Erzeugung des hochgespannten Gleichstromes der Fahrleitung verwendet man vorteilhaft Quecksilberdampfgleichrichter, die von einem normalen Drehstromnetz aus mit Energie versorgt werden. Der Drehstrom von 50 Perioden pro Sekunde, der mit sehr hoher Spannung, etwa mit 100 kV, aus dem Netz bezogen werden kann, wird in einem Drehstromtransformator auf die Spannung des Fahrdrahtes, beispielsweise 15 kV, umgespannt. Er wird mit dieser Spannung einem Hochspannungsgleichrichter zugeführt, der ihn auf etwa 15 kV Gleichspannung umrichtet. Mit dieser Spannung wird die elektrische Leistung dem Fahrdraht zugeführt. Im Triebfahrzeug, z.
B. in einer Lokomotive, wird hochgespannter Gleichstrom vom Fahrdraht abgenommen, und zunächst einem Hochspannungswechsel- richter zugeführt, der den Gleichstrom in Drehstrom umwandelt. Der Drehstrom wird den Motoren zum Antrieb der Räder zugeleitet, wobei man seine Spannung nötigenfalls durch einen zwischengeschalteten Transformator erniedrigen kann.
Der Vakuumweehselrichter auf dem Fahrzeug soll Steuerungseinrichtungen besitzen, durch die es in an sich bekannter Weise ermöglicht wird, die Frequenz und Spannung des umgeformten Drehstromes beliebig zu regulieren, so dass man die Geschwindigkeit
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asynchroner Ausführung erforderliche Blindleistung im Motorenstromkreis zu erzeugen, kann man Kondensatoren oder Sehwingungskreise benutzen, deren Frequenz einstellbar ist und gleichzeitig mit der Steuerung der Geschwindigkeit verstellt wird. In diesem Falle kann man die sehr betriebssieheren Kurzsehlussankermotoren zum Antrieb des Fahrzeuges benutzen.
Zur Steuerung des Wechselrichters
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aber die Steuerung auch vom Sekundärstromkreis direkt ableiten und demgemäss mit selbsterregter Steuerung fahren.
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strom von 50 Perioden arbeitet. In der Station für die Speisung der Fahrleitung 4 der elektrischen Bahnen befindet sich ein Transformator 2 und eine Gleichrichteranlage 3 für die Erzeugung von hochgespanntem Gleichstrom aus dem Drehstromnetz 1. Auf der Lokomotive des Bahnsystems befindet sich ein Wechselrichter 5, der in an sich bekannter Weise aus dem hochgespannten Gleichstrom Drehstrom von regelbarer Periodenzahl erzeugt. Dieser Drehstrom ist über einen Transformator 6 zur Herabsetzung der Spannung den Motoren 7 der Lokomotive zugeführt, die als gewöhnliche Asynchronmotoren ausgebildet sind.
Es sei bemerkt, dass man für den Antrieb der Motoren eine Frequenz wählen kann, die unabhängig von jeder sonstigen Wechselfrequenz des Systems ist und sich nur nach der für die Motordrehzahl und-polzahl günstigsten Frequenz richtet. Dadurch erhalten die Motoren einen besseren Wirkungs- grad und bessere Betriebseigenschaften als sonst. Man ist auch nicht gezwungen, den Drehstrom zu ihrem Antrieb dreiphasig zu verwenden. Man kann den Wechselrichter mit jeder beliebigen Phasenzahl ausführen und ihn und die Motoren für irgendeine Vielphasenzahl bauen.
Beispielsweise erweist es sich als vorteilhaft, mittels des Wechselrichters Zwei- oder Vierphasenstrom zu erzeugen. Bei dieser Phasenzahl lassen sich die Motoren der Lokomotive besonders günstig polumschaltbar einrichten, so dass man die Geschwindigkeit der Lokomotive nicht nur durch Änderung der den Motoren zugeführten Spannung in Grösse oder Frequenz, sondern auch durch Anderuns ; der Polzahl der Motoren regeln kann. Z. B. kann man die grobstufige Regelung mittels Polumsci. altung und die feinstufige Regelung mittels Frequenzregelung herbeiführen.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Betrieb elektrischer Bahnen, dadurch gekennzeichnet, dass der Fahrdraht mit hochgespanntem Gleichstrom gespeist wird, der aus hochgespanntem Drehstrom mittels HocLspannungs- gleichrichter gewonnen wird, und über regulierte Hochspannungswechselrichter mit variabler Frequenz zum Antrieb von kollektorlosen Drehstrommotoren dient.