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Schaltung für Reihenschluß- und Verbundmaschinen Die Erfindung bezieht
sich auf die Dämp.-fung der Zugkraftstöße, welche beim stufenweisen Abschalten des
Ankerv@orwiderstandes von Rei.henschluß- oder Verbundmaschinen entstehen, die :als
Motoren :oder auch als Generatoren arbeiten. Bei Bahnen z. B. ist @es wünschenswert,
die während des Anfahrens und auch Kurzschlußbremsens beim jedesmaligen Weiterschalten
des Fahrschalters entstehenden Zugkraftstöße zu vermindern, weil in diesem Falle
die mittlere Anfahrbeschleunigung und auch die Brems.v.erzögerung größer gewählt
werden können. Auch ist es möglich, falls besondere Einrichtungen oder Schaltungen
zur Verminderung der Zugkraftstöße bei Bahnmotoren :oder anderen Reihenschluß- bzw.
Verbundmaschinen vorgesehen sind, mit einer geringeren Anzahl- von Anlaß- und Bremsstufen
auszukommen, wodurch sich die. Steuerung bedeutend vereinfacht.
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Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß eine Verminderung der
Zugkraftstöße eines Reihenschlußmo.tors in der Bremssclaltung dadurch entsteht,
daß man die infolge Abschaltens einer Stufe des Ankervorwiderstand-es entstehende
Stromspitze vom Felde fernhält, während umgekehrt eine Verstärkung dieser Ankerstromspitzen
im Falle des Anfahrens notwendig ist, falls auch hier die Zugkraftstöße vermindert
werden sollen. Diese beiden entgegengesetzten Bedingungen für das Anfahren und Bremsen
ergeben sich aus der Tatsache, daß die vom Anker des Motors induzierte EMK während
des Kurzschlußbremse;ns mit dem Gesamtmot-orstrom gleichgerichtet und während des
Anfahrens dem Motor- bzw. Netzstrom @entgegengerichtet ist.
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Die Erfindung besteht darin, daß der Hauptstromfeldwicklung des Motors
während des Anlassems ein Widerstand hoher Induktivität und während des Bremsens
ein Widerstand geringer Induktivität parallel geschaltet ist. Wie im einzelnen gezeigt
werden wird, bewirkt der letztere z. B. rein Ohmsche Widerstand während des Bremsens
beim überschaltend von einer Stufe zur nächsten eine Verminderung der Feldverstärkung
und damit eine Dämpfung des Bremsstromstoßes. Der induktive Widerstand ruft dagegen
während des Anfahrens eine Erhöhung der Feldverstärkung hervor und damit eine Herabsetzung
des Anfahrstromstoßes. Die Regelung wird also in beiden Fällen sanfter erfolgen
als ohne Verwendung der durch die Erfindung angegebenen Mittel. Falls es erforderlich
ist, kann man die Anordnung so treffen, daß trotz der parallel geschalteten Widerstände
der Motor beim Anfahren und Bremsen die gleiche Zugkraftstromcharakteristik aufweist,
und zwar dadurch, daß man die Ohmwerte
der während des Anfahrens
ünd Bremsens der Feldwicklung parallel geschalteten Widerstände gleichoder annähernd
gleich gestaltet.
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Es ist an sich bekannt, der Hauptstr,onifeldwicklung eines Bahnmotors
einen Widerstand parallel zu schalten. So hat man beispielsweise eine derartige,
in Abhängigkeit vom Bremsstrom oder vom Bremsstrom und der Bremsspannung erfolgende
Feldschwächung vorgesehen, um das Bremsmoment herabzusetzen. Bei der bekannten Schaltung
wird jedoch die Feldschwächung aufgehoben, sobald ein bestimmter Betrag der Bremsung
unterschritten ist. Daraus geht schon hervor, d,aß einer derartigen Anordnung gar
nicht die Aufgabe zugrunde liegen kann, Bremsstöße beim Schalten zu . vermeiden;
denn nach dem Abfallen des. Feldschwächungsschützes würden selbstverständlich wieder
Bremsstöße auftreten, da eine Feldschwächung dann nicht mehr vorbanden ist und diese
Überhaupt ,erst wirksam wird, wenn bereits zu hohe Brems.spailnungen erreicht sind.
