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Verfahren zur Regelung von Elektromotoren mit Verbunderregung Die
Erfindung betrifft ein Verfahren bzw. eine Schaltungsanordnung zur Regelung von
Verbundmotoren für solche Antriebe, bei denen ein weiches Arbeiten beim Anlassen,
ein- großer Geschwindigkeitsbereich im Betrieb und eine möglichst ausgiebige Stromrückgewinnung
beim Herabsetzen der Geschwindigkeit und bei konstanter Geschwindigkeit gefordert
werden. Diese Forderungen werden beispielsweise bei elektrisch betriebenen Fahrzeugen
erhoben, deren als Verbundmotoren ausgebildete Antriebsmotoren von einer konstanten
Spannung gespeist werden. Hierbei ist bekanntlich ein weiches Anfahren, ein großer
Geschwindigkeitsbereich sowie Nutzbremsung beim Herabsetzen der Geschwindigkeit
oder bei Fahrt auf abschüssiger Strecke erwünscht. Diese drei Forderungen konnten
mit den bisher bekanntgewordenen Schaltungen nicht erfüllt werden.
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Man hat bereits zum Zwecke eines weichen Anfahrens und einer Erhöhung
der durch Nutzbremsung gewonnenen Energie bei Verbundmotoren die Hauptschlußwicklung
während der Nutzbremsung vollkommen kurzgeschlossen; die Maschine arbeitet also
bei der Nutzbremsung als Nebenschlußgenerator. Eine derartige Schaltung ist insbesondere
für den Bahnbetrieb praktisch nicht brauchbar, denn mit N ebenschlußgeneratoren
ist eine feinstufige Nutzbremsung nur dann möglich, wenn eine ganz erhebliche Anzahl
von Nebenschlußregelstufen vorgesehen ist. Diese Anordnung würde naturgemäß so umfangreich
und verwickelt sein, daß sie sowohl bezüglich des Gewichtes als auch bezüglich der
Herstellungskosten @zu kostspielig wäre.
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Es ist auch eine Steuerung von Reihenschlußmotoren bekanntgeworden,
welche durch Hinzuschalten einer Nebenschlußhilfswicklung während des Bremsens als
Gegenverbundgeneratoren arbeiten. Die Anordnung ist hierbei so getroffen, daß während
der Nutzbremsung parallel zum Reihenschlußfeld ein Nebenschlußwiderstand geschaltet
ist. Dieser Antrieb hat keinen großen Geschwindigkeitsbereich, da die Motoren während
der Fahrt in keiner Weise im Reihenschlußfeld geregelt werden.
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Durch das Regelverfahren nach vorliegender Erfindung werden auf einfache
Weise die drei eingangs erwähnten Forderungen erfüllt. Die Erfindung besteht darin,
daß die Motoren sowohl beim Fahrbetrieb als auch bei der Nutzbremsung als Verbundmaschinen
mit einem parallel zum Reihenschlußfeld
schaltbaren N ebenschlußwiderstand
ausgebildet sind, welcher bereits während des Anlassens bei einer bestimmten Motorgeschwindigkeit
eingeschaltet und bei den weiteren Geschwindigkeitsänderungen auf seinem niedrigsten
Wert gehalten wird. Beim Anfahren ist also zunächst die Reihenschlußerregung und
die Nebenschlußerregung voll wirksam. Hieraus ergibt sich ein kräftiges Anfahrmoment.
Außerdem ermöglicht die Reihenschlußerregung ein sanftes Anfahren. Auf einer bestimmten
Fahrschalterstellung wird die Reihenschlußerregung geschwächt, und zwar noch bevor
man die endgültige Nebenschlußfeldschwächungdurchführt. Hierdurch hat man nicht
nur einen erheblich erweiterten Regelbereich, sondern vermeidet auch den Nachteil
vieler bekannter Anordnungen, daß die Schwächung des Nebenschlußfeldes durch eine
entsprechende Verstärkung des Reihenschlußfel.des teilweise aufgehoben wird. Außerdem
hat man durch die Schwächung der Reihenschlußerregung die Möglichkeit, auf den ersten
und einigen weiteren Stufen bei der Nutzbremsung mit einer sehr schwachen Reihenschlußerregung
zu arbeiten, so daß eine erhebliche Drosselung des Nutzbremsstromes nicht eintritt
und der Betrag der zurückgewonnenen Energie verhältnismäßig groß ist. Außerdem treten
während der Nutzbremsung infolge der dämpfenden Wirkung der wenn auch schwachen
Reihenschlußerregung keine Stromstöße auf, so daß man auch mit wenigen Regelstufen
eine feinstufige Bremsung erzielen kann. Es werden somit auf einfache Weise ohne
zusätzliche Mittel die Vorteile sämtlicher bekannter Steuerungen vereinigt, während
deren Nachteile vermieden werden.
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Man kann den Parallelwiderstand zum Reihenschlußfeld ein- oder mehrstufig
ausbilden und seine Steuerung beim Aufwärtsschalten des Führerschalters auf anderen
Stellungen bewirken als beim Abwärtsschalten, und zwar derart, daß er beim Aufwärtsschalten
(Anlassen) auf weniger Stellungen wirksam ist als beim Abwärtsschalten (Nutzbremsen).
Die Anordnung kann beispielsweise so ausgeführt werden, daß der Nebenschlußwiderstand
beim Anfahren auf der Stellung 5 des Fahrschalters parallel zum Reihenschlußfeld
gelegt wird und in dieser Schaltung bis zur letzten Fahrstellung bleibt. Beim Zurückschalten,
also bei der Bremsung, wird der Parallelwiderstand nicht nur bis zur Stellung 5
beibehalten, sondern bis zur Stellung 3; auf der Stellung :2 wird er erst wieder
unwirksam. Durch eine derartige Schaltung wird, ohne jeden Nachteil für das Anlassen,
die durch Nutzbremsung gewonnene Energie beträchtlich erhöht, da die dämpfende Wirkung
des Reihenschlußfeldes auf den meisten Stellungen des Führerschalters äußerst niedrig
ist.
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In der Zeichnung sind einige Schaltungsbeispiele zur Durchführung
des neuen Verfahrens dargestellt.
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Fig. i zeigt die Verwendung eines einzigen Motors mit zwei Nebenschlußstufen
für die Reihenerregung.
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Fig.2 stellt schematisch eine elektrische Zugförderungseinrichtung
mit Energiewiedergewinnung und mit zwei Verbundmotoren dar, die dauernd in Reihe
geschaltet sind.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel ist nur eine Nebenschlußstufe für die
Reihenschlußwicklung vorgesehen.
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Fig. 3 ist eine teilweise im Schnitt dargestellte Ansicht der mechanischen
Schaltvorrichtung für den Nebenschluß zur Reihenschlußwicklung.
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Fig. q. ist ein Schnitt nach der Linie A-B in Fig. 3.
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Fig. 5 zeigt ein Schema einer elektrischen Schaltvorrichtung für den
Nebenschluß zur Reihenschlußwicklung.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. i ist der aus einem Anker i, einer
Reihenerregung 2 und einer Nebenschlußerregung 3 mit dem zugehörigen Regelwiderstand
q. bestehende Verbundmotor zwischen den Klemmen 51 und 52 einer elektrischen Energiequelle
angeordnet.
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Der Antriebshebel 6 des Kontrollers ist mit zwei Anschlägen 71 und
72 versehen, die durch Vermittlung eines an einem Hebel g befestigten Zapfens 8
den Kontakt 1o auf den Anschlußstücken 11, 12 des Nebenschlußwiderstandes 13 der
Reihenerregung verschieben.
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Nach Fig. i gelangt der Kontakt io mittels des Anschlages 71 erst
dann mit dem Anschlußstück 1i in Berührung, wenn der Antriebshebel 6 des Kontrollers
die Lage 143 einnimmt.
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In den Stellungen 141 und 14, ist die Reihenerregung am stärksten.
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In der Stellung 1¢3 liegen zur Reihenerregung die Widerstände 131
und 132 im Nebenschluß.
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In der Stellung 14, liegt zur Reihenerregung allein der Widerstand
13, im Nebenschluß.
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Es ist gleichfalls erkennbar, daß der Widerstand 132 bei allen der
umgekehrten Verschiebung des Handhebels entsprechenden Stellungen 144 bis 141 im
Nebenschluß zur Reihenerregung verbleibt.
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Zwischen- der Stellung 14, und der Stellung 14, wird infolge des Anschlages
72 der Nebenschluß ganz aufgehoben.
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Beim Ausführungsbeispiel nach den Fig. 2
bis 4 ist
der Nebenschlußwiderstand 15 (Fig. 2) der in Reihe liegenden Feldmagnetenwicklungenz61
und 16, an den Klemmen dieser Wicklungen angeordnet, und zwar von der Stellung V
der schraubenförmigen Antriebsvorrichtung des Kontrollers bei einer den wachsenden
Geschwindigkeiten entsprechenden Antriebsbewegung des Kontrollers an. Dagegen bleibt
für jede umgekehrte Antriebsbewegung der Nebenschlußwiderstand in der gleichen Lage
bis zu der Stellung III, die der ersten Stellung bei der normalen Fahrtbewegung
entspricht. Die Stellungen I und II werden zeitweilig beim Anlassen mit den Widerständen
R1 und R3 und R2, R, eingenommen.
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Ein auf einer Nabe 18 angeordnetes ringförmiges Kontaktsegment 17
(Fig. 3 und 4), das mit geringer Reibung um die Achse 26 des Kontrollers herum drehbar
ist, steht mittels eines biegsamen Kabels i9 in ständiger Verbindung mit dem Segment
R3, das dem einen Ende der Reihenerregung entspricht.
