Verfahren und Einrichtung zum Anlassen und Bremsen von Gleichstr om-Hauptstrommotor en. Zum Anlassen von Gleichstrommotoren, insbesondere für grössere Leistungen, ist es üblich, die Ankerspannung während des An lassvorgangesdurch einen Widerstand herab zusetzen. Dieser Widerstand wird stufen ,veise verringert in dem Masse, in dem die gegenelektromotorische Kraft des anzulassen den Motors infolge der Steigerung der Dreh zahl zunimmt.
Es ist weiter bereits ein Verfahren zum Anlassen von Gleichstrommotoren bekannt geworden, bei dem dem anzulassenden Motor ein Anlassmotor vorgeschaltet wird, welcher erheblich kleiner ist als der Hauptmotor. Dieser Anlassmotor ist hierbei als Neben schlussmotor ausgeführt. 'Sein Anker wird mit dem Anker des Hauptmotors in Reihe geschaltet, während sein Feld durch das Netz unabhängig erregt wird.
Bei-stillstehen- dem Hauptmotor wird der Anlassmotor auf höclLste Drehzahl beschleunigt. Alsdann wird die Feldwicklung des Anlassmotars unterbro chen, wodurch das Feld und damit die GegenEMK des Anlassmotors verschwindet. Infolgedessen: steigt derlstrom an, so dass,dem Hauptmotor anläuft.
Die Erfindung beruht auf der Erkennt nis, dass ,ein grosser Nachteil dieser Methode in der Verkopplung der Abklingzeit des Fel des des Anlassmotors mit der Anlasszeit des Hauptmotors liegt. Die erste ist sehr klein und. kann praktisch in wirtschaftlich ver nünftigen Grenzen kaum verändert werden, während die letztere den Bedürfnissen ent- sprechend gegebenenfalls in weiten Grenzen geändert werden muss.
Nach der Erfindung kann eine Einrich tung dieser Art für ,ein Anlassen und Brem sen von schweren Gleichstromhauptstrom- motoren, wie beispielsweise für Bahnantriebe, dadurch brauchbar gemacht werden, dass die Nebenschlusserregung der Steuermaschine beim Anlassen von ihrem vollen Wert all mählich auf den Wert Null geregelt und bei dem folgenden Brennsvorgang vom Wert Null wieder auf den vollen Wert gebracht wird.
Ausführungsbeispiele de:s Erfindungs gegenstandes sind nachfolgend an Hand der Zeichnung- beschrieben.
Das Prinzipschema eines ersten Ausfüh rungsbeispiels ist in Fig. 1. dargestellt. Hier bei ist mit 1 die Spannungsquelle bezeich- net, die in Form einer Batterie angedeutet ist, mit 3 der Anker des Gleichstroni-Haupt- strom-Fahrmotors, mit 3 seine Erregerwick lung, mit 4 die Steuermaschine, deren Er regerwicklung 5 an der .Spannungsduelle 1 liegt.
Der Anlassvorgang ist hierbei folgen der: zunächst wird die Steuermasehine auf volle Drehzahl gebracht, was entweder durch einen Anwurfmotor erfolgen kann, oder auch unmittelbar motorisch unter @Stromentn.ihmc aus dein 'Netz. Sodann wird die Erregung dieser Maschine so stark eingestellt, dass die erzeugte GegenEMIi nur wenig niedriger als die NetzEMH ist., derart,
dass die Differenz spannung ausreicht, um dem aus Steuer maschine und Fahrmotor bestehenden Kreis den mittleren Anfalirstrom aufzudrücken. Gleichzeitig wird der Falirmolor in diesen Kreis einbeschaltet, so dass er unter Wir kung dieses Stromes beschleunigt wird. Hier bei nimmt die Spannung, die als Cx'egenEMK in .dem Fahrmotor zustandekommt, zu.
Durch entsprechende Regelung der Errebung der Steuermaschine ist hierbei. die Möglichkeit gegeben, die Spannung an der Steuer maschine in einen bestimmten Verlauf Herab zusetzen, so dass der vom Fahrmotor aufge nommene Strom im Anlauf höchstens uni 5% vom Nennstrom abweicht. Es ist aueli möglich, den Anlassst-roin praktisch konstant zu halten.
Die Steuermaschine läuft hierbei als Mo tor und ist dadurch in der Lage, die auf die Steuermaschine entfallende Energie nutzbar zu speichern.
