DE543569C

DE543569C - Switching method for single-phase alternating current locomotives

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Publication number: DE543569C
Application number: DET31476D
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1926-02-23
Filing date: 1926-02-23
Publication date: 1932-02-06

Description

Schaltverfahren für Einphasenwechselstrom-Lokomotiven Es ist bekannt, bei Lokomotivtriebwerken ein Differentialgetriebe anzuordnen, welches zur Verbindung eines Primärmotors, eines von diesem :gespeisten Hilfsmotors und der Antriebsteile .dieser Maschinen dient, wodurch in bekannter Weise beispielsweise für einen nicht regelbaren Primärmotor eine hegelbarkeit der Fahrgeschwindigkeit erzielt werden kann, wenn der Hilfsmotor, der von einer an geeigneter Stelle angebrachten Hilfsdynamo gespeist wird, als regelbare Gleichstrommaschine ausgeführt wird.Switching method for single-phase alternating current locomotives It is known to arrange a differential gear in locomotive engines, which is used for connection a primary motor, one of this: powered auxiliary motor and the drive parts .This machine is used, so in a known manner, for example, not for one controllable primary motor a controllability of the driving speed can be achieved can, if the auxiliary motor, from an auxiliary dynamo attached at a suitable place is fed, is designed as a controllable DC machine.

Es ist naheliegend, diese bekannte Einrichtung zu verwenden, um den bekanntlich nicht regelbaren Einphasenasynchroninduktionsmotor für den Bahnbetrieb brauchbar zu machen.It makes sense to use this well-known facility to manage the as is known, non-controllable single-phase asynchronous induction motor for rail operations to make usable.

Die Umformung der Leistung auf Gleichstrom, die auch bei dieser bekannten Differentialgetriebeanordnung wenigstens teilweise notwendig ist, bedingt jedoch eine Vermehrung .des Gewichts der elektrischen Maschinen, die vielfach die Anwendbarkeit eines derartigen Triebwerks unmöglich macht.The conversion of the power to direct current, which is also known in this case Differential gear assembly is at least partially necessary, but conditional an increase in the weight of electrical machines, which in many cases increases the applicability makes such an engine impossible.

Die Anwendung von Asynchroninduktionsmotoren ähnlicher Art wie der Hauptmotor scheitert andrerseits an dem Umstande, daß diese ebenso wieder Hauptmotor nicht unter Last anlaufen können. Die vorliegende Erfindung zeigt nun einenWeg unter ausschließlicher Verwendung von Asynchroninduktionsmotoren und unter Ausschluß besonderer Hilfsmaschinen oder Umformer, Einphasenwechselstrom-Lokomotiven mit Differentialtriebwerk zu bauen. Erfindungsgemäß wird das Differentialtriebwerk hierzu so eingerichtet, daß der erste Wellenstumpf mit dem Motor, der zweite mit dem Hilfsmotor und der dritte mit .dem Triebwerk der Lokomotive verbunden wird. Die Haupt- und Hilfsmotoren sind Einphasenasynchroninduktionsmotoren, die jedoch mit einer symmetrischen Dreiphasenwicklung versehen werden, von welchen beim Einphasenbetrieb in bekannter Weise nur zwei Phasen benutzt werden. Um nun mit Hilfe dieses Differentialtriebwerks die Anfahrt der Maschinen bewerkstelligen zu können, wird in erfindungsgemäßer Weise zunächst nur der eine der beiden Motoren, etwa der Hauptmotor, an die zur Verfügung stehende Einphasenwechselstromspannung gelegt. Unter Verwendung einer Kunstphase kann man diesen Motor auch in an sich bekannter Weise anlaufen lassen, wobei er jedoch zur Folge der bekannten Einrichtung des Differentialgetriebes nicht die Lokomotive in Bewegung setzt, sondern lediglich den elektrisch noch nicht angeschlossenen Hilfsmotor zum Rückwärtslauf veranlaßt.The use of asynchronous induction motors of a similar nature to that On the other hand, the main engine fails due to the fact that this is also the main engine cannot start under load. The present invention now shows a way under exclusive use of asynchronous induction motors and to the exclusion of special ones Auxiliary machines or converters, single-phase AC locomotives with differential drives to build. According to the invention, the differential drive is set up for this purpose in such a way that that the first stub shaft with the motor, the second with the auxiliary motor and the third is connected to the engine of the locomotive. The main and auxiliary engines are single-phase asynchronous induction motors, but with a symmetrical three-phase winding are provided, of which only two phases in single-phase operation in a known manner to be used. In order to start the machines with the help of this differential drive To be able to accomplish, in the manner according to the invention, initially only one of the two motors, such as the main motor, to the available single-phase AC voltage placed. Using an art phase one can also use this engine in itself known way can start, but he is the result of the known device of the differential gear does not set the locomotive in motion, but only causes the auxiliary motor, which is not yet electrically connected, to run in reverse.

