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Anordnung zur Speisung mehrerer Gleichstrom-Reihenschluß-Fahrmotoren
eines elektrischen Triebfahrzeuges aus einer Wechselstrom-Fahrleitung Zur Speisung
der Gleichstrom-Reihenschluß-Fahrmotoren eines elektrischen Triebfahrzeuges aus
einer Wechselstrom-Fahrleitung ist eine Schaltungsanordnung bekannt, bei der die
Anker der zueinander parallelarbeitenden Gleichstrom-Fahrmotoren über, den einzelnen
Motoren zugeordnete Gleichrichter gespeist werden; in die einzelnen Wechselstrom-Parallelstromzweige
sind Stromwandler eingeschaltet, die die zu-Crehörigen Erregerwicklungen der Gleichstrom-Fahrmotoren
über Hilfsgleichrichter mit einem dem Ankerstrom verhältnisgleichen Strom speisen.
Diese SchaItungsanordnung ermöglicht ein einwandfreies Parallelarbeiten mehrerer
Gleichstrom-Fahrmotoren eines Triebfahrzeuges, ohne daß das spei,sende Wechselstromnetz
mit Oberwellen verseucht wird. Gleichzeitig ergibt sich eine einwandfreie Stromwendung
der Gleichstrom-Fahrmotoren, da ihren Erregerwicklungen ein geglätteter Erregerstrom
zugeführt wird, der keine transformatorische EMK in den kommutierenden An#kerspulen
erzeugt. Nachteilig ist bei dieser bekannten Anordnung jedoch, daß die Gleichstrom-Fahrmotoren
ein reines Reihenschlußverhalten zeigen, was sich insbesondere beim Bremsen störend
bemerkbar macht, da dann eine Gittersteuerung der die Fahrmotoren speisenden Gleichrichter
notwendig wird und überdies ihre Anschlüsse an den Ankerstromkreis der Motoren vertauscht
werden müssen.
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Durch die Erfindung wird eine solche Anordnung, bei der die Anker
der Gleichstroni-Reihenschluß-Fahrmotoren eines aus einer Wechselstrom-Fahrleitung
gespeisten elektrischen Triebfahrzeuges über den einzelnen Motoren zugeordnete Gleichrichter,
vorzugsweise mit Hilfe eines gemeinsamen Regeltransformators, gespeist werden und
bei der in die einzelnen Wechselstrom-Parallelstromzweige die Erregerwicklungen
der Gleichstrom-Fahrmotoren über Hilfsgleichrichter mit einem dem Ankerstrom der
Fahrmotoren verhältnisgleichen Strom speisende, vorzugsweise regelbare Stromwandler
eingeschaltet sind, verbessert. Nach der Erfindung wird nämlich den Erregerwicklungen
zusätzlich ein von der Belastung der Gleichstrorn-Fahrmotoren unabhängiger Erregerstromanteil
oder eine lastunabhängige einstellbare Spannung zugeführt. Auf diese Weise kann
das Verhalten der Gleichstrom-Fahrmotoren jederzeit bequem den verschiedenen Betriebsbedürfnissen
angepaßt werden. Trotzdem ist nur eine einzige Erregerwicklung je
Fahrmotor
erforderlich, der die verschiedenen ErregerstrÖme in Stromüberlagerung zugeführt
werden. Durch die vorgesehene Schaltung wird ferner ein einwandfreies Parallelarbeiten
der Fahrmotoren mit gleichmäßiger Stromaufnahme gewährleistet. Störende Oberwellen
werden von der speisenden Wechselstrom-Fahrleitung ferngehalten. Außerdem ist eine
einwandfreie Stromwendung der Fahrmotoren gewährleistet, da ihren Erregerwicklungen
ein geglätteter und dementsprechend ein keine transformatorische EMK in den kommutierenden
Ankerspulen erzeugender Erregerstrom zugeführt wird. Wenn die vorgesehenen Stromwandler
regelbar ausgebildet werden, kann das Betriebsverhalten der Fahrmotoren in weiten
Grenzen geändert werden.
