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Schaltungsanordnung für batteriegespeiste Motoren, insbesondere Bahnmotoren
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für batteriegespeiste Motoren, insbesondere
Bahnmotoren, bei der die Batterie in Abschnitte eingeteilt ist, welche nacheinander
in den Stromkreis des Motors eingeschaltet werden.
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Bei einer bekannten Anordnung dieser Art bleibt dabei die Batterie
in Reihe geschaltet; zur Einschaltung der -Batterieabschnitte in den Motorstromkreis
wird bei dieser Anordnung eine Meisterwalze verwendet. Während des nacheinander
erfolgenden Einschaltens der Batterieabschnitte in den Motorstromkreis liegt das
konstante Erregerfeld des Nebenschlußmotors an fester Spannung der Batterie. Die
Anordnung ist dabei so getroffen, daß nicht nur die einzelnen Batterieabschnitte
nacheinander in den Motorkreis eingeschaltet werden, sondern daß auch nach jedesmaligem
Bewegen der Meisterwalze in die »Aus«-Stellung jeweils ein anderer Abschnitt der
Batterie als erster in den Motorkreis eingeschaltet wird.
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Bei der bekannten Anordnung erfolgt die Geschwindigkeitsregelung des
Motors bei Umschalten von einer Anzapfung auf die andere Stoßweise; auch die Beschleunigung
des Motors in jeder Schaltstellung der Meisterwalze erfolgt ungesteuert, da Regeleinrichtungen
zur Regelung der Geschwindigkeit in den einzelnen Schaltstellungen der Meisterwalze
nicht vorgesehen sind. Man kann daher die Geschwindigkeit des Motors nur in grober
Weise dadurch regeln, daß man mit der Meisterwalze deren Schaltstellungen mehr oder
weniger schnell durchfährt. Beim Übergang von einer Batterieanzapfung auf die andere
entstehen dabei in den eingeschalteten Batterieabschnitten starke Stromstöße, welche
der Lebensdauer der Batterie sehr nachteilig sind.
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Die Erfindung bezweckt, diese Nachteile zu beseitigen und eine Anordnung
zu schaffen, welche eine feinfühligere und stoßfreie Regelung der Geschwindigkeit
des Motors in den einzelnen Schaltstellungen ermöglicht, wobei gleichzeitig die
Batterie möglichst geschont wird. Zu dem Zwecke besteht die Erfindung darin, daß
der Motor in an sich bekannter Weise mit einem Nebenschlußfeld und einem Reihenschlußfeld
versehen ist, welch letzteres größer ist als das Nebenschlußfeld und diesem entgegengesetzt
wirkt, wobei eine Schaltvorrichtung einen Widerstand jedesmal dann allmählich aus
dem Nebenschlußfeld ausschaltet, wenn ein neuer Batterieabschnitt in den Motorstromkreis
zugeschaltet wird. Hierdurch wird das resultierende Feld geschwächt und die Drehgeschwindigkeit
des Klotors erhöht. Die Erfindung besteht weiter
darin, daß mit
der Hauptwalze ein Hilfsregler derart mechanisch gekuppelt ist, daß die den Widerstand
im Nebenschlußfelde steuernde Hilfswalze bei jedem Schaltschritt der Meisterwalze
eine volle Umdrehung ausführt. Die Hauptwalze ist so ausgebildet, daß ein neuer
Batterieabschnitt zugeschaltet wird, bevor die Verbindung mit dem vorhergehenden
Abschnitt unterbrochen wird, wobei durch eine Steuereinrichtung zwischen die aufeinanderfolgenden
Batterieabschnitte ein Widerstand eingeschaltet wird, solange der Batterieabschnitt
überbrückt ist. Der Überbrückungswiderstand wird jeweils bei Einschaltung eines
neuen Batterieabschnittes vorübergehend in die positive Zuleitung von der Batterie
eingeschaltet, um eine allmähliche Beschleunigung zu erzielen.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung sind in der folgenden Beschreibung
angegeben. Eine Ausführungsform des Gegenstandes der Erfindung ist in der Zeichnung
beispielsweise schematisch dargestellt.
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Die Batterie ist in eine Anzahl von Gruppen geteilt, beispielsweise
bei einer gesamten Batteriespannung von 6oo Volt in 12 Einheiten oder Gruppen 1
bis KII von je 5o Volt. Die Anordnung enthält einen Trommelregler p mit so viel
Schaltstellungen, als Zellengruppen vorhanden sind. In den Regler sind zwei Pole
jeder Batteriegruppe eingeführt; vom Regler ist die gleiche Zahl von Leitern a bis
na
einem später zu beschreibenden Reihenparallelschalter zugeführt.
