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Steuerung für einen durch einen Verbrennungsmotor angetriebenen fremderregten
Generator, insbesondere für brennkraftelektrische Fahrzeugantriebe Bei der Steuerung
,eines von einer Verbrennungskraftmaschine angetriebenen Gleichstromgenerators ist
bekanntlich darauf zu achten, daß der Generator die Verbrennungskraftmaschine nicht
überlastet. Insbesondere bei 'Betrieb von Eisenbahnfahrzeugen ist es erforderlich,
daß die Leistung der- Verbrennungskraftmaschine im ganzen Fahrbereich der Fahrmotoren
voll ausgenutzt wird, ohne daß eine Überlastung der Verbxennungskraftmaschine eintritt.
Es sind nun verschiedene Schaltungen bekanntgeworden, deren Wirkungsweise im wesentlichen
immer darin besteht, die Erregung des Hauptgenerators abhängig vom Fahrstrom der
Elektromotoren so zu beeinflussen, daß sich, abgesehen von den Verlusten im Generator,
eine hyperbelförmige, auf Strom bezogene Spannungskennlinie ergibt. Ferner sind
auch Anordnungen nicht mehr neu, bei denen die magnetische Kennlinie einer , Erregermaschine
als Abbild für die gewünschte Hyperbel benutzt wird. Eine solche Erregermaschine,
deren Kennlinie in Zusammenarbeit mit dem Hauptgenerator tatsächlich die _ gewünschte
Vollast ergibt, ist jedoch nichtleicht im voraus zu bestimmen. Alle die bekannten
Steuerungen für durch Verbrennungskraftmäsdhinen ,angetriebene Gieneratören haben
den Nachteil, daß sie entweder die Generatorkennlihie nicht weit genug an die Kennlinie
- der - Verbrennungf*raft-, maschine angleichen oder zu verwickelt und zu teuer
sind. - - -Der Erfindung liegt nun- die Aufgabe zugrunde, die vorgenannten Nachteile
zu beseitigen. Sie- bedient sich bei der Lösung dieser Aufgabe eines an sich bekannten
SteueTprinzips, bei dem die Erregung des durch den Verbrennungsmotor angetriebenen-
fremderregten Generators vermittels gittergesteuerter Ventile derart geregelt wird,
daß die Stromspannungskennlinie dieses Generators bei
gleichbleibender
Drehzahl und Leistungsaufnahme im Hauptarbeitsbereich in bezug auf den Nullpunkt
eine konvexe (hyperbelähciliche; Gestalt aufweist. Das Neue und Erfi derische besteht
nun darin, daß die hyperlx 1-förmige Stromspannungskennlinie vermittels»; einer
aus Elektronenröhren mit hyperb.eläl@1;' licher Gitterspannungsanodenstromkennlinie
bestehenden Verstärkeranordnung erregt wird, bei welcher an das Gitter der Eingangsröhre
die Spannungsdifferenz zwischen den Enden der Reihenschlußwicklung eines der Fahrmotoren
oder eines anderen vom Generatorstrom durchflossenen Widerstandes gelegt ist.
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Eine hyperbelförmige Röhrenkennlinie ist in Abb. 2 dargestellt. In
diesem Schaubild ist auf der linken Seite als Abszisse die negative Gittervorspannung
-U, einer Elektronenröhre aufgetragen (das Negativ bezieht sich auf die Kathode;,
während .als Ordinate der Anodenstrom J, bei gleichbleibender Anodenspannung dargesfel.lt
ist. Verschiebt man die Gitterspannung innerhalb des dargestellten Bereiches, so
verändert sich der Anodenstrom bei einem als gleichbleibend vorausgesetzten äußeren
Widerstand entsprechend der dargestellten Kennlinie. Die Röhre arbeitet also wie
ein veränderlicher Widerstand.
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Die veränderliche Gittervorspannung läßt sich beispielsweise durch
den Spannungsabfall im Erregerfeld eines Elektromotors erzeugen, dessen Stromstärke
von der Belastung abhängig ist. Man kann also, wie die Abb. 2 erkennen läßt, den
Anodenstrom der Elektronenröhre in Abhängigkeit vom Belastungsstrom .1"t eines Motors
regeln. Durch Zwischenschalten eines an sich bekannten Verstärkers, wie er beispielsweise
in Abb.. i im Prinzip dargestellt ist, wobei die Heizstromkreise der Kathoden weggelassen
sind und mittelbar beheizte Röhren vorausgesetzt werden, kann also durch Verändern
der Gitterspannung U,, der Anodenstrom J« verändert werden. Der in Abb. i dargestellte
Verstärker ist durch _Parallelschalten einer Anzahl von Elektronenröhren,R, bis
R; aufgebaut. Die erste Röhre e, ist als Spannungsverstärkerröhre geschaltet. Durch
Abgleich der Vorwiderstände in den Anodenstromkreisen und in den 'Gitterstromkreisen
läßt sich bekanntlich der Arbeitsbereich des Verstärkers einstellen. Der Aufbau
des Verstärkers selbst ist für den noch näher zu beschreibenden Erfindungsgedanken
ohne Bedeutung. Die Röhren können also auch in anderer als in der dargestellten
Weise geschaltet sein.
