DE154593C

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Publication number: DE154593C
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KAISERLICHES

PATENTAMT.

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Regelungsvorrichtung für Gleichstrommotoren, die zum elektrischen Bahnbetrieb dienen. Bekanntlich nimmt im Bahnbetrieb mittels Elektromotoren die nützliche Arbeitsleistung der Motoren mit zunehmender Geschwindigkeit ab. So wird z. B. ein 6o pferdiger Motor (75° Volt, 65 Amp.), welcher für eine Wagengeschwindigkeit von 18 km in der Stunde eine maximale Zugkraft von 900 kg entwickelt, nur noch mit einer Nutzleistung von 15 Pferdekräften (750 Volt, 20 Amp.) arbeiten, wenn die Wagengeschwindigkeit auf 36 km gestiegen ist, wobei seine Zugkraft auf 110 kg gesunken ist. Daraus leuchtet sofort ein, daß es für einen wirtschaftlichen Betrieb in erster Linie darauf ankommt, daß die Motoren für jede beliebige, zwischen den Normalgrenzen liegende Betriebsgeschwindigkeit mit der gleichen nützlichen Arbeitsleistung arbeiten. Durch die vorliegende Neuerung soll es nun möglich gemacht werden, die Bahnmotoren, insbesondere die Gleichstrom-Serienmotoren, welche sich vornehmlich für den elektrischen Bahnbetrieb eignen, in dieser Weise, d. h. bei veränderlicher Geschwindigkeit mit konstanter Leistung, arbeiten zu lassen. Erreicht wird dieser Zweck dadurch, daß bei diesen Motoren die Gesamtwicklung des Feldmagneten, welche ein bestimmtes Gesamtfeld (von der Größe U) entwickelt, gewissermaßen in zwei Teile zerlegt wird, von welchen der eine Teil, die sogen. Haupterregerwicklung, ein der maximalen Betriebsgeschwindigkeit (n v) und der minimalen Zugkraft I — j entsprechendes konstantes Feld I — I zu erzeugen vermag, während

die andere Wicklung, die sogen. Regelungswicklung, durch Bedienung eines Widerstands- schalters oder dergl. ein den Änderungen in der Betriebsgeschwindigkeit und Zugkraft entsprechend veränderbares Feld I U J hervorrufen kann, das zusammen mit dem Feld der Haupterregerwicklung j— I das Gesamtfeld (U) in einer für die Konstanterhaltung der Motorleistung erforderlichen Weise ergibt. Nicht zu verwechseln ist diese Anordnung mit den Verbundwicklungen an Motoren oder mit Einrichtungen, die nur für das Anfahren in Betracht kommen, denn hier kommt die Regelungswicklung beim normalen Betrieb zur Anwendung, indem sie als Bestandteil der Erregerwicklung mit Hilfe des Widerstandsschalters einen nach Maßgabe der Änderungen in der Betriebsgeschwindigkeit zu verändernden Beitrag zur Feldstärke liefert. Die vorstehend, sowie auch im nachfolgenden gebrauchten Buchstaben haben folgende Bedeutungen: Es bezeichnet — die minimale

Zugkraft (am Umfang des Ankers), welche einer im Betrieb gegebenen Maximalgeschwindigkeit η ν entspricht, U die Feldstärke, η ein Faktor (Multiplikator oder Divisor), welcher größer ist als 1, E die verfügbare Betriebs-

Spannung, welche konstant vorausgesetzt sei, / den konstant zu erhaltenden Hauptstrom in der Haupterregerwicklung und i den veränderbaren Regelungsstrom in der Regelungswicklung des Feldmagneten.

Die Fig. ι und 2 der Zeichnung veranschaulichen rein schematisch eine Ausführungsform dieser Erfindung für Zweimotorenbetrieb mit Hauptstrom- oder Reihenschaltung.

Es bezeichnet a die Gleichstrom-Speiseleitung von der Spannung E, welche die beiden Motoren I, II mit dem Anker b und der Feldmagnet-Hauptwicklung c speist. Die Haupterregerwicklung c ist mit dem Anker b in Reihe geschaltet. Auf dem Feldmagneten jedes Motors ist eine Regelungswicklung r angeordnet, welche in gleichem Sinne wie die Haupterregerwicklung c gewickelt und zusammen mit einem gemeinschaftlichen Stromregler, ζ. B. einem Widerstandsschalter, in einen Hilfsstromkreiss eingeschaltet ist. Dieser Stromregler oder Widerstandsschalter, dessen Konstruktion an und für sich nicht zur Erfindung gehört, besitzt zwei gebogene Kontaktschienen d, e, mit welchen die Drähte des Hilfskreises s verbunden sind und über welchen der Kontakthebel f verstellbar ist. Letzterer beherrscht vermittels zweier voneinander isolierten Endbrückenstücke eine Reihe von Kontaktpflöcken i,j, i',j', welche in vier Quadranten verteilt und an Teilwiderstände w zur Regelung des im Hilfskreis s fließenden Stromes angeschlossen sind. Die Kontakte i undj' sind mit dem positiven Pol der Speiseleitung α und jene j und i' mit dem negativen Pol derselben verbunden. Diese Verbindung ist derart hergestellt, daß der Kontakthebel f, wenn er aus seiner Normalstellung (Fig. 1) im Sinne des Pfeiles gedreht wird, zunächst über die Kontakte i, i' gleitet, um den Strom des Hilfskreises s zufolge Einschaltung der mit diesen Kontakten verbundenen Teilwiderstände allmählich abzuschwächen, und hierauf die Kontakte./, j' durchschreitet, um die Stromrichtung im Hilfskreis s umzukehren unter allmählicher Abschaltung der mit diesen Kontakten verbundenen Teilwiderstände. Auf diese Weise nimmt der Regelungsstrom i in den Regelungswicklungen r von einem Wert -[" i bis Null ab, um wieder bis — i anzuwachsen. Dieses Moment ist es nun, das zur Regelung der Felderregung ausgenutzt wird, wie dies nachstehend näher erläutert werden mag.

Normalerweise nimmt der Kontakthebel f des Widerstandsschalters die in Fig. 1 angegebene Stellung ein und trachtet stets dieselbe beizubehalten oder wiedereinzunehmen durch die Wirkung einer passenden Rückführ-Vorrichtung, z. B. einer gewundenen Rückführfeder oder eines Gewichtes. Er bleibt in dieser Stellung beim Anlaufen des Motors oder der Motoren, ebenso wie auch auf einer Steigung der Fahrstrecke, d.h. so lange, als die Geschwindigkeit nicht merklich die minimale Geschwindigkeit, z. B. 20 km in der Stunde, überschreitet. Der oder die Motoren arbeiten mit voller Kraft, und ihr Feld wird durch den Strom / der Haupterregerwicklung c und durch den zu diesem gleichgerichteten Strom i der Regelungswicklung r erzeugt, so daß die Erregerwirkungen dieser beiden Wicklungen oder Ströme sich zueinander addieren, um vereint das Gesamtfeld U und so mit dem Maximum des Ankerstroms die maximale Zugkraft P des Motors hervorzubringen.

Wenn nun die Zugkraft P abnimmt, so wird die Geschwindigkeit des Motors zuzunehmen bestrebt sein und diese Geschwindigkeitszunahme mit dem herrschenden Gesamtfeld U eine größere gegenelektromotorische Kraft hervorrufen, womit der Hauptstrom / verringert wird. Diese Stromschwächung in der Serienwicklung c bewirkt eine proportionale Abnahme des Feldes. Da nun für einen konstanten Normalzustand Voraussetzung ist, daß immer P = '/»Z/ist, so muß, wenn angenommen wird, daß die Zugkraft sich

auf — verringert hat, diesem Wert das Pro

I-U

entsprechen. Dieses Produkt läßt

sich nun auf folgende drei Weisen in Faktoren zerlegen:

n" · rf

P	I	U
η	η	I
P	*_ I*	U
η	I	η

Danach erhält man also die Zugkraft — in

Funktion von /und U: ι. gemäß Gleichung (a) allgemein durch Verringern der beiden Faktoren /, U, 2. nach Gleichung (b) durch Verringern von I unter Konstanthaltung von U und 3. durch Verringern von U unter Konstanthaltung von / gemäß Gleichung (c).

Es ist nun nicht rationell, den Strom / zu

p
verringern (Gleichung b), um — zu erhalten,

denn die Nutzleistung des Motors
A = 9,S₁-P-V = E-I

variiert in Funktion von / und nimmt proportional mit dem Strom ab, vorausgesetzt, daß die verfügbare Spannung E konstant ist.

Dagegen bleibt die Nutzleistung des Motors

unverändert, wenn man die Zugkraft — durch

Claims

Verringerung von U entstehen läßt, indem der Strom I, welcher mit der Spannung E die Leistung E · I bestimmt, konstant erhalten wird. Dies zu ermöglichen, ist Zweck der Regelungswicklung r; denn mit derselben ist man bei Bedienung des Widerstandsschalters

in der Lage, für die Zugkraft — das Gesamt-

f P

feld U um einen von der Differenz [P

— nj

abhängigen Wert so zu verringern, daß das Feld gleich — wird unter Konstanthaltung

des Hauptstroms I bezw. Rückführung desselben auf den ursprünglichen Wert /. Es wird also das so von dieser Wicklung herrührende Feld gleich I U—■—) sein. Dieses

regelnde Feld kann vermittels des Widerstandsschalters nach Maßgabe der Änderungen der Betriebsgeschwindigkeit innerhalb der maximalen und minimalen Grenze verändert werden, und man kann hierbei den erregenden Strom in der Regelungswicklung unter alias mählicher Widerstandsaus- und -einschaltung umkehren oder aber nur auf Null herabdrücken. Es wird immer vermittels dieses regelnden Feldes ein Einregulieren des Hauptstroms auf seinen konstanten Wert / stattfinden, so daß die Nutzleistung E · I bei konstanter Spannung E für die verschiedenen Betriebsgeschwindigkeiten konstant erhalten werden kann.

Die Erfindung ist vorstehend in Anwendung an Serienmotoren beschrieben. Indessen ist ohne weiteres einleuchtend, daß sie auch bei Nebenschlußmotoren, d.h. dort, wo die Haupterregerwicklung c in Nebenschluß geschaltet ist, angewendet werden kann.

ε Patent-Anspruch:

Eine Regelungsvorrichtung für Gleichstrom-Bahnmotoren, dadurch gekennzeichnet, daß zum Zwecke der Konstanthaltung der Motorleistung bei veränderlicher Betriebsgeschwindigkeit die Felderregung des Motors von einer Haupterregerwicklung fc), .welche ein der maximalen Betriebsgeschwindigkeit (n v) und der minimalen Zugkraft I — I entsprechendes konstantes Feld I — J hervorzurufen vermag, im

Verein mit einer Regelungswicklung fr) bewirkt wird, welche durch Bedienung eines deren Strom umkehrenden oder nur bis auf Null herabdrückenden Widerstandsschalters ein nach Maßgabe der Änderungen in der Betriebsgeschwindigkeit veränderbares Feld ■

Iu 1 zu erzeugen hat, welches mit

dem Feld I — J der Haupterregerwicklung das Gesamtfeld (U) in einer für die Konstanthaltung der Motorleistung erforderliehen Weise ergibt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.