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Die Trommel dieses Gruppenumschalters p wird selbsttätig jedesmal
um einen Schritt gedreht, wenn der Hauptregler s in seine »Aus«-Stellung zurückgeht.
Dies wird durch einen besonderen Kontakt 22 in der »Aus«-Stellung des Hauptreglers
s erreicht, durch welchen ein Motor sg so betätigt wird, daß er die Trommel des
Gruppenumschalters p um einen Schritt weiterdreht. Eine Leitung s, verbindet den
Kontakt 22 mit einem zweipoligen Ein- und Ausschalter s2, dessen Welle zwei Ein-
und Ausschaltorgane .trägt und welcher so ausgebildet ist, daß er von einem Anschlag
am Hauptregler jedesmal dann betätigt wird, wenn dieser in seine »Aus«-Stellung
zurückgeht. Die beiden Ein- und Ausschaltkontakte des Schalters s2 sind an die Ringanschlüsse
eines schrittweise arbeitenden Kommutators s4 geführt, welcher den Motor s, so steuert,
daß er die Tromm-l des Gruppenumschalters p jeweils um einen Schritt weiterbewegt.
Wenn diese Bewegung erfolgt ist, wird die Zuleitung zu dem Antrieb abgeschaltet;
eine weitere Bewegung d.:r Trommel p kann dann nicht erfolgen, bis der Hauptreglers
wieder in seine »Aus«-Stellung zurückgeht. Die Zeichnung veranschaulicht die Schaltverbindungen
zwischen den Kontakten der ersten, zweiten und dritten Stellung der Trommel p und
läßt erkennen, daß die Wirkung des Gruppenumschalters p darin besteht, die Reihenfolge,
in welche die verschiedenen Batterieabschnitte gebracht werden, jedesmal zu ändern,
wenn der Hauptregler s in die erste Fahrtstellung bewegt wird, wobei jeder Batterieabschnitt
nacheinander als erster in den Motorstromkreis eingeschaltet wird; dadurch wird
die Belastung so gleichmäßig wie möglich auf die verschiedenen Batterieabschnitte
verteilt. Eine derartige Nacheinandereinschaltung der Batterieabschnitte ist an
sich bekannt.
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Um zu verhindern, daß die verschiedenen Batterieabschnitte ungleichmäßig
belastet werden, ist ein handbetätigter Schalter q vorgesehen, der drei als »Reihe«,
»Aus« und »Parallel« bezeichnete und in der Zeichnung mit q1, q2, q3 angedeutete
Stellungen besitzt. Der Schalter kann als Trommelschalter ausgebildet sein; alle
Leiter a, b, c . . . m vom Gruppenumschalter p sind an ihn angeschlossen.
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Der Schalter q befindet sich in der Reihenstellung, wenn die Batterie
von der äußeren Stromquelle geladen wird und wenn die Batterie Strom an die Motoren
liefert. Der Schalter wird in die »Parallel«-Stellung gelegt, wenn die Batterie
zwecks Ausgleichs der Spannungen der verschiedenen Batterieabschnitte in Parallelschaltung
geladen werden soll.
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Das Anlassen wird mittels eines Hauptreglers durch von Schützen gesteuerte
Widerstände und durch ein veränderliches Motornebenschlußfeld geregelt.
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Der Hauptregler s ist als Trommelregler ausgebildet und weist zwölf
Stellungen; die den zwölf Teilen der Batterie entsprechen, und eine »Aus«-Stellung
auf. Die ungeraden Ziffern r, 3, 5 ... 23 der Zeichnung geben die verschiedenen
Batterieabschnittkontakte an, welche den zwölf Stellungen des Hauptreglers entsprechend
nacheinander geschlossen werden. Die geraden Ziffern 2, q., 6 ... 22 der
Zeichnung bezeichnen die Kontakte, welche die Schützen steuern.
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Der Handgriff des Hauptreglers ist mit der Trommel durch eine Vorrichtung
s, verbunden, die einen bestimmten toten Gang erlaubt, welcher das Schließen eines
Kontaktes s6 ermöglicht, wie später beschrieben wird.
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Die Schützenreihe r enthält einen beispielsweise gleichmäßig in zwölf
Teile geteilten Widerstand r1, dessen Anzapfungen je an zwei elektromagnetisch betätigte
Schalter r2, r3 angeschlossen sind, von denen der eine, r2, seinen zugehörigen Abschritt
des Widerstandes r1 kurzschließen kann, während der andere,
r2,
in die positive Leitung eines Batterieabschnitts eingeschaltet ist.
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Der Treibmotor zt des Fahrzeuges ist ein Hauptschlußmotor mit einer
Hauptschlußwicklung u2 sowie mit einer dem Haupt.-schlußfeld entgegenwirkenden Nebenschlußwicklung
u1. Die Erregung des Nebenschlußfeldes wird mittels eines Hilfsreglers t geregelt,
welcher einen in Reihe mit dein Nebenschlußfeld liegenden Widerstand u3 ändert.
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Der Hilfsregler t ist ebenfalls als Trommelregler ausgebildet und
mit dem Hauptregler s durch ein Getriebe so verbunden, daß er bei Bewegung des Hauptreglers
von einer Stellung in die nächste eine volle Umdrehung ausführt, d. h. der Hilfsregler
macht zwölf volle Umläufe, wenn sich der Hauptregler über alle zwölf, den zwölf
Batteriegruppen entsprechende Stellungen bewegt. Bei jeder Umdrehung des Hilfsreglers
t wird das dem Hauptschlußfeld entgegenwirkende Nebenschlußfeld verstärkt und folglich
das resultierende Feld geschwächt, wodurch die Drehzahl des Motors erhöht wird.
Wenn der Hauptregler von einer Stellung in die nächste bewegt wird, hat der Hilfsregler
bereits wieder seine Nullstellung und das Nebenschlußfeld seine volle Stärke erreicht,
und der Vorgang wiederholt sich für jeden Schritt des Hauptreglers.
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Um den Motor abschalten zu können, beispielsweise wenn der Wagen eine
Gefällestrecke befährt, ist ein durch Daumendruck oder in sonstiger Weise betätigter
Schalters, am Handgriff des Hauptschalters vorgesehen, so daß der Fahrer den Motor
vom Netz abschalten kann.
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Damit das Fahrzeug in jeder Richtung betrieben werden kann, iFt ein
Schalter v vorgesehen, welcher die Ankerverbindungen umkehrt. Ferner ist ein Hauptschalter
w zwischen der Batterie und den Schützen angeordnet, welcher mit einer überstromspule
versehen ist und außerdem sowohl von Hand als auch durch ein Totmannspedal x betätigt
werden kann. In der Zeichnung ist mit z ein Stromabnehmer bezeichnet, der verwendet
werden kann, wenn neben dem reinen Batteriebetrieb noch ein Oberleitungsbetrieb
vorgesehen werden sollte.
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Um eine stoßfreie Beschleunigung und eine Verminderung der Verluste
beim Anfahren zu vermeiden, ist folgende Anordnung vorgesehen: Das Anlassen wird
durch die Schützen r und das regelbare Nebenschlußfeld it, gesteuert, welches gesondert
von der Batteriespannung erregt wird. Leiter A, B, C ...
N
verbinden den Schalter q und die Schützen r.
Die Schützen werden
durch den Hauptschalter s gesteuert, mit welchem der Hilfsschalter t zur Regelung
des Nebenschlußfeldes durch ein Getriebe verbunden ist. Die Motorklemmenspannung'
allmählich erhöht, indem die Anzapfungen der Batterie fortschreitend von einer Stellengruppe
auf die ganze Batterie umg°_schaltet werden. Für die Stoßfreiheit der Umschaltung
ist es wichtig, daß Unterbrechungen in der Speisung sowie das Kurzschließen von
Batteriegruppen verhindert werden. Um Unterbrechungen in der Batteriespeisung zu
verhüten, ist die Anordnung so.getroffen, daß die nächste Anzapfung zugeschaltet
wird, bevor die vorhergehende Anzapfung abgeschaltet ist. Um ein Kurzschließen zu
verhindern, ist der Widerstand r, zwischen zwei Anzapfungen geschaltet, solange
der Batterieabschnitt überbrückt ist, wodurch der Kurzschlußstrom auf einen zulässigen
Betrag begrenzt wird. Die zur Überbrückung der Batterieabschnitte verwendeten Widerstände
werden auch dazu verwandt, eine sanfte Beschleunigung zu erzielen, indem sie kurzzeitig
zwischen die Batterie und den Motor eingeschaltet werden, sobald ein neuer Batterieabschnitt
durch den Hauptschalters eingeschaltet wird; bei weiterer Bewegung des Hauptschalters
werden die Kontakte z, q., 6 ... 22 geschlossen, so daß die Schützen des
Schützensatzes r 3 betätigt werden und diese den Widerstand r, stufenweise ausschalten.
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Das Anlassen geschieht in folgender Weise: Hauptschalter in der ersten
Stellung i. Der Kontakt i ist geschlossen, das erste Schütz r. schließt sich und
Strom fließt von der positiven Klemme der Batterie durch sämtliche Überbrückungswiderstände;-,
zum Motor.
