DE170030C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

Bei elektrischen Fernbahnen, die durch Städte geführt werden sollen, ergibt sich oft die Notwendigkeit, die innerhalb der Stadt befindlichen Linien als Straßenbahnlinien mit Gleichstrom zu speisen, während die Fernstrecken mit Wechselstrom betrieben werden. Da bekanntlich Gleichstrommotoren unter gewissen Bedingungen auch mit Einphasenwechselstrom gespeist werden können, bietet

ίο der Übergang von der mit der einen Stromart gespeisten Strecke auf die mit der anderen Stromart gespeisten Strecken keine weiteren Schwierigkeiten, wenn die Fernstrecken mit einphasigem Wechselstrom ge- speist werden. Sollen jedoch die Fernstrecken mit mehrphasigem Wechselstrom betrieben werden, so sind besondere Einrichtungen notwendig, um den Übergang bei Benutzung der gleichen Motoren für die eine und für die andere Strecke zu ermöglichen.

Den Gegenstand der Erfindung bildet nun

eine Einrichtung, die diesen Übergang von einer mit Mehrphasenstrom betriebenen Strecke auf eine mit Gleich- oder mit Einphasenwechselstrom betriebene Strecke ermöglichen soll. Der letztere Fall tritt dann ein, wenn ein bestehendes Straßenbahnnetz mit Einphasenwechselstrombetrieb von den Zügen des mit mehrphasigem Wechselstrom betriebenen Fernverkehrs befahren werden soll.

Das Wesen der Erfindung besteht darin,

daß sämtliche oder ein Teil der Spulen der Mehrphasenprimärwicklung (Stator) der Antriebsmotoren und die sowohl mit Schleifringen als mit Kollektoren ausgerüsteten Anker (Rotoren) derselben mittels geeigneter Schaltvorrichtungen für den Betrieb auf mit Gleich- oder mit Einphasenwechselstrom gespeisten Strecken derart geschaltet werden können, daß eine zwei- oder mehrpolige Feldwicklung entsteht und der Anker durch die Kollektorbürsten mit der ganzen oder mit einem Teil der Feldwicklung in Reihe geschaltet oder aber in bekannter Weise für sich oder durch einen Teil der Spulen der Primärwicklung kurzgeschlossen werden kann, um den Motor als Repulsionsmotor laufen zu lassen.

Die Fig. ι bis 4 der Zeichnung zeigen verschiedene Ausführungsformen des Motors mit polymorpher Armatur, die Fig. 5 big 8 verschiedene Schaltungsschemas der polymorphen Armatur, die Fig. 9, 10 und 13, 14 Schaltungsschemas der Einrichtung und die Fig. 11 und 12 die Schaltung zum Umkehren der Drehrichtung des Motors bei Gleichoder Einphasenwechselstrombetrieb.

Die Bewicklung A der polymorphen Armatur ist in bei Gleichstrom- oder Einphasenwechselstrommaschinen üblicher Weise mit einem entsprechenden Kollektor B verbunden (Fig. I bis 4), außerdem sind einzelne entsprechende Stellen der Bewicklung mit der entsprechenden Anzahl von Schleifringen C

so verbunden, daß an den Schleifringen eine entsprechende ein- oder mehrphasige Wechselstromspannung entsteht.

Die einzelnen Fälle der konstruktiven An-Ordnung des Kommutators und der Schleifringe sind in Fig. i, 2, 3 und 4 dargestellt. Die Schleifringe können innerhalb des Motorkastens angeordnet sein, und zwar neben dem Kommutator (Fig. r) oder an der dem Kommutator entgegengesetzten Seite der Armatur (Fig. 2), doch können dieselben auch außerhalb des Motorkastens sowohl auf der einen als auf der anderen Seite angeordnet sein (Fig. 3); schließlich soll hier, als ein ebenfalls möglicher besonderer Fall der Anordnung außerhalb des Motorkastens, jener Fall erwähnt werden, in welchem der Motor mittels einer Kurbel antreibt und die Zuführung zu den Schleifringen durch die Welle, Kurbel, Kurbelzapfen und Gegenkurbel hindurch erfolgt, die Schleifringe aber außerhalb der Kurbel an einer Gegenkurbel angebracht sind (Fig. 4). '

Eine mögliche Ausführungsform wäre auch der Fall, in welchem die Schleifringe zwischen dem Kommutator und der Armatur angebracht sind; dies wäre aber eine praktisch weniger geeignete Lösung, denn die zahlreichen Kommutatorverbindungen müßten durch die Schleifringe hindurchgeführt werden.

Die Abzweigung der Verbindungen der Schleifringe kann mittels des einfachen Verbindens der entsprechenden Punkte der Gleichstrombewicklung mit den Schleifringen geschehen, wie dies in Fig. 5 schematisch dargestellt ist; doch kann dieselbe auch durch Zusatzspulen hindurch (Fig. 6) erfolgen.

Die polymorphe Armatur kann auch in der Weise hergestellt sein, daß sie je eine ' getrennte Bewicklung für Gleichstrom und für Wechselstrom besitzt, wie dies beispielsweise in den Fig. 7 und 8 schematisch dargestellt ist, in Fig. 7 mit dreiphasiger Bewicklung in Sternschaltung, in Fig. 8 mit dreiphasiger Bewicklung in Dreieckschaltung. Der Umschalter bewirkt dem Wesen nach die in den Fig. 9 und 10 dargestellten Schaltungen. Fig. 9 zeigt das Schema der Dreh- stromschaltung. Fig. 10 dasjenige der Gleichstromschaltung.

Bei der in Fig. 10 dargestellten Schaltung dienen die Spulen des Stators als Magnetspulen, und zwar entweder unter Benutzung sämtlicher Spulen der Drehstrombewicklung oder aber nur eines Teiles derselben in entsprechender Weise in Gruppen, in Reihe oder parallel geschaltet.

Diese Schaltung geschieht in der Weise, daß die entstehenden Magnetpole entweder senkrecht zu der durch den Armaturstrom hervorgebrachten magnetischen Achse stehen, und dies ist der einfachere Fall, oder aber es bilden dieselben einen von 90 ° abweichenden Wink.el α (Fig. ii). Im ersteren Falle 6g geschieht die Änderung der Drehrichtung des Motors entweder durch Kommutation des Armatur- oder des Magnetstromkreises. Im zweiten Falle wird nur ein Teil der Magnetbewicklung kommutiert oder aber, falls die Armatur kommutiert wird, samt der Armatur ein anderer gewisser Teil der Bewicklung, so zwar, daß bei geänderter Fahrtrichtung der durch die magnetischen Achsen des Magneten und der Armatur gebildete Winkel mit dem vorherigen Winkel gleich groß, jedoch von entgegengesetztem . Sinne wird (—α, Fig. 12).

Bei der Umschaltung von Gleichstrom auf Wechselstrom wird der Stromkreis der Gleichstrombürsten unterbrochen und die Bürsten event, vom Kommutator abgehoben, die Bewicklung des stehenden Teiles des Motors wird auf dem Systeme entsprechende mehrphasige Stromkreise geschaltet, so zwar, daß die Gleichstrommagnetbewicklung entweder ganz oder aber nur ein Teil derselben in entsprechende Gruppen, in Reihe oder parallel geschaltet ausgenutzt wird, schließlich wird der Anlaßrheostat auf den induzierten Stromkreis des Induktionsmotors geschaltet.

Ein besonderer Fall des Umschalters ist in Fig. 13 und 14 dargestellt, wo Ai¹, M², Ai³ die drei Phasen der Statorbewicklung des Motors bezeichnen. K stellt den Gleich-Stromkommutator dar, b¹ f² die auf demselben befindlichen Bürsten, R\ i?², R³, i?⁴ die Schleifringe nebst den dazugehörigen Bürsten von vier einer Zweiphasenbewicklung entsprechenden Abzweigungen, Rh den Anlaßrheostat des Mehrphasenmotors, 3 ph die Stromquelle desselben, C den Gleichstromkontroller; L und L¹ sind die Gleichstromzuleitungen.

Die Kontakte des Umschalters sind mit den Ziffern 1 bis 22 bezeichnet. Wird der Motor mit Dreiphasenstrom betrieben, so ist ι mit 10, 2 mit 11, 3 mit 12, 4 mit 13, 6 mit 14, 7 mit 15, 8 mit 16, 9 mit 17 verbunden (Fig. 13) und ist der Stromlauf der folgende:

Von der Stromquelle 3^/2 bezw. den festen Kontakten 10, 11, 12 des Umschalters durch die beweglichen Kontakte 1, 2, 3 desselben zu den Dreiphasenwicklungen M¹, M², Μ^Ά, welche durch die Kontakte 13 und 4 des Umschalters in Sternform geschaltet sind. Die Armatur besitzt beispielsweise eine Zweiphasenwicklung und dementsprechend vier Schleifringe i?¹ bis i?⁴. Die auf denselben schleifenden Bürsten sind durch die beweglichen Kontakte 6 bis 9 und die festen Kon-

takte 14 bis 17 des Umschalters an den Anlaßwiderstand Rh geschlossen.

