DE745317C

DE745317C - Circuit for alternating current railway motors

Info

Publication number: DE745317C
Application number: DES144007D
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Lothar Mirow
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1941-02-12
Filing date: 1941-02-12
Publication date: 1944-03-24

Description

Schaltung für Wechselstrom-Bahnmotoren Es ist bekannt, Wechsel.stromreihenschlußmotoren für Fahrzeuge zur Abbremsung und Stromrückgewinnung in der Weise zu verwen;den, daß beim Bremsbetrieb der Ankexstronrkreis und der Erregerstromkreis gesondert an den Regeltransformator angeschlossen werde, wobei sich eine Nebenschlußerregung der Motoren ergibt. Zur Herstellung der richtigen Phasenlage des Feldes wird dabei in den Erregerstromkreis ein Kondensator eingeschaltet.Circuit for AC traction motors It is known, AC series motors to use for vehicles for deceleration and power recovery in the manner; that during braking the Ankexstronrkreis and the excitation circuit on separately connected to the regulating transformer, with a shunt excitation of the engines. In order to produce the correct phase position of the field A capacitor is switched into the excitation circuit.

TJm eine günstige Kennlinie beirr Bremsbetrieb zu erzielen, ist ferner bei derartigen Fahrzeugen beim Nutzbremsbetrieb eine Kopplung zwischen dem Anker- und Erregerstromkreis angewendet worden. Diese Kopplung wird mit Hilfe eines Transformators erreicht, dessen eine Wicklung in den Ankerstromkreis, dessen andere Wicklung- in den im Nebenschluß an den Regeltransformator angeschlossenen Erregerstromkreis @eingeschaltet ist. Bei einer bekannten Schaltung dieser Art wird der beim Bremsbetrieb zur Erzielung von Verbundkennlinien.Vorgesehene Kopplungstransformator dazu veYwendet, auch beim Fahrbetrieb den Kondensator an den Motorenstromkreis anzukoppeln. Da bei dieser Schaltung die Reihenschlußfeldwicklungen beim Fahrbetrieb unmittelbar in den Motorstromkreis eingeschaltet sind und infolgedessen für die großen Ankerströme bemessen werden müssen, ist zur Erzielung günstiger Abmessungen de`s Kondensators noch ein besonderer Kopplungstransformator für den Kondensator vorgesehen, durch den sowohl beim Fahrbetrieb wie beim. Bremsbetrieb die Spannung an dem Kondensator erhöht bzw. die diesen durchfließenden Ströme herabgesetzt lverden. Um die erforderlichen Umschaltungen für die Herstellung der Fahrschaltung bzw. Bremsschaltung- zu bewirken, ist bei dieser Anordnung eine größere Anzahl von Schaltern erforderlich, .die zum großen Teil für die hohen Ankerströme bemessen werden müssen.TJm to achieve a favorable characteristic during braking operation is also in such vehicles during regenerative braking a coupling between the armature and excitation circuit has been applied. This coupling is done with the help of a transformer reached, one winding in the armature circuit, the other winding in the excitation circuit connected in the shunt to the regulating transformer @ is switched on is. In a known circuit of this type, the braking operation is used to achieve of composite characteristics. Intended coupling transformer used for this purpose, also with Driving operation to couple the capacitor to the motor circuit. Since with this The series field windings are switched directly into the motor circuit when driving are switched on and are therefore rated for the large armature currents must, is a special one to achieve favorable dimensions of the capacitor Coupling transformer for the capacitor provided by both when driving like with. Braking operation increases the voltage across the capacitor or the voltage flowing through it Currents are reduced. To make the switchings required for manufacture To effect the driving circuit or braking circuit is one in this arrangement Larger number of switches required, most of which are used for the high armature currents must be measured.

Gegenstand der Erfindung ist eine wesentlich günstigere Schaltung für Wechselstrom-Bahnmotoren, die beim Fahrbetrieb in Reihenschlußscbaltung und beim Bremsbotrieb in hebenschlußschaltung .der Felder betrieben -werden, mit einer durch transformatorische Kopplung zwischen Ankerstromkreis und Feldstromkreis bewirkten Kompoundierung beim Bremsbetrieb und einem bei der Bremsung in den Nebenschlußerregerstromkreis eingeschaltüten und beim Fahrbetrieb im Ankerstromkreis wirksam gemachten Kondensator. Ez-finduiigsgemäß zeichnet sich diese Schaltung dadurch aus, daß durch den "-]eichen Reihentransformator beim Fahrbetrieb der einen Kondensator aufweisende geschlossene Erregerstromkreis der Feldwicklung induktiv mit dem Ankerstromkreis gekoppelt wird, der beim Bremsbetrieb ohne Änderung seiner Schaltung eine Kompoundierung bewirkt, wobei der Stromkreis der Feldwicklung in Nebenschluß an den Transformator angeschlossen ist.The subject of the invention is a much cheaper circuit for AC traction motors that are connected in series when driving and when the brake is operated in the toggle switch. of the fields -be operated, with a caused by transformer coupling between armature circuit and field circuit Compounding during braking and one during braking in the shunt exciter circuit switched on and activated capacitor in the armature circuit when driving. According to the invention, this circuit is characterized by the fact that the "-] calibration Series transformer when driving the closed one having a capacitor The excitation circuit of the field winding is inductively coupled to the armature circuit, which causes a compounding during braking without changing its circuit, the field winding circuit being shunted to the transformer is.

Im folgenden soll die Erfindung näher an Hand eines Ausfiihrungsbeispieles erläutert werden, dessen Schaltschema Fig. i wiedergibt: T ist der Fahrzeugtransformator, der vorzu- in Sparschaltung ausgeführt ist. Primärseitig wird dieser Transformator beispielsweise über den Fahrdraht an die speisende Stromquelle angeschlossen. M bedeutet einen Fahrmotor, dessen Motoranker mit Ma und dessen Feldwicklung mit M, bezeichnet ist. Der Motoranker ill" wird mittels des Regell>on.talz>tes V an eine veränderliche, von den Anzapftingen des Transformators T abgenommene Spannung UI angeschlossen. C bedeutet einen Reihentransformator, dessen Wicklungen mit Cl und C@ bezeichnet sind. I< ist ein Kondensator, der mit der FeldwicklungM, in Reihe geschaltet ist. R schließlich bedeutet einen Ohmschen Widerstand, der zu der Wicklung C; des Reihentransformators C parallel geschaltet werden kann. Ferner sind eine Anzahl von Schaltern Si, S"."93 vorhanden. Diese Schalter dienen zur Umgruppierung der einzelnen Eleine.nte der Schaltung bzw. zur Herstellung der Fahrschaltung oder der Bremsscbaltung. Die RTirkungsweise der Schaltung ist folgende: Beim Fahrbetrieb wird allein der Schalter S. geschlossen. Der Motor Al arbeitet als Reihenschlußniotor. Hierbei wird die Feldwicklung-,11, die mit dem Kondensator l( in Reihe geschaltet ist, induktiv mit dem Ankerstromkreis mit Hilfe des Reihentransformators C gekoppelt. Bei Herstellung d:er Bremsschaltung werden lediglich der Schalter S, ausgeschaltet und außerdem die Schalter S1 und S,, eingeschaltet. Der Ankerstroinkreis des Motors l'll bleibt in diesem Falle völlig unverändert. Der Erregerstromkreis wird nunmehr über den SchalterSl an die vom Regeltransformator abgegriffene Spannung U. angelegt. Ferner wird zu der Wicklung C. des Transformators C der Widerstand R parallel geschaltet. Der Transformator C wirkt bei dieser Schaltung ausschließlich als Kompoundierungstransformator, so daß die Erregung der Feldwicklung M, außer von der unveränderlichen Spannung LT= auch von dem Ankerstrom Ja abhängig ist.The invention is to be explained in more detail below with reference to an exemplary embodiment, the circuit diagram of which is shown in FIG. On the primary side, this transformer is connected to the supplying power source via the contact wire, for example. M means a traction motor, the motor armature of which is marked Ma and the field winding of which is marked M. The motor armature ill "is connected to a variable voltage UI taken from the taps of the transformer T by means of the rule>on.talz> tes V. C means a series transformer, the windings of which are labeled Cl and C @. I <is a capacitor , which is connected in series with the field winding M. Finally, R denotes an ohmic resistance which can be connected in parallel to the winding C; of the series transformer C. There are also a number of switches Si, S "." 93. These switches serve For regrouping the individual elements of the circuit or for producing the driving circuit or the braking circuit. The operating mode of the circuit is as follows: During driving operation, only switch S. is closed. The motor A1 works as a series motor , which is connected in series with the capacitor l (, inductively coupled to the armature circuit with the help of the series transformer C. When making d: er Braking circuit only the switch S, switched off and also the switches S1 and S ,, switched on. The armature circuit of the motor l'll remain completely unchanged in this case. The excitation circuit is now applied to the voltage U. tapped off by the control transformer via the switch S1. Furthermore, the resistor R is connected in parallel to the winding C. of the transformer C. In this circuit, the transformer C acts exclusively as a compounding transformer, so that the excitation of the field winding M is dependent on the armature current Ja in addition to the invariable voltage LT =.

Die den Gegenstand der Erfindung bildende Schaltung zeichnet sich durch eine Anzahl von bedeutenden Vorteilen aus. In erster Linie ist darauf liinzuweisen, daß die Umschaltung von Fahrbetrieb, auf Bremsbetrieb denkbar einfach ist. Insgesamt sind für die Umschaltung nur drei Schalter erforderlich, die für verhältnismäßig kleine Ströme bemessen werden können. Dies ist dadurch begründet, daß bei der erfindungsgemäßen Schaltung die Feldwicklung M, für eine hohe Spannung, beispielsweise eine Spannung von 5oo Volt, gewickelt werden kann. Ebenso wie die Umgruppierungsschütze S, bis &, können auch die für die Fahrtrichtungsumkehr vorgesehenen, nicht dargestellten, im Erregerstromkreis liegenden Schütze bei der erfindungsgemäßen Schaltung für kleine Ströme ausgeführt werden. Wesentlich ist für die den Gegenstand der Erfindung bildende Schaltung auch, daß beim Übergang von dein Fahrbetrieb auf Bremsbetrieb im Ankerstromkreis selbst überhaupt keine Umschaltungen vorgenommen zu werden brauchen. Lediglich im Erregerstromkreis ist es erforderlich, beim Übergang auf Bremsbetrieb einen für kleine Ströme bemessenen Schalter zu öffnen und einen andcren Schalter zu schließen. Ist zu dem Kopplungstransformator noch ein Kopplungswiderstand R parallel geschaltet, so tritt hierzu ebenfalls noch die Schließung einrs dritten Schalters.The circuit forming the subject of the invention is distinguished have a number of significant advantages. First and foremost, it should be pointed out that that switching from driving to braking is very easy. All in all only three switches are required for switching, which are for proportionately small currents can be measured. This is due to the fact that in the inventive Circuit the field winding M, for a high voltage, for example a voltage of 500 volts, can be wound. Just like the regrouping shooters S, bis &, can also be used for reversing the direction of travel, not shown, in the excitation circuit in the circuit according to the invention for small contactors Streams are running. Is essential for the subject matter of the invention Circuit also that the transition from your driving mode to braking mode in the armature circuit no switchings at all need to be made. Only in Excitation circuit, it is necessary for the transition to braking operation one for to open a switch measured by small currents and to close another switch. If a coupling resistor R is connected in parallel to the coupling transformer, a third switch is also closed for this purpose.

