DE740027C

DE740027C - Electric drive for locomotives

Info

Publication number: DE740027C
Application number: DEP83106D
Authority: DE
Inventors: Franklin Punga
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1941-10-04
Filing date: 1941-10-04
Publication date: 1943-10-09

Description

Elektrischer Antrieb für Lokomotiven , Das Gewicht und der Preis des Umformers bilden den Hauptnachteil von Umformerlokomotiven, der nur. dann in Kauf genommen werden kann, wenn an anderen Stellen genügend große Vorteile -erzielt werden. Solche Vorteile können sein: die Benutzung der für die Landversorgung dienenden Periodenzahl, weil dann ein zweites Hochspannungsnetz und eine große Anzahlzusätzlicher kleiner Kraftwerke eingespart werden können; ferner dis Benutzung der kollektorlosen, robusten und billigen Induktionsmotoren zum Antrieb. Besteht nun der Umformer aus einem Phasenspalter, der den Einphgsenstrom in Drehstrom oder Mehrphasenstrom umzuwandeln gestattet, so müssen die Antriebsmotoren- für eine größere Anzahl von :Geschwindigkeitsstufen gebaut werden, was bei Einzelachsenantrieb schwierig ist. Man kann z. B. jeden Motor mit 2 polumschaltbaren Wicklungen ausrüsten und erhält dann ¢ Geschwindigkeiten, braucht aber II Schleifringe. Die Geschwindigkeitsstufen-haben. den Nachteil, daß zwischen der höchsten und der zweithöchsten Geschwindigkeit ein zu großer .Abstand liegt (z. B. bei 4, 6,8 und 12 Polen). Die Motoren werden durch die vielen Wicklungen und Schleifringe schwer und teuer, und da die Zahl von 4 Geschwindigkeiten nur eine grobe Stufung zuläßt, ist die Anwendung auf Schnellzüge erschwert.Electric drive for locomotives, the weight and price of the converter form the main disadvantage of converter locomotives, which only. can then be accepted if sufficiently great advantages can be achieved in other areas. Such advantages can be: the use of the number of periods used for shore supply, because then a second high-voltage network and a large number of additional small power plants can be saved; Furthermore, the use of the brushless, robust and cheap induction motors for driving. If the converter now consists of a phase splitter that allows the single-phase current to be converted into three-phase or multi-phase current, the drive motors must be built for a larger number of: speed levels, which is difficult with single-axis drives. You can z. B. equip every motor with 2 pole-changing windings and then get ¢ speeds, but needs II slip rings. The speed levels-have. the disadvantage that there is too great a distance between the highest and the second highest speed (e.g. at 4, 6.8 and 12 poles). The many windings and slip rings make the motors heavy and expensive, and since the number of 4 speeds only allows a rough gradation, the application to express trains is difficult.

Die Erfindung ist gekennzeichnet durch einen als Phasenspalter wirkenden Einphasenmotor und einen Mehrphasengenerator, der einer größere Anzahl von Polen als der Motor hat und .dessen Erregung nacheinander durch Gleichstrom, mit- und gegenläufigen Mehrphasenstrom erzeugt wird.The invention is characterized by one acting as a phase splitter Single-phase motor and a polyphase generator that has a larger number of poles than the motor has and. its excitation successively by direct current, with and counter-rotating multiphase current is generated.

Nach vorliegender Erfindung wird also statt des Phasenspalters eine Motorgeneratorgruppe vorgesehen; die zwar ein wesentlich größeres Gewicht hat als der Phasenspalter, wobei man aber die Motoren außerordentlich leicht und die Zahl der Geschwindigkeitsstufen verhältnismäßig hoch machen kann. Solche Gruppen sind schon öfters vorgeschlagen oder ausgeführt worden, z. B. indem der Generator als Gleichstrommaschine und die Triebmotoren als Gleichstrommotoren ausgeführt wurden. Die Lokomotiven mit diesen Gruppen sind aber nach europäischen Begriffen zu schwer und zu teuer. \,ach vorliegender Erfindung ist die Gruppe wesentlich leichter als die Einphasengleichstromgruppe, und die Motoren wiegen nur ungefähr halb so viel wie die Gleichstrommotoren. Dieses Ergebnis ist erreicht worden, indem statt des Gleichstromgenerators ein Drehstromgenerator mit wesentlich höherer Periodenzahl als 5o gewählt wurde.According to the present invention, instead of the phase splitter, a Motor generator group provided; which has a much greater weight than the phase splitter, but the motors are extremely easy and the number the speed levels can make relatively high. Such groups are suggested several times or carried out e.g. B. by the generator as a DC machine and the traction motors as DC motors were executed. The locomotives with these groups are, however, according to European Understood too heavy and too expensive. After the present invention, the group is essential lighter than the single phase DC group, and the motors only weigh approximately half as much as the DC motors. This result has been achieved by Instead of a direct current generator, a three-phase generator with a significantly higher number of periods when 5o was chosen.

Das Gewicht eines Induktionsmotors je Kilowatt Leistung wird bekanntlich um so kleiner, je größer seine Drehzahl genommen wird. Dabei gibt es aber eine wichtige Ausnahme, die nicht immer genügend beachtet wird. Wenn mit der größeren Drehzahl die Polteilung einen bestimmten Wert überschreitet, so wächst die Rückenhöhe von Stator und Rotor sehr stark an, und die größere Drehzahl kann unter Umständen zu einer Vergrößerung des Gewichtes führen. In verstärktem Maße tritt diese Erscheinung bei Bahnmotoren auf, bei denen die Gesamtlänge vorgeschrieben ist. Die vergrößerte Polteilung führt dann selbsttätig auch zu einer vergrößerten Ausladung der Stirnverbindungen, die den Berechner zwingt, die effektive Eisenlänge zu verkleinern und dafür den Durchmesser (und damit auch die Polteilung) höher anzunehmen, als es sonst notwendig wäre. Dadurch steigt aber die Ausladung der Stirnverbindungen noch weiter an. Am auerungünstigsten liegen aber die Verhältnisse bei Bahnmotoren, die für 4 verschiedene Drehzahlen und für eine verhältnismäßig hohe Leistung (etwa 8oo bis iooo kW je Achse) zu bauen sind. Hier ist eine brauchbare Lösung noch nicht gefunden worden.The weight of an induction motor per kilowatt of power is known the smaller, the higher its speed is taken. But there is an important one Exception that is not always sufficiently taken into account. If with the higher speed the pole pitch exceeds a certain value, the back height increases from Stator and rotor very strongly, and the higher speed can under certain circumstances too lead to an increase in weight. This phenomenon occurs to a greater extent for rail engines for which the total length is specified. The enlarged Pole pitch then automatically leads to an enlarged projection of the end connections, which forces the calculator to reduce the effective iron length and instead the The diameter (and thus also the pole pitch) must be assumed to be higher than is otherwise necessary were. However, this increases the projection of the end connections even further. At the But the most unfavorable are the conditions with rail engines, which are for 4 different Speeds and for a relatively high performance (about 8oo to iooo kW per axis) are to be built. A viable solution has not yet been found here.

Wenn aber die Frequenz höher als 5o gewählt wird und gleichzeitig dde Zahl der Drehzahlen bei ein und derselben Frequenz auf zwei, und zwar auf zwei nahe aneinander liegende herabgesetzt wird, so ergeben sich sehr geringe Gewichte der Motoren je Kilowatt Leistung.But if the frequency is chosen higher than 5o and at the same time dde number of speeds at one and the same frequency on two, namely on two close to each other is reduced, the result is very low weights of the motors per kilowatt of power.

Wir betrachten zunächst eine Gruppe, deren Einphasenmotor 4polig, deren Drehstromgenerator 6polig gebaut werden. Der Einphasenmotor arbeitet bei einigen Geschivindigkeitsstufen auch als Phasenspalter, hat also eine Drehstromwicklung im Stator und eine Dämpferwicklung im Rotor, dessen Erregung am besten mit Gleichstrom ausgeführt wird, so daß der cos cT, der Lokomotive gleich oder angenähert gleich i wird. Je nachdem man die Triebmotoren an die Drehstromwicklung der einen oder der anderen Maschine angeschlossen werden, erhalten wir 5o bzw. ,~5 Perioden, wenn erstere die Frequenz der Fahrdralitspannung ist. Erfindungsgemäß soll nun die Erregung des 6poligen Generators auch vom Drehstrom ausgeführt werden. und zwar sowohl mitläufig als auch gegenläufig; dann stehen noch die Periodenzahlen 7 5 - 50 = 25 und 75 -I- 50 - 125 117 zur Verfügung, so daß also die vier Periodenzahlen 25, 50, 75 und 125 vorhanden sind. `Fenn .die Polzahlen der Triebmotoren ini Verhältnis 8 : io stehen, werden die möglichen Geschwindigkeiten der Lokomotive o, 16 v; 0,2 V: O,32 V; 0,4 v; 0,48 V; 0,6 v: o.5 v; i v sein, wobei v die höchste, d. h. zu 125 Hz und £ Polen gehörende Geschwindigkeit der Lokomotive ist. Wir erhalten also 8 günstig verteilte Drehzahlen, was einer ausgezeichneten Regelung der Zuggeschwindigkeit entspricht. Dadurch, daß die beiden Wicklungen ,der Triebmotoren zu nur wenig abweichender Polteilung führen, kann der Wickelschritt für beide Wicklungen bei bester Ausnützung gleichgemacht werden. indem die niedrigpolige Wicklung mit verkürztem Wickelschritt ausgeführt wird. Ein solcher Motor hat das Aussehen eines Motors mit einer einzigen Wicklung und eine sehr gute Ausnutzung mit bestem Wirkungsgrad imcl cos cp im Gegensatz zu Motoren, die beispielsweise für 4 Polzahlen oder für weit auseinander liegende Polzahlen entworfen werden, weil im letzteren Falle immer ein Kompromiß in bezug auf die Abmessungen des Blechl)aketes und der verschiedenen Wicklungen getroffen werden muß.We will first consider a group whose single-phase motor is built with 4 poles and its three-phase generator is built with 6 poles. The single-phase motor also works as a phase splitter at some speed levels, i.e. it has a three-phase winding in the stator and a damper winding in the rotor, the excitation of which is best carried out with direct current, so that the cos cT of the locomotive is equal to or approximately equal to i. Depending on whether the drive motors are connected to the three-phase winding of one or the other machine, we get 50 or ~ 5 periods, if the former is the frequency of the trolley voltage. According to the invention, the excitation of the 6-pole generator should now also be carried out by the three-phase current. both in parallel and in opposite directions; then the period numbers 7 5 - 50 = 25 and 75 -I- 50 - 125 117 are available, so that the four period numbers 25, 50, 75 and 125 are available. `Fenn .the number of poles of the drive motors ini ratio of 8: are io, the possible speeds of the locomotive o, 1 v 6; 0.2 V: 0.32 V; 0.4 v; 0.48 V; 0.6 v: o 5 v; iv, where v is the highest speed of the locomotive, that is, belonging to 125 Hz and £ poles. So we get 8 favorably distributed speeds, which corresponds to an excellent control of the train speed. Because the two windings of the drive motors only lead to a slightly different pole pitch, the winding pitch for both windings can be made the same with optimum utilization. in that the low-pole winding is carried out with a shortened winding step. Such a motor has the appearance of a motor with a single winding and a very good utilization with the best efficiency imcl cos cp in contrast to motors that are designed, for example, for 4 numbers of poles or for numbers of poles that are far apart, because in the latter case there is always a compromise in must be taken with respect to the dimensions of the Blechl) aketes and the various windings.

Der Rotor kann entweder als Schleifringläufer (mit 5 oder 6 Schleifringen) oder auch als Strornverdrängungsrotor (Doppelnut- oder Hochstab oder L-Stab oder Keilstab) ausgeführt werden, weil die Abstände von einer synchronen Drehzahl zur anderen klein sind. Im letzteren Falle muß natürlich dafür gesorgt werden, daß die während des L'bergangs von .einer D rehzahl zur anderen im Rotorkup f e r erzeugte Wärme abgeführt werden kann. Das kann beispielsweise so geschehen, daß der Teil eines Rotorstabes, der zwischen Eisenpaket und Endring liegt, als Ventilatorflügel ausgeführt wird, oder daß viele Ventilatorflügel an die äußere Seite des Endringes angeschweißt oder hart angelötet werden. Ein solcher Triebmotor mit Käfiganker oder Doppelkäfiganker für 125 Hz, 8- und iopolig und etwa goo kVNr Stundenleistung kann mit einem Gewicht von etwa 2,6 t ausgeführt werden (finit Schleifringrotor etwa 2,8 t). Vergleicht man eine solche Lokomotive mit einer 16J3 Hz-Lokomotive gleicher Leistung, ausgerüstet mit Einphasenkollektormotoren, so erkennt man, daß an dem Transformator etwa 7 t und an den Motoren etwa 12 t eingespart werden können; mit diesem eingesparten Gewicht kann aber die Gruppe ausgeführt werden, so daß sich das Gewicht einer solchen Lokomotive nicht höher stellen wird als das einer i62/3 Hz-Lokomotive gleicher Leistung. Was nun den Wirkungsgrad einer solchen Gruppe anbetrifft, so haben Transformator und Motor insgesamt 5 bis 6% besseren Wirkungsgrad; die Mehrverluste in der Gruppe sind aber größer, so daß in dieser Beziehung zunächst ein. Nachteil festzustellen ist. Berücksichtigt man aber; daß ,der 16=/g Hz-Strom entweder in Unterstationen mit rotierendem Umformer oder in i623 Hz-Kraftwerken erzeugt wird, die wegen der viel kleineren Leistung der Generatoren und Turbinen und wegen der Notwendigkeit der vergrößerten Reservehaltung einen schlechteren jährlichen Wirkungsgrad als die modernen Großkraftwerke der Landesenergieverteilung haben, und daß die mehrfach dazwischengeschalteten 1621"Hz-Transformatoren ebenfalls einen schlechteren Wirkungsgrad haben als die So Hz-Transformatoren, so erkennt man, daß das Bahnsystem mit der So Hz-Umformerlokomotive einen besseren jährlichen Wirkungsgrad haben wird als das i623 HZ-Bahnsystem.The rotor can either be used as a slip ring rotor (with 5 or 6 slip rings) or also as a current displacement rotor (double-groove or high bar or L-bar or Wedge bar) because the distances from a synchronous speed to the others are small. In the latter case it must of course be ensured that the generated during the transition from one speed to the other in the rotor copper Heat can be dissipated. This can be done, for example, that the part a rotor bar, which lies between the iron core and the end ring, as a fan blade running, or that many fan blades on the outer side of the end ring be welded or hard soldered. Such a traction motor with a squirrel cage armature or Double cage anchor for 125 Hz, 8- and iopole and about goo kVNr hourly output with a weight of about 2.6 t (finite slip ring rotor about 2.8 t). If one compares such a locomotive with a 16J3 Hz locomotive the same Power, equipped with single-phase collector motors, you can see that on the Transformer for example 7 t and on the engines about 12 t can be saved can; With this saved weight, however, the group can be carried out, so that the weight of such a locomotive will not be higher than that an i62 / 3 Hz locomotive of the same power. Now what the efficiency of such As far as the group is concerned, the transformer and motor are 5 to 6% better overall Efficiency; the additional losses in the group are greater, so that in this one Relationship first. Disadvantage can be determined. But if you take into account; that , the 16 = / g Hz current either in substations with rotating converters or in i623 Hz power plants are generated because of the much smaller power of the generators and turbines, and because of the need for increased reserves, a worse one annual efficiency than the modern large power plants of the state energy distribution have, and that the multiple 1621 "Hz transformers connected in between have a lower efficiency than the So Hz transformers, so recognizes one that the rail system with the So Hz converter locomotive a better annual Is more efficient than the i623 HZ train system.

Um eine Unterbrechung der zugeführten Leistung soweit wie möglich zu vermeiden, wird beim Übergang von einer Stufe zur nächsten die zweite Wicklung hinzugeschaltet, bevor die erste ausgeschaltet ist; dabei wird die Spannung etwas erniedrigt, um zu große Sättigungen der Motoren zu vermeiden. Die Motoren können sämtlich zur gleichen Zeit geschaltet werden; es kann aber auch ein Umschalten der einzelnen Motoren nacheinander erfolgen.To interrupt the supplied service as much as possible to avoid is the second winding when transitioning from one stage to the next switched on before the first one is switched off; the tension becomes something decreased in order to avoid excessive saturation of the motors. The engines can all switched at the same time; but it can also switch the individual motors one after the other.

Bei den 4polig-6poligen Umformern läßt es sich auf diese Weise erreichen, daß bei allen Umschaltungen mit Ausnahme einer einzigen eine Leistungsunterbrechung vermieden wird. Diejenige Umschaltung, die eine Ausnahme darstellt, ist der Übergang von 75 auf 125 Perioden. In diesem Falle muß .der mit Gleichstrom erregte Rotor des Generators auf Drehstromerregung umgeschaltet werden, wodurch eine, wenn auch sehr kurze Leistungsunterbrechung eintreten wird. Wenn es gewünscht wird, kann man jedoch auch hier die Leistungsunterbrechung vermeiden, wenn die Umschaltung von ,dem 75 Hz-Netz und 8poliger Wicklung auf das So Hz-Netz und eine 4polige Wicklung der Motoren erfolgt. Zu diesem Zweck .müßte der Motor die bekannte Umschaltung von 8 Polen auf 4 Pole noch zulassen. Normalerweise ist dies immer mit einer Vergrößerung der Abmessungen des Motors verknüpft. Im vorliegenden Falle, wo diese Umschaltung nur für ganz kurze Zeit aufrechterhalten zu werden braucht, ist eine wesentliche Vergrößerung der Motorenabmessungen nicht erforderlich, denn man braucht keine Rücksicht auf Erwärmung usw. zu nehmen und kann mithin die Sättigung im Statorrücken der Motoren für kurze Zeit sehr hoch wählen. Die Spannung an der Niederspannungsseite des Transformators kann auch gleichzeitig verkleinert werden.With the 4-pole-6-pole converters it can be achieved in this way, that with all switchovers with the exception of a single one power interruption is avoided. The switch that is an exception is the transition from 75 to 125 periods. In this case the rotor, excited with direct current, must of the generator can be switched to three-phase excitation, whereby one, albeit very brief service interruption will occur. If you want, you can However, here too, avoid the power interruption when switching from , the 75 Hz network and 8-pole winding to the So Hz network and a 4-pole winding the motors takes place. For this purpose, the motor would have to switch from 8 poles to 4 poles still allow. Usually this is always with a magnification linked to the dimensions of the engine. In the present case, where this switchover only needs to be maintained for a very short time is an essential one It is not necessary to enlarge the engine dimensions because you don't need to be considerate to take on heating etc. and can therefore reduce the saturation in the stator back of the motors choose very high for a short time. The voltage on the low voltage side of the transformer can also be reduced at the same time.

Das obige Beispiel der 4- und 6poligen Gruppe kann in mancherlei Weise abgeändert werden. Der Generator kann iopolig gebaut werden, so cdaß die Frequenzen 50, 75, 125 und 'r75 HZ zur Verfügung -stehen. In Verbindung mit io- und iapoligen Triebmotoren würden sich dann .Geschwindigkeiten ergeben, deren Verhältnis zur höchsten Geschwindigkeit, d.h. bei 175 Hz und io Polen, 0,24; 0,29; 0,36; 0,43; o,6; 0,71; 0,83 und i ist.The above example of the 4- and 6-pole group can be modified in a number of ways. The generator can be built with 10 poles so that the frequencies 50, 75, 125 and 75 HZ are available. In connection with io- and io-pole traction motors, speeds would then result whose ratio to the highest speed, ie at 175 Hz and io poles, 0.24; 0.29; 0.36; 0.43; o, 6; 0.71; 0.83 and i is.

Die Gruppe kann auch mit 2poligem Einphasenmotor und 4poligem Generator gebaut werden, so daß sich die Frequenzen So, ioo, und 150 in Verbindung mit io- und i2poligen Triebmotoren, die Geschwindigkeitsverhältnisse o,28; 0,33; ; o,56; o,67; 0,83 und i ergeben.The group can also be built with a 2-pole single-phase motor and 4-pole generator, so that the frequencies So, ioo, and 150 in connection with io- and i2-pole traction motors, the speed ratios o, 28; 0.33; ; o.56; o.67; 0.83 and i result.

Wird der Einphasenmotor 2polig, der Generator 6polig gebaut, so stehen die Frequenzen 5o, ioo, i5o und Zoo zur Verfügung und in Verbindung mit 12- und i4poligen Triebmotoren :die Geschwindigkeitsverhältnisse 0,21; 0,25; 0,43; 0,5;o,64; 0,75; o,86 und i.If the single-phase motor is built with 2 poles and the generator with 6 poles, the frequencies 5o, ioo, i5o and zoo are available and in connection with 12- and i4-pole traction motors: the speed ratios 0.21; 0.25; 0.43; 0.5; o.64; 0.75; o, 86 and i.

Der Bau der Generatoren, die sowohl mit Gleichstrom als auch mit Drehstrom erregbar sein müssen, erfordert besondere Überlegungen.The construction of the generators with both direct current and three-phase current Having to be excitable requires special consideration.

Bei der Drehstromerregung wird der Kraftlinienfluß im wesentlichen dadurch aufrechterhalten, daß die Rotoramperewindüngen sich wie bei einem Transformator selbsttätig mit der Belastung vergrößern. Wird die Erregung durch Gleichstrom ausgeführt, so würde bei dem verhältnismäßig kleinen Luftspalt ein sehr starker Abfall der Spannung auftreten. Um diesem Nachteil zu begegnen, wird die Erregung kompoundiert, so daß sie sich bei Belastung annähernd wie der Primärstrom eines Transformators verhält. Diese Kompoundierung kann folgendermaßen geschehen: Die Erregmaschine hat eine regelbare Fremderregung und eine dem Belastungsstrom proportionale Kompounderregung, die .dadurch erzeugt wird, daß der Wechselstrom durch Trockengleichrichter in Gleichstrom umgewandelt worden ist. Eine solche Kompoundierung ist auch schon für normale Drehstromgeneratoren vorgeschlagen worden; ihre Anwendung scheiterte aber daran, daß .der Einfloß des cos T des Belastungsstromes auf die Größe des Erregerstromes nicht berücksichtigt wird. In der Lokomotive ist dieser Nachteil aber nicht vorhanden, weil ja die Belastung durch die Triebmotoren mit bekanntem cos (p erfolgt. Es genügt also, die richtige Einstellung für die Lokomotive einmalig zu machen.With three-phase excitation, the flow of lines of force is essentially maintained by the rotor ampere windings turning like a transformer increase automatically with the load. If the excitation is carried out by direct current, so with the relatively small air gap there would be a very sharp drop in voltage appear. To cope with this disadvantage, the excitation is compounded so that under load it behaves approximately like the primary current of a transformer. This compounding can be done as follows: The excitation machine has a controllable one External excitation and a compound excitation proportional to the load current, which is generated that the alternating current is converted into direct current by dry rectifiers has been. Such a compounding is also already for normal three-phase generators has been proposed; but their application failed because the inflow of the cos T of the load current to the magnitude of the excitation current not is taken into account. However, this disadvantage does not exist in the locomotive, because the drive motors are loaded with a known cos (p. It is sufficient in other words, to make the correct setting for the locomotive unique.

Daß die Erregung, weil .mittelbar, sich etwas verzögert einstellt, ist kein Nachteil, sondern im vorliegenden Falle ein Vorteil.That the excitement arises somewhat delayed because it is immediate, is not a disadvantage, but an advantage in the present case.

Das niedrige Gewicht der Triebmotoren ermöglicht die Anwendung der Tatzenlageraufhängung bis zu wesentlich höheren Lokomotivgeschwindigkeiten als bisher.The low weight of the traction motors enables the use of the Paw bearing suspension up to significantly higher locomotive speeds than before.

Werden die Triebmotoren mit Käfig- oder Doppelkäfigrotoren ausgeführt, so werden eine oder mehrere Zwischenstufen zwischen zwei aufeinanderfolgenden synchronen Drehzahlen geschaltet zum Zwecke, die Spannung und damit die Einschaltströme und das Drehmoment zu regeln. Am besten wird die Spannungsregelung am Einphasentransformator vorgenommen.If the drive motors are designed with cage or double cage rotors, so become one or more intermediate stages between two successive synchronous The speeds switched for the purpose of the voltage and thus the inrush currents and to regulate the torque. The voltage regulation on the single-phase transformer is best performed.

Im allgemeinen liefert die Drehstromwicklung des Einphasenmotors keine symmetrische Spannung. In manchen Fällen ist diese Unsymmetrie belanglos, beispielsweise dann, wenn die Leistung (beim Anlauf auf der 5o Hz-Stufe) nur einen Bruchteil der größten. Leistung ausmacht. Da, wo eine Besserung der Symmetrie erwünscht ist, kann die Drehstromwicklung für den Leerlauf unsymmetrisch gewickelt «-erden, und zwar so, daß unter dem Einfluß der Anlauf- oder Laufverhältnisse eine symmetrische oder nahezu symmetrische Spannung entsteht. Diese Unsymmetrie kann erfindungsgemäß den einzelnen Geschwindigkeitsstufen angepaßt werden. Eine Geschwindigkeitsstufe, bei der die Erregung des .Generators im gegenläufigen Sinne erfolgt, erfordert zur Kompensation der inversen Spannung eine andere Spannung als eine durch mitläufige Erregung entstandene Geschwindigkeitsstufe.In general, the three-phase winding of the single-phase motor does not provide any symmetrical voltage. In some cases this imbalance is irrelevant, for example when the power (when starting at the 5o Hz level) is only a fraction of the biggest. Performance matters. Where an improvement in symmetry is desired, it can the three-phase winding for the no-load operation wound asymmetrically «-ground, namely so that under the influence of the starting or running conditions a symmetrical or almost symmetrical tension arises. According to the invention, this asymmetry can can be adapted to individual speed levels. One speed level at which the excitation of the .Generator takes place in the opposite sense, requires compensation the inverse voltage has a different voltage than one created by simultaneous excitation Speed level.

Diese Einstellung der Unsymmetrie kann beispielsweise durch Einschalten einer Zusatzspannung in diejenige Phase erfolgen, die nicht mit der Einphasennetzspannung verbunden ist. Die Zusatzspannung wird dadurch in Größe und Richtung einstellbar gemacht, daß eine kleine 2phasige Zusatzwicklung AnzaPfungen erhält, die eine Reihenschaltung eines Teiles der einen Phase mit einem beliebigen Teil der zweiten Phase gestatten.This setting of the asymmetry can be done, for example, by switching on an additional voltage in the phase that does not match the single-phase mains voltage connected is. The additional tension is adjustable in size and direction made that a small 2-phase additional winding receives taps that are connected in series a part of one phase with any part of the second phase.

In besonders gelagerten Fällen kann die Gruppe auch im entgegengesetzten Sinne benutzt werden, z. B. die q.- und iopolige Gruppe derart, daß die iopolige Maschine an das Einphasennetz angeschlossen und die 4polige Maschine als Generator benutzt wird. Wenn für längere Zeit nur niedrige Geschwindigkeiten benutzt werden. (z. B. für Rangieren), könnte man auf diese Weise einen besseren Wirkungsgrad erreichen; für den normalen Betrieb läßt sich diese Möglichkeit aber nicht wirtschaftlich ausnutzen, weil während des Betriebes die Drehzahl der Gruppe nicht verändert werden sollte.In special cases, the group can also do the opposite Senses are used, e.g. B. the q.- and iopole group in such a way that the iopole Machine connected to the single-phase network and the 4-pole machine as a generator is used. When only low speeds are used for a long time. (e.g. for maneuvering), a better degree of efficiency could be achieved in this way; for normal operation, however, this option cannot be exploited economically, because the speed of the group should not be changed during operation.