Auch die bekannten, auf den höheren Fahrstufen bewirkten Feldschwächungsschaltungen
bei Bahnmotoren haben nichts mit dem Erfindungsgedanken gemein, der darin besteht,
die Fähigkeit des Nebenschlußwiderstandes, Stromspitzen aus dem Feld abzusaugen,
nutzbar zu verwerten, d. h. den Widerstand so zu bemessen, daß beim Übergang von
einer Stufe zur nächsten ein möglichst weiches Arbeiten erzielt wird.
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Eine bekannte Anordnung zeigt auch schon einen Widerstand hoher Induktivität,
der dauernd parallel zur Feldwicklung einer Hauptschlußmaschine gelegt ist. Es handelt
sich dabei um die Sekundärwicklung eines. Transformators, der so geschaltet ist,
daß @er das Feld des, Motors schwächt, wenn der Ankerstrom ,absteigt. Beabsichtigt
man dagegen, beim Anlassen von Reihenschlußmetoren die Zugkraftstöße zu dämpfen,
so ist @es gerade im Gegenteil erforderlich, das. Feld sprungartig zu verstärken,
wenn von einer Stufe zur ,anderen weitergeschaltet wird. Schließlich ist noch eine
Anordnung zu erwähnen, bei der wie im Falle der vorliegenden. Erfindung der Hauptstromfeldwickhmg
nur während des Anlaßvorganges ein Widerstand hoher Induktivität parallel geschaltet
und die hierdurch bedingte Herabsetzung des Feldstromes gegenüber .der normalen
Aus.führtmg ebenfalls durch eine Erhöhung der Feldwindungszahl ausgeglichen ist.
Mit dieser Schaltung sollen zwar auch Stöße gemildert werden, doch handelt es sich
dabei nur um ein einstufiges und nicht um ein mehrstufiges Anlassen. Außerdem fehlt
bei dieser Anordnung das erfindungs,-gemäße Merkmal, daß nämlich sowohl beim Anlassen
als auch beim Bremsen Stöße im Triebwerk vermieden werden. Einen Weg, wie die einwandfreie
Lösing dieser für den Bahnbetrieb äußerst wichtigen Aufgabe erreicht werden kann,
hat zum ersten Male die vorliegende Erfindung gewiesen.
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Die Abb. i und a enthalten ein Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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In Abb. i ist ein Bahnreihenschlußmetor in der Kurzschlußbremsschaltung
dargestellt. Sein Anker ist mit A, das Feld mit F und der Bremswiderstand mit R
bezeichnet. Parallel zum Feld liegt ein vollkommen oder nahezu rein Ohmscher Widerstand
W, der einen Teil des Gesamtmotorstromes aufnimmt. Da hierdurch nicht mehr der volle
Motorstrom zur Erregung des Feldes zur Verfügung steht, wird man dem Feld mehr Windungen
geben als bei normaler Schaltung ohne den Parallelwiderstand W. Der Motor behält
dann bei Feldwicklung die gleiche Zugkraftcharakteristik wie ein normaler Motor.
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Es sei ,angenommen, daß der Motor mit einer gewissen Geschwindigkeit
läuft und dabei Beinen bestimmten Strom erzeugt, der infolge des Gefälles, in dem
sich der Wagen befindet, während längerer Zeit unverändert bleibt. Will jetzt der
Führer die Geschwindigkeit vermindern, so schaltet er auf die nächste Stufe und
verringert damit sprungartig den Bremswiderstand R um einen bestimmten Betrag. Der
hierbei entstehende Stromstoß würde, falls nicht der Widerstand W vorhanden wäre,
erheblich größer sein, als es der plötzlichen Änderung des Gesamtwiderstandes des
Bremskreises entspricht, weil die Stromquelle, welche in diesem Kreise wirksam ist
und welche durch die EMK des Ankers verkörpert wird, während des Schaltons nicht
konstant bleibt. Durch das Anwachsen des Gesamtmetorstromes verstärkt sich nämlich
bei einem normalen Motor ohne Feldschwächungswiderstand .auch das Feld und vergrößert
sich hierdurch die induzierteEMK, was wiederum ,eine gewisse Strom- und damit Feldverstärkung
und letzten Endes auch Erhöhung der EMK zur Folge hat. Durch den nichtinduktiven
FeldschwächungswiderstandW wird dagegen erreicht, daß sich die Spitze des Gesamtstromes,
welche beim Abschalten der Widerstandsstufe entsteht, zunächst nur über den Parallelwiderstand
W ausgleicht, so daß das Feld des Motors zunächst unverändert bleibt. Erst allmählich
könnte sich das Feld weiter infolge Erhöhung des Spannungsabfalles an dem Widerstand
W verstärken, jedoch vermindert sich beim Bremsen sofort nach Auftreten der Gesamtstromspitze
bereits der Motorstrom infolge Verminderung der Geschwindigkeit des Fahrzeuges,
so daß das Feld nicht mehr ein dem vollen Wert der
Gesamtstromspitze
entsprechender Strom durchfließt.
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Aus dem Gesagten geht hervor, daß sich ein nach Abb. i geschalteter
Reihenschlußmotor während des Überschaltens von einer Widerstandsstufe zur anderen
wie ein Nebenschlußgener,ator verhält, dessen Feld dauernd am Netz liegt, während
sein Anker in Isurzs,chlußbremsschaltung allmählich stufenweise kurzges,chlüsse:n
wird. Bekanntlich benötigt ein in dieser Weise geschalteter Nebenschlußgenerator
bei gleichen Zugkr.aftstößen weniger Bremsstufen als ein entsprechender, sich selbst
erregender Reihenschlußgenerabor.
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Durch das weitere Merkmal der Erfindung, nämlich die Verwendung eines
während des Anlassens parallel zum Feld geschalteten Widerstandes hoher Induktivität,
wird beim Anfahren eine entsprechende Wirkung erzielt. Daraus ergibt sich beim Anfahren
folgende Wirkungsweise: Bei Reihenschlußmiotoren bewirken die Stromspitzen im Anker
beim jedesmalige.n Weiterschalten des Vorwiderstandes eine vorübergehende Verstärkung
des Feldes und damit eine Erlibhung der Gegen-EMIi, woraus, sich Beine entsprechende
Verminderung des Spitzenstromes ergibt. Durch die Verwendung des induktiven Widerstandes
parallel zum Feld werden die Zugkraftspitzen während des Anlassens weiterhin verringert,
da die vorher geschilderte Wirkung der selbsttätigen Feldverstärkung während des
Schaltens über -das beim normalen Reihenschlußm@otor vorhandene Maß hinaus gesteigert
wird. Dies soll an Hand der in Abb. 2 gezeigten Schaltung erläutert werden, bei
der parallel zum Mo,torfeldF eine stark induktive Drossel L geschaltet ist, deren
Ohmscher Widerstand vorzugsweise etwa demjenigen des in Abb. i gezeigten Widerstandes
W entspricht, während ihre Selbstinduktion mit Vorteil wesentlich größer gemacht
wird als diejenige der Feldwicklung F. Nimmt man an, daß zunächst durch den Motor
ein umveränderlicher Strom fließt, so daß eine Stufe weitergeschaltet werden kann,
und daß sich beim Weiterschalten plötzlich eine Stromspitze infolge. Abschaltens
eines Teiles des zwischen Stromabnehmer l( und, den Anker A geschalteten
VorschaltwiderstandesR bildet, so gleicht sich diese zunächst über die beiden Wicklungen
F und L im Verhältnis ihrer Induktivitätswerte aus. Dementsprechend erhält das Feld
F :einen wesentlich größeren Anteil der Stromspitze als die parallel geschaltete
Drossel.L, woraus sich eine vorübergehende erhebliche Verstärkung der Gegen-EMIL
des Ankers und eine dementsprechende Verminderung der Stromspitze im Gesamtmotorstromkreis
zwischen den Punkten l( und Cr ergibt. Nach dem Auftreten der Stromspitze ändert
sich ,allmählich wiederum die Stromverteilung im Simse der Ohmschen Widerstände.
der Wicklungen F und L; wenn sich der Strom in der Feldwicklung F so weit vermindert
hat, ist schon die Geschwindigkeit des Wagens angestiegen, so daß nicht mehr der
volle Wert der Zugkraftspitzeerreicht wird, wie er sich beim Nichtvorhandensein
des induktiven Widerstandes L .ausbilden würde.
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Selbstverständlich sind die in Abb. i und 2 dargestellten Schaltungen
nicht nur auf Reihenschlußmaschinen beschränkt, sondern können in gleicher Weise
.auch bei Verbundmas,chin:en ,angewendet werden. Außerdem lassen sie sich über den
Rahmen der Gleichstrombahnen hinaus auch bei allen anderen elektromotorischen Antrieben
mit Reih:enschluß-oder Verbundmiotoren verwenden. Schließlich können die beschriebenen
Schaltungen auch noch bei Wechselstromkommutatormaschine:n Anwendung finden.