-
Einrichtung zur Unterdrückung störender Oberwellen auf Einphasenstrom-Gleichrichterlokomotiven
Bekanntlich nehmen Gleichrichterlokomotiven, bei denen der über den Fahrdraht zugeführte
einphasige Wechselstrom durch Fahrzeuggleichrichter in einen Wellenstrom zur Speisung
von Gleichstromfahrmotoren umgeformt wird, beträchtliche Oberwellenströme aus dem
Netz auf. Hierbei ergibt sich, daß Oberwellen von der 3. Harmonischen an aufwärts
erzeugt werden. Bei bestimmten Netzzuständen kann dann die Gefahr auftreten, daß
im Netz für eine der Gleichrichterharmonischen Stromresonanz auftritt, wodurch Oberwellenspannungen
erheblichen Betrages hervorgerufen werden können, die unter Umständen den Netzbetrieb
empfindlich stören oder ihn sogar unmöglich machen können.
-
Zur Vermeidung der vorerwähnten Schwierigkeiten wurden bereits verschiedene
Wege vorgeschlagen. Beispielsweise wurde der Vorschlag gemacht, zur Herabsetzung
der Oberwellen die Phasenzahl auf den Fahrzeugen durch Phasenumformer zu erhöhen.
Mit Rücksicht auf das hohe Gewicht sowie im Hinblick auf den erheblichen Aufwand
für solche Fahrzeugausrüstungen scheiden solche Lösungen praktisch aus. Weiter ist
bereits eine Anlage beschrieben worden, bei der zwei Stromrichter zusammenarbeiten,
deren Transformatoren in gleicher Weise geschaltet sind. Durch verschiedene Aussteuerung
der beiden Stromrichter wird hierbei eine verschiedene Phasenverschiebung der Ströme
gegenüber der Spannung eingestellt, wodurch im resultierenden Netzstrom eine- mehr
oder weniger weitgehende Kompensation der Oberwellen erreicht werden soll. Eine
solche Anordnung bringt jedoch für Gleichrichterlokomotiven den Nachteil mit sich,
daß infolge der verschiedenen Aussteuerung die auf die einzelnen Fahrmotoren entfallenden
Leistungen und damit die Zugkräfte der von diesen angetriebenen Achsen erheblich
voneinander abweichen, so daß ein einwandfreier Fahrbetrieb nicht möglich ist.
-
Zur Unterdrückung störender Oberwellen in Einphasenstrom-Gleichrichterlokomotiv
en durch unterschiedliche Aussteuerung mehrerer zueinander parallel an die Fahrleitung
angeschlossener Gleichrichter können diese Nachteile nach der Erfindung dadurch
vermieden werden, daß zur Speisung jeder aus einem oder mehreren Fahrmotoren der
Gleichrichterlokomotive gebildeten Einheit eine beide Halbwellen erfassende Gleichrichteranordnung
vorgesehen wird, deren Gleichrichter für die beiden aufeinanderfolgenden Halbwellen
mit unterschiedlichem Steuerungswinkel ausgesteuert werden, wobei die Aussteuerungsreihenfolge
von Einheit zu Einheit wechselt.
-
Es folgt also für ein und denselben Fahrmotor beispielsweise auf eine
voll ausgesteuerte Halbwelle eine Halbwelle mit Teilaussteuerung. Für den Fahrmotor
wird dann ein Strommittelwert wirksam, wobei etwaige regelmäßigeDrehmomentschwankungen
durch seine Schwungmasse aufgenommen werden. Wendet man dieses Aussteuerungsverfahren
auch auf die übrigen Fahrmotoren der Lokomotive bzw. auf ihre Gleichrichter an,
so entwickeln sämtliche Motoren gleiche Zugkräfte und entsprechen damit dieser bei
elektrischen Triebfahrzeugen unabdingbaren Forderung. Wenn man nun bei einem zweiten
Fahrmotor die - für den erstgenannten Fahrmotor beschriebene Aussteuerungsfolge
zeitlich umkehrt, so-kann je nach dem Teilaussteuerungswinkel eine der charakteristischen
Oberwellen, die beide Gleichrichter erzeugen, im Netzstrom unterdrückt werden. Dieses
Verfahren läßt sich durch wechselweise Zusammenarbeit je zweier Fahrmotoren oder
Fahrmotorgruppen auf sämtliche Fahrmotoren des Triebfahrzeuges ausdehnen.
-
Auf diese Weise ist also eine Möglichkeit geschaffen, die störenden
Oberwellen weitgehend zu unterdrücken und hierbei trotzdem die notwendige, völlig
gleiche Lastverteilung auf die verschiedenen Fahrmotoren zu erreichen, die sonst
nicht zu erhalten wäre.
-
Im folgenden wird die Einrichtung nach der Erfindung an Hand der Zeichnung
(Fig. 1 bis 5) näher erläutert, in der das Schaltschema für eine Wechselstromlokomotive
wiedergegeben ist. 1 ist der Fahrdraht,
2 der Stromabnehmer.
Zur Regelung der den Fahrmotoren zugeführten Spannung ist ein Transformatorsatz
3 vorgesehen, der aus dem Hochspannungsregeltransformator 3a und dem Leistungstransformator
3 b zur Speisung der Stromrichtergruppen 4 und 5 besteht. 6 und 7 sind die beiden
Fahrmotorengruppen, 8 und 9 Glättungsdrosselspulen. Es ist auch möglich, jeden Fahrmotor
entweder durch je eine Gleichrichtergruppe in Mittelpunktschaltung zu speisen oder
die Graetzschaltung anzuwenden. Zur Unterdrückung z. B. der 3. Harmonischen werden
hierbei die Gleichrichter 4 b und 5 a mit einem Aussteuerungswinkel a = 60° betrieben.
