CH250748A - Anordnung für die automatische Feldschwächung von elektrischen Gleichstrommotoren. - Google Patents

Description

  Anordnung     für    die automatische Feldschwächung von elektrischen Gleichstrommotoren.    Für den Antrieb     elektrischer    Fahrzeuge  wird im allgemeinen .der Gleichstrom-Serie  motor verwendet. Um höhere Drehzahlen bei  einem gegebenen     Drehmoment    zu erreichen,  wird bekanntlich die Seriewicklung der Trieb  motoren geshuntet oder mit Anzapfungen  versehen. Diese Art der Drehzahlregulierung  hat aber, insbesondere bei hohem     Shuntungs-          grad    und vielen Motoren, einen bedeutenden  Aufwand an Apparaten und Widerständen  zur Folge und ist mit wesentlichen Ver  lusten     verbunden.     



  Die Erfindung bezieht sich auf eine  automatische Feldschwächung von Gleich  strom-Seriemotoren, welche von einer Strom  quelle gespeist werden, bei der mit abneh  mendem Strom die Spannung zunimmt, wobei  die erwähnten zusätzlichen     Einrichtungen     und Widerstände der bisherigen Regulierun  gen vermieden werden.

   Gemäss der Erfindung  wird dies dadurch erreicht, dass die Statoren  der Motoren ausser einer Seriewicklung eine  Regulierwicklung erhalten, welche in Ab  hängigkeit von einer     elektrischen    Betriebs  grösse der Stromquelle so reguliert wird, dass  bei     zunehmender        Spannung    oder abnehmen  dem Strom     das.        Magnetfeld    .geschwächt     wird.     



  Die Wirkungsweise dieser automatischen  Feldschwächung ist an Hand .der in Fig. 1  dargestellten     Kurven    näher     erläutert,    wobei  die     Ordinate    (Spannung, Drehzahl und Dreh  moment) sowie die Abszisse (Strom) in Pro  zenten angegeben sind,     wobei    100%     Strom          dem-        Normalstrom        .entspricht.       Die Kurve E .zeigt die- Spannung eines  Generators in Funktion des Stromes J für  eine     konstante    Antriebsleistung,

   wobei dieser  Generator 'beispielsweise die Triebmotoren  eines Fahrzeuges speist und durch einen  Dieselmotor oder eine     Gasturbine        angetrieben     wird: Der     speisende    Generator kann aber       auch    eine abfallende äussre Charakteristik       E,    haben. Die     Kurve    1 zeigt die Drehzahl  und die Kurve 2 das Drehmoment in Funk  tion des Stromes für einen- mit     konstanter     Leistung gespeisten Seriemotor.

   Wenn ange  nommen wird, dass der Generator für eine       maximale    Spannung     entsprechend    dem Punkt  X     bemessen        ist,    so wird     beispielsweise    für  ein Drehmoment     entsprechend    Punkt Y die  Drehzahl des     Motors        einen        maximalen    Wert  (Punkt Z) von ca.     200%        erreichen.    Wird  aber für dieses Drehmoment eine Drehzahl  von ca.     800%    verlangt, so     müsste    der Gene  rator entsprechend     Kurve    E statt 140% ca.

    210% Spannung (Punkt     U)        abgeben    können  und dementsprechend ca.     5i0    % grösser ge  wählt werden. Um dies zu vermeiden, kann in  bekannter Weise- die Seriewicklung so     ge-          shuntet    werden, dass Drehzahl und Dreh  moment des Motors     entsprechend    Kurve 8  bezw. 4 verlaufen. Dabei steigt entsprechend  einer Verschiebung des Drehmomentes von  Punkt<I>Y</I> auf<I>Y'</I> der Strom von     ca.        4$    % auf  ca. 72 %.