Der Bau und der Betrieb von Drehstrommotoren mit zwei Wicklungen und mit Schleifringläufer bereitet keinerlei Schwierigkeiten. Die Möglichkeit der Anwendung einer der bekannten Käfigankerbauarten soll noch eingehend begründet werden; es soll nachgewiesen werden, daß die bekannten Nachteile der Motoren mit Käfiganker bei Benutzung in der beschriebenen Umformerlokomotive sich vermeiden, daß sich im besonderen ein hohes Anlaufdrehmoment und ein sehr guter Wirkungsgrad bei voller Drehzahl erreichen lassen. Bei dem Anlassen eines normalen Motors mit Käfiganker ist dies nicht möglich; die Bedingung eines hohen Wirkungsgrades erfordert einen kleinen Rotorwiderstand, die Bedingung eines guten Anlaufdrehmomentes einen großen. Von der ersten Geschwindigkeitsstufe abgesehen ist aber bei obiger Lokomotive nur eine verhältnismäßig kleine Differenz, nämlich 2o bis 30°,o bis zur synchronen Drehzahl zu überbrücken, wobei sich der Käfiganker so verhält, als ob sein Widerstand 3,3- bis 5mal größer wäre. Es braucht also nur nachgewiesen zu werden, daß auch das Anlassen auf der ersten Stufe (also bis zu o,16 der höchsten Drehzahl bei .4- und 6poliger Gruppe) einwandfrei möglich ist. Das Rotorkupfer werde so entworfen, daß bei der höchsten Drehzahl und bei 9001,z-VV Stundenleistung 2,5" u Schlupf vorhanden ist. Da die erste synchrosve Drehzahl aber nur 1.`6.2s der höchsten ist, so wird der Anlauf so vor sich gehen, als ob bei normalem Drehmoment ein Schlupf von 2,5 # 6,25 = 15,6°;o vorhanden wäre. Die Anwendung des 3,5fachen Nennstroines im Rotor würde also ein Drehmoment von etwa dem 2fachen Nenndrehmoment erzeugen. Dabei würde aber nach außen nur etwa die Hälfte des Nennstromes zu beobachten sein, weil der 3,5fache Strom im Rotor etwa dem 3,2fachen Strom im Stator entspricht und weil außerdem noch das Übersetzungsverhältnis i :6.25 durch die Gruppe und die Kompensation der Blindleistung zu berücksichtigen ist. Dieser äquivalente `Viderstand der Rotorwicklung kann noch durch Käfigbanarten mit Stromverdrängung, z. B. Doppelkäfig oder Hochstab oder Keilstab, erhöht werden. Eine vorteilhafte Ausführung besteht in der Benutzung einer Zweischichtkurzschlußwicklung mit einem der niedrigen Polzahl entsprechenden Wickelschritt, um auf der ersten Geschwindigkeitsstufe eine Erhöhung des Wideistarides zü erhalten. Es lassen sich dann verhältnismäßig viele hohe, schmale Nuten anwenden, die eine ausgezeichnete Kühlung aufweisen, die den Stromverdrängungseffekt benutzen und die bei io Polen einen größeren sekundären Widerstand als bei 8 Polen ergeben. Die verhältnismäßig große Nutenzahl im Rotor ist bei einer Kurzschlußwicklung möglich, weil sich die Bildung von Schleichdrehzahlen unter dem Einfluß von Nutenhärmonischen durch geeignete Wahl des Wickelschrittes vermeiden läßt. Die schmalen und tiefen Nuten verbessern den Übergang von Wärme an die Nutenwände und gestatten ausgezeichnete' Ventilatorwirkunig der Endverbindungen. Indem der Wickelschritt sich der niedrigen Polzahl anpaßt, entsteht auf der ersten Geschwindigkeitsstufe .eine Erhöhung des Rotorwiderstandes, der sich günstig auswirkt. Die erwähnte Zweischichtkurzschlußwicklung des Rotors besteht aus geschlossenen Kupfer- oder Aluminiumspulen, welche in die offenen Rotornuten hineingelegt werden können. Im Interesse eines guten Anlaufs ist es sehr erwünscht, wenn die Verluste in der Statorwicklung so klein wie nur irgend möglich gehalten werden.The construction and operation of three-phase motors with two windings and with slip ring rotors does not present any difficulties. The possibility of using one of the known cage anchor designs should be justified in detail; It is to be demonstrated that the known disadvantages of motors with cage armature when used in the converter locomotive described are avoided, that in particular a high starting torque and very good efficiency can be achieved at full speed. This is not possible when starting a normal engine with a squirrel cage; the condition of high efficiency requires a small rotor resistance, the condition of good starting torque a large one. Apart from the first speed level, only a relatively small difference, namely 2o to 30 °, o to be bridged up to the synchronous speed, with the above locomotive, the cage anchor behaves as if its resistance was 3.3 to 5 times greater. So it only needs to be proven that starting at the first stage (i.e. up to 0.16 of the highest speed with .4- and 6-pole group) is perfectly possible. The rotor copper is designed in such a way that at the highest speed and at 9001, z-VV hourly output there is 2.5 " u slip. Since the first synchronous speed is only 1.`6.2s the highest, the start-up is like this before go as if with normal torque there was a slip of 2.5 # 6.25 = 15.6 °. The application of 3.5 times the nominal torque in the rotor would therefore produce a torque of about twice the nominal torque but only about half of the nominal current can be observed externally because the 3.5 times the current in the rotor corresponds to about 3.2 times the current in the stator and because the transformation ratio i: 6.25 by the group and the compensation of the reactive power must also be taken into account This equivalent resistance of the rotor winding can be increased by types of cage with current displacement, e.g. double cage or high bar or wedge bar a winding step corresponding to the low number of poles in order to obtain an increase in the Wideistarides at the first speed level. A relatively large number of tall, narrow grooves can then be used, which have excellent cooling, use the current displacement effect and which result in a greater secondary resistance with 10 poles than with 8 poles. The relatively large number of slots in the rotor is possible with a short-circuit winding because the formation of creep speeds under the influence of slot harmonics can be avoided by a suitable choice of the winding step. The narrow and deep grooves improve the transfer of heat to the groove walls and allow excellent ventilating of the end joints. As the winding step adapts to the low number of poles, there is an increase in the rotor resistance at the first speed level, which has a beneficial effect. The mentioned two-layer short-circuit winding of the rotor consists of closed copper or aluminum coils, which can be placed in the open rotor slots. In the interests of a good start-up, it is very desirable for the losses in the stator winding to be kept as small as possible.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Electric drive for locomotives, marked by a single-phase motor acting as a phase splitter and a multi-phase generator, which has a greater number of poles than the motor and its excitation one after the other is generated by direct current, parallel and counter-rotating multiphase current.

