DEH0001162MA

DEH0001162MA - Arrangement for electric train operation for single-phase alternating current, in which the motors are distributed as desired on the axles of the train

Info

Publication number: DEH0001162MA
Authority: DE
Inventors: Olov Stockholm Akermann
Original assignee: A. B. Hägglund & Söner, Oernsköldsik
Publication date: 1951-03-15

Description

Die Zugkraft bei einem auf Schienen laufenden Zug ist von der Reibung zwischen Triebrad und Schiene begrenzt. Wenn der Reibungskoeffizient (My)ist, wird die grösstmögliche Zugkraft <Formel>, wenn <Nicht lesbar> das Gesamtgewicht auf den Treibachsen ist.The tensile force in a train running on rails is limited by the friction between the drive wheel and the rail. If the coefficient of friction is (My), the greatest possible pulling force will be <Formula> if <Illegible> is the total weight on the driving axles.

Das möglichst schnelle Anfahren erfolgt dann, wobei, falls umlaufende Massen und innere Reibung unbeachtet gelassen werden, die grösstmögliche Beschleunigung des Zuges <Formel> wird. Mit einem verhältnismässig normalen Werte des Reibungskoeffizienten von (my) = 0,2 wird diese theoretisch grösstmögliche Beschleunigung etwa 2 m/sek(exp)2.The fastest possible start-up then takes place, whereby, if rotating masses and internal friction are disregarded, the greatest possible acceleration of the train is <Formula>. With a relatively normal value of the coefficient of friction of (my) = 0.2, this theoretically greatest possible acceleration is around 2 m / sec (exp) 2.

Falls das auf die angetriebenen Achsen entfallende Gewicht <Formel> des Zug-Gesamtgewichtes ist, wird allgemein die grösstmögliche Beschleunigung ungefähr<Formel> betragen.If the weight on the driven axles is <formula> of the total train weight, the greatest possible acceleration will generally be approximately <formula>.

Für Ortsverkehr wird gewöhnlich eine Beschleunigung beim Anfahren von etwa <Formel> benötigt, woraus folgt, dass für solche Züge n = 2 gewählt werden muss, d.h. wenigstens jede zweite Achse muss angetrieben werden. Bei modernen Untergrundbahnsystemen besteht die Tendenz, alle Achsen des Zuges anzutreiben, um die Aufrechterhaltung des Fahrplanes zu ermöglichen, auch wenn es notwendig würde, die Motoren einzelner Wagen wegen Fehlern auszuschalten, und um die notwendige Reserve zum Einholen zufälliger Verspätungen zu haben. In diesem Falle ist also n = 1.For local traffic, an acceleration of about <Formula> is usually required when starting, from which it follows that n = 2 must be selected for such trains, i.e. at least every second axle must be driven. In modern subway systems there is a tendency to drive all axles of the train in order to enable the timetable to be maintained, even if it were necessary to switch off the engines of individual cars due to errors and to have the necessary reserve to catch up with accidental delays. In this case, n = 1.

Bei solchem Ortsverkehr, der verhältnismässig schnelles Anfahren erfordert, ist deswegen Lokomotivantrieb nicht anwendbar, auch wenn nur wenige Passagierwagen an die Lokomotive angekuppelt würden. In gewissen Fällen hat man trotzdem für Orstverkehr versuchsweise Lokomotiven in Pendelzügen verwendet, wobei die Lokomotive A in der Mitte des Zuges gemäss Abb. 1 der Zeichnung angebracht worden ist. Bei dieser Anordnung und mit der dargestellten Anzahl von Wagen B bis J mit je 4 Achsen beträgt die Gesamtzahl von Achsen des Zuges 36, von denen nur 4 angetrieben werden, und daher ergibt sich für diese Anordnung nur eine niedrige Anfahrtsbeschleunigung. Zu diesem Übelstand kommt noch eine beschwerliche Rangierarbeit, um die Lokomotive in die Mitte des Zuges einzuordnen. Aus verkehrstechnischen Gründen ist es nämlich nicht erlaubt, mehr als 4 bis 5 Wagen vor der Lokomotive herauszuschieben. Der Zug ist mit einer durchgehenden Steuerleitung versehen, so dass das Steuern der Lokomotive von der vorderen Plattform (Führerstand) des ersten Wagens aus stattfinden kann.In local traffic of this type, which requires relatively quick start-up, a locomotive drive cannot therefore be used, even if only a few passenger cars were coupled to the locomotive. In certain cases, locomotives have been used on a trial basis in shuttle trains for local traffic, with locomotive A being placed in the middle of the train as shown in Fig. 1 of the drawing. With this arrangement and with the illustrated number of cars B to J with 4 axles each, the total number of axles of the train 36, of which only 4 are driven, and therefore only a low starting acceleration results for this arrangement. In addition to this inconvenience, there is also arduous shunting work to position the locomotive in the middle of the train. For traffic-related reasons, it is not allowed to push more than 4 to 5 wagons out in front of the locomotive. The train is provided with a continuous control line so that the locomotive can be controlled from the front platform (driver's cab) of the first car.