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2. Die Kontakte 2, 4., 6, 8 ... 22 schließen sich beim Weiterbewegen
des Hauptschalters nacheinander, die Schiitzcii r3 werden nacheinander ansprechen
und den Widerstand aus dem ,Motorstromkreise ausschalten.
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3. Wenn der Kontakt 22 geschlossen ist, so beginnt der Hilfsregler
t seine Tätigkeit und schaltet den Widerstand i!.- aus dem Nebenschlußkreise aus,
wodurch das Nebenschlußfeld verstärkt und das resultierende Feld geschwächt wird,
was ein-. Erhöhung derMotoräeschwindigkeit zur Folge hat. Hauptschalter bewegt sich
in die zweite Stellung i. Die Kontakte 2, 4, 6 ... 22 öffnen.
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2. Kontakt 3 schließt sich, dadurch spricht das zweite Schütz der
Reihe 1-s an.
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3. Kontakt i öffnet, so daß auch das erste Schütz der Reihe r. öffnet.
q..
Kontakte q. bis 22 schließen sich allmählich nacheinander.
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5. Wenn der Kontakt 22 geschlossen ist, beginnt der Hilfsschalter
t zu arbeiten und schaltet Widerstand u3 im Nebenschlußfelde aus, wodurch das Nebenschlußfeld
verstärkt und das resultierende Feld geschwächt wird, was eine Erhöhung der Geschwindigkeit
zur Folge hat.
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Hauptschalter s bewegt sich in die dritte Stellung i. -Kontakte q.
bis 22 öffnen sich. 2. Kontakt 5 schließt sich.
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3. Kontakt 3 öffnet.
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4. Kontakte 6 bis 22 schließen sich nacheinander wie vorher.
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5. Wenn Kontakt 2z geschlossen ist, beginnt der Hilfsregler t zu arbeiten
undWiderstand aus dem Nebenschlußfeld auszuschalten, wie vorher beschrieben.
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Dieselbe Reihenfolge von Betätigungen erfolgt in den übrigen Stufen
des Hauptreglers s.
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Bremsung unter Stromrückgewinnung Der Hauptreglers ist so ausgebildet,
daß Bremsung unter Stromrückgewinnung herbeigeführt werden kann, indem der Reglerhandgriff
aus irgendeiner beim Fahren des Fahrzeugs erreichten Stellung in Richtung der »Aus«-Stellung
des Reglers bewegt wird. Diese Bewegung des Handgriffs wird, wie vorher beschrieben,
dazu benutzt, einen Kontakt se zu schließen, welcher das Reihenschlußfeld u2 vom
Motor u abschaltet. Das Hauptschlußfeld würde stets größer sein als das ihm entgegenwirkende
Nebenschlußfeld, und das Feld der Maschine hat daher bei eingeschalteter Reihenschlußwicklung
stets eine solche Richtung, daß ein Antrieb der Maschine als Motor bewirkt wird.
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Wenn jedoch das Reihenschlußfeld abgeschaltet wird, so wird die Feldrichtung
umgekehrt, und da die Drehrichtung dieselbe bleibt, ist die Maschine jetzt in einen
Nebenschlußgenerator umgewandelt, der Strom zur Batterie liefert. Es kann, je nachdem
welche Ströme bei der Rückstrombremsung zulässig sind, notwendig sein, die Nebenschlußfeld-Amper
ewindungen zu regeln, für gewöhnlich wird jedoch die Änderung des Stromes im Nebenschlußfelde
mittels des veränderlichen Widerstandes ausreichen.
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Die Rückbewegung des Hauptreglers s in die »Aus«-Stellung hat Wirkungen
zur Folge, die den in Verbindung mit der Beschleunigung beschriebenen Wirkungen
entgegengesetzt sind, @d. h. die durch die Bewegung des Fahrzeugs erzeugte Energie
wird in die Batterie mit einer Spannung zurückgespeist, welche in jedem Augenblick
etwas höher ist als die Spannung der Batterieabschnitte entsprechend der Reglerstellung.
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Wenn die erzeugte Spannung infolge der Verlangsamung des Fahrzeugs
absinkt, so wird sie durch den Widerstand im Nebenschlußfelde geregelt; durch Änderung
der Reglerstellung wird die Batteriespannung genau entgegengesetzt zu der in Verbindung
mit dem Beschleunigungsvorgang beschriebenen Weise herabgesetzt.
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In manchen Fällen kann es zweckmäßig sein, eine gesonderte Erregung
des Feldes durch ein oder mehrere Abschnitte der Batterie oder durch eine besondere
zu diesem Zweck vorgesehene Batterie vorzunehmen.