Elektrische Lokomotive für die Speisung mit Einphasenwechselstrom. FürEinphasenwechselstromlokomotiven ist wiederholt versucht worden, den Antrieb mit Einphasenwechselstrommotoren durch einen Antrieb mit Motoren einer andern Stromart zu ersetzen. So hat man z. B. den aus der Fahrleitung entnommenen Einphasenwechsel- strom in Mehrphasenwechselstrom umgeformt und damit Mehrphaseninduktionsmotoren ge speist. Diese Motoren haben eine einfachere Bauart als Einphasenwechselstrommotoren, sind jedoch nur beschränkt regelbar.
In an dern Lokomotiven wird der @ Einphasenwech- selstrom in Gleichstrom umgeformt. Gleich strommotoren zeichnen sich durch gute Regel barkeit aus und sind hinreichend durchgebildet, so dass ihr Kollektor im Betriebe weniger Schwierigkeiten bereitet, als dies in vielen Fällen bei den Wechselstromkollektormasehi- nen der Fall ist. Die bisherigen Umformer lokomotiven haben aber den in sie gesetzten Erwartungen nicht voll entsprochen.
Die Erfindung betrifft ebenfalls eine Ein phasenwechselstromlokomotive, auf der eine Umformung des der Fahrleitung entnomme nen Wechselstromes in Gleichstrom stattfindet, und zwar wird erfindungsgemäss der Einpha senstrom zuerst in einem Einphasenmehrpha- senumformer in Mehrphasenstrom umgewan delt und der erhaltene Strom einem Mehr phasenstrom - Gleichstrom - Ei nankerumformer zugeführt, der seinerseits die Gleichstrom triebmotoren speist.
Die Zeichnung enthält zwei Ausführungs beispiele der Erfindung. In Fig. 1 ist das Schaltbild einer Umformerlokomotive darge stellt, bei der die Triebmotoren durch einen Einphasenkaskadenumformer gespeist werden. Hier dient also zur Umformung des Fahr leitungsstromes in Mehrphasenstrom eine Asyn- chronmaschine, an deren offene Läuferwick lung die Kollektorwicklung eines Einanker umformers in Kaskade angeschlossen ist.
Es bedeutet a den Ständer des Asynchronteils, dessen Primärwicklung b unmittelbar an der Hochspannungsfahrleitung liegt. c ist der Läu fer, dessen der Einfachheit halber dreiphasig dargestellte Wicklung d auf der einen Seite über drei Schleifringe an den Anlasser e an geschlossen und auf der andern Seite mit der geschlossenen Kollektorwicklung f des Einankerumformers h. verbunden ist. Hierzu dienen durch die gemeinsame Welle beider Maschinen geführte Verbindungsleitungen.
Zweckmässig wird die Läuferwicklung d nicht dreiphasig, sondern etwa sechs- oder zwölf- phasig, im allgemeinen vielphasig, ausgeführt, was für den Betrieb des Einankerumformers günstig ist. Die Verbindungen der Wicklung f' mit dem zugehörigen Kollektor g sind der Übersicht halber nicht eingezeichnet. Der Ständer h. des Einankerumformers hat zwei verteilte Gleichstromwicklungen. Eine von ihnen (i) erregt das Hauptfeld und wird von den Bürsten des Kollektors g in Eigenerre gung gespeist.
Die zweite Wicklung 1s dient als querfelderregende Wicklung zum Regeln der Gleichspannung des Einankerumformers und wird von einer Hilfsmaschine l gespeist. Ausserdem trägt der Ständer h. noch eine Dämpferwicklung 7n, die beispielsweise in Form eines Kupferzylinders irr den Luftspalt der Maschine gelegt werden kann. Die Re gelung der Triebmotoren 72 geschieht durch Ändern der Kollektorspannung des Unifor mers oder auch durch Feldregelung an den Motoren selbst.
Die erwähnte Eilfs- erregerrnascbine l dient zugleich zum Spei sen der Erregerwicklungen o der Trieb motoren.
Die nähere Untersuchung dieser Anord nung zeigt, dass. sie durchaus betriebsfähig ist und der Einankerumformer unter günstigen Bedingungen arbeitet. Infolge der Kaskaden schaltung erhält er auf der Weclrselstrorn- seite bei 50-periodigenr Fahrleitungsstrom, zweipolige Maschinen vorausgesetzt, nur 25 Perioden. Er kann übererregt werden und Magnetisierungsstrom an den Asynchronläufer abgeben, so dass der Leistungsfaktor cos <B>9</B> an der Fahrleitung auf l gebracht werden kann.
Es zeigt sich ferner, dass die in Einphasen maschinen sonst auftretenden störenden Dreh feldkomponenten bei dieser Anordnung in ge ringem Masse zur Geltung kommen und dass für die Stromwendung im Einankerumformer wesentlich günstigere Verhältnisse als bei den üblichen Wechselstromkollektormaschinen be stehen. Für den Lokomotivbetrieb ergeben sieh als besondere Vorteile die verlustlose und feinstufige Regelung der Triebmotoren in einem praktisch stetigen Regelbereich bei beliebigere Drehmoment, ohne besonderen Auf wand an Hilfseinrichtungen, ferner die Lei stungsrückgewinnung bei Talfahrt und zu gleich eine zuverlässige feinstufige elektrische Bremsung.