Aufgrund des oben Gesagten werden für Untergrundbetrieb sowie für anderen Innenstadt- und Vororts-Verkehr mit mehreren Wageneinheiten reine Motorwagenzüge mit einer grösseren oder kleineren Anzahl angetriebener Achsen verwendet, je nach den Verhältnissen in jedem besonderen Fall. Auch diese Züge sind mit durchgehenden Steuerleitungen versehen, so dass der ganze Zug von der vordersten Plattform des Zuges gesteuert werden kann. Bei einer solchen Anordnung muss jeder mit Motoren versehene Wagen auch mit einer vollständigen Steuerausrüstung ausgestattet sein, die eine zentrale Steuerung mittels der durchgehenden Steuerleitung ermöglicht. In dieser Weise wird die Ausrüstung verwickelt und gibt u.U. Anlass zu Betriebsstörungen.On the basis of the above, pure motor vehicle trains with a larger or smaller number of driven axles are used for underground operation as well as for other inner-city and suburban traffic with several car units, depending on the circumstances in each particular case. These trains are also provided with continuous control lines so that the entire train can be controlled from the foremost platform of the train. Such an arrangement must be anyone with motors equipped wagons can also be equipped with complete control equipment, which enables central control by means of the continuous control line. This tangles the equipment and can cause malfunction.

Dieser Übelstand macht sich in Motorwagenzügen für Einphasenwechselstrom noch mehr geltend, und deswegen hat man in gewissen Fällen eine gemeinsame Steuerausrüstung mit Transformator in einem der Wagen angeordnet, von welchem Hauptstrom auf Motoren übertragen wird, die in anderen Wagen des Zuges angeordnet sind.This disadvantage is even more prevalent in motor vehicle trains for single-phase alternating current, and for this reason, in certain cases, common control equipment with a transformer has been placed in one of the cars, from which the main current is transmitted to motors located in other cars in the train.

Ein System dieser Art kann nicht praktisch zu einer einheitlichen Anordnung ausgebildet werden, da moderne Einphasenmotoren gewöhnlich mit niedriger Spannung arbeiten, so dass sehr umfangreiche durchgehende Motorkabel erforderlich sind, die zweiadrig vorgesehen werden müssen, damit z.B. in den Rollenlagern der Wagen u.s.w. keine Stromschäden entstehen. Eine solche Anordnung ist in Abb. 2 dargestellt, worin A den mit Apparateausrüstung versehenen Wagen bezeichnet, während B, C, D usw. Wagen bezeichnen, die nur mit Motoren versehen sind. Die Regelung der Motorspannung erfolgt in diesem Fall durch einen im Wagen A angeordneten Hochspannungspartransformator für die Hochspannungsregelung in der Weise, dass dem Spartransformator 2 die Speisespannung über Stufenschalter zugeführt wird. An die vom Spartransformator 2 ausgehende, zweipolige Speiseleitung 3 sind die Motoren 4a, 4b u.s.w. fest angeschlossen. Zur Übertragung der Motorströme von einem Wagen zum anderen sind besondere Kupplungen 5 erforderlich, die für vollen Motorstrom bemessen sein müssen.A system of this kind cannot practically be made into a unitary arrangement, since modern single-phase motors usually work with low voltage, so that very large continuous motor cables are required, which must be provided with two wires, e.g. in the roller bearings of the carriages, etc. no electrical damage occurs. Such an arrangement is shown in Fig. 2, in which A denotes the apparatus-equipped car while B, C, D, etc. denote cars which are only equipped with engines. In this case, the motor voltage is regulated by a high-voltage sub-transformer arranged in the car A for high-voltage regulation in such a way that the supply voltage is fed to the autotransformer 2 via a step switch. The motors 4a, 4b, etc. are connected to the two-pole feed line 3 from the autotransformer 2 firmly connected. To transfer the motor currents from one car to the other, special couplings 5 are required, which must be dimensioned for full motor current.

