DE652350C - Verfahren zum Regeln von Gleichstrommaschinen, insbesondere von Bahnmotoren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Einrichtungen zur wirtschaftlichen Drehzahlregelung von Gleichstrommaschinen, welche sowohl als Motoren als auch als Generatoren laufen können, sowie die Anwendung einer solchen Schaltung bei der elektrischen Zugförderung.

Es werden hierbei solche elektrische Maschinen verwendet, welche durch besondere Erregereinrichtungen, die mit einem Mindest-.

maß an Verlusten durch Stromwärme in den Spulen arbeiten, die bekannten Vorteile einer Verbundcharakteristik bieten; außerdem aber, und dies ist von ausschlaggebender Bedeutung, wird auf diese Weise ermöglicht, das Kupfergewicht, welches in die genannten Spulen eingebaut werden muß, herabzusetzen und somit auch das Gesamtgewicht der Motoren zu verringern. Aber die Erfindung bietet auch den Vorteil, daß man die nützlichen Eigenschaften der Hauptstrommotoren für die Anfahrperiode oder auch für jegliche Art des Reihen-Pai-allel-Schaltens der Motoren ausnutzen kann.

Die typische, normale Verbundmaschine enthält einen Anker A, ferner eine Erregerwicklung K mit η Windungen, welche vom Ankerstrom i durchflossen werden (oder nur von einem Teil dieses Stromes, wenn die Erregerwicklung mit Nebenschluß versehen ist), ferner eine zweite Erregerwicklung H mit N Windungen, welche unabhängig durch einen Strom / bei einer regelbaren, aus beliebiger Quelle entnommenen Spannung e_b gespeist wird. Dieses Schema würde durch .,die Fig. ι dargestellt sein, wenn man sich die Maschine mit dem Anker a-b und deren Erregerwicklung wegdenkt.

Während des motorischen Betriebes sind die Amperewindungen der Erregerwicklung K und H gleichsinnig gerichtet. Sie entsprechen einer durch den voll ausgezogenen Pfeil des Stromes i und durch den Pfeil des Stromes / angegebenen Stromrichtung.

Eine solche Verbundmaschine gestattet durch allmähliche Steigerung der Spannung ejj an den Klemmen der Erregerwicklung H bzw. die sich daraus ergebende Zu- _#nahme des· sie durchfließenden Stromes / eine allmähliche Regelung der Drehzahl während der motorischen Arbeit, wobei der Strom I in der durch den voll ausgezogenen Pfeil angegebenen Richtung verläuft; ferner kann gebremst werden mit Stromrückgewinnung, wobei der Stromverlauf dem gestrichelt gezeichneten Pfeil des Stromes i entspricht.

Es sind jedoch hierzu einige Anmerkungen zu machen.

Es sind bereits Maschinen bekannt, welche sowohl beim motorischen als auch generatorischen Betrieb mit Verbun.derregung ar-

Ö5235Ö

baten; es wird dabei das Reihen-Parallel-Sehalten von Maschinen unter vorübergehender Einschaltung von Widerständen ins Auge, gefaßt, es wird jedoch das Interesse an einj|- Herabsetzung der Erregung übersehen, dur||t; welche die Dauer des Stromflusses durch dkfti vorübergehend eingeschalteten Widerstand' verringert werden könnte.

Es ist ferner bekannt, für die Nutzbremsung eine Erregermaschine mit drei Spulen und gleichbleibender Drehzahl sowie eine Hilfserregermaschine mit einer der Achsdrehzahl proportionalen Umlaufzahl vorzusehen.

Der Hauptmotor besitzt dabei eine einzige Erregerspule, deren Windungen- lediglich durch den von der Erregermaschine gelieferten Strom durchflossen werden. Der Motor besitzt jedoch keine hauptstromerregte FeIdspule.

Anmerkung I: Wenn mehrere Zweige des Netzes T mit der Netzspannung U je einen oder mehrere Anker A von Verbundmaschinen enthalten und ferner die Amperewindungen der Erregerwicklungen K nicht groß im Verhältnis zu den Amperewindungen der fremderregten Erregerwicklungen H sind, d. h. wenn η klein ist, so nehmen die parallel geschalteten Anker A infolge >von Unterschieden in den Raddurchmessern der Fahrzeuge und aus ähnlichen Gründen verschiedene Ströme i auf.

Anmerkung II: Es besteht indessen Anlaß dazu, die' Windungszahl der Erregerwick- lung K nicht allzu groß zu wählen, weil bei der Nutzbremsung in , jeder einzelnen Maschine gerade die arithmetische Differenz der Amperewindungen der Erregerwicklungen H und K den nutzbaren Fluß durch den Ankerquerschnitt bestimmt. Hieraus ergibt sich die große Zunahme des bei den Maschinen verwendeten Kupfergewichtes mit der Zunahme der Windungszahl η der Erregerwicklung./?.

· Anmerkung III: (Die nachfolgenden Erklärungen beziehen sich auf generatorischen Betrieb.) Die Erregerwicklungen K besitzen neben ihrer wichtigen Eigenschaft, das Entstehen eines Überstromes i während einer schnell vorübergehenden Veränderung Δ U der Netzspannung U zu begrenzen, beim generatorischen Betrieb zum Zwecke der Nutzbremsung die Fähigkeit, Änderungen des Drehmomentes zu begrenzen, was von hoher Bedeutung für die selbsttätige Regelung der Drehzahl ist, selbst wenn man die Spannung e₆, die an den Klemmen der getrennten Erregerwicklung H liegt, unverändert bleiben läßt. In gewissem Maße nimmt der Po Strom i im Anker A mit der Drehzahl ab. Die Folge aber ist, daß der Fluß zunimmt, so daß das Drehmoment proportional zu dem Produkt aus dem induzierenden Fluß mal der ,,..Stromstärke i verhältnismäßig wenig sich federt,- vorausgesetzt, daß geeignete Abiipjlgsungen .gewählt werden. Angenommen, ■ϊ^;ϊ|¥Φ"magnetische Kreis ist nicht gesättigt, so ■%4i das Drehmoment F= Q · i (N I — /ti). Q ist«eine Unveränderliche; da η im Einzelfall auch eine Unveränderliche darstellt, kann Q durch ή ersetzt werden. Dann ist das Drehmoment auch proportional dem Ausdruck ni (NI— ni), also dem Produkt aus zwei Faktoren, deren Summe eine Unveränderliche ist, denn ni + (NI — ni) = NI. Hierbei ist vorausgesetzt, daß die getrennte Erregung NI unveränderlich ist, d. h. daß man sie unveränderlich hält. Man kann dies graphisch darstellen: Schlägt man einen Halbkreis (Fig. 3) mit dem Durchmesser AB = NI und errichtet auf dem Durchmesser eine Senkrechte CD, deren Fußpunkt C von dem einen Ende des Durchmessers AB eine Entfernung BC = ni hat, . so ist das Drehmoment F proportional dem Quadrat über CD. Bekanntlich ändert sich dieser quadratische Ausdruck in der Nähe seines Maxi-' mums nur wenig, wenn i sich ändert. Je nach der Wahl der Abmessungen kann man dann die Einrichtung so treffen, daß das Drehmoment mit i wächst, oder so, daß es mit anwachsendem i abnimmt, oder auch so, daß der Mittelwert des Drehmomentes eine Unveränderliche ist usw.

Die Erfahrung hat gezeigt, daß für die Verhinderung von Überströmen während rasch vorübergehender Änderungen des Betriebszustandes während motorischen oder generatorischen Betriebes,, die auf ebensolche. Änderungen von Δ U zurückzuführen sind, eine praktisch ziemlich kleine Erreger wicklungK ausreicht, so daß man also die erheblichen Energieverluste vermeidet, die sonst in den, wie vielfach üblich, zwischengeschalteten Schutzwiderständen auftreten, welche dazu bestimmt sind, plötzlich auftretende Überströme zu begrenzen. Durch die Verwendung der Erregerwicklung K können jene Widerstände verkleinert oder ganz gespart werden. Es ist indessen zu beachten, daß, wenn die Amperewindungen ni der Erregerwicklung K plötzlich um Δ ni zunehmen, durch einen Strom, der gerade durch diese in der Erregerwicklung if auftretende Stromzünahme in der Erregerwicklung H induziert wird, zusätzliche Amperewindungen in der Erregerwicklung H hervorgerufen werden, wodurch der an sich durch die Amperewindungen der Erregerwicklung K hervorgerufenen Änderung des Flusses entgegengearbeitet wird, was nicht der Fall wäre, wenn die Erregerwicklung R fehlte.

Wenn man den Inhalt der obigen drei Anmerkungen I bis III in bezug auf die sogenannten normalen Betrjebszustände, d. h. die Betriebszustände mit nur langsam vor sich gehenden Änderungen, Rechnung tragen will, so kann man Amperewindungen in das Erregerfeld einführen, deren Wert mit dem Strom i im Anker A bei motorischem Betrieb anwächst und beim generatorischen

ίο Betrieb abnimmt, indem man in die Erregerwicklung H (Fig. i) neben der regelbaren Spannung e_b eine weitere Spannung e_a einschaltet, welche stets dem Strom des zugehörigen Ankers A proportional ist oder doch wenigstens gleichzeitig mit diesem Strom zunimmt. Diese Änderung des Wertes der Spannung e_a wirkt dann der dämpfenden elektromotorischen Kraft in der Erregerwicklung if während rascher vorübergehender Änderungen des Betriebszustandes entgegen; die genannte elektromotorische Kraft hat ihren Ursprung in der gegenseitigen Induktion der Erregerwicklungen H und K.
Auf diese Weise kann erreicht werden, daß die Amperewindungen jeder Maschine sich mit der beim normalen Betrieb langsam vor sich gehenden Zunahme Δ i des Ankerstromes stark ändern, während die Erregerwicklung K mit ihrer verhältnismäßig geringen Windungszahl den Wirkungen rasch vorübergehender Änderungen des' Betriebszustandes vorzubeugen imstande ist. Dieser Wert der einander entgegengesetzt gerichteten Amperewindungen der Erregerwicklungen wird auf ein Minimum gebracht.

Einer solchen Art der Erregung entspricht die Darstellung der Fig. 1; man erreicht dabei annähernd alle vorteilhaften Eigenschaften der Verbundmaschine bei langsam sich ändernden Betriebszuständen. Man hat also auf diese Weise während des gewöhnlichen Betriebes den Grad der· Verbundwirkung vollkommen in der Hand, ohne besonders Rücksicht nehmen zu müssen auf Verluste durch Stromwärme, d. h. darauf, daß die Erregeramperewindungen mit dem Anwachsen des Ankerstromes i zunehmen.

Schließlich kann man die guten Eigenschaften des Hauptstrommotors während des Anfahrvorganges ausnutzen, indem man z. B. dieReihen-Parallel-Schaltung anwendet. Wenn man dann nach annähernder Erreichung der gewünschten Drehzahl der als Reihenschlußmotoren geschalteten Maschinen befürchtet, diese Drehzahl zu überschreiten, oder wenn man sie zu begrenzen oder sie herabzusetzen wünscht, so legt man die Spannung e_b oder gegebenenfalls die algebraische Summe der Spannungen e_a und e_b nicht an die Außenpole der gesamten wirksamen Erregerwicklungen (H—\-K), sondern führt sie (Fig. 2) nur in einen Stromkreis ein, der nur an der Erregerwicklung H mittels einer Umgehungsleitung p angeschlossen ist, welche gegebenenfalls einen induktiven oder anderen Widerstand enthalten kann und durch den Schalter C_p geschlossen wird; die Erregerwicklung/l hingegen wird dauernd nur von dem Strom i des Ankers A durchflossen.

Es ist noch darauf hinzuweisen, daß bereits eine Schaltung gemäß Fig. 2 a vorgeschlagen wurde, bei welcher die Erregerwicklung K weggelassen, jedoch im Nebenschluß zu einer Erregerwicklung H der Anker einer Erregermaschine angeordnet ist. Die Erregermaschine wird einesteils durch eine Wicklung, die vom Strom des Ankers der Hauptmaschine durchflossen wird, erregt. Mit Hilfe einer zweiten Feldwicklung, in deren Stromkreis ein Regelwiderstand r₂ liegt, wird die Erregermaschine von der Netzspannung erregt. Der vom Ankerstrom der Hauptmaschine durchflossenen Wicklung ist ein Regelwiderstand T₁ parallel geschaltet.

Bei dieser Schaltung werden bei motorischem Betrieb die Amperewindungen der an der Netzspannung liegenden Wicklung von den Amperewindungen ,der vom Ankerstrom der Hauptmaschine erregten Wicklung in Abzug gebracht; um auf generatorisehen Betrieb überzugehen, wird die vom Netz kommende Spannung in dem Stromkreis der von ihr gespeisten Wicklung umgekehrt.

Man kann die Spannungen e_a und e_b auf viele verschiedene Arten erzeugen, z. B.

a) Spannung e_b kann einer beliebigen Stromquelle entnommen werden, z. B. der Netzspannung U, welche durch einen Regelwiderstand entsprechend herabgesetzt wird, oder einer Akkumulatorenbatterie oder einer regelbaren Erregermaschine usw.

In ähnlicher Weise kann e_a eine Spannung sein, die in dem Anker einer Erregermaschine erzeugt wird, welche selbst durch eine vom Strom i des Ankers A durchfbssene Feldspule erregt wird; die Hilfsgeneratoren, die die Spannungen e_a und e_b erzeugen, können auf beliebige Weise mit gleichbleibender Drehzahl oder proportional der Drehzahl der no Fahrzeugräder angetrieben werden, je nachdem welche Art von Arbeit von den Hauptmaschinen verlangt wird.

b) Die Spannungen e_a und e_b können statt

in zwei getrennten Ankern in einem einzigen Anker einer Erregermaschine erzeugt werden, welche ihrerseits über eine Wicklung durch den Strom i und über eine zweite Wicklung durch eine regelbare Spannung v_b erregt wird, die erzeugt wird, wie für Spannung e_b im vorhergegangenen Absatz a angegeben.

65235ft

c) Man kann (Fig. 2) in einem einzigen Anker einer Erregermaschine die Summe der beiden Spannungen e_a und e_b entstehen lassen, indem man eine einzige Feldspule dieser Erregermaschine durch die algebraische Summe der beiden Spannungen v_a und v_b erregt, von denen v_a mit' Strom % anwächst, während die andere, v_b, willkürlich regelbar ist; beide werden dabei ähnlich erzeugt, wie für die Spannung e_a und e_b oben unter b angegeben, d. h. die eine Spannung, v_a, wird von einer Hilfserregermaschine erzeugt, welche durch eine Feldwicklunge-/ erregt wird, die ihrerseits von dem Strom i der Verbundmaschine durchflossen ist, während die andere Spannung, v_b, einer beliebigen Stromquelle entnommen oder in einer weiteren kleinen Hilfserregermaschine erzeugt wird, deren Feldwicklung gemäß Fig. 2 durch eine regelbare Spannung erregt wird.

Das Erregen einer Feldspule der Hauptmaschine durch die algebraische Summe zweier Spannungen, von denen.die eine unabhängig und regelbar ist, während die andefe mit dem Strom des Ankers der Hauptmaschine wächst, ist schon bekannt; aber dort hatte die Hauptmaschine keine unmittelbar angeschaltete Hauptstromerregerwicklung.

Fig. 4 stellt ein Ausführungsbeispiel dar. Die Zeichnung zeigt das Schaubild eines Triebwagens oder eines Zuges mit mehreren Triebwagen, bei dem die Maschinen unter Anwendung einer der dargelegten Möglichkeiten zusammengeschaltet sind.

Da die Verbundschaltung der Maschinen gemäß Fig. 4 gestattet, in Abhängigkeit von den auftretenden Änderungen des Anker-. stromes i bedeutende Änderungen der Amperewindungen der Maschinen zu erzielen, ist es nicht nötig, in besonderem Maße auf die gleichmäßige Verteilung der Ströme auf die Maschinen der verschiedenen Netzzweige entsprechend der weiter oben gemachten An-

Φ5 merkung I Rücksicht zu nehmen. Nichtsdestoweniger kann es zweckmäßig und erwünscht sein, den Grad der Verbundwirkung jederzeit zu beherrschen und aus diesem Grunde andere Mittel und Wege aufzusuchen, um die Regelung im einzelnen durchzuführen. Im folgenden werden drei verschiedene Beispiele angegeben; sie lösen entsprechend verschiedene Aufgaben.

Erstes Beispiel: Es berücksichtigt den Inhalt der Anmerkung I und zielt darauf ab, die Unterschiede zwischen den die einzelnen Netzzweige, welche die Anker A der als Hauptmaschinen verwandten Verbundgeneratoren enthalten, durchlaufenden Strömen herabzumindern; es· wird von der Erzeugung einer Differenz von zwei Spannungen Ge- j brauch gemacht, welche ihrerseits beide je durch den Umlauf eines Kollektorankers in solchen Feldern hervorgerufen werden, welche durch Erregerwicklungen erzeugt 6s sind, die von dem Strom des betreffenden Netzzweiges durchlaufen werden.

Die genannte Spannungsdifferenz selbst wird unmittelbar dazu benutzt, um in irgendeiner Feldwicklung irgendeiner der Verbundmaschinen ein und desselben Netzzweiges zusätzliche Amperewindungen zu erzeugen, welche die Flüsse bzw. die Ströme in den Ankern A der Verbundmaschinen in den betreffenden Netzzweigen einander anzugleichen versuchen werden.

In dem Falle, daß die Erregerwicklungen H von dem Anker einer Erregermaschine aus gespeist werden, kann man die erwähnte Spannungsdifferenz an eine Erregerwicklung dieser Erregermaschine anlegen. Die Spannungen werden ihrerseits durch den Umlauf eines Kollektorankers "in solchen Feldern erzeugt, welche durch Erregerwicklungen hervorgerufen sind, die je durch den Strom des einzelnen den betreffenden Anker A enthaltenden Netzzweiges durchlaufen werden. Diese Spannungen können entweder in den Ankern gesonderter Generatoren oder aber in einem einzigen Anker erzeugt werden. Die so erzeugte Differenzspannung tritt dann zusätzlich neben die von dem Anker a-b der Erregermaschine erzeugte Spannung und wird somit in den elektrischen Stromkreis der Erregerwicklung H eingeführt.

Die Spannungen v-b, gegebenenfalls auch die Spannungen v_a, v_d können in ein und dieselbe Erregerwicklung H der Erregermaschine a-b Kiz die Erregerwicklung H eingeführt werden.

Zweifes Beispiel: Man kann in den elektrischen Stromkreis der Erregerwicklung H eine von einer kleinen Hilfserregermaschine erzeugte Spannung einführen; diese Hilfserregermaschine wird in beliebiger Weise erregt und im übrigen mit einer der Drehzahl der Fahrzeugräder proportionalen Umdrehungsgeschwindigkeit angetrieben; ihre Spannung tritt bei diesem \^rorgang ständig als Subtrahend für die Spannung e_b auf. Infolgedessen wächst der Wert dieser Spannungsdifferenz, welche die Hauptmaschine erregt, im gleichen Augenblick an, in welchem die Geschwindigkeit des Fahrzeugs abnimmt.

In dem Falle, daß die Erregermaschine für die Erregerwicklung H selbst nur eine einzige Feldspule aufweist, kann man außer den bereits erwähnten Spannungen in den elek*- trischen Stromkreis der Erregerwicklung H unter Umständen eine Spannung einführen, welche von einem kleinen Hilfsgenerator erzeugt wird, der seinerseits mit einer der

Drehzahl der Fahrzeugräder proportionalen Geschwindigkeit angetrieben wird.

Drittes Beispiel: Um die Windungszahl der Erregerwicklung K herabzusetzen, ist es nötig, vorübergehend in den Erregermaschinen oder Hilfserregermaschinen, welche weiter oben erwähnt worden sind, die Änderung des Flusses zu beschleunigen oder sogar übermäßig zu steigern, der von einer Erregerwicklung hervorgerufen wird, welche der Ankerstrom (oder ein Teil* dieses Stromes) der entsprechenden Verbundmaschine durchfließt. Zu diesem Zwecke kann man eine Selbstinduktionsspule parallel zu einer Gruppe schalten, die durch Hintereinanderschaltung der genannten Feldspule mit einem Widerstand gebildet ist. Es ist klar, daß im Falle einer plötzlichen Änderung Δ i der Überstrom es vorziehen wird, denjenigen Stromweg zu wählen, welcher die Feldspule enthält, vorausgesetzt, daß deren Zeitkonstante kleiner ist als diejenige der parallel geschalteten Selbstinduktionsspule. Ist wieder normaler Betrieb, so ist die Verteilung des Stromes auf die beiden Leitungszweige einzig und allein durch das- Verhältnis ihrer Ohmschen Widerstände bestimmt.

Es ist ganz augenscheinlich, daß man zum Zwecke einer Änderung der Geschwindigkeit die Schaltung der Hauptmaschinen im Verhältnis zueinander ändern, mit anderen Worten, die Anzahl der Maschinen je Netzzweig verändern kann. Hierzu geeignete Verfahren sind bekannt, und es werden noch weitere angegeben werden. Wenn aber während des motorischen Betriebes die Erregerwicklung H durch eine Erregermaschine und nicht durch die Netzspannung selbst erregt wird, d. h. wenn der Kupferquerschnitt der Maschine frei gewählt werden kann, können die Änderungen der Zusammenschaltung der Hauptmaschine mit Vorteil mit Hilfe der reinen Hauptstromerregung durchgeführt werden.
Außerdem werden während des generatorischenBetriebes, d.h. während desBrfemsens, * die notwendigerweise aufzubringenden Drehmomente der Anker A und infolgedessen auch die Ströme in den Ankern bei dieser Schaltung erheblich weniger groß als während des motorischen Betriebes, und zwar infolge von Wirbelstromverlusten, Verlusten durch Hysteresis oder einfach infolge von Reibungswiderständen im Triebwerk, welche Umstände neben anderen Ursachen sich günstigerweiseim Sinne der Bremsung auswirken; die Folge ist, daß die erforderlichen Änderungen ' der Zusammenschaltung · der Motoren sich zwar während des motorischen Betriebes -keinesfalls umgehen lassen, daß • 60 aber ihre Zahl während des generatorischen Betriebes herabgesetzt werden kann, ja, man könnte sich sogar mit einer einzigen Umschaltung ohne jeden Nachteil begnügen.

Die Amperewindungen, welche mit dem in den Ankern A fließenden Strom i anwachsen, können ferner durch Nebenschlußschaltungen zu den Feldwicklungen mittels induktiver öder nichtinduktiver Widerstände geändert werden; im Falle der reinen Hauptstromerregung können diese Nebenschlüsse an die Erregerwicklungen K und sogar an die Erregerwicklungen H oder schließlich an beide angeschaltet oder von ihnen weggeschaltet werden; bei Verbunderregung können die Nebenschlüsse nur an die Erregerwicklungen K angelegt werden; unter sonst gleichen Bedingungen kann man auch so vorgehen, daß man statt des Anlegens von Nebenschlüssen die Windungszahl der betreffenden Wicklung ändert; man kann ferner als Nebenschluß induktive oder nichtinduktive Widerstände denjenigen Feldwicklungen zu- oder von ihnen wegschalten, welche von dem Strom i durchflossen und der Hilfserregermaschine zugeordnet sind, die die zur Erzielung der Verbundwirkung der Hauptmaschine verwendete Spannung erzeugt (bei einer Maschine der angegebenen Bauart), oder man kann schließlich auch die Windungszahl der letztgenannten Feldwicklungen ändern.

Es folgt nun ein schematisches Ausführungsbeispiel der Erfindung (vgl. Fig. 4). Es ist dabei zunächst nur das Vorhandensein eines einzigen Ankers A eines Motors AKH in jedem einzelnen Netzzweig angenommen. Die Bezugszeichen, welche in ilen verschie- ■ denen Netzzweigen einander entsprechende Elemente bezeichnen, sind mit Indizes versehen, welche der laufenden Nummer des betreffenden Zweiges entsprechen.

Es sei ausdrücklich darauf hingewiesen, daß natürlich mehrere Anker A von Verbundmaschinen hintereinandergeschaltet in ein und demselben Netzzweig liegen können. Die Anfahrwiderstände, welche in den Stromkreis der Anker A einzuschalten sind, sind nicht mit dargestellt. Der Einfachheit halber wird bei diesen Beispielen das Vorhandensein nur eines einzigen Erregerankers a-b sowie die Einführung der Spannungen ν_b und v_a in eine einzige Feldspule der betreffenden Er-' regermaschine angenommen.

Gemäß Fig. 4 liegt der Anker A₂ in einem Zweig des Netzes T. In dem Stromkreis der Feldspule y₂ der Erregermaschine, welche die Erregerwicklung H₂ speist, liegen in Hintereinanderschaltung:

i. Eine Potentialdifferenz mU (m kann ein beliebiger Faktor sein), welche unveränderlich oder regelbar ist und entweder unmittelbar dem Netz oder aber einer be-

liebigen Hilfsstromquelle entnommen wird, wie z. B. dem umlaufenden Anker eines Umformers, einer Akkumulatorenbatterie usw. mU spielt dann die Rolle der regelbaren Spannung, welche weiter oben v_b genannt wurde.

2. Gegebenenfalls ein fester Widerstand r₂₂, welcher sich unmittelbar an die Feldwicklung 7₂ anschließt,
ίο 3. Ein Widerstand R, welcher allen Erregermaschinen A-B, 7 gemeinsam zugeordnet sein kann. Er kann vollkommen entfallen, wenn die Spannung mU, welche die Rolle der Spannung e_b spielt, regelbar ist. 4. Der Anker 8_ä einer Erregermaschine oder einer Hilfserregermaschine für eine Erregermaschine, deren Feldwicklung e₂-f₂ von dem Strom i₂ des Ankers A₂ durchflossen wird. Der Anker S₂ erzeugt die Spannung v_a und veranlaßt ein Ansteigen des die Erregerwicklung i?_ä durchlaufenden Stromes, sobald 'i₂ während des motorischen Betriebes zunimmt; eine Abschwächung des Stromes wird jedoch veranlaßt, wenn A₂ Strom ins Netz zurückliefert.

