DE140761C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

Gegenstand der Erfindung ist eine Einrichtung des elektrischen Kraftbetriebes von Transportanlagen mit selbsttätig veränderlicher Betriebsspannung, zu dem Zwecke, um durch Rückwirkung des Motors auf den ortsfesten Stromerzeuger eine wirtschaftliche Regelung des Betriebes, insbesondere auch ein rationelles Anfahren und Anhalten des Motors ohne Vorschaltwiderstände zu bewerkstelligen.

Die Regelung erfolgt durch den Stromerzeuger, dessen Magneterregung so eingerichtet wird, daß die Spannung in umgekehrtem Sinne wie der Arbeitsstrom sich ändert. Bei einer Stromstärke, die im ganzen Schließungskreise noch zulässig ist, sinkt die Spannung bis Null und nimmt selbst negative Werte an. Man kann daher den Motor im Stillstand oder in unmagnetischem Zustande ohne weiteres einschalten, man kann ihm ferner im Betriebe eine umgekehrte elektromotorische Kraft erteilen, ohne übermäßige Stromstärken befürchten zu müssen.

Der Spannungsabfall mit steigendem Strom vollzieht sich in dem Maße, daß der Kurzschlußstrom, welcher beim Einschalten des stillstehenden Motors entsteht, unter den gegebenen Umständen hinreichen muß, um mit dem verfügbaren Motorfelde das Anlaufsdrehmoment hervorzubringen.

Mit abnehmendem Strom steigt die Spannung und erreicht bei Nullstrom einen Wert, welcher einer starken Sättigung des Magneteisens entspricht, so daß nur noch eine geringe Spannlingssteigerung möglich ist, wenn der Strom vom beschleunigten Motor in den Stromerzeuger zurückfließt.

Fig. ι ist die schematische Darstellung eines Beispiels, wie die Magnetwicklung des Stromerzeugers G und dessen Verbindung mit der Erregermaschine E und mit dem Motor M hergestellt wird, um die angestrebte Wirkung zu erzielen. Stromerzeuger und Erreger werden direkt oder mittels Elektromotors von einer gemeinsamen Kraftquelle mit gleichförmiger Geschwindigkeit angetrieben. Die Erregermaschine für sich magnetisiert den Stromerzeuger durch die Wicklung W₁ bis zu einer starken Sättigung, der Ankerstrom jedoch übt durch die Wicklung W₂ eine feldschwächende Wirkung aus, indem dessen magnetisierende Kraft derjenigen von W₁ entgegengerichtet ist.

Nach dem Beispiele ist der Stromerzeuger G mit dem Motor M durch die Leitungen L L ohne Zwischenschaltung von Widerständen verbunden, bloß zum Schließen und Öffnen des Stromkreises ist der Ausschalter A vorgesehen., Vorschaltwiderstände oder Ausgleichsapparate, die . zusätzliche und abzügliche Spannungen liefern, sind in der vorliegenden Anordnung nicht notwendig.

Der Motor wird, nach dem dargestellten Beispiele, von einer Außenquelle — einer Batterie B — erregt; es kann aber auch jede Art von Selbsterregung angewendet werden. Im Erregerstromkreise sind Widerstände C und ein Umschalter S eingeschaltet.

In der Patentschrift 96583 ist eine Antriebsvorrichtung beschrieben, wonach auf einem Fahr-

zeuge der Stromerzeuger und Motor mit einer ähnlichen gegenseitigen Beziehung zwischen beiden angeordnet werden. Es handelt sich gemäß jener Druckschrift jedoch nicht um eine Kraftübertragung und Rückwirkung auf Entfernung, und es wird auch der Stromerzeuger direkt geregelt durch Widerstände, welche in dessen Nebenschluß geschallet sind. Der Stromerzeuger wird im Nebenschluß erregt, die angestrebte selbsttätige Regelung der Spannung kann daher nur zwischen sehr engen Grenzen erfolgen, indem bei einem bedeutenderen Spannungsabfall die Selbsterregung überhaupt aufhört.

Im Gegensatze hierzu bewirkt die Kraftübertragung nach der Erfindung eine unbeschränkte Selbstregelung bei allen Veränderungen während der Fahrt, ebenso auch beim Anfahren und Anhalten, und wird vom Fahrzeuge aus, ganz allein durch Einwirkung auf das Feld des fahrenden Motors, der entfernte ortsfeste Stromerzeuger nach Bedarf beeinflußt.

