-
Einrichtung zur Umformung von elektrischer Energie in mechanische
,und umgekehrt, insbesondere für elektrische Traktionszwecke. Gegenstand der Erfindung
ist eine insbesondere für Traktionszwecke bestimmte Schaltung von Gleichstrommaschinen,
bei der den Motoren nach Art der Leonardschaltung ein auf einer gemeinsamen Welk:
angeordnetes Umformaggregat vorgeschaltet ist und die Erregung der Motoren durch
eine auf der Umformwelle sitzende Dynamo erfolgt. `ach der Erfindung werden günstige
Bedingungen für das Anfahren und eine Konstanthaltung des Motorstromes bis zur Höchstgeschwindigkeit
dadurch erreicht, daß die das Feld des Motors erregende Dynamo von cler Motorspannung
derart beeinflußt wird, daß beim Überschreiten einer bestimmten Spannung des Motors
seine Erregung allmählich abgeschwächt wird. Im nachstehenden sind zwei verschiedene
Schaltungspläne beschrieben, die sich dadurch unterscheiden, daß im ersteren Falle
der Anker der den Erregerstrom für die Motoren liefernden Dynamo von der Netzspannung
unabhängig ist und durch zwei Wicklungen, von denen die eine Netzspannung und die
andere die Spannung der den Motoren vorgeschalteten Dynamo führt, erregt wird, während
im zweiten Falle unter Fortfall eines Teiles der aus dem Netz erregten Feldwicklung
die Netzspannung an die Klemmen der die Motoren erregenden Dynamo gelegt ist. Die
Spannung dieser Dynamo ist im ersteren Falle der Klemmenspaltung der den Motoren
vorgeschalteten Dynamo entgegengesetzt gerichtet, im letzteren Falle mit ihr gleichgerichtet.
Ferner ist nach der Erfindung die Anordnung getroffen, daß die Felderregung der
beim Anfahren als Motor laufenden Maschine des im folgenden als »Gruppe« bezeichneten
Umformeraggregats durch die Klemmspannung der dem Motor vorgeschalteten Dynamo beeinflußt
wird.
-
Die Erfindung besteht ferner in der Anordnung verschiedener Relais,
die beim Anlassen den Motor im geeigneten Augenblick einschalten, die Spannung der
an das Netz geschalteten Dynamo und die Erregung der Motoren regeln und bei Überstrom
oder sonstigen Störungen das System stromlos machen.
-
In den Zeichnungen sind Abb. r und a verschiedene Ausführungsformen
der Schaltung. Abb. 3 ist eine Charakteristik der Maschine Dm.
-
Auf einer gemeinsamen Welle x-y sind drei Dynamomaschinen
Dl, Dna und Di angeordnet. Dl liegt an der Netzspannung, mit Dfn sind
ein oder mehrere Motoren, die je nach den Umständen bald als Motoren, bald als Stromerzeuger
laufen und die in den Zeiehr:ungen durch einen einzigen Motor M angedeutet sind,
in Reihe geschaltet. Die Dynamo Di dient zum Erregen des Motors M. Diese Maschinen
sind so geschaltet, daß die
Erregung einer jeden von ihnen von einer
oder mehreren der anderen Maschinen bc:einflußt wird.
-
Die Maschine Dl, deren Anker unter V orschaltung eines Regelungswiderstandes
P, an der Netzspannung liegt, besitzt drei Feldwicklungen a, b und c. Die
Wicklung a wird unmittelbar von der Netzspannung erregt, die Wicklung bist
über einen Umschalter mit den Klemmen der Maschine Dna verbunden, und die Wicklung
c wird vom Ankerstrom durchflossen.
-
Die Maschine Dm hat ebenfalls drei Feldwicklungen, eine Hauptstromwicklung
f, eine Nebenschlußwicklung e und eine über einen Umschalter an das Netz geschaltete
Wicklung d.
-
Die Maschine Di besitzt zwei Feldwicklungen, eine Wicklung k, die
von der Maschine Din erregt wird, und eine von der Netzspannung erregte Wicklung
h. Letztere Wicklung kann in zwei Wicklungen hl und h2 unterteilt sein. Die Wicklungen
k und h= sind in später zu beschreibender Weise durch Schalter Al bzw. A'-
ausschaltbar.
-
Durch die Anordnung der drei Feldwicklungen der Maschine Dna soll
der Strom in dieser und dem Motor möglichst konstant gehalten werden. Es ist bereits
früher versucht worden, durch zwei Wicklungen, die den Wicklungen d und e entsprechen,
die Stromstärke einer Dvnamo konstant zu halten, je-
doch haben sich hierbei
in der Praxis noch Stromschwankungen im Verhältnis von i : 3 ergeben. Diesen Stromschwankungen
wirkt die Hauptstroinwicklung f entgegen. Diese Wicklung ist so geschaltet, daß
sie der Wicklung d entgegenwirkt. Ein vollkommener Ausgleich der Stromschwankungen
durch die Wicklung f würde sehr erhebliche Abmessungen derselben und eine dementsprechende
Vergrößerung des :Maschinengestells bedingen, weshalb man sich in der Praxis mit
einem angenäherten Ausgleich begnügen wird.
-
Die Wicklung f hat aber für die vorliegende Schaltung noch eine besondere
Bedeutung. Wie sich später ergeben wird, tritt unter Umständen eine erhebliche Schwächung
der Erregung des Motors 31 ein, die zu einem plötzlich starken Anwachsen der Stromstärke
in den Maschinen 31 und Dna. und zu einer starken Funkenbildung an den Kollektoren
führen kann. Hierbei wirkt die Wicklung f dem plötzlichen Anwachsen der Stromstärke
entgegen.
-
Die Bürstenspannung der Maschine Din. ist beim Beginn des Anfahrens
zunächst gleich der -Netzspannung, nimmt dann im Verlauf des Anfahrens oder der
Bremsung allmählich ab und nimmt dann in entgegengesetztem Sinne «-leder zu. Die
Wicklung b der Maschine Dl erzeugt daher ein Feld, das von einem Höchstwert
ausgehend allmählich gleich Null wird und darauf in entgegengesetztem Sinne zunimmt.
Da die Belastungen der Maschinen DL und Din., wenn man von dem Energieverbrauch
der Maschine Di. und sonstigen Verlusten absieht, im wesentlichen einander gleich
sein müssen, tritt die gleiche Abnahme und Umkehr des Stromes gleichzeitig auch
in der Hauptstromwicklung c auf. Während des Zeitraumes, in der die Vorrichtung
Energie an das Netz abgibt, muß die Wicklung b mittels des Umschalters in umgekehrtem
Sinne eingeschaltet werden.
-
In Abb..I ist eine Charakteristik der Maschine Dia dargestellt.
Die Achse 0-x entspricht den Amperewindungen und die Achse 0-y der Klemmenspannung
von Din.. Die der Netzspannung entgegenwirkenden Klemmenspannungen sind positiv
aufgetragen. 0-A
ist die Magnetisierungskurve, die für die negativen Amperewindungen
durch 0-B verlängert ist.
-
Für die Anlaufperiode stellt 0-K die Amperewindungen der Wicklung
d dar. Ist die Klemmenspannung der Maschine Din im gegebenen Augenblick gleich 0-111,
so findet man die Differenz der Amperewindungen von cl und e gleich
0-D, indem man 3T-E parallel zu 0-x und E-D parallel zu 0-y zieht.
Die Neigung der Geraden K-C hängt von der Charakteristik der Wicklung e ab. Macht
man E-F gleich den Amperewindungen der Wicklung f und E-N gleich dein Ohmschen Verlust
im Anker von Dia, dann sind E-F und F-N stets dem Ankerstrom von D»a proportional,
und das Dreieck EFN bleibt stets sich selbst ähnlich, und die Gerade E -N
bildet einen Maßstab für den Ankerstrom.
-
Dreht sich die Gruppe nicht mit konstanter Geschwindigkeit, so wird
die augenblickliche Stromstärke durch die Länge E-N' angegeben, die zwischen der
Geraden K-C und einer Kurve A'-O-B' liegt. Letztere Kurve ist nicht mehr die magnetische
Charakteristik, sondern eine aus den Geschwindigkeitsänderungen zu ermittelnde Kurve.
Der Sinn der Verschiebung der Kurve entspricht in der Abbildung dem Falle, in dem
die Serienwicklung dauernd überwiegt. Eine besondere Untersuchung, die verschiedene
Änderungen für jeden besonderen Fall zeigen kann, ermöglicht die Bestimmungen der
Wicklungen c und b von Dl und die Neigung von K-C, das heißt die Bestimmung
der Konstanten von e.
-
Die Wirkungsweise der drei Feldwicklungen der Maschine Di ergibt sich
aus folgendem Aus wirtschaftlichen Gründen ist es zweckmäßig, die Normalgeschwindigkeit
der Motoren, bei der diese mit der Netzspannung
laufen, erheblich
unter der Höchstgeschwindigkeit zu halten. Unter Umständen beträgt die Normalgeschwindigkeit
nur die Hälfte der letzteren. Für den Motor .V läßt sich eine bestimmte Klemmenspannung
U ermitteln, von der an eine Verminderung der Erregung stattfinden muß, und eine
Spannung (I + u, für die die Erregung gleich Null werden muß. Die Netzspannung
I" soll der Einfachheit halber als konstant angenommen werden.
-
Die Wicklungen k und h2 sind gegeneinandergeschaltet und sind so bemessen,
daß ihre Amperewindungen einander gleich sind, wenn h2 unter der Spannung I' und
k unter der Spannung V-U steht. Die Wicklung h= ist so geschaltet, daß sie für V
-L'> O der Wicklung h' entgegenwirkt, dagegen für V-U<0 mit ihr gleichgerichtet
ist. Außerdem ist die Wicklung k so bemessen, daß, wenn sie unter einer Spannung
za steht, ihre Amperewindungen denen von h' in absolutem Sinne gleich sind. Es folgt
daraus, daß bei (7-V die Wirkung der Wicklung 1a2 aufgehoben wird.
-
Ein an den Bürsten des Motors 1.1 liegendes Relais A schaltet die
Wicklungen k und h= erst in dem Augenblick ein, in dem die Spannung des Motors den
Wert L' erreicht hat, indem es die Schalter A' und AZ schließt. Beim Anlassen wird
also die Maschine Di und damit die Wicklung des Motors 31 zunächst nur von der Wicklung
h' erregt. Hat die Klemmspannung des Motors den Wert U erreicht, so erregt die Wicklung
h2 in Di eine Spannung, die sich bei 17-U<0 zu der durch die Wicklung h' in Di:
erzeugten Spannung addiert, bei V-(7-- 0 dagegen sich von ihr subtrahiert.
Die Wicklung k erzeugt gleichzeitig in Di eine der Zusatzspannung in 112 entgegengerichtete
Spannung. die dieselbe in dem Augenblick, in dem die Spannung von M gleich L' ist,
gerade aufhebt.
-
Man könnte auch die ständig an däs Netz angeschlossene Wicklung 1a'
fortlassen und statt dessen den Stromkreis der Maschine Di an das Netz legen, wie
es Abb. z zeigt.
