DE102007045314A1 - Diesel electric vehicle - Google Patents

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Abstract

Dieselelektrisches Fahrzeug, insbesondere Schienenfahrzeug, mit einem Dieselgenerator (2) der als permanenterregter Synchrongenerator ausgeführt ist, der mit einer in einem Ständer vorgesehenen Ständerwicklung (4), die eine Traktionswicklung (5) und eine davon galvanisch getrennten Hilfswicklung (6) aufweist, ausgeführt ist.Diesel-electric vehicle, in particular a rail vehicle, with a diesel generator (2) designed as a permanent-magnet synchronous generator which is provided with a stator winding (4) provided in a stator and having a traction winding (5) and an auxiliary winding (6) galvanically separated therefrom ,

Description

Die Erfindung betrifft ein dieselelektrisches Fahrzeug, insbesondere ein Schienenfahrzeug mit einem Dieselgenerator.The The invention relates to a diesel-electric vehicle, in particular a rail vehicle with a diesel generator.

Fahrzeuge, insbesondere Schienenfahrzeuge, die als Triebfahrzeuge ausgebildet sind, kommen immer dann mit einem Dieselmotor als Primärenergiequelle zum Einsatz, wenn die Strecke wegen mangelnder Belastung nicht elektrifiziert wurde.Vehicles, in particular rail vehicles designed as locomotives are always come with a diesel engine as a primary source of energy used when the track is not electrified due to lack of load has been.

Die zentralen Probleme beim Einsatz eines Dieselmotors als Traktionsantrieb sind die Unfähigkeit im Anlauf Drehmoment abzugeben, wie dies beispielsweise Elektromotoren oder Dampfmaschinen können und die relativ feste Bindung von Leistung und Drehzahl bei niedriger Verbrauchsziffer.The central problems when using a diesel engine as a traction drive are the inability at startup to deliver torque, such as electric motors or steam engines can and the relatively strong bond of power and speed at lower Consumption digit.

Bei Straßenfahrzeugen wurden diese Probleme durch Kupplungen und Schaltgetriebe beseitigt. Bei Schienentriebfahrzeugen ist dies nur im kleinen Leistungsbereich wirtschaftlich realisierbar.at road vehicles These problems have been eliminated by clutches and manual transmissions. For rail traction vehicles, this is only in the small power range economically feasible.

Bei Fahrzeugen für den Schienenverkehr mit höherer Leistung kommen deshalb nur eine dieselhydraulische Kraftübertragung mit Föttinger-Wandler und die dieselelektrische Kraftübertragung in Frage.at Vehicles for the railways with higher Performance comes therefore only a diesel-hydraulic power transmission with Föttinger converter and the diesel-electric power transmission in question.

Bei dieselelektrischen Fahrzeugen und auch allen weiteren Fahrzeugen mit Verbrennungskraftmaschinen (z. B. Gasmotoren, Gasturbinen) und elektrischer Leistungsübertragung sind neben den Traktionsmotoren auch elektrische Hilfsbetriebe als Verbraucher mit einer niedrigeren verketteten Wechselspannung (z. B. 440 Volt) zu versorgen, die auch umrichtergespeist sein können. Diese Verbraucher müssen aus Schutzgründen galvanisch vom Traktionszwischenkreis elektrisch getrennt werden. Bei höheren Dieselleistungen (insbesondere Leistungen größer 1000 bis 1500 kW) beträgt die Spannung des Traktionszwischenkreises typischerweise mindestens 1800 V.at diesel-electric vehicles and also all other vehicles with internal combustion engines (eg gas engines, gas turbines) and electrical power transmission are in addition to the traction motors and auxiliary electric as Consumers with a lower chained AC voltage (z. B. 440 volts), which may also be supplied inverter. These Consumers need for protection reasons be electrically isolated from the traction intermediate circuit. At higher Diesel power (especially power greater than 1000 to 1500 kW) is the voltage of the traction intermediate circuit typically at least 1800 V.

Zur galvanisch vom Traktionszwischenkreis getrennten Versorgung der Hilfsbetriebe gibt es folgende bekannten Grundkonzepte, auf die später im Rahmen der Figurenbeschreibung näher eingegangen wird:
Anzapfung der Generatorständerwicklung und Einsatz eines Transformators mit Gleichrichter zur Versorgung des Hilfsbetriebsumrichters.For galvanically isolated from the traction intermediate supply to the auxiliary plants, there are the following known basic concepts, which will be discussed later in the context of the description of the figures:
Tapping of generator stator winding and use of a transformer with rectifier to supply the auxiliary drive.