Fig. 2 zeigt durch die Diagramme der Spannung und der Energie die Wirkung der Kraftübertragung nach vorliegendem System. Bezogen auf den veränderlichen Arbeitsstrom i stellt E₁ E₁ die Spannungswerte des Stromerzeugers und E₂ E₂ die elektromotorischen Kräfte des Motors dar, welch letztere sich nach Abzug der Spannungsverluste in den Leitungen und Ankerdrähten aus der jeweiligen Erzeugerspannung bestimmen.

Weil E₂ E₂ für eine bestimmte Motorfeldstärke auch die Funktion der Motortourenzahl in Abhängigkeit vom Strom darstellt, ist daraus zu ersehen, daß die Fahrgeschwindigkeit bei gegebener Feldstärke nach diesem System sich selbsttätig ändert, und zwar zwischen i = Null und i = ο α in umgekehrtem Sinne wie der Strom.

Bei i = Null ist E₁ = E₂. Bei i — <Tä wird die Betriebsspannung gänzlich durch die Leitungs- und Ankerwiderstände verbraucht, daher ist die elektromotorische Kraft des Motors, sowie auch die Fahrgeschwindigkeit Null. Wird die Motorspannung umgekehrt, so wird E₁ = Null, und wenn das negative E₂ noch gesteigert wird, wobei i > 0 b ist, dann nimmt E₁ gleichfalls negative Werte an und es wechseln in diesem Zustande beide Spannungen ihre Rollen. Bei der Fahrt im Gefälle wird i negativ, z.B. / = od, E₁ und E₂ nehmen zu, überschreiten aber nur wenig den Wert, welcher dem Nullstrom entspricht. Beide Spannungen bleiben in diesem Falle positiv, wechseln aber ihre gegenseitigen Beziehungen, infolgedessen Strom in den Erzeuger zurückfließt.
In Fig. 2 stellen ferner A₁ A₁ die vom Stromerzeuger gelieferten und A₂ A₂ die vom Motor verbrauchten Arbeitswerte als Funktionen des Stromes dar. Die Werte von A₂ A₂ bedeuten aber gleichzeitig das Produkt von Drehmoment mal Fahrgeschwindigkeit. Man erkennt, daß A₂ zweimal Null wird, nämlich bei i = Null und bei i ~ ο α und daß der höchste Arbeitswert nicht beim stärksten Strom vorhanden ist, sondern bei einer Stromstärke i > Null und i < 0 ä. Sowohl bei negativem i als auch bei i > ο α wird A₂ negativ, in beiden Fällen tritt also eine Bremsung des Motors ein.

Für das vorliegende System kennzeichnend ist, daß man bei geringerer Betriebsspannung — in der Nähe von i — ο α — bedeutende Leistung sowohl zum Anfahren als auch zum Bremsen nutzbar machen kann.

Die graphische Darstellung in Fig. 3 zeigt die Abhängigkeit des Motordrehmomentes T von der Umlaufsgeschwindigkeit v. Nach diesem System ist nämlich für eine gegebene Feldstärke des Motors die gegenseitige Beziehung der genannten zwei Faktoren der Fahrleistung eindeutig bestimmt. Diese Beziehung ändert sich, wenn das Motorfeld eine andere Stärke erhält. Mit Hülfe der Feldveränderung kann man folglich die Fahrleistung regeln, ohne daß diese aufhört, wirtschaftlich zu sein, weil die entgegengesetzte Veränderung von Zugkraft und Geschwindigkeit oder auch von Strom und Spannung sich immer selbsttätig einstellt. go

Im Koordinatensystem der Fig- 3 sind acht verschiedene Diagramme für positive Werte des Motorfeldes (-\- m) und ebensoviele Diagramme für negative Werte des Motorfeldes , (— m) gezeichnet. Die positiven Ordinaten bedeuten Zugkräfte (-\- T), die negativen Bremskräfte (— T), welch letztere sowohl dann eintreten, wenn der Motor bei positivem Felde mit großer Tourenzahl läuft, als auch, wenn der Motor ein negatives Feld hat, indem er im Lauf ummagnetisiert wird. Die letztere Bremswirkung dauert bis zum Stillstande des Motors an, wodurch sie sich vom ersteren Falle wesentlich unterscheidet.

Das Schaltverfahren beim Betriebe nach vorliegendem System ist das folgende:

Anfahren: Der Motor wird ohne Widerstände eingeschaltet und mit jener Stärke erregt, welche das notwendige Anfahrtsdrehmoment hervorbringt. Nach Ingangsetzung wird das Feld auf die normale Stärke zurückgestellt, bei welcher die Fahrt mit gewöhnlicher Zugkraft vor sich geht.

