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| Dieselelektrisches Traktions-System, insbesondere für |
| Strassenbahnfahrzeuge, und Anordnung zu dessen Ausführung |
| Vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Dieselelektrisches |
| Traktions-System, das Eigenschaften besitzt, welche besonders
zur |
| Anwendung auf Strassenfahrzeugen geeignet sind, sowie auf eine
An- |
| ordnung zu dessen Ausführung. |
| Es sind schon Dieselelektrische Traktions-Systeme bekannt,
und |
| weitläufig auf den Schienenfahrzeugen zur Anwendung gekommen.
Sie be- |
| sitzen jedoch Eigenschaften, welche nicht für die Traktion
von Stras- |
| senfahrzeugen geeignet sind, insbesondere für öffentliche Stadtfahr- |
| zeuge, wobei, infolge der unregelmässigen Traktions-Verhältnisse,
mit |
| häufigem Stillstand"zahlreichen Anfahren, Lastveränderungen,
Bremsungen |
| usw., nicht nur fgz die fortlaufende Kontrolle der Zugkraft
und der von |
| der Dieselmaschine aufgenommenAeistung, sondern auch der Uebergang
von |
| Traktionsbetrieb auf Bremsung, unter Einschränkung der-Stromkreis-Um- |
| schaltungen auf, ein Mindestmass erfordert werden. |
| Gewöhnlich arbeiteten die bisherigen Traktions-Systeme für |
| Schienen-Fahrzeuge, mit einem elektrischen Generator veränderlicher |
| Spannung und 2vIotoren mit Serie-rErregung, eventuell mit Feldschwächung |
| der Motoren durch elektro m?chanische Mittel, zum Beispiel
mit Schüt- |
| zen. In der Bahntraktion wird allgemein ein Steuerschalter
mit Mehr- |
| fachstellungen vorgesehen, denen je eine gewöhnlich sinkende
Charak- |
| teristik des Generators, sowie ein Geschwindigkeitszustand
der Diesel- |
| maschine entspricht; ein dazu vorgesehener Regler, der auf
die von |
| dem Generator abgegebene Leistung anspricht, greift ein, indem
er |
| auf einen Magnetregulator der Dynamomaschine einwirkt, = zu
ver- |
| hindern, dass diese eine höhere Leistung aufnimmt, als die
Diesel- |
| maschine abgeben kann (siehe Abbildung 1). Der Uebergang von
Fahrt |
| auf Bremsung wird mittels Umschaltung der Stromkreise erreicht,
in- |
| dem die |
Motoren auf einen Widerstand eingeschaltet und entsprechend erregt
werden..
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Dieses Stufensystem ist schwerlich in einem Strassen-
fahrzeug
ärmendbar, insbesondere nenn dieses für den Stadtverkehr
bestimmt
ist, da die Zugkraft nicht fortwährend geregelt wird und die Schützen eine äusserst
grosse Anzahl von Stundenschaltungen ausführen müssten.
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Die Erfindung hat daher den Zweck, ein Diesel-ele':trisches Traktions-System
zu schaffen, mit Eigenschaften die insbesondere zur Anwendung auf Strassenfahrzeugen
geeignet sind, in welchem die genannten Nachteile der bekannten
Systeme vermieden werden. Zu diesem Zweck wird,
in der Dieselelektrischen
Anlage, bestehend aus einen mit einem Diesel-motor gekuppelten
Generator und aus einem oder mehreren Raihenschlussootoren2 erfindungsgemäss
dem elektrischen G3nerator, durch geeignete Singriffe in seine :. regurig, eine
Lastabhängige Zussere Spannungscharakteristik : verliehen, worin rann drei Teile
unterscheidet, und zwar,einen Tail entsprechend der Leistungsbe,renzung: abhängig
von der vom Dieselmotor bei einer gewissen Geschrindigkeit abgegebenen Leistune,
ferner zwei Teiles entsprechend einer Leistungsbegrenzung durch FeldschtiSchung
der Fotoren auf einer Seite der gurve und einer Strombegrenzung
. auf der anderen Seite (siehe Abbildung 2).