Dadurch kommt die gewünschte Oberwellenlöschung zustande, wobei jedoch auch noch
erreicht wird, daß die an den einzelnen Achsen der Lokomotive auftretenden Zugkräfte
gleich groß sind. Soweit von Halbwelle zu Halbwelle noch Zugkraftschwankungen eintreten
und diese durch die Glättungsdrosselspulen 8 und 9 nicht vollständig ausgeglichen
werden, ergibt sich durch die umlaufenden Massen der Fahrmotoren und der Antriebe
ein hinreichender Zugkraftausgleich.
-
Zur näheren Erläuterung der Wirkungsweise der Einrichtung nach der
Erfindung sind in den Fig. 2 a bis 2c Diagramme wiedergegeben, die sich auf die
Schaltung nach Fig. 1 beziehen. In Fig. 2 a sind übereinander die dem Fahrmotor
zugeführte Spannung bzw. der Fahrmotorstrom sowie die 1Vetzspannung und der Netzstrom
für die aus den Fahrmotoren 6 bestehende Fahrmotorengruppe und in Fig. 2b die entsprechenden
Spannungen bzw. Ströme für die aus den Fahrmotoren 7 bestehende Fahrmotorengruppe
dargestellt. In den Diagrammen bedeuten EM 1 und EM 2 die den beiden Fahrmotorengruppen
zugeführten Spannungswellen und JM1 bzw. JM, die Ströme, EN die Netzspannung
und JN1 bzw. JN2 die von den beiden Fahrmotorengruppen im Netz hervorgerufenen Ströme.
Charakteristisch ist nun für die Schaltung nach der Erfindung, daß in den beiden
Fahrmotorengruppen versetzt die mit b und c bezeichneten Spannungshalbwellen nur
teilausgesteuert, die Spannungswellen a und d dagegen vollausgesteuert sind. Der
Aussteuerungswinkel beträgt zur Unterdrückung der 3. Harmonischen a = 60°. Unter
dem Einfluß der Teilaussteuerung der Spannungshalbwellen b und c ergeben sich unter
Berücksichtigung der Wirkung der Glättungsdrosselspulen 8 bzw. 9 die verschobenen
Kurven JN 1 bzw. JN 2 der Netzstromkomponenten. Durch Überlagerung
der beiden Netzstromkomponenten JN 1
und JN2 ergibt sich schließlich gemäß
Fig.2c der resultierende Netzstrom JN. Man erkennt, daß sich infolge der verschieden
ausgesteuerten Stromzweige eine Stromform ergibt, bei der die 3. Harmonische unterdrückt
ist.
-
Die erforderliche Teilaussteuerung bei einem Teil der Stromrichter
läßt sich bei Stromrichtern mit Gittersteuerung oder Zündstiftsteuerung ohne besonderen
Aufwand erreichen. Ist jedoch das Triebfahrzeug mit Trockengleichrichtern versehen,
so sind zusätzliche Einrichtungen erforderlich, die aus mechanischen Schaltmitteln,
jedoch auch aus Gasentladungsgefäßen oder Schaltdrosselspulen oder Kombinationen
solcher Geräte bestehen können. Unter Umständen kann es auch vorteilhaft sein, nur
die mit Vollaussteuerung arbeitenden Stromrichterzweige mit Trockengleichrichtern
auszurüsten, dagegen die teilausgesteuerten Stromrichterzweige mit steuerbaren Quecksilberdampfgefäßen
oder sonstigen steuerbaren Gleichrichtern auszurüsten. In den Fig.3, 4 und 5 sind
entsprechende Ausführungsbeispiele dargestellt. Bei dem Ausführungsbeispiel nach
Fig. 3 werden die Fahrmotoren 6 bzw. 7 je durch eine Gruppe von in Graetzschaltung
angeordneten Gleichrichtern 61 bis 64 bzw. 71 bis 74 gespeist. In den gemeinsamen
Zuleitungen zu den Gleichrichtern 64 bzw. 71 sind Impulsschalter 21 und 20 angeordnet,
die eine verschiedene Teilaussteuerung der den Fahrmotoren über die Gleichrichter
64 bzw. 71 zugeführten Ströme ermöglichen. Die an sich bekannten Impulsschalter
können hierbei mit oder ohne Schaltdrosselspule ausgeführt sein. Wie in Fig.4 angedeutet
ist, können auch die Impulsschalter 20 und 21 durch entsprechend geschaltete, gittergesteuerte
Entladungsgefäße 30 und 31 ersetzt werden.
-
In Fig. 5 ist eine Anordnung dargestellt, bei der die Teilaussteuerung
mit Hilfe von Schaltdrosselspulen 40 vorgenommen wird, deren Sättigung durch entsprechende
Steuerstromkreise beeinflußt wird.
-
Die Einrichtungen nach der Erfindung zur Unterdrückung störender Oberwellen
können mit Vorteil so ausgeführt werden, daß die Teilaussteuerung für bestimmte,
der zu unterdrückenden Oberwelle angepaßte Aussteuerungswinkel durch den Fahrzeugführer
willkürlich vorgenommen wird, wobei es erforderlich ist, für das Bedienungspersonal
des Triebfahrzeuges entsprechende Meßgeräte oder Meldeeinrichtungen vorzusehen.
Im Bedarfsfalle ist es aber auch möglich, selbsttätig wirkende Einrichtungen anzuwenden,
durch die ohne Zutun des Fahrzeugführers, abhängig von dem jeweiligen Netzzustand,
der Teilaussteuerungsw inkel eines Teiles der speisenden Gleichrichter geändert
wird.