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Elektrischer Antrieb.
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betrieb wird der Lokomotivführer also seine volle Aufmerksamkeit den Signalen widmen können, da seine Motoren ihre Arbeit allein in der richtigen Weise tun. Der Antrieb vereinigt dabei die Vorteile der Konstantstrommaschinen mit jenen der Reihenschluss-, Kompound-und Nebenschlussmaschinen : der Vorteil, mit konstanter Stromrückgabe nutzbar abbremsen, wie auch im Gefälle stabil nutzbremsen zu können, wird auch diesen Antrieben vollkommen gewahrt. Demgemäss bringen die im folgenden beschriebenen Anordnungen auch neue Lösungen der Konstantstrommaschine, die sich für die Durchführung des neuen Regelprinzips besonders gut eignen.
Das Prinzip der Ausführung ist am besten an folgendem Ausführungsbeispiel zu verfolgen :
Als Antriebsmaschine diene eine Gleichstrom-Reihenschlu#maschine m, Fig. 1, zu deren Erregerwicklung nach der Erfindung eine Hilfsmaschine h parallel geschaltet ist. Die Hilfsmaschine bildet dann einen Shunt, über den ein Teil des Ankerstromes des Motors n dessen Erregung e entzogen werden kann, in dem aber eine nach bestimmter Gesetzmässigkeit veränderliche EMK Eh wirkt, die zusammen mit dem Spannungsabfall in der Maschine h die Spannung an e und damit die Erregerstromstärke J1 des Motors 1n vorschreibt.
Ein zweckmässiger Verlauf dieser Gesetzmässigkeit wird dadurch erzielt, dass die Hilfsmaschine A Differenzerregung von einer dem Ankerstrom J2 des Motors m proportionalen und einer entgegenwirkenden konstanten MMK erhält, die entsprechend von der von J2 durchflossenen Erregerwicklung e'und der konstanten Strom führenden Erregerwicklung 1', " geliefert werden.
Es ist dabei unwesentlich, ob die Maschine h vom Hauptmotor m aus mit veränderlicher, oder von einem eigenen Motor mit konstanter
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sehr gross, so genügt schon eine im Vergleich zu JG unmassgeblich geringe Veränderung A J von J2, um eine starke Änderung des Feldes von h, damit von Eh und weiter auch des Feldes von 1n hervorzurufen : der Motor m erhält somit Konstantstrommotorcharakteristik.
Diese Charakteristik wird nun auf folgende Weise Verändert a) in ihrer Lage : e"wird durch Vorschaltwiderstand r'' beeinflu#t. Dadurch wird die Amperewindungszahl dieser Wicklung verändert und damit auch der Betrag von JG, der zu deren Überwindung nötig ist. Die Kennlinie : Ankerstrom über Drehzahl von) ? rückt dabei, wie in Fig. 2 gezeigt, ohne ihre Gestalt zu verändern in verschiedene Höhenlage. Die entsprechenden Drehmomente D sind daneben in Fig. 2ain Abhängigkeit von der Drehzahl dargestellt. e"kann ganz ausgeschaltet, dann umgekehrt und schliesslich mit stufenweise verringertem Vorschaltwiderstand wieder an Spannung gelegt werden.
Wird Wicklung e"umgekehrt, also das Vorzeichen ihrer Wirkung geändert, so muss, damit die für das Zustandekommen einer bestimmten Erregung und daher Drehzahl der Maschine m nötige Differenzwirkung e'und d'unverändert bleibt, nun auch der Strom e'sein Vorzeichen wechseln. Dadurch wird aber die Maschine m zum Generator. Für diese UmSchaltung eignen sich Umkehrregler bekannter Konstruktion. b) In ihrer Form : Zu dieser Regelung, die als Einfachregelung bezeichnet werden kann, soll eine weitere Regelung hinzugefügt werden, die mit der ersten zusammen die folgende Doppelregelung ergibt.
