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Elektrische Lokomotive mit einem Phasen- und Frequenzumformer. Die
Erfindung betrifft eine besonders vorteilhafte Anordnung des elektrischen Teiles
eine Antriebes für elektrische Lokomotiven, denen Einphasenstrom zugeführt wird,
der in einem Umformer in Strom von n-Phasen ünd von anderer Frequenz umgewandelt
wird. Sie besteht darin, daß der Phasen- und Frequenzumformer durch eine fremderregte
Mehrphasenkommutatormaschine erregt und in seiner Spannung am Rotor regelbar gemacht
wird. Es ist wohl bekannt, Phasen- und Frequenzumformer mit Hilfe von Einphasenstrom
zu erregen. Diesem bekannten Mittel gegenüber hat die Erregung durch eine fremderregte
Mehrphasenkommutatormaschine aber den Vorteil, daß sie eine wesentlich bessere Ausnutzung
der Hintermaschine und der Hauptmaschine ergibt, und daß die Erregung zeitlich konstant
bleibt, während sie in dem bekannten Falle veränderlich ist.
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Die Erfindung soll an einem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel
erläutert werden. Mit x ist der Fahrdraht bezeichnet, der beispielsweise mit der
Frequenz 50 gespeist wird, mit z der Stromabnehmer der Lokomotive, mit 3
die Primärhochspannungswicklung des. Phasen- und Frequenzumformers, die bei 4 geerdet
und in dem Ständer 5 der Primärmaschine p untergebracht ist. Dieser Ständer 5 enthält
außerdem eine Mehrphasenwicklung 6, 7, 8, die im vorliegenden Falle beispielshalber
als Zweiphasenwicklung mit den beiden Phasen 6 und 8 und dem Nullpunkt 7 dargestellt
ist. Ebensogut kann an dieser Stelle aber auch eine dreiphasige Wicklung oder eine
n-phasige Wicklung verwendet werden. Diese Mehrphasenwicklung dient, wie im folgenden
beschrieben werden wird, hauptsächlich zur Speisung der die Phasenverschiebung und
die Spannungsregulierung besorgenden Kommutatormaschine k. Der Perioden- und Phasenumformer
besteht nun im ganzen aus drei Maschinen, nämlich aus der Primärmaschiene P mit
dem Ständer 5, einer Sekundärmaschine s mit dem Ständer 57 und der bereits obenerwähnten
Mehrphasenkommutatormaschine k, die fremderregt ausgeführt wird. Die erste Maschine
P enthält im Läufer eine Mehrphasenwicklung 9, zo und =z, die im Beispiel dreiphasig
gezeichnet ist, aber auch zweiphasig oder vierphasig ausgeführt sein könnte. Sie
ist unmittelbar verbunden mit einer gleichen Mehrphasenwicklung 59, 6o und 61 auf
dem umlaufenden Teil der zweiten Maschine s. Zwischen beiden liegen die Schleifringe
12, 13 und 14, wobei z2 z. B. mit den Phasen 9 und 59, 13 mit den
Phasen zo und 6o, 14 mit den Phasen zz und 61 verbunden ist. Durch passende Wahl
der Polzahl der Maschine und der Maschine s kann an den Schleifringen 12,
13 und 14 diejenige Frequenz abgenommen werden, welche man wünscht, z. B.
die Frequenz 16 2/3. Ausgeschlossen ist die Entnahme der Frequenz o, d. h. Gleichstrom.
Die an den Schleifringen abgenommene Frequenz ist nicht vollkommen konstant, sondern
ändert sich in geringem Betrage mit der Schlüpfung des Umformeraggregates, eine
Änderung, die sich nur in dem Betrage einiger Prozente bewegt und für den Betrieb
der Motoren bedeutungslos ist. Von den Schleifringbürsten führen Leitungen weiter
zu einem Transformator 45, welcher als Spartransformator ausgeführt sein kann, da
er nur für Niederspannung gewickelt zu sein braucht, und welcher eine Anzahl Kontakte,
wie z. B. die Kontakte 48, 49 und 5o, besitzt, mit deren Hilfe die Spannung in groben
Grenzen eingestellt. werden kann. Die feinere Spannungsregulierung erfolgt, wie
später noch beschrieben wird, durch die Kommutatormaschine k. Dieser Transformator
45 speist ein Leitungsnetz 5=, 52, 53, dessen Phasenzahl der der Schleifringe i2,
13, 14 entspricht, und an diesem Netz liegen die Triebmotoren 36, 37 und
38 der Lokomotive. Es sind Kommutatormaschinen für die Frequenz 16 2/3 vorausgesetzt,
und da hier drei Phasen in den Rotoren der Maschinen P und s angenommen sind, so
sind dementsprechend drei solche Einphasenmotoren angenommen und gleichmäßig auf
das Drehstromnetz 51, 52 und 53 verteilt. Die Anzahl 3 der Triebmotoren wird für
viele Lokomotivanordnungen gebraucht. Liegen andere Anordnungen vor, so wird man
danach die Phasenzahl der Läufer in den Maschinen P und s zweiphasig oder vierphasig
wählen. Alle diese Fälle sind in die Erfindung eingeschlossen. Die Einphasenkommutatormaschinen
haben die Erregerwicklungen 39, 40 und 4= sowie die Kompensationswicklungen 42,
43. 44 und können auch noch Wendepole besitzen, die nicht gezeichnet sind. Selbstverständlich
können an Stelle der Einphasenmotoren auch Drehstromasynchronmotoren mit
Pol-
und Kaskadenumschaltung für niedrige Frequenz verwendet werden, die in mancher Weise
Vorteile vor den Kommutatormotoren voraus haben. Werden solche Asynchronmotoren
verwendet, dann kann natürlich der Transformator 45 wegfallen, da die Asynchronmotoren
nur mit einer im wesentlichen konstanten Spannung gefahren werden können.
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Die zweite Maschine s des Umformersatzes mit dem Ständer 57 ist mit
ihrer Ständerwicklung 54, 55 und 56 an die fremderregte Drehstromerregermaschine
k angeschlossen. In dem vorliegenden Beispiel ist angenommen, daß diese Maschine
zugleich eine kompensierte sei, was aber nicht unbedingt erforderlich ist. Es kann
als solche Maschine auch der sogenannte Frequenzwandler benutzt werden, dem man
dann zweckmäßig im Ständer eine Kurzschlußwicklung gibt. Der von den induzierten
Ständerwicklungen der Maschine s herkommende Strom fließt durch den Anlasser 16,
17, 18 und durch die Ständerkompensationswicklung 22, 23, 24 in den Läufer der Kollektormaschine
zu den Bürsten 25, 26, 27. Die Wirkungsweise dieser Kollektormaschine ist bekannt.
DieMaschine besitzt zur Erregung ihres Feldes drei Schleifringe 28, 29 und 30, mit
deren Hilfe ihr Feld und damit die Phasenverschiebung des ganzen Systems und die
Spannungshaltung bewerkstelligt werden. Die zur Feldbildung erforderliche Spannung
erhält die Kommutatormaschine aus dem Transformator 33, dessen Sekundärwicklung
32 mit Kontakten 31 schaltbar ist und dessen Primärwicklung an die Mehrphasenwicklung,
welche in der Maschine P liegt, angeschlossen ist. Die Phasenzahl dieser Primärwicklung
richtet sich nach der Phasenzahl der in der Maschine P untergebrachten zweiten Wicklung.
In der Abbildung ist ein Skott-Transformator mit den Primärwicklungen 34 und 35
gewählt. Die eine der beiden Wicklungen im Ständer der Maschine 5, z. B. die Wicklung
8, dient beim Anlassen gleichzeitig als Hilfsphase, welche über den Kontakt =g,
den Widerstand 2o und die Induktivität 2i eingeschaltet wird. Gleichzeitig kann
diese Wicklung in der Maschine P noch Hilfsapparate, z. B. die Motoren 46, 47, speisen,
welche in der Lokomotive zu anderen Zwecken, z. B. Ventilatoren oder Luftpumpenantrieb,
vorhanden sein werden. Diese Motoren werden zweckmäßig an eine im wesentlichen konstantere
Spannung gelegt, als sie das Netz 51, 52 und 53 besitzt. Sie können aber auch, wenn
dieses Netz mit einer im wesentlichen konstanten Spannung arbeitet, dort angeschlossen
werden. Im großen und ganzen hat also die in der Maschine P liegende Mehrphasenwicklung
6, 7, 8 nur geringe Stromstärken zu führen.
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Wie die Phasenkompensation mit Hilfe der Kommutatorhintermaschine
ausgeführt wird, ist bekannt und braucht daher nicht näher beschrieben werden. Die
Spannungsregulierung wird dadurch erreicht, daß die Wicklung 3 mit verhältnismäßig
viel Streuung oder mit einer vorgeschalteten Drosselspule versehen wird.
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Die Einrichtung nach der Erfindung vereinigt mehrere Vorteile. Sie
gestattet, für die Zuleitung des Stromes eine günstige Frequenz zu verwenden und
dabei die für den Betrieb elektrischer Lokomotiven als vorteilhaft erkannten Einphasenkommutatormotoren
mit Hauptschlußcharakter oder Induktionsmotoren für niedrige Frequenz zu benutzen.
Sie ermöglicht eine vorzügliche Kompensation der Phasenverschiebung und eine ausreichende
Regelung der Geschwindigkeit der Lokomotive.