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Nachfolgend sei die Erfindung an Hand von vier Ausführungsbeispielen
näher erläutert. In Fig. 1 der Zeichnun- ist 1 eine Wechselstrom-Fahrleitung,
die über einen nicht näher bezeichneten Stromabnehmer den regelbaren Hauptumspanner2
speist. Die gleichfalls nicht näher bezeichnete Sektmdärwicklung dieses Hauptumspanners
speist in Parallelschaltung die nicht näher bezeichneten Wechselstromanschlüsse
von vier Gleichrichteranordnungen 7, 8, 9 und 10. Die einzelnen Gleichrichteranordnungen
bestehen aus vier in Graetzschaltung vereinigten Gleichrichtern, so daß der Hauptumspanner
2 mit normalem Wechselstrom belastet und gut ausgenutzt ist. Führt man die Sekundärwicklung
dieses Hauptumspanners mit Erdung ihrer Wicklungsmitte und mit zwei beiderseits
dieser Wicklungsmitte angeordneten Regelkontakten aus, dann kommt man für die Gleichrichteranordnungen
7
bis 10 mit je zwei Einzelgleichrichtern aus.
Der Hauptumspanner ist aber dann bezüglich seiner Sekundär-,vicklung schlechter
ausgenutzt, da die einzelnen Hälften dieser Wicklung immer nur eine Halbwelle des
Wechselstromes führen. Die Gleichrichteranordnungen 7 bis 10 können
beispielsweise aus einanodigen Ouecksilberdampfgleichrichtern entweder mit Igni-Gron-Zündung
oder auch mit dauernderErregung durch einen Hilfslichtbogen oder aus Trockengleichrichtern
oder auch aus Kontaktgleichrichtern aufgebaut sein. Die Gleichrichteranordnungen
speisen die mit nicht näher bezeichneten Kompensationswicklungen ausgerüsteten Fahrmotoren
3, 4, 5 und 6. Außer der mit dem Anker in Reihe geschalteten
Kompensationswicklung beffirdet sich auf dem Ständer dieser Motoren noch
je eine gleichfalls nicht näher bezeichnete Erregerwicklung, die an Gleichrichteranordnungen
11,
12, 13 bzw. 14 angeschlossen sind. Wegen ihrer geringen Leistung
sind diese Erreger-Gleichrichteranordnungen, zweckmäßig aus Trockengleichrichtern
aufgebaut. Für die Speisung der Erregger-Gleichrichteranordnungen sind die einzelnen
Wechselstrom-Paralleistromzweige der Anker die Primärwicklungen von Stromwandlern
20, 21, 22 und 23 eingeschaltet, -deren regelbare Sekundärwicklungen an die
genannten Erreger-Gleichrichteranordnungen angeschlossen sind und so in den Erregerwicklungen
der Fahrmotoren einen ihrem Ankerstrom verhältnisgleichen Erregerstrom erzeugen.
Richtiger ist zwar bei Stromwandlern die Regelung auf der Primärseite, doch bereitet
dies im vorliegenden Falle wegen der großen Ströme Schwierigkeiten. Infolge der
Regelbarkeit dieser Stromwandler kann das Reihenschlußverhalten der Fahrmotoren
weitgehend beeinflußt werden.
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Den von den Stromwandlern 20 bis 23 gespeisten Erregger-Gleichrichteranordnungen
11 bis 14 sind auf der Gleichstromseite noch die Gleichrichteranor-dnungen
30 bis 33 parallel geschaltet, deren Wechselstromanschlüsse an die
Sekundärwicklungen von Stromwandlern 15 bis 18 angeschlossen sind.