Einbau einer kompletten galvanisch getrennten Hilfsbetriebswicklung im Ständer des Dieselgenerators zusätzlich zur Traktionswicklung.installation a complete galvanically isolated auxiliary winding in the stand of the diesel generator in addition to the traction winding.

Versorgung der Hilfsbetriebe direkt aus dem Traktionszwischenkreis.care the auxiliary operation directly from the traction intermediate circuit.

Versorgung des Hilfsbetriebsumrichters mit einer gepulsten Gleichspannung aus dem Traktionszwischenkreis mittels Tiefsetzsteller.care of the auxiliary drive with a pulsed DC voltage the traction intermediate circuit by means of buck converter.

Versorgung des Hilfsbetriebsumrichters und einer gepulsten Gleichspannung über einen vergleichsweise kompakten leichteren Mittelfrequenztransformator.care of the auxiliary drive and a pulsed DC voltage across one comparatively compact lighter medium frequency transformer.

Nachteilig bei all den aufgezeigten Lösungen sind infolge der Verwendung von Leistungshalbleitern mit höherer Sperrspannung oder zusätzlich komplexen Wicklungssystemen oder Transformatoren zur Potentialtrennung die aufwändige und teure Umsetzung.adversely with all the solutions shown are due to the use of power semiconductors with higher blocking voltage or additionally complex winding systems or transformers for potential separation the elaborate and expensive implementation.

Ausgehend davon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Versorgung der Hilfsbetriebe in einfacher Art und Weise bereit zu stellen, unter Anwendung der galvanischen Trennung und unter Beachtung der geltenden Schutzvorschriften.outgoing It is the object of the invention to provide a supply to provide the auxiliary services in a simple way, using galvanic isolation and observing the applicable Protection rules.

Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt durch ein dieselelektrisches Fahrzeug, insbesondere Schienenfahrzeug, mit einem Dieselgenerator der als permanenterregter Synchrongenerator ausgeführt ist, der mit einer in einem Ständer vorgesehenen Ständerwicklung, die eine Traktionswicklung und eine davon galvanisch getrennten Hilfswicklung aufweist, ausgeführt ist.The solution the task is accomplished by a diesel-electric vehicle, in particular rail vehicle, with a diesel generator as the permanent-magnet synchronous generator is executed with one in one stand provided stator winding, the one traction winding and one of them galvanically isolated Auxiliary winding has executed is.

Die damit zusätzlich galvanisch getrennte Hilfsbetriebswicklung im Ständer des Dieselgenerators, der als permanenterregter Synchrongenerator ausgeführt ist, sind keine weiteren Trenntransformatoren, die sich in Kosten, in Masse und in Bauraum niederschlagen, für die Hilfsbetriebe notwendig. Auch sind keine zusätzlichen Leistungshalbleiterbauelemente mit erhöhter Sperrspannung notwendig.The in addition galvanically isolated auxiliary winding in the stator of the diesel generator, which is designed as a permanent-magnet synchronous generator, are no further isolating transformers, resulting in costs, in Mass and precipitate in space, necessary for the auxiliary operations. Also, no extra Power semiconductor components with increased reverse voltage necessary.

Vorteilhafter Weise sind dabei die Hilfsbetriebswicklungen mit der Traktionswicklung des Stators des permanenterregten Synchrongenerators verschachtelt. D. h. die Hilfsbetriebswicklung befindet sich zumindest abschnittsweise mit der Traktionswicklung in den gleichen Nuten des Ständers.Favorable Way are the auxiliary windings with the traction winding of the stator of the permanent magnet synchronous generator nested. Ie. the auxiliary operating winding is located at least in sections with the traction winding in the same slots of the stator.

In einer anderen Ausführungsform sind vorgegebene Abschnitte des Ständers nur von der Hilfsbetriebswicklung belegt. Damit ist die Hilfsbetriebswicklung konzentriert in den Nuten eines Abschnitts der permanenterregten Synchronmaschine angeordnet.In another embodiment are predetermined sections of the stator only from the auxiliary operating winding busy. Thus, the auxiliary operation is concentrated in the Grooves a portion of the permanent-magnet synchronous machine arranged.