Fahrt: Die Geschwindigkeitsregelung gemäß den verschiedenen Fahrtwiderständen vollzieht sich selbsttätig.

Durch den Fahrschalter wird nur das Motorfeld jeweils auf die Stärke eingestellt, welche für die betreffende Kraftentwicklung am günstigsten ist.

Anhalten: Das Motorfeld wird auf Null gestellt und dann umgekehrt schwächer oder stärker erregt, je nachdem die Bremsung allmählich oder heftig wirken soll. Vor Stillsland des Fahrzeuges wird das Feld abermals auf Null gestellt.

Weil die Betriebsspannung bei Nullstellung des Fahrschalters, der das Motorfeld regelt, immer nur einen kleinen Wert hat, ist es

ίο zweckmäßig, den Motor in diesem Znstande ein- und auszuschalten, d. h. den Schalter A (Fig. i) dann zu bedienen, wenn der Feldregler C unterbrochen ist. Während kurzer Betriebspausen ist übrigens die Leitungsuiiterbrechung nicht geboten, weil der unmagnetische Motor nach vorliegendem System keine beträchtliche Arbeit verbraucht, wie in Fig. 2 das Diagramm von A₁ für J5₂ = Null zeigt.
In dieser Beschreibung wurde der Einfachheit wegen immer nur ein Stromerzeuger und ein Motor erwähnt. Gegebenenfalls sind aber damit auch Gruppen gemeint, die aus mehreren Erzeugern oder Motoren bestehen, jedoch mit der Voraussetzung, daß alle Maschinen einer Gruppe gemeinschaftlich erregt und geregelt werden, so daß Veränderungen der Feldstärke sämtlicher Maschinen der Gruppe gleichzeitig und gleichmäßig vor sich gehen.

Das vorliegende Kraftübertragungssystem kann auch in solchen Anlagen Anwendung finden, in welchen mehrere voneinander unabhängige Stromerzeuger oder Motoren . im Betrieb sind, z. B. bei Bahnanlagen von größerem Umfange. In solchem Falle wird die Anlage durch Teilleiter in mehrere voneinander isolierte Strecken, bezw. bei mehrgleisigen Strecken, in welchen Züge sich kreuzen, in voneinander isolierte Gleise zerlegt nach Maßgabe des Verkehrs, damit in den einzelnen Teilstrecken nicht mehr als je ein Zug gleichzeitig fährt.

Die einzelnen Teilleiter werden entweder dauernd oder periodisch von je einem selbständigen Stromerzeuger gespeist, dessen Erregung wie beschrieben eingerichtet wird, damit die selbsttätige Spannungsänderung und Regelung des Betriebes bei jedem Zug von den übrigen ungestört wirksam ist.

Die Zusammenschaltung und Trennung der Teilleiter, sowie gegebenenfalls auch die Umschaltung einer Gleisstrecke von einem Teilleiter auf einen anderen (Ausweichen) kann entweder von Hand oder selbsttätig erfolgen.

Claims (3)

Patent-Ansprüche:

1. Elektrische Kraftübertragung fürTransportanlagen mit selbsttätig veränderlicher Betriebsspannung, gekennzeichnet durch einen ortsfesten Stromerzeuger, dessen eine Feldwicklung von einer unabhängigen Stromquelle gespeist wird, und dessen andere Feldwicklung der Hauptstrom in solcher Richtung durchfließt, daß das Magnetfeld vom zunehmenden Strome geschwächt, vernichtet und auch umgekehrt, hingegen vom zurückfließenden Strom verstärkt wird, in Verbindung mit einem Fahrzeugmotor, dessen Feldstärke mittels einer Schaltvorrichtung veränderlich ist.

2. Eine Ausführungsform der durch Anspruch 1 geschützten Kraftübertragung in der Weise, daß mehrere Stromerzeuger oder mehrere Motoren gruppenweise angeordnet werden, so daß die Feldmagnete aller Maschinen einer Gruppe gemeinschaftlich erregt und geregelt werden.

3. Eine Ausführungsform der durch Anspruch 1 geschützten Kraftübertragung in der Weise, daß in mehreren Strecken einer Bahnanlage Stromerzeuger und Motoren der beschriebenen Anordnung und Zusammensetzung durch getrennte Teilleiter verbunden werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.