Die Gleichrichteranordnungen 30 bis 33 müßten bei Graetzschaltung
vier Wege aufweisen. Man kann aber zwei Wege -und damit die zugehörige Plattenzahl
sparen, wenn man zwei Wege für beide Gleichrichteranordnungen 11 und
30, 12 und 31 usw. gemeinsam benützt. So können sich für beide Gleichrichteranordnungen
über die gemeinsame mittlere Gleichrichtersäule die Wechselströme zurück über Erde
schließen. Man erhält auf diese Weise einfachere Erreger-Gleichrichteranordnungen.
Die regelbaren Primärwicklungen dieser Stromwandler sind miteinander in Reihe geschaltet
und werden, von der Fahrleitungsspannung über eine Drüsselspule 19 erregt.
Diese ist so bemessen, daß ihre Scheinleistung groß ist gegenüber der an die Gleichrichteranordnungen
30 bis 33 abgegebenen Scheinleistung. Bei dieser Anordnung wird also
der Erregung der Gleichstrom-Fahrmotoren noch ein von der Belastung der Motoren
unabhängiger Erregerstrornanteil zugeführt, #dessen Größe mit Hilfe der Regelung
an den Primärwicklungen der Stromwandler 15 bis 18
für jeden Fahrmotor
auf den gewünschten Wert gebracht werden kann.
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In Fig. 1 sind gesonderte Erreger-Gleichrichteranordnungen
für den lastabhängigen und Aden lastunabhängigen Erregerstromanteil der Fahrmotoren
vorgesehen. Das hat zur Folge, daß diese beiden Anteile als Gleichströme in den
Erregerwicklungen algehraisch überlagert werden. Man kann aber auch für die beiden
Erregerstromanteile je eine gemeinsame Gleichrichteranordnung (z. B. vier
in Graetzschaltung vereinigte Trockengleichrichter) vorsehen und kann die Sekundärwicklungen
der Stromwandler20 bis 23 und 15 bis 18 bereits an den Wechselstromanschlüssen
der Erreger-Gleichrichteranordnungen zueinander parallel schalten,. In diesem Fall
findet eine geometrische Überlagerung des lastabhängigen und des lastunabhängigen
Erregerstromanteiles vor ihrer Gleichrichtung, also noch als Wechselstrom statt.
Ist nun der Widerstand als Drosselspule 19, wie in Fig. 1 dargestellt,
oder als Kondensator ausgebildet, so führt diese geometrische Überlagerung der beiden
Erregerstromanteile unter 90' dazu, daß normalerweise der Erregerstrom der
Fahrmotoren mit der Belastung um einen zu kleinen Betrag zunimmt. Es ist dann vorteilhafter,
den Widerstand nicht als Drosselspule 19, sondern als ohmschen Widerstand
auszuführen, so daß sich ein Phasenwinkel von, 0' zwischen den beiden Erregerstromanteilen
ergibt.
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Die lastabhängige Erregung der Gleichstrom-Fahrmotoren kann auch so
erfolgen, daß den fastabhängig gespeisten Stromwandlern in einer zusätzlichen Primärwicklung
der Gesamtankerstrom sämtlicher Fahrmotoren als Wechselstrom zugeführt wird. Diese
Stromwandler werden damit zu Dreiwicklungs-Stromwandlern. Ein Ausführungsbeispiel
hierfür ist in Fig. 2 wiedergegeben. Zur Vereinfachung sind hierbei lediglich drei
Fahrmotoren vorgesehen. Die Stromwan,dler 20, 21 und 22 in Ader Schaltung
nach Fig. 2 .entsprechen mithin den Stromwandlern 20 bis 23 in der Schaltung
nach Fig. 1. Die Stromwandler 20, 21 und 23 in der Schaltung nach
Fig. 2 tragen außer den Primärwicklungen 20 b, 21 b und 22
b, die jeweils vom Ankerstrom ödes zugeordneten Fahrmotors durchflossen
werden, nochdie miteinander in Reihe geschalteten zusätzlichen Primärwicklungen20a,
21a und. 22a, die vom Summenstrom der Fahrmotorenanker durchflossen werden. Die
Sekundärwicklungen20c, 21c und 22 c dieser Stromwandler sind in derselben Weise,
wie es im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 dargestellt ist, an die Erreger-Gleichrichteranordnungen
der Fahrmotoren angeschlossen. Bei der Schaltungsanordnung der Fig. 2 enthält also
die Erregung eines jeden Fahrmotors einen Odem Gesamtstrom der Fahrmotoren verhältnisgleichen,
lastabhängigen Erregerstromanteil. Das hat zur Folge, daß die Kennlinien -der Fahrmotor-Klemmenspannun,g
der einzelnen Fahrmotoren in Ab-
hängigkeit vom Gesamtankerstrom weitgehend
miteinander Übereinstimmen.