Sowohl bei der einen, als auch bei der anderen Ausführungsform wird in erster Näherung das Verhältnis zwischen den Nutenzahlen bzw. Polen, die jeweils für die Traktionswicklung und die Hilfsbetriebswicklung belegt werden, durch das Verhältnis der Traktions- und Hilfsbetriebsleistungen bestimmt. Beide Wicklungsanordnungen, d. h. eine verteilte Hilfsbetriebswicklung als auch die konzentrierte Hilfsbetriebswicklung führen zu vergleichsweise höheren Wicklungsoberfeldern, die allgemein zu größeren Maschinenverlusten im Rotor und im Ständer führen.Either in the one, as in the other embodiment, the first approximation relationship between the groove numbers and poles respectively for the traction winding and the auxiliary operation winding are occupied by the ratio of Traction and auxiliary services determined. Both winding arrangements, d. H. a distributed auxiliary operation as well as the concentrated one Run auxiliary operation winding to comparatively higher Winding top fields, which generally lead to larger machine losses in the Rotor and in the stand to lead.

Deshalb kommen für hoch ausgenutzte und gleichzeitig auf Wirkungsgrad ausgelegte Asynchrongeneratoren und elektrisch erregte konventionelle Generatoren mit Dämpferkäfig derartige Rotoren nicht in Frage. Dies würde bei Käfigläufern zu hohen Ausgleichsströmen führen.Therefore come for highly utilized and at the same time designed for efficiency asynchronous generators and electrically excited conventional generator with damper cage such Rotors out of the question. This would in squirrel cage to high equalizing currents to lead.

Bei der konzentrierten Hilfsbetriebswicklung führen die Randeffekte vom Übergang der Traktionswicklung auf die Hilfsbetriebswicklung und umgekehrt zu vergleichsweise hohen Verlusten bei Asynchrongeneratoren und konventionellen Synchrongeneratoren. Der Rotor der permanenterregten Synchronmaschine ist aufgrund der vorgeschlagenen Anordnung der Hilfsbetriebswicklung, die zu erhöhten Läuferverlusten bei konventionellen Generatoren führt, vergleichsweise gut geeignet, da die Wicklungsoberfelder und/oder Randeffekte keine parasitären Auswirkungen auf den Rotor haben, die sich letztendlich in erhöhten Wärmeabgabe zeigen würden. Dies zeigt sich insbesondere auch dadurch, dass bei Verwendung der Zahnspulentechnik bei der permanenterregten Synchronmaschine die ebenfalls Oberwellen verursacht, die Läufer weniger verlustbehaftet sind.at The concentrated auxiliary operation winding carry the edge effects from the transition the traction winding on the auxiliary winding and vice versa to comparatively high losses in asynchronous generators and conventional synchronous generators. The rotor of the permanent-magnet Synchronous machine is due to the proposed arrangement of Auxiliary operating winding, which leads to increased rotor losses in conventional Generators leads, comparatively well suited, since the winding top fields and / or Edge effects no parasitic Have an impact on the rotor, which ultimately results in increased heat output would show. This is particularly evident in the fact that when using the Tooth-wound technology in the permanent-magnet synchronous machine also causes harmonics, the runners are less lossy.

Die Hilfsbetriebswicklung und die Traktionswicklung sind im Bereich des Ständers des permanenterregten Synchrongenerators konzentriert ausgeführt, wobei eine vorgebbare Anzahl der vorhandenen Polpaare, die galvanisch getrennte Hilfsbetriebswicklung bilden.The Auxiliary winding operation and the traction winding are in the range of the stand the permanent-magnet synchronous generator executed concentrated, wherein a predefinable number of existing pole pairs, the galvanic form separate auxiliary operating winding.

Vorteilhafterweise bilden dabei ca. 20% der vorhandenen Polpaare für die konzentrierte Hilfsbetriebswicklung vorgesehen.advantageously, make up about 20% of the existing pole pairs for the concentrated auxiliary operation winding intended.

Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung werden anhand schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele in der Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:The Invention and further advantageous embodiments of the invention be schematically illustrated embodiments in the drawing explained in more detail. In this demonstrate:

1 bis 5 Anordnungen des Standes der Technik, 1 to 5 Arrangements of the prior art,

6 ein erfindungsgemäßes Schaltungsprinzip, 6 an inventive circuit principle,

7 konzentrierte Hilfsbetriebswicklung, 7 concentrated auxiliary operation development,

8 verteilte Hilfsbetriebswicklung, 8th distributed auxiliary operation development,

9 prinzipielle Darstellung eines permanenterregten Synchrongenerators. 9 basic representation of a permanent-magnet synchronous generator.

