DE1438811A1

DE1438811A1 - Anordnung zum waermekraftelektrischen Fahrzeugantrieb

Info

Publication number: DE1438811A1
Application number: DE19651438811
Authority: DE
Inventors: Freitag Dr-Ing Dieter; Harz Dr-Ing Hermann; Bonfert Dipl-Ing Kurt
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1965-02-18
Filing date: 1965-02-18
Publication date: 1969-02-20

Description

SIEMENS

SIEMENS-SCHUCKERTWERKE AKTIENGESELLSCHAFT

Berlin und Erlangen f 43 8 8 11

Patent- und Lizenzabteilung

Φ BERUN-eieMENSSTADT

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Anordnung zum wärmekraftelektrischen Fahrzeugantrieb

Eb ist bekannt, bei einem wärmekraftelektrischen Antrieb von Fahrzeugen mit einer Gasturbine hoher Drehzahl ala Wärmekraftmaschine eine kondensatorerregte Asynchronmaschine als Generatur zu verwenden. Die Spannung des Generators wird durch Gleichrichter zur Speisung der Gleichstromfahrnotoren des Antriebes gleichgerichtet. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß

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als Generator eine Maschine mit kontaktlosem vollen Eisenläufer mit oder ohne Käfigwicklung verwendet werden kann, der sich für die hohen Fliehkräfte betriebssiener bauen läßt. Außerdem wirkt sich die bei den hohen Drehzahlen auftretende hohe .frequenz der Spannung günstig auf die Abmessungen des für die Erregung erforderlichen Parallelkondensators aus. Die Abmessungen des Kondensators werden um so kleiner je höher die Frequenz wird. Daher ist der Generator und der Kondensator auch bereits für Mittelfrequenz bemessen worden.

Es ist ferner bekannt, zur S-euex-ung eines wärmekraitelektrisciien fahrantriebs, bei dem der Läufer des Drehstromgenerators von einer Erregermaschine erregt wird, die Spannung der Fahrmotoren dur-αα Steuerung des Erregerstromkreises des Generators vorzunehmen. Durch die Erfindung wird die Steuerung eines wärmekraf telektrisciien Antriebes mit einem kondensatorerregten Asynchrongenerator verbessert. Gemäß der Erfindung wird zur Erregung des Äsynchrongenerators zusätzlich zu den umschaltbaren Konctensatorgruppen eine parallelgeschaltete Blindleistungsmaschine verwendet. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß die Frequenz des Generators "niciri; genau konstant gehalten werden muß, weil dieser unmittelbai den Gleichrichter speist, so daß die Antrie-bsmaschine des Generators mit ihrer natürlichen Kannlinie betrieben werden Kann, j'ernererhält man stabile Schnittpunkte zwischen der Generatorkennlinie und der Kennlinie des Erregerkreises dadurhh, daß die freaiderregte Blindleistungsmaschine stets diesen Schnittpunkt herstellt. Ohne sie würde man im ungesättigten Bereicii keinen stabilen

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Schnittpunkt erhalten. Mit ihrer Hilfe aber kann man bis zu kleinen Spannungen herunter sicheres Arbeiten erreichen, auch wenn die Kondensator gerade außerhalb des Selbsterregungsbereiches liegt. Die kleinste Spannung ist lediglich durch die Verlustleistung der Blindleistungsmaschine bestimmt. Dabei wird dieses vorteilhafte Arbeiten der Blindleistungsmaschine ohne großen Aufwand erreicht, weil sie im wesentlichen nur den kleinen Unterschiedsbetrag awisehen Maschinenkennlinie und Kondensator gerade aufbringen muß. Um den ganzen Spannungsbereich des Generators bis zur normalen Sättigung bei höchster Spannung zu bestreichen, ist eine Unterteilung der Kondensatoren in zwei Gruppen gewöhnlich ausreichend, wobei eine Gruppe zudem dauernd eingeschaltet sein kann. Außerdem ergibt sich als weiterer Vor-teil, daß der Generator mit gleichbleibender Drehzanl angetrieben werden kann, so daß man der Gefahr enthoben ist, unter Umständen während des Betriebes im kritischen Drehzahlbereich fahren zu müssen.

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Bs ist ferner vorteilhaft, erfindungsgemäß dem Asynchrongenerator Kondensatoren, gegebenenfalls mit Paralleldrosseln, in Reihe zu schalten. !Dadurch kann ein Teil der Ständer- und Lauferstreuung des Asynchrongenerators kompensiert werden und dio parallel geschalteten Drosselspulen verhindern eine uner\riinschte Selbsterregung mit einer weit unterhalb der Betriebsfrequenz liegenden Frequenz.