Wenn in diesem Fall wie bei dem in Abb. 1 dargestellten Beispiel die Anzahl der 4-achsigen Wagen des Zuges 9 beträgt und jeder Wagen mit 2 Motoren versehen ist, jeder für eine Leistung von z.B. 300 PS und einen Anfahrstrom von 1000 Amp., so werden 18 der 36 Achsen des Zuges angetrieben gegen nur 4 beim Lokomotivantrieb gemäss Abb. 1. Die gesamte im Zuge eingebaute Motorleistung wird hierbei 5400 PS. Falls die Motoren jedes Wagens miteinander in Reihe geschaltet werden, um den Strom der Speiseleitung 3 möglichst niedrig zu halten, und wenn auch in diesem Fall der Stromabnehmerwagen A in der Mitte des Zuges eingeordnet wird, damit die Speiseleitung 3 nur der Belastung durch die halbe Anzahl Wagen ausgesetzt wird, so wird die Stromstärke jeder der zwei ausgehenden Speiseleitungen beim Anlauf 4000 Amp. bei einer höchsten Spannung der Motoren von etwa 350 Volt betragen.If in this case, as in the example shown in Fig. 1, the number of 4-axle wagons of the train is 9 and each wagon is provided with 2 motors, each for a power of e.g. 300 HP and a starting current of 1000 Amp., So 18 of the 36 axles of the train are driven against only 4 in the case of the locomotive drive according to Fig. 1. The total engine power installed in the train is 5400 HP. If the motors of each car are connected in series with one another in order to keep the current of the feed line 3 as low as possible, and if in this case the pantograph car A is placed in the middle of the train so that the feed line 3 is only burdened by half the number If the car is suspended, the current intensity of each of the two outgoing feed lines will be 4000 amps at start-up at a maximum voltage of the motors of about 350 volts.

Bei einer solchen Anordnung wird der Zugsatz derselbe wie der in Abb. 1 dargestellte, jedoch mit dem Unterschied, dass die Lokomotive durch den Stromabnehmerwagen A ersetzt ist. Dieselben Nachteile entstehen hierbei mit Rücksicht auf das Rangieren u.s.w. wie bei dem Lokomotivantrieb, wozu noch die umfangreichen durchgehenden Speiseleitungen kommen, die eine Aufteilung oder eine Zusammenkupplung des Zuges praktisch unmöglich machen ausser in Werkrstätten oder Bedienungshallen. Falls der Stromabnehmerwagen A stattdessen am Ende des Zuges angebracht wird, wird die Strombelastung der Speiseleitung 3 verdoppelt und somit beim Anlauf 8000 Amp. betragen. Eine weitere Verdoppelung der Stromstärke auf 16000 Amp. ergibt , falls mit Rücksicht auf das Gleiten der Treibachsen die Motoren eines jeden Wagens zueinander parallel geschaltet werden.With such an arrangement, the train set becomes the same as that shown in Fig. 1, with the difference that the locomotive is replaced by the pantograph car A. The same disadvantages arise here with regard to maneuvering etc. as in the case of the locomotive drive, to which there are also the extensive continuous feed lines, which make a division or coupling of the train practically impossible except in workshops or service halls. If the pantograph trolley A is instead attached to the end of the train, the current load of the feed line 3 is doubled and is therefore 8000 amps at start-up. A further doubling of the amperage to 16000 Amp. Results if the motors of each car are connected in parallel to one another, taking into account the sliding of the drive axles.

