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Einrichtung zur Stuf enschaltung zweler in Reihe geschalteter, von
Einzelspannungen der Sekundärwicklung eines Stufentransformators je für sich
gespeister Einphasenkollektormotoren bzw. Notorgruppen, insbesondere fÜr Bahnbetrieb.
Die große Steigerung der Leistung der elektrischen Lokomotiven macht den Einbau
einer größeren Zahl von Einphasenkollektormotoren erforderlich, welche in Reihen-
oder in Parallelschaltung (oder auch in gemischter Schaltung) betrieben werden können.
Beiden Schaltungsarten haften aber große Nachteile an, welche sich beim Betrieb
der Lokomotive störend bemerkbar machen. Die Parallelschaltung einer Reihe großer
Motoren erfordert sehr teure Schalter für große Stromstärken, weil für die Bemessung
der Schalter und Kontakte die Summe der Ströme aller Motoren in Betracht kommt.
Die Reihenschaltung aller Motoren gestattet nun zwar die Schaltung bei relativ kleinem
Strom, aber sie ist nur von Vorteil, wenn die Motoren starr miteinander gekuppelt
sind, weil z. B. bei Einzelachsantrieb ein Motor der Reihe leicht ins Schleudern
geraten und dabei die ganze der Reihe zugeführte Spannung auf sich ziehen kann.
Der schleudernde Motor setzt dann den Strom der Motorreihe dermaßen herab, daß alle
Motoren ihr Drehmoment verlieren und die Lokomotive keine Zugkraft besitzt. Für
Lokomotiven mit Einzelachsantrieb ist demgemäß die einfache Reihenschaltung der
Motoren nicht ohne weiteres verwendbar. Will man den Vorteil der Reihenschaltung
mit der besonderen Speisung jedes Motors vereinigen, dann läßt sich dies so erreichen,
daß man die Sekundärwicklung des die Motoren speisenden Transformators durch Anzapfungen
in geeigneter Weise und der Motorzahl entsprechend unterteilt und die Enden der
Motorreihe mit den Enden der Sekundärwicklung verbindet, während man die Verbindungspunkte
der Motoren an die entsprechenden Anzapfungen der Sekundärwicklung anschließt. Es
wird in diesem Falle jeder Motor der Reihe von einer Einzelspannung gespeist. Aber
auch diese Anordnung hat einen großen Nachteil, indem es nicht einfach ist, die
Spannung der Motoren zu regeln. Man könnte eine solche Regelung zwar mit Hilfe vieler
Anzapfungen vollziehen, aber die Einrichtung und das Verfahren wären sehr kompliziert.
Um z. B. eine um eine Spannungsstufe kleinere Spannung an allen Motoren zu erhalten,
müßte man die Stufenschritte bei den verschiedenen Motoren ungleich machen, und
zwar müßte, wenn man bei einem Ende der Reihe anfängt, der Stufenschritt beim ersten
Motor gleich i, beim zweiten Motor gleich 2, beim dritten Motor gleich
3 sein usw., damit nach erfolgten Schritten dieSpannung an denMotorenwieder
die gleiche ist. Dies erfordert aber eine Zahl von Anzapfungen an der Sekundärwicklung
des Transformators, welche fast gleich dem Produkt aus Motorzahl X Stufenzahl ist.
Eine wesentlich einfachere Stufenregelung mit
weniger Anzapfungen
ergibt sich aber bei einer solchen Reihenschaltung von zwei Motoren bzw. Motorgruppen,
wenn die Stufenschritte, vom Wicklungsmittelpunkt der Sekundärwicklung aus gesehen,
nach beiden Seiten hin erfolgen, und zwar bei Erhöhung der Stufenspannung vom Mittelpunkt
fort, bei Erniedrigung der Stufenspannung zum Mittelpunkt hin, wobei aber die Schritte
auf beiden Seiten in zeitlich wechselnder Folge vor sich gehen. Die Gleichheit der
Spannung an den Motoren wird dabei durch einen den mittleren Anzapfungspunkt in
dem eineii oder anderen Sinne etwas verschiebenden Umschalter erreicht.
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Gegenstand der Erfindung ist somit eine Einrichtung zur Stufenschaltung
zweier in Reihe geschalteter, von Einzelspannungen der Sekundärwicklung eines Stufentransformators
je für sich gespeister Einphasenkollektormotoren (bzw. Motorgruppen), insbesondere
für Bahnbetrieb, bei welcher der Verbindungspunkt beider Motoren mit einem Umschalter
verbunden ist, durch welchen dieser Punkt wahlweise mit dem Mittelpunkt oder mit
einem eine Spannungsstufe von diesem entfernt liegenden Wicklungspunkt der Sekundärwicklung
verbunden werden kann, während jedes Ende der Motorreihe mitje einem Umschalter
verbunden ist, durch welchen das betreffende Ende wahlweise mit Wicklungspunkten
der zugehörigen Seite der Sekundärwicklung verbunden werden kann, welche um den
zweifachen Wert einer Spannungsstufe auseinanderliegen.
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Die Erfindung sei an Hand der Ausführungsbeispiele der Abb. i bis
3 näher erläutert. Abb. i stellt den Fall der Reihenschaltung zweier von
Einzelspannungen gespeister Einphasenkollektor-Reihenschlußmotoren dar, deren Regelung
durch Änderung der Anschlüsse an einen Haupttransformator erfolgt. Abb. 2 behandelt
den gleichen Fall, nur daß jeder Motor der Abb. i durch eine Gruppe von zwei parallel
geschalteten Motoren ersetzt ist. In Abb. 3 ist an Stelle jedes Motors der
Abb. i je eine aus zwei mechanisch gekuppelten Motoren gebildete Motorreihe
gesetzt. In diesen Abbildungen bedeutet * den die Motoren speisenden Transformator,
* dessen Primär-, Q dessen Sekundärwicklung, M,. und M.,
je einen Einphasenkollektormotor in Rdihenschlußschaltung, a,
b,
C, d, el fl, c.- d. e- f2
Kontakte der Umschalter, welche mit Anzapfungen der Sekundärwicklung verbunden sind,
0 (bzw. 0') den Verbindungspunkt der beiden in Reihe verbundenen Motoren
(bzw. Motorgruppen), t einen Spannungsteiler.
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Wie aus Abb. i ersichtlich, sind die Motoren M, und M, in Reihe
geschaltet. Der Verbindungspunkt 0 ist zum Umschalter U" geführt, welcher
den Punkt 0 mit den Kontakten a und b verbinden kann. Die Kontakte
a und b sind mit Wicklungspunkten der Sekundärwicklung Q verbunden,
welche den Abstand einer vollen Spannungsstufe voneinander haben. Der Kontakt a
sei mit dem Wicklungsmittelpunkt von Q verbunden. Die Enden der Motorreihe
stehen in Verbindung mit dem Umschalter U, bzw. U, welche diese Enden
mit den Kontakten c, d, e, bzw. C, d, e# verbinden. Zu diesen Kontakten
führen Ä.-1-zapfleitungen der Wicklung Q, welche den Abstand einer zweifachen
Spannungsstufe voneinander haben. Ist n die Stufenzahl, dann ist die gesamte Zahl
der Anzapfungen gleich n + 2.
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Das Verfahren der Stufenregelung mit Hilfe dieser Einrichtung ist
nun folgendes. Um eine Spannungsregelung der beiden Motoren mit voller Stufenzahl
zu erhalten, wird zunächst der mittlere Umschalter (UJ und ein mit diesem gleichmäßig
bewegter äußerer Umschalter (z. B. U.) auf den nächsten Stufenkontakt gesetzt, also
im vorliegenden Falle Schalter U, von a nach b, Schalter
U, von c" nach d" bewegt. Dann wird der mittlere Umschalter (U,) und der
andere äußere Umschalter (U,) in entgegengesetzter Richtung auf den benachbarten
Kontakt gestellt, also im vorliegenden Fall Schalter U" von b nach a, Schalter
U, von c, nach d, bewegt, und in dieser Weise wird abwechselnd bis
zur Erreichung der Endkontakte weitergeschritten. Bei diesem Verfahren wechselt
also der mittlere Umschalter (U.) in Übereinstimmung mit der Bewegung der
ab-
wechselnd um eine Doppelstufe weitergeschobenen äußeren Umschalter die
beiden ihm zugeordneten Kontakte a und b jeweils beim Übergang von einer
Spannungsstufe zur anderen.
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In Abb. 2 ist der Vorgang der gleiche wie in Abb. i, nur ist an Stelle
eines Motors M., (bzw. M,) eine Motorgruppe M, M,' bzw. Mj# X,' gesetzt,
wobei M, und M.,' (bzw. M, und MJ) sich in Parallelschaltung befinden. Diese Anordnung
von vier Motoren hat den Vorteil, daß eine Abschaltung eines Motors den Betrieb
in keiner Weise stört, weil die Motoren an Einzelspannungen liegen und daher unabhängig
voneinander sind. Da nun bei Transformatoren für große Leistungen die Spannung der
Windungen unter Umständen größer als die Spannung einer Regelstufe sein .kann, ist
es gegebenenfalls vorteilhaft, zwischen die Enden der mittleren Windung der Sekundärwicklung
einen Spannungsteiler t zu schalten und den Kontakt a des Umschalters
U, an die Mittelklemme des Spannungsteilers t gemäß Abb. 3 zu legen.
In
Abb. 3 sind ebenfalls zwei Gruppen von Motoren in Reihe geschaltet, und zwar
die Gruppe mit der Gruppe Hierbei sollen aber die zu einer Gruppe gehörenden Motoren,
also Al, und Ms sowie M. und M4, mechanisch derart miteinander gekuppelt sein, daß
die Gleichheit ihrer Geschwindigkeit erzwungen ist. So könnten z. B. die Motoren
31, und .41" auf einer gemeinsamen Welle des einen, die Motoren M, und M4
auf einer gemeinsamen Welle des anderen Drehgestells der Lokomotive angeordnet sein.
Ein Schleudern der beiden Gruppen unter Verbrauch der Spannung der jeweils anderen
Gruppe ist durch die Einzelspeisung der beiden Gruppen vermieden. Die Spannungsregelung
erfolgt auch hier in der geschäderten Weise, und die gleichmäßige Verteilung der
Spannung auf die Motoren jeder Gruppe ist durch deren Kupplung gesichert.
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Die geschilderte Einrichtung und das beschriebene Verfahren ermöglichen
also, Schalter und Kontakte zu verwenden, welche nur für die halbe Summe der Ströme
sämtlicher Motoren zu bemessen sind. Sie gestatten, die Zahl der Kontakte und Herausführungen
insgesamt annähernd gleich der einfachen Sttifenzahl und nicht gleich dem Produkt
aus Stufenzahl X Motorzahl zu machen. Gleichzeitig wird durch die Speisung der Motoren
von Einzelspannungen aus die Gefahr des Schleuderns herabgesetzt und verhütet, daß
beim Schleudern eines Motors das Drehmoment der anderen verkleinert wird. Die Einrichtung
und das Verfahren sind ganz besonders für Lokomotiven mit Einzelachsantrieb geeignet.