DE19608077C2 - Zweiphasen-Asynchron-Fahrmotor für Einphasen-Wechselstrom-Lokomotiven (50 Hz) - Google Patents

Zweiphasen-Asynchron-Fahrmotor für Einphasen-Wechselstrom-Lokomotiven (50 Hz)

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DE19608077C2
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    • H02P1/44—Arrangements for starting electric motors or dynamo-electric converters for starting dynamo-electric motors or dynamo-electric converters for starting an individual single-phase induction motor by phase-splitting with a capacitor

Description

Das Patent betrifft einen Zweiphasen-Asynchron-Fahrmotor für Einphasen-Wechselstrom-Lokomotiven (50 Hz).
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.
Bekannt ist ein Einphasen-Asynchronmotor mit Zwischenläufer der Bauart Krupp- Garbe-Lahmeyer, der von L. Schön und F. Punga entwickelt wurde. Dieser Motor wird u. a. in folgenden Veröffentlichungen vorgestellt:
  • 1. DE-Z.: Schön, L.: "Die Motoren der Kruppschen Höllentalbahn-Lokomotive" in: Elektrische Bahnen 11 (1935), Heft 3; Seiten 61 bis 67
  • 2. DE-Z.: Gladigau, A.: "Vor 50 Jahren: Eröffnung des 50-Hz-Versuchsbetriebes auf der Höllentalbahn" in: Elektrische Bahnen eb, 84. Jahrgang (1986) Heft 6, Seiten 193 bis 197
  • 3. DE-B.: Bödefeld, Th. und Sequenz, H.: "Elektrische Maschinen"; 6. Auflage, Wien, Springer-Verlag 1962, Seite 294 und 295
Dieser Motor allein ist jedoch für den Fahrbetrieb nicht geeignet, so daß bei dieser Lokomotive für jeden Einphasen-Asynchronmotor zusätzlich ein asynchroner Drehstrommotor eingebaut ist. Die Kombination dieser beiden Motore ergibt drei Fahrstufen. Die Zwischengeschwindigkeiten werden durch zusätzliche Wasserwiderstände geregelt. Entsprechende Energieverluste sind die Folge. Bei mittleren und hohen Geschwindigkeiten arbeiten nur die Hälfte der Fahrmotoren.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Zweiphasen-Asynchron-Fahrmotor für Einphasen- Wechselstrom-Lokomotiven (50 Hz) zu schaffen, der ein starkes Anzugsmoment und einen hohen Wirkungsgrad besitzt ohne zusätzliche Einrichtungen, und der vom Anfahren bis zur Höchstgeschwindigkeit die volle Leistung erbringt.
Der Zweiphasen-Asynchron-Fahrmotor besteht aus einem Zweiphasen- Asynchronmotor und einem Zweiphasen-Asynchron-Phasenumformer. Beide Maschinen werden durch einen Zwischenlaeufer miteinander verbunden.
Die Kurzschlusswicklung des Zwischenlaeufers bildet mit dem Stator, der im Gehaeuse befestigt ist, den Zweiphasen-Asynchron- Motor.
Den Asynchron-Phasenumformer bildet der Zwischenlaeufer als Stator mit einer Zweiphasenwicklung und der Kurzschlusslaeufer. Der Zweiphasen-Asynchronmotor ist 2-polig, der Zweiphasen- Asynchron-Phasenumformer ist 4-polig.
Die Wicklungsenden der Zweiphasenwicklung des Phasenumformers werden ueber Schleifringe nach aussen gefuehrt. Jeder der beiden Statoren weist eine Hauptwicklung und eine Nebenwicklung auf.
Beide Nebenwicklungen werden staendig miteinander verbunden. An die Nebenwicklungen wird ein Kondensator staendig parallel angeschaltet, ausser beim Anlassen des Zwischenlaeufers.
Durch die Parallelschaltung eines Kondensators an die Neben- Wicklungen, wird die Sinuskurve der Nebenwicklungs-Spannung genau auf 90 Grad gegen die Sinuskurve der Nutzspannung verschoben.
Gleichzeitig wird die Spannung der Nebenwicklungen auf die richtige Hoehe angehoben.
Weil der Kurzschlusslaeufer 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 gleichmaessige Staerke (Symmetrie) gebracht.
Die Zweiphasenwicklung des Motors und des Phasenumformers habe ich gewaehlt, weil bei einer Dreiphasenwicklung (Drehstrom) die Kondensatorspannung ueber die Hauptwicklungen abfliessen kann. Das haette eine Destabilisierung der Phasenlage und der Hoehe der Nebenwicklungs-Spannung zur Folge.
Der Kondensator wird zum Anlassen des Zwischenlaeufers in Reihe mit der Spannung der Nebenwicklungen an das Netz geschaltet. Danach wird der Kondensator wieder parallel an die Spannung der Nebenwicklungen geschaltet, oder staendig an dem Netz belassen. Die Hauptwicklung des Motors wird mit der Hauptwicklung des Phasenumformers zusammengeschaltet, und dann an die jeweilige Spannungsstufe eines 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 Zwischenlaeufer schon ueber die Haelfte seiner Nenndrehzahl erreicht.
Diese Bewegungsenergie wird ueber die Nebenwicklung des Phasen- Umformers als phasenverschobener Wechselstrom der Nebenwicklung des Zweiphasen-Asynchronmotors zugefuehrt.
Dadurch hat der Zweiphasen-Asynchronmotor schon im Stillstand des Kurzschlusslaeufers eine sehr starke magnetische Durchflutung.
Bei der Nenndrehzahl des Zwischenlaeufers hat der Kurzschluss- Laeufer nur die halbe Drehzahl des Zwischenlaeufers, aber das doppelte Drehmoment, weil der Kurzschlusslaeufer im Stator des Phasenumformers synchron mit dem Drehfeld laeuft und das Motor- Drehfeld die doppelte Drehzahl des Drehfeldes vom Asynchron- Phasenumformer hat.
Das Drehmoment erhaelt der Asynchron-Phasenumformer staendig vom Zweiphasen-Asynchronmotor.
Der Stator des Phasenumformers (Zwischenlaeufer) dreht sich niemals untersynchron um den Kurzschlusslaeufer, beim Anfahren sogar etwas uebersynchron. Dadurch hat der Asynchron-Phasen- Umformer einen sehr hohen Wirkungsgrad.
Der Kondensator fuer die symetrische magnetische Durchflutung des Phasenumformers traegt ebenfalls zu dem hohen Wirkungsgrad bei.
Der Zweiphasen-Asynchronmotor hat das gleiche Gehaeuse wie ein normaler Wechselstrom-Fahrmotor, mit geblechtem Stator in dessen Nuten die Zweiphasenwicklung untergebracht ist.
Der Kurzschlusslaeufer ist mit seiner Welle in den Lagern der Lagerschilder des Gehaeuses gelagert.
Der Durchmesser des Kurzschlusslaeufers ist kleiner als der Innendurchmesser des Stators, der im Gehaeuse befestigt ist.
In dem Zwischenraum wird der Zwischenlaeufer untergebracht, und zwar so, dass der Zwischenlaeufer sich frei um den Laeufer drehen kann.
Der Zwischenlaeufer besteht aus einem Hohlzylinder moeglichst von diamagnetischem Metall.
Der geblechte Kurzschlusslaeufer des Asynchronmotors wird auf den Hohlzylinder aufgepresst und befestigt. Der geblechte Stator des Asynchron-Phasenumformers wird in dem Hohlzylinder befestigt.
Die Lagerschilder des Zwischenlaeufers haben Durchbrueche fuer die Kuehlluft, sodass sie wie Raeder mit Speichen aussehen. Die Lagerschilder werden mit den "Felgen" an dem Hohlzylinder des Zwischenlaeufers befestigt und auf der Welle des Laeufers gelagert.
An einem Lagerschild wird der Traeger fuer die Schleifringe montiert.
Der Buerstenring fuer die Schleifringe wird im Gehaeuse befestigt.
Das Aendern der Fahrtrichtung wird durch Umkehren der Drehrichtung des Zwischenlaeufers vorgenommen, durch einen Richtungswender, der die Kondensatoren entsprechend schaltet. Elektrisches Bremsen ist ohne Bremswiderstaende moeglich. Der Fahrmotor eignet sich fuer schwere Gueterzug- und Reisezuglokomotiven.

