DE1099637B

DE1099637B - Railway transformer with high voltage control

Info

Publication number: DE1099637B
Application number: DEL23873A
Authority: DE
Inventors: Alfred Frank; Heinz Ubl
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1956-01-19
Filing date: 1956-01-19
Publication date: 1961-02-16

Description

Bahntransformator mit Hochspannungssteuerung Bekanntlich werden für den Betrieb elektrischer Vollbahnen vorzugsweise 15 kV bei 162/3 Hz verwendet. Auf Grund der fortschreitenden Entwicklung wurden schon Versuche unternommen, die Bahnen bei gleicher Spannung mit 50 Hz zu betreiben. Um nun ein und dasselbe Triebfahrzeug in Bahnanlagen mit Streckenabschnitten verschiedener Fahrleitungsfrequenz einsetzen zu können, d. h. das Triebfahrzeug für die betreffenden Fahrleitungsfrequenzen universell verwendbar zu machen, ist es bekannt, den Antriebsmotor des Fahrzeugs für die höchste, den diesem vorgeschalteten Transformator dagegen für die niedrigste Betriebsfrequenz zu bemessen. Auf den mit 50 Hz betriebenen Streckenabschnitten hat sich dabei als zweckmäßig erwiesen, die Fahrdrahtspannung etwas höher zu wählen als bei den mit 162/3 Hz betriebenen Strecken. Die Transformatoren, die das Bindeglied zwischen Fahrleitung und Antriebsmotor darstellen, müssen demgemäß so ausgelegt sein, daß sie die Forderung der Verwendbarkeit bei verschiedenen Spannungen und Frequenzen erfüllen.Railway transformer with high voltage control are known for the operation of full electric railways, preferably 15 kV at 162/3 Hz. on Because of the advancing development, attempts have already been made, the railways to operate with the same voltage at 50 Hz. To now one and the same locomotive Use in railway systems with sections of different catenary frequencies to be able to d. H. the locomotive is universal for the relevant contact line frequencies To make it usable, it is known to use the drive motor of the vehicle for the highest, the upstream transformer for the lowest operating frequency to measure. On the route sections operated at 50 Hz, this has proven to be proven to be useful to choose the contact wire voltage a little higher than with the 162/3 Hz operated lines. The transformers that are the link between Represent the contact line and the drive motor must accordingly be designed so that they require usability at different voltages and frequencies fulfill.

Es sind nun bereits Transformatoren mit Hochspannungssteuerung bekannt, die derart mit Anzapfungen versehen sind, daß sie den vorstehend erwähnten Forderungen gerecht werden. Diese Transformatoren haben aber den wesentlichen Nachteil, daß einmal eine wesentlich größere Anzahl von Anzapfungen und Regelkontakten erforderlich ist, als nur für einen einfachen Regelbereich notwendig wäre, und zum anderen sind die bei derartigen Transformatoren auftretenden Kurzschlußspannungen bei den verschiedenen Spannungen und Frequenzen recht unterschiedlich. Dies bringt wesentliche Nachteile hinsichtlich der Kurzschlußfestigkeit des Transformators und der Einstellung der Schutzeinrichtung mit sich.There are now already known transformers with high voltage control, which are provided with taps that they meet the above-mentioned requirements satisfy. But these transformers have the major disadvantage that once a significantly larger number of taps and control contacts are required is than would only be necessary for a simple control range, and on the other hand are the short-circuit voltages occurring in such transformers at the various Voltages and frequencies quite different. This has significant disadvantages with regard to the short-circuit strength of the transformer and the setting of the Protective device with itself.

Der Aufbau eines solchen bekannten Bahntransformators mit Hochspannungssteuerung ist Fig. 1 zu entnehmen. Zwischen der Fahrleitung 1 und Erde 2 ist die als Spartransformator ausgebildete und mit Anzapfungen 3 versehene Hochspannungssteuerung4 eingeschaltet. Von den Anzapfungen 3 wird über den Abgriff 5 der Primärwicklung 6 des Haupttransformators die Leistung zugeführt, die dann über die Sekundärwicklung 7 zum Fahrmotor 8 gelangt.The construction of such a known railway transformer with high voltage control can be found in FIG. 1. Between the contact line 1 and earth 2 is the autotransformer trained high-voltage control 4 provided with taps 3 is switched on. From the taps 3 is the tap 5 of the primary winding 6 of the main transformer the power is supplied, which then reaches the traction motor 8 via the secondary winding 7.