Im folgenden sei die Erfindung anhand des in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.

Der Asynchrongenerator 1 für hohe Drehzahlen mit einem Massivläufer wird von der Gasturbine 2 angetrieben. Parallel zum Asynchrongenerator 1 liegen die in zwei Gruppen aufgeteilten Kondensatoren 3 und 4, die den Hauptteil des Blindleistungsbedarfs des Asynchrongenerators decken. Die Kondensatoren 3 und 4 lassen sich über die Schalter 5 und 6 je nach Bedarf zu- oder abschalten. Weiterhin liegt die Blindleistungsmaschine 7 parallel zum Asynchrongenerator 1. Sie ist über den Schalter-8 zu- und abschitbar. Die Blindleistungsmaschine 7 kann mit Vorteil als eine vielpolige Mittelfrequenzmaschine des V/echselpoltypes ausgeführt sein.

In Reihe zu dem Asynchrongenerator 1 liegen die Kondensatoren 9> die zur Kompensation der Streuung des Asynchiongenerators dienen und bewirken, daß die Gleichspannung an den Fahrmotoren

10 bei Belastung nur wenig absinkt.

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Die von dem Asynchrongenerator 1 gelieferte Spannung wird, von den Gleichrichter 11 gleichgerichtet, den Fahrmotoren 10, die parallel an der Fahrmotorsammeischiene 12 angeschlossen sind, zugeleitet. Der Fahrmotorsammeischiene 12 ist der Wirkwiderstand 13 vorgeschaltet, der als gemeinsamer Anlaßwiderstand für die Fahrmotoren 10 dient und durch den die Fahrmotorspannung unterhalb der durch die Blindleistungsmaschine 7 vorgeschriebenen Mindest spannung herabgeregelt v/erden kann.

Un die Fahrmotorspannung bei schwanknnder Belastung gleich zu halten, ist in vorteilhafter Yfeise ein Spannungsregler vorgesehen, dor bei absinkender Spannung die Erregung der Blindleistungsmaschine über einen Feldsteller 14 vergrößert.

Die Anordnung wirkt folgendermaßen:

Zur Erregung des Asynchrongenerators 1 wird dieser bei abgeschalteter Blindleistungsmaschine 7 und abgeschalteten Fahrmotoren 9 mitsugeschalteten Kondensatorbatterien 3 und 4 von der Gasturbine 2 hochgefahren. Bei einer bestimmten Drehzahl erregt sich dann der Asynchrongenerator 1 mit Hilfe der Kondensatoren 3 und 4. In der Figur 2 ist dies durch den Schnitt der Leerlaufkennlinie des Generators (U ) mit der Leerlaufkennlinie der Kondensatoren U- dargestellt. Dann wird die Blindleistungsmaschine 7 zugeschaltet und der Antrieb bis zu seiner vollen Drehzahl hochgefahren. Diese Drehzahl wird dann während des gesamten Betriebes des wärmekraftelektrischen Antriebes konstant gehalten.

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Damit die Fahrmotoren 9 angefahren werden können, wird der Asynchrongenerator 1 bei seiner Nenndrehzahl durch gruppenweise s Abschalten der Kondensatoren und durch Erregungssteuerung der Blindleistungsmaschine auf eine kleine Spannung herabgeregelt. Dies geschieht innerhalb des in Figur 2 gestrichelt eingezeichneten Spannungsbereichs. Die Spannung U-. darf nicht unterschritten werden,da sonst der Wirkleistungsbedarf der Blindleistungsnaschine nicht gedeckt v/erden kann. Man kann aber in vorteilhafter Weise die Spannung an den Fahrmotoren noch durch den gemeinsamen Anlaßwiderstand 13 herabsetzen.

Liegt somit die kleinstmögliche Gleichspannung an den Fahrmotoren 9> so wird zum Anfahren der Fahrmotoren die Erregung während des Hochlaufs bis auf den hochstzulässigen Wert erhöht, wobei die Kondensatorgruppen gegebenenfalls in.mehreren Stufen auf große Kapazität geschaltet v/erden, derart, daß vor dem Umschalten auf eine andere Stufe die Erregung der Bliiidleistungsmaschine auf einen kleineren Wert gebracht wird, worauf nach dem Umschalten wieder bis zur vollen Erregung ausgefahren wird usw., bis die volle Spannung der Fahrmotoren erreicht ist.

Bei normalem Betrieb des wärmekrafteIektrisehen Fahrzeugantriebes wird lediglich die Drehzahl der Fahrmotoren beeinflußt, indem wie bereits beschrieben - die Generatorspannung verändert oder bei den Fahrmotoren selbst eine Feldschwächung vorgenommen wird. Das Bremsen der Fahrmotoren kann neben der üblichen V/eise auch mit besonderem Vorteil dadurch erfolgen, daß im Gleichrichter gesteuerte Zweige vorgesehen sind. Dazu müßten mindestens drei

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Zweige des Gleichrichters gesteuerte Zellen erhalten. Diese ermöglichen es, eine Umkehrung des Energieflusses dadurch zu erhalten, daß nun dem Asynchrongenerator von den Fahrmotoren Strom zugeführt wird, so daß dieser als Motor läuft. Dazu müssen die Fahrmotoren mit Fremderregung betrieben werden.

Gemäß der weiteren Erfindung können auch die Generatoren mehrerer wärmekraftelektrischer Antriebe parallelgeschaltet werden. Der parallel zu schaltende Generator wird bei bereits parallelgeschaltetem Kondensator so weit hochgefahren, daß er sich noch nicht erregt und dann parallelgeschel tet und auf die volle Drehzahl hochgefahren. Auf diese Weise erhält das Feld des neuen Generators gleich die richtige Phasenlage, so daß nicht in falscher Phasenlage der Spannungen geschaltet werden kann. Dies wäre möglich, wenn sich der zuzuschaltende Generator bereits χ or dem Zuschalten erregt hätte.

8 Ansprüche
2 Figuren

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Claims

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Patentansprüche

j 1 J Anordnung zum wärmekraftelektrisehen Jahrzeugantrieb unter Verwendung eines mit Hilfe von umschaltbaren Eondensatorgruppen erregten Asynchrongenerators, der von einer Wärmekraftmaschine honer Drehzahl, z.B. von einer Gasturbine, angetrieben wird und über einen Gleichrichter die G-leicnstroinfahrmotoren speist und bei dem die Spannung der Fahrmotoren vom Erregerstromkreis des Asynchrongenerators gesteue:t wird, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erregung des Asynchrongenerator zusätzlicn zu den umschaltbaren Kondensator&ruppen eine parallel geschaltete Blindleistungsmaschine verwendet wird.
2. Anordnung nacn Anspruch 1 , dfdurcii gelteanzeichnet, daß dem .!synchrongenerator Kondensatoren, gegebenenfalls mit Pcralleldrosseln, in Reihe geschaltet sind.
3. -nordnung nach Anspruch 1, öadurcn gekennzeichnet, daß die Erregung der Blindleistunr-cmaschine \'on einem Spannungsregler gesteuert wird, der die G'::neratorspannung als Regelgröße hat und dessen Sollwert entsprechend der gewünschten G-eneratcrspannung gesteuert wild.
4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, da,; de: Gleichrichter gesteuerte Zweige enthält, die sowohl stromloses Lb er schalten von einer Stui'e au:' die ...riere als auch Breoisen ermöglichen.

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5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß i3 Fahrmotoren fremd erregt sind.
6. Ve rfahren zum Betrieb des wärmekraftelektrisehen Antriebs nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zum Anfahren der Fahrmotoren die Kondensatorgruppen auf kleinste Kapazität geschaltot oder ganz abgeschaltet v/erden und die ürregung der Blindleistungsmaschine so eingestellt wird, daß die kleinstmögliche Gl3ichspannung an den Fahrmotoren liegt und daß die Erregung während des Hochlaufs bis auf den größtzulässigen Wert erhöht v.^rird, wobei die Kondensatorgruppen gegebenenfalls in mehreren Stufen auf große Kapazität geschaltet werden, derart, daß vor dem Umschalten auf eine andere Stufe die Erregung der Blindleistungsmaschine auf einen kleineren Wert gebracht v/ird, worauf nach dem Umschalten wieder bis zur vollen Erregung ausgefahren v/ird usw., bis die volle Spannung der Fahrmotoren erreicht ist.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichstromfahrmotoren mit einem gemeinsamen Anlaßwiderstand angefahren werden.
8. Verfahren zum Parallelschalten mehrerer Generatoren von wärmckraftolektrischen Antrieben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zuzuschaltende Generator bei bereits parallel geschaltetem Kondensator soweit hochgefahren wird, daß er sich noch nicht erregt und dann parallel geschaltet und auf volle Drehzahl hochgef^r - wird. 9098 08/023^ bad ORlG¹NAU