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Man erhält eine derartige Charakteristik mit einer iinrichtung,
.bei welcher die von einer konstanten Spannungsquelle erzeugte
Erregung des Generatorag durch ein Binstelleysten mit elektronischen,
periodischen
Schaltern, zum Beispiel TIyristoreng verändert Wird, und
welches durch
einen Impulsgebers von einer Verstiarker-und phasenverschiebungsstufe
Se-
steuert wird, die ihrerseits sowohl in Abhängigkeit
von der Oashebelstellung, als auch in Abhängigkeit von der
Stellung der insprit$ -.%mpenstange beeinflusst wird, also von
ihrer B6rderosf» ferner vom Generatorstrom, um die genannte Begrenzung
des Stromes und der von Generator aufgenommenen Leistung
zu erreichen, für einen gewissen Gesobwindiskeitszustand des Dieselmotors.
'
In einer weiteren Entwicklung der Erfindung, erscheint es als angezeigt, die Totoren
mit einer Fremderregung auszurüsten, indem ihnen durch geeignete Eingriffe in die
Erregung selbst, eine Reihenschlusscharakteristik verliehen wird, und dieselben
durch Feldschvrächung, abhängig von der Generatorerregung, nachdem diese ihren Höchstwert
erreicht hat, zu steuern.
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Diese Charakteristik wird erhalten, indem die Einrichtung in der Weise
vorgesehen wird, dass die von einer konstanten Spannungsquelle abgegriffene 1:atorenerregung,
mittels eines Einstellsystems mit elektronischen, periodischen Schaltern abgeändert
wird, zum Beispiel Silizium-Trioden, *elche, durch einen Iapulsgeber, von einer
Verstärk=er- und P'nasenverschiebungs-Steuerstufe, die ihrerseits durch den Angerstrom
beeinflusst wird, um den Motoren die gewünschte Reiherischlusscharakteristik zu
verleihen, und zur Feldsch:viSchung vom Erregerstrom des Generators, nachdem dieser
einen bestimmten Wert erreicht hat, gesteuert wird. Da die Motoren mit Fremderregung
versehen sind, ist es möglich, die Bremsung durch Entregung des Generators
und Erregung des Motors zu bewirken. Da die Dieselmaschine nicht rückarbeiten
kann, wird in den Ankerkreis ein in Richtung des Traktionsstromes von einer Diode
kurzgeschlossener Widerstand eingeschaltet. Der Wert dieses Widerstandes kann zweckmässig
beim Sinken der %hrzeuggeschaindig::eit durch einen elektro-nischen, periodischen
Schalter herabgesetzt werden, der sich in
Parallelschaltung mit dein
Widerstand befindet und von der Differenz
zwischen dem Bremssignal
und einem dem Bremsstrome proportionalen Signal gesteuert wird.
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Die Erfindung wird eingehender mit Bezug auf Abbildung
3
beschrieben werden, welche das Schaltbild eines Ausführungsbeispieles
der Erfindungseinrichtung, nur auf die wesentlichsten Teile derselben
beschränkt, und in sehr vereinfachter Darstellung, zeigt.
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-Mit dem, mit einem Drehzahlregler 1a versehenen Diesel-motor
'!, ist ein elektrischer Gleichstromgenerator 2 mit Rrregerwß.cklung
2a gekuppelt. Der Generator 2 speist unmittelbar die zwei
Motoren
3, welche sich im dargestellten Beispiel in Reihenschaltung befinden und
die :....:,: Laufräder steuern.
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Ein Wechselstrom--Hilfsgenerator 4, mit Gleichrichter 5
und Spannungsregler (nicht dargestellt), ladet die Batterie 6, und bildet
mit dieser eine Gleichstromquelle mit konstanter Spannung.
