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Schaltungswelse für Wechselstromkollektormaschinen beim Bremsen.
Der Zweck der vorliegenden Erfindung ist der, Wechaelstromkollektormotoren, die zum Antrieb von Wagen und ähnlichen Zwecken dienen, derart anzuordnen, dass sie als Generatoren laufen und Strom in die Speiseleitung abgeben können und weiters derart zu schalten, dass die von ihnen an die Speiseleitung abgegebene elektromotorische Kraft im wesentlichen dieselbe Phase hat, wie die in der Speiseleitung bereits vorhandene.
Born Betrieb von Wagen u. dergl. laufen die Motoren häufig als Bremsgeneratoren, da aber die Anker-und Feldwickelung derselben in Reihe geschaltet sind. so konnten sie bisher als Generatoren unter stabilen Bedingungen nicht arbeiten. Um stabile oder regelbare Betriebs- bedingungen zu schallen muss die Feldstärke unveränderlich bleiben oder durch den Führer nach Willkür geändert werden können, wie bei der Feldstärke von Maschinen mit Sondererregung.
Werden Wechselstromkollektormotoren zum Antrieb von Wagen benützt und ändert man die auf sie wirkende Spannung durch Änderung der wirksamen Windungszahl einer damit verbundenen Transformatorwickelung, so wird vorgeschlagen die Feldwickelung der als Generatoren laufenden Motoren dadurch gesondert zu erregen, dass man sie mit der Transformatorwickelung unmittelbar verbindet und die Feldstärke durch Änderung der Verbindungspunkte der Feld- wtf'keiung mit der Transformatorenwickelung regelt. Die Anker geben dann Strom an die Speiseleitung ab. Es sit aber wünschenswert, dass die von einem als Generator laufenden Motor an die Speiscleitung abgegebene elektromotorische Kraft im Wesentlichen von gleicher Phase ist. wie die in dieser Leitung bereits vorhandene.
Dies wird jedoch, wie sich aus der Betrachtung der Phasen- Verhältnisse ergibt, nicht der Fall sein, wenn Anker- und Feldwickelung unmittelbar an die Wpctaelotung angeschlossen sind. Da die Feldwickelung stark induktiv ist, so bleibt in derselben die Stromphase gegen die Phase der elektromotorischen Kraft um nahezu 90 zurück, während, wenn der Motor mit geeigneten Kompensationswickelungen ausgestattet ist, Strom und elektromotorische Kraft im Anker nahezu gleiche Phase haben, so dass die elektromotorische Kraft des Ankers gegen jene der Speiseleitung um nahezu 900 verschoben ist.
Es sind deshalb nach vor-
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Kraft von solcher Phase abzuleiten und auf die Feldmagnetwickelung eines als Generator laufenden Motors wirken zu lassen, dass die vom Anker an die Speiseleitung abgegebene elektromotorische Kraft im Wesentlichen dieselbe Phase hat wie die in der Speiseleitung bereits herrschende.
In den Zeichnungen veranschaulichen Fig. 1 bis 14 beispielsweise Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
In Fig. 1 erhält die Wickelung 1 eines Autotransformators Strom von einer geeigneten Wechselstromquelle. etwa einem Oberleitungsdraht J bezw. der Fahrschiene 4 und die Schaltung
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Da die Phase der elektromotorischen Kraft des Ankers gegenüber jener, die auf die Feldwirkelnng wirkt, um nahezu 900 verschoben ist, so kann man die elektromotorische Kraft der
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Anker nahezu in Übereinstimmung mit jener in der Speiseleitung bringen, wenn man der Feld- wickelung eine elektromotorische Kraft, zuführt, die gegenüber jener in der Spe : seleitung um 900 verschoben ist.
Zu dem Zweck wird vorgeschlagen, die Feldwickelungen der als Generatoren laufenden Motoren durch eine Kollektormaschine zu speisen, bei welcher wie oben bemerkt, die elektromotorischen Kräfte in der Feld-und Ankerwicklung um nahezu 90"gegeneinander verschoben sind.
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erreicht, wenn der Kontroller die am unteren Ende der Linie G angedeutete Stellung einnimmt. f) ic Feldstarke der Erregermaschine kann dadurch geregelt werden, dass man die der Feldwicklung 13 zugeführte Spannung durch einen Hilfskontroller 17 regelt, und die Anker 11 und 12 können durch den Kontroller 8 mit solchen Punkten der Haupttransformatorwickelung 1 ver- bunden werden, daB die Spannungen der zwischen diesen Punkten liegenden Transformatorwindungen übereinstimmen mit den durch die Motoren erzeugten.
Der Hauptkontroller ist hier so eingerichtet und angeordnet, dass die Feldwickelungen 15, 16 der Motoren parallel geschaltet sind, wenn die Motoren als Generatoren laufen, aber wenn gewünscht, können sie auch in Reihe geschaltet sein, wie durch das untere Schema am Ende der Linie G angedeutet.
Auch die Anker können, wenn gewünscht, in Reihe geschaltet sein. Laufen die Maschinen als Motoren, so können sie dauernd in Reihe oder parallel geschaltet sein, wie durch die Schemata am unteren Ende der Linie M angedeutet, welche die Motorstellung des Kontrollers angibt.
Wenn gewünscht, können sie zuerst in Reihe und dann parallel geschaltet werden, um eine Steigerung der Geschwindigkeit herbeizuführen.
Um einen kleineren als den nach Fig. 1 erforderlichen Erregungsgenerator benützen zu können, welcher leistungsfähig genug sein muss, um die Feldwickelungen aller als Generatoren laufenden Motoren zu speisen, kann der Anker des Hilfserregungsgenerators im Nebenschluss zu den Feldwickelungen der Motoren angeordnet sein, wie Fig. 2 zeigt.
Nimmt der Kontroller dieser Figur die Stellung (J ein, so ist die Feldwickelung 13 des Erregungsgenerators w schen Punkte der Haupttransformatorwickelung 1 von entsprechend ger ; ngen Spannungsunterschied eingeschaltet und der Anker 14 des Generators liegt im Nebenschluss zu den 4'eldwickelungen 1J und 16 der Hauptmotoren. Die Anker 11 und 12 der Motoren geben an die Haupttransformator- wickelung 7 Strom durch den Kontroller 8 ab, weicher die Anschlusspunkte an letztere Wtckehmg zu regeln gestattet. Diese Schaltungen sind schematisch am unteren Ende der Linie G angedeutet.
Wenn der Kontroller in die Stellung M gebracht wird, um die Maschinen als Motoren laufen zu lassen, so treten die am unteren Ende der Linie M angedeuteten Schaltungen ein.
Wenn ein Wagen m. t mehreren treibenden Motoren ausgestaltet ist, so kann man statt einen Hilfserregungsgenerator zu benutzen einen der Motoren als Generator laufen und die Feldwickelungen der übrigen gleichfalls als Generatoren laufenden Motoren mit Strom speisen lassen. Diese Anordnung ist in Fig. 3 gezeigt, nach welcher, wenn die Motoren als Generatoren laufen.
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wicklung 1 an Punkten ab, die durch den Kontroller S gewählt werden können, Diese Schaltungen. welche dann platzgreifen, eun der Kontroller sich in der Stellung 6'befindet, sind am unteren Ende dieser Linie angedeutet. Man sieht natürlich, dass, da die elektromotorischen Kräfte der
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In der Praxis ist der Leistungsfaktor des an die Speiseleitung von den als Generatoren laufenden Motoren abgegebenen Stromes sehr gross (bis zu 98%). Bei der Einrichtung nach Fig. 3 können die Motoren sämtlich parallel geschaltet werden, wenn der Kontroller die Stellung 111 enunmmt oder sie können in anderer Weise geschaltet sein und ihre Zusammenschaltung kann geändert werden, um Änderungen der Ganggeschwindigkeit herbeizuführen.
In der Praxis kann es vorkommen, dass der als Erreger für die übrigen Motoren benützte Motor eine Leistung aufweist, die zur Lieferung des Erregungsstromes mehr als ausreicht. Um seine volle Leistung zu Bremszwecken ausnützen zu können, kann ein geeigneter Widerstand 21 parallel zum Anker angeordnet sein, wie Fig. 4 zeigt, der den vom Erregungsmotor erzeugten überschüssigen für die Feldwickelungen 15 und 16 der übrigen Motoren nicht erforderlichen Strom aufnimmt.
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Im Vorstehenden ist die Erfindung in ihrer Anwendung bei Reihenkollektormotoren dar- gestellt worden, sie kann aber auch bei Repulsionsmotoren z. B. Winter-Eichbergschen Motoren angewendet werden. Fig. 5 zeigt eine solche Anwendung der Erfindung ; eine Anzahl Motoren dieser Art mit Feldwicklungen 22, 23, 24 und Ankerwickelungen 25, 26, 27 sind, wenn sie als Motoren laufen sollen, parallel geschaltet. Diese Schaltung tritt ein, wenn der Kontroller die Stellung M einnimmt und ist am unteren Ende dieser Linie angedeutet. Die Motoren können als Generatoren laufen, um Strom an die Speiseleitung abzugeben, wenn der Kontroller die Stellung < ?- einnimmt. Die zugehörige Schaltung ist am unteren Ende dieser Linie angedeutet.