Das Anlassen des Kaskadenum- formers geschieht durch den Anlasser e mit- telst einer in der Zeichnung nicht wiederge gebenen Hilfsphase. Hat der Umformer die synchrone Drehzahl erreicht, so werden die Schleifringe kurzgeschlossen.
Für Lokomotivantriebe ist es von gro sser Wichtigkeit, mit möglichst geringem Maschinengewicht auszukommen. Hierzu ist. in erster Linie hohe Drehzahl der Maschinen erforderlich. Es wird daher zweckmässig so wohl die Asynchronmaschine als auch der Einankerumformer zweipolig ausgeführt. Man erreicht aber bei dieser Anordnung bei einer Fahrleitungsfrequenz von 50 Perioden nur eine Drehzahl von 1500. Das im Nachstehen den erläuterte und in Fig. 2 im Schaltbild dargestellte Ausführungsbeispiel enthält nun eine Anordnung, die bei der gleichen Perio denzahl reit 3000 Umdrehungen in der Minute betrieben werden karre.
Es liegt wieder die Zusammenstellung einer Asynchronmaschine und eines Einankerumformers vor, doch dient als Asy nchronmaschine ein sogenannter Spalt phasenumformer oder Phasenspalter, wie er z. B. im D R P<B>96970</B> von Arno grundsätz lich beschrieben worden ist. Die Läuferwick lung f' des Einankerumformers ist nicht an die Läuferwicklung (t der Asynchronmaschine, sondern an eine eigene Ständerwicklung p derselben über Schleifringe angeschlossen und die beiden Läufer sind gekuppelt.
Die Wick lung d des Asynchrorrläufers c ist in gewöhn licher Weise über Schleifringe mit dem An lasser e verbunden. Der Ständer a enthält eine einphasige Primärwicklung b für den An schluss an die Fahrleitung. Die dieser ent- nommene Leistung wird also durch Transfor mation in den die mehrphasigen Wicklungen <I>p</I> und<I>f</I> enthaltenden Stromkreis übertragen. Die in der Asynchronmaschine durch die ein phasige Speisung auftretenden störenden Dreh feldkomponenten laufen entgegen der Dreh richtung des Läufers um und werden daher durch die Wicklung d wirksam abgedämpft.
Zur Spannungsregelung könnte auch hier neben der Haupterregerwicklung i eine Quer felderregerwicklung (1c in Fig. 1) angebracht sein. Es könnte auch die Schleifringspannung des Einankerumformers durch Umschalten der Mehrphasenwiuklung p verändert werden. So ergeben sich beispielsweise bei einer Sechs phasenwicklung durch Parallel- oder Serien schaltung von Wicklungszweigen drei ver schiedene Spannungsstufen.
Es kann hierbei die den Gleichstrommo toren zuzuführende Bürstenspannung praktisch auf einen Bruchteil ihres Höchstwertes herab gesetzt werden. Es ist also ein sanftes An fahren der Triebmotoren ohne weiteres mög lich. Diese sind in Abb. 2 als Reihenschluss- motoren dargestellt, wobei eine besondere Hilfserregermaschine entfällt. Der Ständer des Einankerumformers enthält, wie in Fig. 1 eine Dämpferwicklung m.
Auch bei dieser Ausführungsform steht die Stromwendung unter den gleich günstigen Bedingungen wie bei dem gewöhnlichen Sechs phasenumformer und da die Zusammenstellung nur bekannte bewährte Maschinengattungen enthält, lässt diese Umformung von Einpha senstrom auf Gleichstrom keine Schwierig keiten befürchten. Führt man die nicht akti ven Teile des Maschinensatzes aus Aluminium guss aus, so ist es möglich, die Maschinenge wichte anderer Lokomotivumformungssysteme zu unterschreiten. Die Anordnung nach Fig. 2 ist übrigens in ihrer Anwendung nicht auf Fahrzeugantriebe beschränkt, sondern kann in manchen Fällen auch für ortsfeste Antriebe in Frage kommen, obwohl für diese im Ge gensatz zu Fahrzeugantrieben in der Regel einfachere Mittel zur Verfügung stehen.
Electric locomotive for single-phase alternating current supply. For single-phase alternating current locomotives, attempts have repeatedly been made to replace the drive with single-phase alternating current motors by a drive with motors of a different type of current. So one has z. For example, the single-phase alternating current taken from the contact line is converted into multi-phase alternating current and thus fed to multi-phase induction motors. These motors have a simpler design than single-phase AC motors, but can only be regulated to a limited extent.
In one of the locomotives, the @ single-phase alternating current is converted into direct current. DC motors are characterized by good controllability and are adequately developed so that their collector causes fewer difficulties in operation than is the case in many cases with AC collector masses. However, the previous converter locomotives have not fully met the expectations placed on them.
