Schalt-Verfahren um zwei Gruppen von mindestens je einem Einphasenwechselstrom- kommutatormotor auf ein Einphasennetz zuriickarbeiten zu lassen. Es gibt bekanntlich verschiedene Mittel, um Einphasenwechselstrom-Kommutatormoto- ren als Generatoren arbeiten zu lassen. Anlass zu dieser Art Stromerzeugung gab der Wunsch, die bei Einphasenwechselstrombahnbetrieb für Bergfahrten aufgewendete Energie wenigstens teilweise beiden Talfahrten zurückzugewinnen.
Ausser dem nicht unbeträchtlichen Energie gewinn bedeutet der bei elektrischer Brem sung vermeidbare Verschleiss der Bremsbacken und Radbandagen eine grosse Ersparnis.
Leider haben gerade diejenigen der be kannten Schaltungen, die sich sonst durch grosse Einfachheit und Betriebssicherheit aus zeichnen, den Nachteil, dass die zurückarbei tenden Motoren einen im Verhältnis zu ihrer abgegebenen elektrischen Leistung bedeuten den wattlosen Strom aufnehmen.
Die nachfolgend beschriebene Schaltungs art besitzt die Möglichkeit, den Leistungs faktor in einem weiten Greschwindigkeits- bereiche nahe bei 1 zu erhalten. Grundsätz- lieh gestattet diese Schaltung sogar, dem Netze wattlose Leistung zuzuführen.
Fig. 1 der beiliegenden Zeichnung zeigt eine beispielsweise Anwendung des den Gegen stand der vorliegenden Erfindung bildenden Verfahrens für einen Sonderfall der neuen Schaltung mit nur zwei Motoren und beson derer Drosselspule. 1 bezw. 2 stellen die pri märe bezw. sekundäre Wicklung des Stufen transformators dar.
Die Anker der Motoren <I>I</I> und 1I sind mit der Drosselspule 6 in Serie an die. sekundäre Wicklung 2 des Transfor mators angeschlossen. -1 bezw. 5 stellen die Kompensation-,- und Wendepolwicklungen dar. Motor I wird vom Stufentransformator aii den gesonderten Anzapfungen 3 in der Feld wicklung 7 erregt, während Motor I das Feld von Motor 1I durch den Hilfstransformator 9 in der Wicklung 8 erzeugt.
Wird für den Generatorbetrieb bei still stehenden Motoren der Transformator ans Netz geschaltet, so wird der Motorenstromkreis einen der Klemmspannung E,; um annähernd 90 nacheilenden Strom.4 aufnehmen (Fig. 2). Seine Stärke richtet sich nach der Höhe der Stufenspannung E t; und nach dem gesamten Inpedanzw ert des Hauptstromkreises.
Einen der Phase von J, nach fast genau gleichgerichteten Strom h wird die Erreger spule 7 aufnehmen, wodurch Feld- und Anker strom von Klotor I in Phase kommen, so dass derselbe schon im Stillstand ein Drelnnoment ausübt, während Motor II noch kein nennens wertes Feld besitzt.
Werden beide Maschinen angetrieben, so entsteht vorerst erst in I eine Drehungs- Ei,HK Ei. Diese ist mit dem Erregerstrom ii in Phase und erzeugt durch den Hilfstrans former 9 in der Erregerwicklung 8 einen der Drehungsspannung E4 um zirka 90 nacheilen dem Strom i_, so dass im Motor IZ eine Drehungs- EUIK E:
, hervorgerufen wird, die wiederum mit der Netzspannung Ei ungefähr phasengleich ist. Man erkennt unschwer, dass für eine be stimmte Einstellung am Stufentransformator und bei konstanter Netzspannung Ei die Dre hungsspannung E4 linear, hingegen Drehungs spannung EL'; quadratisch mit der Drehzahl ansteigt, so dass sich die Spitze des resul tierenden Spannungsvektors I';
auf einer Pa rabel bewegt. Die Differenzspannung L\6 zwi schen Ei und Ei + .E, wird von den Impe danzen des Hauptstromkreises aufgenommen, die ihrerseits die Grösse des abgegebenen Stromes J bestimmen. Folgende mathema tische Untersuchung der Arbeitsweise zeigt, dar) bei einer beliebigen aber festen Einstel lurig die in das Netz abgegebene Leistung proportional der Drehzahl ansteigt, das Brems drehmoment des Aggregats somit ein gleich bleibendes ist.
Die ins Netz gelieferte Leistung ist L=J#Eicos9=n#D,wenn n=Dreh- zahl, D --- Drehmoment (des Aggregats); fer ner ist J=konst. Es, daher L = konst. <I>Ei</I> Es cos 59 = konst. Ei - E4 (siehe A Ei <I>Es</I> E7);
für eine bestimmte Schal <B>tung ist</B> Ei = konst. E4 = konst. n zu setzen; daher <I>L =</I> konst. r2 <I>=</I> -ra <I>D, D</I> = konst. zvzbav. Ganz streng genommen wird das Dreh moment D jedoch mit zunehmender Drehzahl etwas ansteigen, was für die Stabilität des Systems von Vorteil ist.
Das Bremsdrehmoment wächst iiriear mit der Stufenspannung Ei am Transformator und dem Erregerstrom ii, ist jedoch unabhängig von der Erregung i.. Es steigt mit dem Qua drat der Netzspannung und ist umgekehrt proportional der Periodenzahl.
Das Anwachsen der Drehungs-EMK E., mit zunehmender Tourenzahl bewirkt die Ver besserung des cos y^, der den Wert 1 erreicht, sobald die h,eaktanzspannung E#,; der Trans- formator-Eillh Ei um 90 nacheilt.
Eine weitere Zunahme der Tourenzahl setzt das System in den Stand, wattlosen Strom an das Netz abgeben zu können. die Motoren arbeiten auf diese 'eise als Phasenkompen- satoren.
Man erkennt unschwer, dass der cos um so rascher ansteigt, je grösser die Drehungs- TiJIK Er, und je kleiner die angezapfte Trans formatorenspannung Ei ist. Es wird also zum Beispiel die Bremsung von Eiserii-),iliriziigen auf langen Talfahrten unter verhältnismüssig kleinen Bremsmomenten mit sehr gutem cos c:- vor sich gehen.
Nach dieser Schaltung ist es ohne weiteres möglich, den Zug bis zurr voll ständigen Stillstand elektrisch abzubremsen.
Die hier beschriebene Schaltungsart lässt sich für den praktischen Betrieb noch ver einfachen, indem die Erregung ii in bekannter Weise in den Nebenschluss der beiden Motoren gelegt wird (Fig. 3); doch müssen dann die Feldspulen unterteilt und umschaltbar ge macht werden, damit sie nicht zu viel Strom aufnehmen.
Durch ähnliche Unterteilung und Umschaltung. insbesondere bei mehr als zwei Motoren, kann auch der Hilfstransformator 9 der Fig. 1 als Autotransformator gebaut wer den oder auch ganz in Wegfall kommen.
Günstiger als die Schaltung mit zwei Motoren gestaltet sich zum Beispiel diejenige mit vier Motoren. So sind die Motoren 1 und 2 der ersten Gruppe in Fig. 3 parallel, diejenigen der zweiten Gruppe, 3 und 4, auch unter .ich in Serie geschaltet.
Hierdurch werden erstens die Motoren 1 und 2, welche ausser dem Hauptstrom<I>.T</I> noeh die Erregung i2 der Motoren 3 und 4 tragen müssen, entlastet; zweitens wird die Differenzspannung T,s zwi schen der Ti- < rrrsforrnator-EbIK Fr und der Drehungs-E3IK Ei und<B>E."</B> verliältrrisnräf, ig kleiner als bei der Schaltung nach Fig. 1, so clalss die Reaktanz des Hauptstromkreises sehr stark vermindert werden darf,
wodurch allen falls eine besondere Drosselspule in Wegfall kommen kann.
Sollte die Differenzspannung Es dennoch zu gross sein, so kann unter Anwendung be sonderer Hilfstransformatoren 10 die Dre hungsspannung der einen oder andern 3lo- toren in passender Weise nach rückwärts verdreht werden, wie im folgenden anhand der Fig. 3 bis 5 erläutert ist.
Da die verschiedenen Stromkreise sich gegenseitig stark beeinflussen, gehen wir am besten davon aus., dass wir die Erregerströme in i und 8, sowie in 5 und 6 als bekannt voraussetzen. Diese erzeugen im Hilfstrans formator 9, 10 die Felder (P 9 und (P 10, die zusammen 0" ergeben, welches Feld sowohl in der Spule 9, als auch in der Spule 10 eine EMK <I>9</I> beziehungsweise 10 entwickelt (Feg. 3 und 5).
Die Zusammensetzung aller Spannungsvektoren in Fig. 4 zeigt, dass die gemachte Annahme über die vektorielle Lage der beiden Erregerströme richtig war, und eine gegenseitige Verdrehung derselben erfolgt, wodurch die Rotationsspannungen 1, 2, 3 und 4 (Fig.4) so verdreht werden, dass die vom Hauptstrom J erzeugte Impedanzspannung e so klein wird, dass eine besondere "Brems drosselspule" in Wegfall kommen kann.
Diese Art Bremsung darf natürlich nur von der ersten Stufe des Transformators aus eingeleitet werden. Sollte dennoch die Im pedanz aller Motoren zu klein sein, so müsste sie künstlich erhöht werden. zum Beispiel durch Verändern der Kompensationswicklung, so weit die Wendepole dies gestatten.
Switching process to allow two groups of at least one single-phase AC commutator motor each to work back on a single-phase network. As is known, there are various means of making single-phase alternating current commutator motors work as generators. The reason for this type of power generation was the desire to at least partially recover the energy used for single-phase AC rail operation for uphill travel on both downhill journeys.
In addition to the not inconsiderable energy gain, the avoidable wear of the brake shoes and wheel bandages with electrical braking means great savings.
Unfortunately, those of the known circuits, which are otherwise characterized by great simplicity and operational reliability, have the disadvantage that the backworking motors consume a wattless current in relation to their electrical power output.
The type of circuit described below has the option of maintaining the power factor in a wide speed range close to 1. In principle, this circuit even allows wattless power to be supplied to the network.
Fig. 1 of the accompanying drawings shows an example application of the subject matter of the present invention forming method for a special case of the new circuit with only two motors and special inductor. 1 resp. 2 represent the primary resp. secondary winding of the step transformer.
The armatures of motors <I> I </I> and 1I are connected in series with the choke coil 6 to the. secondary winding 2 of the transformer connected. -1 or 5 represent the compensation -, - and reversing pole windings. Motor I is excited by the step transformer aii the separate taps 3 in the field winding 7, while motor I generates the field of motor 1I through the auxiliary transformer 9 in the winding 8.
If the transformer is connected to the mains for generator operation when the motors are at a standstill, the motor circuit becomes one of the terminal voltage E ,; take up about 90 lagging Strom.4 (Fig. 2). Its strength depends on the level of the step voltage E t; and according to the total impedance value of the main circuit.
One of the phase of J, after almost exactly rectified current h, the exciter coil 7 will pick up, whereby the field and armature current from Klotor I come into phase, so that the same exerts a torque even at standstill, while motor II does not yet have a significant field owns.
If both machines are driven, a rotation Ei, HK Ei is initially created in I. This is in phase with the excitation current ii and generates, through the auxiliary transformer 9 in the excitation winding 8, one of the rotation voltage E4 lagging the current i_ by about 90, so that a rotation EUIK E:
, which in turn is approximately in phase with the line voltage Ei. It is easy to see that for a certain setting on the step transformer and with a constant line voltage Ei, the rotation voltage E4 is linear, whereas the rotation voltage EL '; increases quadratically with the speed, so that the peak of the resulting voltage vector I ';
moved on a parable. The difference voltage L \ 6 between Ei and Ei + .E is absorbed by the impedances of the main circuit, which in turn determine the size of the current J output. The following mathematical investigation of the mode of operation shows that, with any fixed setting, the power delivered to the network increases proportionally to the speed, so the braking torque of the unit remains constant.
The power delivered to the network is L = J # Eicos9 = n # D, if n = speed, D --- torque (of the unit); Furthermore, J = const. Es, hence L = const. <I> Ei </I> Es cos 59 = const. Ei - E4 (see A Ei <I> Es </I> E7);
for a certain circuit, Ei = const. E4 = const. n is to be set; therefore <I> L = </I> const. r2 <I> = </I> -ra <I> D, D </I> = const. zvzbav. Strictly speaking, however, the torque D will increase somewhat with increasing speed, which is advantageous for the stability of the system.
The braking torque increases iiriear with the step voltage Ei on the transformer and the excitation current ii, but is independent of the excitation i .. It increases with the square of the mains voltage and is inversely proportional to the number of periods.
The increase in the rotation EMF E., with increasing number of revolutions, causes the improvement of the cos y ^, which reaches the value 1 as soon as the reactance voltage E # ,; the transformer Eillh Ei lags behind by 90.
A further increase in the number of tours enables the system to be able to supply wattless electricity to the grid. In this way, the motors work as phase compensators.
It is easy to see that the cos increases the faster the greater the rotation TiJIK Er and the smaller the tapped transformer voltage Ei. Thus, for example, the braking of Eiserii -), iliriziigen on long descents with relatively small braking torques with very good cos c: - will take place.
After this circuit, it is easily possible to brake the train electrically until it comes to a complete standstill.
The type of circuit described here can still be simplified for practical operation by placing the excitation ii in the known manner in the shunt of the two motors (FIG. 3); but then the field coils must be subdivided and made switchable so that they do not consume too much current.
By similar subdivision and switching. in particular with more than two motors, the auxiliary transformer 9 of FIG. 1 can also be built as an autotransformer who or even completely eliminated.
For example, the circuit with four motors is cheaper than the circuit with two motors. Motors 1 and 2 of the first group in FIG. 3 are parallel, those of the second group, 3 and 4, also connected in series under.
This firstly relieves the load on motors 1 and 2, which apart from the main current <I> .T </I> still have to carry the excitation i2 of motors 3 and 4; Second, the differential voltage T, s between the Ti- <rrrsforrnator-EbIK Fr and the rotation E3IK Ei and <B> E. "</B> Verliältrrisnräf, ig is smaller than in the circuit according to FIG The reactance of the main circuit may be reduced very significantly,
whereby a special choke coil can be omitted.
If the differential voltage Es should nevertheless be too large, the rotational voltage of one or the other 3lo- tor can be rotated backwards in a suitable manner using special auxiliary transformers 10, as is explained below with reference to FIGS.
Since the various circuits have a strong influence on each other, it is best to assume that the excitation currents in i and 8 as well as in 5 and 6 are known. In the auxiliary transformer 9, 10 these generate the fields (P 9 and (P 10, which together result in 0 ", which field both in the coil 9 and in the coil 10 an EMF 9 and 10, respectively) developed (Feg. 3 and 5).
The composition of all voltage vectors in Fig. 4 shows that the assumption made about the vectorial position of the two excitation currents was correct, and a mutual rotation of these occurs, whereby the rotational voltages 1, 2, 3 and 4 (Fig. 4) are so rotated, that the impedance voltage e generated by the main current J is so small that a special "brake throttle coil" can be omitted.
This type of braking may of course only be initiated from the first stage of the transformer. However, if the impedance of all motors is too small, it would have to be artificially increased. for example by changing the compensation winding as far as the reversing poles allow.