DE1488209C - Transformator für die Traktion, insbesondere Lokomotiv-Transformator - Google Patents

Description

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Bei elektrischen Lokomotiven tritt zuweilen die schnitt, wie ihn die Außenschenkel besitzen, reduziert

Forderung nach deren Einsatzfähigkeit sowohl in werden, wenn eine aufwendige Schaltung angewendet

Wechselstrom- als auch in Gleichstromnetzen auf. wird, die einen getrennten Regeltransformator voraus-

Hierfür kommen z. B. Gleichrichter-Lokomotiven in setzt (deutsche Patentschrift 752 759).

Frage, bei denen beim Einsatz im Wechselstromnetz 5 Bei Lokomotiv-Transformatoren ist es außerdem

die Motoren über Transformator und Gleichrichter schon bekannt, Dreischenkelkerne mit verschiedenen

gespeist werden, während bei Gleichstrombetrieb die Schenkelquerschnitten auszuführen, wobei jedoch die

Motoren direkt gespeist werden. Abweichungen infolge der unterschiedlichen Aus-

Die Spannungsregelung bei Betrieb im Wechselstrom- legung der einzelnen Wicklungssysteme auf den einnetz wird dabei entweder durch Änderung der Aus- io zelnen Schenkeln zustande kommen (deutsche Patentgangsspannung des Transformators mittels Last- schrift 892 174), die es auch bei den Konstruktionen schalter oder aber durch steuerbare Gleichrichter für normale Netztransformatoren mit einem oder vorgenommen. mehreren Rückschlußschenkeln verminderten Quer-

Wenn nun bei Gleichstrombetrieb die Spannungs- Schnitts gibt.

regelung mit den gleichen Elementen wie bei Wechsel- 15 Gemäß vorliegender Erfindung wird aber ■ ein strombetrieb erfolgen soll, so kann zu diesem Zweck Transformator vorgeschlagen, der für den Einsatz der zwischen das Gleichstromfahrnetz und den Trans- Lokomotiven sowohl im Wechselstromnetz als auch formator ein Wechselrichter eingeschaltet werden. Der im Gleichstromnetz in günstiger Weise eingesetzt Angleich der unterschiedlichen Fahrdrahtspannung werden kann und nur einen Kern aufweist,
an die Motorspannung (z. B. 15 kV Wechselstrom- ao Die Erfindung betrifft einen Transformator für die netz/3 kV Gleichstromnetz/1 kV Motorspannung) Traktion, insbesondere Lokomotiv-Transformator, mit könnte entweder durch zwei getrennte Transforma- nur auf den Außenschenkeln bewickeltem Dreitoren oder durch einen Dreiwicklungstransformator schenkelkern und nachgeschalteter Thyristorsteuerung erfolgen. zum wahlweisen Anschluß an eine einphasige Wechsel-

Schließlich wird man bei derartigen Lokomotiven 25 stromspeisung oder bei Gleichstromspeisung an eine

bei Wechselrichterbetrieb im Hinblick auf möglichst zweiphasige Wechselrichterspannung mit gegenüber

geringe Rückwirkung auf das speisende Gleichstrom- der einphasigen Wechselstromspeisung erhöhter Fre-

netz zwei Gruppen von Wechselrichtern vorsehen, quenz, wobei erfindungsgemäß die beiden bewickelten

die in einem 90° gegeneinander versetzten Schalttakt Außenschenkel in gleicher Weise je drei Wicklungen

betrieben werden. Die Frequenz des Wechselrichters 30 tragen, von denen einerseits die Wicklungen für die

wird nun zweckmäßigerweise gegenüber der Frequenz einphasige Wechselstromspeisung derart gegensinnig

des Wechselstromfahrnetzes erhöht, um zu einem geschaltet sind, daß der unbewickelte Mittelschenkel

besseren Ausnutzungsgrad des Transformators zu flußfrei ist und andererseits die Wicklungen für die

kommen bzw. den Transformator kleiner und leichter Wechselrichterspannungen derart geschaltet sind, daß

auslegen zu können. Die Frequenz des Wechselrichter- 35 die Flüsse in den bewickelten Außenschenkeln um

betriebes ist in weiten Grenzen frei wählbar und nach 90° gegeneinander phasenverschoben sind, und der

oben praktisch nur durch die mit der Frequenz an- Eisenquerschnitt des unbewickelten Mittelschenkels

wachsenden Verluste (vor allem auch in den Silizium- kleiner als der eines bewickelten Außenschenkels

zellen) begrenzt. ausgebildet ist.

Verwendet man beim Wechselrichterbetrieb den 40 Ein derartiger Transformator erfüllt die gestellten

'oben beschriebenen zweckmäßig um 90° gegeneinander Forderungen sowohl hinsichtlich eines , niedrigen

phasenverschobenen Schalttakt zweier Gruppen, so Herstellungspreises als auch in bezug auf die Gewichts-

kämen hierfür zwei Transformatoren in Frage, deren beschränkung.

magnetische Flüsse ebenfalls wie die Spannungen um Der Transformator ist als Dreiwicklungstrans-

90° gegeneinander phasenverschoben sind. Eine der- 45 formator mit zwei verschiedenen Wicklungen für die

artige Anordnung würde jedoch recht kostspielig und verschiedenen Oberspannungen und einer dritten

im Hinblick auf die im Bau der Lokomotiv-Trans- Wicklung für die Motorspeisespannung ausgebildet,

formatoren nötige Gewichtsbeschränkung zu schwer. Die Oberspannungswicklungen der beiden bewickelten

Nun sind Wicklungsschaltungen an dreischenkligen Schenkel sind beim Betrieb der Lokomotiven mit Transformatoren vorgeschlagen worden, bei denen 50 einphasiger Wechselspannung so geschaltet, daß der nur die beiden Außenschenkel Wicklungen tragen und magnetische Fluß nur durch die bewickelten Schenkel bei denen der Mittelschenkel einen kleineren Quer- verläuft, während der unbewickelte Schenkel flußfrei schnitt als die Summe der Querschnitte der beiden bleibt. Beim Betrieb der Lokomotive am Gleichstrom-Außenschenkel nur unter bestimmten Voraussetzungen netz, d.h. bei Wechselrichterbetrieb sind die hierfür besitzt (deutsche Auslegeschrift 1206 078). Diese 55 vorgesehenen Oberspannungswicklungen so geschaltet, Schaltungen sind jedoch nur einphasig vorgesehen daß die geometrische Summe der gegeneinander und ergeben für gleichsinnige Anordnung mit Fluß- phasenverschobenen Flüsse im unbewickelten Schenaddition im Mittelschenkel einen doppelten Quer- kel, der jetzt als Rückschluß dient, auftritt. Steigert schnitt des Mittelschenkels gegenüber den Außen- man jetzt aber dje Frequenz des Wechselrichterschenkeln, wenn gleiche Flußdichte wie in den Außen-,60 betriebes auf das ]/2-fache des Wechselstrombetriebes, Schenkeln erzielt werden soll. Falls der Mittelschenkel so kann man den Magnetkern mit drei völlig gleichen einen kleineren Querschnitt als die Summe der Schenkeln wie einen normalen Drehstromkern ausQuerschnitte der beiden Außenschenkel aufweisen soll, führen. Sofern die Frequenz des Wechselrichtermüssen betriebsmäßige Einschränkungen getroffen betriebes über das ]/2-fache der Frequenz des Wechselwerden. 65 Strombetriebes gesteigert wird, was ohne Schwierig-

Bei einem bekannten Transformator für Einphasen- keiten möglich ist, so kann man den Rückschluß-Wechselstromfahrzeuge kann der Querschnitt des schenkel erfindungsgemäß in seinem Querschnitt unbewickelten Mittelschenkels auf den gleichen Quer- gegenüber den bewickelten Schenkeln reduzieren, was

Claims (1)

1. einer zusätzlichen Gewichtsverringerung zugute kommt.

   Die Erfindung ist in der Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel dargestellt:

   F i g. 1 zeigt schematisch einen ebenen dreischenkligen Kern mit den bewickelten Schenkeln 1 und 3 und dem unbewickelten Rückschlußschenkel 2. Der Schenkel 1 trägt die Wicklungen 4, 5 und 6, wobei z. B. die Wicklung 4 der Motorspeisung dient, die Wicklung 5 für die Einspeisung bei Wechselrichterbetrieb und die Wicklung 6 für den Anschluß an das Wechselstromfahrnetz vorgesehen ist. Entsprechendes gilt für die Wicklungen 4', 5', 6' des Schenkels 3. Der unbewickelte Schenkel 2 hat gegenüber den Schenkeln 1 und 3-einen reduzierten Querschnitt.

   In F i g. 2 sind für den Betrieb des Transformators am Wechselstromnetz die Zeiger der magnetischen Flüsse dargestellt. Der Fluß Φ₁ des Schenkels 1 ist ebenso groß wie der Fluß Φ₃ des Schenkels 3 und mit diesem im Schenkel 2 in Gegenphase. Der Fluß Φ₂ hat daher den Wert Null, d. h., der unbewickelte Schenkel 2 ist flußfrei.

   In F i g. 3 sind schließlich die beiden um 90° gegeneinander phasenverschobenen Flüsse Φ_λ und Φ₃ bei Wechselrichterbetrieb als Zeiger dargestellt. Die geometrische Summe beider Flüsse ist gegenüber diesen auf das ]/2-fache erhöht und fließt als magnetischer Fluß Φ₂ in dem unbewickelten Schenkel 2. Wird die Frequenz im Wechselrichterbetrieb voraussetzungsgemäß erhöht gegenüber dem Betrieb aus dem Wechselstromnetz, so kann der Querschnitt des Mittelschenkels ohne Sättigungserscheinungen im selben Verhältnis herabgesetzt werden.

   Während die bewickelten Schenkel im Hinblick auf einen guten Füllfaktor in ihrem Querschnitt möglichst der Kreisform anzupassen sind, kann der unbewickelte Schenkel, da sein Querschnitt kleiner ist als der der bewickelten Schenkel, der Einfachheit und Billigkeit halber mit quadratischem oder rechteckigem Querschnitt ausgeführt sein.

   ίο Patentanspruch:

   Transformator für die Traktion, insbesondere Lokomotiv-Transformator, mit nur auf den Außenschenkeln bewickeltem Dreischenkelkern und nachgeschalteter Thyristorsteuerung zum wahlweisen Anschluß an eine einphasige Wechselstromspeisung oder bei Gleichstromspeisung an eine zweiphasige Wechselrichterspannung mit gegenüber der einphasigen Wechselstromspeisung erhöhter Frequenz, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden bewickelten Außenschenkel (1, 3) in gleicher Weise je drei Wicklungen (4, 5, 6 bzw. 4', 5', 6') tragen, von denen einerseits die Wicklungen (6, 6') für die einphasige Wechsel-

   as Stromspeisung derart gegensinnig geschaltet sind, daß der unbewickelte Mittelschenkel flußfrei ist und andererseits die Wicklungen (5, 5')-für die Wechselrichterspannungen derart geschaltet sind, daß die Flüsse in den bewickelten Außenschenkeln (1, 3) um 90° gegeneinander phasenverschoben sind, und daß der Eisenquerschnitt des unbewickelten Mittekchenkels (2) kleiner als der eines bewickelten Außenschenkels (1, 3) ausgebildet ist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen