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Elektrische Kraftübertragung, insbesondere für dieselelektrische Fahrzeuge.
Die Erfindung bezweckt bei elektrischen Kraftübertragungen, insbesondere solchen für dieselelektrische Fahrzeuge, zu erreichen, dass bei Belastungsschwankungen die Änderungen der Drehzahl bzw. der Spannung des Generators der Kraftübertragung auf ein Mindestmass herabgesetzt werden, ohne dass äussere Regel-oder Steuereinrichtungen mit bewegten Teilen notwendig sind. Ein bekannter Weg, der zu diesem Ziel führt, ist der, dass der Generator und gegebenenfalls auch die Motoren der Kraftübertragung als schwach gesättigte, also überdimensionierte Maschinen ausgeführt werden.
Dadurch wird ermöglicht, dass der Generator schon bei sehr kleinen Drehzahländerungen weitgehend seine Spannung ändern und der Stromaufnahme der Motoren anpassen kann, so dass der ihn antreibende Verbrennungsmotor trotz Änderung der Belastungsverhältnisse praktisch annähernd auf gleicher Drehzahl und Leistung gehalten werden kann. Durch die schwach gesättigte Ausführung der Elektromotoren der Kraftübertragung lässt sich weiters noch der Umfang der Spannungsänderung bei Belastungsschwankungen verringern, wodurch mittelbar eine weitere Einschränkung der Drehzahlschwankungen im Generator herbeigeführt wird. Je reichlicher die Überdimensionierung der Maschinen ist, desto mehr nähert man sich der Konstanz der Drehzahl des Generators und damit der des Verbrennungsmotors.
Durch die Erfindung lässt sich, ohne dass eine derartige Überdimensionierung der Maschinen notwendig ist, die wesentlich gleiche Wirkung dadurch erzielen, dass erfindungsgemäss Widerstände mit nichtlinearer Stromspannungseharakteristik im Erregersystem des Generators oder der Motoren oder beider Maschinen angeordnet sind. Vorteilhaft können beispielsweise Widerstände mit bei Belastung zunehmendem Widerstandswert z. B. Widerstände mit stark veränderlichem Temperaturkoeffizienten und vorzugsweise kleiner thermischer Zeitkonstante (Eisendrahtwiderstände od. dgl.) den Erregerwicklungen des Generators bzw. der Motoren parallel geschaltet sein.
Eine Ausführungsform dieser Art ist in Fig. 1 der Zeichnung gezeigt. 1 bedeutet den Verbrennungsmotor einer dieselelektrischen Kraftübertragung, 2 den von diesem angetriebenen Generator, der den Elektromotor 3 speist. 4 ist die Nebenschlusserregerwicklung des Generators, 5 eine Hauptstromerregerwicklung (Kompound-oder Gegenkompoundwicklung) desselben, 6 ist die Reihenschluss- erregerwicklung des Motors 3. Der Nebenschlusswicklung 4 des Generators ist der Eisendrahtwiderstand 7, der Reihenschlusserregerwicklung 6 der Eisendrahtwiderstand 8 parallel geschaltet. In Reihe mit der Nebenschlusswicklung des Generators ist ferner noch ein gewöhnlicher Ohm'scher Widerstand 9 geschaltet.
Die Wirkung des Eisendrahtwiderstandes im Erregersystem des Generators ist in Fig. 2 wiedergegeben. Ist a die Stromspannungscharakteristik des gesamten Erregerkreises, b diejenige des Eisendrahtwiderstandes 7, so ergibt sich in der Erregerwicklung 4 ein Stromspannungsverlauf gemäss der Kurve c, der durch Subtraktion des Stromes ib im Eisendrahtwiderstand vom Gesamtstrom ia gewonnen wird.
Wie in der Figur gezeigt ist, ist es mit der gekrümmten Stromspannungskurve c möglich, auch bei im Sättigungsgebiet arbeitenden Maschinen die Drehzahländerungen des Generators bei Spannungs- änderungen weitgehend herabzusetzen. Stellen die Kurven -n5 verschiedenen Drehzahlen entsprechend Maschinencharakteristiken dar und ist angenommen, dass eine Spannungsänderung von Cl auf ca im Generator notwendig ist, so wäre bei geradlinigem Stromspannungsverlauf in der Erreger-
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wicklung, wie er in der Figur durch die gestrichelte Linie d wiedergegeben ist, eine Drehzahlerhöhung des Generators von n1 auf ? 5 notwendig, da die gerade verlaufende Kurve d bei der Spannung e2 bereits mit der Kurve ns zum Schnitt kommt (Schnittpunkt P)
. Durch die gekrümmte Stromspannungskurve c der Erregerwicklung lässt sieh dagegen dieselbe Spannungserhöhung des Generators schon bei einer wesentlich kleineren Drehzahländerung erreichen. Wie die Zeichnung zeigt, schneidet die Kurve c in der Höhe der Spannung e2 die Maschineneharakteristik n2 (Schnittpunkt Q), der eine wesentlich geringere Drehzahlerhöhung entspricht., Durch entsprechende Auslegung der Widerstände ist man in der Lage, die Stromspannungskurve der Erregerwicklung dem Verlauf der Maschinencharakteristik weitgehend anzuschmiegen, so dass man flache Schnitte mit dieser erhält, ohne dass man wie bisher im geradlinigen ungesättigten Teil der Maschineneharakteristik zu arbeiten braucht.
