-
Verlustlose und stetige Geschwindigkeitsregelung für mehrmotorige
Gleichstromantriebe, besonders für Eisenbahnfahrzeuge. Irre elektrischen Bahnbetrieb,
besteht das Bedürfnis, die Zugkraft der Triebfahrzeuge in weiten. Grenzen der Geschwindigkeit
zu ändern. Dies wird: zufolge der bekannten Eigenschaften der Elektromotoren durch;
die Änderung der Klemmenspannung erzielt. Während man nun bei Wechselstrom im Transformator
ein Mittel besitzt, die7 Motorspannung -stufenweise zu ändern, läßt Sich die wirtschaftliche
Geschwindigkeitsregelung bei Gleichstrom nicht in so einfacher Weise durchführen.
Die bekannteste Art derselben besteht darin, daß die Gesamtleistung auf mehrere
Motoreinheiten, etwa 2 bis 12, unterteilt wird, wobei dann die Motoren in Reihe,
gruppenweise in Reihe und schließlich nebeneinander geschaltet werden, wodurch sich
die auf jeden Motor entfallende Spannung ändern läßt. Die Regelung der Geschwindigkeit
kann bei diesem Verfahren wegen der beschränkten Zahl; der anwendbaren übergangssüufen
nur sprungweise erfolgen, .wodurch entsprechend der ,Schwankung der Stromstärken
bzw. der Zugkraft das Reibungsgewicht nicht voll; ausgenutzt werden kann. Abgesehen
von der ungünstigen Baustoffwirtschaft durch die notwendige Aufteilung der Leistung
auf viele kleine Einheiten haftet diesem Verfahren auch der Übelstand an, dafl im
Moment des Anfahrens aus dem- Stillstande sich die in Reihe geschalteten Motoren
insofern in einem unstagb-ilen Gleichgewichtszustande befinden, als die gewollte
gleichmäßige Spannungsaufteilung auf alle vorhandenen Motoren b@zw. Kollektoren
sofort gestört wird, wenn auch nur eine Achse ins -Sohleud'ern gerät. Der mit der
durchgegangenen Achse verbundene Motor nimmt einen beträchtlichen Teil der Linienspannung
auf und verhindert das zur Entwicktung der nötigen Zugkraft erforderliche Anwachsen
des Stromes.
-
Als ein weiteres Mittel hat man die Leonardschaltung vorgeschlagen,
welche eine kontinuierliche Regelung der Geschwindigkeit
gestattet.
Diese Schaltung hat jedoch den Nachteil, d'aß der hierbei zur Anwendung konmnende
Umformer für die Gesamtleistung der Motoren bemessen sein muß und neben einer großen
Gewichtsvermehrung des Triebfahrzeuges auch eine erhebliche Verteuerung desselben
verursacht, Man hat deshalb die unter dem Namen Zu- und Gegenschaltung bekannte
Anordnung ausgeführt, bei welcher nur die halbe Leistung der Motoren umzuformen
ist. Diese Schaltung ist wieder mit dem großen Nachteil behaftet, daß die Linienspannung
nur halb so groß als die Gesamtspannung an den Motoren gewählt werden darf.
-
Nach der Erfindung wird eine weitere Einschränkung der Umformerleistung
unter möglichster Vermeidung der genannten Übelstände dadurch erzielt, daß von den.
bekannten Schaltmethoden in einer bestimmten Reihenfolge während des Anfahrens und
der Geschwindigkeitsregelung Gebrauch, gemacht wird, und zwar wird in den ersten
Anfahrstufen der elektrische Strom den Motoren nach dem Leonardsy stem durch einen
Umformer zugeführt, während bei den höheren Geschwindigkeitsstufen eine Zu- und
Gegenschaltung mit demselben Umformer stattfindet. Die Anwendung der Leonardischaltung
beim Anfahren und bei kleinen Geschwindigkeiten hat zur Folge, daß der durch Zu-
und Gegenschaltung zu überwindende Spannungsbereich eingeschränkt wird. Schon dies
ermöglicht, die Leistung des Umformers gegenüber der reinen Zu- und GegenschaItung
herabzusetzen, wobei auch der Höchstwert der an den Motoren auftretenden Gesamtspannung
sich über die Linienspannung weniger erhebt. Gemäß der Erfindung findet außerdem
eine mäßige Unterteilung der Leistung auf mehrere Motoren statt; diese wird dazu
benutzt, um die Motoren beim Anfahren parallel, später in Reihe bz-,v. gruppenweise
in Reihe und bei den höchsten Geschwindigkeiten wieder parallel zu schalten, wodurch
eine weitere Verkleinerung der Urnnformerleisturig möglich und die Rückwirkung des
Schleuderns einzelner Achsen auf die übrigen beim, Anfahren vermieden wird.
-
Der primäre, am Netz liegende Teil des Umformers ist beispielsweise
eine normale NebenschluOmaschine, deren Erregung bei mäßiger Spannung von der Linie,
bei Hochspannung auch von einem Sammler geliefert werden kann. Der Sekundärteil
des Umformers besitzt wie bekannt Fremderregung, so daß dessen Spannung von Null
bis zum vollen Werte beliebig gewählt werden kann. Man kann. auch die Sekundärseite
auf mehrere, insbesondere auf zwei gleich große Maschinen oder zwei besondere Ankerwicklungen
einer Maschine verteilen. Durch diese Maßnahmen läßt sich die Leistung des Umformers
auf einen Bruchteil der Gesamtleistung der Triebmotoren vermindern, was einen wesentlichen
Vorteil: der Anordnung darstellt; denn abgesehen voim der Gewichtsverminderung und
den Beschaffungskosten werden bei einem verhältnismäßig nur kleinen Umformer dessen
Leerlaufverluste für die Wirtschaftlichkeit ohne Bedeutung sein.
-
Das Wesen der neuen Schaltung sei an Hand der Zeichnung erläutert,
welche in den Abb. i bis ä die verschiedenen, Schaltstufen einer beispielsweisen
Ausführung der Schaltung darstellt.
-
Das Fahrzeug sei beispielsweise mit vier Triebnmaschinen ausgerüstet.
Zu Beginn der Fahrt sind die vier Motoren Ml bis M4 nach Abb. i parallel geschaltet
und werden ausschließlich von der Sekundärseite des Umformers gespeist, die entweder
in zwei Maschinen oder zwei auf einem gemeinsamen Anker sitzende Wicklungen Z, und
Z. geteilt ist. Die Maxiinal.spannung der Umformersekundärseite ist bei vier Motoren
zweckmäßig aus später ersichtlichen Gründen. dem sechsten Teil der Linienspannung
gleich. Da die Motoren bei dieser Anordnung sämtlich parallel geschaltet sind, wird
das Reibungsgewicht bei sämtlichen Triebachsen vollständig ausgenutzt.
-
Die Motoren werden derart angelassen, daß in dieser ersten Schaltstel:llung
des Fahrschalters die Sekundärspannung des Umformers von Null beginnend bis zu der
Maximalspannung gesteigert wird. Hierbei wird die Geschwindigkeit des Fahrzeuges
auf ein Sechstel seiner Normalgeschwindigkeit gesteigert. In der nächsten Übergangsstellung
des Fahrschalters, die ini Abb. 2 dargestellt ist, sind die vier Motoren und die
beiden Maschinenhälften Z, und ZZ derart in Reihe an: das Netz gelegt, daß die von
dem Umformersatz erzeugte Spannung der Netzspannung entgegenwirkt. Bei der Umschaltung
wird die Erregung der Maschinenhälften Z, und Z2 nicht geändert, so daß dieselben
zweimal' ein Sechstel der Linien§pannun.g verzehren und für die Motoren zwei Drittel
der Linienspannung verbleibt. Auf einen Motor entfällt der vierte Teil von zwei
Drittel d. i. ein Sechster der Linienspannung, also derselbe Betrag, der auch in
der Schaltung nach Ab -b. i bei vollständiger Erregung des Umformers auf jeden einzelnen
Motor entfällt. Beim Übergang von der einen Schaltung auf die zweite findet daher
kein Stromstoß statt.
-
Zur -weiteren Geschwindigkeitssteigerung wird nun die Gegenspannung
des Umformers durch Änderung der Erregung zunächst auf Null gebracht, dann wird-
der Umformer nach
Umschaltung der Feldwicklüngen wieder voll erregt,
so daß er eine der Netzspannung O'eichgerichtete zusätzliche Spannung von einem:
Drittel der Netzspannung liefert. Die vier Motoren müssen dabei vier Drittel der
Netzspannung aufnehmen, wobei für einen Motor ein Drittel verbleibt. In dieser Schaltstellung,
wird demnach die Geschwindigkeit bis auf ein Drittel der Normalgeschwindigkeit gesteigert.
-
Beim Übergang in die nächstfolgende Schaltstellung, die in Abh. 3
dargestellt. ist, werden die Sekundärteile des Umformers bz-#v. ihre Erregerwicklungen
so umgeschaltet, daß die von ihnen erzeugte Spannung der Netzspannung wieder
entgegenwirkt. Gleichzeitig werden die Motoren in zwei gleiche Gruppen hintereinander
geschaltet, wobei die beiden Gruppen mit den hintereinander geö schalteten Maschinenhälften
der Sekundärseite des Umformers. in Reihe liegen. Man erkennt leicht, daß auch hier
beim Übergang von der vorhergehenden Sohaltstelfung kein Stromstoß auftritt. Bei
dem weiteren Anlassen, wird die Erregung des Umformers wieder derart geändert, da8
die Gegenspannung desselben zum Verschwinden gebracht und dann das Feld im umgekehrten
Sinne voll erregt wird. Zn letzterem Zustand beträgt die Spannung an jedem. Motor
die Hälfte von vier Drittel, d'. i. zwei Drittel der Netzspannung, woraus sich eine
Geschwindigkeit von zwei Dritteil Normalgeschwindigkeit ergibt.
-
In der in Abb. 4 dargestellten nächsten Schaltstellung sind sowohl
die Motoren als auch) die Maschinenhälften, des Umformers para#lle#ll geschaltet
und gleichzeitig die Um@-fornuer der Netzspannung -,vieler entgegengeschaltet. Dia
hierbei die Motoren an eine Spannung von i -'/e =5/, der Netzspannung angelegt würden,
müßte ein entsprechender Stromstoß stattfinden. Dieser wird vermieden, wenn, man.
den Widerstand W vorschaltet, welcher ein Sechstel der Netzspannung verzehrt. Man
könnte auch die beiden Urr1 formerhälften in Reihe belassen, wobei dieselben natürlich
mit- dem doppelten Strom kurzseitig belastet wären.
-
Die Endstelilung des Fahrschalters ist in Abb. 5 angegeben, bei welcher
der Widerstand W abgeschaltet ist und somit keine überflüssigen Verluste auftreten.
-
Die vorbesehriebene Regelmethode ist unabhängig von der Anzahl, der
Triebmotoren. Je mehr Motoren jedoch vorhanden sind`, desto kleiner kann natürlich
die Leistung des Umformers bemessen werden.