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Anordnung zur Energierückgewinnung bei elektrischen Zugförderungsanlagen
mittels Reihenschlußgleichstrommotoren. Ein wichtiger Gesichtspunkt für die Wahl
der Stromart bei elektrischen Zugförderungsanlagen mit starken Gefällen ist die
Fähigkeit, seitens der elektrischen Motorausrüstung den größtmöglichen Anteil der
bei den bergabfahrenden Zügen frei werdenden Energie zurückzugewinnen. In diesem
Falle wirken die Motoren als Erzeuger und geben Strom ins Netz zurück. Die Energierückgewinnung
mit Gleichstromreihenschlußmotoren - Ausrüstungen ist bis jetzt nur wenig angewandt
worden wegen der vielfachen dazu notwendigen Verwicklungen, um die -Motoren als
stabil arbeitende Erzeuger während der Rückgewinnungsperiode
wirken
zu lassen. Die den bis jetzt meist angewandten Energierückgewinnungssystemen mittels
Reihenschlußgleichstrommotoren anhaftenden Nachteile sind verschiedener Art. Unter
den letzteren seien folgende erwähnt: Die Notwendigkeit, die Bahnmotoren mit besonderen,
während der Rückgewinnungsperiode anzuwendenden Nebenschlußerregerwicklungen zu
versehen; oder andernfalls die Notwendigkeit, die Reihenfeldwicklungen der Motoren
von einer getrennten Niederspannungsenergiequelleunabhängig zu speisen, wobei die
letztere aus einer Erregermaschine oder einer Sammlerbatterie bestehen kann. Bei
Anwendung einer Erregermaschine ist es notwendig, einen vom Netz unmittelbar gespeisten
Antriebsmotor vorzusehen oder die Erregermaschine selbst von einer Achse der Lokomotive
oder des Motorwagens aus anzutreiben. In letzterem Falle ist ein kompliziertes System
vorzusehen, welches die Erregerspannung unabhängig von der Zugeschwindigkeit zu
regeln ermöglicht. Wenn eine Sammlerbatterie zwecks Speisung der Feldwicklungen
zur Anwendung gelangt, wird das tote Gewicht der Lokomotive oder des Motorwagens
bedeutend erhöht, inAnbetracht der erheblichen Kapazität, für welche die Batterie
vorzusehen ist.
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Alle diese Maßregeln, welche notwendig sind, um die Bahnmotoren als
Erzeuger arbeiten zu lassen, bedingen einerseits eine nicht unbeträchtliche Komplikation
der Wagenausrüstungen und beanspruchen anderseits bedeutend den an und für sich
beschränkten, in den Lokomotiven oder in den Motorwagen verfügbaren Raum. Endlich
wird durch diese Vorrichtungen das Gewicht und der Preis der Ausrüstung bedeutend
erhöht.
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Wenn man eine besondere, getrennte Niederspannungsenergiequelle zur
Speisung der Feldwicklungen der Motoren während der P`ückgewinnungsperiode vermeiden
will, kann man eine große Anzahl Motoren auf einer einzigen Lokomotive oder einem
einzigen Motorwagen vorsehen; davon sind einige während der Rückgewinnungsperiode
dazu bestimmt, die übrigen Motoren als auf das Netz rückarbeitende Erzeuger zu erregen.
Wenn auch diese Methode bei Anwendung von sehr schweren Lokomotiven zulässig ist,
ist sie für Lokomotiven ungeeignet, deren Gewicht begrenzt ist, um den zulässigen
Achsdruck nicht zu überschreiten.
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Mit dem System, welches den Gegenstand der -Erfindung bildet, werden
obengenannte Nachteile beseitigt. Beim Generatorzustand arbeiten die Motoren als
im Nebenschluß erregte Maschinen, und der die Feldwicklungen speisende Strom wird
von den '-\Iotoren selbst durch eine Schaltung nach Art einer Wheatstoneschen Brücke
geliefert. Notwendige Bedingung für die Anwendung dieses Systems ist, daß die Motorenausrüstung
die Möglichkeit zuläßt, wenigstens zwei untereinander parallel arbeitende Gruppen
zu bilden, deren jede einzelne aus wenigstens zwei in Reihe auf die Netzspannung
geschalteten Maschinen besteht.
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Die Erfindung läßt sich auf verschiedene Weise verwirklichen; die
Zeichnung zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel mit einer Viermotorenausrüstung.
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i, 2, 3, ¢ bezeichnen die Ankerwicklungen und 5, 6, 7, 8 die Feldwicklungen
der Motoren, welche während der normalen Fahrt in Reihe mit den entsprechenden Ankerwicklungen
geschaltet sind; 9 einen beliebig regelbaren und feingestuften Widerstand, welcher
im N ebenschluß zu den Wicklungen 6 und 7 geschaltet ist; i2 einen in den Erregerkreis
geschalteten Widerstand konstanten Wertes, dessen Anwendung sich gegebenenfalls
als zweckmäßig erweist, um ein stabileres Arbeiten des ganzen Systems zu erreichen.
