DE473101C - Regeleinrichtung fuer Lokomotiv-Umformersaetze - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Motorgeneratorsätze, insbesondere auf solche, bei denen ein Wechselstromsynchronmotor und ein Gleichstromgenerator zusammen arbeiten. Derartige Maschinensätze dienen vielfach dazu, bei elektrischen Lokomotiven den für die Fahrmotoren erforderlichen Gleichstrom zu liefern, dessen Spannung mit Rücksicht auf die Drehzahlregelung der Fahrmotoren veränderlich sein muß. Wenn nun bei einem Maschinensatz auf der Gleichstromseite die abgegebene Leistung in weiten Grenzen regelbar sein soll, so muß auch auf der Wechselstromseite die Stromaufnahme in entsprechend großem Umfange veränderlich sein. Dies bedingt, daß die Felderregung des Synchronmotors in weiten Grenzen veränderlich ist, um den Leistungsfaktor des Motors auf einen praktisch brauchbaren Wert halten zu können und zu verhindern, daß der Motor außer Tritt fällt.

Gemäß der Erfindung wird dies nun dadurch erreicht, daß Regeleinrichtungen vorgesehen sind, durch welche die Felderregung des Synchronmotors zwangläufig in Abhängigkeit von der Leistungsabgabe, und zwar von Strom und Spannung des Gleichstromgenerators, geregelt wird.

An Hand der in der beiliegenden Zeichnung in Abb. 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispiele soll die Erfindung näher erläutert werden.

M ist der Synchronmotor, der über einen Transformator T an ein Netz 10 angeschlossen ist. G ist der Gleichstromgenerator des Motorgeneratorsatzes, welcher die Motoren 11 und 12 speist. Die Erregermaschine £ des Motors M sitzt auf einer Achse mit dem Motorgeneratorsatz und ist mit der Feldwicklung 13 des Motors verbunden. Die Feldwicklung 14 des Generators wird von einer konstanten Stromquelle 15 aus gespeist. Der Erregerstrom der Generatorfeldwicklung 14 und damit auch die Spannung des Generators werden durch einen Widerstand 16 gesteuert, der mittels eines Fahrschalters C veränderlich ist. Die Erregermaschine jB besitzt zwei Feldwicklungen 17 und 18, von denen die Wicklung 17 durch die Batterie 15 gespeist wird, während die Wicklung 18 in Nebenschluß zu g₀ dem Widerstand 19 liegt, so daß sie in Abhängigkeit von der Stromabgabe des Generators G erregt wird. Infolgedessen ist der Strom, welchen die Erregermaschine £ der Feldwicklung 13 des Motors M zuführt, abhängig von dem Strom, mit welchem die Motoren 11 und 12 gespeist werden.

Um zu erreichen, daß die Erregung der Feldwicklung 13 nicht nur von dem Strom des Gleichstromgenerators abhängig ist, sondern

auch von seiner Spannung, ist ein Widerstand 20 vorgesehen. Dieser Widerstand wird ebenfalls durch den Fahrschalter C geregelt, der, wie bereits erwähnt, die Spannung des Generators G steuert. Die Anordnung ist so getroffen, daß der Erregerstrom, welcher der Feldwicklung 13 zugeführt wird, durch Vergrößern des Widerstandes 20 verkleinert wird, sobald der Fahrschalter C in einem solchen Sinne bewegt wird, daß die Spannung des Generators abnimmt.

Werden mehrere Lokomotiven mit den in dem Ausführungsbeispiel dargestellten Motorgenerators ätzen verwendet, so kann man die Fahrschalter C der einzelnen Lokomotiven durch Schütze steuern.

