DE19608077A1 - Zweiphasen-Asynchron-Fahrmotor für Einphasen-Wechselstrom-Lokomotiven (50 Hz) mit starkem Anzugsmoment und hohem Wirkungsgrad ohne Zusatzeinrichtungen im Maschinenraum zur Phasenumformung, Drehzahlregelung und Drehmomentregelung - Google Patents

Zweiphasen-Asynchron-Fahrmotor für Einphasen-Wechselstrom-Lokomotiven (50 Hz) mit starkem Anzugsmoment und hohem Wirkungsgrad ohne Zusatzeinrichtungen im Maschinenraum zur Phasenumformung, Drehzahlregelung und Drehmomentregelung

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Description

Zweiphasen-Asynchron-Fahrmotor für Einphasen-Wechselstrom- Lokomotiven (50 Hz) mit starkem Anzugsmoment und hohem Wirkungsgrad ohne Zusatzeinrichtungen im Maschinenraum zur Phasenumformung, Drehzahlregelung und Drehmomentregelung.
Zur Zeit gibt es noch keinen 50 Hz Asynchron-Fahrmotor, der als Direktmotor bezeichnet werden kann. Alle Asynchron-Fahrmotore brauchen Zusatzeinrichtungen zur Phasenumformung, Drehzahl- und Drehmoment-Regelung.
Alle zusätzlichen Widerstände im Stromkreis vom Schaltwerk zum Asynchron-Fahrmotor und die Widerstände die den Strom der Läuferwicklung schwächen um das Anzugsmoment zu verstärken, bringen Energieverluste mit sich.
Nach diesem Verständnis ist der Zweiphasen-Asynchron-Fahrmotor, den ich wie folgt beschreibe, ein Direktmotor.
Der Zweiphasen-Asynchron-Fahrmotor besteht aus einem Zweiphasen- Asynchronmotor und einem Zweiphasen-Asynchron-Phasenumformer. Beide Maschinen werden durch einen Zwischenläufer miteinander verbunden.
Die Kurzschlußwicklung des Zwischenläufers bildet mit dem Stator der im Gehäuse befestigt ist den Zweiphasen-Asynchron- Motor.
Den Asynchron-Phasenumformer bildet der Zwischenläufer als Stator mit einer Zweiphasenwicklung und der Kurzschlußläufer. Der Zweiphasen-Asynchronmotor ist 2-polig, der Zweiphasen- Asynchron-Phasenumformer ist 4-polig.
Die Wicklungsenden der Zweiphasenwicklung des Phasenumformers werden über Schleifringe nach außen geführt.
Beide Nebenwicklungen werden ständig miteinander verbunden. An die Nebenwicklungen wird ein Kondensator ständig parallel angeschaltet, außer beim Anlassen des Zwischenläufers. Durch die Parallelschaltung eines Kondensators an die Neben- Wicklungen, wird die Sinuskurve der Nebenwicklungs-Spannung genau auf 90 Grad gegen die Sinuskurve der Netzspannung verschoben.
Gleichzeitig wird die Spannung der Nebenwicklungen auf die richtige Höhe angehoben.
Weil der Kurzschlußläufer kein reininduktiver Widerstand ist, und dadurch die Sinuskurve nicht ganz auf 90 Grad schieben kann, wird der magnetische Fluß (Durchflutung) des Phasenumformers durch den Kondensator auf gleichmäßige Stärke (Symmetrie) gebracht.
Die Zweiphasenwicklung des Motors und des Phasenumformers habe ich gewählt, weil bei einer Dreiphasenwicklung (Drehstrom) die Kondensatorspannung über die Hauptwicklungen abfließen kann. Das hätte eine Destabilisierung der Phasenlage und der Höhe der Nebenwicklungs-Spannung zur Folge.
Der Kondensator wird zum Anlassen des Zwischenläufers in Reihe mit der Spannung der Nebenwicklungen an das Netz geschaltet. Danach wird der Kondensator wieder parallel an die Spannung der Nebenwicklungen geschaltet, oder ständig an dem Netz belassen. Die Hauptwicklung des Motors wird mit der Hauptwicklung des Phasenumformers zusammengeschaltet, und dann an die jeweilige Spannungsstufe des Stelltransformators des Haupttransformators durch ein Schaltwerk geschaltet.
Die Spannungsstufe wird je nach der geforderten Zugkraft und der Geschwindigkeit der Lokomotive mit dem Schaltwerk geschaltet.
Beim Anfahren der Lokomotive hat dieser Fahrmotor ein sehr starkes Anzugsmoment, weil der Zwischenläufer schon über die Hälfte seiner Nenndrehzahl erreicht.
Diese Bewegungsenergie wird über die Nebenwicklung des Phasen- Umformers als phasenverschobener Wechselstrom der Nebenwicklung des Zweiphasen-Asynchronmotors zugeführt.
Dadurch hat der Zweiphasen-Asynchronmotor schon im Stillstand des Kurzschlußläufers eine sehr starke magnetische Durchflutung.
Bei der Nenndrehzahl des Zwischenläufers hat der Kurzschluß- Läufer nur die halbe Drehzahl des Zwischenläufers, aber das doppelte Drehmoment, weil der Kurzschlußläufer im Stator des Phasenumformers synchron mit dem Drehfeld läuft und das Motor- Drehfeld die doppelte Drehzahl des Drehfeldes vom Asynchron- Phasenumformer hat.
Das Drehmoment erhält der Asynchron-Phasenumformer ständig vom Zweiphasen-Asynchronmotor.
Der Stator des Phasenumformers (Zwischenläufer) dreht sich niemals untersynchron um den Kurzschlußläufer, beim Anfahren sogar etwas übersynchron. Dadurch hat der Asynchron-Phasen- Umformer einen sehr hohen Wirkungsgrad.
Der Kondensator für die symmetrische magnetische Durchflutung des Phasenumformers trägt ebenfalls zu dem hohen Wirkungsgrad bei.
Der Zweiphasen-Asynchronmotor hat das gleiche Gehäuse wie ein normaler Wechselstrom-Fahrmotor, mit geblechtem Stator in dessen Nuten die Zweiphasenwicklung untergebracht ist.
Der Kurzschlußläufer ist mit seiner Welle in den Lagern der Lagerschilder des Gehäuses gelagert.
Der Durchmesser des Kurzschlußläufers ist kleiner als der Innendurchmesser des Stators der im Gehäuse befestigt ist. In dem Zwischenraum wird der Zwischenläufer untergebracht, und zwar so, daß der Zwischenläufer sich frei um den Läufer drehen kann.
Der Zwischenläufer besteht aus einem Hohlzylinder möglichst von diamagnetischem Metall.
Der geblechte Kurzschlußläufer des Asynchronmotors wird auf den Hohlzylinder aufgepreßt und befestigt. Der geblechte Stator des Asynchron-Phasenumformers wird in dem Hohlzylinder befestigt.
Die Lagerschilder des Zwischenläufers haben Durchbrüche für die Kühlluft, so daß sie wie Räder mit Speichen aussehen. Die Lagerschilder werden mit den "Felgen" an dem Hohlzylinder des Zwischenläufers befestigt und auf der Welle des Läufers gelagert.
An einem Lagerschild wird der Träger für die Schleifringe montiert.
Der Bürstenring für die Schleifringe wird im Gehäuse befestigt.
Das Ändern der Fahrtrichtung wird durch umkehren der Drehrichtung des Zwischenläufers vorgenommen, durch einen Richtungswender, der die Kondensatoren entsprechent schaltet. Elektrisches Bremsen ist ohne Bremswiderstände möglich. Wenn Erdöl und Kohle zur Neige gehen, wird es interessant einen elektrischen Direktmotor in Rangierlokomotiven einbauen zu können. Der Fahrmotor eignet sich natürlich auch für schwere Güterzuglokomotiven und Reisezuglokomotiven.

Claims (4)

  1. Zweiphasen-Asynchron-Fahrmotor für Einphasen-Wechselstrom- Lokomotiven (50 Hz) mit starkem Anzugsmoment und hohem Wirkungsgrad ohne Zusatzeinrichtungen im Maschinenraum zur Phasenumformung, Drehzahlregelung und Drehmomentregelung, mit einem Zweiphasen-Asynchronmotor, einem Zweiphasen-Asynchron- Phasenumformer und einem Zwischenläufer, dessen Kurzschluß- Wicklung mit dem Stator, der sich im Gehäuse befindet, den Zweiphasen-Asynchronmotor bildet, der Zwischenläufer bildet mit seiner Zweiphasenwicklung den Stator des Phasenumformers, der Zwischenläufer dreht sich um den Kurzschlußläufer, die Wicklungsenden der Wicklungen vom Zweiphasen-Asynchron- Phasenumformer werden über Schleifringe nach außen geführt, die Hauptwicklungen werden an das Netz geschaltet, die Nebenwicklung des Phasenumformers wird ständig mit der Nebenwicklung des Asynchronmotors verbunden.
  2. 1. Der Zweiphasen-Asynchronmotor ist 2-polig, der Zweiphasen- Asynchron-Phasenumformer ist 4-polig, durch dieses Polpaar- Verhältnis hat der Fahrmotor beim Anfahren ein sehr starkes Anzugsmoment, weil der Zwischenläufer schon über die Hälfte seiner Nenndrehzahl erreicht, wenn sich der Kurzschlußläufer noch im Stillstand befindet, die Bewegungsenergie des Zwischenläufers wird über die Nebenwicklung des Asynchron- Phasenumformers als phasenverschobener Wechselstrom der Nebenwicklung des Zweiphasen-Asynchronmotors zugeführt, dadurch gekennzeichnet, hat der Zweiphasen-Asynchronmotor schon im Stillstand des Kurzschlußläufers eine sehr starke magnetische Durchflutung.
  3. 2. Der Phasenumformer und der Kurzschlußläufer erhalten das Drehmoment ständig vom Zweiphasen-Asynchronmotor, bei der Nenndrehzahl des Zwischenläufers hat der Kurzschlußläufer nur die halbe Drehzahl des Zwischenläufers, aber das doppelte Drehmoment, dadurch gekennzeichnet, daß die Nebenwicklung des Asynchron- Phasenumformers die überschüssige Bewegungsenergie des Zwischenläufers als phasenverschobenen Wechselstrom der Nebenwicklung des Zweiphasen-Asynchronmotors zuführt.
  4. 3. An die Nebenwicklungen wird parallel ein Kondensator geschaltet, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator die Sinuskurve der Spannung von den Nebenwicklungen auf 90 Grad schiebt und außerdem die Spannung der Nebenwicklungen auf die richtige Höhe anhebt, der Kondensator hat die gleiche Kapazität, die er an einem Zweiphasennetz brauchte, um den Blindstrom des Fahrmotors zu kompensieren.
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Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
DE-B.: BÖDEFELD Th. und SEQUENZ, H.: "Elektrische Maschinen" 6.Aufl., Wien, Springer-Verlag 1962, S.294 u. 295 *
DE-Z.: GLADIGAU, A.: "Vor 50 Jahren: Eröff- nung des 50-Hz-Versuchsbetriebes auf der Höllentalbahn" in: Elektrische Bahnen eb, 84.Jahrg. (1986) H.6, S.193-197 *
DE-Z.: SCHÖN, L.: "Die Motoren der Krupp- schen Höllentalbahn-Lokomotive" in Elek- trische Bahnen 11 (1935), H.3, S.61-67 *

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