Mit besonderem Vorteil kann die Rege lung der Erregung selbsttätig, beispielsweise in Abhängigkeit von elektrischen oder me chanischen Grössen am Hauptmotor, durchge führt werden. Ein Ausführungsbeispiel für eine Regelung in Abhängigkeit von der am Hauptmotor liegenden Spannung ist in Fig. \? dargestellt. Hierbei ist die Steuermaschine 4 mit einer Nebenschlusswicklung 9 versehen, die mit einer Mittenanzapfung versehen ist.
Hierbei liegt der eine Teil dieser % ieklung an der Netzspannung (der Spannung der Batterie '1), der andere an der Klemmenspan nung des zu regelnden Motors (Hauptmotor :3, 3). Ausserdem hat die Steuermaschine noch eine Reihensclilusserregerwicklung 10.
Hierbei ergibt sich eine selbständige Be einflussung der wirksamen Gesamterregung der Stcuerma scbine in Abhängigkeit von Anderungen des Stromes im Hauptmotor, so dass sieh ,bei geeigneter Abgleichung der Vor schaltwiderstände von den beiden Teilen der Nebenschlusserregerwic'klung eine Einrege lung auf praktisch konstanten 'Strom des Hauptmotors unabhängig von seiner Dreh zahl ergibt.
Für Antriebe. die nach verhältnismässig kurzer Laufzeit wieder stillgesetzt werden müssen, wie beispielsweise Strassenbahnan triebe, kann es vorteilhaft sein, die in Form der kinetischen Energie der Schwungmasse der Steuermaschine, die gegebenenfalls durch ein geeignetes iSchwungrad noch vergrössert sein kann,
gespeicherte Energie bei dem nachfolgenden Bremsvorgang in das Netz zurückzuliefern. Hierzu wird beim Umschal- ten von Fahren auf Bremsen der Anker des Hauptmotors in bezug auf ,das Feld umge- polt. Die Erregung der :Steuermaschine wird dann während des Bremsvorganges derart.
geregelt, dass die Summe der Spannungen von Fahrmotor und Steuermaschine über einen möglichst breiten Drehzahlbereich stets so gross ist, @dass die für die Bremsung erfor derlichen Ströme in .das Netz fliessen können (Nutzbremsung). Hierbei verläuft der ganze Vorgang grundsätzlich umgekehrt wie beim Anlaufvorgang, so dass auch die Abstufung der Regelung ähnlich wie beim Anlaufvor- gang selbst durchgeführt sein kann. Die Steuermaschine, :die z.
B. beim Anlaufvor- ga.ng von Nenndrehzahl auf eine entspre chend höhere Drehzahl gebracht ist, wird hierbei wieder in ihrer Drehzahl verzögert und annähernd auf Nenndrehzahl gebracht, so dass sie bei einem nachfolgenden Anlauf vorgang wieder die Spannung am Haupt motor begrenzen kann.
Sehr wesentlich ist bei der ganzen be- schriebenen Anordnung die Ausbildung der Steuermaschine als sehr schnellaufende Ma schine, etwa mit einer Nenndrehzahl von 10 000 Umdrehungen pro Minute, die bei dem Anfahrvorgang weiter gesteigert wer den kann, so dass sie an dessen Ende etwa den doppelten Wert erreicht.
Auf diese Weise ist es möglich, mit verhältnismässig g o eringen Massen eine sehr .grosse kinetische Energie aufzuspeichern und die Abmessun gen der Steuermaschine im Verhältnis zu den Abmessungen des Fahrmotors sehr gering zu halten.
Durch die hohe Drehzahl ist es möglich, die elektrisch wirksamen Teile der Maschine klein zu bemessen.. Allerdings nimmt ander seits infolge .der hohen Drehzahl die F'lieh- kra.ftbeanspruchun.g zu, so dass eine hohe spezifische Beanspruehun.g durch die Flieh kräfte eintritt. Es ist deshalb vor allem auch wesentlich, :durch geeignete Konstruktions- massnahmen diese mechanischen Beanspru chungen mit den geringen für den elektri schen Teil ausreichenden Abmessungen zu beherrschen.
Sehr wesentlich hierfür ist es vor allem, von dem Vorurteil abzuweichen, dass .die kritische Drehzahl der Welle ober halb des Betriebsdrehzahlbereiches liegen müsse. Es ist vielmehr ohne weiteres mög lich, die kritische Drehzahl in einen verhält nismässig niedrigen Drehzahlbereich zu legen, der bei dem Anlassvorgan.g ohne we sentliche Beanspruchung rasch durchlaufen wird.
Besondere Vorteile kann es, weiter bil den, wenn unter Umständen die Welle wenigstens teilweise mit zur KTaftlsnienfüh- rung herangezogen wird, wodurch eine wei tere Verringerung des Durchmessers ermög- licht wird, wodurch bei gegebener Drehzahl die Eiehkraftbeanspruchung selbst wesent lich kleiner wird, so,dass die aus Festigkeits gründen notwendigen Masse noch weiterher abgesetzt werden können.
Aus dem gleichen ,Grunde ist es vorteil haft, die @Steuenmaschine mit einem mög lichst kleinen Kommutator mit geringer La mellenzahl auszuführen.
Dies kann beispiels weise dadurch ermöglicht werden, dass in dem Kommutierunggkreis gesättigte Dros seln angewendet werden, die bereits bei Strö men von etwa 1 Amp., höchstens aber 10 Amp., ihren Sättigungswert erreichen, so dass der Stromverlauf im Bereich des,Sbromnulddurch- ganges sehr flach :
gehalten wird, wodurch ,die KomTn.utierung erheblich erleichtert wird, so dass zum Beispiel mit einer ganz geringen Lamellenzahl von etwa sechs Lamellen bei den füT Strassenbahnen üblichen :Spannungen von 500 bis 800 Volt ein Awslangen gefun den werden kann.
Die Anwendung des Erfindungsgedan- kens ist nicht auf das dargestellte Ausfüh- rungsbeispiel beschränkt. Insbesondere kann es unter Umständen auch zweckmässig sein, ,die Anordnung mrit einer Drosselspule von -ausreichender Zeitkonstante zu 'kombinieren, .die ein zu plötzliches Ansteigen .des Stromes beim Einschaltvorgang verhindert und hier bei gleichfalls kinetische Energie, die wie der in. den Kreis zurückgeliefert wird, auf speichert.
Es ist weiter nicht wesentlich, wo her die Aneiebsenergie für Iden Antrieb be zogen wird, ob von einem mitgeführten Spei cher oder aus einem Gleichspannungsnetz;
einer Gleichspannungsfahrleitung oder über Gleichrichter aus einer Wechselspannungs- fahrleitun.g. Die neue Schaltung ist weiter nicht nur für Voll- und IStrassenbaahnantriebe, Oberleitungsomnibusse, sondern aueih für ähnliche Antriebe, wie beispielsweise La:st- hebemaschinen, Walzwerke und dergleichen, mit .gleichem Vorteil anwendbar.
Das besühriebene Verfahren kann dadurch weitergebildet und: verbessert werden., dass die 'Steuermaschine mit einem Stromerzeuger gekuppelt oder mit diesem zusammen zu einem Umformer vereinigt wird, durch den die von der Steuermaschine aufgenamni@@nc Energie in Form von elektrischer Energie zur Verfügung gestellt wird.
Mit, besonderem Vorteil 'kann diese Energie unmittelbar in das Netz zuriickgeliefert werden, was bei entsprechender Regelung des T'informersatzes auch ohne Drebzahlsteigerung möglich ist.
Ein Ausführungsbeispiel hierfür ist in Fig. 3 dargestellt. Mit 1 ist die Spannungn - quelle, mit ? und 3 Anker und Erreger wicklung des (lleichstroni-Ha uptstrom-Falir- motors, mit 4 die Steuermaschine, mit 5 deren Erregerwicklung bezeichnet. 6 stellt den Anker eines mit. dieser mechanisch ge- kuppelten Generators -dar, ,dessen Feldwick lung 7 aus dem Netz konstant fremd erregt ist.
Die Feldwicklung 5 des Umformergene- rators ist gleichfalls aus dem Netz regelbar fremd erregt. Durch entsprechende Ände rung der Erregung des Umformergenerators (vom Maximalwert auf Null) isst es beim Anfahren möglich. praktisch verlustlos die sonst auf einen Anfahrwiderstand entfallende Energie unmittelbar in das Netz zurückzu- liefern. so dass dem Netz nur die Differenz, nämlich die auf den Anfahrmotor entfallende Energie,
entnommen wird. Beim Bremsvor gang wird umgekehrt durch allmähliches Steigern der Erregung von Null auf den Maximalwert der Steuermaschine der Fahr motor stillgesetzt, wobei die gesamte Brems energie über den Umformermotor ins Netz zurückgeliefert wird.
Sehr wertvoll ist; es auch für eine solelie Ausbildung. wenn der Umformer oder Umformersatz, wie dies für die Steuermaschine bereits angegeben ist, als sehr schnellaufende Maschine, beispielsweise mit einer Nenndrehzahl von 10 000 Umdre hungen pro Minute, ausgeführt wird. Auf diese Weise ist es möglich, den Aufwand für den Umformersatz sehr gering zu halten.
Mit Vorteil können auch die übrigen ange gebenen Verbesserungsvorschläge sowohl hin sichtlich der Kommutierung wie auch der Anordnung und konstruktiven Gestaltung auch hierbei Anwendung finden.
Method and device for starting and braking direct current main current motors. For starting DC motors, especially for higher power ratings, it is common practice to reduce the armature voltage by means of a resistor during the starting process. This resistance is gradually reduced, as the counter electromotive force of starting the engine increases as a result of the increase in speed.
Furthermore, a method for starting direct current motors has already become known in which the motor to be started is preceded by a starter motor which is considerably smaller than the main motor. This starter motor is designed as a secondary circuit motor. 'Its armature is connected in series with the armature of the main motor, while its field is independently excited by the network.
When the main engine is at a standstill, the starter engine is accelerated to the highest speed. Then the field winding of the starter motor is interrupted, whereby the field and thus the counterEMK of the starter motor disappears. As a result: the oil current increases so that the main motor starts up.
The invention is based on the knowledge that a major disadvantage of this method is the coupling of the decay time of the field of the starter motor with the start time of the main motor. The first is very small and. can practically hardly be changed within economically reasonable limits, while the latter may have to be changed within wide limits according to needs.
According to the invention, a device of this type for starting and braking heavy DC main current motors, such as for rail drives, can be made useful by gradually regulating the shunt excitation of the control machine from its full value to zero when starting and is brought back from the value zero to the full value in the subsequent firing process.
Embodiments of the subject of the invention are described below with reference to the drawing.
The basic diagram of a first exemplary embodiment is shown in FIG. Here with 1 the voltage source is indicated, which is indicated in the form of a battery, with 3 the armature of the DC main current traction motor, with 3 its excitation winding, with 4 the control machine, whose excitation winding 5 is connected to the. Tension duel 1 is.
The starting process is as follows: first the control machine is brought to full speed, which can be done either by a starter motor, or directly by motor under @ Stromentn.ihmc from your 'network. The excitation of this machine is then set so strong that the generated GegenEMIi is only slightly lower than the NetzEMH.
that the differential voltage is sufficient to apply the mean initial current to the circuit consisting of the control machine and traction motor. At the same time, the Falirmolor is switched into this circuit, so that it is accelerated under the effect of this current. Here at the voltage that comes about as Cx'egenEMK in the drive motor increases.
By appropriate regulation of the acquisition of the control machine is here. given the possibility of reducing the voltage on the control machine in a certain curve so that the current consumed by the traction motor during start-up deviates by a maximum of 5% from the rated current. It is also possible to keep the occasion t-roin practically constant.
The control machine runs as a motor and is therefore able to usefully store the energy generated by the control machine.
With particular advantage, the regulation of the excitation can be carried out automatically, for example as a function of electrical or mechanical variables on the main motor. An exemplary embodiment for a regulation as a function of the voltage applied to the main motor is shown in FIG. shown. Here, the control machine 4 is provided with a shunt winding 9, which is provided with a center tap.
One part of this explanation is due to the mains voltage (the voltage of the battery 1), the other part to the terminal voltage of the motor to be controlled (main motor: 3, 3). In addition, the control machine has a series circuit exciter winding 10.
This results in an independent influencing of the effective total excitation of the Stcuerma scbine depending on changes in the current in the main motor, so that you can see, with a suitable adjustment of the switching resistances of the two parts of the shunt excitation, adjustment to a practically constant current of the main motor results regardless of its speed.
