DE690586C - e mit Gleichstromfahrmotoren - Google Patents

Description

• Umformer für Einphasen -Wechselstrom-Triebfahrzeuge mit Gleichstromfahrmotoren Elektrische Vollbahnen arbeiten bekanntlich mit Rücksicht auf die Kommutierung der Einphasen-Wechselstrom-Fahrmotoren vielfach mit einer Frequenz von 162/s Hz. Da hierzu jedoch ein besonderes Energieverteilungssystem erforderlich ist, besteht seit langem die Forderung, elektrische Vollbahnen . mit 5operiodigem Einphasenwechselstrom zu betreiben, um die Fahrleitungen unmittelbar aus den- Netzen der allgemeinen Landesversorgung speisen zu können. Es ist bereits eine sehr große Anzahl von Lokomotivsystemen vorgeschlagen und ausgeführt worden, bei denen der im Fahrdraht zur Verfügung stehende Einphasenwechselstrom von 5o Hz in Drehstrom oder in Gleichstrom umgeformt wird. Bei der Umformung in Drehstrom ergibt sicheine-verhältnismäßig schlechte Regelfähigkeit, was gerade für Bahnbetriebe besonders nachteilig ist. Bei der Verwendung von Gleichstromfahrmotoren kann man die Umformung des Stromes durch umlaufende Umformer oder durch ruhende Stromrichter vornehmen. Umlaufende Wechselstrom-Gleichstrom-Umformer, beispielsweise also Motorgeneratoren, haben jedoch ein außerordentlich hohes Gewicht, so daß der mit Entladungsstrecken arbeitende Stromrichter in. letzter Zeit mehr und mehr an Bedeutung gewonnen hat. Formt man aber den Einphasenwechselstrom mit Hilfe von Gleichrichtern in Gleichstrom um, so ergibt sich auf der Gleichstromseite eine große Welligkeit des Stromes, die erst durch sehr schwere und teure Glättungsmittel wieder beseitigt werden muß.
• Ein bekannter Umformer für Einphasen-Wechselstrom-Triebfahrzeuge mit Gleichstromfahrmotoren, der diese Nachteile nicht aufweist, besteht in der Vereinigung eines Mehrphasengleichrichters .mit .einem synchron umlaufenden Ph.asenspalter, der den Einphasenstrom in einen der Phasenzahl des Gleichrichters entsprechenden Mehrphasenstrom umformt. Die Erfindung betrifft eine weitere Verbesserung eines solchen Umformers und hat zum Ziel, ihn in der Spannung regelbar zu machen, ohne hierfür neue Nachteile in Kauf nehmen 'zur Spannungsregelung zu müssen: Die in Erfindung an sich bekanner; benut,r"£ Weise die Gittersteuerung für den Gleich=' richter. Nun haftet aber der Gittersteuerung bekanntlich der Nachteil an, daß mit sinkendem Aussteuerungsgrad, d. h. mit sinkender Gleichspannung., der Leistungsfaktor auf der Wechselstromseite sich mehr und mehr verschlechtert. Gemäß der Erfindung wird deshalb die Anordnung so getroffen, daß der Erregergleichstrom des Phasenspalters mit zunehmender Zündverzögerung zwangsläufig erhöht wird, insbesondere derart, daß der Leistungsfaktor auf der Einphasenseite ständig einen etwa gleichbleibenden Wert behält.
• In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. z bedeutet die Fahrleitung, die mit Einphasenwechselspanneng von 5ö Hz gespeist sein möge. Die Spannung kann dabei jeden beliebigen Wert haben; im allgemeinen wird sie z6 kV be= tragen. Die Gleichstromfahrmotoren, die im vorliegenden Fall alle parallel geschaltet sind, für die aber ohne weiteres auch Reihenparallelschaltung angewendet werden kann, sind mit -, bezeichnet. Der der Fahrleitung entnommene Wechselstrom wird nun zunächst durch den synchron umlaufenden Phasenspalter 5 in Sechsphasenstrom umgewandelt. Der Phasenspalter hat im Ständer eine einphasige Wicklung 6 sowie eine sechsphasige Arbeitswicklung 7. Sein Läufer ist mit ausgeprägten Polen ausgerüstet, die eine Erregerwicklung 8 tragen, welche über Schleifringe aus einer kleinen Erregermaschine to, die auf der gleichen Welle sitzt, gespeist werden. Außerdem ist auf dem Läufer eine kräftige Kurzschlußwicklung g in Form einer Käfigwicklung vorgesehen. Diese Käftgwicklung bringt im normalen Betrieb die Gegendurchflutung für die abwechselnd belasteten sechs Phasen des Phasenspähers auf und belastet ihrerseits wieder die Einphasenwicklung und damit das Einphasennetz. Da die in der Sechsphasenwicklung 7 induzierte Spannung von dem Übersetzungsverhältnis dieser Wicklung zu der Einphasenwicklung 6 abhängt, so kann ein besonderer Transformator fortfallen; was eine außerordentliche Ersparnis an Gewicht bedeutet. Der Sternpunkt der Arbeitswicklung 7 bildet den Minuspol des Gleichstromkreises, während die Enden der Phasenwicklungen an die Anoden des Quecksilberdampfgleichrichters 3 angeschlossen sind. Die Kathode dieses Gleichrichters bildet dann den Pluspol des Gleichstromkreises. Soll die Möglichkeit vorgesehen sein, zum Zwecke der ' Nutzbremsung Leistung in das Einphasenwechselstromnetz aus den Fahrmotoren zurückzuliefern, so kann man beispielsweise die ;',Nnschlüsse des Gleichstromkreises an den 5fnformer vertauschbar machen, oder man 'im eine besondere Entladüngsstreckengrüppe aus einanodigen Gefäßen mit um-,'gekehrter Dürchlaßrichtung an den Phasenspalter anschließen. Die Regelung sowie das Anlassen der Fahrmotoren erfolgt durch Veränderung des Aussteuerungsgrades des Gleichrichters mit Hilfe der Regeleinrichtung Eine weitere Regelmöglichkeit besteht darin; daß man die Primärwicklung des Phasenumformers mit umschaltbaren Anzapfungen versieht.
• Die Regeleinrichtung 4., die auf die Gittersteuerung des Gleichrichters 3 einwirkt, ist reit dem im Stromkreis der Erregerwicklung 8 liegenden Regelorgan derart gekuppelt, daß bei einer Herabregelung der Gleichspannung durch Gittersteuerung gleichzeitig eine Erhöhung des Erregerstromes bewirkt wird. Die Gesetzmäßigkeit der Abhängigkeit zwischen dem Erregerstrom und der Zünd- bzw. Löschzeitpunktverschiebung kann beliebig gewählt werden. Vorteilhaft ist es jedoch, wenn diese Abhängigkeit so ist, daß der Leistungsfaktor auf der Einphasenseite des Phasenspalters unabhängig von dem Aussteuerungsgrad stets den gleichen Wert, insbesondere den Wert r, beibehält.
• Da bei dem Phasenspalter die beiden Arbeitsphasen, die mit der Netzphase koaxial sind, eine geringere Streuung haben als die übrigen Phasen, kann man in diesen beiden Phasen zusätzliche Drosselspulen anbringen oder durch entsprechende Einstellung der Steuerungseinrichtung des Gleichrichters dafür sorgen,. daß der Aussteuerungsgrad der zu diesen beiden Phasen gehörigen Anoden stets etwas geringer ist als der Aussteüerungsgrad der anderen Anoden. Um eine bessere Ausnutzung des Phasenumformers und eine günstigere Strombelastung der Gleichrichteranoden zu erhalten, kann man die sechsphasige Arbeitswicklung des Phasenspalters auch in zwei um r8o° verschobene Dreiphasenwick= Lungen auftrennen und die beiden Sternpunkte über eine Saugdrossel verbinden.
• Urn eine bessere Ausnutzung des Phasenspalters zu erhalten, kann man an Stelle der za-phasigen Arbeitswicklung eine geschlossene Gleichstromwicklung verwenden, die zz Anzäpfungen hat. Jede Anzapfung wird dann über je eine Entladungsstrecke mit entsprechender Durchlaßrichtung mit dein Pluspol und dem Minuspol des Gleichstromkreises verbunden. Die mit dein Pluspol verbundenen Entladungsstrecken können dabei zu einem geineinsamen Entladungsgefäß vereinigt werden, während die anderen Entladungsstrecken als einanodige Gefäße ausgestaltet werden müssen.
• Bei dem erfindungsgemäßen Umformer ist die Welligkeit des Gleichstromes infolge der Möglichkeit, beliebig hohe Phasenzahlen zu wählen, von vornherein verhältnismäßig gering. Die Glättungseinrichtungen fallen daher leicht und billig" aus. Eine weitere Herabsetzung der Welligkeit kann jedoch noch dadurch erreicht werden, daß die Arbeitswicklung so ausgebildet wird, daß die induzierte Spannung nicht sinusförmig, sondern trapezförmig wird. Letzteres kann beispielsweise auch durch Einführung einer fünften Oberwelle in den Stromkreis erreicht werden.
• Das Anlassen erfolgt einfach dadurch, daß der primärseitige Schalter eingelegt wird und zwei mit der Primärwicklung nicht koaxiale Phasen über eine Drosselspule oder einen Kondensator verbunden werden, wobei der Gleichrichter noch gesperrt bleibt. Der Umformer läuft dann mit Hilfe der Käfigwicklung auf seine asynchrone Drehzahl hoch, worauf dann die Gleichstromerregung zugeschaltet und die Anlaßphase wieder geöffnet wird.

Claims (6)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Umformer für Einphasen-Wechselstrom-Triebfahrzeugemit Gleichstromfährmotoren, insbesondere für eine Fahrleitungsfi#equenz von 50 Hz, bestehend aus einem mehrphasigen Gleichrichter und einem diesem vorgeschalteten synchron umlaufenden Phasenspalter, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung der Gittersteuerung zur Spannungsregelung der Erregergleichstrom des Phasenspalters mit zunehmender Zündverzögerung zwangsläufig erhöht wird, insbesondere derart, daß der Leistungsfaktor auf der Einphasenwechselstromseite ständig einen etwa gleichbleibenden Wert behält.
2. 2. Umformer nach Anspruch i, gekennzeichnet durch eine solche Ausbildung der Arbeitswicklung, daß die induzierte Spannung nahezu trapezförmig wird.
3. 3. Umformer nach Anspruch i und a, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitswicklung als geschlossene Gleichsfromwicklung mit einer der Phasenzahl entsprechenden Zahl von Anzapfungen ausgebildet ist, wobei jede Anzapfung über je eine Entladungsstrecke sowohl mit dem Pluspol als auch mit dem Minuspol des Gleichstromkreises verbunden ist.
4. Umformer nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet,. daß zum Ausgleich der unterschiedlichen Streuung der verschiedenen Phasen des Phasenspalter s Zusatzdrosseln verwendet werden.
5. 5. Umformer nach Anspruch i bis q., dadurch gekennzeichnet, daß zum Ausgleich der unterschiedlichen Streuung der einzelnen Phasen des Phase spalters die Steuereinrichtung des Gleichrichters so ausgebildet ist, daß die Zündzeitpunkte der Anoden verschieden sind.
6. 6. Umformer nach Anspruch i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Grobregelung der Spannung die Primärwicklung des Phasenumformers mit Anzapfungen versehen ist.