Andererseits ist schon bekannt, Transformatoren zur Anpassung an verschiedene Spannungen und Frequenzen umschaltbar auszuführen. Aber auch bei solchen Transformatoren bleibt bei Umstellung auf die in Betracht kommenden Spannungen und Frequenzen die Kurzschlußspannung nicht konstant.On the other hand, it is already known to adapt transformers to various Make voltages and frequencies switchable. But also with such transformers remains when switching to the voltages and frequencies in question Short circuit voltage not constant.

Um nun eine unveränderliche oder nur ganz wenig veränderliche Kurzschlußspannung bei einem aus auf einem gemeinsamen Kern angeordneten Hochspannungsregeltransformator und Haupttransformator bestehenden Bahntransformator zu erzielen, der mit mehreren nach der Höhe und Frequenz unterschiedlichen Spannungen betrieben wird, wobei der Haupttransformator aus ein- oder mehrfach doppeltkonzentrischen Wicklungen aufgebaut ist, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß bei einer Umschaltung von der eingestellten auf eine andere Spannung und Frequenz die Wicklungsanordnung des Haupttransformators geändert wird. Damit wird ein einwandfreier Betrieb gewährleistet, der ja bekanntlich voraussetzt, daß die Kurzschlußspannung auch bei den verschiedenen Betriebsmöglichkeiten weitgehendst konstant bleibt.A short-circuit voltage that is unchangeable or only slightly variable in the case of a high-voltage regulating transformer arranged on a common core and main transformer to achieve existing traction transformer with several according to the level and frequency different voltages are operated, whereby the Main transformer made up of single or multiple double concentric windings is, it is proposed according to the invention that when switching over from the set to a different voltage and frequency the winding arrangement of the main transformer will be changed. This guarantees flawless operation, which is well known assumes that the short-circuit voltage also applies to the various operating options remains largely constant.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Fig. 2 und 3 der Zeichnung schematisch dargestellt. Zur Vereinfachung sind dabei nur die Wicklungen des interessierenden Haupttransformators aufgezeichnet.Embodiments of the invention are shown in FIGS. 2 and 3 of the drawing shown schematically. For the sake of simplicity, only the windings of the one of interest are shown Main transformer recorded.

In Fig. 2 ist mit 10 der Kern bezeichnet, auf den der Oberspannungswicklungstei111 aufgebracht ist. Darüber sind der Unterspannungswicklungsteil 12, die beiden Oberspannungswicklungsteile 13, 14 und schließlich ganz außen der zweite Teil 15 der Unterspannungswicklung aufgebracht. Diese Anordnung stellt also eine zweifach doppeltkonzentrische Wicklung dar.In Fig. 2, 10 denotes the core to which the high voltage winding part 111 is applied. The low-voltage winding part 12, the two high-voltage winding parts 13, 14 and finally the second part 15 of the low-voltage winding on the very outside are applied above this. This arrangement therefore represents a double, double-concentric winding.

Für die weitere Betrachtung sei nun als Beispiel a eine Spannung von 15 kV und eine Frequenz von 162/3 Hz und als Fall b eine Spannung von 20 kV und eine Frequenz von 50 Hz angenommen. Für den Fall a ergibt sich dann folgende Zusammenschaltung der einzelnen Wicklungsteile: Die aus den Wicklungsteilen 13 und 14 bestehende Oberspannungswicklung ist in Reihe geschaltet; entsprechend dieser Reihenschaltung auch die Unterspannungswicklungsteile 12 und 15. Der zur Oberspannung zählende Wicklungsteil 11 bleibt unbenutzt und befindet sich in diesem Fall im Leerlauf. Diese Schaltung ist für 15 kV und 162/3 Hz vorgesehen. In diesem Fall dient also nur der zwischen den doppeltkonzentrischenWicklungsteilen der Unterspannungswicklung liegende Wicklungsteil als Oberspannungswicklung.For further consideration, assume a voltage of 15 kV and a frequency of 162/3 Hz as example a and a voltage of 20 kV and a frequency of 50 Hz as case b. For case a, the following interconnection of the individual winding parts then results: The high-voltage winding consisting of winding parts 13 and 14 is connected in series; corresponding to this series connection, the low-voltage winding parts 12 and 15. The winding part 11 belonging to the high-voltage remains unused and in this case is idle. This circuit is intended for 15 kV and 162/3 Hz. In this case, only that part of the winding located between the double-concentric winding parts of the low-voltage winding serves as the high-voltage winding.

