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Österreichische PATENTSCHRIFT Norm 17477. THE JOHNSON-LUNDELL ELECTRIC TRACTION COMPANY
LIMITED IN LONDON.
Schaltungsweise zur Regelung mehrerer Motoren mit Verbundwicklung.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsweise zum Regeln elektrischer Motoren mit Verbundwicklung, die beispielsweise für Motorwagen Anwendung finden.
Man hat bereits früher für derartige Zwecke ein System vorgeschlagen, bei welchem die Ankerwicklungen eines oder mehrerer Motoren mit Verbundwicklung zunächst beim Anlassen in Reihe geschaltet und bei wachsender Geschwindigkeit in Parallelschaltung gebracht werden. Hiebei ändert sich während des Steigens der Geschwindigkeit die Stromverteilung zwischen den Feldwicklungen allmählich in der Weise, dass beim Anlassen eine starke Nebenschluss-und schwache Reihenwicklung und bei höheren Geschwindigkeiten eine schwache Nebenschluss-und starke Reihenwicklung vorhanden ist.
Man bezweckt hiemit erstens, dass die Motoren während der Verlangsamung der Fahrt und beim Abwärtslaufen des Fahrzeuges Strom an die Linie zurückgeben sollten, zweitens sucht man dadurch die Geschwindigkeit der Fahrt allmälich zu ändern und zu plötzliche Änderungen während des Anlassens zu vermeiden, wodurch auch die an den Bürsten oder Fahrschalterkontakten auftretende Funkenbildung möglichst vermindert wird.
Die vorliegende Erfindung verfolgt die gleichen Zwecke, ist aber insofern vollkommener, als sie eine selbsttätige Regelung der Feldstärke des Motors oder der Motoren zu dem Zeitpunkte bewirkt, wo die Ankerwicklungen aus der Reihenschaltung in die Parallelschaltung, oder umgekehrt, übergeführt werden, so dass Stromstösse dabei vermieden oder doch wesentlich gemindert werden.
Im allgemeinen genommen, erfolgt das Anlassen des Motors oder der Motoren mit allen Ankerwicklungen in Reihenschaltung, so dass beispielsweise bei vier Wicklungen jede Wicklung nur etwa ein Viertel der Gesamtspannung erhält. Die Feldwiderstände werden dann so verändert, bis die gewünschte Geschwindigkeit erreicht ist. Zur Vorbereitung der Reihenparallelstellung werden hierauf die Kurzschlusswiderstände für die Reihenwiddungen ausgeschaltet, so dass in dem Augenblicke, wo die Reihenparallelschaltung (d. h. zwei Gruppen in Reihe) eintritt, auch die Feldstärke am grössten ist. Das gleiche Verfahren wird auch beobachtet bei dem Übergang zur reinen Parallelschaltung.
Zunächst werden die Feldregelungswiderstände wieder parallel zu den Reihenfeldwicklungen geschaltet, bis die gewünschte Geschwindigkeit erreicht ist. Dann werden die Nebenschliessungen dnr Heihenfeldwicldungen ausgeschaltet, so dass die Feldstärke wiederum am grössten ist, wenn sämtliche Anker parallel geschaltet worden. Die weitere Regelung der Geschwindigkeit ge- schieht dann wie früher durch Schwächung der Feldwicklungen.
In der beiliegenden Zeichnung ist :
Fig. 1 eine schematische Ansicht der Stromkreischaltungen zwischen den erwähnten
Teilen, bei zwei Motoren mit je zwei Ankerwicklungen.
Fig. 2 verbildlicht in schematischer Weise die einzelnen Schaltungen bei den ver- schiedenen Stellungen des Fahrschalters.
In Fig. 1 ist der obere linke Teil eine Abwicklung der Schaltwalze des Fahrschalters,
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Kontakte und dio senkrechten Punktlinion vernschaulichon die einzelnen Kontaktstellungen zwischen den beweglichen und den festen Kontaktreihen bei den verschiedenen Fahrstellungen. Die beweglichen Kontakte dea Umkebrschalters sind ! nit e und f, deren entsprechende ortfeste Kontakte mit h bezeichnet.