For drives. which have to be shut down again after a relatively short running time, such as tram drives, it can be advantageous to use the kinetic energy of the flywheel of the control machine, which can optionally be increased by a suitable flywheel,
to deliver stored energy back into the network during the subsequent braking process. For this purpose, when switching from driving to braking, the armature of the main motor is reversed with respect to the field. The excitation of the: control machine is then during the braking process.
regulated so that the sum of the voltages of traction motor and control machine is always large enough over the broadest possible speed range that the currents required for braking can flow into the network (regenerative braking). In this case, the whole process is basically the opposite of that in the start-up process, so that the gradation of the regulation can also be carried out similar to the start-up process itself. The control machine: the z.
B. is brought from the nominal speed to a correspondingly higher speed during the start-up process, the speed is decelerated again and brought approximately to the nominal speed so that it can limit the voltage on the main motor again during a subsequent start-up process.
The design of the control machine as a very high-speed machine, for example with a nominal speed of 10,000 revolutions per minute, which can be increased further during the start-up process, so that at the end of the process, it is about double that, is very important in the entire described arrangement Value reached.
In this way it is possible to store a very large kinetic energy with relatively large masses and to keep the dimensions of the control machine very small in relation to the dimensions of the traction motor.
Due to the high speed it is possible to make the electrically active parts of the machine small. However, on the other hand, due to the high speed, the centrifugal force load increases, so that a high specific load due to the Centrifugal forces enter. It is therefore essential above all to: Use suitable construction measures to master these mechanical stresses with the small dimensions that are sufficient for the electrical part.
It is particularly important to deviate from the prejudice that the critical speed of the shaft must be above the operating speed range. Rather, it is easily possible to set the critical speed in a relatively low speed range that is passed through quickly during the starting process without significant stress.
It can further develop particular advantages if, under certain circumstances, the shaft is at least partially used for the KTaftlsnienführung, whereby a further reduction of the diameter is made possible, whereby the pulling force itself is significantly smaller at a given speed, so, that the mass necessary for reasons of strength can be further reduced.
For the same reason, it is advantageous to run the control machine with the smallest possible commutator with a low number of lamellas.
This can be made possible, for example, by using saturated chokes in the commutation circuit, which already reach their saturation value at currents of around 1 amp., But at most 10 amps., So that the current profile is in the range of the Sbromnuld passage very flat :
is held, which makes the communication considerably easier, so that, for example, with a very small number of slats of around six slats on the tramways common: voltages of 500 to 800 volts, an Awslangen can be found.
The application of the inventive concept is not restricted to the exemplary embodiment shown. In particular, under certain circumstances it can also be expedient to combine the arrangement with a choke coil of sufficient time constant, which prevents the current from rising too suddenly during the switch-on process and here also with kinetic energy, which is returned to the circuit like that in will, on stores.
It is also not important where the drive energy for Iden drive is drawn from, whether from an on-board storage device or from a DC voltage network;
a DC contact line or via a rectifier from an AC contact line. The new circuit can also be used with the same advantage not only for full and I-tramway drives, trolleybuses, but also for similar drives, such as, for example, lifting machines, rolling mills and the like.
The described method can be further developed and: improved that the 'control machine is coupled to a power generator or combined with this to form a converter through which the energy recorded by the control machine is made available in the form of electrical energy .
With a 'particular advantage', this energy can be returned directly to the network, which is also possible without increasing the speed if the T'informer set is regulated accordingly.
An exemplary embodiment for this is shown in FIG. 3. With 1 is the voltage source, with? and 3 armature and exciter winding of the (Lleichstroni main current Falir motor, 4 denotes the control machine, 5 denotes its exciter winding. 6 represents the armature of a generator mechanically coupled to it, whose field winding 7 shows the network is constantly excited externally.
The field winding 5 of the converter generator is likewise externally excited in a controllable manner from the network. By changing the excitation of the converter generator accordingly (from the maximum value to zero), it is possible when starting up. With practically no loss, the energy that would otherwise be required by a starting resistor is returned directly to the network. so that only the difference, namely the energy attributable to the starting motor,
is removed. Conversely, when braking, the drive motor is stopped by gradually increasing the excitation from zero to the maximum value of the control machine, with the entire braking energy being returned to the network via the converter motor.
Is very valuable; it also for a solelie training. if the converter or converter set, as already stated for the control machine, is designed as a very high-speed machine, for example with a nominal speed of 10,000 revolutions per minute. In this way it is possible to keep the effort for the transformer replacement very low.
Advantageously, the other suggestions given for improvement can also be used here, both with regard to the commutation and the arrangement and structural design.