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Schaltung für parallel arbeitende Gleichstrommotoren Die Erfindung
bezieht sich auf eine Schaltung für parallel arbeitende Gleichstrommotoren mit je
einer Hauptschluß- und einer fremderregten Wicklung, die insbesondere in Umformerlokomotiven
mit verschiedenen Betriebskennlinien betrieben werden können.
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Für die Regelung von Gleichstrommotoren an einem Netz veränderlicher
Betriebsspannung auf annähernd gleichbleibende Drehzahl, wobei in den Erregerkreis
der Motoren eine von der Betriebsspannung abhängige Hilfsspannung geschaltet ist,
ist es bekannt, daß einem bestimmten, von Null abweichenden Wert der Betriebsspannung
die Hilfsspannung Null entspricht und bei Abweichung der Betriebsspannung von diesem
Wert nach der einen oder anderen Seite die Hilfsspannung positive oder negative
Werte annimmt. Hierbei ist es weiterhin bekannt, daß die Hilfsspannung durch eine
Hilfskraftrnaschine mit zwei einander entgegenwirkenden Erregerwicklungen erzeugt
wird, von denen die eine in Abhängigkeit von der schwankenden Betriebsspannung,
die andere konstant aus einer Stromquelle konstanter Spannung erregt wird. Hierbei
können die Erregerwicklungen der einzelnen Motoren untereinander parallel geschaltet
und gemeinsam über die Hilfsspannung an die veränderliche Betriebsspannung angeschlossen
sein. Gegebenenfalls kann auch die die Hilfsspannung erzeugende Hilfserregermaschine
in Abhängigkeit vom Erregerstrom der zu beeinflussenden Motoren geregelt werden.
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Für das Parallelschalten von Hochstrom-Gleichstrom-Generatoren, insbesondere
von untereinander durch Ausgleichleiter verbundene Kompoundgeneratoren, ist vorgeschlagen
worden, daß die beiden Hauptleiter bzw. die nicht von den Kompoundwicklungen kommenden
Hauptleiter der einzelnen Generatoren getrennt bis zu einem außerhalb der Zentrale
liegenden Sammelpunkt durchgeführt sind, der in der Leitung zwischen der Zentralschaltanlage
und dem Verteilungsnetz, zweckmäßig an diesem selbst, vorgesehen ist.
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Es wurde auch bereits in einer Anordnung zur Regelung zweier parallel
arbeitender, fremderregter Gleichstrommaschinen, deren unter sich parallel geschaltete,
je einen mit den Feldwicklungen in Reihe liegenden Regler enthaltende Feldstromkreise
durch eine zwischen den Reglern und den Feldwicklungen angeschlossene Ausgleichsleitung
verbunden sind, ein einstellbarer Widerstand in die Ausgleichsleitung eingeschaltet.
Diese Anordnung kann noch dadurch verbessert werden, daß der zusätzliche Widerstand
als selbsttätiger Regler ausgebildet ist, der in Abhängigkeit von dem Unterschied
der Strom- oder Leistungsabgabe der beiden Generatoren anspricht.
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Für die Verwendung auf elektrisch angetriebenen Triebfahrzeugen ist
eine Steuerung für vier elektrische Zugmotoren oder -motorgruppen entwickelt worden,
die in mehreren Gruppierungen arbeitet und bei der die beiden Übergangsschaltungen
nach der Brückenmethode ausgeführt werden. Diese Steuerung zeichnet sich dadurch
aus, daß die Motoren, Schalter, Widerstände und alle anderen Stromkreisbestandteile
so gruppiert miteinander verbunden sind, daß sämtliche Parallelstromkreise, die
während des Anlassens und der Übergänge nacheinander gebildet werden, praktisch
den gleichen Aufbau und die gleichen Arbeitseigenschaften aufweisen und daß die
entsprechende günstige Stromverteilung durch zusätzliche Anlaßwiderstände und Ausgleichswiderstände
zum Ausgleich von Parallelströmen verbessert wird. Nach einem weiteren Merkmal dieser
Steuerung sind die zusätzlichen Anlaßwiderstände von verhältnismäßig hohem Ohmwert
als Ausgleichsverbindungen eingeschaltet, sie werden bei Reihenschaltung bzw. Reihenparallelschaltung
der Fahrmotoren kurzgeschlossen. Außerdem liegen Ausgleichswiderstände von verhältnismäßig
niederem Ohmwert in Reihe mit zueinander parallel arbeitenden Schaltgeräten.
