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Umformerlokomotive, auf der elektrischer Strom üblicher Frequenz und
Phasenzahl in niederfrequenten Mehrphasenstrom, insbesondere Drehstrom, umgeformt
wird Die Nachteile, welche die Verwendung von besonderen Stromarten für dien Betrieb
elektrischer Bahnen mit sich bringt und die weniger auf technischen als auf allgemeinen
wirtschaftlichen Gesichtspunkten beruhen, sind bekannt. Es sind daher zahlreiche
Bestrebungen aufgekommen, welche diese Nachteile zu vermeiden suchten. Diese haben
zu den sogenannten Umformerlokomotiven geführt, deren einer Hauptzweck darin besteht,
dieselbe Stromform zum Betrieb elektrischer Bahnen zu verwenden, wie sie der allgemeinen
Versorgung eines Landes entspricht. Für die meisten Länder äst dies der Wechselstrom
oder Drehstrom mit der Frequenz 5o.
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Man kann zwei Typen von solchen Umformerlokomotiven unterscheiden,
nämlich solche, die mit synchron laufenden Umformungseinrichtungen arbeiten, und
solche, die mit asynchronen ausgerüstet sind. Die synchrone Umformung bietet durch
den Synchronismus. des Umformers manche betriebstechnischen Schwierigkeiten auf
der Lokomotive, hat aber den Vorteil, daß man aus ihr Gleichstrom gewinnen kann
in Umformern, bei denen der Wechselstromteil und der Gleichstromteil ähnlich wie
bei Kaskaden- oder Einankerumformern elektrisch miteinander verbunden sind. Hierdurch
wird der für den Lokomotivbau ungewöhnlich wichtige Vorteil des kleinen Gewichtes
gewonnen. Die asynchronen Anordnungen haben den Vorteil, daß man betriebliche Schwierig
keiben auf der Lokomotive selbst nichtkennt. Dagegen haben sie den Nachteil, daß
man zum Antrieb die weniger vorteilhaften asynchronen Mehrphasenmotoren benutzen
muß oder bei der Wahl von Gleichstrommotoren auf Umformer kommt, die aus elektrisch
getrennten Maschinen bestehen und demgemäß verhältnismäßig schwer ausfallen. Um
die sämtlichen Vorteile und Nachteile zu vereinigen, sind bis jetzt nur solche Ausführungsformen
des Umformers bekannt geworden, bei denen die beiden Maschinen, nämlich die den
Wechselstrom empfangende und die den Gleichstrom erzeugende, unter Wahl verschiedener
Polzahlen ineinandergebaut waren. Diese Ausführung bietet aber wegen der Zusammenkupplung
der Felder in jeder Beziehung technische Schwierigkeiten, vor allen Dingen, weil
dadurch die Kommutierung stark beeinflußt wird.
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Der Zweck der Erfindung ist nun, die bekannten Vorteile möglichst
miteinander zu vereinen, ohne die Nachteile mitzunehmen. Sie erreicht dies in hohem
Maße, indem sie den asynchronen Bau des Umformers, die elektrische Verkupplung der
den Wechselstrom
empfangenden und den Betriebsstrom abgebenden Teile
vereinigt, ohne betriebstechnische Schwierigkeiten auf der Lokomotive, großes Gewicht
und Synchronmotoren oder getrennte Asynchronmotoren für den Antrieb zu benötigen.
Dabei wird ein ganz neuer Weg beschritten. Die Erfindung besteht nämlich darin,
daß als Motoren Mehrphasenstrom-Kommutatormotoren, z. B. Drehstromreihenschlußmorooren,
für ewne ganz niedrige, für Kraftübertragung sonst ungebräuchliche Frequenz gewählt
werden, wie sie z. B. in den Läufern schlüpfender Asynchronmrotoren vorkommt, und
daß der Umformer, der nach Art eines Kaskaden- oder Einankerumformers elektrische
Verbindung zwischen der Strom empfangenden und der erzeugenden Seite enthalt, nicht
einen starren Gleichstrom, sondern einen ganz langsam wechselnden Strom, und zwar
in n Phasen, ergibt. Hierdurch wird einerseits der Vorteil erreicht, daß die Motoren
sich gerade so hoch ausnutzen und in der Kommutierung beherrschen lassen wie Gleichstrommotoren,
und anderseits der Vorteil, daß hinsichtlich der Kommutierung dasselbe für die Gleichstromerzeugung
zutrifft, während der Asynchronismus und alle mit ihm zusammenhängenden Vorteile,
z. B. auch die Phasenverbesserung, gewahrt bleiben. Es ist vorteilhaft, da der Sinn
der Erfindung darin liegt, nur vom Synchronismus loszukommen, die Frequenz dies
erzeugten Drehstroms so klein wie möglich zu wählen, damit er dem Gleichstrom in
jedem Augenblick möglichst nahekommt. Man wird also unter Umständen mit einem Wechsel
von Bruchteilen von Perioden bis zu einer oder zwei Perioden zufrieden sein.