-
Man könnte auch die Erregerwicklung von M unmittelbar an das Netz
anschließen und durch einen Umschalter, der beim Ansprechen des Relais A betätigt
wird, die Dvnamo Di statt des Netzes einschalten. Auch könnte man die Erregung von
31 in zwei Teile teilen, von denen der eine dauernd an der Netzspannung und der
andere an der Dynamo Di liegt. Hierbei müßte in letzter Wicklung der Strom nicht
nur bis auf Null fallen, sondern sich zuletzt umkehren.
-
In Wirklichkeit ist die Netzspannung nicht konstant, sondern größeren
Schwankungen unterworfen. Der vorher angenommene Wert I' stellt also nur einen Mittelwert
dar. Die Wirkung der Vorrichtung wird aber durch die im gewöhnlichen Betrieb vorkommenden
Schwankungen der Netzspannung nicht beeinträchtigt.
-
Das Relais A darf die Schalter A1 und AZ erst wieder öffnen, wenn
die Spannung des Motors 117 unter U gefallen ist. Um einer zu frühzeitigen Öffnung
der Schalter vorzubeugen, kann man während der Periode der Wiedergewinnung von Energie
einen dem Relais A vorgeschalteten Widerstand kurzschließen.
-
Das Einschalten der Vorrichtung wird, beispielsweise durch Fernsteuerung,
in folgender «reise bewirkt.
-
Zunächst wird, beispielsweise durch ein Relais, der Umschalter für
die Wicklung on JI im einen oder anderen Sinne eingev I
-telit und alsdann
ein Schalter P geschlossen, der die Maschine Dl über einen Widerstand Pf
an das Netz schaltet. Dieser Widerstand wird nach dem Anlaufen der Gruppe durch
ein im Ankerstrom von Dl
liegendes Relais B, das auf einen Schalter Q wirkt,
kurzgeschlossen.
-
Nachdem die Gruppe auf normale Tourenzahl gekommen ist, bewirkt eine
Regelungsvorrichtung folgende Vorgänge: i. Schließen eines Schalters R, wodurch
Dna und M an das Netz geschaltet werden. Ein Relais C, das zwischen die Netzspannung
und die dieser entgegenwirkenden Spannung von M und Dm, geschaltet ist, verhindert
dieses Schließen so lange, bis die durch die Wicklung e erregte Spannung von Dna
ungefähr der Netzspannung das Gleichgewicht hält, so daß das Einschalten stoßfrei
erfolgt.
-
a. Einschalten der Wicklung d. Die Stromstärke in d ist regelbar.
Je nachdem man anfahren oder bremsen will, wird der Strom in einem oder anderen
Sinne eingeschaltet.
-
Damit das Ausschalten des Motors M, das durch Öffnen der Schalter
P, Q und R erfolgt, ohne Stoß geschehen kann, stehen diese Schalter unter dem Einfluß
eines im Hauptstrom des Motors liegenden Relais E, das die Schalter öffnet, wenn
der Motor stromlos geworden ist. Zum Ausschalten wird der Strom der Wicklung d unterbrochen,
wodurch der Motorstrom ungefähr auf 1\7u11 fällt und das Relais E in Tätigkeit tritt.
-
Die Relais B und E sind so eingerichtet, daß sie außerdem auch noch
bei zu großem Anwachsen der Stromstärke die Schalter P, R und Q öffnen, also gleichzeitig
als Sicherungsvorrichtung dienen.
-
Wird durch einen Zufall während der Bremsdauer die Verbindung mit
dem Netz gelöst, so würde hierdurch eine außergewöhnliche Steigerung der Umdrehungen
der
Gruppe hervorgerufen. Als Sicherung hiergegen ist ein Maximalausschalter
F an die Klemmen der Maschine Dl gelegt, der bei außergewöhnlicher Spannungssteigerung
die Verbindung der Motoren mit der Gruppe unterbricht.
-
Die Schaltung nach der Erfindung kann beispielsweise Verwendung finden
bei Hebezeugen, Seilbahnen, Aufzügen, Straßenbahnwagen, elektrischen Lokomotiven
u. dgl.