DE848668C - Anordnung fuer die automatische Feldschwaechung von elektrischen Motoren mit Serienwicklung - Google Patents

Description

• Anordnung für die automatische Feldschwächung von elektrischen Motoren mit Serienwicklung Für den Antrieb elektrischer Fahrzeuge wird im allgemeinen der Serienmotor verwendet. Um höhere Drehzahlen bei einem gegebenen Drehmoment zu erreichen, wird bekanntlich die Serienwicklung der Triebmotoren geshuntet oder mit Anzapfungen versehen. Diese Art der Drehzahlregulierung hat aber, insbesondere bei hohem Sliuntungsgrad und vielen Motorei, einen bedeutenden Aufwand an Apparaten und Widerständen zur Folge und, ist mit wesentlichen Verlusten verbunden.
• Die Erfindung bezieht sich auf eine automatische Feldschwächung von Motoren, welche von einer Stromduelle gespeist werden, bei der mit abneIimen<lem Strom die Spannung zunimmt, wobei die erwähnten zusätzlichen Einrichtungen und Widerstände der bisherigen Regulierungen vermieden werden. Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß die Statoren der Motoren außer einer Serienwicklung eine Regulierwicklung erhalten, welche in Abhängigkeit der Spannung oder des Stroms so reguliert wird, daß bei zunehmender Spannung oder abnehmendem Strom das Magnetfeld geschwächt wird. -Die Wirkungsweise dieser automatischen Feldschwächung ist an Hand der in Fig. i dargestellten Kurven näher erläutert, wobei die Ordinate (Spannung, Drehzahl und Drehmoment) sowie die Abszisse (Strom) in Prozenten angegeben sind. Die"Kurve E zeigt die Spannung eines Generators in Funktion des Stroms (I) für eine konstante Antriebsleistung, wobei dieser Generator beispielsweise die Triebmotoren eines Fahrzeugs speist und durch einen Dieselmotor oder eine Gasturbine angetrieben wird. Der speisende Generator kann aber auch eine abfallende äußere Charakteristik Ei haben. Die Kurve i zeigt die Drehzahl und die Kurve 2 das Drehmoment in Funktion des Stroms für einen mit konstanter Leistung gespeisten Serienmotor. Wenn angenommen wird, daß der Generator für eine maximale Spannung entsprechend dem Punkt X bemessen ist, so wird beispielsweise für ein Drehmoment entsprechend Punkt Y die Drehzahl des Motors einen maximalen Wert (Punkt Z) von etwa 2oo% erreichen. Wird aber für dieses Drehmoment eine Drehzahl von etwa 300% verlangt, so müßte der Generator entsprechend Kurve E statt 140% etwa 2io°/o Spannung (Punkt U) abgeben können und dementsprechend etwa 5o o/, größer gewählt werden. Um dies zu vermeiden, kann in bekannter Weise die Serienwicklung so geshuntet werden, daß Drehzahl und Drehmoment des Motors entsprechend Kurve 3 bzw. 4 verlaufen. Dabei steigt entsprechend einer Verschiebung des Drehmoments von Punkt Y auf Y' der Strom von etwa 480/0 auf etwa 720/(,. Diese Shuntung von Serienmotoren bedingt aber Starkstromschützen und Parallelwiderstände für die Serienwicklung und hat den großen Nachteil, daß bei Shuntung in wenigen Stufen (viele Stufen fallen wegen Starkstromapparatur außer Betracht, da bei zwölf Motoren und einer Shuntung in vier Stufen bereits sechsunddreißig Starkstromschaltelemente erforderlich sind) große Stromstöße auftreten und dadurch die Antriebsmotoren der Generatoren, also . z. B. die Gasturbinen oder Dieselinotoren, überlastet werden. Diese Überlastungen können nur durch wesentliche Komplikationen der Regulierorgane und gleichzeitig momentane Leistungseinbußen vermindert werden, * was aber keineswegs erwünscht ist.
