Elektrische Lokomotive. Die Erfindung betrifft eine besonders v orteilhafte Anordnung des elektrischen Teils eines Antriebes für elektrische Lokomotiven, denen Einphasenstrom zugeführt wird. Sie besteht darin, dass der zugeführte Einphasen strom in einem Umformer im Strom von n-Phasen und von anderer Frequenz umgewan delt wird, wobei der Phasen- und Frequenz- umformer durch eine fremderregte Mehr phasen-Kommutatormaschine erregt wird fand in seiner Spannung regelbar ist.
Die Erfindung soll an einem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel erläutert werden. Mit 1 ist der Fahrdraht bezeichnet, der beispielsweise mit der Fre quenz 50 gespeist wird, mit 2! der Strom abnehmer der Lokomotive, mit 3 die Primär hochspannungswicklung des Phasen- und Frequenzumformers, die bei 4 geerdet und in dem Ständer 5 der Primärmaschine p untergebracht ist.
Dieser Ständer 5 enthält ausserdem eine Mehrphasenwicklung 6, 8, die im vorliegenden Falle beispielshalber als Zweiphäsenwicklung mit den beiden Phasen 6 und 8 und dem Nullpunkt 'l dargestellt ist. Ebensogut kann an dieser Stelle aber auch eine dreiphasige Wicklung -oder eine n-phasige Wicklung verwendet werden.
Diese Mehrphasenwicklung dient, wie im folgenden beschrieben werden; wird,; haupt sächlich zur Speisung der für die Regelung der Phasenverschiebung und: der Spannung vorgesehenen Kommutatormaschine k.
Der Perioden- und Phasenumformer'b@steht nun im ganzen aus drei Maschinen, nämlich aus der Primärmaschine p mit dem Ständer - 5, einer Sekundärmaschine s mit dem Stän der 57 undl der- bereits oben erwähnten Mehr= phasen-Kömmutatörmaschine k, die fremd erregt ausgeführt wird. Die erste Maschine p enthält im Läufer eine Mehrphasenwicklüng 9, 10 und 11, die im Beispiel dreiphasig ge zeichnet ist, 'aber auch zweiphasig oder vier phasig ausgeführt sein. könnte.
Sie ist un mittelbar verbunden; mit einer gleichen Melir- pha.senwicklung 59, 60 und 61 auf dem um laufenden Teil der zweiten Maschine g. Zwi schen beiden liegen die Schleifringe 12, 13 und 14, wobei 12 zum Beispiel mit den Phasen 9 und 59,. 13 mit den Phasen 1-0 und 60, 14 mit den Phasen 11 und 61 verbunden ist. Durch passende Wahl der Polzahl der JTaschine p und der Maschine s kann an den Schleifringen 12, 13 und 14 diejenige Frequenz abgenommen werden, welche man wünscht, zum Beispiel die Frequenz 16'/u. Ausgeschlossen ist die Entnahme der Fre quenz 0, das heisst Gleichstrom.
Die an den Schleifringen abgenommene Frequenz ist nicht vollkommen konstant, sondern ändert sich in geringem Betrage mit der Schlüpfung des Umformeraggregates, eine Änderung, die sich nur in dem Betrage einiger Prozente bewegt und für den Betrieb der Motoren bedeutungslos ist. Von den Schleifring- bürsten führen Leitungen weiter zu einem Transformator 45, welcher als Spartransfor mator ausgeführt sein kann,, da er nur für Niederspannung gewickelt zu sein braucht, und welcher eine Anzahl Kontakte, wie zum Beispiel die Kontakte 48, 49 und 50, besitzt, mit deren Hilfe die Spannung in groben Grenzen eingestellt werden kann.
Die fei nere Spannungsregulierung erfolgt, wie spä ter noch beschrieben wird, durch die Kom- mutatormaschine k. Dieser Transformator 45 speist ein Leitungsnetz 51, 52, 53,dessen Phasenzahl der Zahl der Schleifringe 12, 13, 14entspricht, und an diesem Netz liegen die Triebmotoren 36, 37 und 38 der Loko motive. Es sind Kommutatormaschinen für die Frequenz 16'/3 vorausgesetzt, und da hier drei Phasen in den Rotoren der Ma schinen p und s angenommen sind, so sind dementsprechend drei solche. Einphasen- motören angenommen und gleichmässig auf das Drehstromnetz 51, 52 und 53 verteilt.
Die ' Anzahl 3 der Triebmotoren wird für viele Lokomotivanordnungen gebraucht. Lie gen ändere Anordnungen vor,. so wird man darnach die Läufer in den Maschinen p und s zweiphasig oder vierphasig wählen. Alle diese Fälle sind in dieE,rfindung eingeschlos sen. Die Einphasen-Kommutatormaschinen haben die Erregerwicklungen 39',;40 und 41, so wie die Kömpensatioriswicklungen 42, 43, 44 und können auch noch Wendepole besitzen, die nicht gezeichnet sind.