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Für die Schaltung nach Fig. 3 sind zur Vereinfachung nur zwei
zueinander parallel arbeitende Fahrmotoren angenommen. Bei dieser Schaltung wird
der lastunabhängige Erregerstromanteil nicht mit Hilfe gesonderter Stromwandler
(15 bis 18 nach Fig. 1) erzeugt. An den in #die Ankerstromkreise
der Fahrmotoren eingeschalteten Stromwandlern20 und 21 sind vielmehr noch zusätzliche
Primärwicklungen 34 und 35 vorhanden, die regelbar, miteinander in Reihe
geschaltet und über den Wirkwiderstand 28 an die Spannung der speisenden Wechselstrom-Fahrleitung
1 angeschlossen sind. Der Wirkwiderstand28, der wieder entsprechend, bemessen
sein muß, ist gewählt, damit sich die lastabhängigen und die lastunabhängigen Erregerstromanteile
in den Stromwandlern20 und 21 und damit in den Erregerwicklungen der Fahrmotoren
unter einem Phasenwinkel von etwa 0', also möglichst algebraisch, addieren.
Die regelbaren Sekundärwicklungen der Stromwandler 20 und 21 speisen wieder über
die Gleichrichteranordnungen 13 und 14 die Erregerwicklungen der Fahrmotoren
5 und 6. Bei dieser Anordnung fallen also die Stromwandler
15 bis 18
fort. Um die Verluste im Wirkwiderstand28
zu vermeiden, kann man diesen Widerstand als Reihenschlußmotor ausbilden, der z.
B. zum Antrieb von Lüftern auf der Lokomotive dient.
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Bei der Anordnung nach Fig. 4 ist auf einen lastunabhängigen Erregerstromanteil
für die Fahrmotoren 5 und 6 verzichtet. Die Kennlinieder Fahrmotoren
kann hier durch Änderung der benutzten Anzapfungen am gemeinsamen Hauptumspanner
2 oder auch an den Erreger-Stromwandlern20 und 21 beeinflußt werden. Es ergeben
sich dabei verschiedene Fahrmotor-Stromspannungskennlinien a, b und
c gemäß Fig. 5.
Um an den Fahrmotoren eine Spannungs- bzw. Drehzahlbegrenzung
zu erzielen, ist noch ein z. B. von,der Fahrdrahtspannung gespeister Umspanner
29 vorgesehen, der als Sparumspanner ausgebildet ist und der die Erreger-Gleichrichteranordnungen
der Fahrmotoren über je eine gesondert regelbare nicht näher bezeichnete
Anzapfung speist. Den Erreger-Gleichrichteranordnungen13b und 14b wird dabei
je eine einstellbare Wechselspannung vom Umspanner 29 zugeleitet.
