DE1012680B - Anordnung zur Umformung von Einphasen- in Mehrphasenstrom gleicher Frequenz und umgekehrt - Google Patents

Anordnung zur Umformung von Einphasen- in Mehrphasenstrom gleicher Frequenz und umgekehrt

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DE1012680B
DE1012680B DES50061A DES0050061A DE1012680B DE 1012680 B DE1012680 B DE 1012680B DE S50061 A DES50061 A DE S50061A DE S0050061 A DES0050061 A DE S0050061A DE 1012680 B DE1012680 B DE 1012680B
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DE
Germany
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phase
arrangement
network
asynchronous machine
arrangement according
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Pending
Application number
DES50061A
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English (en)
Inventor
Dr-Ing Hermann Harz
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
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Publication of DE1012680B publication Critical patent/DE1012680B/de
Pending legal-status Critical Current

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L9/00Electric propulsion with power supply external to the vehicle
    • B60L9/02Electric propulsion with power supply external to the vehicle using dc motors
    • B60L9/04Electric propulsion with power supply external to the vehicle using dc motors fed from dc supply lines
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K47/00Dynamo-electric converters
    • H02K47/18AC/AC converters
    • H02K47/30Single-armature phase-number converters without frequency conversion

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Control Of Multiple Motors (AREA)

Description

  • Anordnung zur Umformung von Einphasen- in Mehrphasenstrom gleicher Frequenz und umgekehrt Die Hauptpatentanmeldung bezieht sich auf eine Anordnung zur Umformung von Einphasen- in Mehrphasenstrom gleicher Frequenz und umgekehrt in einer umlaufenden Synchron- oder Asynchronmaschine, in deren Ständerwicklung durch ihre Erregung ein Mehrphasenspannungssystem erzeugt wird, das die in gleichem Sinne umlaufende Drehfeldkomponente der von außen zugeführten Einphasenspannung kompensiert. Hierbei sind z. B. die drei Phasenanfänge der Ständerwicklung an das Drehstromnetz angeschlossen, während an zwei miteinander verbundene Phasenenden der eine Pol des Einphasennetzes und an das Ende der dritten Phase. der andere Pol des Einphasennetzes angeschlossen ist. Die Erfindung befaßt sich mit einer weiteren Ausgestaltung des Erfindungsgedankens der Hauptpatentanmeldung. Gemäß der Erfindung wird als umlaufende Maschine zur Phasenumformung eine Asynchronmaschine mit Kurzschlußläufer verwendet, deren Erregerstrombedarf durch Kondensatoren gedeckt ist. Hierdurch entfällt die Notwendigkeit, für den Umformer Schleifringe und Bürsten verwenden zu müssen, was insofern einen Vorteil mit sich bringt, als diese Teile einem natürlichen Verschleiß unterliegen und Wartung erfordern. Da der bei Belastung in der Ständerwicklung entstehende Strombelag entgegen der Drehrichtung des Läufers umläuft und von der Kurzschlußwicklung des Läufers wirksam abgedämpft wird, brauchen die zur Erregung der Asynchronmaschine vorgesehenen Kondensatoren nur für die Leerlaufblindleistung bemessen zu werden.
  • In den Fig. 1 bis 4 sind Ausführungsbeispiele der Erfindung wiedergegeben. In Fig. 1 ist die Asynchroninaschine 17, die einen Kurzgchlußläufer aufweist, mit den Phasenanfängen U, V, W an das Drehstromnetz RST angeschlossen. Die beiden Phasenenden Y, Z sind miteinander verbunden und an die Klemme T' des Einphasennetzes R'T' geführt. Das Ende X der dritten Phase der Ständerwicklung der Asynchronmaschine 17 ist an die Klemme R' des Einphasennetzes angeschlossen. Die Asynchronmaschine 17 wird von dem vom Einphasennetz R'T' gespeisten Motor 9 angetrieben, der zweckmäßig als Kurzschlußläufer gleicher Polzahl ausgebildet ist. Parallel zu den drei Phasen U-X, V-Y und W-Z sind die drei Kondensatoren C1, C2 und C3 geschaltet. Diese Kondensatoren sind so bemessen, daß sich die Asynchronmaschine 17 bei ihrer Nenndrehzahl auf eine Spannung erregt, die gleich der des Drehstromnetzes RST, z. B, gleich 380 Volt ist.
  • Ist der Betrag der Spannung des Einphasennetzes R'T' gleich der dreifachen Phasenspannung des Drehstromnetzes RST, also beispielsweise gleich 660 Volt, so ergibt sich das in Fig. 2 dargestellte Spannungsbild das dem in Fig. 3 der Hauptpatentanmeldung dargestellten Spannungsbild entspricht. Zur Erläuterung dieses Spannungsbildes sei zunächst angenommen, daß das Einphasennetz R'T' abgeschaltet ist und die drei Klemmen X, Y, Z zu einem Sternpunkt vereinigt sind, während die drei Kondensatoren C1, C2 und C3 parallel zu den betreffenden Wicklungen geschaltet bleiben. Da sich die Asynchronmaschine 17 dann wie ein kondensatorerregter Asynchrongenerator auf ihre Nennspannung, z. B. 380 Volt, erregt, würde bei Linkslauf der Maschine 17 der Spannungsstern U'VW entstehen. Wird die Klemme X vom Sternpunkt abgetrennt, so bleibt die Spannung X'-U' in der gleichen Lage wie zuvor bestehen. Wird jetzt zwischen die Klemmen X und Y, Z die Spannung des Einphasennetzes T'R' geschaltet, so wird die Klemme X auf das Potential der Klemme R', z. B. 660 Volt, gehoben. Da die Spannung X-U ihre Größe und Richtung beibehält, nimmt die Klemme U gegenüber dem Nullpunkt T'ZY ein Potential von beispielsweise 660 - 220 = 440 Volt an. Die Endpunkte der beiden anderen Spannungszeiger bleiben unverändert. Das Spannungsdreieck UVW läuft jetzt mit der verketteten Spannung von beispielsweise 380 Volt im Uhrzeigersinne um.
  • Kommt jetzt unter dem Einfluß einer Belastung im Drehstromnetz RST ein Strom zustande, so läuft der diesem Strom entsprechende Strombelag im Ständeder Asynchronmaschine 17 mit nahezu doppelter Netzfrequenz entgegen dem Läufer um und wird von diesem völlig abgedämpft. Diese Abdämpfung ist beim Kurzschlußläufer, wie ihn die Erfindung vorsieht, besonders wirksam, da seine Käfigwicklung für den vollen Ständerstrombelag bemessen ist. Da Spannungswelle und Stromwelle im Ständer der Maschine 17 mit doppelter Netzfrequenz gegeneinander umlaufen, werden innerhalb einer Periode der Netzfrequenz Spannung und Strom zweimal gleichphasig und zweimal gegenphasig, d. h., innerhalb einer Periode arbeitet die Maschine 17 zweimal motorisch und zweimal generatorisch. Dies wirkt sich in der Weise aus, daß der Anker der Maschine 17 innerhalb einer Periode zweimal voreilt und zweimal zurückbleibt; er wirkt dadurch als Energiespeicher und kann die vom Einphasennetz RT' unstetig gelieferte Energie stetig an das Drehstromnetz RST weitergeben. Der Antriebsmotor 9 braucht hierbei außer der kleinen Verlustleistung der Asynchronmaschine 17 keine Leistung abzugeben.
  • Wie leicht zu erkennen ist, stimmen Einphasenleistung und Drehstromleistung überein. Bezeichnet EPh die Spannung je Phase der Asynchronmaschine 17 und J den Strom je Phase, so ist die Leistung auf der Einphasenseite gleich 3 ₧ EPh ₧ J; der gleiche Ausdruck gilt für die Leistung auf der Drehstromseite, wenn man von der Erregerleistung des Umformers absieht, die auf andere Weise, nämlich durch die Kondensatoren C1, C2 und C3, gedeckt wird.
  • Bei dem in der Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel wird die Asynchronmaschine 13 über die als Phasenumformer arbeitende Asynchronmaschine 17 mit symmetrischem Drehstrom gespeist und arbeitet als Motor oder als Generator, je nachdem, ob die mit 12 bezeichnete Maschine eine Arbeitsmaschine oder eine Kraftmaschine ist. Damit die für die Erregung der Asynchronmaschine 13 erforderliche Blindleistung nicht die Asynchronmaschine 17 belastet, sind für die Erregung der Asynchronmaschine 13 die zusätzlichen Kondensatoren C1 bis C6 vorgesehen.
  • Der Phasenumformer gemäß der Erfindung läßt sich besonders vorteilhaft dazu verwenden, den aus einer Einphasenfahrleitung entnommenen Wechselstrom in Mehrphasenstrom umzuformen, mit dem dann über Gleichrichter die Gleichstromfahrmotoren eines elektrischen Triebfahrzeuges gespeist werden. Um die den Fahrmotoren zugeführte Gleichspannung regeln zu können, wird der Umformer gemäß der Erfindung an die mit Anzapfungen versehene Zweitwicklung eines Umspanners einer Einphasenlokomotive angeschlossen. Ein Ausführungsbeispiel hierfür ist in der Fig. 4 wiedergegeben. Die Erstwicklung des Umspanners Tr wird von der Einphasenfahrleitung 14 gespeist. An die Anzapfungen der Zweitwicklung dieses Umspanners ist über den Stufenwähler 15 die Phase U-X der Asynchronmaschine 17 angeschlossen. Abweichend vom Ausführungsbeispiel der Fig. 1 ist hierbei die Phase U-X in die beiden parallelen Zweige U1-X1 und U2-X2 aufgeteilt. An die Drehstromseite der Asynchronmaschine 17 ist die Gleichrichteranordnung Gl angeschlossen, die den den Fahrmotoren M zugeführten Strom gleichrichtet. Zur Erregung der Asynchronmaschine 17 dienen die Kondensatoren C11, C12, C2 und C3. Durch die Aufteilung der Phase U-X in die beiden parallelen Zweige wird erreicht, daß stromlos von einer Anzapfung des Umspanners Tr auf eine benachbarte geschaltet werden kann.. Die Gleichrichterzweige der Gleichrichteranordnung Gl verhindern einen Kurzschluß, wenn die beiden Arme des Stufenwählers 15 an benachbarten Anzapfungen angreifen. Die Asynchronmaschine 17 wird vom Motor 9 angetrieben, der aus der Zweitwicklung des Umspanners Tr gespeist wird.
  • Phasenumformer gemäß der Erfindung eignen sich auch vorzüglich für die Speisung der Hilfsantriebe von Einphasentriebfahrzeugen, beispielsweise Lüftern, Verdichtern usw. Da der Phasenumformer gemäß der Erfindung einen symmetrischen Drehstrom abgibt, können für die Hilfsantriebe gewöhnliche Drehstrommotoren verwendet werden.