Die Parallelschaltung des Eisendrahtwiderstandes zur Reihensehlusserregerwicklung 6 des Motors bedingt, dass von einer gewissen Grösse des Stromes ab bei weiterem Fallen desselben der Strom in der Erregerwicklung mehr als linear abnimmt, weil der verhältnismässige Anteil des Stromes durch den Eisendrahtwiderstand wächst. Dies hat zur Folge, dass die Motoren das wesentlich gleiche Ver- halten aufweisen wie schwach gesättigte Maschinen, da das überlineare Abfallen des Stromes in der Erregerwicklung eine ähnliche Wirkung hat wie der lineare Stromabfall bei der ungesättigten Maschine.
Eine derartige Wirkung kann auch im Generator dadurch erzielt werden, dass der Reihenschlusswicklung 5 desselben ein Widerstand mit stark temperaturabhängigem Verhalten parallel geschaltet wird. Dadurch erhält man eine verstärkte Wirkung der Reihenschlusswicklung im Bereich hoher Ströme. Um einen weiteren Eisendrahtwiderstand zu ersparen, kann die Anordnung auch so getroffen werden, dass ein und derselbe Eisendrahtwiderstand den miteinander in Reihe geschalteten Serienwicklungen des Generators und des Motors. gemeinsam parallel geschaltet wird.
Für die Zwecke der Erfindung sind ferner auch elektrische Ventile verwendbar, die von einer bestimmten Spannung an eine weitere Erhöhung des durch sie fliessenden Stromes nicht zulassen (Sättigungsstrom). Schliesslich genügen auch Ventilzellen, die überhaupt nur bei Spannungsumkehr nicht lineares Stromspannungsverhalten aufweisen, indem sie dem Strom in der einen Richtung nur geringen Widerstand entgegensetzen, bei Spannungsumkehr aber sprunghaft ihren Widerstand erhöhen.
Solche Ventilzellen können insbesondere mit Vorteil verwendet werden, wenn eine Batterie oder sonstige Hilfsspannungsquelle zur Erregung des Generators mit herangezogen wird. Vorteilhaft können nach der Erfindung der in den Selbsterregerkreis des Generators oder der Motoren eingeschalteten Batterie oder Hilfsspannungsquelle Widerstände mit nicht linearer Stromspannungscharakteristik parallel oder in Reihe geschaltet sein ; die in Abhängigkeit von den Spannungsänderungen im Erregerkreis den Stromdurchfluss durch die Batterie sperren bzw. in der einen oder andern Richtung freigeben. Eine besonders günstige Ausführungsform dieser Art ist in Fig. 3 dargestellt, die nur den Generator 2 der Kraftübertragung mit seinem Erregersystem zeigt.
In den Erregerkreis ist eine Batterie 10 mittels einer Brückenschaltung eingeschaltet, in deren einer Diagonale die Batterie selbst, in deren anderer Diagonale die Nebenschlusserregerwicklung 4 des Generators liegt. Zwei gegenüberliegende Zweige der Brücke sind durch die Ventile 11, 12 gebildet, die andern beiden Zweige durch gewöhnliche Ohm'sehe Widerstände 13, 14.
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strom fliesst jetzt über a, b, d, e, e, f, die Batteriespannung wirkt der Generatorspannung entgegen. Damit ergibt sich der Erregerstrahl III in Fig. 4.
In diesem Fall lässt sich also gleichfalls eine ähnlich verlaufende Stromspannungslinie OABD für das Erregersystem erzielen wie die Kurve c nach Fig. 2, die auch im Gebiet der Sättigung weitgehend der Maschinencharakteristik folgt und daher auch bei grossen Spannungsänderungen am Generator nur geringe Drehzahlschwankungen desselben bedingt.
Durch Wahl der Widerstände 13 und 14 kann sowohl die Lage der Punkte A und B als auch die Neigung der Strahlen 1, 11, 111 nach Bedarf geändert werden. Damit die Batteriespannung genügend zur Geltung kommt, muss sie gegenüber der Generatorspannung eine gewisse Grösse haben (etwa ein Viertel der Generatorspannung). Steht nur eine wesentlich kleinere Batteriespannung zur Verfügung, so kann der Generator zweckmässig mit Nulleiteranschluss ausgeführt werden und die Erregung an den Nulleiter und den einen Aussenleiter angeschlossen werden, der Generator also mit etwa der halben Klemmenspannungerregtwerden. GenügtesnurmitzweiErregerstralilenI, IloderlIlIlzuarbeiten, so kann der eine bzw. andere Brückenteil weggelassen werden.
In dem einen Fall ergibt sieh eine Schaltung, bei der die Batterie in Reihe mit dem Widerstand 13 parallel zum Ventil 11 liegt, im andern Fall liegt die Batterie in Reihe mit dem Ventil 12 parallel zum Widerstand 14.
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Werden die Triebmotoren als Verbundmaschinen ausgeführt, so kann die vorstehend beschriebene Schaltung auch bei ihnen angewendet werden. Ebenso können bei dieser Schaltung auch zusätzlich noch Widerstände mit niehtlinearer Charakteristik parallel oder in Reihe mit der Nebenschlusswicklung angeordnet werden, wodurch statt der geraden Erregerstrahlen I, 11, 111 entsprechend gekrümmte Linien erhalten werden können.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Elektrische Kraftübertragung, insbesondere für dieselelektrische Fahrzeuge, bestehend aus einem mit im wesentlichen konstanter Drehzahl angetriebenen Generator und einem oder mehreren mit veränderlicher Drehzahl laufenden Triebmotoren, dadurch gekennzeichnet, dass zur Einengung der Drehzahl bzw. Spannungsschwankungen am Generator bei Belastungsänderungen im Erregersystem des Generators oder der Motoren oder beider Masehinengattungen Widerstände mit nichtlinearer Stromspannungscharakteristik angeordnet sind, die durch Aufnahme mindestens eines Teiles des Erregerstromes die Erregercharakteris1ik (Maschinenspannung-Erregerstromkennlinie) drr Maschine nicht linear gestalten.