DE693014C

DE693014C - UEber gesteuerte Dampf- oder Gasentladungsstrecken in Wechselrichterschaltung aus einem Gleichstromnetz gespeister kommutatorloser Stromrichtermotor

Info

Publication number: DE693014C
Application number: DE1937A0084497
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Max Stoehr
Original assignee: AEG AG
Current assignee: AEG AG
Priority date: 1937-10-14
Filing date: 1937-10-14
Publication date: 1940-07-01

Description

A 84497

Die Speisung von Motoren aus Gleichstromhochspannungsnetzen gewinnt mehr und mehr an Bedeutung. Im Zusammenhang damit steht die andere Aufgabe, für die Speisung von Gleichstrombahnen zu höheren Fahrdrahtspannungen überzugehen, als dies bisher bei Verwendung der normalen Gleichstromkommutatormotoren möglich war. Zur Lösung dieser Aufgabe kommen in erster Linie die Stromrichter in Frage, mit denen es möglich ist, sowohl Gleichstrom zu transformieren als auch sog. kommutatorlose Stromrichtermotoren zu verwenden. Wenn es sich um rein motorische Antriebe handelt, wie beispielsweise bei Lokomotiven, hat im allgemeinen der kommutatorlose Stromrichtermotor gegenüber dem Stromrichter mit Kommutatormotor den Vorzug, daß beim Stromrichtermotor die. Aufgabe der Stromwendung vom Stromrichter mit übernommen werden kann und so der mechanische Stromwender entbehrlich wird.

Die Hauptschwierigkeit des Stromrichtermotors für Gleichstromspeisung besteht beim Anlauf. Solange der Motor noch stillsteht, ist es nicht möglich, den ihm über eine Anode des Stromrichtgefäßes zugeführten Strom auf eine andere Anode zu kommutieren, \wie es zur Bildung eines Drehfeldes nötig ist. Bei Wechselstromspeisung ist die Sache insofern wesentlich einfacher, als man hier für die Anodenkommutierung den natürlichen Nulldurchgang des Stromes am Ende jeder Halbwelle der speisenden Wechselstromquelle abwarten kann.

Diese Schwierigkeit kann bekanntlich dadurch behoben werden, daß während des Anlaufs .eine zusätzliche Kommutierungswechselspannung eingeführt wird, die von. einem

Hilfsaggregat gewonnen wird. Wenn dieses Hilfsaggregat auch nach beendetem Anlauf des Motors wieder abgeschaltet werden kann, so muß es bei Antrieben mit häufigem Anlauf;, beispielsweise bei elektrischen Lokomotiven, praktisch doch ständig mitlaufen, um jederzeit betriebsbereit zu sein, und erhöht außerdem den Gesamtaufwand erheblich.

Bei Lokomotiven besteht noch eine andere ίο Schwierigkeit. Wegen der niedrigeren Betriebskosten hat sich bei größeren Lokomotiven der Einzelachsantrieb gegenüber dem Stangenantrieb durchgesetzt. Die' einzelnen Motoren laufen hierbei aber wegen der etwas ungleichen Abnutzung der Radreifen nicht genau synchron, sondern haben gegeneinander einen kleinen Drehzahlunterschied. Das bedeutet aber bei Stromrichtermotoren, daß jeder Motor einen eigenen, von ihm gesteuerten Stromrichter erhalten muß. Erfolgt ferner die Speisung der Motoren aus dem Gleichstromnetz nicht unmittelbar, sondern unter Zwischenschaltung eines Transformators, so erfordert der Einzelachsantrieb wegen des erwähnten Drehzahlunterschiedes für jeden Motor auch noch einen besonderen Transformator. Dadurch wird die Anordnung gegenüber der Verwendung eines für alle Motoren gemeinsamen Transformators verwickelter und teurer.

Erfindungsgemäß werden diese Schwierigkeiten dadurch beseitigt, daß bereits im Stillstand des Motors in diesem durch einen auf der Motorwelle frei umlaufenden, vor der Inbetriebnahme der Anlage hochgefahrenen Zwisghenläufer ein Drehfeld bestimmter Frequenz erzeugt wird, das die Gegenspannung gegen die zugeführte Gleichspannung liefert und die Kommutierung der Anodenströme bewirkt. Die Erfindung weist den Vorteil auf, daß sie den Anlauf des Motors als auch den Einzelachsantrieb in einfacher Weise ermöglicht.

Der Motor nach der Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise veranschaulicht.

Die Abbildung zeigt die grundsätzliche Anordnung eines solchen Motors bei Speisung über einen im Stromkreis des Stromrichters 8 . liegenden Transformator 1 mit der Primärwicklung 2 und der Sekundärwicklung 3. Die Primärwicklung 2 ist beispielsweise sechsphasig ausgeführt und hat Anzapfungen zur Spannungsregelung. Der Ständer 5 und Innenläufer 6 des Motors 4 sind praktisch genau so wie bei einem normalen Asynchronmotor mit Schleifringen ausgebildet. Zwischen dem Ständer und dem Läufer befindet sich der schmale Zwischenläufer 7. In dem Ausführungsbeispiel trägt der ,Zwischenläufer nur eine einzige dreiphasige Wicklung, die so geschaltet ist,- daß sie sowohl die Gleichstromerregung des Motors als auch die Dämpfung der Oberfelder übernimmt, wobei die betreffenden Ströme höherer Frequenz teilweise über die Gleichstromquelle fließen. Es köniten für diesen Zweck auch zwei getrennte Wicklungen vorgesehen werden. Diese Maßnahmen zur Dämpfung der Oberfelder sind bei kommutatorlosen Motoren, die über Entladungsstrecken aus einem Gleichstromnetz gespeist werden, an sich bekannt.

Bei normalen Stromrichtermotoren trägt der ,allein vorhandene Innenläufer die Erreger-(und Dämpfer-) Wicklung und induziert während seines Umlaufens in der Ständerwick- ⁷S lung die Wechsel- bzw. Drehspannung, die der aufgedrückten Gleichspannung das Gleichgewicht hält und für die Kommutierung der Anodenströme sorgt. Die Drehzahlregelung erfolgt durch Spannungsänderung, beispielsweise durch Änderung der zugeführten Gleichspannung oder, falls diese konstant ist, durch Änderung des Übersetzungsverhältnisses eines zwischengeschalteten Stromrichtertransformators. '

Der Zwischenläufer des erfin dungsgemäß verwendeten Motors verhält sich genau so wie der Läufer eines normalen Stromrichtermotors. Nimmt man der Einfachheit halber an, daß der Stromkreis des Innenläufers des erfindungsgemäßen Stromrichtermotors geöffnet ist, so stellen der Ständer und der Zwischenläufer einen leer laufenden Stromrichtermotor normaler Bauart dar. Wenn der Zwischenläufer angelassen ist, kann seine Drehzahl beliebig zwischen einer unteren und oberen Grenze durch Spannungsänderung geregelt werden. Bei geöffnetem Stromkreis des Innenläufers hat dessen Drehzahl keinen Einfluß; sie kann infolgedessen auch gleich null sein. Wird jedoch beispielsweise bei niedrigster Drehzahl des Zwischenläufers und stillstehendem Innenläufer dessen Stromkreis mit Hilfe eines dreipoligen Schalters unmittelbar oder über Widerstände geschlossen, so wird der Innenläufer und dadurch die Arbeitsmaschine bzw. die Lokomotive bis annähernd zur Drehzahl des Zwischenläufers beschleunigt. Durch weitere Spannungserhöhung wird dann mit dem Zwischenläufer ^no auch der Innenläufer auf höhere Drehzahlen gebracht. Der Motor verhält sich genau so wie ein Drehstromasynchronmotor,- nur daß das Drehfeld bei 'einem normalen Induktionsmotor von außen mit einer bestimmten Fre- "5 quenz zugeführt wird, während es bei dem erfindungsgemäßen Stromrichtermotor vom Zwischenläufer gebildet wird.