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Das Segment 17 trägt an einem Ende einen Sektor 2o aus isolierendem
Baustoff. Das Segment-- ist ferner durch einen aus isolierendem Baustoff bestehenden
Ring 21 gegen das ringförmige Segment 24 isoliert, das unmittelbar unterhalb angeordnet
ist.
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Infolge der Reibung des Kontaktfingers 25 (Fig. 4) auf dem isolierten
Sektor 2o bleibt das Segment 17 unbeweglich, wenn die schraubenförmige Antriebsvorrichtung
des Kontrollers in die den wachsenden Geschwindigkeiten entsprechende Richtung bis
zu der Stellung V bewegt wird. Von dieser Stellung an kommt der an der Achse 26
der schraubenförmigen Antriebsvorrichtung befestigte Anschlag 22 mit der Schulter
231 des Segmentes 17 in Berührung, so daß dieses Segment angetrieben wird. Auf diese
Weise wird das freie Ende des Nebenschlußwiderstandes 15 mit dem Ende R3
der in Reihe liegenden Feldmagnetenwicklungen verbunden.
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Zu diesen letzteren Wicklungen liegt daher in allen den den wachsenden
Geschwindigkeiten entsprechenden und mit V bis VIII bezeichneten Stellungen der
schraubenförmigen Antriebsvorrichtung des Kontrollers der Widerstand 15 im Nebenschluß.
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Wird dagegen die schraubenförmige Antriebsvorrichtung im entgegengesetzten
Sinne bewegt, so bleibt das Segment 17 infolge der Reibung, die der Kontaktfinger
25 ausübt, zunächst unbeweglich.
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Sobald indessen der Anschlag 22 mit der Schulter 232 des Segmentes
17 in Berührung gekommen ist, wird dieses -Segment angetrieben.
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Die Reihenerregung bleibt also bis zu der Stellung III der schraubenförmigen
Antriebsvorrichtung des Kontrollers im Nebenschluß. Diese Stellung ist die letzte
Stellung der normalen Stromrückgewinnung.
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Zwischen der Stellung III und der Stellung II verläßt der Kontaktfinger
25 das Segment 17, um -auf den isolierten Sektor 2o überzugehen und dann auch diesen
zu verlassen.
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Von diesem Augenblick an liegt die Reihenerregung nicht mehr im Nebenschluß;
der Kontroller ist nach Rückkehr in die ursprüngliche Stellung für einen neuen Anlaßvorgang
bereit.
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Zum Antrieb des Kontaktes io nach Fig. i oder des Kontaktes 17 nach
Fig. z des Kontrollers könnte jede beliebige mechanische, elektrische oder andere
Vorrichtung verwendet werden.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. 5, die eine elektrische Antriebsvorrichtung
zeigt, -kann der @Tebenschlußwiderstand 27 derin Reihe liegenden Feldmagnetenwicklungen
281 und 282 der Motoren % und m'2 durch Schließen eines am Kern 30 eines
Solenoids 31 angeordneten Kontaktes 29 eingeschaltet werden. Die Erregung des Solenoids
31 wird durch einen Kontakt 32 beeinflußt, der an dem nicht dargestellten Kontroller
angeordnet ist und auf diesem Kontroller eine Stellung einnimmt, die derjenigen
Geschwindigkeit entspricht, von der ab-die in Reihe liegenden Feldmagnete in den
Nebenschluß gelegt werden sollen.
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An dem -Kern 3o ist ein Haltekontakt 35 angeordnet, um die Erregung
des Solenoids 31 sicherzustellen, wenn der Hauptarbeitsstrom eingeschaltet ist.
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In den Erregerstromkreis des Solenoids 31 sind Widerstände 33, 34
eingeschaltet. Der Widerstand 34 soll die Stromentnahme des Solenoi,ds verringern,
während der -Widerstand 33 dem Hindurchfließen eines zu großen Stromes durch Kontakt
35 entgegenwirkt.
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Der Nebenschluß der in Reihe liegenden Feldmagneten 281 und 282 ist
daher bei allen den wachsenden Geschwindigkeiten entsprechenden Stellungen und beim
Bremsen durch Wiedergewinnung hergestellt, sofern die als Generatoren arbeitenden
Motoren mit dem Netz in Verbindung bleiben.
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Der Nebenschluß wird erst durch Abschalten des Hauptarbeitsstromes
aufgehoben. Dies geschieht entweder dadurch, daß ein Handhebel des Kontrollers auf
die -Nullstellung zurückgeführt oder ein Ausschalter betätigt wird.
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Die Erfindung bezieht sich auf Verbundmotoren für alle Anwendungsgebiete
sowie auf die Steuerung einer beliebigen Anzahl
von in Reihe, parallel
oder gemischt in Reihe und parallel geschalteten Motoren von dem gleichen Kontroller
aus.