Selbstverständlich können an Stelle der Einphasenmotoren auch Drehstrom-Asynchronmotoren mit Pol- und Kaskadenumschaltung für niedere Frequenz verwendet werden, die in mancher Weise Vorteile vor den Kommuta.tormotoren voraus haben. Werden solche Asynchronmotoren verwendet, dann kann natürlich der Trans formator 45 wegfallen, da die Asynchron motoren nur mit einer im wesentlichen kon stanten Spannung gefahren werden können.
Die zweite Maschine s des Umformer- Satzes mit dem Ständer 57 ist mit ihrer Ständerwicklung 54, 55 und 56 an die fremderregte Drehstrom-Erregermaschine k angeschlossen. In dem vorliegenden Beispiel ist angenommen, dass diese Maschine zugleich eine kompensierte sei, was aber nicht un bedingt erforderlich ist. Es kann als solche Maschine auch der sogenannte Frequenz wandler benutzt werden, dem man dann zweckmässig im Ständer eine Kurzschluss- wicklung gibt.
Der von den induzierten Ständerwicklungen der Maschine s her kommende Strom fliesst durch den Anlasser 16, 17, 18 und durch die Ständerkompen- sationswicklung 22, 23, 24 in den Läufer der Kollektormaschine zu den Bürsten 25, <B>26,27.</B> Die Wirkungsweise dieser Kollektor- maschine ist bekannt. Die Maschine besitzt zur Erregung ihres Feldes drei Schleifringe 28, 29 und 30.
Die zur Feldbildung er forderliche Spannung erhält die Kommuta- tormaschine aus dem Transformator 33, des sen Sekundärwicklung 32 mit Kontakten 31 schaltbar ist und dessen Primärwicklung an die Mehrphasenwicklung, welche in der Maschine p liegt. angeschlossen ist. Die Phasenzahl dieser Primärwicklung richtet sich nach der Phasenzahl der in der Ma schine p untergebrachten zweiten Wicklung. In der Figur ist ein Skott-Transformator mit den Primärwicklungen 34 und 35 ge wählt.
Die eine der beiden Wicklungen im Ständer 5 der Maschine p2, zum Beispiel die Wicklung 8, dient beim Anlassen gleichzeitig als Hilfsphase, welche von der Wicklung 3 induziert und über den Kontakt 19, den Widerstand 20 und die Induktivität 21 ein geschaltet wird. Gleichzeitig kann diese Wicklung in der. Maschine 'p _ noch Hilfs apparate, zum Beispiel die Motoren 46, 47, speisen, welche in der Lokomotive zu an dern Zwecken, zum, Beispiel für den Ven tilatoren- oder Luftpumpenantrieb, vorhan den sein werden. Diese Motoren werden zweckmässig an eine im wesentlichen kon stante Spannung gelegt, (wie sie das Netz 51, 52 und 53 nicht besitzt.
Sie können aber auch, wenn dieses Netz mit einer im wesentlichen konstanten: Spannung arbeitet, dort angeschlossen werden.
Im grossen und ganzen hat also die in der Maschine p ;liegende Mehrphasenwick- lung 6, 8 nur geringe Stromstärken zu führen.
Wie die Phasenkompensation mit Hilfe der Kommutator-Hintermaschine ausgeführt wird, ist bekannt und braucht daher nicht näher beschrieben zu werden.
Neben der beschriebenen Spannungs regulierung kann eine weitere selbsttätige Spannungsregulierung in engen Grenzen noch dadurch erreicht werden, dass die Wick lung 3 mit verhältnismässig viel Streuung oder mit einer vorgeschalteten Drosselspule versehen wird. Wenn die Wicklung 3 dann durch Ströme, insbesondere Blindströme, durchflossen wird, wirkt die Streureaktanz in der Maschine oder in der Spule erniedri gend oder erhöbend auf die Spannung der Motoren, je nachdem der Blindstrom in der Wicklung 3 der Spannung dieser Wicklung nach- oder voreilt.
Die Einrichtung nach der Erfindung ver einigt mehrere Vorteile. Sie gestattet, für die Zuleitung des Stromes eine günstige Fre quenz zu verwenden, und dabei die für den Betrieb elektrischer Lokomotiven als vorteil haft erkannten Einphasen - Kommutator- motoren mit Hauptschluss'charakter oder Induktionsmotoren für niedrige Frequenz zu benutzen. Sie ermöglicht eine vorzügliche Kompensation der Phasenverschiebung und eine ausreichende Regelung der Geschwin digkeit der Lokomotive.
Electric locomotive. The invention relates to a particularly advantageous arrangement of the electrical part of a drive for electric locomotives to which single-phase power is supplied. It consists in the fact that the supplied single-phase current is converted in a converter in the current of n-phases and another frequency, whereby the phase and frequency converter is excited by a separately excited multi-phase commutator machine and its voltage can be regulated.
The invention is to be explained using an exemplary embodiment shown in the drawing. 1 with the contact wire is referred to, which is fed for example with the frequency 50, with 2! the pantograph of the locomotive, with 3 the primary high voltage winding of the phase and frequency converter, which is grounded at 4 and housed in the stator 5 of the primary machine p.