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In Abb.3 ist die Anwendung des Erfindungsgedankens bei der Steuerung
eineselektrischen Triebfahrzeuges dargestellt. G kennzeichnet den Anker des beispielsweise
von einem Dieselmotor angetriebenen Hauptgenerators und F sein Erregerfeld. Die
von dem Generator gespeisten Fahrmotoren sind als Hauptstrommotoren ausgebildet
und haben die Anker Ml bzw. M. und die Felder F1 bzw. F-1#xs Erregerfeld F des Generators
G wird von ,@in Anker der Erregermaschine a gespeist, scter durch die Erregerwicklung
e erregt wird. Die Erregerwicklung eerhält ihren Sirom von dem Anker einer Hilfsmaschine
h, deren Erregerfeld hl von .einer Batterie B über den Anodenstromkreis eines Verstärkers
V gespeist wird. Die an den Klemmen der Felder der Fahrmotoren vorhandene Spannungsdifferenz
wird dem Verstärker V zugeführt, und zwar derart, daß die Feldklemme, die am Generator
liegt, an die Kathode, und die Feldklemme, die am Anker des Motors liegt, an das
Gitter des Verstärkereinganges geführt wird. Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen
Schaltung ist folgende: Wenn die FahrmotorenATl und M@ einen großen Strom aufnehmen,
dann tritt auch an den Klemmen des Feldes F., eine große-Spannungsdifferenz auf.
Diese Spannungsdifferenz gibt dem Gitter der ersten Röhre R, eines in Abb. i in
seiner Schaltung des näheren dargestellten Verstärkers eine gegenüber der Kathode
negative Spannung. In den nachfolgenden Verstärkerröhren R2 bis R, wird der Anodenstrom
so weit verstärkt, daß damit das Feld der Hilfsmaschine lt, erregt werden kann.
Diese Hilfsmaschine gibt ihrerseits ihre Spannung an das Erregerfelde der Erregermaschine
a. des Hauptgenerators. Wenn der von den Fährmotoren aufgenommene Strom beim Anfahren
zurückgeht, so geht auch die Gitterspannung der ersten Röhre zurück. Dadurch steigen
derAnodenstrom und damit auch der Feldstrom der Hilfsmaschine 1t1 an. Die weitere
Folge ist, daß auch die Spannung des Hauptgenerators steigt. Durch passende Wahl
der Kennlinie des Verstärkers ist es nun ohne Schwierigkeiten möglich, von vornherein
eine hyperbelförmige Stromspannungskennlinie zu erzeugen. Durch Verlegen des Arbeitsbereiches
des Verstärkers kann auch eine Änderung der Generatorkennlinie, beispielsweise bei
sinkender Drehzahl, eine Erniedrigung der Spannung bei gleichem Strom, hervorgerufen
werden. Es sind hierbei immer nur ganz kleine Schaltleistungen notwendig, die in
der Größe von einigen Milliamperen liegen. Die Schaltgeräte fallen also in der Größe
sehr klein aus. Außerdem ist eine vollkommen verlustlose Regelung möglich, da keinerlei
Vorwiderstände in dem Haupterregerkreis und in dem Hilfserregerkreis notwendig sind.
Erst in dem Erregerkreis der Hilfsmaschine ist ein Vorwiderstand W vorzusehen, um
eine große Bereichänderung zu ermöglichen.
Ein großer Vorteil der
erfindungsgemäßen Anordnung ist auch darin zu sehen, daß der Generator im Bereich
der kleinen Stromstärken, wo bereits die Sättigung einzusetzen beginnt, besser ausgenutzt
werden kann, da gerade im Bereich der kleinen Stromstärken, also auch im Bereich
der kleinen Gitterspannungen, die Röhrenkennlinie sehr steil verläuft. Dies hat
zur Folge, daß auch bei Absinken des Stromes die Leistung, des Hauptgenerators noch
gut .auszunutzen ist.
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Ein weiterer Vorteil ist der, daß der Hauptgenerator nur ein einziges
Erregerfeld braucht und auch die Hilfsmaschinen keinerlei vom Hauptstrom durchflossene
Feldwicklungen benötigen. Die Hilfsmaschinen können also klein gehalten werden.