A, A sind zwei gleiche Ankeratromkreise oder Wicklungen auf dem gleichen Ankerkern, J', A2 die bezüglichen Reihen- und Nebenschlusswicklungen für die Feldmagnetc, in denen der erwähnte Ankerkern läuft. B, B sind zwei andere, gleiche Ankerstromkreise oder Wicklungen auf einem zweiten, im Felde eines zweiten Feldmagneten laufenden
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sind Ablenkungswiderstände oder NebenschHessungsspulen bezeichnet, die in Verbindung mit der Reihenfeldwicklung Al zum Zwecke des teilweisen Kurzschliessens und Ausschaltens oder der Wirkungsvermiderung der Wicklung benutzt werden. Die gleichen Ableitungsspulen bl, b2 dienen demselben Zwecke bei der Wicklung Bl. Die hohen Widerstände cl, dl, el dienen zum Regeln des durch die Nebenschlusswicklungen A2 und B2 gehenden Stromes.
C ist ein Anlasswiderstand.
Fig. 2 stellt die einzelnen Stellungen des Fahrschalters entsprechenden Schaltungen dar, vom Anlassen der Motoren bis zur Fahrt mit voller Geschwindigkeit.
Da die hauptsächlichsten Merkmale dieser Regelungseinrichtung im wesentlichen aus der österreichischen Patentschrift Nr. 4694 bekannt sind, so erübrigt sich eine eingehende Beschreibung derselben sowie der einzelnen Stromkreisverbindungon. Hervorzuheben ist indessen, dass auf dem Fahrschalter drei unterschiedliche ! 1 Zonen" oder Regelungsgruppen auftreten ; die erste Zone ist die, bei welcher alle vier Ankerwicktungen in Reihe gruppiert sind, die zweite Zone die, bei der zwei Ankerstromkreise in Reihe parallel geschaltet sind, und die dritte Zone endlich ist die, bei welcher alle vier Ankerstromkreise einfach parallel geschaltet sind.
Die erste Regelungszone erstreckt sich bis einschliesslich zur vierten Stellung des Schalthebels. Die Zeichnung (Fig. 2) verbildlicht deutlich die den verschiedenen Stellungen entsprechenden Stufen, sie lässt erkennen, dass die bei der zweiten Stellung besonders starke Ne)'Guschlu3erregung bei der dritten und vierten Stellung allmählich infolge der Widerstände cl und dl abnimmt, die mit den Nebenschlusswicklungen in Reihe geschaltet worden sind. Das Hauptstromfeld ist in dieser Zone sehr schwach, da sämtliche Anker und Feldwicklungen in Reihe liegen.
Die zweite Regelungszone umfasst die fünfte, sechste und siebente Stellung des
Schalthebels. Die Nebenschlusserregung ist hier dieselbe, wie bei der zweiten, dritten und vierten Stellung, nur die Reihenerregung ist infolge des Umstandes, dass der Hauptstrom fast verdoppelt ist, erhöht ; die Ankerstromkreise sind in Reihe parallel geschaltet und er- zeugen daher eine geringere gegenelektromotorisc1w Kraft, als bei der vorhergehenden reinen Serienverbindung.
Die dritte Zone umfasst die achte, nennte und zehnte Stellung. Die Nebenschluss- erregung wird genau so, wie für die zweite, dritte und vierte Stellung geändert, aber die Reihenerregung ist nunmehr beträchtlich. In der achten Stellung werden überhaupt für alle Ueihenwicklungen keine Ablenkungswiderstande benutzt und in der neunten und zehnten
Stellung sind die Ablenkungswiderstände al, a2 und bl, b2 so bemessen, dass sie die Stärke der Reihenwicklungen nicht wesentlich schwächen.
In der ersten Regelungszone wird das Drehmoment infolge des überwiegenden Neben- schlussfeldes praktisch unabhängig von der Belastung sein. Während der zweiten Regelungs- zone macht sich die Reihenfelderregung im Verhältnis zur gesamten Felderregung bemerkbar und in der dritten Zone ist die Reihenerregung so stark, dass die Feldstärke von der Be- lastung abhängt.
Angenommen. die Motoren treiben einen Strassenbahnwagen mit Stromzuführung durch den Stromabnehmer Tr bezw. der Stange und Stromruckleitung durch das Rad G und der
Wagen läuft mit höchster Geschwindigkeit, so werden beim Zurücklegen des Schalthebels, von der zehnten zur zweiten Stellung, die Motoren als Stromerzeuger arbeiten und Strom in das Leitungsnetz zurücksenden, während sie zu gleicher Zeit im Sinne einer Ver- minderung der Geschwindigkeit des Wagens wirken, wobei aber infolge der schrittweisen Überführung der Ankerwicklungen in Reihenschaltung die Zurücksendung von Strom auch während des Sinkens der Geschwindigkeit anhält.
In dieser Beziehung stimmt die Ein- richtung mit der in der österreichischen Patentschrift Nr. 4694 beschriebenen überein.