Weiter hat die Anordnung nach der Erfindung den Vorteil zur Folge, daß gegenüber der vorerwähnten bekannten Schaltung ein besonderer Koppl.ungstransforinator für den Kondensator in Wegfall kommt. Infolge der Ausbildung des Erregerstromkreises, in dem der Kondensator beim Fahr- und Bremsbetrieb unverändert mit der für eine hohe Spannung bemessenen Feldwicklung in Reihe liegt, kann der Erregerstronikreis in der Regel stets unmittelbar in die Erregerspannung U. angeschlossen «-erden. Hervorzuheben ist feiner, daß bei der erfindungsgemäßen Schaltung auch der Kompoundierungstransformator C ge-enülxr der obenerwähnten bekannten Schaltung verri,ngeroe %bmessungen erhält. Der Kompoundierungstransformator C braucht im wesentlichen nur für die Wirkleistung des Erregerstromkreises bemessen zu werden: Demgegenüber muß bei der bekannten Schalturig der Kompoundierungs:transformator für die volle Blindleistung -des Kondensators heim Fahrbetrieb bemessen sein.Furthermore, the arrangement according to the invention has the advantage that that compared to the aforementioned known circuit a special Koppl.ungstransforinator for the capacitor is omitted. As a result of the formation of the excitation circuit, in which the capacitor during driving and braking is unchanged with that for a high voltage rated field winding is in series, the electronic excitation circuit can usually always connected directly to the excitation voltage U. «-earth. It should be emphasized that the compounding transformer is also used in the circuit according to the invention C corresponding to the above-mentioned known circuit is reduced in size. The compounding transformer C essentially only needs for the active power of the excitation circuit to be measured: In contrast, must be the well-known Schalturig the compounding: transformer for full reactive power -the capacitor must be dimensioned for driving.

Wird in der in Fig. i gezeigten Weise beim Bremsbetrieb der Widerstand 12 -zu der Wicklung C. des Kopplungstransformators in bekannter Weise parallel geschaltet, so äaß also die Kopplung durch. diesen,von dem Erregerstroan und :dem transformierten Ankerstrom durchflossenen Widerstand bewixkt wird, so ergibt sich außerdem noch ein. hinsichtlich der Bremskennlinien sowie des Leistungsfaktors wesentlich günstigeres Betriebsverhalten.In the manner shown in Fig. I during braking operation, the resistance 12 - connected in parallel to winding C. of the coupling transformer in a known manner, so ate the coupling through. these, from the pathogen flow and: the transformed Armature current flowing through resistance is bewixkt, so there is also still a. much cheaper in terms of the braking characteristics and the power factor Operating behavior.

Vorteilhafteriveise sind der Kondensator K tmd die Induktivität L der Feldwicklung lble so abgestimmt, daß Resonanz vorliegt, also co2LC = i ist (C =Kapazität des Kondensators). Zur Exzielung .bestimmter Bremskennlinien können _ in den . Alikerstrom- -und in den Erregerstromkreis noch zusätzliche ImpedanzenZl und Z2 eingeschaltet werden. Die Kopplungsschaltung kann an sich in verschiedener Weisse geändert werden, beispielsweise kann der Widerstand R ganz in Fortfall :kommen. .Advantageously, the capacitor K and the inductance L of the field winding lble are tuned in such a way that there is resonance, that is to say co2LC = i (C = capacitance of the capacitor). In order to identify .specific braking characteristics, _ in the. Alikerstrom- - and in the exciting circuit additional ImpedanzenZl and turned on Z2. The coupling circuit itself can be changed in various ways, for example the resistor R can be omitted entirely. .

Fig.2 der Zeichnung zeigt schematisch nach eine Schaltung für ein mehrmotoizges Fahrzeug, bei der zwei Motorengruppeu I und II vorhandnen sind. Bei dieser Schaltung ist die Wicklung C, des Kompoundierungstransformators C in zwei Teile Qa und Cfv aufgelöst, die in je einem der Motorstromzweige I und II eingeschaltet sind. Die Feldwicklungen sämtlicher Motoren sind bei. dieser Anordnung in Reihenschaltung angeordnet; im übrigen ist die Schaltung gegenüber der Anordnung nach Fig. i unverändert. Bei dieser Schaltung ergibit sich infolge der induktiven Kopplung der Wicklungsteile Cta und CIb, daß die sichädlichen Wirkungen beim Schleudern eines Motors vermieden bzw. herabgesetzt werden und daß ein Stromausgleich vorhanden ist.Fig.2 of the drawing shows schematically according to a circuit for a Mehrmotoizges vehicle with two engine groups I and II are available. at of this circuit is the winding C, of the compounding transformer C in two Parts Qa and Cfv resolved, each switched on in one of the motor current branches I and II are. The field windings of all motors are at. this arrangement in series connection arranged; Otherwise, the circuit is unchanged compared to the arrangement according to FIG. This circuit results from the inductive coupling of the winding parts Cta and CIb that the harmful effects of spinning an engine are avoided and that there is a current equalization.