Die nachstehend beschriebene Erfindung bezweckt bei Einphasenwechselstrombetrieb die Schaltungsgrundsätze gemäss Abb. 2 zu verwirklichen ohne Inkaufnahme der Nachteile, die sonst diese Schaltung kennzeichnen, so dass auch der Stromabnehmerwagen A an beliebiger Stelle des Zuges eingeordnet werden kann und die Motoren zueinander parallel geschaltet werden können.The invention described below aims to implement the circuit principles according to Fig. 2 in single-phase AC operation without accepting the disadvantages that otherwise characterize this circuit, so that the pantograph trolley A can also be arranged at any point on the train and the motors can be connected in parallel to one another.

Diese Schaltungsgrundsätze gehen aus Abb. 3 hervor, und ein Beispiel einer Zugkupplung zeigt Abb. 4.These circuit principles are shown in Fig. 3, and an example of a pulling coupling is shown in Fig. 4.

Die mit Motoren versehenen Zusatzwagen B, C, D u.s.w. können an sich beliebig beiderseits oder auf der einen Seite des Stromabnehmerwagens A gruppiert sein. Wie bei der Schaltung nach Abb. 2 wird hier vorausgesetzt, dass sogenannte Hochspannungsregelung angewendet wird, wobei aber nur der Hochspannungstransformator 1 für sämtliche Wagen gemeinsam ist, während der Spartransformator 2 in eine Anzahl von Spartransformatoren 2a, 2b u.s.w. aufgeteilt wird, und jeder dieser Spartransformatoren Strom an ein Motorpaar liefert.The additional cars B, C, D, etc. can be grouped on either side or on one side of the current collector trolley A. As with the circuit according to Fig. 2, it is assumed here that so-called high-voltage control is used, but only the high-voltage transformer 1 is common to all cars, while the autotransformer 2 is converted into a number of autotransformers 2a, 2b, etc. and each of these autotransformers supplies power to a pair of motors.

Die Verbindung zwischen dem Hochspannungstransformator 1 und den Spartransformatoren 2a, 2b, 2c u.s.w. erfolgt mittels einer einpoligen Speiseleitung 3 durch den Zug, während die Rückleitung der Ströme unmittelbar durch die schiene erfolgt. Wenn, wie gewöhnlich bei Einphasenbahnen, die Fahrleitungsspannung 15 kV beträgt, wird sich die Spannung der durchgehenden Speiseleitung 3 zwischen diesem Höchstwerte und Null ändern. Es steht nichts im Wege, den Hochspannungsspartransformator 1 so auszuführen, dass die Speiseleitung 3 eine andere Höchstspannung führt als diejenige der Fahrleitung. Die Spannung der letzteren ist an sich beliebig.The connection between the high voltage transformer 1 and the autotransformers 2a, 2b, 2c etc. takes place by means of a single-pole feed line 3 through the train, while the return of the currents takes place directly through the rail. If, as is usually the case with single-phase railways, the contact line voltage is 15 kV, the voltage of the continuous feed line 3 will change between this maximum value and zero. Nothing stands in the way of designing the high-voltage autotransformer 1 in such a way that the feed line 3 carries a different maximum voltage than that of the contact line. The tension of the latter is in itself arbitrary.

Falls wie im vorher erläuterten Beispiel auch in dieser Anordnung der gesamte Anlaufstrom der Motoren bei einer höchsten Motorspannung von 350 Volt und einer Fahrleistungsspannung von 15 kV 16000 Amp. beträgt, wird der entsprechende Gesamtstrom der Speiseleitung 3 nur 370 Amp. betragen, welcher sich auf 9 Wagen verteilt, so dass der Speisestrom der durchgehenden Speiseleitung 3 nur 41 Amp. je Wagen betragen wird. Aufgrund seines niedrigen Wertes kann dieser Strom unmittelbar auf die Schiene übertagen werden, ohne Schaden zu verursachen, so dass also das Speisesystem durch den Zug einpolig wird.If, as in the example explained above, the total starting current of the motors with a maximum motor voltage of 350 volts and a driving power voltage of 15 kV is 16,000 amps, the corresponding total current of the feed line 3 will only be 370 amps Car distributed so that the feed current of the continuous feed line 3 will be only 41 amps per car. Due to its low value, this current can be transmitted directly to the rail without causing damage, so that the feed system becomes unipolar due to the train.