The invention also relates to a single-phase alternating current locomotive on which the alternating current taken from the contact line is converted into direct current, namely according to the invention the single-phase current is first converted into multi-phase current in a single-phase multi-phase converter and the current obtained is converted into multi-phase current - direct current - Ei armature converter, which in turn feeds the DC traction motors.
The drawing contains two execution examples of the invention. In Fig. 1 the circuit diagram of a converter locomotive is Darge provides, in which the traction motors are fed by a single-phase cascade converter. An asynchronous machine, to whose open rotor winding, the collector winding of a single-armature converter is connected in cascade, is used to convert the overhead line current into multi-phase current.
It means a the stator of the asynchronous part, the primary winding b of which lies directly on the high-voltage contact line. c is the runner, whose winding d, shown in three phases for the sake of simplicity, is closed on one side via three slip rings to the starter e and on the other side with the closed collector winding f of the single armature converter h. connected is. This is done by connecting lines running through the common shaft of both machines.
The rotor winding d is expediently not three-phase, but approximately six- or twelve-phase, generally multi-phase, which is favorable for the operation of the single-armature converter. The connections of the winding f 'with the associated collector g are not shown for the sake of clarity. The stand h. of the single armature converter has two distributed DC windings. One of them (i) excites the main field and is fed by the brushes of the collector g in self-excitation.
The second winding 1s serves as a cross-field excitation winding for regulating the direct voltage of the single armature converter and is fed by an auxiliary machine l. In addition, the stand carries h. another damper winding 7n, which can be placed in the air gap of the machine, for example in the form of a copper cylinder. The drive motors 72 are regulated by changing the collector voltage of the uniform or by regulating the field on the motors themselves.
The mentioned auxiliary exciter connector 1 also serves to feed the exciter windings or the drive motors.
A closer examination of this arrangement shows that it is fully operational and the single-armature converter works under favorable conditions. As a result of the cascade connection, it only receives 25 periods on the alternating current side with 50-period catenary current, assuming two-pole machines. It can be overexcited and emit magnetizing current to the asynchronous rotor so that the power factor cos <B> 9 </B> on the contact line can be brought to 1.
It also shows that the interfering rotating field components that otherwise occur in single-phase machines come into play in this arrangement to a limited extent and that the conditions for the reversal of current in the single-armature converter are much more favorable than with the usual AC collector machines. For locomotive operation, there are particular advantages in the lossless and finely stepped control of the traction motors in a practically constant control range at any torque, without any special expenditure on auxiliary equipment, furthermore the recovery of power when going downhill and at the same time reliable finely stepped electrical braking.
The cascade converter is started by the starter e using an auxiliary phase not shown in the drawing. When the converter has reached the synchronous speed, the slip rings are short-circuited.
For locomotive drives, it is of great importance to get by with the lowest possible machine weight. This is. high speed of the machines is primarily required. Both the asynchronous machine and the single-armature converter are therefore expediently designed with two poles. However, with this arrangement, at a contact line frequency of 50 periods, only a speed of 1500. The embodiment explained below and shown in the circuit diagram in Fig. 2 now contains an arrangement that operates at the same perio denzahl 3000 revolutions per minute be cart.
There is again the compilation of an asynchronous machine and a single armature converter, but a so-called gap phase converter or phase splitter is used as an asy nchronmaschine, as it is, for. B. in D R P <B> 96970 </B> by Arno has been described in principle Lich. The rotor winding f 'of the single armature converter is not connected to the rotor winding (t of the asynchronous machine, but to its own stator winding p of the same via slip rings, and the two rotors are coupled.
The winding d of the asynchronous rotor c is connected to the starter e in the usual way via slip rings. The stator a contains a single-phase primary winding b for connection to the contact line. The power taken from this is thus transferred by transformation into the circuit containing the multi-phase windings <I> p </I> and <I> f </I>. The interfering rotating field components occurring in the asynchronous machine due to the single-phase supply run counter to the direction of rotation of the rotor and are therefore effectively attenuated by the winding d.
To regulate the voltage, a cross-field excitation winding (1c in FIG. 1) could also be attached here in addition to the main excitation winding i. The slip ring voltage of the single armature converter could also be changed by switching over the multiphase winding p. For example, with a six-phase winding, parallel or series connection of winding branches results in three different voltage levels.
The brush voltage to be supplied to the DC motors can be practically reduced to a fraction of its maximum value. So it is possible to start the drive motors gently, please include. These are shown in Fig. 2 as series motors, whereby a special auxiliary exciter is not required. As in FIG. 1, the stator of the single-armature converter contains a damper winding m.
In this embodiment, too, the current reversal is subject to the same favorable conditions as with the usual six-phase converter, and since the configuration only contains well-known, tried-and-tested machine types, this conversion from single-phase to direct current leaves no problem to be feared. If the inactive parts of the machine set are made of cast aluminum, it is possible to keep the machine weights of other locomotive forming systems below the same. The arrangement according to FIG. 2 is not limited in its application to vehicle drives, but can in some cases also be used for stationary drives, although simpler means are generally available for these in contrast to vehicle drives.