Gleichzeitig mit dem Vorschalten von Widerstand vor e'' wird e' durch Abschalten von Windungen
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von demselben Punkt A ausgehen (Fig. 3), aber verschiedene Gestalt zeigen, denn nicht nur ist der konstante Teil JG von J2 auf jeder tieferen Reglerstufe kleiner, und wird schliesslich negativ ; infolge der Verringerung der Wirkung von J2 durch die Shuntung von e'ist auch für dieselbe Veränderung von Eh auf jeder tieferen Regelstufe eine grössere Veränderung von J2nötig. Wird schliesslich e"bei entsprechend weit getriebener Shuntung von e'umgekehrt, so entstehen Kompoundmotor-Gegenkompoundgenerator- harakteristiken, die sich zur Nutzbremsung im Gefälle eignen, bis bei völligem Kurzschliessen von e', ? wie eine fremderregte Maschine arbeitet.
In Fig. 3a sind die den einzelnen Stromdrehzahlkennlinien entsprechenden Drehmoment-Drehzahlkennlinien dargestellt.
Bei der Anordnung nach Fig. 1 müssen zur Erzielung der Konstantstromcharakteristik beide Erregerwicklungen von h abnormal viel Windungen erhalten, etwa je das vier-bis fünffache der Amperewindungszahl, die man normalerweise auf einer Maschine gleicher Grösse mit h anordnen würde.
Dieser Nachteil kann vermieden werden, wenn man durch e'statt J2 den Erregerstrom J1 von m schickt (Fig. 4).
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also aueh J2 10'konstant sein. Eh muss sich in Abhängigkeit von J1 daher als eine m g parallele Gerade g' darstellen. Dies ist der Fall, wenn h mit geringer Sättigung gebaut wird. Man sieht, dass hier die Gegenamperewindungen AWe'' nur etwa 0'2-0'3 der Gesamtamperewindungen AW ausmachen, gegenüber der vorgeschlagenen Schaltung eine grosse Ersparnis.
Die Einfach-und Doppelregelung erfolgt entsprechend der beschriebenen Schaltung.
Da A eine viel kleinere Maschine ist als m, ist es konstruktiv nicht günstig, dass ihre Erregerwicklung e' für den grossen Strom J1 gebaut werden muss. Man kann das vermeiden, wenn man, nach Fig. 6, e'nicht in Reihe, sondern parallel zu e schaltet. Im Verhalten dieser Anordnung gegenüber jener nach Fig. 4 besteht kein Unterschied.
Diese Anordnung kann aber weiter dadurch verbessert werden, dass die Ausführung der Hilfsmaschine mit zwei Erregerwicklungen, die bei Sehaltvorgängen durch transformatorische Beeinflussung
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unter dem Einfluss von Jl, von dem-bei Benutzung als Konstantstrommotor-durch die Gegenwirkung von e"ein konstanter Teil unwirksam gemacht wird. Bei der Schaltung nach Fig. 6 steht e'unter dem Einfluss der Spannung Ei an der Erregerwicklung e von m. Nunmehr soll die konstante Gegenwirkung durch Einführung einer konstanten EMK hergestellt werden, die mit Ei in Reihe auf die Erregerwicklung von h wirkt ; bei Betrieb als Konstantstrommotor muss diese EMK der Spannung Ei entgegenwirken.
Sie könnte einer Akkumulatorenbatterie entnommen werden, wird aber der besseren Einstellbarkeit wegen besser von einer zweiten, ganz kleinen Hüfsmaschine h'geliefert (Fig. 7).
Die Wirkungsweise ist genau dieselbe wie bei den beiden früher beschriebenen Schaltungen. Um die Einfachregelung zu bewirken, wird die Erregung von h'verändert und für Generatorcharakteristiken umgekehrt. Für die Doppelregelung ist eine besondere Massnahme erforderlich, da hier eine Shuntung
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einen Widerstand r zu e parallel, an dem die Erregergruppe dann je nach der Reglerstufe einen bestimmten Teil von Ei abgreift. Die Wirkung der Fremderregung tritt dann ein, wenn, wie in Fig. 8 punktiert gezeichnet, nur A'auf e'wirkt.
Die beschriebenen Schaltungen können mit gewissen Ergänzungen auch für Wechselstrom verwendet werden. Dabei ist folgendes zu beachten :
1. Es kommt nicht nur auf die Grösse, sondern auch auf die Phasenlage der einzelnen Ströme und Felder an. Das Erregerfeld von m mu#mit j2 in Phase sein, ebenso also auch Ji mit Js. Die Spannung Ei
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Fig. 9,10 und 11 dargestellten Schaltungen ein Phasenspalter p verwendet, als welcher folgende an sich bekannte Masehinentypen in Frage kommen : a) Eine Synchronmaschine mit zwei Wicklungen, die um 90 elektrische Grade gegeneinander versetzt sind.
Von der einen Wieklung aus wird die Maschine als Motor betrieben, auf die andere wirkt sie als Generator. b) Ein Stator wie unter a), in dem ein Käfiganker läuft, der synchron angetrieben sein kann ; in beiden Fällen kann statt der beiden getrennten Statorwicklungen eine einzige Trommelwieklung verwendet werden, die zwei Paar um 90 elektrische Grade versetzte Anschlüsse hat. e) Eine Kollektormasehine mit kurzgeschlossenem Stator, und zwei um 90 elektrische Grade versetzten Bürstensätzen ; der eine wird mit J1 bzw. J2 gespeist, vom andern wird Jp2 abgenommen.
2. Die Anwendung von Gegenwicklungen hat bei Wechselstrom keinen Zweck, weil ein Pol mit zwei Wicklungen wie ein Transformator wirken und das Feld sich nach der angelegten konstanten Spannung an e"richten würde. Die Wirkung der konstanten, je nach der Motor-oder Generatorsehaltung entgegenwirkenden oder zusätzlichen MMK wird daher hier auf die Weise erreicht, dass von dem zu J1 bzw.
J2 proportionalen Sekundärstrom Jp2 des Phasenspalters p, vor dem Eintritt in e'ein möglichst konstanter
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J'1 und E'l gleich Null sind, immer ein gewisser Strom J'G aber die Drossel d", der sich über die Sekundärseite von p schliesst und dem auf der Primärseite von p ein gewisser Betrag von J1 bzw. Jzdas Gleichgewicht halten muss, der dem durch die Gegenwicklung unwirksam gemachten Anteil JG bei den Gleichstromschaltungen entspricht.
3. Die Stromwendung von m erfordert, da hier nicht mehr das einfache Verhältnis zwischen J1 und J2 besteht wie beim gewöhnlichen Reihenschlussmotor, neue Vorkehrungen. Sie wird zweckmässig in der Weise bewirkt, dass jede der beiden Komponenten des Wendefeldes-die vom Ankerstrom ab-
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Gebrauch gemacht, dass noch bessere Kommutierung, als sie bisher beim Reihenschlussmotor gelungen ist, zu erzielen ist, wenn man den Strom Jp2 bzw. J'i durch die Wendepolwicklung Te'schickt.
Nach dieser stufenweisen Entwicklung der in den Fig. 9, 10 und 11, die in dieser Reihenfolge die Umbildung der Gleichstromschaltungen Fig. 1, 4 und 7 für Wechselstrom darstellen, beobachteten Schaltgrundsätze bedarf es keiner weiteren Erklärung dieser Schaltungen. Hervorzuheben ist nur, dass in der Schaltung Fig. 11 die konstante EMK, die mit E1 in Reihe auf die Erregung von h wirkt, vorteilhaft unmittelbar einer geeigneten Stufe des Haupttransformators z entnommen wird, da dessen Spannung bereits die passende Phasenlage besitzt und die nötige Grösse dieser EMK auch ohne weiteres erzielt werden kann. Ferner ist in Reihe mit dem Anker von h ein induktiver Widerstand d'angeordnet.
Da J1 und J2 zur Erreichung höchsten Drehmomentes in Phase sein müssen, muss auch J'= Js- mit diesen Strömen in Phase sein. Hiezu ist erforderlich, dass der Widerstand im Shuntzweig, den h und d' bilden, ebenso wie der Widerstand der Erregerwicklung e induktiv sei. Da wegen der Kompensation des Ankerfeldes in h die Induktivität dieser Maschine klein ist, wird der erforderliche induktive Widerstand in einem eigenen Apparat, nämlich der Drossel d', eingefügt.
Die Einfachregelung erfolgt bei den Schaltungen Fig. 9 und 10 stufenlos durch Luftspaltänderung der Drossel (V', wodurch analog wie bei den Gleichstromschaltungen die konstante MMK verändert wird.
Übergang in den Generatorzustand ist durch Umkehrung der Anschlüsse an den Anker von m (in Fig. 9 und 10 punktiert gezeichnet) zu bewirken. Bei der Schaltung Fig. 11 erfolgt die Einfachregelung sinngemäss durch Veränderung der am Haupttransformator abgenommenen EMK entweder durch Stufenschaltung oder stufenlos durch einen ganz kleinen Induktionsregler.
Die Doppelregelung erfolgt hier durch Luftspaltänderung der Drossel d'allein. Die Wirksamkeit dieser Massregel kann, obwohl die Verhältnisse quantitativ nicht genau dadurch getroffen werden, am Diagramm Fig. 5 erkannt werden, wenn man die Abschnitte zwischen der Geraden g' und g mit jenen
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Verhältnissen. Im ersten Falle ist Konstantstrom, im zweiten abfallende Charakteristik vorhanden, u. zw. beide vom Punkt A (Fig. 3) ausgehend, denn die Strecken G'G und die die Grössen J2W'und
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bremsen zu können, muss die Veränderung des induktiven Widerstandes von d'kombiniert werden mit der Umkehrung der Anker-bzw. der Transformatorenanschlüsse wie bei der Einfachregelung.
Ebenso wie für Reihenschlussmotoren lassen sich auch für Nebenschlussmaschinen als Antriebsmaschinen Regelvorrichtungen schaffen, die den Erfindungsgedanken verwirklichen. Ein Gegenstück zu Schaltung Fig. 1 bildet die Schaltung Fig. 12. Die Hilfsmaschine h ist hier in Reihe mit der Erregerwicklung e von m geschaltet und besitzt wieder Differenzerregung von einer konstanten Strom führenden Wicklung e'' und einer vom Ankerstrom J2 von m durchflossenen Wicklung e. In der Schaltung als Konstantstrommotor wirkt hier, zum Unterschied gegen Fig. 1, e'' magnetisierend, e' entmagnetisierend auf h.
Um keine zu hohen Spannungen an der Erregerwicklung e zu erhalten, seien die Wicklungen e' und e"so bemessen, dass bei voll erregter Maschine n, also deren kleinster Betriebsgeschwindigkeit, die MMKe von e'und e"einander gerade zu 0 aufheben, h also spannungslos ist.
Sinkt nun, infolge gesteigerter Drehzahl bei Drehmomentüberschuss in m der Strom J2, so überwiegt e", es entsteht in h eine EMK Eh, welche dem Strom J1 entgegenwirkt, somit das Feld von 1n schwächt. Bei entsprechend reichlicher Bemessung von e'und e"kann auch hier erreicht werden, dass eine einer bedeutenden Geschwindigkeitserhöhung entsprechende Feldschwächung bei einer so geringen Verminderung von J2 entsteht, dass die Charakteristik noch als Konstantstromeharakteristik angesprochen
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