Auch wenn sämtliche an den Stromabnehmerwagen A gekuppelte Zusatzwagen mit Motoren auf einer Seite desselben angehängt sind, wird der höchste zu den Wagen zu übertragende Strom nur 330 Amp. betragen, also niedriger sein als der Strom, der von der Fahrleitung durch den Stromabnehmer abgenommen wird. Die Stromübertragung zwischen den Wagen wird hierdurch ihrer Natur nach einfacher als die Stromabnahme vom Fahrdraht und kann durch eine einfache Kontaktkupplung, z.B. in Form eines federnden Kontaktpuffers, Abb. 5, gelöst werden. In diesem Fall ist keine Kupplung von Hand erforderlich, weil die elektrischen Verbindungen innerhalb der Speiseleitung 3 bei normalem Wagenwechsel durch die ferdernden Puffer zustandekommt. Puffer, die gelegentlich keinen Strom führen sollen können z.B. mittels Druckluftsteuerung aus ihrer Arbeitsstellung gebracht werden.Even if all additional cars with motors coupled to the pantograph trolley A are attached to one side of the same, the maximum current to be transmitted to the trolleys will only be 330 amps, i.e. lower than the current drawn from the overhead contact line by the pantograph. The transmission of electricity between the wagons is therefore easier by nature than the collection of electricity from the contact wire and can be solved by a simple contact coupling, e.g. in the form of a spring-loaded contact buffer, Fig. 5. In this case, no manual coupling is required because the electrical connections within the feed line 3 are made by the transferring buffers during normal car changes. Buffers that are occasionally not supposed to carry electricity can be brought out of their working position, e.g. by means of a compressed air control.

Die übrigen Verbindungen zwischen den Wagen des Zuges, z.B. für Steuerungen beliebiger Art, Signalgabe u.s.w. werden die gleichen, die beim Lokomotivantrieb gemäss Abb. 1 nötig sind. Für Fahrtrichtungswechsel, Ausschalten des Motorstromes u.s.w. werden die üblichen, an sich bekannten Vorrichtungen vorgesehen.The other connections between the wagons of the train, e.g. for controls of any kind, signaling, etc. are the same as those required for a locomotive drive according to Fig. 1. For changing direction of travel, switching off the motor current, etc. the usual, per se known devices are provided.

Es steht nichts im Wege, in diesem System sämtliche Wagen mit Strombabnehmern zu versehen, die z.B. beim Rangieren oder, wenn die Wagen abgestellt sind, zur Abnahme der Ströme zum Heizen, zur Beleuchtung u.s.w. verwendet werden. Solche Zusatzvorrichtungen können in verschiedener, an sich bekannter und üblicher Weise ausgeführt sein.Nothing stands in the way of providing all cars in this system with electricity consumers, which can be used, for example, when maneuvering or, when the cars are parked, to draw electricity for heating, lighting, etc. be used. Such additional devices can be designed in various known and customary ways.

Falls ein führender Stromabnehmerwagen an jedem Ende des Zuges angeordnet ist, erhält man einen Pendelzug, der keiner Steuerleitungen durch den gesamten Zug bedarf.If a leading pantograph trolley is arranged at each end of the train, a shuttle train is obtained that does not require any control lines through the entire train.

Es ist selbstverständlich ohne weiteres möglich, an einen in dieser Weise zusammengesetzten Zusatz auch solche Wagen zu kuppeln, die keine Motoren haben, jedoch mit der durchgehenden Speiseleitung versehen sind, oder an das Ende des Zuges normales Wagenmaterial ohne durchgehende Speiseleitung zu kuppeln.It is of course easily possible to couple to an accessory assembled in this way also those wagons which have no motors but are provided with a continuous feed line, or to couple normal wagons without a continuous feed line to the end of the train.