Soll nun auf den Fall b, also eine Spannung von 20 kV und 50 Hz übergegangen werden, so wird zunächst einmal der Wicklungsteil 15 abgeschaltet. Im Fall b bleibt dieser Teil außer Betrieb. Die im Fall a in Reihe geschalteten Oberspannungswicklungsteile 13 und 14 werden nunmehr parallel und zum Ausgleich der Spannungsdifferenz gegenüber dem Fall a mit dem Wicklungsteil 11 in Reihe geschaltet. Als Unterspannungswicklung dient also hierbei nur der zwischen den doppeltkonzentrischen Wicklungsteilen der Oberspannungswicklung liegende Wicklungsteil. Der Transformator steht nunmehr für 20 kV und 50 Hz zur Verfügung.If the transition to case b, that is to say a voltage of 20 kV and 50 Hz, is now to be made, the winding part 15 is first switched off. In case b, this part remains out of service. The high-voltage winding parts 13 and 14 connected in series in case a are now connected in parallel with winding part 11 to compensate for the voltage difference compared to case a. Only that part of the winding located between the double-concentric winding parts of the high-voltage winding is used as the low-voltage winding. The transformer is now available for 20 kV and 50 Hz.

Fig. 3 zeigt ein Beispiel, bei dem von einer einfach doppeltkonzentrischen Wicklung ausgegangen ist. Der am Kern 20 liegende Wicklungsteil 21 und- der vom Kern am weitesten entfernte Wicklungsteil 22 gehören zur Unterspannungswicklung, während die Wicklungsteile 23 und 24 zur Oberspannungswicklung zählen. Bei Fall a sind wiederum die Oberspannungswicklungsteile 23 und 24 in Reihe geschaltet und dementsprechend auch die Unterspannungsteile 21 und 22. Gegenüber dem in Fig. 2 gezeigten Wicklungsaufbau weisen die Wicklungsteile 21 und 22 den Unterschied auf, daß diese Wicklungsteile nicht dieselbe Windungszahl aufweisen, sondern bereits die Spannungsdifferenz zwischen Fall a und Fall b berücksichtigen. Daraus ergibt sich nun für Fall b, also 20 kV und 50 Hz, die Schaltungsmöglichkeit, daß die Wicklungen 23 und 24 parallel geschaltet sind und der Unterspannungswicklungsteil22 einfach abgeschaltet, also nur noch die Wicklung 21 eingeschaltet bleibt. Bei einer Umschaltung auf hohe Spannung und Frequenz wird die einfach doppeltkonzentrische Wicklungsanordnung somit lediglich in einfacher Wicklungsanordnung benutzt. Durch die unterschiedliche Windungszahl der Wicklungen 21 und 22 ist bereits die Spannungsdifferenz zwischen Fall a und b ausgeglichen, so daß bei Fall b eine Zuschaltung eines weiteren Wicklungsteiles zu der Oberspannungswicklung nicht mehr erforderlich ist.Fig. 3 shows an example in which of a single double concentric Winding has run out. The winding part 21 lying on the core 20 and the one from the Winding part 22 furthest away from the core belongs to the low-voltage winding, while the winding parts 23 and 24 are part of the high-voltage winding. Applause a, the high-voltage winding parts 23 and 24 are in turn connected in series and accordingly also the lower tension parts 21 and 22. Compared to that in FIG. 2 The winding structure shown, the winding parts 21 and 22 have the difference, that these winding parts do not have the same number of turns, but already take into account the voltage difference between case a and case b. From this it follows Now for case b, i.e. 20 kV and 50 Hz, the circuit option is that the windings 23 and 24 are connected in parallel and the low voltage winding part 22 is simple switched off, so only the winding 21 remains switched on. When switching The single double concentric winding arrangement is used for high voltage and frequency thus only used in a simple winding arrangement. Due to the different Number of turns of the windings 21 and 22 is already the voltage difference between Case a and b balanced, so that in case b a further winding part is switched on to the high-voltage winding is no longer required.

Claims

_ PATENT CLAIMS: 1. Railway transformer with high-voltage control, consisting of high voltage regulating transformer and main transformer on a common Core operated with several voltages that differ in height and frequency is, the main transformer from single or multiple double concentric Windings is built up, characterized in that when switching from the set to a different voltage and frequency the winding arrangement of the Main transformer is changed. z. Railway transformer according to Claim 1, characterized characterized 'that with a double double concentric winding arrangement lower voltage and frequency than high voltage winding only that between the double concentric Winding parts of the low-voltage winding lying winding part and at high Voltage and frequency as a low-voltage winding only that between the double concentric Winding parts of the high-voltage winding lying winding part is used. 3. Railway transformer according to claim 1, characterized in that with a single double concentric winding arrangement with low voltage and frequency the single double concentric winding arrangement and at high voltage and frequency, the winding arrangement is only a single winding arrangement is used. Considered publications: German Patent Specifications No. 531298, 653 970, 757 516; Swiss Patent No. 240 527; Supplementary booklet on "Electric Railways": "The Electric Railway System of the Present", edition 1936, p. 103; Journal "E u. M" from May 15, 1952, issue 10, pp. 237 and 238.