DE1115757B

DE1115757B - Umformerlokomotive

Info

Publication number: DE1115757B
Application number: DEA18840A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Paul Rauhut
Original assignee: BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1953-09-14
Filing date: 1953-09-25
Publication date: 1961-10-26

Description

Umformerlokomotive Die Erfindung betrifft eine Umformerlokomotive mit Drehstrom-Fahrmotoren, die über einen Phasenzahl- und Frequenzumformer von einer Einphasen-Wechselstromfahrleitung, insbesondere mit Industriefrequenz, gespeist werden.
Bei der Umformung von Einphasen-Wechselstrom fester Frequenz und konstanter Spannung in Drehstrom veränderlicher Frequenz und veränderlicher Spannung, der die Verwendung von einfachen, robusten Drehstrom-Asynchron-Motoren als Fahrmotoren gestattet, verwendet man Umformersätze, die entweder ein konstantes Frequenzverhältnis herstellen oder solche, die über Phasenzahlumformer und Frequenzumformer die Spannung proportional mit der Frequenz verändern und damit eine feste Beziehung zwischen Spannung und Frequenz herstellen.
Der Antrieb von Umformerlokomotiven mit Drehstrom-Asynchron-Fahrmotoren verlangt aber auf Grund der Betriebskennlinien der Asynchronmotoren eine hinsichtlich ihrer Größe und Frequenz veränderliche Spannung, wobei noch die Größe der Spannung unabhängig von der Frequenz einstellbar sein ,soll. Die Umformerlokomotive muß bei kleinen Drehzahlen ihrer Fahrmotoren große Zugkräfte entwickeln. Die Verwendung von Asynchronmotoren erfordert, daß sich die Spannung bei kleinen Frequenzen nicht proportional mit der Frequenz ändert, sondern verhältnismäßig größer bleibt und zur Beherrschung der erforderlichen Drehmomente unabhängig von der Frequenz einstellbar ist.
Eine mögliche Lösung dieser Aufgabe ist der Kommutatorgenerator, der aber infolge seiner Größe nur für geringe Leistungen einer Umformerlokomotive gebaut werden kann, da er die gesamte Wechselstromleistung über einen Kommutator führen muß.
Es sind bereits Umformer vorgeschlagen worden, die aus einer Motor-Generator-Gruppe bestehen. Dabei wird der Generator von mindestens zwei Motoren mit regelbarer Geschwindigkeit angetrieben. Der Aufwand hierfür ist außerordentlich groß, und die ganze Maschinenanlage muß sogar unter Umständen auf die Lokomotive und besondere Anhänger verteilt werden. Dadurch kann aber den Forderungen der Zugförderung -nach gedrängter Bauweise und geringem Gewicht der elektrischen Einrichtung nicht mehr genügt werden.
Zweck der Erfindung ist, bei Umformerlokomotiven, die einen Einphasenstrom-Drehstrom-Umformer zur Speisung ihrer Drehstrom-Fahrmotoren aufweisen, eine saubere Trennung des Einphasen- und des Mehrphasensystems ohne Mehraufwand zu erzielen. Ferner soll die Möglichkeit gegeben sein, das Anlaufmoment der Fahrmotoren auf möglichst einfache Weise zu erhöhen. Insbesondere soll die Anordnung eine außerordentlich gedrängte Bauweise und sehr geringes Gewicht aufweisen und dadurch ermöglichen, daß der Umformer ohne weiteres auf der Lokomotive selbst untergebracht werden kann. Die Erfindung betrifft also eine Umformerlokomotive mit Drehstrom-Fahrmotoren, die von einer Einphasen-Wechselstrom-Fahrleitung, insbesondere mit Industriefrequenz, über einen Einphasenstrom-Drehstrom-Umformer mit veränderlicher Frequenz und Spannung gespeist werden, und sie besteht darin, daß der Umformer aus drei konzentrisch angeordneten Maschinenteilen besteht, deren einer Teil feststeht und die Einphasen-Ständerwicklung trägt und deren anderen Teile umlaufend, daß derjenige umlaufende Teil, der zwischen dem feststehenden Teil und dem anderen umlaufenden Teil liegt, eine Dämpfer- und eine Erregerwicklung trägt und über ein Regelgetriebe (z. B. ein Ward-Leonard-System) den anderen umlaufenden Teil antreibt, der die Drehstromwicklung trägt.
An Hand der Zeichnung sei ein Ausführungsbeispiel für eine Umformerlokomotive nach der Erfindung näher erläutert. Die nur schematisch dargestellte Maschine weist drei konzentrisch angeordnete Maschinenteile auf, von denen der eine feststeht, während die anderen zwei umlaufen können. Auf dem äußeren feststehenden Ständer 20 liegt die Einphasenwicklung 21, die über den Lokomotivtransformator 2 mit der Einphasenwechselstrom-Fahrleitung 3 in Verbindung steht. Innerhalb des Ständers 20 laufen zwei konzentrisch angeordnete Maschinenteile, nämlich die Läufer 22 und 23, um. Der Läufer 22 besitzt eine Dämpferwicklung 24 zur Vernichtung des gegenläufigen Drehfeldes und eine Gleichstrom-Erregerwicklung 25. Dieser Läufer 22 treibt über ein Ward-Leonard-System, bestehend aus dem Gleichstromgenerator 26 und dem Gleichstrommotor 27, den anderen Läufer 23 an, der die Drehstromwicklung 28 trägt, die über die Schleifringe 12 die Fahrmotoren 13 speist.