Die vorgeschlagene Anordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Stromabnehmerwagen als Lokomotiven dienen und hierbei gleichzeitig die Zusatzwagen mit geregelter Hochspannung versorgen, wobei die Speisung nur durch den Hochspannungsspartransformator 1 erfolgt und zugleich begrenzt wird. Da die Ausrüstung des Stromabnehmerwagens nur einen Teil des Wagenraumes in Anspruch nimmt, kann der Wagen, wenn erwünscht - im Gegensatz zur Lokomotive - auch zu anderen nützlichen Zwecken verwendet werden, z.B. zur Personen- oder Güter-Beförderung. Diese Stromabnehmerwagen können allein gefahren werden und, wenn sie an Zusatzwagen mit Motoren und durchgehender Speiseleitung gekuppelt werden, arbeiten sie als normale Lokomotiven, jedoch mit dem Unterschied, dass nur so viel totes Gewicht an Motor- und Transformatorausrüstung mitgeführt wird, wie in jedem Fall notwendig ist. Die an den Stromabnehmerwagen gekuppeltenThe proposed arrangement is characterized in that the pantograph cars serve as locomotives and at the same time supply the additional cars with regulated high voltage, the power being supplied only by the high-voltage autotransformer 1 and being limited at the same time. Since the equipment of the pantograph car only takes up part of the car space, the car can, if desired - in contrast to the locomotive - also be used for other useful purposes, e.g. for transporting people or goods. These pantograph cars can be driven alone and, if they are coupled to additional cars with motors and a continuous feed line, they work as normal locomotives, but with the difference that only as much dead weight of motor and transformer equipment is carried as is necessary in each case is. The ones coupled to the pantograph trolley

Zusatzwagen können für gewöhnlich ausschliesslich nutzbringend verwendet werden, da die Motoren und die übrige Ausrüstung dieser Wagen im Untergestell angeordnet werden können.Additional trolleys can usually only be used profitably, as the engines and other equipment of these trolleys can be arranged in the undercarriage.

Die Aufgaben, die beim Bau von schweren Lokomotiven vorliegen, fallen bei diesem System fort, welches somit auch eine weitgehende Standardisierung und Rationalisierung und niedrige Achsdrucke im ganzen Zug ermöglicht mit den daraus folgenden Vorteilen in betriebstechnischer Hinsicht. Weil im Durchschnitt ein kleineres totes Gewicht befördert wird, ergibt sich eine grössere Wirtschaftlichkeit als bei Lokomotivantrieb. Wenn in einzelnen Motoren Fehler entstehen, können diese Motoren ausgeschaltet werden ohne nennenswerte Einbusse an Zuggeschwindigkeit. Im Gegensatz zu Systemen mit ausgesprochenem Lokomotivantrieb kennzeichnet sich dieses System durch eine grosse Beschleunigungsfähigkeit, weil immer ein grosser Teil des Zuggewichtes zur Sicherstellung der Zugkraft ausgenützt wird. Da die Zusammensetzung des Zuges an sich beliebig ist, fallen auch die Sonderaufgaben fort, die bei Lokomotivantrieb in Verbindung mit dem Verschieben von Wagen in Pendelzügen entstehen.The tasks involved in the construction of heavy locomotives are omitted with this system, which also enables extensive standardization and rationalization and low axle pressures in the entire train with the resulting advantages in terms of operational technology. Because a smaller dead weight is transported on average, the result is greater economic efficiency than with a locomotive drive. If errors occur in individual motors, these motors can be switched off without any significant loss of train speed. In contrast to systems with a pronounced locomotive drive, this system is characterized by its great ability to accelerate, because a large part of the train's weight is always used to ensure the pulling force. Since the composition of the train is arbitrary, the special tasks that arise with locomotive drives in connection with moving wagons in shuttle trains are also eliminated.

Claims

1.) Arrangement for electric train operation for single-phase alternating current, in which the motors are arbitrarily distributed on the axles of the train, characterized in that one or more of the cars is provided with pantographs, main switches and transformers as well as with the other apparatus for transforming the voltage, For example, with a tap changer equipment for the extraction of an adjustable high voltage, which is transmitted via a single-pole feed line to the additional car of the train set, and that the motors are in turn connected to this feed line via non-adjustable transformers.

2.) Arrangement according to claim 1, characterized in that the train set is additionally provided with devices for control, especially the tap changer equipment and with the necessary control lines to control the train from any other car than the current collector car.

3.) Arrangement according to claim 1, characterized in that a current collector trolley is attached to each end of the train.

4.) Arrangement according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the regulated high voltage between the car by means of electrically isolated, single-pole and known spring buffer couplings or the like. is transmitted.