Untersuchung des Traktionsverhaltens von schienengebundenen Nahverkehrsfahrzeugen mit Drehstrom-Asynchron-Fahrmotor-Antrieb, 1980 Coll. Forschungsberichte des Landes Nordrhein-Westfalen

Nahverkehrsfahrzeuge werden hierzulande fast ausnahmslos durch GleichstromreihenschluBmaschinen angetrieben. Diese Form der elektrischen Maschine ist seit Jahrzehnten im Einsatz und durch­ aus bew~hrt. Von Nachteil ist ~un der sehr unterhaltu~gsaufwen­ dige, schwere KorrJllutator, der zuderr· noch erheblichen Einbauraum beansprucht, ohne aktiv an der Drehmomentbildung beteiligt zu sein. Durch die Weiterentwicklung der modernen Halbleitertechnik wurde es m5g1ich, anstelle der Gleichstrommaschine eine Drehstrom-Asyn­ chron-Maschine zu verwerden, die aus einem statischen Halbleiter­ wechselrichter gespeist wird. Diese Form der Speisung, bei der Spannung bzw. Strom nicht mehr sinusf5rmig verlaufen, wie sonst in einem Dreiphasennetz Ublich, sondern mehr oder weni~er recht­ eckf5rmig, bringt einige Ph~nomene mit sich, die erst in den letzten Jahren bekannt wurden. So ist das Nutzmoment der Ma­ schine von mehr oder weniger starken Pendelmomenten Uberlagert. In dieser vom Minister fUr Wissenschaft und Forschung des Lan­ des Nordrhein-Westfalen gef5rderten Untersuchung 5011 analysiert und dargestellt werden, welche Auswirkungen der Einsatz von Asynchronmaschinen als Fahrmotoren auf das Traktionsverhalten von Nahverkehrsfahrzeugen hat. - 2 - 2. Das mechanische Schwingungssystem 2. 1. Vorhandene Fahrzeuge in Drehstromtechnik Als Vorreiter der Drehstromtraktion der neuen Generation mu£ man die dieselelektrischen Lokomotiven DE 2500 der Firmen Hen­ schel-BBC bezeichnen. Diese beiden Hersteller haben aus eigener Initiative eine Lokomotive mit Antrieb durch Drehstrom-Asynchron­ motoren entwickelt. Am 06. 03. 1971 wurde diese Technik auf der DB-Strecke Morlenbach -Waldmichelbach (Odenwald) erstmals vorge­ fUhrt. Es handelte sich hierbei urn eine Vollbahnlokomotive mit zwei dreiachsigen Drehgestellen. Alle Achsen waren durch Dreh­ strom-Asynchronmotoren angetrieben.

1. Einleitung.- 2. Das mechanische Schwingungssystem.- 2.1. Vorhandene Fahrzeuge in Drehstromtechnik.- 2.2. Auswahl des Untersuchungsmodells.- 2.3. Beschreibung des untersuchten Nahverkehrsfahrzeugs.- 3. Kraftschluß zwischen Rad und Schiene.- 3.1. Bisherige Kraftschlußforschungen.- 3.2. Die Theorie von KALKER.- 3.3. Einflüsse auf den Kraftschluß.- 3.4. Die im weiteren Verlauf verwendete Kraftschlußfunktion.- 4. Das Eigenschwingungsverhalten des Fahrzeugs.- 4.1. Erzeugung eines komplexen linearen Gleichungssystems.- 4.2. Lösung des komplexen linearen Gleichungssystems.- 4.3. Ergebnisse der Frequenzuntersuchungen.- 5. Der elektrische Antrieb.- 5.1. Verwendete elektrische Systeme.- 5.2. Das mathematische Abbild der Drehstrom-Asynchronmaschine.- 5.3. Das Verhalten der Asynchronmaschine bei Stromeinprägung.- 5.4. Das Verhalten der Asynchronmaschine bei Spannungseinprägung.- 5.5. Das zu erwartende Traktionsverhalten der Drehstrom-Asynchron-Maschine.- 6. Das Traktionsverhalten des Grundfahrzeugs.- 6.1. Die numerische Lösung des Problems.- 6.2. Fahrmotor mit Stromeinprägung.- 6.3. Fahrmotor mit Spannungseinprägung.- 6.4. Wertung der Ergebnisse.- 7. Zusammenfassung.- Tabelle 1 bis 9.- Bild 1 bis 80.