Eine vorteilhafte Abänderung der dargestellten Schaltungen ist noch in der Weise möglich, daß an Stelle eines Zweiwzcklungstransformators -ein, Spaxtransformaror vargesehen werden kann. Unter Umständen kann es auch vorteilhaft sein, das Übersetzungsverhältnis des Transformators C bei den verschiedenen Betriebsarten oder sogar während -der einzelnen Betriebsarten veränderlich zu machen.An advantageous modification of the circuits shown is also possible in such a way that instead of a dual-circuit transformer, a Spaxtransformaror can be seen. Under certain circumstances it can also be advantageous to make the transformation ratio of the transformer C variable in the various operating modes or even during the individual operating modes.

Die Schaltung :gemäß Fig.2 kann vorteilhafterweise auch so ausgeführt werden, daß die Erregerwicklungen in zwei. Gruppen angeordnet si,Id. Es wird hierdurch möglich gemacht, ohne weiteres eine Motorgrpppe einschließlich der zugehörigen Felder abzuschalten. Selbstverständlich weisen in diesem Falle die Erregerstromkreise je einen Kondensator auf.The circuit: according to FIG. 2 can advantageously also be carried out in this way be that the excitation windings in two. Groups arranged si, Id. It becomes through this made possible, easily a motor group including the associated fields switch off. Of course, in this case, the excitation circuits each a capacitor.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Circuit for AC traction motors that are operated with series circuit during driving and with shunted fields during braking, with a compounding caused by transformer coupling between armature circuit and field circuit during braking and with a capacitor connected to the shunt excitation circuit, or also during driving in Armature circuit is made effective, characterized in that the same series transformer during driving operation of the closed excitation currentluleis of the field winding inductively coupled with the armature circuit, which causes a compounding during braking without changing its circuit, the circuit of the field winding being shunted to the Transformer is connected.

2. A circuit according to claim i, characterized in that the parallel to one of the windings of the compounding transformer during braking switched resistance when driving by a. Switch is turned off.

3. A circuit according to claim i, characterized in that for regrouping the power lines at the driving bziv. Braking operation, two switches are provided, one of which is used during driving to close the series excitation circuit containing the motor field winding and a capacitor and coupled to the armature circuit via the series transformer, while the other during braking operation after opening the first-mentioned switch, the one with the capacitor field winding connected in series to a tap of the regulating transformer. q .. Circuit according to claim i and following, characterized in that the parts of the closed excitation circuit (the field winding and the capacitor) which are connected in series unchanged during driving since the series connection characteristic and during braking operation with shunt characteristic and compounding enable high, favorable dimensions of the capacitor The voltage is measured and tuned in a manner known per se so that the resonance conditions are met for the excitation circuit. 5. A circuit according to claim i, characterized in that when several groups of motors are present, the winding of the coinpounding transformer through which the armature current flows is resolved into several branches which are each connected in series with one of the groups of motors. 6. A circuit according to claim i and following, characterized in that the series transformer (C) is designed as an autotransformer. 7. A circuit according to claim i and following, characterized in that the transmission ratio of the series transformer is variable. B. A circuit according to claim i and the following, characterized in that variable impedances are optionally switched on in the armature circuit and in the excitation circuit. 9. A circuit according to claim i and following, characterized in that during regenerative braking operation, a coupling resistor is connected in parallel to the winding of the coupling transformer in the excitation circuit. i o. Circuit according to claim i and following, characterized in that the reversing switches serving to reverse the direction of travel are switched on in the excitation circuit carrying only small currents. To distinguish the subject of the application from the state of the art, the following publications were considered in the granting procedure: Austrian patent specification. No. 133 361; German patent specification ...... - 669874.