311t Gleichstrom gespeiste Anlage mit wenigstens einem kommutatorlosen Stromrichtermotor, insbesondere für Fahrzeugantriebe mit Hochspannungs-Gleichstromspeisung. Die Speisung von Motoren aus Gleich strom-Hochspannungsnetzen gewinnt mehr und mehr an Bedeutung. Im Zusammenhang damit steht die andere Aufgabe, für die Spei sung von Gleichstrombahnen zu höheren Fahrdrahtspannungen überzugehen, als dies bisher bei Verwendung der normalen Gleich stromkommutatormotoren möglich war. Zur Lösung dieser Aufgabe kommen in erster Linie die Stromrichter in Frage, mit denen es möglich ist, sowohl Gleichstrom zu transfor mieren, als auch sogenannte kommutatorlose Stromrichtermotoren zu verwenden.
Wenn es sich um rein motorische Antriebe handelt, wie beispielsweise bei Lokomotiven, hat im allgemeinen der kommutatorlose Stromrich termotor gegenüber dem Gleichstromtransfor mator mit Kommutatormotor den Vorzug, da beim Stromrichtermotor die Aufgabe der Stromwendung vom Stromrichter mitüber- nommen werden kann und so der mechanische Stromwender entbehrlich wird.
Die Hauptschwierigkeit des Stromrichter motors für Gleichstromspeisung besteht beim Anlauf. So lange .der Motor noch still steht, ist es nicht möglich, den ihm über eine Anode des Stromrichtgefässes zugeführten Strom auf eine andere Anode zu kommutieren; wie es zur Bildung eines Drehfeldes nötig ist. Bei Wechselstromspeisung ist die Sache insofern wesentlich einfacher, als man hier für die Anoden-Kommutierung den natürlichen Null durchgang des Stromes am Ende jeder Halb welle der speisenden Wechselstromquelle ab warten kann.
Zur Behebung dieser Schwierigkeit bei Gleichstromspeisung könnte während des An laufes eine zusätzliche Kommutierungswech- selspannung eingeführt werden, die von einem Hilfsaggregat gewonnen wird. Wenn dieses Hilfsaggregat auch nach beendetem Anlauf des Motors wieder abgeschaltet werden kann, so muss es bei Antrieben mit häufigem An lauf, beispielsweise bei elektrischen Loko motiven, praktisch doch ständig mitlaufen, um jederzeit betriebsbereit zu sein, und er höht ausserdem den Gesamtaufwand erheb lich.
Bei Lokomotiven besteht noch eine andere Schwierigkeit. Wegen der niedrigeren Be triebskosten hat sich bei grösseren Lokomoti ven der Einzelachsantrieb gegenüber dem Stangenantrieb durchgesetzt. Die einzelnen Motoren laufen hierbei aber wegen der etwas ungleichen Abnutzung der Radreifen nicht genau synchron, sondern haben gegeneinan der einen kleinen Drehzahlunterschied. Das bedeutet aber bei Stromrichtermotoren, dass jeder Motor einen eigenen, von ihm gesteuer ten Stromrichter erhalten muss. Erfolgt fer ner die Speisung der Motoren aus dem Gleichstromnetz nicht unmittelbar, sondern unter Zwischenschaltung eines Transforma tors, so erfordert der Einzelachsantrieb wegen des erwähnten Drehzahlunterschiedes für jeden Motor auch noch einen besonderen Transformator.
Dadurch wird die Anordnung gegenüber der Verwendung eines für alle Motoren gemeinsamen Transformators ver wickelter und teurer.
Die Erfindung vermeidet diese Schwierig keiten dadurch, dass bereits im Stillstand des Motors in diesem ein Drehfeld bestimmter Frequenz erzeugt wird, das die Gegenspan nung gegen die zugeführte Gleichspannung liefert und die Kommutierung der Anoden ströme bewirkt.
Die Erfindung ist in der Zeichnung bei spielsweise veranschaulicht, und zwar ist hierbei zur Erzeugung des Drehfeldes gemäss der Erfindung auf der Welle des Motors ein Zwischenläufer frei umlaufend angeordnet.
Die Abbildung zeigt die grundsätzliche Anordnung eines solchen Motors bei Speisung über einen Transformator 1. Die Primär- -,vicklung \? ist beispielsweise sechsphasig ausgeführt und hat Anzapfungen zur Span nungsregelung. Der Ständer 5 und Innen- läufer f des Motors 4 sind praktisch genau so wie bei. einem normalen Asynchronmotor mit Schleifringen ausgebildet. Zwischen dem Ständer und dem Läufer befindet sich der schmale Zwischenläufer 7.
In dem Ausfüh rungsbeispiel trägt der Zwischenläufer nur eine einzige dreiphasige Wicklung, die so ge schaltet ist, dass sie sowohl die Gleichstrom erregung des Motors als auch die Dämpfung der Oberfelder übernimmt, wobei die betref fenden Ströme höherer Frequenz teilweise über die Gleichstromquelle fliessen. Es kön nen für diesen Zweck auch zwei getrennte Wicklungen vorgesehen werden.
Bei normalen Stromrichtermotoren trägt der allein vorhandene Innenläufer die Erre- ger-(und Dämpfer-)Wicklung und induziert während seines Umlaufens in der Ständer wicklung die Wechsel- bezw. Drehspannung, die der aufgedrückten Gleichspannung das Gleichgewicht hält und für die Kommutie rung der Anodenströme sorgt. Die Drehzahl regelung erfolgt durch Spannungsänderung. beispielsweise durch Änderung der dem Stromrichter zugeführten Gleichspannung oder, falls diese konstant ist, durch Ände rung des Übersetzungsverhältnisses eines zwischengeschalteten Stromrichtertransfor- mators.
Der Zwischenläufer des erfindungsgemäss verwendeten Motors verhält sich genau so wie der Läufer eines normalen Stromrichter- motors. Nimmt man der Einfachheit halber an, dass der Stromkreis des Innenläufers des erfindungsgemässen Stromrichtermotors ge öffnet ist, so stellen der Ständer und der Zwischenläufer einen leerlaufenden Strom richtermotor normaler Bauart dar. Wenn der Zwischenläufer von aussen her angelassen ist, kann seine. Drehzahl beliebig zwischen einer untern und obern Grenze durch Spannungs änderung geregelt werden. Bei geöffnetem Stromkreis des Innenläufers hat dessen Dreh zahl keinen Einfluss, sie kann infolgedessen auch gleich null sein.
Wird jedoch beispiels weise bei niedrigster Drehzahl des Zwischen läufers und stillstehendem Innenläufer des sen Stromkreis mit Hilfe eines dreipoligen Schalters unmittelbar oder über Widerstände geschlossen, so wird der Innenläufer und da durch die Arbeitsmaschine bezw. die Loko motive bis annähernd zur Drehzahl des Zwi schenläufers beschleunigt. Durch weitere Spannungserhöhung wird dann mit dem Zwi schenläufer auch der Innenläufer auf höhere Drehzahlen gebracht.
Der Motor verhält sich genau so wie ein Drehstrom-Asynchronmotor, nur dass das Drehfeld bei einem normalen In- duktionsmotor von aussen mit einer bestimm ten Frequenz zugeführt wird, während es bei dem erfindungsgemässen Stromrichtermotor vom Zwischenläufer gebildet wird.
Um den Motor stillzusetzen, wird zu nächst die Drehzahl durch Spannungsän- derung bis zur untern Drehzahlgrenze des Zwischenläufers herunter geregelt und dann der Stromkreis 'des Innenläufers geöffnet. Dieser verzögert sich bis zum Stillstand, während der Zwischenläufer mit seiner niedrigsten Drehzahl dauernd weiterläuft und so jederzeit für den nächsten Anlauf des Motors bereit ist. Der Zwischenläufer kann gewissermassen als Taktgebermaschine ange sehen werden, die jedoch nur aus einem schmalen Ring besteht, der gerade so gross ist, dass er die Wicklungen tragen kann.
Im Falle einer besonderen Taktgebermaschine müsste diese praktisch für dieselbe Leistung wie die Motoren ausgelegt werden.
Durch die Erfindung ist der Anlaufbe trieb insofern wesentlich vereinfacht, als er im Lerrlauf erfolgen kann, weil nur der frei bewegliche Zwischenläufer auf Drehzahlen gebracht werden muss. Ferner braucht der Anlaufbetrieb nur bei der Inbetriebnahme der betreffenden Anlage vorgenommen zu werden, da der Zwischenläufer auch bei still stehendem Motor weiterläuft. Dies ist gerade für Fahrzeuge mit ihrem häufigen Anlassen und Stillsetzen von Wichtigkeit. Zum erst maligen Hochfahren des Zwischenläufers aus dem Stillstand kann eine beliebige, im Ver hältnis zur Motorleistung sehr kleine Wech sel- oder Drehstromquelle dienen, wobei der Zwischenläufer zunächst als Kurzschluss läufer hochläuft und dann aus der Gleich- stromquelle erregt wird.
Hat der Zwischen läufer ungefähr die Drehzahl, die der unter sten Spannungsstufe des Transformators ent spricht, so kann nach Einschalten -der Gleich stromerregung ohne weiteres auf den norma len Betrieb mit Stromrichter umgeschaltet werden.
Da der Zwischenläufer frei beweglich ist, können jetzt ohne weiteres mehrere Motoren von einem Stromrichter gespeist werden. Die Zwischenläufer laufen alle synchron und werden auch zwangläufig entsprechend dem synchronisierenden Moment parallel arbei tender Synchronmaschinen im Synchronis mus gehalten. Es ist infolgedessen auch ohne weiteres möglich, die verschiedenen Motoren einer Lokomotive mit Einzelachsantrieb von einem gemeinsamen Stromrichter zu speisen.
Die kleinen Drehzahlunterschiede der Innen- läuferder Motoren, die von der ungleichen Abnutzung der Radreifen herrühren, sind so gering, dass sie keinen nachteiligen Einfluss auf die Lastverteilung auf die einzelnen Motoren haben.
Die Drehzahl des Zwischenläufers und damit des Motors hängt ausser von der Höhe der dem Ständer zugeführten Spannung von der Erregung des Zwischenläufers ab. Der Motor verhält sich in dieser Beziehung wie ein normaler Gleichstrommotor. Man kann ihm deshalb auch eine Reihenschluss-Charak- teristik geben, indem man den Zwischen läufer mit einem dem Gesamtstrom propor tionalen Gleichstrom erregt.
Allerdings muss darauf geachtet werden, dass auch im Leer lauf und bei stillstehendem Innenläufer eine Grunderregung vorhanden ist, um den Zwi schenläufer auf der gewünschten Drehzahl zu halten.
Es ist aber auch möglich, in den Strom kreis des Innenläufers Widerstände zu schalten und -dadurch dessen Anlauf zu ver bessern. Veränderliche Widerstände im Strom kreis des Innenläufers stellen eine weitere Möglichkeit der Drehzahlregelung dar, die der Motor mit normalen Asynchronmotoren mit Schleifringläufern gemein hat. Bei die ser Regelung bleibt die Drehzahl des Zwi- schenläufers praktisch ungeändert, und es wird nur der Schlupf zwischen dem Zwi schenläufer und dem Innenläufer vergrössert bezw. verkleinert.
Eine andere Regelung des erfindungs gemässen Stromrichtermotors ist die Kaska denschaltung zweier Motoren mit Zwischen läufern bezw. eines Motors mit Zwischen läufer mit einem normalen Asynchronmotor. Bei der Kaskadenschaltung wird der Strom kreis des Innenläufers mit dem Ständerstrom kreis des Hintermotors verbunden. Bei der nächsten Drehzahlstufe werden dann die Ständer beider Motoren parallel geschaltet, oder es arbeitet nur einer von beiden Moto ren, wenn die Polpaarzahlen der Motoren verschieden sind.
Eine weitere Möglichkeit der Drehzahl regelung ist noch die bei Gleichstrommotoren gebräuchliche Reihen- und Parallelschaltung mehrerer Motoreinheiten. Wie bei normalen Stromrichtermotoren ist die Drehzahl dann auch noch durch Änderungen des Erreger stromes oder Verschiebung des. Zündzeit- punktes des Stromrichtgefässes möglich. Diese letzten Regelverfahren entsprechen der Ne benschlussregelung bezw. der Bürstenver schiebung bei Gleichstromkommutatorma schinen.
Ein weiterer Vorteil der Verwendung eines stets umlaufenden Zwischenläufers ist der Fortfall eines besonderen Steuerkommu tators, da jetzt jederzeit eine Wechselspan nung mit einer der Drehzahl der Motoren pro portionalen Frequenz zur Verfügung sieht.