Vorrichtung zur Überwachung der Erregung von Gleichstrommotoren Die vorliegende Erfindung hat eine Vorrichtung zur Überwachung der Erregung von Gleichstrommo toren zum Gegenstand, welche insbesondere für Neben- sohlussmotoren geeignet ist, aber z. B. auch für Moto ren Verwendung findet, deren Läufer und zumindest ein Teil des Feldsystems in Serie geschaltet sind.
Wenn man. einen Nebenschlussmotor an ein G1eich- spannungsnetzanschliesst, so wird bekanntlich bei jeder Veränderung dieser Spannung eine überaus wichtige Veränderung im Läuferstrom herbeigeführt. Ganz be sonders kann eine besonders heftige Spannungserhö hung einen Funken am Kollektor der Maschine aus lösen.
Diese Erscheinung ist dem Umstand zuzu schreiben, dass die Zeitkonstante des Primärstrom kreises wesentlich grösser ist als diejenige des Läufer kreises, da der Induktionsstrom und zugleich die gegen elektromotorische Kraft des Läufers sich nicht schnell genug ändern, um sich der Erhöhung des Läuferstro mes entgegenzusetzen.
Bei elektrischem Traktionsbetrieb, ganz besonders mit Gleichspannung, hat diese Art von Motor keine Verwendung gefunden, weil die Spannung auf dem Fahrdraht sich plötzlich ändern kann. Als Behelf hat man daher trotz einiger Unzulänglichkeiten zu Moto ren mit Hauptstromerregung gegriffen.
Der Nebenschlussmotor bietet jedoch Vorteile, de ren wichtigste die folgenden sind: Gute Geschwindig keitsstabilität in Funktion des Drehmomentes und sehr einfadhe Veränderung des Erregerstromes, um hohe Drehzahlen zu erzielen, was beim Traktionsbetrieb zweifellos von Interesse ist.
Nun, die Entwicklung der Elektronik gibt Anlass, dieses Problem neu aufzugreifen, besonders im Falle des Traktionsbetriebes mit gleichgerichtetem Ein- phasenstrom, aber auch dann, wenn der Fahrdraht mit Gleichstrom gespeist wird.
In der Tat kann die Speisung der Motorerregung, vorausgesetzt, dass sie getrennt ist, sehr leicht, mittels Verstärker, von denen heute verschiedene Typen vor handen sind, überwacht werden. Die Zeitkonstante des Primärkreises kann verändert werden, damit die Überstromstärken, welche bei Überspannungen in Er scheinung treten, vom Kollektor aufgenommen werden können.
Die Vorrichtung zur kontrollierten Erregung, die Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist, geht aus diesen Betrachtungen hervor, und bringt die Verbin dung eines Verstärkers, der auf die Erregerwicklung einwirkt und aus einer Wechselstromquelle gespeist wird, mit einem Stromkreis, dessen Entlade-Zeitkon- stante um ein Vielfaches grösser als dessen Lade- Zeitkonstante ist, und der mit den Anschlussklemmen dieses Verstärkers verbunden ist.
Dieser Stromkreis besteht vorteil'hafterweise aus einem Widerstand, der durch eine Kapazität geshuntet ist, wobei dieser Strom kreis mit den Steuerklemmen 8, 9 des Verstärkers ver bunden ist, sowie aus einem weiteren Widerstand, der zwischen einer Ausgangsklemme des Verstärkers und der Erregerwicklung eingebaut ist, wobei diese beiden Widerstände in Gegenschaltung verbunden sind, so dass die Spannungen an ihren Klemmen strommässig gegenläufig sind.
Auf diese Weise wird die Zeitkonstante des Pri- märstromkreises des Motors verringert, sobald eine Erhöhung der Betriebsspannung des Verstärkers ein tritt und möglicherweise erhöht, wenn im Gegenteil eine Verminderung dieser Spannung vorliegt.
Besonders bei elektrischem Traktionsbetrieb kann die Steuerspannung vom Fahrdraht bezogen werden; wenn diese aus Wechselstrom besteht, so wird die Spannung durch einen geeigneten Gleichrichter gleich gerichtet, ebenso wie die Spannung, die den Motor speist.
Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbei spielen erläutert. Fig. 1 zeigt eine der möglichen Ver- wirklichungen der Erfindung.
Fig. 2 zeigt den Fall von zwei Motoren, die parallel funktionieren.
Fig. 3 ist eine Variante der Fig. 2.
Fig. 4 zeigt eine Variante der Erfindung, die bei einem Motor Anwendung findet, dessen Läufer und Erregerwicklung in Serie geschaltet sind.
In der Fig. 1 ist 1 ein Verstärker irgendwelchen Types (Thyratron mit warmer Kathode, mit kalter Kathode oder mit Kristall Transistor oder magneti scher Verstärker usw.). Er wird an den Klemmen 2, 3 mit Wechselstrom gespeist.
Dieser Strom muss durch die Fahrleitung, wenn diese mit Einphasenstrom gespeist wird, oder durch eine getrennte, auf dem Motorwagen eingebaute Stromquelle, wenn die Fahrleitung mit Gleichstrom gespeist wird, geliefert werden.
Der Verstärker 1 gibt an seinen Ausgangsklemmen 5 und 6 einen Gleichstrom ab, an welchem der Primär- stromkreis des Motors 4 (dessen Läufer nicht gezeich net ist) angeschlossen ist. Ein Widerstand 7 ist mit dem Primärstromkreis in Serie geschaltet.
Der Verstärker 1 wird durch eine an die Klemmen 8 und 9 angelegte Gleichspannung gesteuert, so dass die Gleichspannung an den Klemmen 5 und 6 in einem wesentlichen Gleichheitsgrad mit der auf die Klemmen 8 und 9 wirkende Steuerspannung steht.
In der Figur wurde vorausgesetzt, dass des Fahrdraht mit Strom versorgt und dass die Spannung zwischen Fahrdraht und Erde auf die Klemmen 2 und 3 des Verstärkers angelegt wird, wobei diese Spannung auch die Steuer gleichspannung liefert, die unter Inanspruchnahme eines Trafos 14, einer Gleichrichterdiode 13 und eines regelbaren Widerstandes 10, der durch einen Konden sator 12 geshuntet ist,
auf die Klemmen 8 und 9 geleitet wird. Der Ausgang 5 und 6 des Verstärkers kann eine bedeutende Leistung abgeben, während der Eingang 8 und 9 eine sehr kleine verlangt.
Die zwischen den Widerständen 7 und 10 zu be achtende Polarität ist sehr wichtig. Diese Polarität ist auf der Zeichnung versinnbildlicht. Die Konzeption dieser Widerstände beruht auf strommässig gegenläufi gem Aufbau. Man kann mathematisch nachweisen und durch Versuche bestätigen,
dass bei einem sol chen Aufbau die scheinbare Zeitkonstante des Primär- stromkreises um soviel kleiner ist, als der Faktor der spannungsmässigen Verstärkung des Verstärkers 1 und der Widerstand 7 selber grösser sind. Bei dieser Sach lage wird die Zeitkonstante der Schaltungselemente 10, 12 im gegenteiligen Fall ziemlich hoch sein.
Man kann also erreichen, dass sich das System ziemlich schnell auflädt, und da als Transformator 14 ein solcher mit geringer Streuung in Frage kommt, verläuft die Ent- Ladung langsam. Der Widerstand 10 muss so geregelt werden, dass die Erregung des Motors bei hohen Drehzahlen klein bleibt, bei kleineren Drehzahlen da gegen sehr gross wird.
Schlussendlich wird, wenn sich bei einphasigem Traktionsbetrieb an den Anschlussklemmen 2, 3 die Spannung erhöht, der Erregerstrom sehr rasch zu nehmen. Im Gegensatz dazu wird sich bei einer Re duktion dieser Spannung der Erregerstrom aufgrund der vorhandenen Schaltungselemente 10, 12 nur lang sam verringern. Der Strom im Anker des Motors wird also zu keinem Zeitpunkt einen übermässig hohen Wert annehmen.
Bei Verwendung solcher Motoren mit überwachter Erregung im Traktionsbetrieb, kann der Parallelbetrieb mehrerer Motoren wegen der Ungleichheit dein Anker ströme nachteilige Folgen haben. Die Anker sind me chanisch bei gleicher Last gekuppelt, aber da sich die Radkränze des Fahrzeuges abbrauchen und die Durch messer sich verändern, sind die Räderpaare und die absorbierten Ströme nicht mehr identisch.
Es ist sehr leicht, dieses Gleichgewicht .durch Hand habung der Erregung wieder herzustellen. Die Fig. 2 zeigt den Fall, wo ein einziger Verstärker 1 die Erre gerkreise 4 und 4' zweier Motoren speist. Ein Aus gleichswiderstand 16 ist zwischen den beiden Erreger kreisen eingeschaltet (angeschlossen).
Er darf nur im Verhältnis der Ausnutzung der Räderlaufflächen oder eventueller Ungleichheiten in der Motorkonstruktion abgeglichen werden.
Die Figur 3 bezieht sich auf den Fall, wo man z. B. zwei getrennte Verstärker anwendet, von denen ein jeder einen der beiden Motoren auf die Erregerströme prüft. In diesem Fall liegt der Ausgleichswiderstand 17 zwischen den Widerständen 10 und 10' von denen jeder mit einem hier nicht dargestellten Verstärker verbunden ist. Sie arbeiten genau so wie der in Fig. 1 dargestellte Widerstand 10.
In Fig. 4 ist der Anker durch 18 versinnbildlicht und in Reihe geschaltet mit der Erregerwicklung 19 im Hauptschluss. Die Durchgangsrichtung des Stromes (gleichgerichteter Wechselstrom oder direkter Gleich strom) wird durch den Pfeil 20 angezeigt, und ist sehr wichtig. Der Ausgangskreis des Verstärkers 1, der wie früher gezeigt, durch eine nicht dargestellte Wechsel- stromquelle gespeist wird, ist im Nebenschluss mit der Wicklung 19 verbunden,
und der Widerstand der Gegenreaktion liegt bei 7.
Der Verstärker liefert den nötigen Zusatzstrom, damit, nachdem er dem Ankerstrom beigefügt worden ist, der Spannungsabfall im Widerstand 7 mit der Steuerspannung an den Klemmen des Widerstandes 10 gleichwertig sei. Die Steuerspannung kann gemäss der Veranschaulichung in der Fig. 1 erreicht werden.
Die Polarität am Ausgang des Verstärkers 1 muss beachtet werden, und es ist selbstverständlich, dass der Verstärker selbst vom Typ eines Magnet-, Thyra- tron- oder Kristallverstärkers sein muss, da alle diese Organe sich beim Durchfluss das Induktionsstromes in dem Verstärker entgegenstehen. Wenn anstelle einer einzigen Induktionswicklung 19 es vorteilhaft wäre, getrennte Stromkreise zu be nützen, so würde damit an der Erfindung nichts ge ändert.
Das Ganze hätte dann zwei strommässig ge genläufige Widerstände, deren Werte abhängig wären von der Windungszahl einer jeden Wicklung.