1 zeigt in einem Schaltbild eine Anzapfung einer Ständerwicklung 4 eines Dieselgenerators 2, wobei die Ständerwicklung 4 als Traktionswicklung 5 ausgelegt ist. Die Traktionswicklung 5 dient insbesondere der Leistungszufuhr der Fahrmotoren 8. Des Weiteren ist im Rahmen einer elektrischen Anzapfung ein Transformator 12 vorgesehen, der eine galvanische Trennung zwischen der Ständerwicklung 4 und dem Hilfsbetriebsgleichrichter 11 herbeiführt. Der Hilfsbetriebsgleichrichter 11 speist über einen Zwischenkreis den Hilfsbetriebsumrichter 10, der wiederum die Hilfsbetriebe, beispielsweise Klimaanlagen, Licht etc. betreibt. Der Dieselgenerator 2 weist eine elektrische Erregung 3 auf. Der Dieselgenerator 2 wird von einem Dieselmotor 1 angetrieben. Über die Ständerwicklung 4, die in diesem Fall als Traktionswicklung 5 ausgebildet ist, wird über einen Diodengleichrichter 7 ein Traktionszwischenkreis 18 gespeist. Vom Traktionszwischenkreis 18 werden über verschiedene Traktionsumrichter 17 die Fahrmotoren 8 gespeist. Am Traktionszwischenkreis 18 sind elektrisch ebenfalls der Bremschopper 15 und der Bremswiderstand 16 angeordnet. 1 shows in a circuit diagram a tap of a stator winding 4 a diesel generator 2 , wherein the stator winding 4 as a traction winding 5 is designed. The traction winding 5 in particular serves the power supply of traction motors 8th , Furthermore, in the context of an electrical tap, a transformer 12 provided that a galvanic isolation between the stator winding 4 and the auxiliary rectifier 11 causes. The auxiliary rectifier 11 feeds the auxiliary drive via a DC link 10 who in turn operates the auxiliary operations, such as air conditioning, light, etc. The diesel generator 2 has an electrical excitation 3 on. The diesel generator 2 is powered by a diesel engine 1 driven. About the stator winding 4 , in this case as a traction winding 5 is formed is via a diode rectifier 7 a traction link 18 fed. From the traction link 18 be about different traction converters 17 the traction motors 8th fed. At the traction intermediate circuit 18 are also electrically the Bremschopper 15 and the braking resistor 16 arranged.

Der Aufwand dieser Anordnung zeigt sich u. a. darin, dass eine Anzapfung der Ständerwicklung 4 vorgenommen werden muss und zur galvanischen Trennung zwischen Ständerwicklung 4 und Hilfsbetriebsgleichrichter 11 ein Transformator 12 vorzusehen ist.The expense of this arrangement is, inter alia, that a tap of the stator winding 4 must be made and for galvanic isolation between stator winding 4 and auxiliary rectifier 11 a transformer 12 is to be provided.

2 zeigt einen der 1 ähnlichen Aufbau, wobei zur elektrischen Speisungen der Hilfsbetriebe 9 eine von der normalen Ständerwicklung, in diesem Fall die Traktionswicklung 5 komplett galvanisch getrennte Hilfsbetriebswicklung 6 im Ständer des Dieselgenerators 2 zusätzlich zur Traktionswicklung 5 vorzusehen ist. Diese Hilfsbetriebswicklung 6 muss u. a. zur Vermeidung von Pendelmomenten und Verlusten im Dämpferkäfig dieses konventionellen Dieselgenerators 2 wie die Traktionswicklung 5 aufgebaut sein, d. h. gleiche Spulenzahl mit gleicher Spulenweite. Damit ist diese Hilfsbetriebswicklung 6 sehr aufwendig herzustellen und dementsprechend teuer. 2 shows one of the 1 similar structure, wherein the electrical feeds of the auxiliary operations 9 one of the normal stator winding, in this case the traction winding 5 completely galvanically separated auxiliary winding 6 in the stator of the diesel generator 2 in addition to the traction winding 5 is to be provided. This auxiliary operation development 6 must, inter alia, to avoid pendulum moments and losses in the damper cage of this conventional diesel generator 2 like the traction winding 5 be constructed, ie the same number of coils with the same coil width. This is the auxiliary business development 6 very expensive to produce and therefore expensive.