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Ferner ist es vorteilhaft, sowohl die Motoren als auch die Strom erzeugende
Seite nicht in der von Mehrphasenkollektormaschinen allgemein bekannten Ausführungsform
zu bauen, die sich zu sehr an den Asynchronmotor anschließt, sondern beide in der
ebenfalls bekannten Ausführungsform mit ausgeprägten Polen auszuführen. Bei dieser
Ausführung entsprechen für n-Phasenstrom der doppelten elektrischen Polteilung n
räumlich getrennte, ausgeprägte Pole, zwischen denen sich Wendepole zur Beherrschung
dies Kommutierung befinden können. Diese Wendepole können dann bei Generator wie
Motor nach den für Drehstrom und Gleichstrom in Frage kommenden Grundsätzen geschaltet
und gespeist werden. Um die Kommutierung reinlich zu beherrschen, werden in ebenfalls
bekannter Form die Generator- und Motorranker mit Sehnenwicklung ausgeführt, so
daß die kommutierungsleiter niemals unter den ausgeprägten Hauptpolen liegen.
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Die Motoren werden durch die Anordnung nach der Erfindung ein wenig
schwerer als gewöhnliche Gleichstrommotoren, weil mitunter der Betriebsstrom in
einer der n-Phasen der ganz langsamen Frequenz o ist und die entsprechenden Leiter
nicht gespeist werden. Das gleiche gilt für die generatorische Seite des Umformers.
Trotzdem ist die Ersparnis durch die Zusammenlegung des Gleichstrom- und Drehstromteils
im Umformer noch ausschlaggebend.
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Der Gleichstromteil des Umformers wird elektrisch mit dem Wechselstromteil
verbunden.
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Im folgenden ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an Hand der
Zeichnung näher beschrieben.
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Der einphasige Wechselstrom wird über die Fahrleitung I und die Schienen
bzw. Erde 2 den beiden Schleifringen 3 und damit dem Läufer 4 des Asynchronumformers
5 zugeführt. Der Ständer dieser Maschine wird mit Rücksicht auf eine gute Kommutierung
(feldfreiie Wendezone) mit ausgeprägten Polen 6 ausgeführt, die mit Hilfe von Nebenschluß-
und Compoundwicklungen so erregt werden, daß der Läufer 4 sich möglichst unabhängig
von der Belastung ein klein wenig unter- oder auch übersynchron dreht. Man kann
dann an den Kommutatorbürsten 7 einen Wechselstrom von ungefähr einer Periode in
der Sekunde, also fast Gleichstrom, abnehmen. Zur Verbesserung der Kommutierung
können Wendepole vorgesehen werden, die nicht dargestellt sind; außerdem kann zur
Aufhebung der Ankerrückwirkung eine vom Ankerstrom durchflossenie Kompensationswicklung
in die Polschuhe gelegt werden. Bei solchen niederperiodigen Wechselstrommaschinen
überwiegt bei weitem die Stromwendespannung, die mit obigen Mitteln ohne weiteres
beseitigt werden kann, während die durch das langsame Pulsieren bzw. Rotieren des
Feldes entstehende Transformatorspannung vernachlässigt werden kann. Am besten dürfte
sich Drehstrom für die Weiterverwendung in der Lokomotive eignen, d. h. der Ständer
ist mit 3 Polen pro magnetischen Kreis auszuführen, doch steht der Ausführung einer
anderen Phasen- bzw. Polzahl nichts im Wege. Die Läuferwicklung ist jeweils entsprechend
zu sehnen. Durch passende Bemessung der Erregerwicklung kann außierdemeine vollkommene
Phasenkompensation, d. h. Entlastung der Fahrleitung von Magnetisierungsstrom, erreicht
werden. Der vom Kommutator des Umformers abgenommene niederperlodige Wechselstrom
wird nun dien einzelnen Triebmotoren 8 zugeführt, die am zweckmii,ßigsten mit Reihenschlußcharaktreristik
und ebenfalls mixt ausgeprägten Pollen durchgebildet werden. Die wirtschaftliche
Regelung dieser
Motoren kann durch Reihen- und Parallelschaltung
einzelner Gruppen oder auch durch Spannungsänderung am Asynchronumformer 5 vorgenommen
werden.
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In der Zeichnung ist als Umformer ein Einankerumformer angenommen.
Will man die damit verbundene direkte Speisung der Schleifringe mit Hochspannung
vermeiden, so kann man auch erfindungsgemäß einen Kaskadenumformer dadurch bilden,
daß man den Fahrleitungsstrom dem Ständer eines Einphaseninduktionsmotors zuführt,
dessen mehrphasig gewickelter Läufer an entsprechende Punkte des mit ihm starr gekuppellten
Läufers 4 der Abb. I angeschlossen wird.