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Antriebseinrichtung für elektrische Eisenbahnen. In dem Patente 4o6
876 ist eine Einrichtun- angegeben, bei der ein Wechselstroniinduktionsmotor
durch Vermittelung eines mit Gleichstrom erregten Synchronphasenumformers gespeist
wird, dessen Primärwicklung eine so hohe Selbstinduktion besitzt, daß durch l#egelung
der Erregung des Phasenumformers die den Motor speisende Sekundärspannung des Phasenumfonners
g eändert werden kann, ohne daß die Ändenüng der Sekundärspannung auf die
Spannung des Primärstromkreises des Phasenumfonners merklich rückwirkt. Wird die
die Klemmenspannung des Induktionsmotors bildende Sekundärspannung des Phasenumfonners
bei veränderlicher Belastung derart geändert, daß das Verhältnis des Quadrates der
Klemmenspannung zur jeweiligen Belastung praktisch gleichbleibt, so wirkt, wie dies
mit Bezug auf Abb. ia und 6 der Patentschrift 4o6 876 erläutert worden
ist, falls man die Größe der Selbstinduktion des primären Stromkreises des Phas,enumformers
geeignet wählt, das konstante Verhältnis des Quadrates der Klemmenspannung des Motors
zur jeweiligen Belastung derart auf den Leistungsfaktor des primären Stromkreises.
des Phasenuniformers zurück, daß, während im sekun-, dären Stromkreise des Phasenumformers
eine dem guten Wirkungsgrad des Motors, entsprechende verhältnismäßig große Phasenverschiebung
herrscht, der Leistungsfaktor im primüren Stromkreise über den ganzen Belastungs,-bereich
des Motors nur wenig von der Einheit abweicht. Die Aufrechterhaltung des guten Leistungsfaktors
im primären Stromkreis über den ganzen Belastungsbereich des Induktionsmokors kann
gemäß der in dem Patente 4o6 876 angegebenen Einrichtung praktisch nur durch
eine verhältnismäßig komplizierte selbsttätige Regelung der Erregung des Phasenumformers
erzielt werden.
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Die vorliegende Erfindung ermöglicht es nun, die gleiche Wirkung,
insbesondere bei Bahnen, bei denen der Betrieb überwiegend aus Beschleunigungen
und Bremsungen besteht, mit äußerst einfach#en Mitteln zu erreichen.
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Gemäß der Erfindung sind an den sekundären Stromkreis eines mit seiner
Primärwicklung von der Fahrleitung gespeisten und, mit regelbarer Gleichstromerregung
ausgerüsteten Synchronphasenumformers, Induktionsmotoren angeschlossen, die einen
unveränderlichen sekundären Widerstand, in praktischer Ausführung einen Kurzschlußanker
besitzen.
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- Die Erfindung beruht auf folgender Erkenntnis: Wird ein Induktionsmotor
mit Kurzschlußanker an die Stromquelle angeschlossen, so nimmt der Motor während
des Stillstandes
einen gewissen Wattstrom auf, der verhältnisinäbig
wenig von dem Höchstwert der während der Anlaßperiode auftretenden Wattstromaufnahme
abweicht. Die Wattstromaufnahme steigt mit Zunahme der Umlaufgeschwindigkeit zunächst
allmählich auf den Höchstwert, worauf bei weiterer Beschleu.-nigung bis zu der der
normalen Bietriebsschlüpfung entsprechenden Umlaufszahl die Wattstromaufnahme allmählich
unter ihren Anfangswert sinkt. In Abb. i zeigt die Kurve 1
die Änderung der
Wattstromaufnahme des Motors während des Anlassens miteiner Kleinmenspannung el,
wobei die Abszissen die Schlüpfung vom Stillstande (ioo Prozent Schlüpfung) bis
zum Synclironismus (o Prozent Schlüpfung) und die Ordinaten die bei den verschiedenen
Schlüpfungen auftretende Wattstromaufnahme W bedeuten. Die Kurve II zeigt den Verlauf
der Wattstromaufnahme während des Anla:ssens mit einer höheren Klemmenspannung e.
und die Kurve 111 für den Fall, daß eine noch höhere Klemmenspannun-
es an den Motor gelegt wird. Die Z,
strichpunktierten Wagerechten I,
III, III' bedeuten die Durchschnittswerte der Wattstromaufnahme bei den verschiedenen
Klemmenspannungen e, bzw e2 bzw. e3 vom Stillstand bis zur normalen Betriebsumlaufszahl.
Dieb Berechnung ergibt, daß, wenn das Anlassen eines Induktionsmotors, mit unverändertein
Sekundärwiderstand, also eines Motors mit Kurzschlußanker, unter Veränderung der
Kleinmenspannung erfolgt, das Verhältnis der bei einer jeden Klemmenspannung eintretenden
Wattstromaufnahme und des Quadrates der betreffenden Spannung für den gleichen Wert
der Schlüpfung konstant ist. Tritt also z. B. für den Werts der Schlüpfung
bei einer Klemmenspannung ei Beine Wattstromaufnahme, W, bei einer Klemmenspannung
c#, eine Wattstromaufnahme W. und bei der Kleinmenspannung es eine Wattstromaufnahme
Wa ein-, so ist bei gleich-er Schlüpfung
Ebensowohl ist das Verhältnis der Durchschnitt#werte l', II', Ill' der Wattstromaufnahinen
in den Anlaßperioden und des Quadrates der für die betreffenden Durchschnittswerte
geltenden K'lemmenspannungen annähernd hon#Iant, das. heißt-,
Da nundieDurchschnittswerte derWattstroruaufnahmen für die ganze Anlaßperiode, also
für alle Schlüpfungen vom Stillstand bis zur normalen Betriebsumlaufgeschwindigkeit
gelten, so ist für die ganze Anlaßperiode durchscbnittlich zutreffend, daß das Verhältnis
zwischen der jeweiligen Wattstromaufnahme des Motors und dem Quadrate der der betreffenden
Wattstromaufnahme entsprechenden Kleinmenspannung annähernd konstant ist.
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Ist aber durch Verknüpfung eines Induktionsmotors mit unveränderlichem
Sekundärwiderstand und eines mit veränderlicher Gleichstromerregung ausgerüsteten
Synchronphasenumforrners die Bedingung erfüllt, daß im Sekundärstromkreis des, Phasenumformers
das Verhältnis der Belastung und des Quadrates der Klemmenspannung zwangsweise konstant
ist, so ergibt sich, falls die Selbstinduktion des primären Stromkreises des Phasenumformers,
wie dies im Patent 406 876 mit Bezug auf Abb. 6 nachgewiesen worden
ist, eine bestimmte geeignete Größe erhält, daß die Phasenverschiebung im Primärstromkreis
des Phaseriumformers bei dessen verschiedenen Erregungen, also bei verschiedenen
Belastungen des. Motors, stets gering ist, so daß der Phasenumforrner im primären
Stromkreis stets mit einem hohen Leistung-sfaktor arbeitet.
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Diese Verhältnisse treffen ohne weiteres zwar bloß für die Anlaßperiode
zu; ist aber der Motor für den Antrieb einer Bahn bestimmt, bei der die Anlaß- und
Breinsperioden den überwiegenden Anteil des Betriebes bilden, so kann die Anlage
im Durchschnitt mit einem sehr guten, Lei;5tungsfaktor arbeiten, da ja der hohe
Leistungsfaktor gerade während der Anlaßperiode eintritt, und bei Erreichung der
Betriebsumlaufgesch-,vindigizeit, wo der Leistungsfaktor niedrig wird, ist die Belastung
klein.
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Abb. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der neuen Antriebseinrichtung
in schematischer Darstellung.
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Abb. 3 ist eine weitere Ausbildung der Einrichtung nach Abb.
2.
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i ist die Fahrleitung, von der die im Ständer des Synchronphasenumformers,3
angeordnete einphasige Primärwicklung 2 durch den Stromabnehmer 4 Strom erhält,
während das andere Ende der Primärwicklung bei 5 geerdet ist. 6 ist
die gleichfalls im Ständer untergebrachte mehrphasige Sekundärwicklung des Phasenumformers-,
welche den Motor 7 speist. Die Primärwicklung 2 des Phasenumfonners, befindet
sich an einem größeren Halbmesser als die Sekundärwicklung, und zwischen den beiden
Wicklungen sind die magnetischen Nebenschlüsse 8 vorgesehen, um die Selbstinduktion
der, Primärwicklung zu vergrößern, wie dies in dem Patent 4o6 876 mit Bezug
auf Abb. 4 beschrieben worden ist. 9 ist der- umlaufende Feldmagnet des Synchronphaseriumforiners,
der von dem Gleichstromerzeuger io seine Erregung erhält. In dem Erregerstromkreis
befindet sich ein
Regelwiderstand i i, der mittels eines. Schalthebels
12 geändert werden kann. Mittels des Schalters 13 kann der Motor
7 an den Seckundärstromkreis des Phasenumformers geschaltet werden. Der Motor7
ist ein Induktionsmotor, dessen Sekundärstromkreis einen unveränderlichen Widerstand
besitzt, so daß der Anker i-i als Kurzschlußanker ausgeführt sein kann.
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Beim Anlassen wird der Schalter 13 geschlossen.
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Durch Änderung der Erregung des Phasenumformers und durch die hiermit
verbundene Anderung der Kleinmenspannung des Motors wird die Belastung und mit der
Bela,stun- die Zugkraft des Motors während der Anlaßperiode infolge der dem Kurzschlußankermotor
innewohnenden Ei-enschaft im Verhältnisse zum Quadrate der Spannung geregelt und
wird infolge des bei einem bestimmten Wert der Selbstinduktion des Primärstromkreises
des Phasenumformers bestehenden, in Patent 4o6876 erläuterten Zusammenhanges die
Phasenverschiebung. im Primärstromkreis des Phasenumforiners über die ganze Anlaßperiode
einen geringen Wert beibehalten.
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Bei der in Abb.3 dargestellten weiteren Ausbildung erfolgt die Regelung
des Anlaßwiderstandesii während der Anlaßperiode selbsttätig, indem das Schaltgliedi--
unter die Wirkung - eines vom Belastungsstrome des Phasenunifonners
durchflossenen Solenoids 15 gestellt ist, das beim Anwachsen der Stromaufnahme den
Wider'standii allmählich kurzschließt und beim Sinken der Stromaufnahme wieder ausschaltet,
wodurch ein sanftes Anlassen erzielt und die Erregung am Ende der Beschleunigung
selbsttätig auf dengünstigsten Wert eingestellt wird.
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Mittels des Fahrhebels, 16 kann der Ausschlag des Schalthebels 12
und hiermit die Beschleunigung willkürlich begrenzt werden.
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Ist der Motor 7 für verschiedene Polzahlen umschaltbar eingerichtet,
so muß unter Umständen die Klemmenspannung der Polzahl entsprechend angepaßt werden,
was durch zwischen den Phasenumformer 3 und den Motor eingeschaltete umschaltbare
Widerstände, Induktanzen oder Transformatoren 17 erzielt werden kann, die
mittels des Umschalters 13 beherrscht werden können, der auch zum Anschalten
des Motors. dient.
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Die beschriebene Einrichtun- ermöglicht den Betrieb von Bahnen mit
einfachen und betriebssicheren Kurzschlußanker-Indukti(iiismotoren und dabei die
Wahrwig eines guten Leistungsfaktors trotz des häufigen Anlasselis und Brernsens,
wobei außerdem das Bremsen unter Energierückspeicherung erfolgen kann.