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Einrichtung zur stetigen Regelung der Gleichspannung von über einen
Gleichrichter aus einem Wechselstromnetz gespeisten Gleichstrommotoren, insbesondere
Lokomotivmotoren Der Betrieb von Gleichstromlokomotiven oder auch Gleichstrommotoren
aus einem Einphasennetz von 5o Per. über Quecksilberdampfgleichrichter ist bekannt.
Es ist auch bekannt, daß man, damit der cos p und der Primärstrom beim Anfahren
möglichst günstig ausfallen, den Gleichrichterspeisetransformator mit Anzapfungen
versieht. Das Anfahren erfolgt dabei durch Gittersteuerung des Gleichrichters, so
daß zuerst mit der kleinsten Spannung am Transformator angefangen wird, wobei die
Zündung der Anoden zu Beginn stark verzögert und dann schrittweise vorgeschoben
wird. Nach Erreichen der vollen. Spannung dieser Anzapfung wird auf die zweite Stufe
des Transformators übergeschaltet. Damit nun bei der zweiten Anzapfung sofort die
Gleichspannung sich einstellt, die der höchsten Gleichspannung von Stufe i entspricht,
muß der Zündwinkel entsprechend eingestellt werden. Dasselbe ist der Fall, wenn
von der zweiten Anzapfung auf die dritte übergegangen wird usf. Alle bis heute bekannten
Steuereinrichtungen bieten nicht die Möglichkeit, alle notwendigen Schaltvorgänge
stetig und folgerichtig vorzunehmen.
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Es sind Einrichtungen zur Regelung der Gleichspannung von über einen
Gleichrichter aus einem Wechselstromnetz gespeisten Gleichstrommotoren bekannt,
bei welchen zur grobstufigen Regelung mindestens zwei jeder Sekundärphase des Speisetransformators
zugeordnete Anodensätze mit Steuergittern benutzt werden und die beiden Anodensätze
mit verschiedener Spannung aus Anzapfungen am Transformator gespeist werden, wobei
jeder Anodensatz wechselweise durch das Steuergitter freigegeben oder gesperrt wird.
Es sind weiter Einrichtungen bekannt, bei welchen eine grobstufige Regelung durch
einen Stufenschalter am Speisetransformator und eine feinstufige Regelung durch
die Gittersteuerung im Gleichrichter erfolgt, wobei jeder Sekundärphase des Speisetransformators
entweder zwei oder nur eineAnode des Gleichrichters zugehört.
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur stetigen Regelung
der Gleichspannung von über einen Gleichrichter aus einem Wechselstromnetz gespeisten
Gleichstrommotoren, insbesondere Lokomotivmotoren, bei der die grobstufige Regelung
durch einen Stufenschalter am Speisetransformator und die feinstufige Regelung durch
die gesteuerten Gitter im Gleichrichter erfolgt und jeder Sekundärphase des Speisetransformators
nur eine Elektrode zugeordnet ist. Erfindungsgemäß ist ein mit Anzapfungen des den
Gleichrichter speisenden Transformators v erbundener
Grobstufenschalter
mit einem zweiten Stufenschalter gekuppelt, welcher die Gitter des Gleichrichters
mit einem umlaufenden Kontaktapparat verbindet, der den Gittern die Steuerspannung
zuführt, und dessen Winkellage die Zeitlage der Zündmomente im Gleichrichter bestimmt.
Ferner haben beide Stufenschalter gleiche Stufenzahl und werden vön einem gemeinsamen
Schaltrelais synchron betätigt, während der umlaufende Kontaktapparat von einem
synchronen Klotor angetrieben wird, dessen Feldlage durch eine besondere, mit fortlaufend
drehbarem Kontakt versehene Steuereinrichtung eingestellt werden kann, die auch
in Abhängigkeit von der Stellung des drehbaren Kontaktes das Schaltrelais derart
betätigt, daß in jeder Stufenlage der Stufenschalter die Feldlage des synchronen
Motors in bestimmten Grenzen so verändert wird, daß die dem Gleichrichter entnommene
Spannung innerhalb jeder Grobstufe vom Wert der Spannung der vorhergehenden bis
zum vollen Wert der neuen Grobstufe feinstufig geregelt werden kann.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist schematisch in Fig. i dargestellt.
In Fig. z sind dieHalbwellenderPhasenspannungen der einzelnen Anzapfungen
a, b und c des Gleichrichterspeisetransformators aufgetragen.
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In der Zeichnung bedeutet: i einen Einphasentransformator, dessen
Primärwicklung an einem Netz von So Per., z. B. der Fahrleitung einer elektrischen
Bahn, liegt und dessen Sekundärwicklung in jeder Phase in .drei Stufen
a, b, c aufgeteilt ist und über den der Einphasengleichrichter a gespeist
wird. Der Gleichrichter hat Anoden 3 und diesen vorgelagerte Steuergitter d.. Mit
5 sind Anzapfungs- und Umschalter für die Anzapfungen des Einphasentransformators
und mit 6 Umschalter für die Gittersteuerung bezeichnet, von denen jeder ebenfalls
drei Kontakte a1, b1, cl steuert. Der Gleichstrominotor mit Reihenschlußwicklung
ist mit 7 bezeichnet, 8 ist die Glättungsdrosselspule. Mit 9 ist ein Kontaktapparat
mit synchron umlaufender Bürste B für die Gittersteuerung bezeichnet, der durch
den Synchronmotor io mit Ständer S und Läufer R angetrieben wird. i i ist der Steuerapparat
mit Kontaktsegmenten a..,, b2, c2 und dem kreisförmigen Widerstand, der mit den
Ableitungen zum Läufer R des Motors io versehen ist. Der Steuerapparat i i hat zwei
mechanisch miteinander gekuppelte Kontakte x, y, die auf dem Widerstand und den
Kontaktsegmenten a2, b2, c2 schleifen. Über die Kontakte x, y wird der Widerstand
aus der Gleichstromquelle 14 gespeist. Die Gitterwiderstände im negativen Potentialkreis
sind mit 1a und die Gitterwiderstände im positiven Kreis mit 13 bezeichnet. Der
Widerstands@vert der letzteren beträgt etwa 1%s des Wertes vom Widerstand 12. 14
ist die Gleichstromhilfsquelle (Stromsammler) für die Gittersteuerspannung mit dem
parallel liegenden Spannungsteiler 16.
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Die Umschalter 5 und 6 sind miteinander gekuppelt, sie werden von
der Schalteinrichtung 15 mit den Schaltspulen a3, b2, c3 elektromagnetisch betätigt.
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Der Vorgang der Steuerung ist wie folgt: Beim Anfahren der Lokomotive
befindet sich der Steuerapparat i i mit den Kontakten x 'und v in der gezeichneten
Stellung o°. In dieser Stellung fließt vom positiven Pol der Stromquelle 1¢ ein
Strom über den Kontakt x des Steuerapparates ii auf das Kontaktsegment a2 und von
da über die Spule a2 des Schaltapparates 15, der die Umschalter 5 und 6 in der gezeichneten
Stellung hält, also an der niedrigsten Anzapfungsspannung des Transformators. In
der genannten Stellung des Steuerapparates ii wird das Gleichstromfeld im Läufer
des Synchronmotors io die Stellung einnehmen, in der die Bürste B des Kontaktapparates
9 gerade dann den Kontakt a.1 berührt, d. h. das Gitter d. des Gleichrichters zündet,
wenn die Spannung in der Wicklung I des Speisetransformators i Null ist oder fast
auf Null gefallen ist.
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Um die Spannung am Lokomotivmotor zu erhöhen, wird das Kontaktpaar
x, y des Steuerapparates entgegen dem Uhrzeigersinn verdreht. Dadurch wird die Stromverteilung
in den drei Rotorphasen geändert, was zur Folge hat, da$ die Feldachse vorn Läufer
des Motors io und damit auch die Bürste B von Kontaktapparat 9 vorverschoben wird.
Das Gitter q. de"s Gleichrichters wird nun je nach der Verdrehung des Kontaktpaares
x, y des Steuerapparates i i früher gezündet. Die Verschiebung wird so weit fortgesetzt,
bis die Zündung des Gitters q. bereits erfolgt, wenn die Spannung von Wicklung I
des Transformators i positiv wird. Dies ist dann der Fall, wenn das Kontaktpaar
x, y des Steuerapparates ii um i8o° entgegen dem Uhrzeigersinn verstellt worden
ist, d. h. Kontakt x in der i8o°-Stellung liegt. Bei weiterer Verdrehung gleitet
der Kontakt x auf Kontaktsegment b" auf. Dadurch wird die -Spule a3 von Schaltapparat
15 stromlos und dafür Spule b3 wirksam. Die Umschalter 5 und 6 werden dadurch in
die Mittelstellung gebracht. Während des Umschaltens auf die Mittelstellung wird
der positive Stromkreis zum Gitter q. durch den Umschalter 6 kurzzeitig unterbrochen.
In dieser Zeit ist das Gitter 4. negativ geladen, sperrt also, und in derselben
Zeit findet die Umschaltung des Schalters 5 statt, welche somit stromlos erfolgt.
Nach erledigter Umschaltung der Schalter 5 und 6 erfolgt nun
die-
Kontaktgabe für das Gitter q. über Kontakt b1 von Umschalter 6. Die Phasenspannung
der mittleren Anzapfung b sei so gewählt, daß sie doppelt so groß ist wie die der
ersten Anzapfung a. Dadurch wird bei einer Zündverzögerung von 9o° die mittlere
Gleichspannung der Anzapfung b gerade so groß wie die bei voller Zündung von Anzapfung
a. Der Kontakt b4 von Apparat 9 muß somit um 9o° gegenüber dem Kontakt a4 versetzt
sein.
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Wird nun der Steuerapparat i i weiter im Gegenuhrzeigersinn verdreht,
so wird die Zündung wieder stetig vorgeschoben, bis die Anode während der ganzen
Dauer der positiven Halbwelle des Netzes brennt. Dies ist dann der Fall, wenn der
Kontakt x in die Stellung 270° gelangt ist. Wird nun noch weiter gedreht, so wird
die Schaltspule b3 von Schaltapparat 15 stromlos und dafür Schaltspule c3 unter
Spannung gesetzt, worauf Umschalter 5 auf volle Windüngszahl des Transformators
i schaltet. Nun wird vom Kontaktapparat 9 der positive Strom über Kontakt c4 dem
Gitter .t zugeführt. Der Kontakt c4 ist so gesetzt, daß von der Spannungshalbwelle
der Anzapfung c so viel zur Stromabgabe gelangt, daß der Mittelwert dieser Spannung
mit dem Mittelwert von Anzapfung b bei voller Zündung dieser Halbwelle übereinstimmt.
Der Rest der Regelung erfolgt nun, bis die Spannungshalbwelle der Anzapfung c ebenfalls
voll ausgenutzt ist, d. h. bis Kontakt x des Steuerapparates in der Stellung 33o°
steht.
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Die zum Umschalter 6 für die Steuergitter führenden Kontakte des Kontaktapparates
9 sind so gruppiert, daß jeweils bei Änderung der Anzapfung am Speisetransformator
der Zündwinkel der Anoden sprunghaft derart verändert wird, daß nach jeder Umschaltung
angenähert der Wert der Gleichrichterspannung sich einstellt, der vor der Umschaltung
vorhanden war.
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In Fig.2 ist der Inhalt der Fläche von Phasenhalbwelle der Spannung
der Anzapfung a gleich der senkrecht schraffierten Fläche von Phasenhalbwelle der
Spannung der Anzapfung b. Die waagerecht schraffierte Fläche der Phasenhalbwelle
der Spannung der Anzapfung c ist gleich der Gesamtfläche der Phasenhalbwelle der
Spannung der Anzapfung b. Beim Zurückdrehen des Steuerapparates i i im Uhrzeigersinne
wird die Spannung in der richtigen Reihenfolge und ohne Sprünge bis auf Null heruntergeregelt.
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Mit der Einrichtung gemäß der Erfindung wird die Regelung der Gleichspannung
eines Lokomotivmotors oder eines Gleichstrommotors äußerst einfach und gleichmäßig
durchgeführt, weil die Drehzahlerhöhung des Motors vollständig stetig und ohne jede
Stoßwirkung erfolgt. und zwar auch beim Übergang von der einen Transformatoranzapfung
auf die andere. Anlaßwiderstände sind nicht notwendig. Der Steuerapparat ist sehr
einfach und führt bei fortlaufender Drehung in der einen Richtung eine stetige Spannungserhöhung,
in der andern Richtung aber eine stetige Spannungserniedrigung herbei. Infolge der
einfachen und sicheren Verriegelung zwischen dem Anzapfschalter, dem Steuerapparat
und dem Gitterumschalter ist jedes falsche Steuern beim Anlassen des Gleichstrommotors
ausgeschlossen.
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Es ist natürlich ohne weiteres möglich, die Anzapf- und Gitterumschalter
5 und 6 mechanisch mit dem Steuerapparat i i zu verbinden. Weiter ist es möglich,
die Stufenzahl am Transformator beliebig zu erhöhen. Es ist auch möglich, den Kontaktapparat
9 und den Steuerapparat i i so einzurichten, daß die Einrichtung auch für Stromrückgewinnung
sich eignet. Die Einrichtung kann ferner so ausgebaut werden, daß sie auch für Mehrphasengleichrichter
geeignet ist.