   Diese Shuntung von Seriemotoren       bedingt    aber     Starkstromschützen    und     Par-          alleIwiderstände    für die     Seriewicklung    und  hat den grossen Nachteil,     da3    bei     8huntung         in wenigen Stufen (viele Stufen fallen wegen  Starkstromapparatur ausser Betracht, da bei  12 Motoren und einer Shuntung in. 4 Stufen,  bereits 3,6 Starkstromschaltelemente erforder  lich sind) grosse     Stromstösse    auftreten und  dadurch die Antriebsmotoren der Generato  ren, also z. B. die Gasturbinen oder Diesel  rotoren, überlastet werden.

   Diese Über  lastungen können nur durch wesentliche  Komplikationen der Regulierorgane und       gleichzeitig        momentane        Leistungseinbussen     vermindert werden, was aber     keineswegs    er  wünscht ist.  



  Durch die automatische     Feldschwächung          mittels    einer Regulierwicklung gemäss der       Erfindung    ist es nunmehr ohne weiteres  möglich, ohne Schützen und zusätzliche  Widerstände automatisch für jede Spannung  am     Generator    eine ganz bestimmte Feld  schwächung zu erreichen, so dass beispiels  weise der Servofeldregler für die Regelung  des     Generators        genau    wie bei einem reinen  Seriemotor arbeitet.

   Es treten also keine       momentanen    Überlastungen für die Antriebs  maschine auf, so dass keine Hilfsmittel für       das    richtige Funktionieren des     Servofeld-          reglers    notwendig sind. Die Kurven 5 und 6  zeigen Drehzahl und Drehmomentverlauf in       Funktion    des Stromes. bei Anwendung der  neuen automatischen Regulierung, wobei so  fort     ersichtlich    ist, dass der Motor seinen  Seriecharakter beibehält und das gleiche     An-          fährdrehmoment    wie der reine Seriemotor  entwickelt.

   Gemäss Kurve 6 tritt beim Dauer  drehmoment     (100i%)    nur eine Stromüber  lastung von ca. 7 % gegenüber ca.     3,5    % ge  mäss Kurve 4 beim geshunteten Seriemotor  auf. Das Drehmoment sinkt erst wesentlich  ab, wenn die Drehzahl stark steigt, d. h. bei  grossen Lasten resp. grosser Zugkraft hat der  Motor den Verlauf des reinen Seriemotors,  um gemäss Kurve 5 bei kleinen Lasten bezw.

    kleinen Zugkräften     in    .der Drehzahl steil       anzusteigen.    Die     Feldschwächung    erfolgt also       rein        automatisch        und        ist    bei grossen Strömen  bezw. kleinen Spannungen praktisch unwirk  sam, um bei kleinen Strömen bezw. grossen Span  nungen     in        verstärktem    Masse     aufzutreten.       In Fig. 2 ist ein Ausführungsbeispiel der  Erfindung in schematischer Weise darge  stellt. Hier handelt es sich     beispielsweise    'um  ein Fahrzeug, bei dem der Hauptgenerator G  von einem Dieselmotor D angetrieben wird.

    Der Generator G liefert die Spannung für die  Triebmotoren 1G1, die je mit einer Seriewick  lung S und einer Regulierwicklung .IR ver  sehen: sind: Diese letztere liegt an den Klem  men des Hauptgenerators G und eines Hilfs  generators H. Der Hauptgenerator G ist mit  seiner veränderlichen Spannung dem Hilfs  generator H mit seiner konstanten Spannung  entgegengeschaltet. Wenn nun .der Haupt  generator G nicht erregt ist, d. h. die Motoren  M keine Spannung haben, so     :liegen    die Regu  lierwicklungen ZR der Motoren an der Hilfs  generatorspannung und unterstützen dabei  die Seriewicklungen der Motoren.

   Steigt die  G eneratorspannung auf die gleiche Spannung  wie diejenige     des        Hilfsgenerators,    so     fliesst    in  der Regulierwicklung kein Strom und das       Motorfeld    wird dadurch entsprechend     ge-          schwächt.    Bei weiterem Anstieg der Haupt  generatorspannung kehrt der     .Strom    in der       Regulierwicklung        R    um, und es     wird    dadurch  das Motorfeld weiter geschwächt.

   Es kann  natürlich das .Spannungsverhältnis von  Haupt- und Hilfsgenerator so     gewählt    wer  den, dass der Strom in der Regulierwicklung  R nicht umkehrt. Dies ergibt aber einen  Motor mit schwächerer Seriewicklung und  bedeutend grösserer Regulierwicklung. Dabei  steigt der Anteil der Fremderregung, welche  mit der Generatorspannung ändert, auf bei  spielsweise 60 % , so dass für die Seriewick  lung nur noch 40% Amperewindungen übrig  bleiben.

   Wenn aber die Hauptgeneratorspan  nung grösser als die Hilfsgeneratorspannung  gewählt wird, so kann bei der     Fel-dschwä-          chung    .gemäss Kurve 5     (Fig.    1) der Anteil. der       Seriewicklung    verdoppelt, d. h.     mit        8,0%    ge  wählt werden.

   Die Regulierwicklung benötigt  dabei für die gleiche Feldschwächung nur  20 ,wo     Amperewindungen.       Die     Regulierwicklungen        .ZR    können auf  einen oder mehrere Pole     verteilt    sein, oder es      kann auch     mindestens    ein Pol vorhanden  sein, der nur die     Regulierwicklung    trägt.  



  Die Fig. 3 zeigt eine weitere Anordnung  gemäss der Erfindung, bei der in Reihe mit  dem Hilfsgenerator H noch eine     Regulier-          maschine    F     geschaltet    ist. Diese Maschine F  ist     mittels,    der Erregerwicklung N mit der  veränderlichen Spannung des     Hauptgenera-          tors    G erregt und dem Hilfsgenerator H ent  gegengeschaltet.

   Dadurch, dass die Regulier  wicklung R an den Klemmen des     Hilfsgene-          rators    H und der Maschine F liegt, wirkt die       Regulierwicklung    R bei     kleiner    Generator  spannung im gleichen Sinne wie     die    Serie  wicklung     S    des Triebmotors. Mit     steigender     Generatorspannung kehrt der Strom in der       Regulierwicklung    allmählich um und wirkt  somit der Seriewicklung S entgegen, so dass  eine Feldschwächung des Motors erfolgt.

   Die       Maschine    F kann entweder nur mit einer       Fremderregung    oder auch noch     zusätzlich     mit einer Eigenerregung     versehen    sein.  



  Indem der Strom mit der Spannung  ändert, wie z. B. die Kurve E (Fig. 1) zeigt,  kann natürlich auch in Funktion des Stromes       geregelt.    werden. Indem die Spannung zum  Teil auch von der     Kontrollerstellung    des  Fahrzeuges abhängig ist, kann die Wirkung  der Regulierwicklung auch mit der Kontrol  lerstellung des Fahrzeuges beeinflusst werden.       In    solchen Fällen, wo die Regulierwicklung  gleichzeitig mit der Drehzahl oder Füllung  des Dieselmotors beeinflusst wird, ist der  Feldschwächungsgrad nicht mehr von der  Fahrzeuggeschwindigkeü allein abhängig.

    Wenn     aber    die Erregung der Regulierwick  lung von der Generatorspannung oder dessen  Strom     abhängig        gemacht    wird, so ergibt sich  auf jeder Kontrollerstufe, d. .h. unabhängig  von der Gasturbinen- oder Dieselmotordreh  zahl bei grosser Zugkraft praktisch keine und  bei kleiner     Zugkraft    eine sehr starke Feld  schwächung. Auch kann die Regulierwick  lung nach Belieben, z.

   B. bei kleinen Fahr  geschwindigkeiten an die konstante Hilfs  generatorspannung angeschlossen bleiben,  d. h. die     Feldschwächung    kann zu einem be  liebigen     Zeitpunkt        eingeleitet        werden,    bei-    spielsweise durch den Kontroller oder mittels  eines Schalters P (Fig. 3). Ebensogut kann  der Grad .der Feldschwächung verändert wer  den,     beispielsweise    durch verschiedene Ab  griffe der Generatorspannung am: Parallel  widerstand L (Fig. 2) bezw. am Widerstand  K (Fig. 3), oder durch Veränderung der  Erregung des Hilfsgenerators.  



  Obwohl die     'beschriebenen    Ausführungs  beispiele sich auf Fahrzeuge beziehen, bei  denen der Generator für die Speisung der       Triebmotoren    von einem     Dieselmotor    oder  einer     Gasturbine        angetrieben    wird, ist die Er  findung     keineswegs    auf Fahrzeuge     be-          schränkt.    Sie kann ebensogut für     Antriebe     von Kranen, Winden, Spillen, usw. angewen  det werden, wobei die durch automatische       Feldschwächung    geregelten Motoren von  einem Netz aus gespeist werden, 'bei     welchem     die Spannung mit dem Strom ändert.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH: Anordnung für die automatische Feld s,ehwächung von elektrischen Gleichstrom motoren, welche von einer Stromquelle ge speist werden, bei der mit abnehmendem Strom die Spannung steigt, dadurch gekenn zeichnet, dass die Statoren ausser mit einer Seriewicklung auch mit einer Regulierwick lung versehen sind, deren Erregung in Ab hängigkeit von einer elektrischen. Betriebs grösse der Stromquelle so reguliert wird,

   dass bei zunehmender Spannung oder abnehmen dem Strom das Motorfeld automatisch ge schwächt wird. <B>UNTERANSPRÜCHE:</B> 1. Anordnung nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass die Regulierwick lung an der Spannung eines den Motor spei senden Hauptgenerators und eines Hilfsgene- ratovs liegt, wobei mindestens ein Teil der Hauptgeneratarspannung derjenigen des Hilfegenerators entgegengeschaltet ist. 2.

   Anordnung nach Unteranspruch 1, da durch gekennzeichnet, dass die Grösse der Feldschwächung durch verschiedenen Span- nungsabgriff an der Hauptgeneratorspannung eingestellt wird. - 3. Anordnung nach Patentanspruch, da- .durch gekennzeichnet, dass die Regulierwick lung an der Spannung eines Hilfsgenerators und einer mit diesem in Reihe geschalteten Reguliermaschine liegt, wobei die Spannung des Hilfsgenerators derjenigen der Regulier- maschine entgegenwirkt und die Regulier maschine von,

   einem die Motoren speisenden Hauptgenerator aus so erregt wird, dass die Spannung der Reguliermaschine zwischen Null und einem höheren Wert als demjenigen der Hilfsgeneratorspannung liegt. 4. Anordnung nach Unteranspruch 3, da da durch gekennzeichnet, dass die Spannung der Reguliermaschine kleiner als die Hilfsgene ratorspannung ist. 5. Anordnung nach Unteranspruoh 1 und 3, dadurch -.gekennzeichnet, dass die Grösse der Motorfeldschwächung durch die Erre gungseinstellung des Hilfsgenerators einge stellt wird. ö.

   Anordnung nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass der Einfluss der Regulierwicklung durch die Drehzahleinstel lung der Antriebsmaschine des Hauptgene- rators gesteuert wird. 7. Anordnung nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass die Spannung eines die Motoren speisenden Hauptgenerators der Regulierwicklung nur bei grösseren Geschwin digkeiten entgegengeschaltet wird, und zwar in Abhängigkeit der Kontrollerstellung. B.

   Anordnung nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass die Spannung eines die Motoren speisenden Hauptgenerators der Regulierwicklung nur bei grösseren Ge schwindigkeiten entgegengeschaltet wird, und zwar in Abhängigkeit der Hauptgenerator spannung. 9. Anordnung nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass die Regulierwick- luyg auf mindestens einem Pol angebracht ist. 10: Anordnung nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass die Motoren min destens einen Pol aufweisen, der nur .die Re gulierwicklung trägt.