DE129949C

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KAISERLICHESIMPERIAL

PATENTAMT.PATENT OFFICE.

Es ist gebräuchlich, Widerstände in den Ankerstromkreisen von Motoren für Reihenparallelschaltung anzuwenden, um zu plötzliche Geschwindigkeitsänderungen, Funkenbildung an den Bürsten und zu starkes Funkensprühen an den Regelungscontacten zu vermeiden. Diese Widerstände sind insbesondere dann nothwendig, wenn die Aenderung von Reihenschaltung in Parallelschaltung erfolgt. Allen diesen Ankerwiderständen haften jedoch schwerwiegende Uebelstände an, die hauptsächlich in dem Energieverluste und in dem je nach der Belastung verschiedenen Spannungsabfall in den Regelungswiderständen liegen. Thatsächlich sind die Widerstände nur für eine bestimmte Belastung des Motors richtig, da eine · geringe Belastung einen zu geringen Spannungsabfall in dem Widerstände und eine hohe Belastung einen gröfseren Spannungsabfall hervorrufen wird, als für die richtigen Geschwindigkeitsänderungen erforderlich ist. Diese Nachtheile sollen durch das im Folgenden zu beschreibende Regelungsverfahren vermieden werden.It is common to use resistors in the armature circuits of motors for series parallel connection apply to sudden changes in speed, sparking on the brushes and excessive sparks on the control contacts. These resistors are particularly necessary when the series connection is changed takes place in parallel. However, serious ones adhere to all of these armature resistances Evils mainly in the energy loss and in the voltage drop in, depending on the load the control resistances. In fact, the resistances are only for one certain load on the motor is correct, since a low load is too low Voltage drop in the resistors and a high load result in a larger voltage drop than is necessary for the correct speed changes. These disadvantages are to be avoided by the control method to be described below will.

In der beiliegenden Zeichnung, in welcher der vorliegende Erfindungsgegenstand schematisch zur Darstellung gebracht ist, bezeichnen α und b die beiden Stromhauptleitungen einer nicht dargestellten Stromquelle von constanter Spannung und c und d die beiden Anker eines kleinen Motorgenerators, dessen Capacität annähernd 75 pCt. des gröfsten Energieverlustes in den Feldwickelungen aller Motoren ist, welche in Reihenparallelschaltung verbunden werden sollen, während ef die entsprechenden Feldnebenschlufswickelungen dieses Motorgenerators sind. ghij stellen die Ankerstromkreise von vier Motoren mit einfach gewickelten Ankern oder von zwei Motoren mit doppelt gewickelten Ankern vor. k stellt alle Hauptstromfeldwickelungen der einzelnen Motoren dar; diese Wickelungen sollen ständig in Reihenschaltung und die beiden Enden wie in der Zeichnung dargestellt verbunden sein. Die Buchstaben / bis \ und die Zahlen 1 bis 4 bezeichnen feststehende Regelungscontacte, von denen die Contacte 1 bis 4 zum Umsteuerungsschalter 5 und die übrigen, / bis ^, zur drehbaren Regelungsvorrichtung gehören. 6 bis 10 stellen bewegliche Contacte an dem Hauptschalter und 11 bis 14 an dem Umsteuerungsschalter dar und sind in Grundrifsabwickelung veranschaulicht, während sie in der Wirklichkeit in der üblichen Weise auf cylindrischen Regelungstrommeln angeordnet sind. Diejenigen Contacte, welche gleiche Bezugszeichen haben, sind oder können elektrisch mit einander verbunden sein. 15 ist ein kleiner Widerstand für grofse Stromstärken und ist für gewöhnlich, wie dargestellt, kurzgeschlossen, während 16 und 17 Feldregelungswiderstände für die Generatorseite des Motorgenerators sind und, wie in der Zeichnung veranschaulicht, mittelst des Hauptregelungsschalters in den Stromkreis ein- oder aus demselben ausgeschaltet werden. 18 und 19 bezeichnen Anlafswiderstände für den Motoranker des Motorgenerators, die mittelst des Reglers ausgeschaltet werden, bevor die Hauptmotoren angelassen werden, und 20 ist ein Anlafswiderstand für die Hauptmotoren und dient lediglich dazu, die Ausübung eines Stofses auf die Vorrichtung im AugenblickeIn the accompanying drawing, in which the present subject matter of the invention is shown schematically, α and b denote the two main power lines of a power source of constant voltage, not shown, and c and d denote the two armatures of a small motor generator, the capacity of which is approximately 75 pCt. of the greatest energy loss in the field windings of all motors, which are to be connected in series parallel connection, while ef are the corresponding field shunt windings of this motor generator. ghij present the armature circuits of four motors with single-wound armatures or of two motors with double-wound armatures. k represents all main current field windings of the individual motors; these windings should always be connected in series and the two ends should be connected as shown in the drawing. The letters / to \ and the numbers 1 to 4 designate fixed control contacts, of which the contacts 1 to 4 belong to the reversing switch 5 and the rest, / to ^, belong to the rotatable control device. 6 to 10 represent movable contacts on the main switch and 11 to 14 on the reversing switch and are illustrated in a basic development, while in reality they are arranged in the usual manner on cylindrical regulating drums. Those contacts which have the same reference numerals are or can be electrically connected to one another. 15 is a small resistor for large currents and is usually short-circuited as shown, while 16 and 17 are field control resistors for the generator side of the motor generator and, as illustrated in the drawing, are switched on or off the circuit by means of the main control switch . 18 and 19 denote starting resistors for the motor armature of the motor generator, which are switched off by means of the regulator before the main engines are started, and 20 is a starting resistor for the main engines and only serves to exert a substance on the device at the moment

des Anlassens zu verhindern. 21 bis 29 stellen Leiter dar, und die strichpunktirten Linien A-A bis H-H bezeichnen die einzelnen Stufen oder Absätze am Hauptregelungsschalter bezw.. deren Stellungen.to prevent starting. 21 to 29 represent conductors, and the dash-dotted lines AA to HH denote the individual steps or paragraphs on the main control switch and their positions.

Eine Betrachtung der Zeichnung ergiebt, dafs die Ankerklemmen (oder Bürsten) auf der Generatorseite des Motorgenerators mittelst Leiter 21, 24 und 22 mit den beiden Contacten 1 und 4 des Umsteuerungsschalters verbunden sind, welche ihrerseits durch die beweglichen Contacte der Schaltvorrichtung mit den Klemmen 2 und 3 der Feldwickelungen k verbunden sein können. Ferner ist der Leiter 24 durch den Leiter 21 mit dem positiven Hauptleiter α verbunden und die Polarität des Motorgenerators derartig, dafs während des Betriebes die mit dem Leiter 24 verbundene Ankerklemme gleichfalls positiv ist. Der Anker d des Motorgenerators ist derart zu wickeln, dafs er bei voller Erregung seines Feldmagneten f den einzelnen, durch k dargestellten Feldwickelungen die normale Erregung mitzutheilen im Stande ist. Wenn beispielsweise der Gesammtwiderstand aller Feldspulen in Reihe gleich -¹J₂ Ohm und der für normale oder volle Erregung benöthigte Strom 50 Ampere beträgt, so mufs die elektromotorische Kraft von d gleich 25 Volt sein (bei vollerregtem Felde). Wird dagegen der Feldmagnet f in solchem Mafse (durch die Feldwiderstände 16 und 17) geschwächt, dafs die Spannung an den Ankerklemmen von d auf die Hälfte vermindert wird, so wird naturgemäfs auch die Erregung der Feldwickelungen k nur die Hälfte der normalen betragen; in anderen Worten, das Verhältnifs der Erregung von k ändert sich in Uebereinstimmung mit der elektromotorischen Kraft des Ankers d. Dies trifft selbst noch dann zu, wenn der Strom vom Hauptleiter α durch den Leiter 21 und die Feldwickelungen k u. s. w. fliefst und durch die Ankerstromkreise g h ij nach dem negativen Hauptleiter b, vorausgesetzt jedoch, dafs der Widerstand des Ankers d klein ist und gegenüber dem Widerstände von k vernachlässigt werden kann. In diesem Falle ist nämlich die Klemmenspannung von d ziemlich unabhängig von der Ankerstromstärke. Es wird mithin für eine bestimmte Felderregung des Motorgenerators unabhängig von dem aus den Speiseleitungen fliefsenden Strome die Spannung an den Enden der Feldwickelung k und damit die Stromstärke in k constant bleiben. Die Feldwickelungen verhalten sich also so, als wenn sie aus einer besonderen Stromquelle gespeist würden, wodurch die einzelnen, durch die Stellung des Reglers herbeigeführten Geschwindigkeiten fast unabhängig von der Belastung gemacht werden. Um die Geschwindigkeiten weniger unabhängig von der Belastung zu machen, braucht nur der Widerstand des Ankerkreises durch Hinzufügung eines Hülfswiderstandes 15 verstärkt zu werden, welcher den gerade vorliegenden Bedingungen angepafst werden kann.An examination of the drawing shows that the armature terminals (or brushes) on the generator side of the motor generator are connected by means of conductors 21, 24 and 22 to the two contacts 1 and 4 of the reversing switch, which in turn are connected to terminals 2 and 4 by the movable contacts of the switching device 3 of the field windings k can be connected. Furthermore, the conductor 24 is connected by the conductor 21 to the positive main conductor α and the polarity of the motor generator is such that the armature terminal connected to the conductor 24 is also positive during operation. The armature d of the motor-generator is to be wound in such a way that, when its field magnet f is fully excited, it is able to communicate the normal excitation to the individual field windings represented by k. If, for example, the total resistance of all field coils in series is equal to - ¹ J ₂ ohms and the current required for normal or full excitation is 50 amperes, then the electromotive force of d must be equal to 25 volts (with a fully excited field). If, on the other hand, the field magnet f is weakened to such an extent (by the field resistances 16 and 17) that the voltage at the armature terminals is reduced by half, the excitation of the field windings k will naturally be only half the normal value; in other words, the ratio of excitation of k changes in accordance with the electromotive force of the armature d. This is still the case even if the current from the main conductor α flows through the conductor 21 and the field windings k etc. and through the armature circuits gh ij to the negative main conductor b, provided, however, that the resistance of the armature d is small and compared to the resistance can be neglected by k. In this case, namely, the terminal voltage of d is quite independent of the armature current strength. Therefore, for a certain field excitation of the motor generator, the voltage at the ends of the field winding k and thus the current strength in k will remain constant regardless of the current flowing from the supply lines. The field windings behave as if they were fed from a special power source, whereby the individual speeds brought about by the position of the regulator are made almost independent of the load. In order to make the speeds less independent of the load, only the resistance of the armature circuit needs to be increased by adding an auxiliary resistance 15, which can be adapted to the current conditions.

Der obere Contact r des Hauptschalters ist durch den Leiter 23 mit der einen Klemme des Ankers g und mit dem schon erwähnten Leiter 22 verbunden, während der untere Contact \ mittelst Drahtes 25 mit dem negativen Hauptleiter b in Verbindung steht.The upper contact r of the main switch is g through the conductor 23 to one terminal of the armature and connected to the already mentioned conductor 22, while the lower Contact \ means of wire 25 to the negative main circuit b is in communication.

Angenommen, der Umsteuerungsschalter 5 sei geschlossen, so dafs die Contacte 11 und 14 die Verbindung von 1 nach 2 und von 3 nach 4 herstellen, dann ergiebt sich die Wirkung der ganzen Vorrichtung, indem man die Hauptschaltungsvorrichtung zunächst in die erste, durch Linie A-A gegebene Stellung bewegt und darauf weiter bis zu der letzten, durch Linie H-H angegebenen Lage. Die erste Bewegung des Regelungscylinders bringt die Platte 6 in Berührung mit den feststehenden Contacten q und r, wodurch der Feldmagnet e des Motorgenerators voll erregt wird. Bei einer weiteren Bewegung des Reglers wird der Contact jp geschlossen und der Motorgenerator geht an, da Strom vom Contact ρ durch die Anlafswiderstände 19 und 18 und durch den Anker c sowie durch die Feldwickelung f geht. Sobald bei Berührung von η die beiden Widerstände 19 und 18 völlig kurzgeschlossen sind, hat der Motorgenerator seine gröfste Geschwindigkeit erreicht, wobei der Feldmagnet^ allmählich voll erregt worden ist, da die Feldwiderstände 17 und 16 ausgeschaltet sind. In diesem Zeitpunkte führen die Contacte 7, 8 und 9 die Verbindung zwischen den einzelnen Ankerstromkreisen ghij herbei und schalten dieselben in Reihe. Der durch die Feldwickelungen k und die einzelnen Ankerstromkreise fliefsende Strom mufs zunächst durch den Widerstand 20 fliefsen, um ein zu plötzliches Einschalten zu vermeiden; dieser Widerstand wird jedoch kurzgeschlossen, sobald die Stellung A-A (erste Geschwindigkeit) erreicht ist. Bei dieser Stellung des Reglers werden die Feldwickelungen k am stärksten vom Anker d erregt, da die beiden Feldwiderstände 16 und 17 ausgeschaltet sind. Der vom positiven Hauptleiter α durch die Feldwickelungen k fliefsende Strom ist bei dieser Stellung natürlich schwach, und der Anker d liefert den Hauptantheil des Stromes für die Feldwickelungen k. Die zweite Stellung B-B (zweite Geschwindigkeit) läfst die Hauptankerstromkreise in Reihe wie zuvor, aber die Feldstärke von f ist durch den Widerstand 16 verringert worden, der seinerseits die elektromotorische Kraft von d und den durch die Feldwickelungen k fliefsenden Strom derart verringert hat, dafs die gewünschte Erhöhung der Geschwindigkeit der Hauptmotoren erreicht wird.Assuming that the reversing switch 5 is closed, so that the contacts 11 and 14 establish the connection from 1 to 2 and from 3 to 4, then the effect of the whole device results in that the main circuit device is first placed in the first one given by line AA Position moved and then on to the last position indicated by line HH. The first movement of the control cylinder brings the plate 6 into contact with the fixed contacts q and r, whereby the field magnet e of the motor generator is fully excited. If the controller moves further, the contact jp is closed and the motor generator starts up, since current from the contact ρ goes through the starting resistors 19 and 18 and through the armature c and through the field winding f . As soon as the two resistors 19 and 18 are completely short-circuited when η is touched, the motor-generator has reached its maximum speed, the field magnet ^ being gradually fully excited, since the field resistors 17 and 16 are switched off. At this point in time the contacts 7, 8 and 9 bring about the connection between the individual armature circuits ghij and switch them in series. The current flowing through the field windings k and the individual armature circuits must first flow through the resistor 20 in order to avoid being switched on too suddenly; however, this resistor is short-circuited as soon as the position AA (first speed) is reached. In this position of the regulator, the field windings k are most strongly excited by the armature d , since the two field resistors 16 and 17 are switched off. The current flowing from the positive main conductor α through the field windings k is naturally weak in this position, and the armature d supplies the main part of the current for the field windings k. The second position BB (second speed) runs the main armature circuits in series as before, but the field strength of f has been reduced by resistor 16, which in turn has reduced the electromotive force of d and the current flowing through the field windings k in such a way that the desired increase in the speed of the main motors is achieved.

Die dritte Stellung C-C (dritte Geschwindigkeit) schwächt noch weiter die Feldwickelungen und "erhöht noch''weiter die Geschwindigkeit in der eben beschriebenen Weise, und zwar durch Einschalten des Widerstandes 17, der derart bestimmt ist, dafs die Geschwindigkeit der der^nächsten Stellung D-D (vierte Geschwindigkeit) entsprechenden Geschwindigkeit genügend nahe kommt. In dieser Stellung D-D sind die Ankerstromkreise ghij in Reihenparallelschaltung verbunden, wie man beim Verfolgen der Verbindungen ersieht, und die Felder f und k sind wieder voll erregt, da die Widerstände 16 und 17 kurzgeschlossen sind. In dieser Stellung fliefst natürlich mehr Strom von dem Hauptleiter α durch die Anker g h ij, als wenn dieselben alle in Reihe verbunden wären, und infolge der Stärke dieses Stromes braucht der Anker d nicht mehr so viel Strom den Feldwickelungen k zu liefern, wie bei der ersten Stellung der Schaltvorrichtung.The third position CC (third speed) weakens the field windings even further and "increases" the speed further in the manner just described, namely by switching on the resistor 17, which is determined in such a way that the speed of the next position DD In this position DD the armature circuits ghij are connected in series-parallel connection, as can be seen when following the connections, and the fields f and k are fully excited again because the resistors 16 and 17 are short-circuited. In this position, of course, more current flows from the main conductor α through the armature gh ij than if they were all connected in series, and because of the strength of this current, the armature d no longer needs to supply as much current to the field windings k as it does with the first position of the switching device.

Die fünfte Stellung E-E (fünfte Geschwindigkeit) und die sechste Stellung F-F (sechste Geschwindigkeit) lassen die Ankerverbindungen wie in der vierten Stellung D-D, aber die Feldströme durch / und k sind in der oben angegebenen Weise geschwächt, und die Geschwindigkeit der Motoren ist in entsprechendem Mafse vergröfsert worden. In der siebenten Stellung G-G (siebente Geschwindigkeit) sind alle Ankerstromkreise g h ij in Parallelschaltung verbunden, und der vom Hauptleiter α aus fliefsende Strom erfährt eine weitere Steigerung, so dafs der Anker d noch weniger als früher an der Stromlieferung für die Felderregung theilnimmt. In der achten Stellung wird wie früher eine Steigerung der Geschwindigkeit durch Schwächung der Feldstärke erzielt. Die Feldwickelungen noch weiter zu schwächen, ist nicht rathsam, da die Gefahr der Funkenbildung an den Bürsten der Anker ghij bei dieser letzten Zusammenstellung der Ankerstromkreise vorliegt, wenn für jeden Anker volle elektromotorische Kraft vorhanden ist.The fifth position EE (fifth speed) and the sixth position FF (sixth speed) leave the armature connections as in the fourth position DD, but the field currents through / and k are weakened in the manner indicated above, and the speed of the motors is correspondingly Mafse has been enlarged. In the seventh position GG (seventh speed) all armature circuits gh ij are connected in parallel, and the current flowing from the main conductor α experiences a further increase, so that armature d takes part in the current supply for field excitation even less than before. In the eighth position, as before, an increase in speed is achieved by weakening the field strength. Weakening the field windings even further is not advisable, since there is a risk of sparks forming on the brushes of the armature ghij in this last combination of armature circuits when full electromotive force is available for each armature.

Der ganzen Betrachtung hat die Annahme zu Grunde gelegen, dafs die entgegenwirkende elektromotorische Kraft von d den durch k fiiefsenden Strom an ganz bestimmte Stärken gebunden hat, die nur von der Feldstärke von / abhängig sind; daraus folgt naturgemäfs, dafs bei einer Bewegung des Reglers von einer einer grofsen Geschwindigkeit entsprechenden Stellung nach einer solchen von geringerer Geschwindigkeit eine unmittelbare Verringerung der Geschwindigkeit eintreten mufs. Verursacht das Trägheitsmoment der sich drehenden Anker und der von ihnen getriebenen Vorrichtung eine bedeutend gröfsere Geschwindigkeit, als die für die Stellung des Reglers richtige Geschwindigkeit, dann wirken die Anker als Generatoren und liefern Strom an die Hauptleiter zurück mit derselben Wirkung, als ob zeitweise mechanische Bremsen angewendet werden. Je kleiner die Widerstände der Ankerstromkreise cdhgij sind, desto genauer ist die durch irgend eine Stellung, des Reglers bestimmte Geschwindigkeit. Sollte es sich aber, beispielsweise für eine bestimmte Art von Bahnbetrieb, als wünschenswerth erweisen, diese Eigenschaft der Motoren derart zu ändern, dafs sie wie gewöhnliche Hauptschlufsmotoren wirken, so kann dies, wie bereits oben gesagt, in einfacher Weise durch die Einschaltung des kleinen Widerstandes 15 geschehen.The whole consideration has been based on the assumption that the counteracting electromotive force of d has bound the current flowing through k to quite definite strengths which are only dependent on the field strength of /; It follows naturally from this that when the controller moves from a position corresponding to a high speed to a position of a lower speed, an immediate reduction in speed must occur. If the moment of inertia of the rotating armature and the device driven by it causes a speed significantly greater than the speed correct for the position of the regulator, then the armatures act as generators and supply power back to the main conductors with the same effect as if mechanical brakes temporarily be applied. The smaller the resistance of the armature circuits cdhgij , the more precise the speed determined by any position of the regulator. However, should it prove desirable, for example for a certain type of railway operation, to change this property of the motors in such a way that they act like ordinary main-line motors, this can be done, as already mentioned above, in a simple manner by switching on the small resistor 15 happen.

Sollte es sich als nothwendig erweisen, eine ständige Aenderung in der Geschwindigkeit herbeizuführen, sollten beispielsweise höhere Geschwindigkeiten sich als vortheilhaft erweisen, so kann dies durch Verstärkung der Widerstände 16 und 17 und durch Hinzufügung eines ständigen Widerstandes in den Stromkreis des Leiters 26 geschehen.Should it prove necessary, a constant change in speed to bring about, for example, higher speeds should prove to be advantageous, so this can be done by amplifying resistors 16 and 17 and adding them a constant resistance in the circuit of the conductor 26 happen.

Claims

Patent Claims:

1. Control method for series parallel connection of main current motors, characterized in that the change in speed of the motors in the various groupings of the same merely by changing the field strength and thus the Voltage of a current-supplying device connected in parallel to the field windings of the motors Armature of a motor generator fed from the operating lines is effected, for the purpose of reducing the disadvantages of the To avoid regulation by means of resistors in the main circuit.

2. Control method according to claim 1, characterized in that the resistance of the current-generating armature in relation to the resistances of the field winding of the The motors to be controlled is small, for the purpose of field excitation of the motors only to make dependent on the voltage of the motor generator.

1 sheet of drawings.