5. Falls mehrere Anker A₁, A₂ ... A_n in mehreren Netzzweigen liegen, so schaltet man gegebenenfalls den Anker (J₂ einer zweiten, durch die Differenz der Ströme I₁ und I₂ erregten Hilfserregermaschine für die Erregermaschine mit dem Anker 8₂ in Serie. Zum Zwecke der erwähnten Differentialerregung ist diese Maschine mit zwei getrennten Erregerwicklungen versehen, von welchen die eine, 2O₂, von dem Strom i₂, die andere, 21₂, von dem Strom I₁ durchflossen wird. Die Erregerwicklung 2O₂ allein würde in dem Stromkreis der Feldwicklung 7₂ eine elektromotorische Kraft mit dem gleichen Vorzeichen erzeugen wie die des Ankers 8₂- Es ist klar, daß der Anker (J₂ trachtet, die Ströme i₂ und J₁ auszugleichen, indem er die Erregung der Erregermaschine a_%-b₂, J₂ und damit diej enige der Hauptmaschine stärkt oder schwächt. Es ist verständlich, daß die durch den Strom i₂ in '(J₂ erzeugte elektromotorische Kraft auch dem Anker 8₂ entnommen werden könnte, d. h. daß man auf die Erregerwicklung 2O₂ • auch verzichten kann. Man kann sogar in einem einzigen Anker die von dem Strom i₂ im •Anker 8₂ erzeugte und die durch die Ströme J₁ und i₂ im Anker % hervorgerufene elektromotorische Kraftdifferenz erzeugen. Es genügt, den Anker S₂ zu erregen mit Hilfe von Wicklungen, von denen die eine von dem Strome I₁ und die andere von dem Strome I₂ durchflossen wird.

Man kann auch eine Selbstinduktionsspule

L₂ mit geringem Widerstand parallel mit der aus der Feldwicklung 7₂ und dem Widerstand r₂₂ gebildeten Gruppe schalten. Man kann sogar auch vor diese Gruppe einen Widerstand r₃₂ vorschalten.

In ähnlicher Weise kann man parallel zu ■ der durch Hintereinanderschaltung gebildeten Gruppe, welche aus dem Widerstand r₁₂ und der Feldwicklung e₂-f₂ des Ankers 8₂ besteht, eine Selbstinduktionsspule I₂ mit geringem Widerstand schalten.

Die Maschine A₁, K₁, H₁ wird in ganz gleichartiger Weise erregt, jedoch unter Weglassung der differentiell erregten Hilfserregermaschine, deren Anker folgerichtig Q₁ genannt werden müßte. Mit anderen Worten, das ganze Schaltbild des Netzzweiges mit dem Anker A₁ ist dasselbe, mit Ausnahme der fehlenden Hilfserregermaschine mit dem Anker 9_1; wie dasjenige des Netzzweiges mit dem Anker A₂. Man könnte für jede Maschine A, K, H je ,einen Widerstand vorsehen, derart, daß alle diese Widerstände in gleicher Weise bedient und daß zweckmäßig mit Hilfe von Leitungen geringen Widerstandes die Enden der verschiedenen eingeschalteten Widerstände miteinander verbunden werden. Dasselbe gilt natürlich für die Netzzweige, welche die Anker A₃, A₄ ... A_n enthalten.

Es ist nunmehr möglich, die Wirkungsweise der einzelnen Erregerorgane zu erkennen, unter der Annahme, daß jede Verbundmaschine mit Hilfe eines in der Zeichnung nicht dargestellten, in den Ankerstromkreis eingeschalteten Widerstandes in Gang gebracht sei:

ι. Die Veränderung von mU oder die Betätigung des Regelwiderstandes R gestattet, die Spannung des Ankers. a₂-b₂ zu regeln. Man verändert dadurch nämlich in a₂-b₂ die weiter oben e_b genannte Spannung.

2. Der Anker 8₂ erzeugt infolge der Feldwicklung e₂-f₂ eine Änderung der Erregung der Maschine A₂, K₂, H₂ über die Erregerwicklung H₂.

3. Die Wirkung der Hilfserregermaschine mit dem Anker 9, besteht in dem Bestreben, die StrömeI₂) h .... i_n dem Strom I₁ während der Parallelarbeit anzugleichen.

4. Die' Selbstinduktionsspulen L₂ und h vergrößern die Geschwindigkeit der Strom- no änderungen in den Feldspulen, welchen sie während der Augenblicke der Änderung des Betriebszustandes der betreffenden Feldspulen parallel geschaltet sind.

Wenn in ein und demselben Netzzweig eine Mehrzahl von Hauptmaschinen mit ihren zugehörigen Hauptstromwicklungen hintereinandergeschaltet sind, so können ihre Erregerwicklungen H, welche vorher entweder in Serie oder parallel- zueinander geschaltet worden sind, in den elektrischen Stromkreis einer einzigen Erregermaschine eingeschaltet

werden. Die Gesamtheit der Anker und zugehörigen Feldspulen, welche dauernd hintereinandergeschaltet bleiben, könnte in den Schaltbildern symbolisch ersetzt werden durch einen einzigen, symbolischen Anker A_m, welchem eine einzige Erregerwicklung K_m und eine einzige Erregerwicklung H_m zugeordnet sind. So liegen die Verhältnisse beispielsweise bei den sogenannten Zwillingsmotoren.

ίο Man kann schließlich offenbar Schaltungsänderungen vorsehen, bei denen die Zahl der Netzzweige mit den Gruppen der Anker A-sich ändert. Die elektrischen Stromkreise der Erregerwicklungen H könnten dabei bestehen bleiben, doch müßte man die Widerstandswerte der Regelwiderstände für die Erregung der Erregerwicklungen H entsprechend ändern#oder aber die Werte der Spannungen mU entsprechend anders wählen. Mit anderen Worten, die Änderungen der Schaltungen lassen sich nur an den Teilen oder denjenigen Netzzweigen durchführen, welche von dem Strom i durchflossen werden.

Diese Schaltungsänderungen sind offenbar durchführbar, wenn man die Zuleitungen der Anker A vollkommen vom Netz abschaltet und dann nach Regelung der Erregungen, gegebenenfalls unter Einschaltung von Übergangswiderständen eine neue Anschaltung an das Netz vornimmt.

Einrichtungen zur Herstellung der verschiedenen Verbindungen für das Anfahren, ferner die Änderungen der Schaltung vom motorischen Betrieb oder vom Bremsen mit Stromrückgabe bis zum vollkommenen Stillstand einschließlich der Widerstandsbremsung sind bekannt.

Es ist klar, daß jede Erregereinrichtung für .die Feldspulen der Maschinen, die zur Erregung der Erregerwicklungen H irgendeines beliebigen Motors dienen, auch Verwendung finden kann zur Erregung der Feldspulen von Hilfserregermaschinen für eine Erregermaschine.

Es folgen nunmehr Schaltungsbeispiele, welche sich auf das Anfahren mit Hauptstromerregung beziehen.

Angenommen sei zunächst,

es sich

nur um eine einzige Hauptmaschine (vgl.

Fig. 5) mit einem Anker A handelt. Die zugehörigen Erregerwicklungen K und H liegen in Serie mit dem Anker. Die Erregerwicklung K wird stets von dem Strom i des Ankers A oder ■ von einem Teil dieses Stromes durchflossen. Die Erregerwicklung H wird stets von dem Strom i durchflossen, welcher in der Zeichnung durch den ausgezogenen Pfeil i dargestellt wird, oder aber nur von einem Teil von i, wenn H mit einem Nebenschluß versehen wird, und zwar beim Beginn des motorischen Betriebes (Anfahren). In der weiteren Folge aber wird die Erregerwicklung H Teil eines durch eine Umgehungsleitung/»geschlossenen Stromkreises, welcher gegebenenfalls einen Widerstand, sei es gewöhnlicher oder induktiver Natur, enthalten kann. In diesen geschlossenen Stromkreis kann .man dann die Spannungen e_a und e_b einbeziehen. Auf diese Weise wird eine Verbundcharakteristik erzielt, welche gestattet, die Drehzahl wirtschaftlich zu regeln, indem die nach Belieben regelbare Spannung e_b verändert wird.

Eine erste beispielsweise Ausführungsmöglichkeit ist in Fig. 5 dargestellt. Sämtliche Kontaktstellen sind zunächst als offen anzunehmen. Nun müssen die Kontakte S, 2 und ι geschlossen werden, um in den an das Netz T mit der Spannung U angeschlossenen Leitungszweig den Anfahrwiderstand R₁ einzuschalten, welcher allmählich durch die Kontakte 3 und 4 kurzgeschlossen wird. Die Maschine A, K, H arbeitet dann als Hauptstrommotor und wird von dem Strom i durchflossen, welcher durch die voll ausgezogenen Pfeile i dargestellt ist. Die Erregerwicklungen K und H können dann teilweise mit Nebenschlüssen versehen werden, um die Drehzahl zu steigern.

Sodann wird die in beliebiger Weise mit annähernd konstanter Drehzahl angetriebene Erregermaschine mit dem Anker a-b eingeschaltet; zu diesem Zwecke wird der Kontakt 5 geöffnet,,wobei gegebenenfalls ein Übergangswiderstand vorübergehend zwischengeschaltet wird, und dann wird durch 'Schließen des Kontaktes 6 ein Stromkreis a-b, H, p gebildet. Dieser Stromkreis kann auch einen Widerstand enthalten. Die Erregermaschine mit dem Anker a-b besitzt zwei Feldwicklungen: Die eine, e-f, wird nur von dem Strom/ des Ankers A oder, falls e-f mit einem Nebenschluß versehen ist, von einem Teil dieses Stromes durchflossen. Die andere, c-d, kann mit einer regelbaren Spannung mU gespeist werden, wobei m im allgemeinen kleiner als / ist. Außerdem kann in dem zu c-d gehörigen Stromkreis ein Regelwiderstand R₂ angeordnet werden.

Es ist darauf hinzuweisen, daß zur Vermeldung einer Drehzahlsteigerung zweckmäßig dafür gesorgt wird, daß im Augenblick, wenn der Stromkreis a-b, H, p durch Kontakt 6 geschlossen ist,-die in dem Anker α-& erzeugte Spannung £_e trachtet, einen Ohmschen Spannungsabfall in der Erregerwicklung H hervorzurufen, welcher mindestens ebenso groß ist wie_der, welcher durch den "Strom i oder dessen die Erregerwicklung H durchfließenden Teilstrom hervorgerufen wurde. Es hängt lediglich von der Windungszahl der Feldwicklung e-f oder

eines Nebenschlusses ab, wenn man es so einrichten will, daß der Strom in der Erregerwicklung H ausschließlich durch Schließung des Stromkreises a-b, H, p verstärkt werden soll. Es ist darauf hinzuweisen, daß im entgegengesetzten Fall die Drehzahl gesteigert werden würde. Die Erregermaschine kann also einen gegebenenfalls induktiven Nebenschluß der Erregerwicklung H ersetzen. Nun

ίο wird lediglich der Stromkreis der Feldwick-. lung c-d zwecks Erzeugung der Spannung e_b im Anker a-b an die Spannung mU angelegt.

Steigert man dann die Spannung an den Klemmen der Feldwicklung c-d, so nimmt der Strom / bis zur Erreichung einer bestimmten gleichmäßigen Drehzahl zu. Nach Überschreitung eines bestimmten Wertes der durch die Feldwicklung c-d hervorgerufenen Erregung wechselt ■ der Strom i seine Richtung (vgl. den gestrichelten Pfeil), und das Drehmoment des Ankers A wirkt bremsend, falls dies gewünscht wird; der Strom in der Umgehungsleitung p ändert sich dann von (I — i) in (I+ 1), und es beginnt die Stromrückgabe an das Netz. Nun hat aber auch e_a sein Vorzeichen geändert, und die elektromotorische Kraft des Ankers a-b ist (e_b —e_a). Man kann nun die Geschwindigkeit des Fahrzeuges so· lange herabsetzen, bis der Höchst-Wert des Flusses! in der Maschine^, K, H erreicht ist.

Zum Zwecke einer geringen Herabsetzung dieser Geschwindigkeit empfiehlt es sich in dem Falle, daß in die Umgehungsleitung p ein Widerstand eingeschaltet ist, den Stromkreis a-b, H, p von dem den Anker A enthaltenden Netzzweig abzutrennen. Es genügt hierfür, durch Schließen eines Kontaktes 7 eine Verbindung zu schaffen, welche unmittelbar von dem einen Ende der Erregerwicklung K zu der Klemme α führt. Diese Verbindungsleitung könnte im übrigen einen Widerstand enthalten, welcher im weiteren Verlaufe kurzgeschlossen werden kann. Sodann öffnet man den Kontakte, so daß der Stromkreis a-b, H, p unabhängig wird. In jedem Falle ist der Strom im Anker a-b stets . gleich /.

Ein zweites Ausführungsbeispiel zeigt Fig. 6. Der Anker a-b liegt in der Umgehungsleitung p. Angenommen, sämtliche Kontakte seien offen, so ist der Vorgang im wesentlichen der gleiche wie im ersten Falle; es werden die Kontakte 1, 5 und 2 geschlossen und hierbei der Anlaßwiderstand R₁ zwischengeschaltet. Dieser Widerstand wird dann allmählich mittels der Kontakte 3 und 4 kurzgeschlossen. Die Maschine A, K₁ H ist nun als Hauptstrommotor erregt, und sein Ankerstrom i (vgl. die voll ausgezogenen ■Pfeile) durchläuft lediglich A, K und H.

Nun öffnet man den Kontakt 2; die Erregermaschine mit dem Anker a-b wird dann von dem Strom i erregt und erzeugt eine Spannung e_a, welche nach Schließung des Kontaktes 6 eher trachtet, den Strom / in der Erregerwicklung H anwachsen zu lassen. Die Erregermaschine wird dann über die Feldwicklung c-d mit Hilfe einer Pötentialdifferenz mU erregt.

Wenn man die Erregung durch den Strom in der Feldwicklung c-d bis zur Umkehrung des Stromes i im Anker A steigert, ■ so nimmt der Strom i die in der Zeichnung durch einen gestrichelten Pfeil angegebene Richtung an; es ist dann festzustellen, daß der den Anker a-b durchlaufende Strom den Wert I + i annimmt, während er beim motorischen Betriebe den Wert /—i hatte. ·»

Um zu vermeiden, daß dieser Strom I -f- i länger im Anker a-b fließt, kann man den Leitungszweig p_it der vorübergehend einen Widerstand enthalten kann, zwischen die Erregerwicklung K und die Erde G mit Hilfe des Kontaktes 7 schließen. Dann Öffnet man den Kontakt 5. Der durch den Anker a-b fließende Strom ist dann der einzige in der Erregerwicklung H fließende Strom /. Nun kann man den Widerstand R₂ des Leitungszweiges px kurzschließen. Es empfiehlt sich, go diese Maßnahme zu treffen, bevor die Feldwicklung c-d erregt wird.

Alle Verfahren zur Erregung der Erregermaschinen, die zur Erzeugung der algebraischen Summe der Spannungen e_a und e_b führen, können, selbstverständlich auch auf die Schaltungen gemäß Fig. 5 und 6 angewendet werden. ■

Schließlich ist darauf hinzuweisen, daß infolge der Tatsache, daß die Erregerwicklung if stets von dem Strom i durchflossen wird, die Spannung e_b für sich allein aufrechterhalten werden kann, während die Spannung e_a in Wegfall kommt. Mit anderen Worten, um eine bestimmte Drehzahl festzuhalten oder sie herabzusetzen, genügt es, in einen Nebenstromkreis zur Erregerwicklung H eine gegebenenfalls regelbare Spannung mU unter Zwischenschaltung eines Widerstandes einzuführen. ·

Angenommen, es seien mehrere Motoren vorhanden und diese als Hauptstrommotoren «nach irgendeinem bekannten Verfahren angelassen und durch geeignete Schaltvorgänge auf die gewünschte Drehzahl gebracht worden; falls erforderlich,'kann man dann zwecks Drehzahlregelung dadurch auf Verbundbetrieb übergehen, daß mit Hilfe der Erregermaschine alle Erregerwicklungen H der einzelnen Hauptmotoren erregt werden.

Die Ströme in den die Anker A enthaltenden Netzzweigen können einander dadurch

angeglichen werden, daß eine differentielle Erregung gemäß vorstehenden Angaben angewendet wird. Im Falle der Parallelschaltung zweier Maschinen mit den Ankern A₁ und A₂ z. B. können die Erregermaschinen mit den Ankern O₁-I)₁ und a₂-b₂ Feldwicklungen g-h besitzen, welche beispielsweise in Fig. 5 dargestellt sind; die Feldwicklung ^₁-A₁ der Erregermaschine mit dem Anker O₁-^₁ wird durch den Strom i₂ des Ankers A₂ gespeist, während die der Erregermaschine mit dem Anker cu-i^zugeordneteFeldwicklungg^-^ von dem Strom I₁ des Ankers A₁ durchflossen wird, derart, daß nur die Differenz der Amperewindungen der Feldwicklungen e-f und g-h wirksam sind, wobei der Feldwicklung e-f der Hauptanteil zufällt.

In der weiteren Beschreibung und Darstellung der verschiedenen S ehalt vorgänge, die für den Fall des Vorhandenseins zweier Motoren erläutert werden, sind diese 'Feldwicklungen g-h der Einfachheit halber weggelassen. Es ist im übrigen bekannt; daß auch andere Mittel zur Erreichung des gleichen Zweckes anwendbar sind.

Zur weiteren Vereinfachung und zum leichteren Verständnis der verschiedenen ,Schaltungen sind meistens nur diejenigen Schaltungsteile angegeben, welche zum Verständnis beim Übergang von einer Schaltung auf die nächste unumgänglich notwendig sind.

So wird z. B. der Einfachheit halber eine

stufenweise Kurzschließung mit Hilfe von mehreren Kontakten in der Darstellung ersetzt durch eine Kurzschließung mit einem einzigen Kontakt, beispielsweise im Falle der allmählichen Überbrückung eines Widerstandes. Das gleiche gilt für das Unterbrechen eines Stromkreises durch Öffnung eines Kontaktes, welchem Vorgang die Einschaltung eines Übergangs wider Standes vorausgehen kann, ohne daß dieser jedoch dargestellt wird; ähnlich verhält es sich mit der Herstellung eines Nebenschlusses für irgendeine ^Wicklung durch einen induktiven, gegebenenfalls auch selbst aus mehreren aneinandergereihten Nebenschlüssen bestehenden Nebenschluß, was aber auch in vielen Fällen durch Herabsetzung: der Windungszahl ersetzt werden kann, usw.

Verbundbetrieb: Fig. 7 veranschaulicht z. B. den Fall, daß zwei Hauptmotoren bei Hauptstromerregung parallel geschaltet sind. Falls die Erregerwicklungen H₁ und H₂ mit einem Nebenschluß versehen sind, muß man zunächst diese Nebenschlüsse abschalten.

In Fig. 7 ist angenommen, daß diese Maßnahme bereits durchgeführt ist. Die Stromkreise mit den Ankern U-^b₁ bzw. a₂-b₂ werden durch das Schließen der Kontakte 10 und 11 über die Erregerwicklungen H₁ bzw. H₂ hergestellt, wodurch an deren Klemmen die Spannungen der Anker O₁-^₁ bzw. a₂-b₂ angelegt werden!

Das Schaltbild stellt keine Einzelheiten der zahlreichen möglichen, an sich bekannten gemischten Erregungsarten dar.

Es ist zu beachten, daß in diesem Falle die Feldwicklungen C₁-(I₁ und c₂-d₂ an ein und dieselbe Spannung angelegt werden sollen oder aber auch hintereinandergeschaltet sein können; zwecks Erzielung der gewünschten Drehzahl werden diese Erregungen entsprechend geregelt. Die Drehzahl wird im übrigen am kleinsten sein, wenn die Kraftflüsse durch die Erregerwicklungen H₁ und H₂ am größten sind.

Fig. 8: Um die Geschwindigkeit weiter herabzusetzen, muß man zur Hintereinanderschaltung der Anker übergehen. Durch Schließen des Kontaktes 12 wird ein Widerständig zwischen die Motoren eingeschaltet, so daß diese beiden hintereinander in ein und demselben Netzzweig liegen. Die Einführung des Widerstandes i?₄ beeinflußt in keiner Weise die Ströme in den Ankern A₁ und A₂.

Fig. 9: Die Kontakte S und 9 sind nun offen. Es werden dann Maßnahmen getroffen, um so schnell wie möglich die von den die Erregerwicklungen H₁ und H₂ durchlauf enden Strömen I₁ und I₂ erzeugten Erregungen auf einen durch die Spannungen, welche von dan Feldwicklungen C₁-^₁ bzw. c_%-d.₂ der beiden Erregermaschinen mit den Ankern O₁-^₁ bzw. a₂-b₂ abhängen, bestimmten Wert herabzusetzen.

Fig. 10: Der Widerstand i?₄ wird sodann stufenweise durch den Kontakt 13 des Schaltbilds kurzgeschlossen. Dann wird erforderlichenfalls die Drehzahl herabgesetzt, indem wiederum die Erregungen der Erregermaschinen mit den Ankern O₁-^₁ und a₂-b₂ verstärkt werden. Sobald die erregenden Kraftflüsse der Erregermaschinen ihre Höchstwerte erreicht haben, ist die geringste mögliche wirtschaftliche Drehzahl erreicht.

Fig. 11: Um zu einer noch niedrigeren Drehzahl oder bis nahezu zum Stillstand zu gelangen, wird durch Schließen des Kontaktes 14 ein Widerstand i?₅ parallel an den Netzzweig gelegt. Sodann wird der Kontakt 15 geöffnet, wodurch die Netzspannung von den Motoren vollkommen weggenommen wird, und der Widerstand R₅ wird stufenweise durch Schließen der Kontakte 16 und 17 kurzgeschlossen.

Der endgültige Stillstand kann dann durch eine mechanische Bremse, welche freilich auch elektrisch betätigt werden kann, erreicht werden.

Man kann,, ausgehend von der Parallelarbeit der beiden in Verbundschaltung erreg-

IO

652850

ten Motoren, zum Stillstand des Fahrzeuges gelangen, ohne die beiden Motoren wiederum in Reihe zurückzuschalten. Man schaltet dann z. B. gemäß Fig. 12 durch Schließen des Kontaktes 14 den Widerstand R₅ parallel zu den parallel zueinander liegenden Motoren und zugleich an das Netz. Durch öffnen des Kontakts 15 wird die Netzspannung von den beiden Maschinen weggenommen, welche dann über den Widerstand R₅ arbeiten. Stufenweise wird dann R₅ durch Schließen der Kontakte 16 und 17 kurzgeschlossen.

Der Übergang vom Bremsen durch Stromrückgabe zum Bremsen mit Widerstand kann offenbar in Abhängigkeit von einem Relais vor sich gehen, welches Kontakte betätigt, die die obenerwähnten Schaltverbindungen herstellen.

Es sei darauf hingewiesen, daß alle Zusammenschaltungen, welche eine beliebige Zahl von Netzzweigen mit je einer Mehrzahl von hintereinandergeschalteten Motoren enthalten, im Rahmen der Erfindung Anwendung finden können und daß die vorher angegebene Regel auf diese Weise weitgehend zu verallgemeinern ist. Jede motorische Einheit dieses Schemas kann statt aus nur einem Motor aus zwei hintereinandergeschalteten Motoren bestehen, welche, wenigstens während des Verbundbetriebes, dauernd zusammengeschaltet sind. -

In diesem Falle können die Erregerwicklungen H₁ und H₂ unmittelbar aneinanderstoßen, und die Spannung der Erregermaschine mit dem Anker a-b kann in einen Stromkreis a-b, H₁, p, H₂ eingeführt werden.

Ein Ausführungsbeispiel zeigt Fig. 14, wo' zwei Motoren, A₁, K₁, H₁ und A₂, K₂, H_s, dargestellt sind unter Zugrundelegung der Annähme, daß sie zusammen eine motorische Einheit darstellen. Es ist ferner angenommen, daß das Anfahren in der üblichen Weise mit Hauptstromerregung durchgeführt worden ist. Entsprechend dem dargestellten Schema können die Erregerwicklungen H₁ und H₂ nur mit einer einzigen Erregermaschine zusammengeschaltet sein, welche für beide Mo-_r

■ toren bestimmt ist und entweder in der Umgehungsleitung p oder in der ursprünglich für das Anfahren in Reihenschaltung vorgesehenen Verbindungsleitung zwischen den ■ Erregerwicklungen H₁ und H₂ angeordnet wird; die letztgenannte Schaltungsart ist in Fig. 14 dargestellt. Die Erregermaschine wird dann nach irgendeinem der weiter oben angegebenen Verfahren erregt. Die voll ausgezogenen Pfeile des Stromes i stellen den Verlauf der Ströme i während des motorischen Betriebes dar, während die gestrichelt gezeichneten Pfeile den Strom i während des • Vorganges der Stromrückgabe ins Netz darstellen* der Strom I ist der Erregerstrom in den Erregerwicklungen H₁ und H₂.

Wie weiter oben angegeben, kann der Stromkreis a-b, H₁, p, H₂ beim Übergang zum Verbundbetrieb vollkommen abgetrennt werden.

Die Fig. 13 veranschaulicht eine weitere Möglichkeit, von der Parallelschaltung zur Reihenschaltung überzugehen, und zwar während des Bremsvorganges.

Angenommen, die Kontakte 3, 4, 17 und 18 seien geschlossen, 13 jedoch geöffnet, und die Motoren mit den Ankern A₁ und A₂ seien verbunderregt und in Parallelschaltung ans Netz geschaltet, die Drehzahl habe ihren geringsten Wert erreicht, d. h. die Erregung sei vollkommen. Nun werden der Reihe nach die Kontakte 17, 18 und 3 geöffnet, wodurch dem Motor mit dem Anker A₂ die Spannung U weggenommen wird. Nun wird rasch der Kontakt 13 geschlossen. Der Motor mit dem Anker A₂ arbeitet nun über den Widerstand i?₅. Man geht nun weiter so vor, daß die Erregungen der Erregermaschinen einem

U 8>;

Mindestwert zustreben, so daß —, also die

Hälfte der Netzspannung U, an den einzelnen Motor angelegt werden kann, und schließt, während die Erregung abnimmt, allmählich den Widerstand i?₅ über die Kontakte 17 und 18 kurz.

Sodann erregt man die Erregermaschinen bis zum Höchstwert, und der Bremsvorgang wird, wie weiter oben an Hand von Fig. 11 auseinandergesetzt und ferner durch mechanische Bremsung zu Ende geführt.

Es ist klar, daß der in Fig. 13 dargestellte Schaltvorgang verallgemeinert werden kann auf die Aufgabe, in einen Zweig des Netzes T, ■welcher bereits in Reihenschaltung eine belie- too bige Anzahl von Hauptmotoren enthält, eine andere Gruppe, ebenfalls bestehend aus einem · 1 oder mehreren in Reihe geschalteten Motoren, einzuschalten.

Alle üblichen Motorschaltungen können mit den motorischen Einheiten vorgenommen werden, welche selbst je zwei oder mehr als zwei motorische Einheiten enthalten, die ihrerseits aus zwei oder mehr als zwei dauernd in Reihe geschalteten Ankern bestehen und verbunderregt sind.

Die richtige Aufeinanderfolge der Schaltvorgänge kann natürlich in einfacher Weise durch eine Fahrschalterwalze, eine Nockenwelle, durch Kontakte, welche von einer Fahrschalterwalze gesteuert werden, oder durch Vereinigungen dieser Arbeitsmittel herbeigeführt werden.

Man kann sogar bei Verwendung der normalem Fahrschalter für das Reihen-Parallel-Anlassen die für den Verbundbetrieb erforderlichen zusätzlichen Schaltvorgänge durch

652050

einen zusätzlichen Fahrschalter erreichen. Auf diese Weise ist es möglich, die vorhandenen Schalter für das neue Verfahren verwendbar zu machen.

Schließlich empfiehlt es sich, darauf hinzuweisen, daß während der verschiedenen Betriebsmaßnahmen jederzeit das arbeitende oder bremsende Drehmoment der Hauptmotoren durch Nebenschlußschaltung der Erregerwicklung K oder der Feldwicklungen e-f der die Spannungen e_a erzeugenden Erregeroder Hilfserregermaschinen verändert werden kann.

Es ist "klar, daß die bekannten Verfahren zum selbsttätigen Anlassen sich ganz von selbst auch dann der Aufgabe des Anlassens anpassen, wenn es mit Hauptstromerregung durchgeführt wird.

Unabhängig davon, wie groß die Zahl der Netzzweige ist, welche je mehrere Motoren in Reihe enthalten, die ihrerseits im motorischen Betrieb hauptstromerregt sind, kann man zum Verbundbetrieb durch einfaches Anlegen der Spannungen e_a bzw". e_b an die Erregerwicklungen H- übergehen.

Man kann die Zahl der während des generatorischen Betriebes erforderlichen Umschaltungen der Maschinen dadurch verringern, daß man eine entsprechende Auswahl der erwähnten Schaltmöglichkeiten trifft, oder man kann sogar während des eigentlichen Bremsvorganges ohne jegliche Umschaltung auskommen.

Falls man die Anzahl der Motoren je Netzzweig nicht ändern will, so kann man auch auf folgende Weisen den vollkommenen Stillstand herbeiführen:

1. durch Stromrückgabe an das Netz über einen Widerstand, welcher allmählich bis auf den Wert Null verringert wird;

2. durch Stromlieferung auf einen Widerstand, welcher zunächst in einem Netzzweig liegt, dann aber mit den Hauptmaschinen einen vom Netz abgetrennten Stromkreis bildet;

3. durch allmähliche Verringerung des letztgenannten Widerstandes bis auf den Wert Null.

Im Falle von zwei Motoren z. B., welche man nach dem Reihen-Parallel-Anlaßverfahren in Betrieb genommen hat, die man außerdem nur unter Verwendung der Reihenschaltung bremsen will und welche, wie angenommen sei, eine große Drehzahl besitzen, kann man zum Verbundbetrieb übergehen und im Bedarfsfalle Strom an das Netz zurückgeben über einen Widerstand, welcher allmählich bis auf Null verringert wird, und dann allmählich die Erregerwicklungen H bis zum Höchstwert erregen. Man schaltet hierauf einen Widerstand R₅ parallel (Fig. 12), trennt die Motoren vom Netz. durch Öffnen des Kontaktes 15 und schließt allmählich durch Schließen der Kontakte 16 und 17 den Widerstand R_s kurz.

Claims (15)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Regeln von Gleichstrommaschinen, insbesondere von Bahnmotoren, zur Erzielung einer hochgradigen Verbundcharakteristik' der Maschinen, welche einzeln oder in mehreren Einheiten in einen oder mehrere Netzzweige eingeschaltet sind und drei Komponenten von Erregeramperewindungen aufweisen, welche im motorischen Betrieb sämtlich das gleiche Vorzeichen haben, und zwar eine unmittelbare Hauptstromerregung, ferner eine vom Motorstrom unabhängige, willkürlich regelbare und außerdem eine dem Hauptstrom etwa proportionale, jedenfalls mit dem Hauptstrom zunehmende Komponente, dadurch gekennzeichnet, daß

a) außer der nur vom Strom (i) des Ankers (A) oder einem Teil dieses Stromes durchflossenen Erregerwicklung (K) eine weitere Erregerwicklung (H) vorgesehen ist,

b) diese zweite Erregerwicklung (H), welche sowohl im Stromkreis des Ankers (A) wie auch vollkommen von diesem Stromkreis abgetrennt angeordnet sein kann, von einem Strom (/) durchflossen wird, der von der algebraischen Summe zweier in den Stromkreis dieser Erregerwicklung (H) eingeführter Spannungen (e_a + e_b) erzeugt wird, von denen die eine (e_b) regelbar und unabhängig von dem

. den Anker (A) der Verbundmaschine durchlaufenden Strom (i) ist, während die zweite Spannung (e_a) annähernd proportional dem Strom (i) der Verbundmaschine ist oder doch wenigstens gleichzeitig mit diesem Strom (i) zunimmt,

c) die Herabsetzung der Drehzahl und der Übergang zum generatorischen Betrieb durch Erhöhung der regelbaren Spannung (e_b) .ohne Veränderung ihres Vorzeichens herbeigeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Erzeugung der algebraischen Summe der beiden Spannungen (e_a, e_b) ein einziger Anker (a-b) einer Erregermaschine, welche die Erregerwicklung (H) der einzelnen Verbundmaschinen speist, vorgesehen ist, wobei die Erregermaschine jedoch nur eine einzige Feldwicklung besitzt, in deren Stromkreis zwei Hilfsspannungen eingeschaltet sind, von denen die eine (v_a) zusammen mit dem Strom (i) der Verbundmaschine zunimmt, während die zweite (v_b) regelbar

und einer beliebigen Stromquelle entnommen ist; die erste Spannung (v_a) wird in einer Hilfserregermaschine hervorgerufen, die von einer Feldwicklung {e-f) erregt wird, durch welche der Strom (ι) der Verbundmaschine oder ein Teil dieses Stromes fließt; die Regelung der Spannung (w_a) kann durch Nebenschlußanschaltung oder Änderung der wirksamen Windungszahl der Feldwicklung (e-f) erreicht.werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zum Zwecke der gegenseitigen Angleichung der die verschiedenen Anker (A₁, A₂) zweier Netz-■15 zweige durchfließenden Ströme (I₁ und i_s) ■die Differenz zweier Spannungen verwendet wird, welche jede für sich durch den Umlauf eines Kollektorankers in einem durch die von dem Strom (J₁) des einen bzw. dem Strom (i₂) des anderen Netzzweiges durchflossenen Feldwicklungen erzeugten Felde hervorgerufen ist; diese Spannungsdifferenz kann in eine Wicklung der Erregermaschinen mit den Ankern (ß₁-b_i bzw. a₂-b₂) eingeführt werden, welche zu jedem der Netzzweige für die Verbundmaschinen gehören, oder sie kann in den elektrischen Stromkreis der etwa allein vorhandenen Erregerwicklung jeder einzelnen Erregermaschine mit dem Anker (a-b) neben den beiden Hjlfsspannungen (v_a und v_b) des vorhergehenden Anspruchs 2 eingeführt werden, wobei in dem Anker (a-b) eine zusätzliche Spannung erzeugt wird, welche zu den anderen Spannungen (e_a und e_b) additiv hinzutritt. .

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zum Zwecke der Herbeiführung einer Änderung der durch die Erregerwicklung (H) bewirkten Erregung der Hauptmaschinen in einem ■ der jeweiligen Änderung der Fahrgeschwindigkeit entgegengesetzten Sinne in den Stromkreis der alleinig vorhandenen Er- '45 regerwicklung, die bereits mit den Spannungen (v_a und v_b) und gegebenenfalls der Spannungsdifferenz des vorigen Anspruchs gespeist ist, zusätzlich eine weitere gegenüber der einen Spannung (v_b) negative Hilfsspannung eingeführt wird, welche mit Hilfe einer kleinen Hilfserregermaschine erzeugt wird, die mit einer der Umlaufzahl der Fahrzeugräder proportionalen Drehzahl angetrieben und in irgendeiner beliebigen Weise (Haupt-, Nebenschluß oder Verbund oder Kombination dieser Erregungsarten) erregt wird, und zwar unter zusätzlicher Verwendung des Stromes (i) (oder eines Teiles davon) der betreffenden Haüptmasehine als Erreger strom.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Selbstinduktionsspule (/1... Z_n) in Nebenschluß mit jener Schaltgruppe gelegt wird, welche in Reihenschaltung aus einem Widerstand (T₁₁-. ...T_1n) und aus einer Feldwicklung (ßi'fi · ■ · ^en'fn) besteht, welche von dem Strom (i) oder einem Teil des Stromes (i) der entsprechenden Verbundmaschine durchflossen wird und den magnetischen Fluß der in den vorhergehenden Ansprüchen genannten Erreger- oder Hilfserregermaschinen hervorruft, dessen Änderung beschleunigt oder sogar vorübergehend übersteigert werden soll.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zum Zwecke des Übergangs von der reinen Hauptstromerregung der Verbundmaschinen zur Verbunderregung eine Hauptstromerregung für die Motoren während des Anlassens verwendet wird, wobei jedoch erforderlichenfalls eine Begrenzung, Steigerung oder Herabsetzung der Drehzahl dadurch erreicht wird, daß die algebraische ·' Summe von zwei Spannungen, von welchen die eine (e_a) mit dem Strom (i) des Ankers (A) zunimmt, während die andere (e_b) unabhängig von diesem Strom (i) und regelbar ist, zwar njcht an die Enden der gesamten in Reihe geschalteten Erregerwicklungen (H und K), sondern mit Hilfe einer Umgehungsleitung (p) nur an die Erregerwicklung (H) angelegt wird, während die andere Erregerwicklung (K) dauernd von dem Strom (i) oder einem Teil dieses Stromes durchflossen wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Falle, in dem der Strom im Anker (a-b) der Erregermaschine der gleiche ist wie der Strom in der Erregerwicklung (H), die zusammen mit dem Strom (i) der Verbundmaschine zunehmende Spannung (e_a) 10g auf den Wert Null gebracht und die regelbare, an die Enden der Erregerwicklung (H) gelegte Spannung (e_b) allein aufrechterhalten wird, so daß die Verbundwirkung lediglich durch die Erregerwicklung (K) herbeigeführt wird (Fig. 5).

8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zum Zwecke der Erhöhung der Grenzdrehzahl die Anzahl der Verbundmaschinen, die in Reihe geschaltet sind, je Netzzweig bei jeglicher Art der Reihen-Parallel-Schaltung geändert und auf eine beliebige Anzahl gebracht wird, und zwar in der Weise, daß ' die Netzzweige mit den Ankern (A) vollkommen abgeschaltet, sodann die neuen Schaltungen, gegebenenfalls unter Be-

nutzung von Übergangswiderständen, durch Kontaktschluß hergestellt, dann die Erregerspannungen (e_b) der getrennt erregten Erregerwicklungen (H) gemäß An-Spruch ι geregelt und schließlich die Übergangswiderstände kurzgeschlossen werden. 9. Verfahren nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß während des Betriebes mit hauptstromerregten Motoren ein vorübergehender Nebenschluß der in Reihe geschalteten Erregerwicklungen oder eines Teiles dieser Wicklungen durch einen gegebenenfalls induktiven Widerstand ersetzt wird, und zwar durch seine Einschaltung in die Umgehungsleitung (/>) unter einer Spannung gleich der algebraischen Summe der der Höhe und dem Vorzeichen nach entsprechend zu regelnden Teilspannungen (e_a und e_b) gemäß An-Spruch 4, oder daß nur eine dieser Spannungen eingeführt wird; schließlich wird die Umgehungsleitung (p) unterbrochen, um zur nächstfolgenden Schaltung, nämlich der Reihenschaltung, überzugehen.

10. Verfahren nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß beim generatorischen Betrieb die Schaltung der gemäß Anspruch 8 hauptstromerregten Verbundmaschinen zuerst von Parallel- auf Reihenschaltung gebracht und dann erst zur getrennten Erregung der Erregerwicklung (//) durch die Summe der Spannungen (e_b, e_a) oder nur durch eine von ihnen (e_b) oder durch einen Teil der anderen übergegangen wird.

11. Verfahren nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß während des Bremsvorganges der Übergang vom Parallelbetrieb der Verbundmaschinen zur Reihenschaltung in folgender Weise durchgeführt wird:

a) durch Einschaltung eines Widerstandes (R₅) in einen der Netzzweige (T, A, G):

b) durch Abschaltung der Verbindung von dem Netzzweig zu dem einen Netzpol (T), und zwar in der Nähe des Poles (T);

c) durch Anschließen des genannten Netzzweiges an eine Leitungsstelle des zweiten Netzzweiges, jedoch in der Nähe des anderen Netzpoles (G), wobei der zweite Netzzweig an den ersten Netzpol (T) angeschlossen bleibt;

d) durch Öffnen des vorgeschalteten Leitungsteils, wodurch die beiden die Verbundmaschinen enthaltenden Netzzweige in Reihe geschaltet werden;
e) durch Verringerung der regelbaren Spannungen (e_b), welche die Erregerwicklungen (H) erregen;

f) durch allmähliches Kurzschließen des zwischengeschalteten Widerstandes (R₅) (Fig. 13).

12. Verfahren nach Anspruch 1 und 7, gekennzeichnet durch Anwendung auf den Fall des Vorhandenseins einer Mehrzahl von Maschinen je Netzzweig, derart, daß in einen solchen Zweig eine Gruppe eingeschaltet wird, welche aus einer beliebigen Anzahl von Verbundmaschinen besteht, welche ihrerseits in Reihe geschaltet sind, vorher aber in einem anderen Netzzweig lagen.

13. Verfahren nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Übergang vom Bremsen mit Stromrückgabe zur Widerstandsbremsung dadurch erfolgt, daß zunächst der Widerstand (i?₅) an das Netz und gleichzeitig parallel zu den Gruppen der Motoren gelegt wird, so daß ein oder mehrere Stromkreise entstehen, welche von den Maschinen und dem Widerstand (R₅) gebildet werden und mit denen die Netzpole (T und G) an zwei Punkten verbunden sind; hierauf wird so schnell wie möglich die Verbindung mit dem Netz unterbrochen, anschließend allmählich eine Ausschaltung des Widerstandes (R₅) vorgenommen und schließlich durch mechanische Bremsung der vollkommene Stillstand herbeigeführt.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die die Bremswiderstände enthaltenden Zweige des Netzes (T) durch einen Kontakt eingeschaltet werden, welcher von einem Relais gesteuert wird, dessen Spule durchflossen wird: '

entweder a) von einem Strom (i), welcher einen der Netzzweige durchläuft, in welchen die Anker (A) liegen; das Relais spricht an bei Stromrückgang unter einen Mindestwert;

oder b) von einem der Ströme (J), welche die getrennt erregten Erregerwicklungen (H) durchlaufen;

oder c) von dem Strom, welcher die alleinige Feldwicklung einer der Erregermaschinen mit Anker (a-b), welche selbst eine oder mehrere Erregerwicklungen (H) erregen, durchläuft;

oder d) von der Spannung (e_a) oder der Spannung (v_a) gemäß den vorhergehenden Ansprüchen;

auch die Relais im Falle b, c und d sind auf Stromrückgang eingestellt.

15. Verfahren nach Anspruch 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß beim Übergang zur mechanischen Bremsung mit Hilfe der Schließung eines von einem Re-

lais gesteuerten Kontaktes alle Schalter zwangsläufig in ihre Nullstellung zurückgeführt werden, so daß sie für den nächstfolgenden Anlaßvorgang in Bereitschaft stehen; eine Spule des genannten Relais kann von dem Strom (i) des Ankers (A) einer der Verbundmaschinen durchlaufen oder durch die Spannung aus einer Dynamo erregt werden, deren Drehzahl der Umlaufzahl der Fahrzeugräder proportional ist und die in beliebiger Weise erregt ist.

Hierzu a Blatt Zeichnungen