Einrichtung zur Spannungsreglung von Weehselstromfahrzeugmotoren. Es ist bekannt, Wechselstromfahrzeug- motoren mit Hilfe von Potentialreglern zu regeln. Die bekannten Potentialregler haben eine Erregerwicklung und eine Kompensations wicklung am Ständer und eine Arbeitswick lung am Läufer oder umgekehrt. Die Span nung wird durch Verdrehung des Läufers geregelt. Einem gewöhnlichen Transformator gleicher Leistung und Frequenz gegenüber sind die Regler gross und schwer. Es kommt hinzu, dass sie hohen Magnetisierungsstrom und niedrigen Leistungsfaktor haben, auch wenn sie kompensiert sind. Diese Nachteile rühren im wesentlichen vom Luftspalt her.
Ein weiterer Nachteil der gewöhnlichen Po tentialregler ist ihr grosses Drehmoment, das zum motorischen Antrieb zwingt.
Die vorliegende Erfindung vermeidet die geschilderten Nachteile dadurch, dass eine oder mehrere der Wicklungen- des Reglers mit einem Kollektor versehen sind und dass die Spannung durch Bürstenverschiebung ge regelt wird. Die Bürsten können von Hand verschoben werden. Die Nachteile des motori- sehen Antriebes sind daher vermieden. Der Regler kann auch ohne. Lager und ohne Luft spalt ausgebildet werden, weil die Verdrehung des Ständers gegen die Läufer nicht mehr notwendig ist. Damit sind auch die vom Luft-. spalt herrührenden Nachteile vermieden. Stän der und Läufer können zu einem gemein samen Körper mit einer einzigen gemein samen Wicklung vereinigt werden.
Die Abb. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der neuen Einrichtung. Die Unterspannungs- wicklung des Fahrzeugtransformators T ent hält zwei Wicklungsgruppen mit den Span nungen ei und es. Der Regler R, der als zweipolige Ringwicklung dargestellt ist, von der nur der Kollektor gezeichnet ist; wird mit der Spannung der ersten Gruppe an den Punkten SEE gespeist (erregt). Die an den verschiebbaren Bürsten B-BB des Re glers abgenommene Arbeitsspannung liegt in Reihe mit der zweiten Wicklungsgruppe und speist den Fahrzeugmotor M.
Je nach der Bürstenstellung des Reglers addiert sich seine Spannung zur Spannung e2 oder zieht sich von ihr ab. Der Motor wird deshalb zwischen (e2 <I>- ei)</I> und<I>(ei</I> -+- <I>ei)</I> geregelt.
Die Abb. 2 zeigt ein anderes Ausführungs beispiel der Einrichtung. Der Regler R wird an den Punkten E-EE gespeist und durch Schalter 1-7 an den Anzapfungen eines Stufentransformators ST weitergeschaltet.
Der Regler R ist so bemessen, dass der Höchstwert seiner Arbeitsspannung zwischen den Bürsten B--BB angenähert gleich der Stufenspannung des Transformators ST ist, das ist gleich der Spannungsdifferenz zwischen zwei Anzapfungen des Transformators. .Durch Bürstenverschiebung kann die Arbeitsspannung des Reglers zwischen Null und diesem Höchst- wertäusserstfeinstufiggeregeltwerden. Schliesst man einen der Schalter 1 bis 7, z. B.
Schalter 2, und verschiebt dann die Bürsten des Re gleis, so kann man derart die Spannung am Motor von der Spannungsstufe 2 allmählich bis zur Spannungsstufe 3 steigern, darin Schalter 3 schliessen und Schalter 2 öffnen und wieder durch Bürstenverschiebung am Regler bis zur Spannungsstufe 4 weiter schreiten und so fort. Während des Über ganges von einer Stufe am Transformator zur nächsten werden also die Bürsten B-BB verschoben und so trotz weniger Schalter unendlich viele Spannungsstufen erhalten.
Die Abb. 3 zeigt als Ausführungsbeispiel für die Einrichtung des Reglers eine ge wöhnliche Transformatorwicklung Y1; deren Windungen an einen Kollektor K angeschlos sen sind, auf dem die verschiebbaren Bürsten B-BB schleifen. Die Transformatorwicklung wird an den Punkten F-BE gespeist. Der selben Wicklung wird auch die Arbeitsspan nung abgenommen. Die Abb. 4 zeigt beispielsweise die Ver- wendLing eines ringförmigen Eisenkernes E.
Die Windungen sind zum Kollektor K ge führt, auf dem die Bürsten B und BB schleifen. Es ist nicht notwendig, einen be sonderen Kollektor anzuordnen. Man kann die Wicklung des Transformators selbst als Kollektor ausbilden, derart, dar,) die Win- dungsoberfläche der Transformatorwicklung als Bürstenschleiffläche dient, was in Abb. angedeutet ist. In ihr bedeuten wieder E den Eisenkern, IL den Kollektor, der ersicht lich einen Teil der Windung bildet, und B die Bürsten.
L ist der Leiter, der in Ver bindung mit dein Kollektor K die den Eisen kern umschliessende Windung bildet. Es ist auch nicht notwendig, dass jede Windung an eine Kollektorlamelle angeschlossen ist. Es können auch Bruchteile einer 'Windung oder auch mehrere Windungen in Reihe an eine Lamelle angeschlossen werden.
Die Abb. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel für die Anordnung der Wicklung in mehreren parallelen Kreisen. Um die Potentialdifferenz zwischen je zwei benachbarten Kollektor lamellen am ganzen Reglerumfang konstant zu halten, ist es vorteilhaft, je zwei benach barte parallele Kreise, so wie es in Abb. 4 angedeutet, mit entgegengesetztem Windungs- sinn uni den Reglereisenkern zu wickeln.
Wie aus den in die Figur eingezeichneten Strompfeilen, die dem reinen 'AIagnetisierungs- stroni bei unbelastetem Regler entsprechen, hervorgeht, hat dann der magnetische Fluss im Reglereisenkern auch am ganzen Umfang die gleiche Richtung. Sie ist durch den Pfeil angedeutet. In der Abb. 4 ist auch ange deutet, dass Punkte gleichen Potentials vor teilhaft leitend miteinander verbunden werden können durch Ausgleichsverbindungen 4.
Bei Belastung des Reglers ändern sich die Stromrichtungen in den Windungen so wie in einem belasteten Autotransformator. Die Abb. 6 zeigt die Richtung und Grösse der Ströme in den einzelnen Windungen für -den Fall, dass der Regler an den Punkten E und E, mit der Spannung e gespeist wird und dass seinen verschiebbaren Bürsten B-BB angenähert unter 45 Neigung gegen die Vertikale die Arbeitsspannung abgenommen wird, die den Fahrzeugmotor M speist und bei dieser Bürstenstellung angenähert gleich der halben Speisespannung, also gleich e,%2 ist. Ersichtlich bleibt bei Belastung so wie in jedem Autotransformator jeder parallele Kreis für sich vollständig kompensiert.
Die Abb. 7 zeigt beispielsweise die Ver wendung eines Reglers mit Bürsten B von nur<I>einer</I> Polarität. Die andere Polarität ist an Punkt L fest angeschlossen. Auf diese Weise kann die Zahl der Bürsten des Reglers vermindert werden, weil die Bürsten<I>einer</I> Polarität ganz entfallen. Um die Spannung am Regler zu wenden, ist ein besonderer Umschalter IV vorgesehen.
Die Abb. 8 zeigt beispielsweise die Ver wendung eines besonderen Hilfstransformators RT, der es ermöglicht, die Arbeitsspannung e,, des Reglers R unabhängig von der Stufen spannung e, des Transformators T zu wählen. Der Scbaltvorgang entspricht genau dem in Abb.2 beschriebenen.
Während aber dort der Regler so bemessen werden musste, dass seine Arbeitsspannung all den Bürsten B-DB der Stufenspannung des Transformators gleich war, gestattet die Zwischenschaltung des Hilfstransformators HT eine beliebige Be messung des Reglers, unabhängig voll der Stufenspannung es.
Ein anderes Anwendungsbeispiel zeigen die Abb. 9 und 10. R ist der Regler oder Transformator mit Kollektor. Er kann auf beliebige Weise, z. B. all den Punkten a, L, erregt werden. An seinen beweglichen Bürsten wird die veränderliche, z. B. zwischen (-ei) und (+ ei) wechselnde, Spannung abgenom- inen und mittelst des Hilfstransformators<I>HT</I> auf die Spannung e transformiert. <I>LT</I> ist der Leistungstransformator. SeineUnterspannungs- wicklung besteht aus den Gruppen I und Ir.
Die Spannung der Gruppe I sei gleich e, die Spannung der Gruppe Il gleich 2e. Die Gruppe I liegt mit der Unterspannungswick- lung des Hilfstransformators HT in Reihe und beide vermittelst des Umschalters U in Reihe mit der Spannung der Gruppe Il. Sind die Bürsten am Regler so eingestellt, dass sich die Spannung e des Hilfstransforma tors zur Spannung e der (-nippe I des Lei stungstransformators addiert,
dann ist die Spannung dieser ganzen Gruppe gleich 2e und kann bei geeigneter Lage des Umschal ters U der Spannung 2e der Gruppe 11 des Leistungstransformators entgegengeschaltet werden. Die Spannung am Motor Mist dann gleich Null, was seiner Anlaufstellung ent spricht. Verschiebt man die Bürsten am Regler R allmählich, dann sinkt die Span nung ei und die Spannung e am Hilfstrans formator auf Null herab. Der Spannung e der Gruppe I des Leistungstransformators ist dann keine Spannung . mehr entgegen geschaltet.
Die Spannung am Motor steigt daher auf die Differenz der Spannungen zwi- scheu den Gruppen Il und<I>I,</I> nämlich auf 2e - e ^ e. Verschiebt man die Bürsten am Regler noch weiter, so dass. seine Spannung ei und - die Spannung e am Hilfstransformator negativ wird, dann ist die Spannung der ganzen Gruppe I, weil die negative Span nung (- e) des Hilfstransformators der posi tiven Spannung (+ e) der -Gruppe I des Leistungstransformators entgegenwirkt, gleich Null.
Der Gruppe II ist also 'keine Spannung mehr entgegengeschaltet und die Spannung am Motor ist gleich der vollen Gruppen- Spannung II, also gleich 2e. In dieser.Lage kann der Umschalter U umgelegt werden, und zwar spannungs- und stromlos, weil die Spannung der Gruppe I Null geworden ist und deshalb kurzgeschlossen werden kann. Nach Umlegen des Umschalters U ist also nunmehr die ganze Gruppe I in gleichem Spannungssinn geschaltet wie die Gruppe Il. Die Spannung der Gruppe II ist aber immer noch Null.
Geht man aber durch Bürsten verschiebung mit der Spannung des Reglers allmählich wieder auf Null zurück, so steigt die Spannung der Gruppe I auf (+ e), die Spannung am Motor also auf 3e. Und wenn malt schliesslich die Bürsten am Regler so einstellt, dass sich seine Spannung zur Span nung der Gruppe I addiert, dann ist die Spannung am Motor gleich der Summe aller Spannungen, also gleich 4e.
Mit Hilfe eines einzigen Umschalters also, der spannungs- und stromlos betätigt wird, lässt sich die Spannung. des Motors M zwischen Null und 4e in unendlich vielen Stufen regeln, also mit Hilfe eines Reglers, dessen Leistung nur '/4 des vollen Regelbereichs beträgt.
Die Abb. <B>10</B> zeigt die Weiterbildung der Einrichtung mit Hilfe eines weiteren Uri schalters Ur, der die Spannung 4e, die nach der eben geschilderten Reglungsart nach Abb. 9 erhalten worden ist, einer weiteren Gruppe<I>1I1</I> des Leistungstransformittors in genau der gleichen Weise wie beschrieben zu- und gegenschaltet und die Spannung des Motors also mit Hilfe zweier Umschalter zwischen Null und 8e in unendlich vielen Stufen regelt, wobei der Regler nunmehr 1/s der vollen geregelten Leistung umfasst.
In gleicher Weise lässt sich mit Hilfe dreier Urischalter die Leistung des Reglers auf Vic und mit Hilfe von vier Umschaltern auf 1/s2 der Reglerleistung vermindern.
In obigen Ausführungsbeispielen sind Ein richtungen angedeutet, die die Leistung des Reglers auf einen Bruchteil des Regulier bereiches zu vermindern gestatten, derart, dass das Regelbereich des Reglers mit Hilfe von Schaltern oder Umschaltern an Stufen oder Gruppen der Unterspannungswicklung des Leistungstransformators weitergeschaltet wird. Trotzdem durch Bürstenverschiebung unend lich viele Stellungen des Reglers und Span nungsstufen möglich sind, so werden sich im praktischen Betrieb doch nur eine beschränkte Anzahl von Dauer- oder Ruhestellungen des Reglers herausbilden. Es ist vorteilhaft; in solchen Dauerstellungen die Reglerbürsten zu entlasten.
Das kann dadurch geschehen, dass in bestimmten Reglerstellungen besonders breite Kollektorlaniellen vorgesehen werden oder aber mehrere benachbarte Lamellen elektrisch miteinander verbunden werden. Die Bürsten, die auf diesen breiten Lamellen in ihren Dauerstellungen stehen; überdecken dann nicht mehr so viel Lamellen wie in andern Übergangsstellungen und haben eine geringere Potentialdifferenz zwischen ihren Bürsten kanten. Man kann die Lamellen natürlich so breit machen, dass durch die Bürsten über- haupt keine Windung des Reglers kurzge schlossen wird.