Diese Wechselspannungen sind infolge des Übersetzungsverhältnisses des Umspanners
29 praktisch konstant, da sich Schwankungen der Fahrdrahtspannung auf der
Sekundärseite des Umspanners nur nach Maßgabe dieses Übersetzungsverhältnisses auswirken
können. Durch die Speisung der Erreger-Gleichrichteranordnungen 13 b und
14 b über den Umspanner 29 wird erreicht, daß die Spannung an den
Erregerwicklungen der Fahrmotoren nicht unter einen einstellbaren Mindestwert sinken
kann, was in Fig. 5
durch die waagerechten Teile d und e der Fahrmotor-Kennlinien
ausgedrückt ist. Beim Erreichen dieser Kennlinien d und e hält nämlich die
an den Gleichrichteranordnungen13b und 14b liegende Wechselspannungden Erregerstrom
der Fahrmotoren konstant. Trotzdem bleibt hierbei ein gutes Parallelarbeiten der
Fahrmotoren gewährleistet, weil jederzeit über die Erreger-Stro m-wandler 20 und
21 die richtige Beeinflussung der Erregung der Fahrmotoren erfolgen kann. Unterhalb
der Kennlinien d oder e ist die Spannung der lastabhängig gespeisten
Gleichrichteranordnungen 13a oder 14a größer als die Spannung der Gleichrichteranordnungen
13 b oder 14 b, sie bestimmen daher dann allein den Erregerstrom der
Fahrmotoren. Bei der Schaltung nach Fig. 4 wird also mit Hilfe des Umspanners
29 den zweiten Erreger-Gleichrichteranordnungen13b oder 14b kein lastunabhängiger
Erregerstrom, sondern eine lastunabhängige einstellbare Erregerspannung zugeführt.
Das hat zur Folge, daß sich die Fahrmotoren unter dem Einfluß der lastabhängigen
Erregung wie normale Reihenschlußmotoren verhalten, deren Drehzahl jedoch nach Erreichen
eines einstellba-ren Höchstwertes gleichbleibt.
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Wie bereits geschildert, sollen von der Gesamtanordnung ausgehende
Oberwellen vom speisenden Netz möglichst ferngehalten werden. Zur Vermeidung einer
unerwünschten Glättung des Ankerstromes der Fahrmotoren kann erstens die Induktivität
der Ankerstromkreise durch Kompensationswicklungen auf Aden Fahrmotoren sehr klein
gehalten werden, außerdem können zu den Erregerwicklungen der Fahrmotoren noch Kondensatoren
parallel geschaltet werden. In der Schaltung nach Fig. 1 ist dies mittelbar
dadurch erreicht, daß zu den Sekundärwicklungen. der Stromwandler 20 bis
23 die Kondensatoren 24 bis 27 parallel geschaltet sind. Da die Erregerwicklung
eines jeden Fahrmotors auf den gleichgerichteten Erregerstrom infolge ihrer Induktivität
eine stark glättende Wirkung ausübt, so daß die Stromkurven auf der Wechselstromseite
der Erreger-Gleichrichteranordnungen eine annähernd rechteckige Form annehmen und
dementsprechend stark ausgeprägte Oberwellen aufweisen, so hat dieser Anschluß der
Kondensatoren eine weitgehende Kurzschließung dieser Oberwellen und dementsprechend
ihre Fernhaltung vom speisen-den Netz zur Folge. Auchdiejenigen Oberwellen, die
im gleichgerichteten Ankerstrom noch enthalten sind, werden durch die Kondensatoren
bei deren geeigneter Bemessung vom Wechselstroinnetz ferngehalten.
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Es ergeben sich also durch die Anordnung nach der Erfindung folgende
Vorteile: als Fahrmotoren können normale Gleichstrommotoren mit nur einer einzigen
Erregerwicklung für niedrigen Strom verwendet werden. jeder Fahrmotor verhält sich
so, wie wenn seine Erregerwicklung unmittelbar mit dem Anker in Reihe geschaltet
wäre. Dadurch ist gutes Parallelarbeiten der Fahrmotoren sichergestellt. Durch überlagerung
des lastunabhängigen Erregerstromes über den lastabhängigen Erregerstrorn kann jede
gewünschte Verbundkennlinie der Fahrmotoren hergestellt werden, was besonders für
das Bremsen des Triebfahrzeuges vorteilhaft ist. Beim Bremsen müßten nämlich die
Gleichrichter im Ankerstromkreis mit Gittersteuerung versehen und ihre Anschlüsse
an den Ankerstromkreis der Fahrmotoren müßten vertauscht werden.