3 zeigt in einer weiteren bereits bekannten Alternative die Versorgung der Hilfsbetriebe 9 direkt aus dem Traktionszwischenkreis 18, wobei der Hilfsbetriebsumrichter 10 mit Leistungshalbleitern von entsprechender Sperrspannung aufgebaut sein muss und ein Transformator 12 vorzusehen ist, um eine galvanische Trennung zu gewährleisten. Sowohl die entsprechenden Leistungshalbleiter als auch ein zusätzlicher Transformator machen sich in den Kosten und auch in der Masse als auch den elektrischen Verlusten bemerkbar. 3 shows in another already known alternative, the supply of auxiliary operations 9 directly from the traction link 18 , wherein the auxiliary drive 10 must be constructed with power semiconductors of appropriate reverse voltage and a transformer 12 is to be provided in order to ensure galvanic isolation. Both the corresponding power semiconductors and an additional transformer are reflected in the costs and also in the mass as well as the electrical losses.

4 zeigt die Versorgung des Hilfsbetriebsumrichters 10 durch eine gepulste Gleichspannung aus dem Traktionszwischenkreis 18 mittels eines Tiefsetzstellers, der aus einem Chopper 14 und einer Drossel 13 gebildet ist. Zur galvanischen Trennung muss dabei ebenfalls ein Transformator 12 eingesetzt werden. 4 shows the supply of the auxiliary drive 10 by a pulsed DC voltage from the traction intermediate circuit 18 by means of a buck converter, which consists of a chopper 14 and a throttle 13 is formed. For galvanic separation also has a transformer 12 be used.

5 zeigt in einer weiteren bereits eingesetzten Variante einen vergleichsweise kompakten und leichten Mitteltransformator 12 für Mittelfrequenz zur die Versorgung des Hilfsbetriebsumrichters 10 durch eine gepulste Gleichspannung. Damit liegt eine galvanische Trennung vor und es ist ein zusätzlicher Gleichrichter vorhanden. 5 shows in a further variant already used a comparatively compact and lightweight central transformer 12 for medium frequency for the supply of the auxiliary drive 10 by a pulsed DC voltage. This is a galvanic isolation and there is an additional rectifier available.

6 zeigt nunmehr eine erfindungsgemäße Anordnung mit einem Dieselgenerator, der als permanenterregter Synchrongenerator ausgeführt ist mit einer einfachen, galvanisch getrennten Hilfsbetriebswicklung 6 im Ständer 30 des Synchrongenerators zusätzlich zur Traktionswicklung 5. Der permanenterregte Synchrongenerator speist über einen Gleichrichter 7 den Traktionszwischenkreis 18. Dies kann über einen Diodengleichrichter oder einen IGBT-Gleichrichter geschehen, der zusätzlich eine Energieumkehr bei elektrischen Bremsen des Fahrzeugs erlaubt. 6 now shows an inventive arrangement with a diesel generator, which is designed as a permanent-magnet synchronous generator with a simple, galvanically isolated auxiliary operation winding 6 in the stand 30 of the synchronous generator in addition to the traction winding 5 , The permanent-magnet synchronous generator feeds via a rectifier 7 the traction intermediate circuit 18 , This can be done via a diode rectifier or an IGBT rectifier, which also allows an energy reversal in electric brakes of the vehicle.

Damit werden die Hilfsbetriebe 9 mit ansonsten in den Bremswiderständen dissipierten Energie gespeist. Diese Energie wird induktiv in die Hilfsbetriebswicklung 6 übertragen und speist somit die Hilfsbetriebe 9. Damit müssen die Hilfsbetriebe 9 im elektrischen Bremsen nicht vom Dieselmotor 1 mit Energie versorgt werden, was eine zusätzliche Kraftstoffeinsparung zur Folge hat.This will be the auxiliary operations 9 fed with energy otherwise dissipated in the braking resistors. This energy is inductively in the auxiliary operation winding 6 transfers and thus feeds the auxiliary operations 9 , With it the auxiliary enterprises must 9 in electric braking not from the diesel engine 1 be energized, resulting in additional fuel savings.

Damit werden die Hilfsbetriebsumrichter 10 auf angepasster Niederspannungsebene direkt vom Dieselgenerator 2 über einen Dioden- oder IGBT-Gleichrichter gespeisten Zwischenkreis mit einer Spannung Ud von ca. 600 bis 700 V versorgt.This will become the auxiliary drives 10 on adapted low-voltage level directly from the diesel generator 2 supplied via a diode or IGBT rectifier fed intermediate circuit with a voltage U d of about 600 to 700 V.

7 zeigt in einem konkreten Ausführungsbeispiel einen 10-poligen permanenterregten Synchrongenerator. Bei der ca. 80% der Dieselleistung für die Traktion und die verbleibenden 20% für die Hilfsbetriebe 9 zur Verfügung stehen sollen. Die dreiphasige elektrische Maschine von der ausgegangen wird, ist mit folgender Ständerwicklung ausgestattet:

  • Nutzahl pro Pol und Strang: q = 2
  • Polzahl: 2 p = 10
  • Strangzahl: m = 3
  • Wicklungsausführung: Zweischichtwicklung
  • Ständernutenzahl: N1 = 60
7 shows in a concrete embodiment, a 10-pole permanent-magnet synchronous generator. At about 80% of the diesel power for traction and the remaining 20% for the auxiliary services 9 should be available. The three-phase electrical machine is assumed to be equipped with the following stator winding:
  • Number of slots per pole and strand: q = 2
  • Pole number: 2 p = 10
  • Strand number: m = 3
  • Winding version: two-layer winding
  • Number of Stands: N 1 = 60

Das Wicklungsschema für ein Polpaar zeigt 7. Es werden für die 10-polige elektrische Maschine 60 Ständerspulen benötigt. Die Zweischichtwicklung ist gesehnt und weist ein Verhältnis der Spulenweite zur Polteilung von W/τp = 5/6 auf. Die Schaltung der Spulen von Strang U-X ist fett gekennzeichnet. Die Klemme X wäre bei einer Dreieckschaltung Teil des Sternpunkts.The winding diagram for a pole pair shows 7 , It will be for the 10-pole electric machine 60 Stator coils required. The two-layer winding is elongated and has a ratio of the coil width to the pole pitch of W / τp = 5/6. The circuit of the coils of strand UX is marked in bold. The terminal X would be part of the star point in a delta connection.

Für die erfindungsgemäß vorgeschlagene konzentrierte Hilfsbetriebswicklung sind die Polpaare mit einer Wicklung nach 7 versehen, wobei acht Pole für die Traktionswicklung 5 gemäße 6 entsprechend verschaltet sind (parallel, in Reihe, kombiniert). Die beiden verbleibenden Pole für die konzentrierte Hilfsbetriebswicklung 6 werden separat verschaltet, wie in 7 dargestellt. Die beiden Wicklungssysteme (Traktionswicklung 5 und Hilfsbetriebswicklung 6) überlappen sich. Die Ständerspulenzahl erhöht sich dabei nicht.For the concentrated auxiliary operation winding proposed according to the invention, the pole pairs with one winding are after 7 provided eight poles for the traction winding 5 contemporary 6 corresponding are interconnected (parallel, in series, combined). The two remaining poles for the concentrated auxiliary operation winding 6 are interconnected separately, as in 7 shown. The two winding systems (traction winding 5 and auxiliary operation development 6 ) overlap. The stator reel number does not increase.

Die Ständernutenzahlen N1 und Spulenzahlen für das Beispiel des 10-poligen permanenterregten Synchrongenerators sind im folgenden tabellarisch aufgeführt, wobei sich Aufwand und Kosten für die Wicklungsherstellung in erster Linie an der Spulenzahl orientieren. Nutenzahl Spulenzahl für Traktions- und Hilfsbetriebswicklung Konventionelle Generatoren mit symmetrischen Wicklungen (ASM, elektrisch erregte SM) 60 120 PM-Generator mit verteilter Hilfsbetriebswicklung 75 75 PM-Generator mit konzentrierter Hilfsbetriebswicklung 60 60 The stator number N1 and coil numbers for the example of the 10-pole permanent magnet synchronous generator are listed in the following table, with effort and costs for the winding production based primarily on the number of coils. Number of Slots Number of coils for traction and auxiliary operation winding Conventional generators with symmetrical windings (ASM, electrically excited SM) 60 120 PM generator with distributed auxiliary operation winding 75 75 PM generator with concentrated auxiliary winding 60 60

Um dies bei konventionellen Generatoren umsetzen zu können, wären zusätzliche 60 Spulen für die Hilfsbetriebswicklung notwendig um eine zur Traktionswicklung symmetrische Hilfsbetriebswicklung herzustellen. Dadurch würde sich der Fertigungsaufwand für die Ständerwicklung 4 verdoppeln.To be able to implement this with conventional generators, an additional 60 coils would be necessary for the auxiliary operating winding in order to produce a winding winding symmetrical to the traction winding. This would increase the production costs for the stator winding 4 double.

Für die erfindungsgemäße vorgeschlagene verteilte Hilfsbetriebswicklung 6 erhöhen sich die Nutenzahlen pro Pol und Strang, in diesem Beispiel um 0,5 auf q = 2,5, wobei von der Traktionswicklung 5 wie zuvor nur zwei Nuten pro Pol und Strang belegt werden.For the inventive proposed distributed auxiliary winding 6 increase the groove numbers per pole and strand, in this example, by 0.5 to q = 2.5, wherein the traction winding 5 as previously only two grooves per pole and strand are occupied.

8 zeigt in einem beispielhaften Wicklungsschema für die Anordnung einer verteilten Hilfsbetriebswicklung 6. Die Gesamtspulenzahl für die Ständerwicklung 4 erhöht sich von 60 auf 75 Spulen. Es liegt ebenfalls eine gesehnte Zweischichtwicklung mit verteilter Hilfsbetriebswicklung 6 für ein Polpaar (Traktionswicklung q = 2, Hilfsbetriebswicklung qHB = 0,5, Spulenweite zu Polteilung W/τp = 7/7,5) vor. Die Spulen in 8 der Hilfsbetriebswicklung 6 sind gestrichelt dargestellt. Die Schaltungen der Spulen von Strang U-X der Traktionswicklung 4 sind fett dargestellt. Klemme X wäre bei einer Dreiecksschaltung Teil des Sterns. Des Weiteren ist der Anschluss des Strangs R der Hilfsbetriebswicklung dargestellt. Klemme X* wäre bei einer Dreiecksschaltung Teil des separaten Sternpunkts der Hilfsbetriebswicklung. 8th shows in an exemplary winding scheme for the arrangement of a distributed auxiliary operation winding 6 , The total number of coils for the stator winding 4 increases from 60 to 75 coils. There is also a longed two-layer winding with distributed auxiliary operation winding 6 for a pole pair (traction winding q = 2, auxiliary operating winding q HB = 0.5, coil width to pole pitch W / τp = 7 / 7.5). The coils in 8th the auxiliary operation development 6 are shown in dashed lines. The circuits of the coils of strand UX of the traction winding 4 are shown in bold. Terminal X would be part of the star in a triangular circuit. Furthermore, the connection of the strand R of the auxiliary operating winding is shown. Terminal X * would be part of the separate neutral point of the auxiliary operating winding in the case of a triangular circuit.

Die Zahlen in 7,8 sind keine Bezugszeichen sondern lediglich Nummerierungen von Spulen oder Nuten.The numbers in 7 . 8th are not reference numerals but merely numbers of coils or grooves.

9 zeigt in einem prinzipiellen Längsschnitt einen permanenterregten Synchrongenerator ausgeführten Dieselgenerator 2. Der Ständer 30 weist die Ständerwicklung 4 auf, die als Traktionswicklung 5 und als Hilfsbetriebswicklung 6 wie oben beschrieben ausgeführt ist. Die Bleche des Ständers 30 weisen axial verlaufende Kühlkanäle auf. Der Rotor 21, auch als Läufer bezeichnet, ist insbesondere hohl ausgeführt, um zum einen die Trägheit zu reduzieren und zum anderen über den Hohlraum Kühlluft zu führen und oder einen Axiallüfter 23 zu positionieren. 9 shows in a schematic longitudinal section of a permanent-magnet generator synchronous generator running diesel generator 2 , The stand 30 has the stator winding 4 on that as a traction winding 5 and as an auxiliary operation development 6 as described above. The sheets of the stand 30 have axially extending cooling channels. The rotor 21 , also referred to as a rotor, is in particular designed to be hollow in order to reduce the inertia on the one hand and to guide cooling air over the cavity on the other and / or an axial fan 23 to position.

In dieser Ausführungsform sind Permanentmagnete 20 an der Oberfläche des Rotors 21 angeordnet und beispielsweise über eine nicht näher dargestellte Bandage fixiert. Selbstverständlich sind die Permanentmagnete 20 in einer anderen Aus führungsform auch im Rotor 21 als vergrabene Permanentmagnete 20 anordenbar.In this embodiment, permanent magnets 20 on the surface of the rotor 21 arranged and fixed for example via a bandage not shown. Of course, the permanent magnets 20 in another embodiment also in the rotor 21 as buried permanent magnets 20 arranged.

Der Ständer 30 ist in einem Gehäuse untergebracht, das eine Wassermantelkühlung 24 aufweist. Das Gehäuse selbst ist über Lager 28 mit einer vom Dieselmotor 1 in Rotation versetzten Welle 29 verbunden.The stand 30 is housed in a housing that has a water jacket cooling 24 having. The housing itself is over bearings 28 with one from the diesel engine 1 rotated shaft 29 connected.