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Für das Erzielen gleicher Klemmenspannungen an Hauptstromwicklungen
von parallel auf ein Netz arbeitenden Doppelschluß-Generatoren ist bereits vorgeschlagen
worden, Ausgleichsverbindungen anzuordnen, die die Spannungsgleichheit an diesen
Wicklungen sicherstellen sollen.
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Bei Gleichstromlokomotiven für den Bergbau, insbesondere bei Umformerlokomotiven,
werden die
Fahrmotoren gelegentlich nicht nur mit einer Hauptstromwicklung,
sondern auch mit einer- fremderregten Erregerwicklung versehen. Durch die Art der
Schaltung und Speisung der fremderregten Erregerwicklungen, die vorzugsweise von
einem Erregerumformer aus erfolgt, kann ein den verschiedenen Betriebserfordernissen
angepaßtes Verhalten erzielt werden. Beispielsweise können Lokomotiven dieser Art
beim Fahrbetrieb mit reinem Reihenschlußverhalten betrieben werden, wobei sowohl
die Hauptstromwicklung wie auch die fremderregten Erregerwicklungen abhängig vom
Fahrstrom erregt werden, so daß sich aus dem Zusammenwirken der beiden stromabhängig
erregten Wicklungen ein reines Reihenschlußverhalten ergibt.
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Für bestimmte Arbeitsvorgänge, z. B. das sogenannte Verholen der Züge
oder bei Rangierfahrten, kann diese Schaltung in der Weise geändert werden, daß
allein die fremderregte Wicklung mit einem konstanten und gegebenenfalls regelbaren
Strom erregt wird, so daß die Maschine mit Nebenschlußverhalten arbeitet, wobei
die Hauptstromwicklung abgeschaltet oder kurzgeschlossen ist. Bei der Bremsung wird
in der Regel die Fremderregerwicklung konstant, gegebenenfalls veränderlich erregt,
wobei die Hauptstromwicklung entweder gegenkompoundierend wirkt oder ganz oder teilweise
kurzgeschlossen wird. Die vorgenannten Schaltungen weisen aber für manche Betriebsvorgänge
nicht das gewünschte Verhalten auf. Bei voll gegenkompoundierend wirkender Reihenschlußwicklung
erhält man zu kleine Bremsmomente und ungünstigen Momentenverlauf, bei kurzgeschlossener
oder abgeschalteter Reihenschlußwicklung ist die gleichmäßige Lastaufteilung nicht
mehr gewährleistet.
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Nach der Erfindung wird vorgeschlagen, daß sowohl beim Fahren
als auch beim Bremsen die Hauptschlußwicklungen der Motoren derart als Ausgleichswicklungen
geschaltet werden, daß das eine Ende jeder Hauptschlußwicklung mit dem Stromkreis
des zugehörigen Motors verbunden ist, die anderen Enden der Hauptschlußwicklungen
dagegen in einem Sternpunkt zusammengefaßt sind. Eine vorteilhafte Weiterbildung
dieser Erfindung ist darin zu sehen, daß in die einzelnen Stromkreise der Motoren
Widerstände eingeschaltet sind und der Anschluß der Feldwicklungen zwischen Ankern
und Widerständen erfolgt. Außerdem wird die Schaltung mit einem Umschalter versehen,
in dessen einer Stellung die Hauptstromwicklungen in Reihenschaltung in die Stromkreise
der einzelnen Motoren eingeschaltet sind, in dessen anderer Stellung die einzelnen
Motorstromkreise über Ausgleichswiderstände geschlossen werden, während die Hauptstromwicklungen
in Sternschaltung aus Ausgleichswicklungen zwischen den einzelnen Motorstromkreisen
eingeschaltet sind.
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Der Gegenstand der Erfindung stellt eine erhebliche Verbesserung der
eingangs beschriebenen Schaltungen dar. Einerseits wird durch die vorgeschlagene
Schaltung der parallel arbeitenden Motoren ein reines Nebenschlußverhalten erzwungen,
andererseits wird eine gleichmäßige Aufteilung der Belastung auf die einzelnen Motoren
erreicht.
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Im folgenden soll die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispieles
mit Hilfe einer Zeichnung näher erläutert werden.
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In Fig. 1 der Zeichnung ist das Grundschema der Schaltung nach der
Erfindung wiedergegeben. Darin bedeutenMl, M2, M3 und M4 die vier Fahrmotoren
einer elektrischen Lokomotive, die untereinander mechanisch über die Getriebe und
die angetriebenen Achsen, deren Triebräder auf den Schienen laufen, gekuppelt sind.
Mit 1 a bis 4 a sind vier fremdgespeiste Erregerwicklungen bezeichnet, die von einer
nicht weiter dargestellten Erregermaschine erregt werden. 1 b bis 4 b sind vier
Reihenschlußerregerwicklungen, die als Ausgleichswicklungen dienen. Wie dargestellt,
sind dabei die einen Enden dieser Reihenschlußerregerwicklungen 1 b bis 4 b mit
den Ankerstromkreisen der Motoren M 1 bis M 4
verbunden, während die
anderen Enden in einer Sternschaltung miteinander verbunden sind. 6 bis 9 sind schließlich
noch in die Ankerstromkreise der Motoren eingeschaltete Ausgleichswiderstände.
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Nimmt man an, daß beispielsweise beim Fahrbetrieb der Motor M1 infolge
eines etwas größeren Raddurchmessers langsamer läuft als die übrigen Motoren M2
bis M4, so würde sich bei gleicher Erregung ergeben, daß die EMK des Motors M 1
kleiner als die der übrigen Motoren ist und daß der MotorM1 einen wesentlich größeren
Strom als die übrigen Motoren aufnimmt. In diesem Falle ergeben sich Ausgleichsströme
innerhalb der Wicklungen 1 b, bis 4b, die bei entsprechendem Schaltsinn bewirken,
daß das Feld des Motors M1 verstärkt, dagegen die Felder der Motoren M2 bis M4 verringert
werden. Infolgedessen verschieben sich bei den verschiedenen Motoren die Kennlinien
im Sinne eines Ausgleiches der Ströme. Eine analoge Wirkung tritt beim Bremsbetrieb
ein, wobei ebenfalls infolge der kleineren EMK des Motors M 1 das Feld des
letzteren verstärkt wird und die Felder der übrigen Motoren geschwächt werden. Auch
in diesem Falle ergibt sich ein Ausgleich der Bremskräfte der Motoren.
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Fig. 2 zeigt im Schema die Schaltung der Motoren einer Umformerlokomotive,
bei der beim Fahrbetrieb die Motoren vom Generator G eines Umformers, beim Bremsbetrieb
die als Motor arbeitende Maschine G von den Fahrmotoren M 1 bis M 4 gespeist wird.
Die Schaltung der Motoren und der Feldwicklungen ist bei der Anordnung nach Fig.
2 unverändert, jedoch zeigt diese Figur, wie durch einen einfachen Umschalter 10
die Umschaltung von dem Reihenschlußbetrieb auf den Nebenschlußbetrieb mit Schaltung
der Reihenschlußwicklungen als Ausgleichwicklungen erfolgt. Sind die Schalterkontakte
10 a bis 10 d
geschlossen und der Umschaltkontakt
10 e offen, so arbeiten die Motoren M1 bis M4 mit Nebenschlußverhalten, die
Wicklungen 1 a bis 4 b sind in Sternschaltung verbunden, so daß sie
als Ausgleichswicklungen wirken. Wird dagegen der Schalter 10 umgelegt, so
daß der Kontakt 10 e geschlossen und die Kontakte 10 a bis
10 d geöffnet sind, so sind die Feldwicklungen 1 b bis 4 b mit den
zugehörigen Ankern in Reihe geschaltet und wirken als Hauptstromwicklungen.
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Die fremderregten Wicklungen werden hierfür im ersten Falle normalerweise
konstant, im letzten Falle häufiger stromabhängig erregt.