DE1231747B - Einrichtung zur Feldschwaechung von Gleichstrom-Reihenschlussmotoren mittels Parallelwiderstand zur Feldwicklung fuer brennkraftelektrische Triebfahrzeuge mit Regelung der den Fahrmotoren zugefuehrten Leistung - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

B 601

Deutsche Kl.: 201-7/02

Nummer: 1231747

Aktenzeichen: L 36315 VIII b/201

Anmeldetag: 7. Juni 1960

Auslegetag: 5. Januar 1967

Es ist bekannt, beim Antrieb elektrischer Triebfahrzeuge durch Gleichstrom-Reihenschlußmotoren für die höheren Fahrgeschwindigkeiten eine Feldschwächung anzuwenden. Solche Einrichtungen finden auch dann Anwendung, wenn das Triebfahrzeug die Energiequelle mit sich führt, also beispielsweise bei dieselelektrischem Antrieb, bei turboelektrischem Antrieb u. dgl. Wenn die Fahrmotoren in der letzten Fahrstufe mit der höchstmöglichen Feldschwächung betrieben werden sollen, so kann aber der Erregergrad der Reihenschlußfahrmotoren mit Rücksicht auf Stromsprünge nur allmählich vermindert werden, vorzugsweise durch zum Feld parallelgeschaltete Widerstände, die in mehreren Stufen unter Widerstandsverringerung nach und nach abgeschaltet werden. Dazu ist je nach der Anzahl der Stufen ein erheblicher Aufwand an Schaltmitteln erforderlich.

Es ist auch schon eine Einrichtung zur ein- oder mehrstufigen Feldschwächung bei Gleichstrom-Bahnmotoren bekanntgeworden, die zur Verringerung des Aufwandes an solchen Schaltmitteln sicher einer mit Konstantdrehzahl laufenden Maschine mit zwei Feldwicklungen bedient, gegebenenfalls auch unter Zuhilfenahme andererseits bekannter induktiver Feldschwächwiderstände. Diese Mittel werden an die zu schwächende Feldwicklung angeschlossen. Durch die Gegen-EMK der genannten Maschine wird dabei der Feldschwächungsgrad bestimmt. Derartige Einrichtungen sind jedoch wirtschaftlich nur für geringe Feldschwächung vertretbar.

Nach einer anderen Anordnung ist es für Bremsstromkreise bekannt, durch Beischalten eines Widerstandes zu einer Erregerfeldwicklung, der anfangs geringen und später mit dem Stromdurchfluß zunehmenden Ohmwert aufweist, Dreh, momentenstöße zu mildern, indem der Feldstrom seinen Höchstwert später als der Ankerstrom erfährt.

Die Erfindung baut kombinierend auf diesen Grundlagen auf. Sie bezieht sich auf eine Einrichtung zur Feldschwächung von Gleichstrom-Reihenschlußmotoren mittels Parallelwiderstandes zur Feldwicklung für brennkraftelektrische Triebfahrzeuge mit Regelung der den Fahrmotoren zugeführten Leistung. Erfindungsgemäß ist Feldschwächungswiderstand verwendet, der im Augenblick des Anschlusses an die Feldwicklung einen sehr hohen Widerstandswert aufweist, der sich automatisch und kontinuierlich vermindert, bis die höchstmögliche Feldschwächung erreicht ist und zur Vermeidung von Überlastung der brennkraftelektrischen Maschine ist die Zeitkonstante der Änderung des durch den Feldschwächungswiderstand fließenden Einrichtung zur Feldschwächung von

Gleichstrom-Reihenschlußmotoren mittels

Parallelwiderstand zur Feldwicklung für

brennkraftelektrische Triebfahrzeuge

mit Regelung der den Fahrmotoren zugeführten

Leistung

ίο Anmelder:

Licentia Patent-Verwaltungs-G. m. b. H.,
Frankfurt/M., Theodor-Stern-Kai 1

Als Erfinder benannt:

Dr.-Ing. Norbert Kliemann, Berlin-Tempelhof --

«ο Stromes größer gewählt als die Zeitkonstante der Leistungsregelung.

Dadurch, daß die Zeitkonstante für die Leistungsregelung kleiner ist, d. h. diese schneller ist als der Stromanstieg des durch den Feldschwächwiderstand fließenden Stromes, kann der Aufwand an Schaltmitteln verringert werden. Diese haben nur noch eine, und zwar die höchste für die Fahrmotoren zulässige Feldschwächung einzuschalten, deren Wert sich dann allmählich automatisch einstellt, ohne daß Strom-Sprünge auftreten.

Es sind zwar Steuerungen bekanntgeworden, bei welchen im Feldschwächungskreis Drosselspulen angeordnet sind, jedoch zu dem Zweck, bei kurzzeitigen Stromunterbrechungen, z.B.infolgeBügeltanzens Überschläge an den Motoren zu vermeiden. Die Induktivität dieser Spulen reicht aber nicht aus, um im vorliegenden Fall bei brennkraftelektrischen Triebfahrzeugen mit Regelung der den Fahrmotoren zugeführten Leistung und bei hoher Feldschwächung eine Stufenschaltung zu ersetzen; es ist vielmehr auch hierbei eine zusätzliche Kontaktanordnung erforderlich.

Die Erfindung wird an Hand der Fig. 1 bis 3 näher erläutert.
F i g. 1 der Zeichnung zeigt zunächst die üblicherweise verwendete Schaltung für einen Fahrmotor mit der Feldwicklung 1 und dem Anker 2. Parallel zur Feldwicklung 1 kann über einen Nockenschalter 4 der Feldschwächungswiderstands gelegt werden, der durch Nockenschalter 5 und 6, Schütze od. dgl. nach und nach in mehreren Stufen kurzgeschlossen werden kann. Zunächst wird der Nockenschalter 4 geschlossen, wobei der ganze Feldschwächungswiderstand 3 der FeId-

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wicklung 1 parallel geschaltet ist. Danach wird der Nockenschalter 5 und schließlich der Nockenschalter 6 geschlossen, so daß parallel zur Feldwicklung 1 nur noch ein kleiner Restwiderstand verbleibt. In diesem Schaltzustand ist die höchste Feldschwächung erreicht. Der Aufwand an Schaltmitteln soll nach der Erfindung verringert werden, was bei den Ausführungsbeispielen nach den F i g. 2 und 3 erreicht wird.

Bei der Anordnung nach F i g. 2 ist wiederum ein Fahrmotor mit der Feldwicklung 1 und dem Anker 2 angenommen. Parallel zur Feldwicklung 1 wird der Feldschwächungswiderstand 23 gelegt, zu dessen Einschaltung der Nockenschalter 24 dient. Wenn nicht besondere Maßnahmen getroffen wären, so würde der Vorgang folgendermaßen ablaufen: Wird die Feldschwächung eingeschaltet, so bleibt der Fluß in der Fahrmotor-Feldwicklung 1 unabhängig von der Größe der Feldschwächung erhalten, solange die Drehzahl des Fahrmotors gleichbleibt, und der Ankerstrom des Fahrmotors stellt sich so ein, daß trotz der Parallelschaltung des Feldschwächungswiderstandes der Feldstrom des Fahrmotors der gleiche bleibt. Dies bedeutet also, daß der Feldschwächungswiderstand an den konstanten Spannungsabfall der Feldwicklung des Fahrmotors angelegt wird. Somit steigt der Strom im Feldschwächungswiderstand 23 nach Maßgabe der Zeitkonstante des Feldschwächungswiderstandes an.

Um Stromsprünge zu verhindern, um also der Leistungsregelung Zeit zum Eingreifen zu geben, wird nach der Erfindung der Feldschwächungswiderstand so ausgebildet, daß der durch ihn fließende Strom mit einer Zeitkonstanten ansteigt, die größer ist als die Zeitkonstante der Leistungsregelung.

Um dies zu erreichen, können mehrere Wege beschriften werden. So z. B. wird bei der Anordnung nach F i g. 2 der Feldschwächungswiderstand 23 induktiv ausgeführt werden, so daß die Zeitkonstante

ist. Als Beispiel sei angeführt, daß eine Zeitkonstante von 0,5 Sekunden erzielt werden soll, wobei dann der Nennwert des Stromes erst nach etwa 2 Sekunden erreicht wird. Beträgt der Widerstand der Feldwicklung beispielsweise 0,0231 Ohm, und wird ein Erregergrad von 40% des Ankerstromes vorgeschrieben, dann müßte die Größe des Feldschwächungswiderstandes 0,0154 Ohm betragen. Die für eine Zeitkonstante von 0,5 Sekunden erforderliche Induktivität beträgt dann L = T ■ R = 0,5 · 0,0154 = 0,0077 H oder 7,7 mH. Dieser Wert läßt sich mit einer Luftspaltdrosselspule mit erträglichem Gewichtsaufwand erreichen.

Eine andere Ausführungsform zeigt F i g. 3, in der wieder ein Reihenschlußmotor mit der Feldwicklung 1 und dem Anker 2 dargestellt ist. Parallel zur Feldwicklung 1 kann eine Reihenschaltung aus einem Feldschwächungswiderstand 33 und einem Widerstand 36, der einen negativen Temperaturkoeffizienten besitzt, geschaltet werden. Diese Reihenschaltung wird wiederum mit nur einem Nockenschalter 34 eingeschaltet. Der gewünschte langsame Anstieg des Stromes wird durch den Widerstand 36 mit negativem Temperaturkoeffizienten erreicht. Dieser Widerstand verringert bei Stromdurchgang infolge der in ihm entstehenden Temperatur seinen Ohmwert. Dies bedeutet, daß im Augenblick der Schließung des Nockenschalters 34 ein sehr hoher Widerstand in dem zur Feldwicklung 1 parallelgeschalteten Stromkreis vorliegt, so daß der Strom in diesem Parallelstromkreis zunächst auf einen Bruchteil seines Nennwertes begrenzt ist.

ίο Wenn sich der Widerstand 36 erwärmt, so nimmt sein Ohmwert ab, und ist schließlich die Endtemperatur erreicht, so ist der Widerstand auf denjenigen Wen gesunken, der beispielsweise für eine Erregung dei Feldwicklung 1 mit 40 % des Ankerstromes erf orderlieh ist. Auch hier läuft der Vorgang verhältnismäßig langsam ab, so daß die auf dem Triebfahrzeug vorhandene Leistungsregelung die den Fahrmotoren zugeführte Spannung so ausregeln kann, daß die von ihnen aufgenommene oder abgegebene Leistung konstant bleibt.

Schließlich ist die Einstellung der Zeitkonstante des Feldschwächungswiderstandes auch mit Hilfe einer in Reihe geschalteten Kombination einer Drosselspule mit einem Widerstand von negativem Temperaturkoeffizienten erzielbar.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Feldschwächung von Gleichstrom-Reihenschlußmotoren mittels Parallelwider-Standes zur Feldwicklung für brennkraftelektrische Triebfahrzeuge mit Regelung der den Fahrmotorer zugeführten Leistung, dadurch gekennzeichnet, daß ein Feldschwächungswiderstanc (23, 36) verwendet ist, der im Augenblick des Anschlusses an die Feldwicklung einen sehr hoher Widerstandswert aufweist, der sich automatisch und kontinuierlich vermindert, bis die höchstmögliche Feldschwächung erreicht ist, und da£ zur Vermeidung von Überlastungen der brennkraftelektrischen Maschine die Zeitkonstante dei Änderung des durch den Feldschwächungswiderstand fließenden Stromes größer gewählt ist als die Zeitkonstante der Leistungsregelung.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Feldschwächungswiderstand induktiv ausgebildet ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Feldschwächungswiderstanc Widerstände mit negativem Temperaturkoeffizienten in Reihe geschaltet sind.

4. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurcr gekennzeichnet, daß der Feldschwächungswiderstand durch eine Reihenschaltung einer Drosselspule mit einem Widerstand mit negativem Tempe· raturkoeffizienten gebildet ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 619 701;
schweizerische Patentschrift Nr. 257 933;
Brown Boveri Mitteilungen, März/April 1956, S. 10' bis 109.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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