CH120423A - Electric locomotive. - Google Patents

Electric locomotive.

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CH120423A
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Haftung Siemens- Beschraenkter
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Siemens Schuckertwerke Gmbh
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Description

  

  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.

 

Claims (1)

PATENTANSPRUCH: Elektrische Lokomotive, dadurch ge kennzeichnet, dass als Umformer ein Phasen- und Frequenzumformer von 1 auf n-Phasen dient, der durch eine fremderregte Mehr phasen-Kommutatormaschine erregt wird und in seinen Spannungen im Rotor regel bar ist. UNTERANSPRüCHE: 1. Elektrische Lokomotive nach Patent anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Strom mit umgewandelter Frequenz n - Einphasenwechselstrom - Kommutator- motoren speist. 2. PATENT CLAIM: Electric locomotive, characterized in that a phase and frequency converter from 1 to n-phases is used as converter, which is excited by an externally excited multi-phase commutator machine and its voltages in the rotor can be regulated. SUBClaims: 1. Electric locomotive according to patent claim, characterized in that the current with converted frequency n - single-phase alternating current - feeds commutator motors. 2. Elektrische Lokomotive nach Patent anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Strom mit umgewandelter Frequenz niederfrequente Drehstrom - Asynchron motoren speist. 3. Elektrische Lokomotive nach. Patent anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass für die Regelung der Motoren eine Kom bination aus einem Stufentransformator und aus der Regelvorrichtung der Kommu- tatormaschine dient. 4. Elektrische Lokomotive nach Unter anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptmaschine zur Spannungs erhöhung der von ihr gespeisten Motoren eine erhöhte Streuung erhält. 5. Electric locomotive according to patent claim, characterized in that the current with a converted frequency feeds low-frequency three-phase asynchronous motors. 3. Electric locomotive after. Patent claim, characterized in that a combination of a step transformer and the control device of the commutator machine is used to regulate the motors. 4. Electric locomotive according to sub-claim 3, characterized in that the main machine to increase the voltage of the motors fed by it receives an increased spread. 5. Elektrische Lokomotive nach Patent anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass eine zur Erregung der Kommutator- maschine dienende Wicklung der Haupt maschine hoher Frequenz zugleich Hilfs motoren speist. Electric locomotive according to patent claim, characterized in that a high frequency winding of the main machine serving to excite the commutator machine also feeds auxiliary motors.
CH120423D 1925-03-14 1926-03-08 Electric locomotive. CH120423A (en)

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