Claims (5)

  1. PATENTANSPRÜCHE 1. Anordnung zur Umformung von Einphasenin Mehrphasenstrom gleicher Frequenz und umgekehrt in einer umlaufenden Asynchronmaschine, in deren Ständerwicklung durch ihre Erregung ein Mehrphasenspannungssystem erzeugt wird, das die in gleichem Sinne umlaufende Drehfeldkomponente der von außen zugeführten Einphasenspannung kompensiert, nach Patentanmeldung S 39096 VIIIb/21d2, dadurch gekennzeichnet; daß der Erregerstrombedarf der mit Kurzschlußläufer ausgeführten Asynchronmaschine durch Kondensatoren gedeckt ist.
  2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsleistung des Phasenumformers durch . einen gesonderten Antriebsmotor geliefert wird.
  3. 3. Anordnung nach Anspruch 1, wobei die drei Phasenanfänge der Ständerwicklung an das Drehstromnetz angeschlossen sind, während an zwei miteinander verbundene Phasenenden der eine Pol des Einphasennetzes und an das Ende der dritten Phase der andere Pol des Einphasennetzes angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Phasenumformer an die mit Anzapfungen versehene Zweitwicklung eines Umspanners auf einer Einphasenlokomotive angeschlossen ist und der von ihm gelieferte Drehstrom über einen Gleichrichter die Fahrmotoren speist.
  4. 4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Phase des Phasenumformers in zwei parallele Zweige aufgeteilt ist; die mit ihrem einen Ende an je einen Stufenwähler' am Umspanner und mit ihrem anderen Ende an die Mittelanzapfung der Gleichrichteranordnung angeschlossen ist.
  5. 5. Anordnung nach Anspruch 1 oder einem der voraufgehenden, gekennzeichnet durch die Verwendung des Phasenumformers zur Speisung von Drehstrommotoren auf Einphasenlokomotiven aus dem Einphasennetz.
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US9766171B2 (en) 2014-03-17 2017-09-19 Columbia Insurance Company Devices, systems and method for flooring performance testing
US10684204B2 (en) 2014-03-17 2020-06-16 Columbia Insurance Company Devices, systems and method for flooring performance testing

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