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Selbsttätige Regelungs- und Bremseinrichtung durch Stromrückgewinnung
von Bahnmotoren. Die Erfindung bezieht sich auf die Anordnung besonderer zusätzlicher
Einrichtungen .bei len gewöhnlichen Gleichstroniüahnausrüstungen, die die Selbstregelung
der Leistung nach lein, Ingangsetzen der Fahrzeuge wie auch die elektrische Bremsung
durch Stromrückgewinnung gestatten.
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Es ist bekannt, daß bei Reihenschlußmotoren lie Leistung in dem Maße
abnimmt, wie die Geschwindigkeit zunimmt. Daher kommt es, laß am Ende des Anlaufbetriebes
mit Widerständen, wenn die Geschwindigkeit niedrig ist. die an die Motoren gelieferte
Leistung ihren Höchststand erreicht. Nun ist es oft erforderlich, bis zii den größten
Geschwindigkeiten rlie größte Leistung aufrechtzuerhalten, für die :lie Motoren
ausgeführt sin:l. '-\Ian wurde dann von einer größeren Beschleunigung Vorteil haben
und könnte unter sonst gleichen \-erhältnissen einen merkbaren Gewinn auf ;lern
1# ahrplan verwirklichen.
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Zu diesem Zweck könnte die Parallelschaltung der Erregung der Motoren
in aufeinanderfolgenden Stufen verwendet werden, aber fieses`'erfahren erschwert
die 1lan.-ihabung un,l gibt Anlaß zu Stronistölien. In dieser Hinsicht liefert die
Erfindung erstens ein Mittel, <furch eine dauernde, mit der Geschwin ,-figkeit
zunehmende Selbstregelung der Motorenerregun.g die volle Leistung aufrechtzuerhalten.
Zweitens gestattet die Erfindung, die elektrische Bremsung durch Stromrückgewinnung
unter denselben Bedingungen der Selbstregelung zii verwirklichen. Die verwendeten
:Mittel gellen jederzeit die Möglichkeit, von nein Motorenbetrieb auf den Bremsbetrieb
überzugehen will die Bremskraft nahezu konstant zu erhaltea durch eine gleichmäßige,
der Abnahme der Geschwindigkeit entsprechende Verstärkung der Erregung.
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Zur Verwirklichung dieses doppelten Zweckes ist mit einer gewöhnlichen
Motorenanlage eine besondere Erregermaschine vereinigt, die bestimmt ist, die Erregerwicklung
des oder der Haupt- oder Nebenmotoren während der Lauf- und während der Bremsperiode
zu speisen.
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Die Erregermaschine ist mit einer =lerartigen Erregung versehen, daß
der in jedem Augenblick den Erregermagneten des oder der Hauptmotoren gelieferte
Strom eine der Änderung der Geschwindigkeit entsprechende Verän.-1,erung erfährt,
während der Ankerstrom der Hauptmotoren nahezu konstant bleibt.
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Eine derartige Erregermaschine kann in folgender an sich bekannter
Art gemäß Ahb. i ler Zeichnung ausgeführt sein: _-h und .1, sind die Anker Ier beHei
Motoren einer Wagenausrüstung, B, unc't B, ihre an den Anker C der Erregermaschine
angeschlossenen Erregerwicklungen. Die Erregermaschine ist mit einer dreifachen
Erregung ausgerüstet, un:1 nvar: i. einer Erregerwicklung D, 1ie in Reihe finit
ihrem Anker liegt, 2. einer Erregerwicklung E, durch die der Hauptstrom der Wagenmotoren
A" .A, fließt, 3. einer Erregerwicklung F, die beispi@elswei;e an die Klemmen des
Netzes angeschlossen ist und deren Stromfluß unverändert bleibt. Weim man voraussetzt,
daß die mit gleichbleibender Geschwindigkeit betrachtete Erregermaschine auf dein
geraden Teil ihrer Charakteristik arbeitet und daß die in Reihe
mit
der Motorenerrebgung liegende Erregerwicklung D genügt, um die nötige Erregung zu
liefern, so folgt, daß die beiden Wicklungen E und F gleiche Größe, aber entgegengesetzte
Amperewindungen darstellen müssen, und zwar für alle Erregungszustände, die unterhalb
der einer Sättigung des Eisens entsprechenden Erregung bleiben.
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_ Wenn man sich weiter vorstellt, daß eine durch die Erregermaschine
den Hauptmotoren gelieferte Erregung derartig ist, daß die in diesen entwickelte
gegenelektromotorische Kraft der Netzspannung gleich ist, so wird kein Strom in
dem Hauptstromkreis fließen, solange als -die Erregerwicklung F stromlos sein wird.
Sobald aber der Stromkreis der Wicklung F geschlossen ist, wird die Erregerspannung
bestrebt sein, sich zu verändern und, da die gegenelektromotorische Kraft der Hauptmotoren
hierdurch auch geändert wird, wird ein Strom in dem Hauptstromkreis entstehen und
durch die Erregerwicklung E fließen. Wenn die durch diesen Strom bestimmten Amperewindungen
den Amperewindungen von F entgegengesetzt sind, so wird der Hauptstrom genau den
Wert annehmen, für den die Wirkung der Amperewindungen von F durch die Gegenamperewindungen
von E aufgehoben ist, und .dieser Zustand wird für alle Erregereinstellungen der
Hauptmotoren bestehen bleiben, mit anderen Wortei also für alle Geschwindigkeiten.
Es ist auf diese Weise eine Selbstregelung auf konstante Leistung und veränderliche
Geschwindigkeit verwirklicht.
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Um diese Ziele zu erreichen, muß aber die Reihenschlußerregerwicklung
D für die vollständige Erregung der Erregermaschine genau ausreichen, und diese
darf die Sättigungseinstellungen nicht erreichen, und ihre Geschwindigkeit muß konstant
sein.
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Bei der praktischen Ausführung wird die Erregermaschine durch einen
Motor angetrie-'ken, der einen gewissen Geschwindigkeitsabfall erfährt. Außerdem
muß mit den Wirkungen der Sättigung, des ohmschen Abfalles, der Ankerrückwirkung
usw. gerechnet werden, anderseits besteht die Notwendigkeit, die Erregerwicklung
D merklich unter der Grenze zu halten, die der Selbsterregung entspricht, wenn man
sich nicht gefährlichen Polaritätsumkehrungen aussetzen will.
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Alle die Betrachtungen ergeben, daß in der Praxis bei der in Abb.
i dargestellten Erregermaschine der Hauptstrom nicht immer in wün= sehenswertem
Maße gleich erhalten werden kann.
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Man erhält ein besseres Ergebnis bei Anwendung der in Abb. 2 schematisch
dargestellten erfindungsgemäßen Erregermaschine. Deren Anker C wird durch einen
kleinen, von der Fahrleitung gespeisten Motor angetrieben, dessen Anker mit H, seine
Nebenschlußerregung mit I bezeichnet sind. Sein Verbrauchsstromkreis hat immer dieselbe
Richtung, und seine Leistung bzw. Stromstärke ändert sich annähernd mit dem Quadrat
des durch die Erregermaschine C gelieferten Stromes. Weiter ist die Reibenschlußerregerwicklung
D der Einrichtung nach Abb. i durch eine Erregerwicklung G ersetzt, durch die der
den Antriebsmotor H speisende Strom fließt. Dieser Motor kann auch eine Reihen-
oder Kompounderregung besitzen. Die Erregermaschine C ist außer der Wicklung G mit
Erregerwicklungen E und F versehen.
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Die Verbindungsschaltungen der Wicklungen G und E sind beim Laufbetrieb
der Motoren und .beim Bremsen dieselben. Sie sind derartig, daß für die Fahrt die
beiden Erregungen im gleichen Sinne wirken und demzufolge in einander entgegengesetztem
Sinne bei der Bremsung. Was die gleichbleibende Erregung in der dünndrähtigen Wicklung
F betrifft, so muß sie immer umgekehrten Sinnes zu dem der vom Hauptstrom durchflossenen
Erregerwicklung E sein; sie muß daher umgekehrt werden, wenn man von der Motorenlaufschaltung
auf die Bremsschaltung über-
gehen .will. In Abb. 2 deuten die Pfeile den
Richtungssinn der magnetischen Felder an, die durch die drei Wicklungen beim Fahrbetrieb
erzeugt werden. Abb.3 veranschaulicht den Richtungssinn bei der Bremsschaltung.
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Die Wirkungsweise soll an Hand der die Charakteristiken der Erregermaschine
zeigenden Abb. q. erläutert werden. Die Ordinaten der Kurve 7z messen die Erregerspannung
und gleichzeitig in einem anderen Maßstabe die Erregeramperestärke der HauptmotorenA"A_.
Die Abszissen sind d-ie Feldstärken in Amperewindungen der resultierenden Erregung
der Erregernlaschine C.
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Da die Amperewindungen der Erregerwicklung G, wie schon gesagt, proportional
der Leistung der Erregermaschine C sind, d. h. dem Quadrat des durch deren Anker
gelieferten Stromes, so sind diese Amperewindungen als Funktion der Spannungen ;furch
die dem Quadrat ihrer Ordinaten proportionalen Abszissen einer Kurve i. bestimmt.
Man wird die Anzahl der Windungen von G derart wählen, daß die Kurve i sich der
Charakteristik h nähert, .dabei aber um ein Geringes außerhalb davon bleibt, um
die Selbsterregung durch die Erregerwicklung G allein zu vermeiden.
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Bei einer gewissen Geschwindigkeit wir-_1 der Erregerstrom der Hauptmotoren
durch die Ordinate eines Punktes -in auf der Kurve la dargestellt. Man findet
den ihm entsprechenden Ankerstrom auf folgende Weise: Es ist von einem Punkt K .
auszugehen, dessen Abstand
0-K den Amperewindungen der konstanten
Erregung F entspricht. Man tränt die Kurve K-i' parallel zu 04 (Kurve für G) auf.