This stator 5 also contains a multi-phase winding 6, 8, which in the present case is shown by way of example as a two-phase winding with the two phases 6 and 8 and the zero point 'l. A three-phase winding or an n-phase winding can also be used at this point.
This multi-phase winding serves as will be described below; becomes,; mainly for supplying the commutator machine provided for regulating the phase shift and: the voltage k.
The period and phase converter'b @ now consists of three machines as a whole, namely the primary machine p with the stator - 5, a secondary machine s with the stator 57 and the multi-phase commutator machine k mentioned above, the foreign energized. The first machine p contains a Mehrphasenwicklüng 9, 10 and 11 in the rotor, which is drawn in three phases ge in the example, 'but also be two-phase or four-phase. could.
It is directly connected; with an identical Melirpha.senwick 59, 60 and 61 on the running part of the second machine g. Between the two are slip rings 12, 13 and 14, with 12, for example, with phases 9 and 59 ,. 13 is connected to phases 1-0 and 60, 14 to phases 11 and 61. By suitable choice of the number of poles of the machine p and the machine s, the frequency that is desired can be picked up on the slip rings 12, 13 and 14, for example the frequency 16 '/ u. The removal of the frequency 0, i.e. direct current, is excluded.
The frequency taken from the slip rings is not completely constant, but changes slightly with the slipping of the converter unit, a change that is only a few percent and is meaningless for the operation of the motors. Lines lead from the slip ring brushes to a transformer 45, which can be designed as an autotransformer, since it only needs to be wound for low voltage, and which has a number of contacts, such as contacts 48, 49 and 50 with the help of which the voltage can be set within broad limits.
The finer voltage regulation takes place, as will be described later, by the commutator machine k. This transformer 45 feeds a line network 51, 52, 53, the number of phases of which corresponds to the number of slip rings 12, 13, 14, and on this network are the traction motors 36, 37 and 38 of the Loko motifs. Commutator machines are assumed for the frequency 16 '/ 3, and since three phases are assumed here in the rotors of the machines p and s, there are accordingly three such phases. Single-phase motors assumed and evenly distributed over the three-phase network 51, 52 and 53.
The number 3 of traction motors is used for many locomotive arrangements. There are other arrangements. the rotors in machines p and s will then be selected to be two-phase or four-phase. All of these cases are included in the invention. The single-phase commutator machines have the exciter windings 39 ', 40 and 41, as well as the power factor windings 42, 43, 44 and can also have reversing poles that are not shown.
Of course, instead of single-phase motors, three-phase asynchronous motors with pole and cascade switching for low frequencies can be used, which in some ways have advantages over commutation motors. If such asynchronous motors are used, the transformer 45 can of course be omitted, since the asynchronous motors can only be driven with a substantially constant voltage.
The second machine s of the converter set with the stator 57 is connected with its stator winding 54, 55 and 56 to the separately excited three-phase exciter k. In the present example it is assumed that this machine is also a compensated one, but this is not absolutely necessary. The so-called frequency converter can also be used as such a machine, which is then suitably provided with a short-circuit winding in the stator.
The current coming from the induced stator windings of the machine s flows through the starter 16, 17, 18 and through the stator compensation winding 22, 23, 24 in the rotor of the collector machine to the brushes 25, <B> 26, 27. </ B> How this collector machine works is known. The machine has three slip rings 28, 29 and 30 to excite its field.
The voltage required for field formation is received by the commutator machine from the transformer 33, whose secondary winding 32 can be switched with contacts 31, and whose primary winding is connected to the polyphase winding which is in the machine p. connected. The number of phases of this primary winding depends on the number of phases of the second winding housed in the machine p. In the figure, a Skott transformer with the primary windings 34 and 35 is selected.
One of the two windings in the stator 5 of the machine p2, for example the winding 8, also serves as an auxiliary phase when starting, which is induced by the winding 3 and switched on via the contact 19, the resistor 20 and the inductance 21. At the same time, this winding in the. Machine 'p _ still supply auxiliary equipment, for example the motors 46, 47, which will be present in the locomotive for other purposes, for example for the fan or air pump drive. These motors are expediently placed on a substantially constant voltage (as the network 51, 52 and 53 does not have.
But they can also be connected there if this network works with an essentially constant voltage.
On the whole, therefore, the multiphase winding 6, 8 located in the machine p; has to carry only low currents.
How the phase compensation is carried out with the aid of the commutator rear machine is known and therefore does not need to be described in more detail.
In addition to the voltage regulation described, a further automatic voltage regulation can still be achieved within narrow limits by providing the winding 3 with a relatively large amount of scatter or with an upstream choke coil. When currents, in particular reactive currents, flow through winding 3, the leakage reactance in the machine or in the coil has a lowering or increasing effect on the voltage of the motors, depending on whether the reactive current in winding 3 lags or leads the voltage of this winding .
The device according to the invention combines several advantages ver. It allows a favorable frequency to be used for the supply of current, while using the single-phase commutator motors with main circuit character or induction motors for low frequencies, which are recognized as advantageous for the operation of electric locomotives. It enables excellent compensation of the phase shift and adequate control of the speed of the locomotive.