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Die Erregung des Generators 2 erfolgt durch genannte Gleichstromquelle
mit konstanter Spannung, 5, 6, mittels eines Reguliersystems mit periodischen elektronischen
Schaltern 'j, welche zum Beispiel aus Siliziumtrioden bestehen können. Diese Reguliergruppe
wird, durch. einen Impulsgeber 8, von einer Verstärker- und Phanenverschiebungs-Steuerstufe
9 gesteuert, die in dem dargestellten
Ausführungsbeispiel von einem magnetischen
Verstärker gebildet wird,
aber die auch mit irgend einer anderen Verstärker-
und Phasenverschiebungs-Vorrichtung, zum
Beispiel mit Transistoren,
ausgeführt werden
kann. ' Die Steuerstufe
9 wird
ihrerseits von
drei
Signalen
beeinflusst,
die im dargestellten
Beispiel des
magnetischen Verstärkera, auf drei Steueraaicklungen 9a bis 9c einwirken, und zwar
: auf
9a ein Bezugs-Signal,
welches zum Beispiel
von einem mit
dem Gashebel
11 gekuppelten Induktionsregler 10 abgegeben wird, mittels einer
Nocken-
saheibe die.die
Charakteristik der Abbildung
4 verleiht,
welche die
| r |
| Beziehung zwischen der Verstellung des Gashebel-Pedals ,
der Dreh- |
zahl des Dieselmotors n und
dem Bezugssignal a darstellt; auf 9b .wirkt
ein Gegensignal entsprechend
der von
dem Dieselmotor
abgegebe-
nen Leistung, wenn sich diese in der Nähe des R"oohstwertes,
entsprechend dery durch
den Drehzahlregler,,vom
Gashebels 11 festgesetzten
Drehzahl
befindet, welches zum
Beispiel von
einem mit der Starg
e 13 der"Einspritspumpe
des Dieselmotors _1 gekuppelten Induktionsregler
12 her-ICommt,
so dann
ein Signal k- gebildet wird» dass
im Verhältnis zum
Hub
, der Stange stehtg wenn 'diOslW zum .Beispiel
zwischen
8%10 und
1010 (Abbildung
5) sich befindet)
das Signal
dient eben dazug um dis vm Generator aufgenommene Uistung
einzuschränken, im Verhältnis
zu derjenigen-welche der Dieselmotor
bei einer gegebenen Drehzahl abgeben kann (Abbildung 2); auf 9c wirkt ein Reaktionssignal
ein, zugehörig zu dem Generatorstrom, um die Strombegrenzung auf einer Seite der
Kurve zu erzeugen.
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Bei Schalten des Gashebels 11 wird die Drehzahl der Diesel-Elektrogruppe
vergndertg und der Generator wirdg je nach der Drehzahl, nach einer oder der anderen
der Kurve der Abbildung 2 arbeiten. Die Motoren 3 sind mit Premderregung vorgesehen
(Erregerwicklung 3a). Auch in diesem Palle wird der Erregerstrom von der konstanten
Gleichspannungsquelle 59 6 abgegriffen, und mittels eines Reguliersystems durch
periodische elektronische Schalter 14 abgeändert3 ähnlich wie bei der Gruppe 79
welche flÜr die Erregung des Generators verwendet wird. Die Reguliergruppe 14 wirds
mittels eines Impulsgebers 15t von einer Verstärker-und Phasenverschiebungs-Steuerstufe
16jgesteuert) die in dem Beispiel als magnetischer Verstärker dargestellt ist, aber
die auch von anderer Art sein könnte.
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Die Steuerstufe 16 wird@von vier Signalen beeinflusst die im dargestellten
Beispiel auf vier Steuen7ic'1-.lungen 16a bis 16d einwirken. Auf die Wicklung 16a
t-tirktg als Bezugssignale der Motorenstrom eine der den x,''rregerstrom zu erhöhen
trachtet und den Motoren selbst die gewünschte Reihenschlusscharakteristik verleiht;
auf 16b Wirkt ein Gegensignal des Erregerstromes oder der Erregerspannung der Motoren
ein; auf 16d ein Gegensignal zugehörig zu dem Erregerstrom des Generators 2y welcher
vermittels der Zenerdiode 17, als Schrielleg die I!otorenfeldschvrgchung verursachty
nachdem der Erregerstrom des Generators 2 seinen Höchstwert erreicht haben wird;
endlich auf die Steuerwicklung 16o wirkt ein Signal eins das von einem mit dem Bremspedal
19 gekuppelten Induktionsregler 18 abgegeben wird; der Bremspedal beeinflusst die
Votorenerregung und somit auch die Bremsungg wenn der Generator entregt ist, je
nach der Stellung des
Pedals selbst. Die Vernichtung der Bremsenorgie geschieht
grösstenteils-in dem ;7ideratand 209 welcher in dem Rauptstromkreis der Moto-
wen
3 eingeschaltet ist und welcher in Richtung des Fahrstromes
durch die Diode 21 kurzgeschlossen wird. Um eine fast konstante
Bremskraft
beim Sinken der Fahrzeuggeschwindigkeit zu erreichen,
wird in Parallelschaltung
zum Widerstand 20 ein elektronischer,
periodischer Schalter 22 vorgesehen,
der durch den Impulsgeber 24
vom Verstärker-Phasenverschieber
23 gesteuert wird, der seiner-
seits vom Bremssignal a,-als Bezug
und von dem Bremsstrom b als
Gegenwirkung beeinflusst wird.
