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Elektrische Kraftübertragung für verbrennungs elektrische Fahrzeuge.
Für die elektrische Kraftübertragung von verbrennungselektrischen Fahrzeugen ist eine Reihe von Schaltungen bekanntgeworden, bei welchen die äussere Charakteristik des mit dem Verbrennungmotor gekuppelten Gleichstromgenerators sich mehr oder weniger der durch die konstante Dieselmotorleistung gegebenen Hyperbel anpasst. Die Erfindung betrifft nun eine Schaltung, die es gestattet, diese Anpassung zu verbessern.
Es ist bei verschiedenen Schaltungen für die elektrische Kraftübertragung möglich, eine äussere Charakteristik zu bekommen, welche den in Fig. l unter Kurve a dargestellten Verlauf besitzt. Vergleichs-
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nehmen ist, ergibt sieh der Nachteil, dass über einen gewissen Bereich, der zwischen mittleren und kleinen Stromstärken liegt, die vom Generator aufgenommene Leistung entsprechend Kurve a grösser ist als die vom Dieselmotor dargebotene. Der Dieselmotor wird daher in seiner Drehzahl gedrückt und es bildet sich bei den bekannten Systemen ein neuer Gleichgewichtszustand in der Weise aus, dass die vom Generator aufgenommene Leistung bei Drehzahlabfall stärker zurückgeht als die vom Dieselmotor abgegebene Leistung.
Da aber jeder Drehzahlrückgang des Dieselmotors mit einem Leistungsabfall verbunden ist, erscheint es zweckmässig, die Drückung möglichst zu verringern, beziehungsweise die äussere Charakteristik des Generators möglichst der Leistungshyperbel anzupassen. Ein zweiter Nachteil, der mit der Charakteristik nach Kurve a, Fig. 1, verbunden ist, besteht darin, dass der Generator nur einen begrenzten Strom abgibt, der mit dem Wert A seinen Höchstwert findet, obwohl nach der Dieselmotorleistung auch ein grösserer Strom bei kleiner Spannung zulässig wäre. Es handelt sich somit um die Nichtausnutzung der Dieselmotorleistung bei hohen Strömen. Ein dritter Nachteil ergibt sich durch die Nichtausnutzung der Dieselmotorleistung bei ganz kleinen Strömen und hohen Spannungen, wo ebenfalls die Dieselmotorhyperbel höher liegt als die äussere Charakteristik des Generators.
Nach der Erfindung werden nun diese Nachteile ganz oder teilweise dadurch vermieden, dass der Generator, abgesehen von sonstigen Erregungen, zwei Erregerwicklungen erhält ; die eine dieser Erregerwicklungen wird vom abgegebenen Strom des Generators durchflossen und ergibt eine Zusatzerregung bei zunehmender Stromstärke. Die zweite dieser Erregungen wird von einer Erregermaschine geliefert, die ganz oder teilweise vom Generatorstrom erregt wird. Die beiden genannten Erregungen des Hauptgenerators wirken einander so entgegen, dass bei grossen Strömen die direkte Hauptstromerregung, bei kleinen Strömen die von der Erregermaschine gelieferte indirekte Hauptstromerregung überwiegt.
Für die Erfindung ergeben sieh verschiedene Schaltungsmöglichkeiten. Die Erregermaschine kann mit dem Hauptgenerator des verbrennungselektrischen Fahrzeuges (z. B. dieselelektrischen Fahrzeuges) direkt gekuppelt werden und kann eine einzige vom Hauptgeneratorstrom durchflossene Erregerwicklung erhalten. Dabei werden die magnetischen Verhältnisse der Erregermaschine so gewählt, dass sich bei einer gewissen Hauptgeneratorstromstärke magnetische Sättigung ergibt, so dass bei grösseren Strömen die von der Hilfsmaschine abgegebenen Spannungen nur unbedeutend zunehmen.
Eine zweite Schaltmöglichkeit besteht darin, dass die Erregermaschine gesondert angetrieben wird, wobei sie von der Radachse oder von einem Elektromotor angetrieben werden kann, der vom Hauptgenerator gespeist wird, so dass die Drehzahl der Erregermaschine um so grösser ist, je grösser die Fahrgeschwindigkeit bzw. je höher die Spannung des Hauptgenerators ansteigt. In diesem Falle wird bei hohen Spannungen und kleinen Strömen die von der Erregermasehine abgegebene Spannung
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gross sein und die von ihr gespeiste Wicklung des Hauptgenerators in ihrer Wirkung diejenige der Hauptstromerregungswicklung übersteigen.
Bei kleinen Fahrgeschwindigkeiten und grossen Strömen (kleiner Generatorspannung) sind die Verhältnisse so, dass die von der Erregermaschine abgegebene Spannung auch sehr klein ist und daher die direkte Hauptstromerregung des Hauptgenerators stark überwiegt.
Durch diese zusätzliche Erregung, die durch die Wirkung der beiden einander entgegenwirkenden Erregerwicklungen hervorgerufen wird, kann eine äussere Charakteristik erzielt werden, die auf Fig. 1
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besser an. Ausserdem sind grössere Ströme bei kleinen Geschwindigkeiten zulässig.
Eine weitere Verbesserung der Erfindung wird dadurch erreicht, dass die Erregermaschine mit einer Grunderregung ausgerüstet wird, die der vom Hauptstrom durchflossenen Erregung der Erregermaschine entgegenwirkt. Diese Grunderregung kann von einer Stromquelle mit konstanter Spannung. beispielsweise von einer Batterie, erfolgen. Hiedurch wird bei ganz kleinen Strömen eine positive Zusatzerregung des Hauptgenerators hervorgerufen und die äussere Charakteristik e kann bei ganz kleinen Strömen in die äussere Charakteristik d abgeändert werden, wodurch sich eine weitere Ausnutzung des Leistungsbereiches der elektrischen Kraftübertragung ergibt.
In Fig. 2 ist eine prinzipielle Schaltung der Erfindung nach der ersten Ausführung dargestellt.
1 ist der vom Dieselmotor gespeiste Hauptgenerator, welcher beispielsweise als Nebenschlussgenerator mit labiler Charakteristik angenommen wurde. 'Er besitzt demnach eine Nebensehlusser'egung 1 a, ferner erhält er eine vom Hauptstrom durchflossene Erregung 1 b und eine von der Erregermaschine 2 gespeiste Erregung 1 e. Die Erregermaschine bekommt eine Hauptstromerregung 2 a und ist mit dem Hauptgenerator 1 bzw. mit dem Dieselmotor D'direkt gekuppelt. Der Hauptgenerator 1 speist in üblicher Weise die Bahnmotoren 4.
In Fig. 3 sind die durch dieWicklungen j & und. ! c erhaltenen Zusatzerregungen als Funktion des Stromes dargestellt. Da die Erregermasehine 2 relativ rasch gesättigt ist, ergibt sich die von ihr abgegebene Zusatzerregung in der Wicklung 1 c nach Kurve e, die der Haupterregung 1 a des Generators 1 entgegenwirkt. Die von der direkten Hauptstromerregung 1 b gelieferten Amperewindungen sind durch die Gerade f dargestellt. Die Amperewindungen in der Wicklung 1 b wirken positiv. Die Summe der Amperewindungen in den Wicklungen 1 bund 1 c ist durch die Kurve g dargestellt und man sieht daraus, dass sich hiedurch unterhalb einer gewissen Stromstärke eine negative, oberhalb dieser Stromstärke eine positive Zusatzerregung durch die Amperewindungen der Kurve g ergibt.
Es wird dadurch die äussere Charakteristik a in eine äussere Charakteristik c umgewandelt.
Für die zweite Ausführungsform gibt die Fig. 4 die Schaltung an, wobei der Einfachheit halber
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ist wiederum beispielsweise als Nebenschlussgenerator mit der Wicklung 1 a dargestellt. An seinen Klemmen liegt der Antriebsmotor 4 der Erregermaschine, der hier beispielsweise als Kompoundmotor geschaltet ist und daher in seiner Drehzahl entsprechend der vom Generator 1 abgegebenen Spannung sehwankt. Mit dem Motor 4 ist die Erregermaschine 2 gekuppelt, die die Zusatzerregung 1 c des Hauptgenerators speist. Der vom Hauptgenerator abgegebene Strom durchfliesst einerseits die direkt wirkende Haupterregung 1 b und anderseits die Erregung 2 a der Erregermaschine. Die Wicklungen 1 b und 1 c wirken einander entgegen.
In Fig. 5 sind ähnlich wie in Fig. 3 die in den Wicklungen 1 bund 1 c wirkenden Amperewindungen als Funktion des Stromes dargestellt. Die in der Wicklung 1 c sieh ergebenden Amperewindungen steigen nicht gleichmässig mit der Stromstärke des Hauptgenerators an, obwohl die Erregung der Erregermaschine 2 durch den Hauptstrom über die Wicklung 2 a vor sich geht, weil der Antriebsmotor 4 bei höherer Stromstärke eine kleinere Drehzahl erhält. Es wird sieh daher für die Amperewindungen in der Wicklung 1 c beispielsweise der in Kurve h, Fig. 5, dargestellte Verlauf ergeben. Die Amperewindungen in der Wicklung 1 b sind durch die Gerade i dargestellt ; die resultierenden Amperewindungen haben den Verlauf k, der ähnlich ist wie der Verlauf g in Fig. 3.
Es ergibt sich somit auch durch die Schaltung Fig. 4 eine Verbesserung der äusseren Charakteristik a in die äussere Charakteristik c. Diese Verbesserung könnte auch durch eine Schaltung erhalten werden, bei welcher die Erregermaschine 2 nicht von einem Motor 4, sondern von der Achse des Triebfahrzeuges angetrieben wird. Auch bei dieser Anordnung ist die Drehzahl bei hohen Spannungen des
Generators und daher hohen Fahrgeschwindigkeiten gross, bei kleinen Fahrgeschwindigkeiten und
Spannungen des Hauptgenerators dagegen klein.
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in Fig. 6 beispielsweise in einer Schaltung dargestellt, die der in Fig. 2 angegebenen Schaltung entspricht.
Es kann aber die Grunderregung auch bei einer Schaltung nach Fig. 4 bzw. bei Antrieb der Erregermaschine durch die Fahrzeugachse erfolgen.
In Fig. 6 stellt wieder 1 den Generator dar, der beispielsweise eine Nebenschlusserregung 1 a erhält.
Ausserdem bekommt der Generator die Hauptstromerregung 1 b und die von der Erregermaschine gespeiste Erregung 1 c wie früher. Die Erregermaschine 2, die vom Generator 1 wieder angetrieben wird, bekommt zwei Erregungen, eine Hauptstromerregung 2 a und eine dieser Hauptstr9merregung entgegenwirkende Erregung 2 b, die beispielsweise von einer Batterie 5 gespeist wird. Die sich in den Wicklungen 1 bund 1 c
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Wirkung der Grunderregung 2 b gibt die Wicklung 1 c bei der Stromstärke Null positive Amperewindungen.
Diese Grunderregung ist dabei beispielsweise so angenommen, dass sich ohne Wirkung der Hauptstromerregung 2 a ungefähr die Sättigung erzielen lässt. Steigt nun der Strom in der Erregerwicklung 2 a auch verhältnismässig wenig, so fällt die Spannung der Erregermaschine 2 vergleichsweise rasch auf Null ab und kehrt dann ihre Polarität um. Bei noch weiterem Ansteigen des Hauptstromes wird dann die magnetische Sättigung bei der umgekehrten Polarität erreicht. Für die Amperewindungen in der Wicklung 1 c ergibt sieh daher der Verlauf nach Kurve J. Die in der Wicklung 1 b vorhandenen Amperewindungen werden wieder durch eine Gerade m dargestellt.
Die resultierenden Zusatzamperewindungen besitzen den Verlauf der Kurve n, sie sind daher zuerst positiv, dann über einen gewissen Bereich negativ und schliesslich wieder positiv. Es lässt sich somit unter dem Einfluss der Amperewindungen n aus der ur-
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auch gleichzeitig angewendet werden, wobei unter Umständen auch für jede einzelne Massnahme eine eigene Erregerwicklung am Hauptgenerator 1 angebracht werden kann.
PATENT-ANSPRÜCHE :
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gekennzeichnet, dass der Hauptgenerator ausser der normalen noch zwei zusätzliche Erregerwicklungen erhält, die einander entgegenwirken und von welchen die eine vom Hauptstrom direkt, die andere von einer durch den Hauptstrom erregten Erregermasehine gespeist wird.