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Einrichtung zum Betriebe von Elektromotoren mittels Leonard-Generators,
der gemeinsam mit einem ihn erregenden Hilfsgenerator von einer Verbrennungskraftmaschine
angetrieben wird. Um elektrische Triebwagen, die mit Verbrennungskraftmotoren als
Antriebsmaschinen ausgerüstet sind, zu steuern, hat man bisher die Ward-Leonard-Schaltung
oder ähnliche Anordnungen verwendet. Diese Anordnungen haben aber den :Nachteil,
daß die Erregung des von dem Verbrennungskraftmotor angetriebenen Generators unter
ständiger Beobachtung der Wattmeter von Hand geregelt werden muß. Hierzu dient neben
der Drosselklappe ein Fahrschalter mit vielen Stellungen, mit dem ein Teil des Feldwiderstandes
zu- und abgeschaltet werden kann. Es werden also an die Aufmerksamkeit des Fahrers
große Ansprüche gestellt, da dieser nicht nur sich der eigentlichen Führung des
Wagens widmen, sondern auch die elektrischen Instrumente beobachten muß.
Gegenstand
der Erfindung ist eine Anordnung, bei welcher die Fahrgeschwindigkeit ausschließlich
durch die Drosselklappe des Motors geregelt wird, so,daß keinerlei Meßinstrumente
nötig sind. Auf jeder Stellung der Drosselklappe stellt sich die Geschwindigkeit
der Verbrennungskraftmaschine ohne weiteres selbsttätig so ein, daß die Maschine
voll ausgenutzt wird, ohne daß die Gefahr des Stehenbleibens besteht.
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Die Erfindung setzt eine Einrichtung zum Betrieb von Elektromotoren
mittels Leonard-Generators, der gemeinsam mit einem ihm erregenden Hilfsgenerator
von einer Verbrennungskraftmaschine angetrieben wird, als bekannt voraus. Sie besteht
darin, daß mit dem Hilfsgenerator über elektrische Schaltvorrichtungen, wie Relais
o. dgl., eine Batterie verbunden ist, welche die Feldwicklung des Hilfsgenerators
erregt, solange die von diesem abgegebene Spannung ein bestimmtes Maß nicht überschreitet,
andernfalls aber vors dem alsdann durch Schaltvorrichtungen auf Selbsterregung umgeschalteten
Hilfsgenerator aufgeladen wird. Ein weiteres Kennzeichen der Erfindung besteht darin,
daß eine Kontaktvorrichtung vorgesehen ist, welche die Verbindung der Batterie mit
der Erregerwicklung des Hilfsgenerators unterbricht, wenn der Verbrennungskraftmotor
durch Abstellen seiner Drosselklappe o. dgl. außer Betrieb gesetzt ist. Man wird
außerdem entweder an dem Hilfsgenerator oder an dem Hauptgenerator eine Gegencompoundfeldwicklung
vorsehen, um zu erzielen, daß der Hauptgenerator eine möglichst konstante Leistung
abzugeben versucht.
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An Hand der in Abb. i und 2 dargestellten Ausführungsbeispiele soll
die Erfindung näher erläutert werden.
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5 ist eine Verbrennungskraftmaschine, die mittels einer Drosselklappe
8 gesteuert und zweckmäßig als schnellaufende Maschine ausgeführt wird, um die Anlage
klein zu halten; sie ist so zu bemessen, daß sie bei fallender Drehzahl ein zunehmendes
Drehmoment abgeben kann und ihre Leistung konstant bleibt. Mit dieser Maschine ist
ein zwei Motoren 14 speisender Generator 6 und dessen Erregermaschine 7 mechanisch
gekuppelt. i i ist die Feldwicklung des Generators 6. Außerdem besitzt der Generator
eine Hilfspolwicklung 18 und eine Gegencompoundwicklung 17. Die Wicklung 17 wirkt
der Wicklung i i in folgender Weise magnetisch entgegen: Sobald der Generator stärker
belastet wird, steigt auch sein Ankerstrom. Infolgedessen wächst auch die magnetische
Wirkung der Spule 17 auf die Spule ii. Gleichzeitig sinkt der Erregerstrom in der
Wicklung i z, weil die Spannung der Maschine 7 infolge der sinkenden Drehzahl der
Antriebsmaschine 5, die durch die wachsende Belastung verursacht wird, fällt. Da
diese beiden Wirkungen sich addieren, sinkt die Spannung des Generators weiter,
als es dem Drehzahlabfall der Maschine 5 entspricht. Daher wird auch die abgegebene
Leistung des Generators, welche bei jedem Wert des Ankerstroms proportional der
Spannung ist, bei fallender Drehzahl der Maschine 5. schneller fallen, als die Kraft
der Maschine 5 fällt. Die Drehzahl der Maschine 5 wird sich also auf den Wert einstellen,
bei welchem die Kraft der Maschine der Belastung des Generators das Gleichgewicht
hält.
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Die Feldwicklung i9 der Erregermaschine 7 ist über einen Regelwiderstand
24 und einen Schalter 22 an eine Batterie 2o angeschlossen. Der Schalter 22 ist
über eine Regelvorrichtung io und ein Gestänge 9 mit der Drosselklappe der Maschine
5 verbunden und so angeordnet, daß er nur dann offen ist, wenn die Drosselklappe
geschlossen ist (Leerlaufstellung), in allen anderen Stellungen der Drosselklappe
aber geschlossen ist.
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Statt daß der Schalter 22 den Stromkreis der Feldwicklung direkt unterbricht,
kann man aber auch ein Schütz zwischenschalten, so daß von der Vorrichtung io nur
der Schalter zum Unterbrechen des Schützstromkreises gesteuert wird.
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50 ist ein Relais, durch welches selbsttätig die Erregermaschine
7 auf Selbsterregung umgeschaltet und gleichzeitig die Batterie 2o aufgeladen wird,
sobald die Spannung der Maschine 7 einen bestimmten Weit überschreitet. Das Relais
besteht aus einer Haltespule 28, Zugspulen 29 Und°@o, festen Kontakten 31, 32, 33
und zwei beweglichen Kontaktarmen 34 und 35, welche miteinander elektrisch verbunden
sind. Das Relais ist im Ruhezustand mit der Erregermaschine 7 durch einen Stromkreis
verbunden, welcher von dem Pluspol der Maschine 7 aus über die Haltespule 28, die
Arme 34 und 35, Kontakt 32, Zugspule 29 und zurück zu dem negativen Pol der Maschine
7 geschlossen ist.
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Überschreitet nun die von der Maschine 7 abgegebene Spannung ein bestimmtes
Maß, so zieht die Spule 29 den Arm 34 an, der die Kontakte 31 schließt. Hierdurch
wird der Stromkreis der Zugspule 30 von der positiven Klemme der Maschine
7 aus über Spule 28, Arm 34, Kontakt 31 und zurück zu dem negativen Pol der Maschine
7 geschlossen. Infolgedessen zieht die Zugspule 3o den Arm 35 an, so daß die Kontakte
32 geöffnet und die Kontakte 33 geschlossen werden. Hierdurch wird ein Ladestromkreis
für die Batterie gebildet von der positiven Klemme der Maschine 7 aus über die Haltespule
28, Arm
34 und 35, Kontakt 33, Regelwiderstand 24, Schalter 22 zu
dem Pluspol der Batterie und über die Batterie zurück zu den negativen Klemmen der
Erregermaschine.
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Die Spulen des Relais sind dabei so bemessen, daß die Haltespule 28
den Ladestromkreis der Batterie geschlossen hält, solange die Spannung der Erregermaschine
höher ist als die der Batterie 2o, und wenn dies nicht mehr der Fall ist, den Kontaktarm
34 losläßt, so daß der Ladestromkreis unterbrochen wird.
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Ist die Drosselklappe 8 geschlossen, so ist damit der Schalter 22
geöffnet und der Stromkreis der Feldwicklung ig unterbrochen. Infolgedessen wird
weder die Erregermaschine 7 noch der Generator 6 erregt. Sobald man die Drosselklappe
öffnet, wird der Schalter 22 geschlossen und die Batterie 2o direkt mit der Erregerwicklung
ig verbunden. Hierdurch wächst der von der Erregermaschine 7 an die Feldwicklung
i i abgegebene Strom sehr rasch. Der Generator 6 erreicht also ebenfalls rasch seine
normale Spannung und gibt Strom an die Motoren 14 ab. Dieser fließt durch die Wicklung
17, welche, wie bereits erwähnt, der Feldwicklung i r magnetisch entgegengeschaltet
ist, so daß das wirkliche Feld des Generators 6 das resultierende aus den beiden
entgegenwirkenden Feldern der Wicklungen i i und 17 ist. Sobald also der
von denn Generator abgegebene Strom wächst, sinkt das Feld, so daß der Generator
das Bestreben hat, mit konstanter Leistungsabgabe zu arbeiten.
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Die Anordnung nach Abb. 2 unterscheidet sich von der nach Abb. i nur
dadurch, daß die Feldwicklung 17 nicht der Feldwicklung des Generators 6, sondern
der Feldwicklung ig der Erregermaschine 7 entgegenwirkt. Hierdurch kann man die
Wicklung 17 kleiner bemessen.
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Die Vorteile, die ich aus der Anordnung gemäß der Erfindung ergeben,
lassen sich am besten an Händ der in der Abb. 3 dargestellten Kurven erläutern.
Die gestrichelt gezeichnete Kurve A zeigt die ideale Volt-Ampere-Charakteristik,
bei der das Produkt Spannung. Strom konstant ist; sie bildet also eine Hyperbel.
Die strichpunktierte Kurve B zeigt eine Charakteristik, wie man sie bei den gebräuchlichen
Anordnungen erhält, bei denen das Generatorfeld durch eine Stromquelle mit konstanter
Spannung erzeugt wird. Wie man sieht, nähert -sich die Kurve B nur an einer ganz
kleinen Stelle der idealen Kurve A. Man muß also besondere elektrische Regeleinrichtungen
vorsehen, um eine annähernd konstante Leistungsabgabe zu erhalten. Da bei der Anordnung
gemäß der Erfindung der Generator durch eine besondere, von der Maschine 5 angetriebene
Erregermaschirie gespeist wird, verursacht ein Wachsen des Ankerstroms des Generators
bei stärkerer Belastung nicht nur ein Sinken der Generatorspannung infolge der steigenden
Einwirkung der Wicklung 17 auf die Wicklung i i, sondern auch ein Fallen der Spannung
der Erregermaschine 7 infolge der sinkenden Drehzahl der Antriebsmaschine 5. Durch
die Verbindung dieser beiden Wirkungen und entsprechend gewählte Sättigung des Erregerfeldes
des Generators erhält man die ausgezogen gezeichnete Belastungskurve C, welche sich
der Idealkurve in weiten Grenzen nähert, sie aber in keinem Punkte überschreitet.