• Durch die automatische Feldschwächung mittels einer Regulierwicklung gemäß der Erfindung ist es nunmehr ohne weiteres möglich, ohne Schützen und zusätzliche Widerstände automatisch für jede Spannung am Generator eine ganz bestimmte Feldschwächung zu erreichen, so daß beispielsweise der Servofeldregler genau wie bei einem reinen Serienmotor arbeitet. Es treten also keine momentanen Überlastungen für die Antriebsmaschine auf, so daß keine Hilfsmittel für das richtige Funktionieren des Servofeldreglers notwendig sind. Die Kurven 5 und 6 zeigen Drehzahl und Drehmomentverlauf in Funktion des Stroms bei Anwendung der neuen automatischen Regulierung, wobei sofort ersichtlich ist, daß der Motor seinen Seriencharakter beibehält und das gleiche Anfahrdrehmoment wie der reine Serienmotor entwickelt. Gemäß Kurve 6 tritt beim Dauerdrehmoment (iooo/o) nur eine Stromüberlastung von etwa 70/, gegenüber etwa 35% gemäß Kurve 4 beim geshunteten Serienmotor auf: Das Drehmoment sinkt erst wesentlich ab, wenn die Drehzahl stark steigt, d. h. bei großen Lasten bzw. großer Zugkraft hat der Motor den Verlauf des reinen Serienmotors, um gemäß Kurve 5 bei kleinen Lasten bzw. kleinen "Zugkräften in der Drehzahl steil anzusteigen. Die Feldschwächung erfolgt also rein automatisch und ist bei großen Strömen bzw. kleinen Spannungen praktisch unwirksam, um bei kleinen Strömen bzw. großen Spannungen im verstärkten Maße aufzutreten.
• In Fig. 2 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfin-Jung in schematischer Weise dargestellt. Hier handelt es sich beispielsweise um ein Fahrzeug, bei dem der Hauptgenerator G von einem Dieselmotor D angetrieben wird. Der Generator G liefert die Spannung für die Triebmotoren. M, die je mit einer Serienwicklung S und einer Regulierwicklung R versehen sind. Diese letztere liegt an den Klemmen des Hauptgenerators G und eines Hilfsgenerators H. Der Hauptgenerator G ist mit seiner veränderlichen Spannung dem Hilfsgenerator H mit seiner konstanten Spannung entgegengeschaltet. Wenn nun der Hauptgenerator G nicht erregt ist, d. h. die Motoren M keine Spannung haben, so liegen die Regulierwicklungen R der Motoren an der Hilfsgeneratorspannung und unterstützen dabei die Serienwicklungen der Motoren. Steigt die Generatorspannung auf die gleiche Spannung wie diejenige des Hilfsgenerators, so fließt in der Regulierwicklung kein Strom, und das Motorfeld wird dadurch entsprechend geschwächt. Bei weiterem Anstieg der Hauptgeneratorspannung kehrt der Strom in der Regulierwicklung R um, und es wird dadurch das Motorfeld weiter geschwächt. Es kann natürlich das Spannungsverhältnis von Haupt- und Hilfsgenerator so gewählt werden, daß der Strom in der Regulierwicklung R nicht umkehrt. Dies ergibt aber einen Motor mit schwächerer Serienwicklung und bedeutend größerer Regulierwicklung. Dabei steigt der Anteil der Fremderregung, welche sich mit der Generatorspannung ändert, auf beispielsweise 6o o/" so daß ; für die Serienwicklung nur noch 4o0/, Amperewindungen übrigbleiben. `'Fenn aber die Hauptgeneratorspannung größer als die Hilfsgeneratorspannung gewählt wird, so kann bei der Feldschwächung gemäß Kurve 5 (Fig. i) der Anteil der Serienwicklung verdoppelt, d. h. mit 8o0/, gewählt werden. Die Regulierwicklung benötigt dabei für die gleiche Feldschwächung nur 20% Amperewindungen.
• Die Regulierwicklungen R können auf einen oder mehrere Pole verteilt sein, oder es kann auch mindestens ein Pol vorhanden sein, der nur die Regulierwicklung trägt.
• Die Fig. 3 zeigt eine weitere Anordnung gemäß der Erfindung, bei der in Reihe mit dem Hilfsgenerator H noch eine Reguliermaschine F geschaltet ist. Diese Maschine F ist mittels der Erregerwicklung N mit der veränderlichen Spannung des Hauptgenerators G erregt und dem Hilfsgenerator H entgegengeschaltet. Dadurch, daß die Regulierwicklung R an den Klemmen des Hilfsgenerators 1I und der Maschine F liegt, wirkt die Regulierwicklung R bei kleiner Generatorspannung im gleichen Sinne wie die Serienwicklung S des Triebmotors. -Mit steigender Generatorspannung kehrt der Strom in der Regulierwicklung allmählich um und wirkt somit der Serienwicklung S entgegen, so daß eine Feldschwächung des Motors erfolgt. Die Maschine F kann entweder nur mit einer Fremderregung oder auch noch zusätzlich mit einer Eigenerregung versehen sein.
• Indem sich der Strom mit der Spannung ändert, kann natürlich auch in Funktion des Stroms geregelt werden. Falls von einer Regulierung in Abhängigkeit der Spannung abgesehen wird, kann die Wirkung der Regulierwicklung auch mit der Kontrollerstellung des Fahrzeugs beeinflußt werden. In solchen Fällen, wo die Regulierwicklung gleichzeitig mit der Drehzahl oder Füllung des Dieselinotors beeinflußt wird, ist der Feldschwächungsgrad nicht mehr von der Fahrzeuggeschwindigkeit allein abhängig. Wenn aber die Regulierwicklung von der Generatorspannung oder dessen Strom abhängig gemacht wird, so ergibt sich auf jeder Kontrollerstufe, d. h. unabhängig von der Gasturbinen-oder Dieselmotordrehzahl, bei großer Zugkraft praktisch keine und bei kleiner Zugkraft eine sehr starke Feldschwächung. Auch kann die Regulierwicklung nach Belieben, z. B. bei kleinen Fahrg ), schwindigkeiten, an die konstante Hilfsgeneratore spannung angeschlossen bleiben, d. h. die Feldschwächung kann zu einem beliebigen Zeitpunkt eingeleitet werden, beispielsweise durch den Kontroller oder mittels eines Schalters P (Fig. 3). Ebensogut kann der Grad der Feldschwächung verändert werden, beispielsweise durch verschiedene Abgriffe der Generatorspannung am Parallelwiderstand L (Fig. 2) bzw. am Widerstand h (Fig.3) oder durch Veränderung der Erregung des Hilfsgenerators.
• Obwohl die beschriebenen Ausführungsbeispiele sich auf Fahrzeuge beziehen, bei denen der Generator für die Speisung der Triebmotoren von einem Dieselmotor oder einer Gasturbine angetrieben wird, ist die Erfindung keineswegs auf Fahrzeuge beschränkt. Sie kann ebensogut für Antriebe von Kranen, Winden, Spillen usw. angewendet werden, wobei die durch automatische Feldschwächung geregelten -Motoren von einem Netz aus gespeist werden, hei welchem sich die Spannung mit dem Strom ändert.

Claims (3)

1. PATENTANSPRICHE: i. Anordnung für die automatische Feldschwächung von elektrischen Motoren mit Serienwicklung, welche von einer Stromquelle gespeist werden, bei der mit abnehmendem Strom die Spannung steigt, dadurch gekennzeichnet, daß die Statoren mit einer zusätzlichen lZegulierwicklung versehen sind, welch letztere in Abhängigkeit der Spannung oder des Stroms so reguliert wird, daß bei zunehmender Spannung oder abnehmendem Strom das Motorfeld automatisch geschwächt wird.
2. 2. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Regulierwicklung an der Spannung des den Motor speisenden Hauptgenerators und eines Hilfsgenerators liegt, wobei mindestens ein Teil der Hauptgeneratorspannung derjenigen des Hilfsgenerators entgegengeschaltet ist.
3. 3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Teil der Hauptgeneratorspannung, der der Hilfsgeneratorspannung entgegenwirkt, kleiner als die Hilfsgeneratorspannung ist. :I. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Teil der Hauptgeneratorspannung, der der Hilfsgeneratorspannung entgegenwirkt, größer als die Hilfsgeneratorspannung ist. 5. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Teil der Hauptgeneratorspannung, der der Hilfsgeneratorspannung entgegenwirkt, gleich groß wie die Hilfsgeneratorspannung ist. 6. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der Feldschwächung durch verschiedenen Spannungsabgriff an der Hauptgeneratorspannung eingestellt wird. 7. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Regulierwicklung an der Spannung eines Hilfsgenerators und einer mit diesem in Reihe geschalteten Reguliermaschine liegt, wobei die Spannung des Hilfsgenerators derjenigen der Reguliermaschine entgegenwirkt und die Reguliermaschine vom Hauptgenerator aus so erregt wird, daß die Spannung der Reguliermaschine zwischen Null und einem höheren Wert als demjenigen der Hilfsgeneratorspannung liegt. B. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung der Reguliermaschine kleiner als die Hilfsgeneratorspannung ist. g. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung der Reguliermaschine größer als die Hilfsgeneratorspannung ist. io. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung der Reguliermaschine gleich groß wie die Hilfsgeneratorspannung ist. i i. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der Motorfeldschwächung durch die Erregungseinstellung der Reguliermaschine eingestellt wird. 12. Anordnung nach Anspruch 2 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der Motorfeldschwächung durch die Erregungseinstellung des Hilfsgenerators eingestellt wird. 13. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Einfluß der Regulier= Wicklung durch die Drehzahleinstellung der Antriebsmaschine des Hauptgenerators gesteuert wird. 14. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptgeneratorspannung der Regulierwicklung nur bei größeren Geschwindigkeiten entgegengeschaltet wird, und zwar in Abhängigkeit der Kontrollerstellung. 15. Anordnung nach Anspruch t, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptgeneratorspannung der Regulierwicklung nur bei größeren Geschwindigkeiten entgegengeschaltet wird, und zwar in Abhängigkeit der Hauptgeneratorspannung.