2. Electric Drive according to claim i, characterized in that by using motors with 2 windings or a switchable winding 8 approximately evenly distributed Speed levels are obtained.

3. Electric drive according to. Claims 1 and 2, characterized in that the two windings of the drive motors are designed with the same winding step for closely spaced numbers of poles. -4. Electric drive according to claims 1 to 3, characterized in that the drive motors receive cage, double cage or equivalent cage types based on current displacement in the rotor and that the rods between the iron core and end rings are designed as fans or fan blades are welded or welded to the outer surface of the end rings are hard soldered. 5. - Electric drive according to claim x, characterized in that the motor is 4-pole, the generator is 6-pole, where at So Hz contact wire voltage, the number of periods 25, So, 75 and i25 Hz and with 8- and iopole engines, the speeds o , 16 v; 0.2 v; 0.32 v; 0.4 v; 0.48 v; o, 6 v; o, 8 v and v result. 6. Electric drive according to claim i, characterized in that the motor is 4-pole, the generator i-pole is selected, wherein at So Hz contact wire voltage, the number of periods So, 75, i'S; 175 and in connection with io- and i2-pole traction motors the speeds o; 24 v; 0.29 v; 0.36 v; 0.43 v; o, 6 v; o, 71-v; 0.83 v and v result. -7. Electric drive according to claim i, characterized in that the motor is 2-pole, the generator 4-pole, whereby at So Hz contact wire voltage the period numbers So, 100 and 150 Hz and in connection with io- and i. 2-pole traction motors the speeds o, 28 v; 0.33 v; o; 56 v; o, 67 v; o, 83 v and v result. B. Electric drive according to claim i, characterized in that the motor is 2-pole, the generator is 6-pole, where at So Hz contact wire voltage the period numbers So, 100, 150, 'oo Hz and in conjunction with 12- and 14-pole traction motors the velocities 0.21 v; 0.25 v; 0.43 v; o, 5 v; o, 64 v; 0.75 v; o, 86 v and v result. G. Electric drive according to Claim i, characterized in that, when using drive motors with cage or double cage or equivalent armatures, regulation of the voltage supplied is provided as intermediate stages. ok Electric drive according to Claim i, characterized in that both windings of the drive motors are switched on briefly for the transitions in order to prevent interruptions in the tensile force as far as. possible to avoid. i i. Electric drive according to claim i, characterized in that the voltage on the three-phase or multi-phase winding of the phase splitter is designed asymmetrically when idling to such an extent that the voltage supplied to the traction motors is completely or approximately symmetrical when loaded Drive according to claim> i ,. characterized in that the DC excitation of the generator has a compound character. 13, electric drive according to claims r and 12, characterized in that the direct current exciter of the polyphase generator is excited partly by a controllable direct current, partly by the rectified load current, in order to obtain an excitation current of the polyphase generator which rises sharply with the load. 14. Electric drive according to claim r, characterized in that the rotor winding is designed as a two-layer short-circuit winding. 15 Electric drive according to claim zq., Characterized in that the Z-winding step of the short-circuit winding is adapted to the low number of poles. 16. Electric drive according to claim rd and 1 5, characterized in that an increase in the rotor resistance by current displacement, an easier transfer of heat to the rotor sheets and an improved fan winding of the end connections is achieved by choosing thin and high conductors. 17. Electric drive according to claim z and 5, characterized in that the 8-pole winding can be switched to q. Follow-up is made and that at the transition from 75 periods to 125 periods an intermediate circuit is provided for 50 periods and 1-pole winding, which only serves the purpose of avoiding the power interruption.