Um den Motor stillzusetzen, wird zunächstdie Drehzahl durch Spannungsänderung bis ¹^" ;ur unteren Drehzahlgrenze des Zwischenläufers herunter geregelt und dann der. Strom-

kreis des Innenläufers geöffnet. Dieser verzögert sich bis zum Stillstand, während der Zwischenläufer mit seiner niedrigsten. Drehzahl dauernd weiterläuft und so jederzeit für den nächsten Anlauf des Motors bereit ist. Der Zwischenläufer kann gewissermaßen als Taktgebermaschine angesehen werden, die jedoch nur aus 'einem schmalen Ring besteht, der gerade so groß ist, daß er die Wickhingen tragen kann.

Durch den Motor nach der Erfindung ist der Anlaufbetrieb insofern wesentlich vereinfacht, als er im Leerlauf erfolgen kann, weil nur der frei bewegliche Zwischenläufer auf Drehzahlen gebracht werden muß. · Ferner braucht der Anlaufbetrieb nur bei der Inbetriebnahme der betreffenden Anlage vorgenommen zu werden, da der Zwischenläufer auch bei stillstehendem Motor weiterläuft.

Dies ist gerade für Fahrzeuge mit ihrem häufigen Anlassen und Stillsetzen von Wichtigkeit. Zum erstmaligen Hochfahren des Zwischenläufers aus dem Stillstand kann eine beliebige, im Verhältnis zur Motorleistung sehr kleine Wechsel- oder Drehstromquelle dienen, wobei der Zwischenläufer zunächst als Kurzschlußläufer hochläuft und dann aus der Gleichstroniquelle erregt wird. Hat der Zwischenläufer ungefähr die Drehzahl, die der untersten Spannungsstufe des Transformators entspricht, so - kann nach Einschalten der Gleichstromerregung ohne weiteres auf den normalen Betrieb mit Stromrichter umgeschaltet werden.

Da der Zwischenläufer frei beweglich ist, können jetzt ohne weiteres mehrere Motoren von meinem Stromrichter gespeist werden. Die Zwischenläufer laufen alle synchron und werden auch zwangsläufig entsprechend dem synchronisierenden Moment parallel arbeitender Synchronmaschinen im Synchronismus¹ gehalten. Es ist infolgedessen auch ohne weiteres möglich, die verschiedenen Motoren einer Lokomotive mit Einzelachsantrieb von einem gemeinsamen Stromrichter zu speisen. Die kleinen Drehzahlunterschiede der Innenläufer der Motoren, die von der ungleichen Abnutzung der Radreifen herrühren, sind so gering·, daß sie keinen nachteiligen Einfluß auf die Lastverteilung auf die einzelnen Mo-. toren haben.

Die Drehzahl des Zwischenläufers' und damit des Motors hängt außer von der Höhe der zugeführten Spannung von der Erregung ab. Der Motor verhält sich in dieser Beziehung wie ein normaler. Gleichstrommotor. Man kann ihm deshalb- auch eine Reihenschlußcharakteristik geben, indem man . den Zwischenläufer mit einem dem Gesamtstrom proportionalen' Gleichstrom erregt. Allerdings muß darauf geachtet werden, daß auch im Leerlauf und bei stillstehendem Innenläufer eine Grunderregung vorhanden ist, um den Zwischenläufer auf der gewünschten Drehzahl zu halten.

Es ist aber auch möglich, in den Stromkreis des Innenläufers Widerstände zu schalten und dadurch dessen Anlauf zu verbessern. Veränderliche Widerstände im Stromkreis des Innenläufers stellen eine weitere Möglichkeit der Drehzahlreglung dar, die der Motor mit normalen Asynchronmotoren mit Schleifringläufern gemein hat. Bei dieser Regelung bleibt die Drehzahl des Zwischenläufers praktisch ungeändert, und es wird nur der Schlupf zwischen dem Zwischenläufer und dem Innenläufer-vergrößert bzw. verkleinert.