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Die Schaltung stellt die Verbindungen dar, welche zwischen den einzelnen
Elementen während der Energierückgewinnungsperiode bestehen sollen und mittels besonderer
Anordnungen der Fahrschalter (Kontroller) erreicht werden.
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Die Ankerwicklungen der Motoren i und 2, 3 und 4 sind j e zwei in
Reihe auf die Netzspannung geschaltet; die vier Feldwicklungen sind dagegen untereinander
in Reihe geschaltet und an die zwischen den Ankerwicklungen i, 2 und 3, 4 liegenden
Punkte io und i i angelegt.
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Setzt man voraus, daß der Widerstand 9 unterbrochen und die vier Motoren
untereinander gleich seien, dann werden sich die Punkte io und ii auf gleichem Potential
befinden, und es wird kein nennenswerter Strom durch die Feldwicklungen fließen.
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Wenn nun der Widerstand 9 in den Stromkreis geschaltet wird, werden
die in den Ankerwicklungen :2 und 3 erzeugten E M K. niedrigere Werte als diejenigen
in den Ankerwicklungen i und 4 annehmen, und es wird sich das Potential im Punkte
i i höher stellen als dasjenige im Punkte io. Dementsprechend werden die Feldwicklungen
von einem Strom durchflossen werden, der infolge der vorgesehenen Verbindungen die
Ankerwicklungen in dem gewünschten Sinne erregen wird. Es ist leicht verständlich,
daß inan wegen des kleinen- Wertes des Widerstandes der Feldwicklungen und durch
entsprechende Bemessung des Widerstandes 9 jeden praktisch möglichen Wert des Erregerstromes
erreichen und somit die Stromrückgewinnung
ohne merkliche Verluste
der günstigsten Zuggeschwindigkeit anpassen kann. Durch einfache Rechnungen läßt
sich nachweisen, daß der damit erzeugte Erregerstrom von der Größe und Richtung
des Hauptstroms praktisch unabhängig ist und von den Spannungsschwankungen des Netzes
nur günstig beeinflußt wird. Die Maschinen arbeiten 'also mit Nebenschlußerregung
und auf das Netz zurück.
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Das gleiche Ergebnis läßt sich erreichen, wenn man auf irgendwelche
Weise die Charakteristiken einiger Maschinen den anderen gegenüber verändert, z.
B. durch in Reihe mit den Ankerwicklungen geschalteteWiderstände oder durch Mittel,
welche die magnetischen Verhältnisse der Maschinen beeinflussen oder durch Veränderung
der Geschwindigkeit einigerMaschinen den anderen gegenüber usw.
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Im allgemeinen können zwei Maschinen, die in gegenüberliegenden Brückenzweigen
liegen und die demnach gleich erregt und gleich belastet sind, durch eine einzige
Maschine ersetzt werden, deren Anker zwei unabhängige Wicklungen, die zu zwei Kollektoren
führen, besitzt. Es wird also hierbei an Stelle der ganzen Anzahl von Maschinen
mit einem Kollektor die halbe Anzahl von Doppelkollektor- oder Zwillingsmaschinen
verwendet.
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Um ein stabiles Arbeiten auch bei hohen Geschwindigkeiten in Übereinstimmung
mit den Forderungen einer guten Stromwendung zu gewähren, erscheint es unter Umständen
zweckmäßig, die magnetischen Motorcharakteristiken in der Weise zu beeinflussen,
daß man die magnetische Streuung oder Sättigung der Maschinen durch irgendwelche
Mittel künstlich vermehrt.
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Mit dem vorliegenden System können die Maschinen und daher die von
ihnen beförderten Züge mit praktisch konstanter, von der Streckenbeschaffenheit
(Steigungen, Gefälle, Krümmungen usw.) unabhängiger Geschwindigkeit fahren, und
zwar nicht nur als Erzeuger, sondern auch als Motoren. Durch einfache Veränderung
des Widerstandes 9 ist es möglich, eine sanfte Regelung der einzelnen Geschwindigkeitsstufen
zu erreichen.
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Zusammenfassend bietet das System, welches den Gegenstand der Erfindung
bildet, folgende Vorteile: i. Einfachheit, weil es die Energierückgewinnung ausschließlich
durch die Bahninotoren ohne irgendwelche zusätzliche Vorrichtungen gestattet; daher
ist es geeignet, auch bei Motorwagen verwendet zu werden. 2. Günstige Beeinflussung
der Speisespannung des Erregerstromkreises der einzelnen Maschinen gegenüber Netzspannungsschwankungen.
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3. Unabhängigkeit des Erregerstromkreises von der Größe und der Richtung
des Hauptstromes.
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.4. Stabilität des Maschinenbetriebes sowohl im Motorzustand als auch
im Erzeugerzustand.
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5. Sanfte und gleichmäßige Regelung der einzelnen Geschwindigkeitsstufen.