Die Wirkungsweise des in Abb. 1 dargestellten Ausführungsbeispiels ist folgende:

Es sei angenommen, daß das Netz 10 unter Strom steht und sich die einzelnen Schaltorgane des Schaltschemas in der gezeichneten Stellung befinden. Wenn nun die Lokomotive in Betrieb genommen werden soll, muß zunächst der Synchronmotor M in bekannter Weise in Betrieb genommen werden. Da der Fahrschalter C in der Offenstellung steht, ist die Feldwicklung 14 des Gleichstromgenerators G unerregt, so daß die Spannung des Generators von einer zu vernachlässigenden Größe ist. Infolgedessen erhalten die Motoren 11 und 12 keinen Strom, und die Wicklung 18 ist unerregt. Die Erregermaschine E wird also lediglich durch die von der konstanten Stromquelle 15 gespeiste Wicklung 17 erregt, so daß der von ihr an die Feldwicklung 13 abgegebene Strom nur eine geringe Spannung besitzt. Da ferner der ganze Widerstand 20 in der Verbindungsleitung im Erregerstromkreis der Wicklung 13 liegt, ist auch die Stromstärke des der Wicklung 13 zugeführten Stromes gering.

Zweckmäßig stimmt man die Erregerspannung und den Widerstand 20 so aufeinander ab, daß der Leerlauf-Erregerstrom des Synchronmotors einen solchen Wert besitzt, daß der Leistungsfaktor des Motors ungefähr gleich »eins« ist, da in diesem Falle die bestmöglichen Betriebsverhältnisse für Motor und Speisenetz vorhanden sind. Will man nun den Motoren 11 und 12 Strom zuführen, um die Lokomotive in Gang zu setzen, so muß der Fahrschalter C in die erste Schaltstellung gebracht werden. In dieser ist die Feldwicklung 14 des Generators G mit der Batterie 15 über den Widerstand 16 verbunden.

Da in der ersten Fahrschalterstellung der ganze Widerstand 20 eingeschaltet ist, besitzt der Erregerstrom des Generatorfeldes seinen kleinstmöglichen Wert. Infolgedessen wird den Motoren 11 und 12 auch nur Strom mit verhältnismäßig niedriger Spannung zugeführt. Sobald die Motoren 11 und 12 anlaufen, wobei sie eine von der Spannung des Generators G abhängige Drehzahl annehmen, wird die Feldwicklung 18 der Erregermaschine E erregt, und zwar in Abhängigkeit von dem Strom, mit dem der Gleichstromgenerator belastet ist. Die Spannung der Erregermaschine E nimmt also selbsttätig in gleichem Maße wie der Belastungsstrom des Synchronmotors M zu. Dementsprechend wächst auch der Erregerstrom der Feldwicklung 13, so daß der Leistungsfaktor des Motors ständig auf dem Wert eins oder einem anderen eingestellten Wert gehalten wird.

Wenn der Fahrschalter C im Einschaltsinne weiterbewegt wird, wird ein Teil des Widerstandes 16 kurzgeschlossen, so daß die Spannung des Gleichstromgenerators G zunimmt. Außerdem wird bei der Bewegung des Fahrschalters ein Teil des Widerstandes 20 überbrückt. Hierdurch wird die Erregung des Synchronmotors vergrößert. Bei geeigneter Bemessung des Widerstandes 20 und der Erregermaschine £ ändert sich also die Erregung des Synchronmotors ungefähr in Abhängigkeit von der Leistungsabgabe des Generators G.

Bei einem Einschalten des Fahrschalters C wird also durch das stufenweise Kurzschließen des Widerstandes 16 die Spannung des Generators G und damit auch die Drehzahl der Motoren 11 und 12 vergrößert, und durch das allmähliche Abschalten des Widerstandes 20 wird die Felderregung des Synchronmotors entsprechend der Spannungszunahme des Generators G verstärkt.

Bei dem in Abb. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel besitzt die Erregermaschine £ nur eine einzige Feldwicklung, die mit 17° bezeichnet ist. Die Spannung der Erregermaschine E wird durch einen GegenEMK-motor 21 und einen Regler 22 gesteuert, welcher die Feldwicklung 23 des Motors 21 regelt. Die Ankerwicklung des Motors 21 liegt in Reihe mit der Feldwicklung 17" und wird ebenso wie diese von der Batterie 15 gespeist. Der Regler 22 besitzt einen Zitterkontakt 24, der durch die Wicklungen 25 und 26 gesteuert wird. Die Wicklung 25 wird in Abhängigkeit von der Spannung der Erregermaschine £ und die Wicklung 26 in Abhänigkeit von dem Strom des Generators G erregt. Die Wicklungen 25 und 26 sind so angeordnet, daß sie einander entgegenwirken. Die Erregermaschine E speist das Feld des Synchronmotors über den Widerstand 20, dessen Größe von der Stellung des Fahrschalters C abhängig ist.

Bei unerregtem Generator wird das Kontaktglied 24 des Reglers lediglich durch die

Spule 25 gesteuert, da die Spule 26 unerregt ist. Falls die Spannung der Erregermaschine E unterhalb eines bestimmten Wertes ist, schließt das Kontaktglied 24 die Feldwicklung 23, in deren Stromkreis ein Strombegrenzungswiderstand 27 liegt, kurz. Hierdurch sinkt die Gegenspannung des Motors 21, so daß die Wicklung ij^a stärker durch die Batterie erregt wird. Die auf diese Weise verursachte Zunahme der Spannung der Erregermaschine E erhöht auch die Erregung der Spule 25, so daß diese das Kontaktglied 24 anzieht und die Wicklung 23 wieder einschaltet. Dieses Spiel wiederholt sich in rascher Folge. Die Spannung der Erregermaschine wird infolgedessen auf einem solchen Wert gehalten, daß dem Synchronmotor der gewünschte Leerlauferregerstrom über den Widerstand 20 zugeführt wird.
Sobald zwecks Ingangsetzen der Lokomo-. tive der Generator G durch Einlegen des Fahrschalters C erregt wird, erhält auch die Wicklung 26 Erregerstrom, und zwar in Abhängigkeit von dem die Motoren 11 und 12 zugeführten Strom. Durch die Differentialwirkung der Spule 25 und 26 wird erreicht, daß der Motor 21 und der Regler 22 die Spannung der Maschine E auf einen höheren Wert einregeln als in dem Falle, in dem nur die Spule 25 wirksam ist. Die Anordnung ist so zu treffen, daß das Anwachsen der Erregerspannung ungefähr proportional der Belastungszunahme des Generators G ist Der Erreger strom des Synchronmotors wird jedoch nicht nur durch den Regler 22 und den Motor 21 geregelt, sondern auch durch den Widerstand 20, dessen Größe in gleicher Weise wie bei Abb. 1 von der Stellung des Fahrschalters C abhängig ist.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Abb. 2 regeln also der Motor 21 und der Regler 22 die Erregung des Synchronmotors in Abhängigkeit von dem Generatorstrom. Der Widerstand 20 steuert durch sein Zusammenarbeiten mit dem Fahrschalter C die Erregung des Motors M in Abhängigkeit von einer Spannungsänderung des Generators G. Durch die vereinigte Wirkung dieser beiden Regelungen ändert sich die Erregung der Feldwicklung des Synchronmotors selbsttätig in Abhängigkeit von der Leistungsabgabe des Generators.

In manchen Fällen ist es wünschenswert,

die Ankerwicklung der Maschine E unmittelbar mit der Feldwicklung 13 zu verbinden, um die Verluste in dem Widerstand 20 zu vermeiden.

In Abb. 3 der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer solchen Schaltung dargestellt. Die Erregermaschine E besitzt nur eine Feldwicklung iy^a. Die Spule 25 des Reglers 22 wird in Abhängigkeit von der der Feldwicklung 17^s aufgedrückten Spannung gesteuert. Die Differentialwicklung 26 des Reglers ist an dem Generatorstromkreis über einen regelbaren Widerstand 20° angeschlossen.

Die Spannung des Generators G wird, genau wie bei den ersten beiden Ausführungsbeispielen, durch ein Verändern des Wider- Standes 16 mittels Fahrschalter C geregelt. Der Widerstand 20° wird ebenfalls mit dem Fahrschalter C gesteuert und regelt die Spannung der Erregermaschine E durch geeignete, mit dem Fahrschalter verbundene Kontakte oder durch (nicht mitgezeichnete) Schütze. Falls der Motor M arbeitet und der Gleichstromgenerator G unbelastet ist, speist die Erregermaschine E die Feldwicklung 13 des Synchronmotors mit einem nur sehr geringen Erregerstrom. Das Kontaktglied 24 des Reglers wird durch die Spule 25 gesteuert und überwacht das Kurzschließen der Feldwicklung 23 des Motors 21 derart, daß die Erregung der Wicklung 17° auf einem geeigneten Wert gehalten wird.

Sobald der Fahrschalter C in eine Stellung gebracht wird, in der die Feldwicklung 14 erregt ist, liefert der Generator Strom an die Motoren 11 und 12. Infolgedessen ist die Differentialwicklung 26 entsprechend des Belastungsstromes des Generators erregt, wobei die Höhe der Erregung durch den Widerstand 20^a veränderlich ist. Da nun der Widerstand 20" in Abhängigkeit von dem die Spannung des Generators G steuernden Fahrschalter C sich ändert und die Erregung der Wicklung 26 von dem Belastungsstrom des Generators abhängig ist, ändert sich die Wirkung der Spule 26 in Abhängigkeit von der Leistungsabgabe des Generators G. Infolgedessen steuern auch der Regler 22 und der Motor 21 die Erregung der Feldwicklung 17° in Abhängigkeit von der Leistungsabgabe des Generators G. Dies hat weiterhin zur Folge, daß die Erregermaschine E ebenfalls die Feldwicklung 13 in Abhängigkeit von der Generatorleistung speist.

Claims (5)

1. Patentansprüche:

   i. Regeleinrichtung für Lokomotiv-Umformersätze, bestehend aus einem Wechselstromsynchronmotor mit Gleichstromerregung und einem unmittelbar mit ersterem gekuppelten Gleichstromgenerator, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregung von Motor (M) und Generator (G) über einen entsprechend abgestuften Regelwiderstand (c) gleichzeitig verändert wird, derart, daß der Leistungsfaktor des Wechselstromnetzes (10) über den ganzen

   Regelbereich des Umformers annähernd den gleichen Höchstwert beibehält.
2. 2. Regeleinrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß im Stromkreis der Erregermaschinenfeldwicklung (i7^a, Abb. 2) eine Hjlfsmaschine (21) liegt, welche die Erregerfeldwicklung (17⁰) schwächt, und daß die Erregung dieser Hilfsmaschine (21) durch eine selbsttätige Regeleinrichtung (22) gesteuert wird, die in Abhängigkeit von dem Generatorstrom und dem Erregerstrom des Synchronmotors (M) anspricht.
3. 3. Regeleinrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die selbsttätige Regeleinrichtung (22) zwei sich einander entgegenwirkende Wicklungen (25, 26) trägt, von denen die eine

   (26) vom Generatorstrom und die andere (25) vom Erregerstrom des Synchronmotors (m) abhängig ist.
4. 4. Regeleinrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die selbsttätige Regeleinrichtung (22) zwei Wicklungen besitzt (25, 26, Abb. 3), von denen die eine (25) im Feldstromkreis der Erregermaschinenfeldwicklung (17°) liegt, während die andere (26) vom Generatorstrom abhängig und durch einen Widerstand (20°) beeinflußbar ist.
5. 5. Regeleinrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand (20°) in Abhängigkeit von der Schaltbewegung eines das Generatorfeld (14) regelnden Fahrschalters (C) regelbar ist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen