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Schaltanordnung zum Angleich der Drehmomente von parallel oder in Reihe geschalteten Gleich- oder Wechselstrom-Triebmotoren an die bei elektrischen Fahrzeugen mit Einzelachsantrieb auftretenden
Achslastveränderungen
Bei elektrischen Schienenfahrzeugen der jetzt üblichen Drehgestellbauart mit Einzelachsantrieb erzeugen die Zughakenkräfte Kippmomente, durch welche die vorauslaufenden Achsen entlastet und die nachlaufenden Achsen zusätzlich belastet werden. Um ein Schleudern der entlasteten Achsen zu vermeiden, muss deren maximale Zugkraft herabgesetzt werden. Dies führt zu einer verminderten Ausnutzbarkeit der Zugkräfte aller Achsen, wenn sämtlichen Motoren eines Fahrzeuges die gleiche Betriebsspannung zugeführt wird, was normalerweise der Fall ist.
Die genannte Erscheinung wirkt sich besonders beim Anfahren nachteilig aus, wo im allgemeinen eine möglichst hohe Gesamtzugkraft des Fahrzeuges erwünscht ist.
Die Achslastveränderungen lassen sich durch mechanische Mittel aus physikalischen, konstruktiven oderwirtschaftlichen Gründen meistnur unvollkommen aufheben. Um trotz auftretender Achslastveränderungen die Haftreibung jeder Achse weitgehend ausnutzen zu können, ist für Wechselstrommotoren eine Schaltung zum elektrischen Angleich der einzelnen Motordrehmomente an die jeweiligen Achslasten entwickelt worden. Mittels eines Angleich-Transformators werden hier in die Motorkreise entweder Zusatzoder Gegenspannungen derart eingefügt, dass die Motoren der entlasteten Achsen einen verminderten und die Motoren der zusätzlich belasteten Achsen einen erhöhten Anfahrstrom erhalten. Bei genauer Einstellung lässt sich dann die Gesamtzugkraft des Fahrzeuges auf den gewünschten Optimalwert steigern.
Dieses Angleichverfahren Ist jedoch nur bei parallel geschalteten Wechselstrommotoren anwendbar.
Die vorliegende Erfindungmachtvoneinem Schaltungsprinzip Gebrauch, das einen Zugkraftangleich an die unterschiedlichen Achslasten nicht nur beim Wechselstrom-, sondern auch bei Gleichstrommotoren gestattet und sich für in Serie betriebene Motoren ebenso eignet wie für parallel geschaltete. Die Erfindung bezieht sich demgemäss auf eine Schaltanordnung zum Angleich der Drehmomente von parallel oder in Reihe geschalteten Gleich- oder Wechselstrom-Trebmotoren an die bei elektrischen Fahrzeugen mit Einzelachsantrieb auftretenden Achslastveränderungen.
Die Erfindung besteht darin, dass den Kommuta-
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magnetisch neutralen Zone jeweils den gleichen Abstand haben, zugeordnet sind und dass den Kommuta- toren über dieseBUrstengruppen unsymmetrische Motorströme zugeführt, hiedurch in den Läuferwick1ungen der Motoren Querfelder erzeugt und die Hauptfelder geschwächt oder verstärkt werden, wobei den Querfeldern jeweils eine Grösse und Richtung gegeben wird, die bei den Motoren der entlasteten Achsen zu verminderten und bei den Motoren der zusätzlich belasteten Achsen zu erhöhten Drehmomenten führen.
An Hand der Fig. l sei die grundsätzliche Wirkungsweise der Schaltanordnung näher erläutert.
Der hier zur Anwendung kommende Reihenschluss-Bahnmotor hat bezüglich der Erregerwicklung E, der Wendefeldwicklung W und der gleichfalls im Ständer untergebrachten Kompensationswicklung K die übliche Schaltung. Er besitzt jedoch je Bürstenhalter zwei mechanisch und elektrisch getrennte Bürstengruppen, und B,. Letztere befinden sich rechts und links von der magnetisch neutralen Zone im gleichen
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Sind bei der in Fig. 1 angegebenen Drehrichtung des Läufers die anlaufenden B ustenBl angeschlossen, so entsteht in der Läuferwicklung ein Querfeld, das dem von der Erregerwicldung E erzeugten Hauptfeld räumlich entgegengesetzt gerichtet ist. Das Hauptfeld wird also gegenüber einem Betrieb mit in der neutralen Zone stehenden Bürsten geschwächt, womit das Drehmoment bei gleichem Motorstrom abnimmt.
Führt man den Strom die ablaufenden Bürsten Bzu, so entsteht ein Querfeld mit umgekehrter Richtung, wodurch das Hauptfeld und das Drehmoment des Motors verstärkt werden.
Diese Drebmomentregelung wird bei der Reihenschaltung von Motoren angewendet, wo der Strom in jedem Motor stets die gleiche Grösse hat. Hiebei nehmen die Motorspannungen mit steigender Drehzahl unterschiedliche Werte an, da die Rotationsspannung des Motors mit dem verstärkten Hauptfeld grösser wird als im Läufer des Motors mit geschwächtem Feld. In der Parallelschaltung, wo alle Motoren die gleiche Betriebsspannung haben, erzwingen die Querfelder unterschiedliche Ströme. In diesem Falle erfolgt der Anschluss an die Bürsten im umgekehrten Sinne. Um das Drehmoment zu erhöhen, werden also die anlaufenden Bürsten B1 benutzt, wobei das geschwächte Hauptfeld zu einem Ansteigen des Motorstromes führt.
Auf die beschriebene Weise lassen sich demnach sowohl bei in Reihe als auch bei parallel geschalteten Gleich-und Wechselstrommotoren die Zugkräfte der entlasteten Achsen vermindern und der stärker belasteten Achsen in dem gewünschten Ausmass erhöhen, wenn der Abstand derBürstenmittellinien von der neutralen Zone der Motoren richtig gewählt wird.
Die in Fig. 1 angegebene Schaltung, die nur zur Erläuterung des Prinzips dienen sollte, bedarfnoch einiger Abwandlungen, um allen Anforderungen konstruktiver und betrieblicher Art zu genügen. Die
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B. eineDrehmomentänderung ergeben, da zur Erzeugung des Ankerquerfeldes der volle Motorstrom und zu viele Windungen der Läufenvicklung benutzt werden müssen. Letztere sind durch den zwischen der neutralen Zone und der Boistenmfttellinie befindlichen Winkel bestimmt, der wegen der hier notwendigen Bürstenbreite grösser als erwünscht ist. Die Drehmomentangleichung liesse sich ferner nicht auf beliebige Zwischenwette einstellen.
Schliesslich berücksichtigt die Schaltung nur die Verhältnisse beim Anfahren und eignet sich noch nicht für einen Motorbetrieb im höheren Drehzahlbereich, wo die Stromwende-
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B amen KommutierungsstörungenverursachenDiese Unzulänglichkeiten vermeidet dieSchaltung nach Fig. 2. Hier werden den Büustengruppen B1 und B. Ohm'sche WiderständeR3 sowie wahlweise R1 oder R2 derart vorgeschaltet, dass alle Bürsten Strom führen, dieStromverteilung jedoch unsymmetrisch wird. Ist z.B. der Widerstand R2 bei geöffnetem Schalter S1 durch den geschlossenen Schalter S2 kurzgeschlossen, so fliesst über die Bürstengruppe B. ein höherer Anteil des Motorstromes als über die Bürsten B1.
Der Differenzstrom erzeugt dann bei der angegebenen Drehrichtung des Läufers in dessen Wicklung ein das Hauptfeld verstärkendes Querfeld. Da sich alle Bürsten an der Stromzufühnmgbeteiligen, kann ihre Breite gegenüber der Ausführungnach Fig. 1 verringert werden, wodurch sich die Abstände zwischen der neutralen Zone und den Bürstenmittellinien in der erwünschten Weise verkleinern.
Im allgemeinen ist ein Drehmomentangleich an die Achslasten zur vollen Hafiwertausnutzung nur beim Anfahren erforderlich, wo die höchsten Zugkräfte benötigt werden. Die Einschaltung der Wider- stände ReoderR kann daher auf die Anfahrperiode beschränkt bleiben. Von einer bestimmten Fahrge-
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ab werden die Schalter S und S.WiderständeR vorgeschaltet. Die dienen zur Begrenzung von Ausgleichsströmen, die als Folge der zwischen den BUrstengruppen verbleibenden Differenzspannungen auftreten können. Die Widerstände Rs sind gleich gross, so dass sich. der Motorstrom auf die Bürstengruppen symmetrisch aufteilt.