Wie in der Einleitung erwähnt wurde. besteht der Zweck der Neuerung darin, die Feld- stärke zu der Zeit selbsttätig zu regeln, wo die Ankerstromkreise aus der Reihenschaltung in die Parallelschaltung oder umgekehrt übergeführt werden. Um diese Mittel klar zu er- kennen, wird auf die Fig. 2 und den, eine Abwicklung des Hauptregelungszylinders dar- stellenden, linken oberen Teil der Fig. 1 hingewiesen. Wie die Zeichnung erkennen lässt,
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werden die Ankerstromkreise zwischen der vierten und fünften Stellung aus der Reihenschaltung in die Reibenparallelschaltung und aus dieser zwischen der siebenten und achten Stellung in die reine Parallelschaltung umgeschaltet.
Es ist zu beachten, dass die gesamte Feldstärke von der vereinigten Wirkung der Nebenscltluss- und Reihenwicklungen abhängt. Der Strom in den Nebenschlusswicklungen wird stets in gleicher Richtung fliessen, der Strom der Reihenwicklungen jedoch in einer von beiden Richtungen, je nachdem die Motoren als solche oder als Stromerzeuger laufen, also zusammen. eine kleinere oder grössere gegenelektromotorische Kraft als die Netzspannung liefern. Die Stärke des Nebenschlussfeldes wird allein durch den Schalthebel geregelt ; die Stärke des Reihenfeldes dagegen regelt sich selbst zur Zeit der Reihen-Parallelwechsel, wie in nachstehenden erläutert werden soll.
Der Schaltzylinder ist so eingerichtet, dass er die Reihenwicklungen in bestimmten Stellungen kurzschliesst oder im Nebenschluss zu Widerständen schaltet, aber Stärke und Richtung des Stromes in den Reihenwicklungen hängt (wenn sie nicht kurzgeschlossen sind) allein vom Unterschiede zwischen der gegenelektromotorischen Kraft der Motoren und der Netzspannung ab. Die Reihenwicklungen kommen hauptsächlich in den Übergangsstellungen zur Wirkung, wo sie ganz im Stromkreise liegen.
Ihre Wirkung ist folgende : Wenn die elektromotorische Kraft der Motoren zur Zeit wo die Ankerwicldungen aus der Reihenschaltung in die Parallelschaltung oder umgekehrt übergeführt werden, gleich der Netzspannung ist, dann ist die Wirkung der Reihenwicklungen gleich Null ; wenn aber die elektromotorische Kraft der Motoren geringer ist als die Netzspannung (zur Zeit der Beschleunigung der Fahrt), so wird die Wirkung der Reihenfeldwicklungen selbsttätig die gesamte Feldstärke erhöhen ;
wird die elektromotorische Kraft grösser als die Netzspannung (zur Zeit der Verlangsamung der Fahrt), so wird die Wirkung der Reihenfoldwick) ungen die Gesamtfeldstärlie selbsttätig vermindern, in anderen Worten, die Reihenfeldwic1dungen regeln die Feldstärke des Motors oder der Motoren während der Übergangsstellungen selbsttätig.
Angenommen, der Wagen ist angelassen worden und seine Geschwindigkeit wird durch Bewegung dos Fahrschalters allmählich erhöht, so worden nach Überschreiten der
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allmählich ausgeschaltet (Zwischenstellungen zwischen 4 und 5). Es ist daraus ersichtlich, dass die Motoren während der Übergangsstufen und insonderheit zur Zeit des Überganges von einer Zone zur nächsten als Motoren mit Verbundwicklung laufen, deren Feldstärke sich zu der Zeit erhöht, wo der Hauptstrom durch die Anker in der ersten Reihenparallet- schaltung fliesst und abnimmt, wenn der Schalthebel rüelkwärts von der fünften zur vierten Kerbe eingestellt wird.
In anderen Worten, die Reihenwicklungen unterstützen selbsttätig das Nebenschlussfeld in der Erzeugung eines kräftigen Feldmagneten während der Beschleunigung und erniedrigen selbsttätig die Stärke des Feldmagneten während der Verzögerung der Fahrt. Auf diese Weise werden die Motoren Stromstösse zur Zeit der Umschaltung der Ankerwicklungen selbsttätig verhindern, gleichviel nach welcher Richtung hin der Schalthebel bewegt wird.
Das vorstehend Gesagte, gilt auch ohne wesentliche Änderung für die Übergangsstufen zwischen der siebenten und achten Schaltung oder vielmehr zwischen der siebenten und neunten Stellung.