Um nun die Lokomotive in Bewegung zu setzen, wird erfindungsgemäß so verfahren, daß nach vollendetem Anlauf des Hauptmotors aus dessen dritter nicht unmittelbar an die Netzspannung angeschlossener Phase eine Hilfsspannung entnommen wird, die bekannter Weise die verfügbare Einphasennetzspannung zu einem nahezu symmetrischen Drehstromsystem ergänzt. Mit Hilfe der so verfügbaren Drehstromspannung kann man nun den zunächst rückwärts laufenden Hilfsmotor in beliebiger Weise belasten, wozu man nur einen Rotoranlasser braucht. Hierdurch wird die Lokomotive in Bewegung gesetzt.In order to now set the locomotive in motion, the invention proceed in such a way that after the main motor has started up, its third does not An auxiliary voltage is drawn from the phase connected directly to the mains voltage becomes, the known way the available single-phase mains voltage to a nearly symmetrical one Three-phase system added. With the help of the three-phase voltage available in this way, one can well the auxiliary motor, which initially runs backwards, in any way load, for which you only need a rotor starter. This will make the locomotive set in motion.

Wird die Leistung des Hauptmotors größer gewählt als die Leistung des Hilfsmotors und wird nach erfolgtem Anlauf der Hilfsmotor mit übersynchroner Drehzahl rückwärts laufend angetrieben, so ist bei Speisung des Hilfsmotors mittels des nach Anlauf des Hauptmotors zur Verfügung stehenden Drehstroms nur eine verhältnismäßig kleine Geschwindigkeit des Zuges erreichbar. Nach-, dem" die Lokomotive dementsprechend beschleunigt ist, kann man beispielsweise durch Vertauschen zweier Stromzuleitungen am Hilfsmotor den Drehsinn des Drehfeldes umkehren und den rückwärts laufenden Hilfsmotor durch passende Betätigung eines Rotoranlassers zunächst in seinem Rückwärtslauf hemmen und sodann vorwärts anlaufen lassen.If the power of the main engine is selected to be greater than the power of the auxiliary motor and becomes the auxiliary motor with oversynchronous after startup Reverse speed driven, so is when the auxiliary motor is powered by of the three-phase current available after the main motor has started up only a proportionately low train speed achievable. According to that "the locomotive accordingly is accelerated, you can, for example, by swapping two power lines reverse the direction of rotation of the rotating field on the auxiliary motor and reverse the auxiliary motor by appropriately actuating a rotor starter initially in its reverse direction inhibit and then let it start forward.

Hierdurch ergibt sich eine zweite entsprechend höhere Zuggeschwindigkeit.This results in a second, correspondingly higher pulling speed.

Eine dritte Geschwindigkeit ergibt sich, wenn man den Hilfsmotor festbremst, wofür entweder eine Gleichstromerregung oder eine mechanische Bremse in an sich bekannter Weise benutzt werden kann. Es ist auch möglich., durch den Rotoranlasser den rückwärts laufenden Motor nahezu bis auf Stillstand abzubremsen, wonach eine Zahnkupplung, die den Motoranker festhält, nahezu stoßfrei eingelegt werden kann.A third speed is obtained when the auxiliary motor is braked, for which either a DC excitation or a mechanical brake in itself known way can be used. It is also possible, through the rotor starter to brake the reverse motor almost to a standstill, after which a Tooth coupling, which holds the motor armature in place, can be inserted with almost no impact.

Das vorliegende Schaltverfahren gestattet es daher, mit zwei einfachen Asynchroninduktionsmotoren zwei bzw. drei Zuggeschwindigkeiten zu erreichen und gleichzeitig die Schwierigkeiten des Anlaufs, wie sie sich bei der Anwendung eines Asynchroninduktionsmotors bei Einphasenbahnen ergeben, zu überwinden. Gegenüber der bekannten Anordnung eines reinen Arnoumformers zur Erzieiung der fehlenden dritten Phase ergibt sich der Vorteil des Wegfalls dieses Umformers, so daß auch alle Umformungsverluste wegfallen. Im Normalbetrieb der Maschinen arbeiten.beide Motoren, nämlich alle gewöhnlichen Einphasenasynchroninduktionsmotoren, mit verhältnismäßig günstigem Wirkungsgrade. Ihre Eigenschaften können bekanntlich dadurch verbessert werden, daß man beide oder einen der Motoren, etwa den Hauptmotor, mit Kompensation der Blindleistung versieht. ' Die vorgeschlagene und füx -eine zweckentsprechende Abstufung der Zuggeschwindigkeiten vorteilhafte Verwendung eines größeren Motors macht es auch möglich, bei dem Anlauf des kleineren Motors, welcher seine 'dritte Phase aus dem bereits - laufenden - Hauptmotor entnimmt, die elektrische Rückwirkung auf den Hauptmotor verhältnismäßig klein zu machen, so daß er hierdurch jedenfalls nicht so stark beansprucht wird als ein Arnoumformer, der sonst keine weiteren Funktionen erfüllt.The present switching method therefore makes it possible to achieve two or three train speeds with two simple asynchronous induction motors and at the same time to overcome the difficulties of starting, which arise when using an asynchronous induction motor on single-phase railways. Compared to the known arrangement of a pure Arno converter to achieve the missing third phase, there is the advantage of omitting this converter, so that all forming losses are also eliminated. In normal operation of the machines, both motors, namely all common single-phase asynchronous induction motors, work with relatively low levels of efficiency. It is known that their properties can be improved by providing both or one of the motors, for example the main motor, with compensation for the reactive power. The proposed and füx - an appropriate gradation of the train speeds advantageous use of a larger motor also makes it possible, when starting the smaller motor, which takes its' third phase from the main motor that is already running, the electrical reaction on the main motor relatively small to make, so that it is not stressed as much as an Arnoumformer, which otherwise fulfills no other functions.

Die Abbildung zeigt eine entsprechende Ausführungsform der Erfindung.The figure shows a corresponding embodiment of the invention.

Von dem Fahrdraht F läuft die Stromzuleitung über die beiden hintereinander geschalteten Phasen u, v des Hauptmotors H zur Erde E. Ein Ausschalter Sl. gestattet die Abtrennung des Hauptmotors von der Fahrdrahtspannung, während der nachgeordnete Ausschalter SZ zur Speisung des Hilfsmotors M` dient. Der Hauptmotor H treibt über die Zahnkupplung Z einen Wellenstumpf des Differentialgetriebes D an; der zweite Wellenstumpf ist mit dem Hilfsmotor 1V12 gekuppelt, während die dritte Welle des Differentialgetriebes D beispielsweise gleichzeitig Blindwelle der Lokomotive ist.The power supply line runs from the contact wire F via the two phases u, v of the main motor H, connected one behind the other, to earth E. An off switch Sl. allows the main motor to be disconnected from the contact wire voltage, while the downstream switch SZ is used to feed the auxiliary motor M`. The main motor H drives a stub shaft of the differential gear D via the toothed coupling Z; the second stub shaft is coupled to the auxiliary motor 1V12, while the third shaft of the differential gear D is, for example, at the same time the jackshaft of the locomotive.

Der Hilfsmotor M2 ist ein Asynchronmotor mit Dreiphasenwicklung, dessen eine Phase dauernd an der Erde E liegt, während die beiden anderen Phasen über den Umschalter U zu dem Ausschalter SZ und S3 geführt werden, die eine Verbindung der Fahrdrahtspannung mit .der dritten nicht von der Fahrdrahtspannung gespeisten Phase W- des Hauptmotors H gestatten. Erfindungsgemäß wird nun bei der Anfahrt der Lokomotive so verfahren, daß zunächst nur durch Einlegen des Schalters S1 der Hauptmotor H als Asynchronmotor mit Hilfe einer nicht gezeichneten Kunstphase in einer Drehrichtung anläuft, wie sie der später beabsichtigten Fahrrichtung entspricht.The auxiliary motor M2 is a three-phase winding asynchronous motor, its one phase is permanently connected to earth E, while the other two phases are connected to the Changeover switch U are led to the off switch SZ and S3, which connects the Contact wire voltage with the third phase not fed by the contact wire voltage W- of the main motor H allow. According to the invention, the locomotive is now approaching proceed in such a way that the main motor H as an asynchronous motor with the help of an artificial phase (not shown) in one direction of rotation starts as it corresponds to the direction of travel intended later.

Nachdem dies geschehen ist, wird die nicht gezeichnete Kunstphase in der Regel abgeschaltet; der Motor ist dann als normaler Einphasenasynchroninduktionsmotor belastbar. Da -der Hilfsmotor M2 elektrisch nicht gespeist ist, wird bei dem Anlauf des Hauptmotors H dieser Hilfsmotor im allgemeinen im Rückwärtssinn anlaufen. Erfindungsgemäß wird nun der Hilfsmotor M' auf eine durch Wahl der Motorgrößen und der Übersetzungsverhältnisse der Zahnräder passend wählbare Geschwindigkeit dadurch abgebremst, daß man den Umschalter U für den Rückwärtslauf des Motors M2 einstellt und mit Hilfe des Schalters SZ und ,SZ eine Drehstromspannung für die Speisung des Hilfsmotors M2 entnimmt, die zum Teil aus dem Fahrdraht, zum Teil aus der dritten Phase der Hauptmaschine stammt. Durch Betätigung des Rotoranlassers,R kann die Maschine M2 auf eine passende asynchrone Geschwindigkeit gebracht werden, wodurch sich der Anlauf der Lokomotive bewerkstelligen läßt. Da die Leistung des Hilfsmotors verhältnismäßig klein ist, ist es auch technisch bezüglich der elektrischen Belastung des Hauptmotors H und wirtschaftlich bezüglich der Energieverluste möglich, durch teilweise Einschaltung des Rotoranlassers R passende Zwischenfahrstufen zu erzielen.After this is done, the non-drawn art phase becomes usually switched off; the motor is then a normal single-phase asynchronous induction motor durable. Since -the auxiliary motor M2 is not electrically fed, when starting of the main motor H, this auxiliary motor will generally start in the reverse direction. According to the invention the auxiliary motor M 'is now switched to by selecting the motor sizes and the gear ratios of the gears appropriately selectable speed braked by turning the switch U is set for the reverse rotation of the motor M2 and with the help of the switches SZ and , SZ takes a three-phase voltage for the supply of the auxiliary motor M2, which is used for Part from the contact wire, part from the third phase of the main engine. By operating the rotor starter, R, the machine M2 can be switched to a suitable asynchronous Speed can be brought, whereby the start of the locomotive manage leaves. Since the power of the auxiliary engine is relatively small, it is also technical with regard to the electrical load on the main motor H and Economical in terms of energy losses possible through partial activation of the rotor starter R to achieve suitable intermediate gear steps.

Ist die Lokomotive jedoch auf die den asynchronen Vorwärtslauf des Hauptmotors und den asynchronen Rückwärtslauf des Hilfsmotors entsprechende Fahrgeschwindigkeit beschleunigt, so kann eine weitere höhere Fahrgeschwindigkeit dadurch erzielt werden, daß man zunächst die Schalter S2 und S° öffnet, den Schalter U für die andere Drehrichtung des Hilfsmotors umlegt und schließlich nach Wiedereinschaltung des Rotoranlassers die Schalter S= und S3 wieder einlegt. Durch Betätigung des Rotoranlassers kann nunmehr der Hilfsmotor abgebremst und darüber hinaus bis zum asynchronen Vorwärtslauf beschleunigt werden, lvodurch sich ein weiteres Regelgebiet sowie eine weitere Fahrstufe ohne dauernde Anlasserverluste ergibt.However, if the locomotive is on the asynchronous forward run of the Main motor and the asynchronous reverse running of the auxiliary motor corresponding travel speed accelerated, a further higher driving speed can be achieved by that you first open the switches S2 and S °, the switch U for the other direction of rotation of the auxiliary motor and finally after restarting the rotor starter the switches S = and S3 reinserted. By operating the rotor starter, now the auxiliary motor is braked and beyond that until the asynchronous forward run be accelerated, thereby creating a further control area and a further speed step without permanent starter losses.

Die Abbremsung des Hilfsmotors mit Hilfe des Motoranlassers kann man dazu benutzen, um diesen mit einer mechanischen Bremse B festzuhalten. Das Gleiche kann erzielt werden, wenn man den Stator ,des Hilfsmotors mit Gleichstrom speist, wozu die Umschaltung auf eine in der Abbildung nicht angegebene Gleichstromquelle notwendig ist. Einige weitere Fahrstufen können in bekannter Weise beispielsweise dadurch erzielt werden, daß man den Hilfsmotor mit Polumschaltung vorsieht.The braking of the auxiliary engine with the help of the engine starter can be done use it to hold it in place with a mechanical brake B. The same can be achieved by feeding the stator of the auxiliary motor with direct current, including switching to a direct current source not shown in the figure necessary is. A few more speed steps can be used in a known manner, for example can be achieved by providing the auxiliary motor with pole changing.

Für den Rangierbetrieb ist es vorteilhaft, wenn die Maschine, wenn auch nur mit beschränkter Leistung und Fahrgeschwindigkeit, vor- und rückwärts laufen kann, ohne daß der laufende Hauptmotor angehalten oder reversiert werden muß. Hierzu kann in an sich bekannter Weise die Schaltung nach der Abbildung dadurch benutzt werden, daß man die Zahnkupplung Z löst, den frei ge-,vordenen Wellenstumpf ,des Differentialgetriebes zweckentsprechend bremst und nunmehr in bekannter Weise den Hauptmotor als Arnoumformer benutzt, mit dessen Hilfe dann der Hilfsmotor als alleiniger Motor die Lokomotive vorwärts und nach Betätigung des Umschalters auch rückwärts in Bewegung zu setzen gestattet, ohne daß der Hauptmotor stillgesetzt oder reversiert werden muß. Das Differentialgetriebe wirkt hierbei in bekannter Weise als Zahnra.dvorgelege.For shunting operations, it is advantageous if the machine, if running forwards and backwards even with limited power and driving speed can without the running main motor having to be stopped or reversed. For this can thereby use the circuit according to the figure in a manner known per se that one loosens the tooth coupling Z, the freely ge, vordenen shaft stub, des Differential gear brakes appropriately and now in a known manner Main engine used as an Arno converter, with the help of which the auxiliary engine is the only one Motor the locomotive forwards and, if the switch is operated, also backwards allowed to start moving without the main motor stopped or reversed must become. The differential gear acts in a known manner as a Zahnra.dvorgangs.

Die elektrische Beanspruchung des Hauptmotors, wie sie durch die Entnahme der dritten Phase durch den Hilfsmotor hervorgerufen wird, kann in bekannter Weise dadurch verringert werden, .daß man den Hauptmotor in an sich bekannter Weise mit Gleichstrom-oder Wechselstrombewegung ausführt.The electrical stress on the main engine as caused by the extraction the third phase caused by the auxiliary motor can be done in a known manner be reduced by .that you use the main engine in a manner known per se Performs direct current or alternating current movement.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Switching method of single-phase "alternating current locomotives" with at least two drive motors, which via .ein differential gear on the Acting jackshaft or vehicle axle, characterized in that initially one of the two multi-phase wound asynchronous induction drive motors (H) via one Art phase through: the mains current is left empty, here the anchor of the second Motor (M2) drives over-synchronously via the gear (D), then after reaching the Idle speed as a phase converter with its multi-phase winding to the multi-phase winding of the second motor (M2) is connected and by regulating the size and direction of rotation of the rotating field of the second, now running as a multiphase asynchronous induction motor Motor (M2) enables the vehicle to be started continuously. a. Switching method according to claim i, characterized by braking of the second motor (M2) by means of electrodynamic or mechanical brake (B) to achieve one or more additional speed levels. 3. Switching method according to claim i, characterized in that motors of different Sizes can be arranged to achieve further speed levels or to the harmful effect of the extraction of the multiphase stream from the first starting Restrict motor (H). 4. Switching method according to claim i and 3, characterized in that that the large motor (H) is an induction motor with direct or alternating current excitation is performed.