Da hiebei ähnliche Verhältnisse vorliegen wie bei in der neutralen Zone stehenden Einfachbürsten entsprechender Breite, wird die Kommutierung bei hoher Drehzahl nicht gestört.
Die Steuerung der Schalter kann durch einen Geschwindigkeitsmesser oder durch die von der Motordrehzahl abhängige L uferspannung erfolgen. Die Schalterstellung wechselt bei einer Umkehr der Fahrtrichtung zweckmässig selbsttätig, um sicherzustellen, dass die Drehmomentangleichung an die Achslast- änderung stets im richtigen Sinne wirkt. Zu diesem Zweck werden die Schalter SI und S2 mit dem Fahrt- richtungswender elektrisch gekuppelt. Es kann ferner erwünscht sein, den Grad der Drehmomentbeein-
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Die Anordnung nach Fig. 2 ist vorzugsweise fUr Gleichstrommotoren bestimmt. Bei Wechselstrommotoren lassen sich die elektrischen Verluste dadurch vermindern, dass man an Stelle der Ohm'schen
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gleichstrom ausreichend zu begrenzen.
Eine weitere Schaltung, die noch verlustärmer ist, zeigt Fig. 4. Um die induktiven Spannungsabfälle
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B.einflussung des Drehmomentes erhält. Zur Einstellung der Grösse und Richtung des Ausgleichsstromes be- sitzt der Stromteiler eine Sekundärwicklung Ts, an die ein regelbarer induktiver Widerstand D oder ein regelbarer KondensatorC wahlweise angeschlossen werden. Bei einer Zusammenschaltung der Wicklungen
Ta beider Stromteiler gemäss Fig. 4 brauchen D und C nur einmal vorhanden sein. Ist z. B. der Widerstand
D eingeschaltet, so fliesst bei der angegebenen Drehrichtung des Motors Über die Wicklungen T, und die Bürstengruppen B 1 ein höherer Strom als über die Gruppen B,, wodurch das Hauptfeld geschwächt wird.
Bei eingeschaltetem Kondensator C ist die Wirkung umgekehrt. Um nach beendigtem Anfahrvorgang eine symmetrische Stromverteilung zu erreichen, wird der mit dem Fahrtrichtungswender verbundene und drehzahlabhängig gesteuerte Schalter S in seine Mittelstellung gebracht.
Je Motor sind unabhängig von seiner Polzahl nur zwei Stromteiler erforderlich, wenn die Bürsten gleichen Potentials sämtlicher Bürstenhalter einer Polarität durch Sammelringe miteinander verbunden werden. Bei sinngemässer Zusammenfassung der Bürsten kommt man bei den Schaltungen nach Fig. 2 und
3 gleichfalls mit zwei Gruppen von Stromverteilungswiderständen je Motor aus.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Schaltanordnung zum Angleich der Drehmomente von parallel oder in Reihe geschalteten Gleichoder Wechselstrom-Triebmotoren an die bei elektrischen Fahrzeugen mit Einzelachsantrieb auftretenden Achslastveränderungen, dadurch gekennzeichnet, dass den Kommutatoren der Triebmotoren je Bürstenhalter zwei mechanisch und elektrisch getrennte Bürstengmppen (B, und B.) zugeordnet sind, die beiderseits der magnetisch neutralen Zone liegen und von dieser jeweils den gleichen Abstand haben, dass ferner den Kommutatoren über die Bürstengruppen unsymmetrische Motorströme zugeführt, hiedurch in den Läuferwicklungen der Motoren Querfelder erzeugt und die Hauptfelder geschwächt oder verstärkt werden, wobei den Querfeldem jeweils eine Grösse und Richtung gegeben wird,
die bei den Motoren der entlasteten Achsen zu verminderten und bei den Motoren der zusätzlich belasteten Achsen zu erhöhten Drehmomenten führen.