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Beim Betätigen des Gashebelpedals 19, entspricht
zu-
nächst jeder seiner Stellungen, wenn das Fahrzeug
steht, ein be-
stimmter Wert der Anlasszugkraft (Abbildung 5) und
in der Folge,
bei fahrendem Fahrzeug, jeder Stellung
des Pedals eine gewisse
Drehzahl des Dieselmotörs, der ihrerseits
eine Arbeitscharakteri-
stik des Antriebes (Abbildung 2) entspricht, mit
selbsttätiger
Begrenzung der heistung, des Stromes und der Spannung
des Generators, so dass das Fahrzeug die Höchstdrehzahl
erreicht, welche mit
einer gewissen Drehzahl des Dieselmotors im
Einklang steht, ohne
dass dieser letztere überlastet wird. ''
Bei der praktischen_Ausführung der beschriebenen Anordnung
kann jedoch eine bauliche Komplikation entstehen, weil die Einspritzpumpenstange,
von deren,Bewegung eines der Signale abge-leitet wird, das zur
Beeinflussung der Genera.torerregung-Einstellung dient, eine sehr
kleine Verstellung ausführt, und zwar im
Ganzen nur etwa 20 mm,
und''etwa nur 2 mm in dem Eingriffsgebiet
zwischen 9/10 und 10/10
der last.
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Durch diesen Hub soll sioh der Induktionsregler
12 voll-
ständig öffnen, so dass es notwendig wäre
die genannte Verstel-
lung zu vergrössern, was eine unerwünschte
]Komplikation dar-
stellt.
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Ausserdem kann es vorkommen, dass trenn plötzlich
auf das
Gashebelpedal (11) bis zum Ende gedrückt wird, die Dieselmaschine.
ihre Höchstdrehzahl nicht erreicht, sondern bei einer mittleren
Geschwindigkeit hält, so dann infolgedessen die Befahieunigung
des Fahrzeugen vermindert wird. Dies- stammt. von der Tatsache,
dass
die elektrische Einstellung der Generatorerregung(Verstärker 9, Impulsgeber 8, periodische
elektronische Schalter 7) rascher ist als der Drehzahlregler la der Dieselmaschine,
so dass das vom Generator (2) aufgenommene Drehmoment grösser ist, als die Erhöhung
des vom Dieselmotor (1) gelieferten Motordrehmomentes.
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Um diese Nachteile zu beseitigen, kann daher das Gashebelpedal unmittelbar
die Brennstoff-Einspritzpumpe steuern, indem auf den Verstärker-Regler, als Strombezug,
die Differenz zwischen einem Signal eines vom Dieselmotor gesteuerten Tachogenerators
und dnc. Signal, welches sich auf die Stellung des Gashebeipedals bezieht, einwirken.
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Diese Ausführungsmöglichkeit ist anhand der Abbildung 6-erläutert,
in welcher die Bezugszeichen fifr die in der Abbildung 3 bereits enthaltenen Teile
unverändert geblieben sind.
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Wie aus der Zeichnung hervorgeht, beein.fl.asat da;; Gashebelpedal
11 unmittelbar die Einspritzpumpenstange (13) des Dieselmotors, und es wird nunmehr
der Induktionsregler 12 weggelassen, vier bei Anordnung gemäss Abbildung 3 von der
genannten Stange betätigt wurde. Die Diesel-Generator-Gruppe (1,2) wird .mit einem
Tacnogenerator 2b ausgestattet, welcher sein Signal zum 9 sendet (Wicklung "b").
Die -°,-T:tliche Konstruktion bleibt unverändert. Der Verstärker-:@:e ,';.er F=.'
wi=.°d somit von. dem Unterschied zwischen dem Signal Ü.es Tachogener3-tors 2b und
dem Signal bezüglich der Gashebelpedai (11, 10)-Stellung beeinflusst, wobei das
Gashebelpedal-Signal die Neigung hat den Verstärker-Regler zu schliessen, während
das vom Tachogenerator abgegebene Signal die Neigung hat denselben zu öffnen. Infolgedessen,
wenn das Gashebelpedal bis auf den Grund gedrückt wird, wird das ganze zur Verfügung
stehende Motordrehmoment zum Hochfahren der Dieselgeneratorgruppe verwendet, und
nur wenn diese letztere eine dem Gashebelsignal proportionale Drehzahl Ubertroffen
hat, wird die Last ,gefordert, 0.° - -ch Erregung des Generators 2. Die Stellung
des Pedals :A «,Ge11t also, mtt einem goren Genauigkeitsgrad, die dem Antrieb eingefilsa°te@heistung
dar.