Die Drehzahl des Läufers 23, der mit dem Gleichstrommotor 27 mechanisch gekuppelt ist, wird in Ward-Leonard-Schaltung geregelt, um die richtige Frequenz für die Speisung der Fahrmotoren 13 zu erhalten. Der Leistungsfaktor des Umformers wird durch Veränderung der Stromstärke in der Gleichstrom-Erregerwicklung 25 im Läufer 22, und zwar mit Hilfe des Regelwiderstandes 15 geregelt, während das gewünschte Drehmoment der Fahrmotoren, besonders beim Anfahren, durch Abgriff einer entsprechenden Spannung am Lokomotivtransformator 2 eingestellt wird.
Der Umformer kann ohne weiteres so ausgebildet werden, daß der Ständer innen liegt und die Läufer 22 und 23 als konzentrische Außenläufer angeordnet sind. Hierdurch wird am Wesen der Erfindung nichts geändert.
Statt des im Ausführungsbeispiel dargestellten Ward-Leonard-Systems kann auch ein anderes Regelgetriebe, z. B. ein hydraulisches Getriebe, verwendet werden.
Der die Drehstromwicklung 28 des Umformers tragende Läufer 23 kann entweder mit dem oder gegen den Drehsinn des Läufers 22 bewegt werden, so daß also an den Schleifringen 12 auch eine Frequenz abgenommen werden kann, die größer als diejenige der Fahrleitung ist. Sie beträgt das Doppelte der Netzfrequenz, wenn die beiden Läufer 22 und 23 mit gleich großer Drehzahl in entgegengesetzter Richtung umlaufen. Betrachtet man diese Drehzahl als Grenzwert und beträgt die Frequenz der Fahrleitung 50 Hz, so kann also der Umformer eine Frequenz zur Verfügung stellen, die im Bereich von 0 bis 100 Hz regelbar ist.
Die Fahrmotoren 13 werden zweckmäßig als Käfigankermotoren ausgebildet, die eine einfache und widerstandsfähige Bauart besitzen. Der Fortfall von Bürsten und Stromwendern bzw. von Schleifringen macht diese Art von Fahrmotoren unempfindlich gegenüber den starken Stößen, denen sie während der Fahrt ausgesetzt sind.
Wegen der Nebenschlußcharakteristik der Fahrmotoren könnte sich bei ungleicher Abnutzung der Radreifen der Umformerlokomotive die Belastung auf die einzelnen Fahrmotoren ungleichmäßig verteilen. Um dies zu vermeiden, kann man mehrere Umformer vorsehen und ihnen die Fahrmotoren gruppenweise zuordnen. Die Drehzahlen der Umformer sind dann-so abzustimmen, daß die Belastungen der einzelnen Fahrmotoren einander gleich sind. Wenn der Einphasenmotor (Einphasenwicklung 21) polumschaltbar gemacht wird, und zwar so, daß die Polzahlen mindestens annähernd im Verhältnis der Netzfrequenzen liegen, so kann die Umformerlokomotive auch ohne weiteres beispielsweise mit Einphasenstrom von 16 2/s Hz betrieben werden, d. h., die Umformerlokomotive kann dann in Netzen verschiedener Frequenz laufen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Umformerlokomotive mit Drehstrom-Fahrmotoren, die von einer Einphasen-Wechselstrom-Fahrleitung, insbesondere mit Industriefrequenz, über einen Einphasenstrom-Drehstrom-Umformer mit veränderlicher Frequenz und Spannung gespeist werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Umformer aus drei konzentrisch angeordneten Maschinenteilen besteht, deren einer Teil feststeht und die Einphasen-Ständerwicklung trägt und deren anderen Teile umlaufen, daß derjenige umlaufende Teil, der zwischen dem feststehenden Teil und dem anderen umlaufenden Teil liegt, eine Dämpfer- und eine Erregerwicklung trägt und über ein Regelgetriebe (z. B. ein Ward-Leonard-System) den anderen umlaufenden Teil antreibt, der die Drehstromwicklung trägt.
2. Umformerlokomotive nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Leistungsfaktor des Einphasenstrom-Drehstrom-Umformers durch Veränderung der Erregung des erstgenannten umlaufenden Teiles geregelt wird und daß das Drehmoment der Fahrmotoren, insbesondere bei niedrigen Drehzahlen, vorzugsweise beim Anlauf, durch Abgriff einer entsprechenden Spannung am Lokomotivtransformator eingestellt wird, der die Einphasenwicklung des feststehenden Teiles des Einphasenstrom-Drehstrom-Umformers speist.
3. Umformerlokomotive nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fahrmotoren als Käfigankermotoren ausgebildet sind. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 541914, 615 715; 743 672; französische Patentschrift Nr. 810 658; Elektr. Bahnen, 5 (1929), S. 136, linke Spalte, letzter Absatz ff.; 1936, Ergänzungsheft, S. 67, linke Spalte, Absatz 2; Le G6nie Civil, 128 (1951), S. 388, linke Spalte, 3. Absatz von unten, ff.