Über zumindest einen Axiallüfter 23, der beispielhaft im Rotor 21 angeordnet ist, wird ein Kühlluftstrom vom Lufteintritt über den Rotor 21 und den Radiallüfter 26 zum Luftaustritt gelenkt.About at least one axial fan 23 , the example in the rotor 21 is arranged, a cooling air flow from the air inlet through the rotor 21 and the radial fan 26 directed to the air outlet.

Ein weiterer Kühlluftstrom führt vom Lufteintritt 22 über die Kühlkanäle des Ständers 30 und die Wickelköpfe über ein Leitblech zum Luftaustritt 25.Another cooling air flow leads from the air inlet 22 over the cooling channels of the stand 30 and the winding heads via a baffle to the air outlet 25 ,

Zusammen mit der Wassermantelkühlung 24 liegt damit eine äußerst effiziente Kühlung des permanenterregten Synchrongenerators an.Together with the water jacket cooling 24 This is an extremely efficient cooling of the permanent-magnet synchronous generator.

Anstatt der Durchzugsbelüftung kann ebenso ein geschlossener Kühlgaskreislauf eingesetzt werden, wobei durch dementsprechend gestaltete Lüfter eine Zirkulation des Kühlgases herbeigeführt wird, die der Wassermantelkühlung 24 in einfacher Art und Weise den Wärmeabtransport ermöglichen. Die gelingt beispielsweise dadurch, dass das erwärmte Kühlgas auf der Innenseite des Gehäuses vorbei streicht.Instead of the draft ventilation can also be used a closed cooling gas circuit, which is caused by correspondingly designed fan circulation of the cooling gas, the water jacket cooling 24 in a simple way allow the heat dissipation. This is achieved, for example, by the heated cooling gas sweeping past the inside of the housing.

Claims (6)

Dieselelektrisches Fahrzeug, insbesondere Schienenfahrzeug, mit einem Dieselgenerator (2) der als permanenterregter Synchrongenerator ausgeführt ist, der mit einer in einem Ständer (30) vorgesehenen Ständerwicklung (4), die eine Traktionswicklung (5) und eine davon galvanisch getrennten Hilfswicklung (6) aufweist, ausgeführt ist.Diesel electric vehicle, in particular rail vehicle, with a diesel generator ( 2 ) which is designed as a permanent-magnet synchronous generator, which is connected to one in a stator ( 30 ) provided stator winding ( 4 ), which is a traction winding ( 5 ) and one of them galvanically isolated auxiliary winding ( 6 ) is executed. Dieselelektrisches Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfsbetriebswicklung (6) mit der Traktionswicklung (5) verschachtelt angeordnet ist.Diesel electric vehicle according to claim 1, characterized in that the auxiliary winding ( 6 ) with the traction winding ( 5 ) is arranged nested. Dieselelektrisches Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfsbetriebswicklung (6) und die Traktionswicklung (5) im Bereich des Ständers (30) des permanenterregten Synchrongenerators konzentriert ausgeführt sind, wobei eine vorgebbare Anzahl der vorhandenen Polpaare (p) die galvanisch getrennte Hilfsbetriebswicklung (6) bilden.Diesel electric vehicle according to claim 1, characterized in that the auxiliary winding ( 6 ) and the traction winding ( 5 ) in the area of the stand ( 30 ) of the permanently excited synchronous generator are executed in a concentrated manner, whereby a predefinable number of the existing pole pairs (p) the galvanically separated auxiliary winding ( 6 ) form. Dieselelektrisches Fahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Traktionswicklung (5) und/oder die Hilfsbetriebswicklung (6) als Zahnspulen ausgeführt sind.Diesel-electric vehicle according to one of the preceding claims, characterized in that the traction winding ( 5 ) and / or the auxiliary operation development ( 6 ) are designed as tooth coils. Dieselelektrisches Fahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Permanentmagnete sich auf der Oberfläche oder in axial verlaufenden Ausnehmungen eines Rotors der permanenterregten Synchronmaschine befinden.Diesel electric vehicle according to one of the preceding Claims, characterized in that the permanent magnets are on the surface or in axially extending recesses of a rotor of the permanent-magnet Synchronous machine are located. Dieselelektrisches Fahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Traktionswicklung (5) den Traktionszwischenkreis (18) über zumindest einen Gleichrichter (7) speist, der mit IGBT-Modulen ausgeführt ist.Diesel-electric vehicle according to one of the preceding claims, characterized in that the traction winding ( 5 ) the traction intermediate circuit ( 18 ) via at least one rectifier ( 7 ), which is implemented with IGBT modules.
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