Der Anker 25 eines der Motoren wird mit der Haupttransformatorwickelung 1 verbunden und
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wickelung verbunden, wobei eine der Verbindungspunkte durch einen Kontroller 8 verschoben werden kann.
Nicht allein die Verwendung eines als Generator laufenden Kollektormotors in der an- gebenen Weise zur Erregung der Feldwickelung anderer als Generatoren laufender Maschinen bietet Vorteile, sondern es kann, wenn die Feldmagnetwickelung in ähnlicher Weise erregt wird, wenn die Maschine als Motor läuft, die induktive Belastung der Speiseleitung beträchtlich kleiner ausfallen, als wenn diese Wickelung unmittelbar von der Speiseleitung gespeist wird. Während
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lieferten Stromes sehr klein ist, kann man, beispielsweise durch Betrieb des Erregers mit ver- hältnismässig hoher Geschwindigkeit dahin gelangen, dass der Strom schwach ist im Vergleich zu jenem, der vom Anker zur Erregung der Feldwickelung zu liefern ist und der auch einen kleinen Leistungsfaktor hat.
Es kann so die gesamte induktive Belastung der Verteiiungsleitung kleiner
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Motors wird bei dieser Anordnung natürlich nicht beibehalten und er hat das Bestreben mit konstanter Geschwindigkeit zu laufen, man kann aber Geschwindigke : tsänderungen leicht durch Regelung der Feldstärke des Motors erzielen.
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Maschine als Motor laufen zu lassen, wenn der Kontroller 28 die Rtellung X einnimmt ; soll die Maschine als Generator laufen, so bringt man den Kontroller in die Stellung Y, wodurch der Anker 6 unmittelbar an den Transformator 1 angeschlossen wird, während die Feldwickelung Strom von einer Phasenänderungsvorrichtung 29 erhält.
Letztere besteht nach Fig. 6 aus einem beständig laufenden Induktionsmotor, von dem eine Wickelung 30 Strom unmittelbar vom Transformator 1 erhält und gegenüber der anderen Wickelung 31 derart angeordnet ist. dass die der Fedlwickelung 5 zugeführte elektromotorische Kraft von solcher Phase ist. dass die electro- J1\IJtor, sehe Kraft im Anker der Phase nach mit der elektromotorischen Kraft im Transformator 7, an den der Anker angeschlossen ist angenäbert übereinstimmt.
Man erkennt, dass die Spannung des als Generator laufenden Motors sich mit der Ge
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wickelung1verbundenwerdenkann.
Man kann auch andere Phasenänderungsvorrichtungen anwenden, beispielsweise einen synchron laufenden Motorgenerator 33 Fig. 7, wobei die auf die Generatorseite wirkende elektromotorische Kraft gegenüber der auf den Motor wirkenden so gewählt ist, dass die elektromotorische Kraft des Motorankers 6 der Phase nach mit der elektromotorischen Kraft des Transformators 1 angenähert übereinstimmt.
Man erkennt, dass bei den Einrichtungen nach Fig. 6 und 7 die Phasenänderungsvorrichtung hinreichend leistungsfähig sein muss, um der Feldwickelung den gesamten Erregerstrom zu liefern.
Um eine kleinere Phasenänderungsvorrichtung verwenden zu können als in diesen Fällen notwending ist, kann man die Anordnung nach Fig. 8 benützen, bei welcher die Feld-und die Anker- wickelung J und C des Motors dauernd in Reihenschaltung verbunden sind und die Winkelung 31 der Phasenänderungsvorrichtung 29 durch einen Schalter 35 zur Feldwickelung parallel geschaltet ist, wenn der Mutr als Generator läuft. Die Spannung, die die Phasenänderungsvorr. chtung an die Feldwickelung abgibt, kann derart geregelt werden, dass sie dem normalen oder e : nen vorbestimmten Spannungsabfall in der Feldwickelung gleich ist.
Wird also der Motor unter normalen Bedingungen als Generator laufen gelassen, so bleibt die Phasenänderungsvorrichtung im Wesentlichen unwirksam, sle gibt keinen Strom an die Feldwickelung ab und nimmt keinen davon auf. Sinkt jedoch der Ankerstrom unter die normale Stärke, so wird der Feldwickelung der mangelnde Strom durch die Phasenänderungsvorrichtung geliefert. Übersteigt dagegen der Ankerstrom den normalen Wert, so wird der Stromüberschuss an die Phasenänderunga- vorrichtung abgegeben und kann so nicht durch die Feldwickelung geben. Auf diese Weise kann die Feldstärke im Wesentlichen konstant erhalten werden.
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