Wird der Motor mit Gleichstrom gespeist, so stellt der Umschalter die in Fig. 14 gezeigten Schaltungen her, bei welcher 1 mit i8, 2 mit 19, 3 mit 20, 4 mit 21 und 5 mit 22 verbunden ist. Nun geht der Strom von der Gleichstromleitung L, durch die Klemme 23 des Kontrollers C und durch die Kontakte 18 und ι des Umschalters zu den Spulen, . M¹ durchfließt hiernach in Reihe die Spulen Ai² und gelangt.durch die Kontakte 3, 20 des Umschalters zur Bürste b ^J des Kommutators K, durchfließt den Anker und die Bürste b², Kontakte 5, 22 des Umschalters zu den Kontakten 30 und 24 des Kontrollers C, gelangt von hier durch die Leitung 25 und durch die Kontakte 19, 2 des Umschalters zu den Spulen M^s der Magnetbewicklung und nach Durchfließen derselben durch die Kontakte 4, 21 des Umschalters zur Klemme 26 des Kontrollers C bezw. zum anderen Pol L¹ der Gleichstromleitung.

Soll die Drehrichtung des Motors geändert werden, so wird der Kontroller in die mit gebrochenen Linien angedeutete Stellung gebracht, so daß die Kontakte ■ 27, 28 geschlossen werden. Hierbei fließt der Gleichstrom von der Leitung L durch 28, 30, 22,

s, b², Armatur, b¹, 20,'3, zu Af² und Ai¹, durchfließt also sowohl die Armatur als diese beiden Spulen in umgekehrter Richtung und gelangt durch 1, 18, 31, 27, 25, 19, 2, Af³, 4, 21, 26 nach ΖΛ Es wird hierbei bemerkt, daß es lediglich von der Lage der Spulen Ai¹, Af² mit Bezug auf die Verbindungslinie der Kollektorbürsten abhängt, ob die Drehrichtung des Motors geändert wird oder nicht. Die Größe der Spulen mit Bezug auf die Größe der Spulen Af³, in der die Richtung des Stromes nicht geändert werden soll, ist völlig belanglos. Liegen z. B. die Spulen Ai¹, Af² derart, daß die Richtung des von diesen Spulen erzeugten Feldes in die Verbindungslinie der Kollektorbürsten fällt, während die Richtung des durch die Wicklung Ai³ erzeugten Feldes senkrecht zur Verbindungslinie der Bürsten fällt, so wird sich die Drehrichtung des Motors ändern, wenn die Stromrichtung gleichzeitig im Anker und in den Spulen Af¹, Ai² geändert wird, in der Spule Af³ jedoch unverändert bleibt. Diese Schaltung entspricht der in der Praxis tatsächlich angewendeten und bewährten Schaltung.

Derselbe Zweck kann mit einem dem Wesen nach ähnlichen Umschalter bei dem Stator eines Motors in Dreieckschaltung auch durch Auflösung der Phasen erzielt werden und kann sogar durch entsprechende Komplizierung und Vermehrung der Anzahl der herausführenden Leitungen eine beliebige Kombination der in Reihe und parallel geschalteten Spulenteile erreicht werden, was in gewissen besonderen Fällen die Bemessung der Bewicklung event, zur Notwendigkeit macht, was aber auf das Wesen der Erfindung von keinerlei Einfluß ist.

Diese Schaltung kann selbstverständlich auch auf mehrere auf einem Fahrzeuge befindliche Motoren angewendet werden, und letztere können auch mittels des Gleichstromkontrollers — der event, mit dem den Gegenstand der Erfindung bildenden Umschalter konstruktiv vereinigt werden kann — in Reihenparallelschaltung betrieben werden. Desgleichen können im Falle der Mehrphasenschaltung die Motoren als Mehrphasenmotoren mit Hilfe einer entsprechenden Schalteranordnung usw. auch in Kaskadenschaltung betrieben werden.

Claims (1)

1. Patent-Anspruch:

   Einrichtung, durch welche ermöglicht wird, Bahnelektromotoren zeitweise mit Mehrphasenwechselstrom und zeitweise mit Gleich- oder Einphasenwechselstrom zu betreiben, dadurch gekennzeichnet, daß die sämtlichen oder ein Teil der Spulen der Mehrphasenprimärwicklung· der Antriebsmotoren und die sowohl mit Schleifringen als mit Kollektoren ausgerüsteten polymorphen Anker derselben mittels geeigneter Schaltvorrichtungen beim Befahren mit Gleich- oder mit Einphasenwechselstrom gespeister Strecken derart geschaltet werden können, daß eine zwei- oder mehrpolige Feldwicklung entsteht und der Anker durch die Kollektorbürsten mit der ganzen oder mit einem Teil der Feldwicklung in Reihe geschaltet oder aber für sich oder durch einen Teil der Spulen der Primärwicklung kurzgeschlossen werden kann.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.