Claims (1)

  1. Zweiphasen-Asynchron-Fahrmotor für Einphasen-Wechselstrom-Lokomotiven (50 Hz), bestehend aus:
    • - einem Zweiphasen-Asynchron-Motor mit einem Stator mit einer Zweiphasenwicklung in einem Gehäuse und einem Kurzschlußläufer,
    • - einem Zweiphasen-Asynchron-Phasenumformer mit einem Stator und einer Zweiphasenwicklung und einem weiteren, mit einer Antriebswelle verbundenen Kurzschlußläufer,
    • - und einem Zwischenläufer, der gebildet ist aus dem Stator des Zweiphasen-Asynchron- Phasenumformers und dem Kurzschlußläufer des Zweiphasen-Asynchron-Motors, wobei
    • - der Zwischenläufer sich frei um die Kurzschlußläufer dreht,
    • - die Zweiphasenwicklung des Zweiphasen-Asynchron-Motors und des Zweiphasen- Asynchron-Phasenumformers aus jeweils zwei Wicklungssträngen bestehen, die um 90° gegeneinander verschoben sind,
    • - die Wicklungsanschlüsse vom Zweiphasen-Asynchron-Phasenumformer über Schleifringe nach außen geführt sind,
    • - die ersten Wicklungsstränge von Zweiphasen-Asynchron-Motor und -Phasenumformer an eine Spannungsstufe eines Stelltransformators geschaltet sind,
    • - der zweite Wicklungsstrang des Zweiphasen-Asynchron-Motors ständig mit dem zweiten Wicklungsstrang des Zweiphasen-Asynchron-Phasenumformers zusammengeschaltet ist,
    • - das Polpaarverhältnis zwischen dem Zweiphasen-Asynchron-Motor und dem -Phasenumformer 1 : 2 ist.
DE1996108077 1996-03-02 1996-03-02 Zweiphasen-Asynchron-Fahrmotor für Einphasen-Wechselstrom-Lokomotiven (50 Hz) Expired - Lifetime DE19608077C2 (de)

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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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