Die Amperewindungen der Erregung E werden dann durch den Abstand in-v zwischen den
Chrakteristikeu 0-7t und der zu 0-i parallelen Kurve K-i' gemessen. Denn es ist
clie erforderlicheGesamterregUng derErregerniaschineC gleich q-m und diese gleich
der Teilerre--ttngen q-p der Wickhing G - der Teilerregung p-ii. (- 0-h) von F -f-
Ier Teilerregung n-)n . von E.
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Für eine andere Geschwindigkeit ergibt sich eine Erregungseinsteliung,
die durch einen Punkt in' bestimmt ist, dessen Hauptankerstrom die Länge -ftt'-n
darstellt. Es ist dabei deutlich ersichtlich, daß der Hauptstrom beinahe konstant
bleibt trotz der großen @'eränderungen des Erregerstromes oder mit anderen Worten
der Geschwindigkeit. Die Einstellung ist unveränderlich, denn jede plötzliche z@nderung
des Ankerstromes bringt eine gleichsinnige Änderung des Erregerstromes hervor, die
sofort das Gleichgewicht wieder herstellt.
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Zum Bremsen genügt es, die feindrälitige Erregung F umzukehren, ohne
die anderen Stromkreise zu ändern (s. Abb. 3'). Man veranlaßt durch dieses
einfache Mittel eine Umkehrung des Ankerstromes, also die Brensung ohne eine Änderung
der Erregungseinstellung.
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In derselben Weise wie für den Motorenlaufbetrieb wird der Bremsstrom
für sehr ausgedehnte Änderungen .Sec Erregereinstellung beinahe konstant bleiben.
Oder mit anderen Worten: Die Bremsung hält sich genau auf konstanter Leistung innerhalb
großer Geschwindigkeitsänderungen. Der Bremsstrom wird nach Abb. 5 gemessen durch
die Abszisse-ntl, n, zwischen der Charakteristik h und einer Kurve K,-i,',
die parallel zu 0-i von einem Punkt K, gezogen ist, wobei die Länge O-K, die Aniperewindungen
der Erregung F darstellt. Ebenso wie für den Motorlauf ist ie 1:instellung für len
Bremsvorgang viillig bestiinIig, denn je le Neigung zti einer Vermehrung des Bremsstromes
ist begleitet von einer '-erminderung der Erregersl)annting. die <las Gleichgewicht
wiederherzustellen bestrebt ist.
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Der Cbergang von leg vollen
[email protected] auf volle Bremseinstellung
kann sich ohne Schalen durch sofortige Umkehrung der Erregung 1# vollziehen; aber
man kann auch L hergangsstufen bei verkleinerter konstanter Erregung von F verwenden,
d.li., man kann mehrere Einstellungen auf konstante Leisttnig für rlie Regelung
der Irregung F vorsehen.
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Wenn inan in einer vi)11ständigeren Art .lie Selbstregelung auf konstante
Leistung verwirklichen will, so würde es statthaft sein, die Erregermaschine nach
Abb. 2 mit einer vierten Erregung durch den Erregerstrom der Hauptmotoren zu versehen.
Schließlich ist ersichtlich, daß hei einer Erregermaschine, die nur mit den Wicklungen
E und F versehen ist, die Leistung mit der Geschwindigkeit abnimmt, was durch die
oben beschriebenen Anordnungenverhindert wird.
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Das Svstern verträgt sich ohne Schwierigkeit mit der Reihen- und Parallelschaltung,
die gewöhnlich bei den Einrichtungen mit zwei o-ler vier Motoren angewendet wird.
Im besonderen kann man bei dem Bremsvorgang, nachdem in Parallelschaltung gebremst
worden ist, die Bremsung in Reihenschaltung fortsetzen und auf diese Weise fast
die gesamte lebendige Kraft des Zuges wiedergewinnen.
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Mit Bezug auf die Schaltvorgänge ist die Vereinigung der oben beschriebenen
besonderen 1inrichtting mit irgendeiner elektrischen Antriebsausrüstung leicht auszuführen.
Man kann einen besonderen Zusatzschalter oder eine einzige Schaltvorrichtung verwenden.
Im Falle von Schäden oder aus anderen Gründen wird mau sich die Möglichkeit offenhalten,
durch eine einfache Schalterbetätigung die zusätzlichen Anordnungen auszuschalten
und die Verbindungen der gewöhnlichen Ausrüstung wiederherzustellen.
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Der Handschalter, mittels dessen die elektrische Bremsung durch Stromrückgewinnung
ausgeführt wird, ist vorzugsweise mit dem Handgriff zu vereinigen, der die Luftdruckbremse
steuert, derart, daß alle Bremsvorgänge mit einem einzigen Handgriff ausgeführt
werden können.