Eine andere Regelung des erfindungsgemäßen Stromrichtermotors ist die Kaskadenschaltung zweier Motoren mit Zwischenläufern bzw. eines Motors mit Zwischenläufer und einem normalen Asynchronmotor. Bei der Kaskadenschaltung wird der Stromkreis des Innenläufers mit dem Ständerstromkreis des Hintermotors verbunden. Bei der nächsten Drehzahlstufe werden dann die Ständer beider Motoren parallel geschaltet, oder es arbeitet nur einer von beiden Motoren, wenn die Polpaarzahlen der Motoren verschieden sind.

Eine weitere Möglichkeit der Drehzahlregelung ist noch die bei Gleichstrommotoren gebräuchliche Reiben- und Parallelschaltung mehrerer Motoreinheiten. Wie bei normalen Stromrichtermotoren ist die Drehzahl dann auch noch durch Änderung des Erregerstromes oder Verschiebung des Zündzeitpunktes des Stromrichtgefäßes möglich. Diese letzten Regelverfahren entsprechen .der Neben-Schlußregelung bzw. der Bürstenverschiebung bei Gleichstromkommutatormaschinen.

Ein weiterer Vorteil der Verwendung eines stets umlaufenden Zwischenläufers ist der Fortfall eines besonderen Steuerkommutators, da jetzt jederzeit eine Wechselspannung mit einer der Drehzahl der Motoren proportionalen Frequenz zur Verfügung steht.

Claims

Patentansprüche:

i. Über gesteuerte Dampf- oder Gasentladungsstrecken in Wechselrichterschaltung aus einem Gleichstromnetz gespeister kommutatorlöser Stromrichtermotor, insbesondere für Fahrzeugantriebe mit Hochspannungsgleichstromspeisung, dadurch gekennzeichnet, daß bereits im Stillstand des Motors in diesem durch einen auf der Motorwelle frei umlaufenden, vor der Inbetriebnahme der Anlage hochgefahrenen Zwischenläufer ein Dreh-

feld bestimmter Frequenz erzeugt wird, das die Gegenspannung gegen 'die zugeführte Gleichspannung liefert und die Kommutierung der Anodenströme bewirkt.
2. Stromrichtermotor nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß eine Wicklung des Zwischenläufers mit Gleichstrom erregt wird.
3. Stromrichtermotor nach Anspruch 1

to oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Wicklung des Zwischenläufers die Abdämpfung der vom Stromrichter herrührenden Ströme höherer Frequenz übernimmt.
4. Stromrichtermotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenläufer nur eine Wicklung hat, welche sowohl die Gleichstromerregung als auch die Abdämpfung der Ströme höherer Frequenz übernimmt.
5. Stromrichtermotor nach Anspruch 1 oder den folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß im Stillstand des Motors der Zwischenläufer mit seiner niedrigsten Drehzahl umläuft, während der Stromkreis des Innenläufers geöffnet ist.
6. Stromrichtermotor nach Anspruch 1 oder den folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl des Zwischenläufers und somit des Motors durch Spannungsänderung geregelt wird.
7. Stromrichtermotor nach Anspruch 1 oder den folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß zur Spannungsregelung der Motor selbst oder bei Speisung über einen Stromrichtertransformator dieser mit An^ zapfungen und Stufenschalter versehen ist.
8. Stromrichtermotor nach Anspruch 1 oder den folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahlregelung zwischen zwei oder mehreren Spannungsstufen durch Widerstandsänderung im Stromkreis des Innenläufers erfolgt.
9. Stromrichtermotor nach Anspruch 1 oder den folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß zur Drehzahlregelung eine Kaskadenschaltung von zwei Stromrichtermotoren mit Zwischenläufern oder von einem Motor mit Zwischenläufer und einem normalen Asynchronmotor vorgesehen ist.
10. Stromrichtermotor nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Drehzahlregelung die Reihen- oder Reihenparallelschaltung mehrerer Motoreinheiten verwendet wird.
11. Stromrichtermotor nach Anspruch, 1 oder den folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung der Drehzahl durch Änderung des Gleichstromerregerfeldes des Zwischenläufers erfolgt.
12. Stromrichtermotor nach Anspruch 1 oder den folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung der Drehzahl des Stromrichtermotors mit Hilfe der Gitter-, ⁶S steuerung des Stromrichtergefäßes erfolgt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen